CN109442965B - 一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统 - Google Patents

一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，包括：第一密封管式回转干燥机，其具有第一入料口、第一蒸汽进口、第一物料出口、第一携湿气体出口以及第一冷凝水出口；第二密封管式回转干燥机，其具有第二入料口、第二蒸汽进口、第二物料出口、第二携湿气体出口以及第二冷凝水出口；第二入料口与第一物料出口连通；和蒸汽压缩装置，进口与第一携湿气体出口和第二携湿气体出口均连通；蒸汽压缩装置的出口与第一入料口、第二入料口、第一蒸汽进口和第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通。使褐煤干燥乏汽潜热得到充分利用，可解决现有回转干燥脱水工艺存在的安全性差、热效率低、水分回收困难、能源水资源浪费、生产成本过高等技术问题。

Description

一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统
技术领域
本发明属于褐煤干燥工艺领域，具体涉及一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统。
背景技术
由于褐煤是一种高挥发分、高水分、高灰分、低热值、易风化和自燃的低阶煤种，直接使用时单位能量运输成本高，不利于长距离输送和贮运，而且褐煤直接燃烧时的热效率低，且温室气体排放量大，难以大规模开发利用。因此褐煤在使用前需要进行干燥脱水提质降低其含水量，提高含碳量，从而提高发热量，以达到高效经济地利用褐煤资源。褐煤干燥脱水技术的基本原理是将褐煤加热或与高温物质(如热烟气、过热蒸汽等)进行直接或间接的接触换热，脱除其中的水分和部分挥发分，提质过程中煤体不发生焦化和热分解等化学变化。褐煤干燥脱水技术一般可分为机械干燥脱水、非蒸发干燥脱水和蒸发干燥脱水三种类型，其中机械干燥脱水技术在选煤厂已广泛应用，但其处理能力和脱水效率沿难以完全满足褐煤干燥脱水的要求。褐煤非蒸发干燥脱水技术是在一定的温度和压力下，以及隔绝空气的条件下，将褐煤与高温高压的水蒸汽或溶剂直接接触，褐煤中水分呈液态脱出，不需要蒸发潜热。褐煤蒸发干燥脱水技术是指在较低温度下，通过使用过热蒸汽、烟道气或热油为干燥介质进行脱水的一种干燥方法。
自上世纪40年代以来，德国、日本、澳大利亚和美国开发了多种不同的褐煤干燥脱水技术。如德国ZEMAG公司于上世纪六七十年代发明的以蒸汽为热源的回转管式干燥机技术，日本电源开发公司和川崎重工于1976年成功开发的D-K非蒸发干燥脱水技术，澳大利亚怀特公司开发了以热烟气(500℃~600℃)为热源的提升管干燥脱水技术，美国长青源公司于上世纪80年代中期开发了K-Fuel技术。这些技术在国外已经发展的较为成熟，并均建立了工业示范装置或进入了工业应用阶段。
我国在吸收引进国外技术的基础上，也开发了一些褐煤干燥脱水技术，如神华集团与中国矿业大学于2006年联合开发了HPU-06干燥脱水技术，唐山神州机械公司开发的SZ振动混流干燥技术，中国化学工程工集团公司与德国ZEMAG公司合作开发的间接干燥型煤技术等。
目前，国内外存在十多种褐煤干燥技术，各种技术各有优缺点，现有干燥设备及工艺大都存在安全性差、热效率低、水分回收困难、单套设备产量小、能源水资源浪费、生产成本过高等技术问题。
同时，我国褐煤最为集中的蒙东地区是典型的“富煤缺水”地区，水资源匮乏严重制约了当地的电源基地建设和经济发展。高水分褐煤干燥系统中，绝大部分褐煤水分在干燥过程中被蒸发，干燥乏汽中富集有大量水蒸汽，乏汽水露点较高且几乎不含酸性气体，使回收大量褐煤干燥水成为可能，环保效益显著，近年来有诸多研究针对褐煤干燥乏汽水回收展开。但受制于干燥工艺携湿介质选择，干燥乏汽中含有大量不凝气，导致干燥乏汽水露点仍无法达到预期高度，在常规冷却水换热条件下，水回收率一般无法达到50%以上。此外，干燥乏汽中水蒸汽的热量（主要为气化潜热）均被冷却水带走，没有加以利用，造成能量损失。同时由于循环冷却水量大，由此带来的冷却设备管道投资、泵功消耗也是不能忽视的问题。
基于上述褐煤干燥中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
发明内容
本发明旨在克服现有褐煤干燥的至少一个缺陷，提供一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其能够充分利用水资源，且可充分利用干燥乏汽中水蒸汽的热量，节能且成本低。
具体地，本发明提出了一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其包括：
第一密封管式回转干燥机，其具有用于接收褐煤与携湿气体的第一入料口、用于接收加热蒸汽进口的第一蒸汽进口、排出干燥后的物料的第一物料出口、排出携湿气体的第一携湿气体出口，以及排出冷凝水的第一冷凝水出口；
第二密封管式回转干燥机，其具有用于接收褐煤与携湿气体的第二入料口、用于接收加热蒸汽进口的第二蒸汽进口、排出干燥后的物料的第二物料出口、排出携湿气体的第二携湿气体出口，以及排出冷凝水的第二冷凝水出口；所述第二入料口与所述第一物料出口连通，以使所述第一密封管式回转干燥机与所述第二密封管式回转干燥机串联；和
蒸汽压缩装置，其具有单级或多级串联的蒸汽压缩机；所述蒸汽压缩装置的进口与所述第一携湿气体出口和所述第二携湿气体出口均连通；所述蒸汽压缩装置的出口与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通。
可选地，所述基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括主蒸汽管；
所述主蒸汽管与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通。
可选地，所述蒸汽压缩装置的出口与所述第一入料口、所述第二入料口和所述第一蒸汽进口受控地连通；
所述主蒸汽管与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口受控地连通。
可选地，所述基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括：
第一支管，连通所述第一入料口；
第二支管，连通所述第一蒸汽进口；
第一总管，连通所述蒸汽压缩装置的出口和所述第一支管和所述第二支管；
蒸汽联络管，连通所述主蒸汽管和所述第一总管。
可选地，所述蒸汽联络管上设置有减压阀；所述第一总管上设置有逆止阀。
可选地，所述蒸汽联络管上设置有通断阀。
可选地，所述第一携湿气体出口与所述蒸汽压缩装置的进口之间设置有第一除尘器，所述第一除尘器的排粉口与所述第二入料口连通；
所述第二携湿气体出口与所述蒸汽压缩装置的进口之间设置有第二除尘器，所述第二除尘器的排粉口与连接于所述第二物料出口的物料出管连通。
可选地，所述基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括锅炉和沉淀池；
所述第一冷凝水出口与沉淀池连通；
所述第二冷凝水出口与所述锅炉的进口连通，所述锅炉的出口与所述主蒸汽管连通。
可选地，所述第一密封管式回转干燥机配置成将褐煤中水分加热至饱和温度；
所述第二密封管式回转干燥机配置成将来自所述第一物料出口的物质干燥至满足预设水分要求值的干燥煤。
可选地，所述主蒸汽管接收0.5-0.6MPa饱和蒸汽。
可选地，所述基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括：
第三支管，连通所述第一入料口；
第四支管，连通所述第二入料口；
第二总管，连通所述蒸汽压缩装置的出口和所述第三支管和所述第四支管；
第五支管，连通所述第二入料口；
第六支管，连通所述第二蒸汽进口；且所述主蒸汽管连通所述第五支管和所述第六支管。
可选地，所述第一支管和所述第二支管上均设置有通断阀。
可选地，所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管和所述第六支管上均设置有通断阀。
可选地，所述第一密封管式回转干燥机还包括回转干燥主机、夹套式物料螺旋喂料机、气固产物分离箱和携热介质旋转接口；所述第二密封管式回转干燥机的结构与所述第一密封管式回转干燥机的结构相同。
本发明中的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，由于具有蒸汽压缩装置，蒸汽压缩装置能够接收两个密封管式回转干燥机排出的褐煤干燥乏汽，并进行增压增温，以再次用于褐煤的干燥，即进行蒸汽再循环，可使褐煤干燥乏汽潜热得到充分利用，进而可解决现有回转干燥脱水工艺存在的安全性差、热效率低、水分回收困难、能源水资源浪费、生产成本过高等技术问题。
具体地，吸收褐煤中水分后的乏蒸汽排出系统后，经过蒸汽压缩机增温增压后作为携湿汽及预热干燥热源循环使用，乏汽潜热全部得到利用，节省新蒸汽使用量，大大提高工艺热效率。
进一步地，褐煤干燥乏蒸汽不凝气含量低，蒸汽压缩机压缩功率小，再压缩蒸汽品质较好；作为密封管式回转干燥机的干燥气源，全部潜热得到释放，凝结水即为褐煤收水，水回收效率高；可取消水回收换热装置、冷却装置及相关冷却水输送设备，直接解决原来冷却水换热器易被含尘冷凝水堵塞的难题。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图 1 为根据本发明一个实施例的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统的示意性结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明一个实施例的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统的示意性结构图。如图1所示，本发明实施例提供了一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其包括第一密封管式回转干燥机11、第二密封管式回转干燥机12和蒸汽压缩装置20。
第一密封管式回转干燥机11具有用于接收褐煤与携湿气体的第一入料口、用于接收加热蒸汽进口的第一蒸汽进口、排出干燥后的物料的第一物料出口、排出携湿气体的第一携湿气体出口，以及排出冷凝水的第一冷凝水出口。第二密封管式回转干燥机12，其具有用于接收褐煤与携湿气体的第二入料口、用于接收加热蒸汽进口的第二蒸汽进口、排出干燥后的物料的第二物料出口、排出携湿气体的第二携湿气体出口，以及排出冷凝水的第二冷凝水出口。固体褐煤可通过进料管31与第一如料口连通，第二入料口可通过物料连通管32与第一物料出口连通，以使第一密封管式回转干燥机11与第二密封管式回转干燥机12串联。
蒸汽压缩装置20具有单级或多级串联的蒸汽压缩机；蒸汽压缩装置20的进口与第一携湿气体出口和第二携湿气体出口均连通；蒸汽压缩装置20的出口与第一入料口、第二入料口、第一蒸汽进口和第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通。
进一步地，第一密封管式回转干燥机11可作为褐煤预干燥机，配置成将常温褐煤中水分加热至饱和温度。第二密封管式回转干燥机12可作为主干燥机，配置成将来自第一物料出口的物质干燥至满足预设水分要求值的干燥煤，即最终产品可为水分满足要求的干燥煤。在一些进一步可选的实施例中，还可包括第三密封管式回转干燥机，以对流出第二物料出口的物质进行进一步干燥。
第一密封管式回转干燥机11和第二密封管式回转干燥机12在对褐煤干燥的过程中，均需要使用携湿气体和干燥气源对褐煤进行干燥，同样地，也会产生褐煤干燥乏汽。吸收褐煤中水分后的乏蒸汽排出系统后，经过蒸汽压缩机增温增压后作为携湿汽及干燥热源循环使用，乏汽潜热全部得到利用，节省新蒸汽使用量，大大提高工艺热效率。
在本发明的一些实施例中，基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括锅炉和主蒸汽管40。锅炉的出口与主蒸汽管40连通，主蒸汽管40与第一入料口、第二入料口、第一蒸汽进口和第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通。
优选地，蒸汽压缩装置20的出口与第一入料口、第二入料口和第一蒸汽进口受控地连通。主蒸汽管40与第一入料口、第二入料口、第一蒸汽进口和第二蒸汽进口受控地连通。也就是说，吸收褐煤中水分后的乏蒸汽排出系统后，经过蒸汽压缩机增温增压后作为携湿汽及褐煤预干燥热源循环使用。主蒸汽管40中的主蒸汽可作为主干燥热源使用。主蒸汽管40接收0.5-0.6MPa饱和蒸汽。
在基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统开启阶段，主蒸汽管40中的主蒸汽可用于机组启动时补充物料管路携湿汽量。即主蒸汽管40同时与第一入料口、第二入料口、第一蒸汽进口和第二蒸汽进口连通。当基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统正式工作阶段，主蒸汽管40与第二蒸汽进口连通。蒸汽压缩装置20的出口与第一入料口、第二入料口和第一蒸汽进口受控地连通。
基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还可具有蒸汽联络管41，蒸汽联络管41将新蒸汽引至第一密封管式回转干燥机11作为启动工况的干燥、携湿气源。在正常运行工况时，蒸汽联络管41可作为调节第一密封管式回转干燥机11干燥出力的手段之一。具体地，蒸汽联络管41上可设置有用于调节的减压阀42。
具体地，基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统还包括第一支管51、第二支管52、第三支管53、第四支管54、第五支管55、第六支管56、第一总管57和第二总管58。
第一支管51连通第一入料口。第二支管52连通第一蒸汽进口。第一总管57连通蒸汽压缩装置20的出口与第一支管51和第二支管52。蒸汽联络管41连通主蒸汽管40和第一总管57。第三支管53连通第一入料口。第四支管54连通第二入料口。第二总管58连通蒸汽压缩装置20的出口与第三支管53和第四支管54。第五支管55连通第二入料口。第六支管56连通第二蒸汽进口。且主蒸汽管40连通第五支管55和第六支管56。第一支管51、第二支管52、第三支管53、第四支管54、第五支管55和第六支管56上均设置有通断阀。蒸汽联络管41上还设置有通断阀。第一总管57上设置有逆止阀43。
在本发明的一些实施例中，第一密封管式回转干燥机11还包括回转干燥主机、夹套式物料螺旋喂料机、气固产物分离箱和携热介质旋转接口；第二密封管式回转干燥机12的结构与第一密封管式回转干燥机11的结构相同。
密封管式回转干燥机可选用CN201520375757.9的密封管式回转干燥设备。
具体地，固体物料（即褐煤）与携湿气体（过热蒸汽）通过喂料段固定筒上的入料口进入，固体物料通过喂料螺旋叶片的旋转被推送至回转干燥主机的进料仓中，并且随着回转干燥主机的旋转由进料仓扬料板喂入到不同的干燥管内，随着回转干燥主机的回转，物料在干燥管内螺旋的旋转推动下逐个螺距前行。同时加热蒸汽从蒸汽进口进入管式干燥滚筒内筒体与外筒体之间的夹层中，加热蒸汽与干燥管的外壁直接接触并将热量传递给干燥管内的物料。物料升温后其中水分蒸发析出，随携湿气体（过热蒸汽）经干燥管向后导出。干燥后物料在重力作用下不断由干燥管的高位向低移动，随后进入回转干燥主机的出料仓中，由出料仓扬料板汇集并送入出料端中空外筒与出料端夹套式中空轴之间的腔体中，物料在出料端中空外筒内螺旋的旋转推动下进入气固分离箱中，干燥后物料在重力作用下通过气固分离箱底部的干燥物料出口排出，携湿气体（过热蒸汽）在外部抽风设备的作用下通过气固分离箱顶部的携湿气体出口排出。加热蒸汽与干燥管换热完成后冷凝下来的液态水汇集在管式干燥滚筒后端底部，在回转干燥主机的旋转下，冷凝水通过集水弧段和U型冷凝水导流管流入旋转接头，最后通过冷凝水出口排出。第一冷凝水出口可与沉淀池连通，以使第一密封管式回转干燥机11释放完潜热的再压缩蒸汽凝结成疏水，流入沉淀池70进行粉尘静置沉淀后，热水由热水泵输送复用。第二冷凝水出口通过冷凝水出管71与锅炉的进口连通，以使第二冷凝水出口的水作为锅炉补水直接回用。
在本发明的一些实施例中，第一携湿气体出口与蒸汽压缩装置20的进口之间设置有第一除尘器61，第一除尘器61的排粉口与第二入料口连通。第二携湿气体出口与蒸汽压缩装置20的进口之间设置有第二除尘器62，第二除尘器62的排粉口与连接于第二物料出口的物料出管33连通。
在本发明的一些实施例中，蒸汽压缩装置20可由蒸汽压缩机本体、增速箱、驱动装置及辅助设备系统构成。蒸汽压缩机由电机经过增速箱增速传动，电机与蒸汽压缩机单体设备间用双膜片联轴器连接，蒸汽压缩机采用变频电机调速。若再压缩蒸汽温度要求高，可采用双级蒸汽压缩机串联、中间喷水冷却的形式。
本发明将褐煤干燥乏蒸汽经过蒸汽压缩机增温增压后，作为干燥机干燥热源用于褐煤预加热，同时以再压缩蒸汽作为褐煤携湿气体。褐煤干燥乏汽潜热得到充分利用，可解决现有回转干燥脱水工艺存在的安全性差、热效率低、水分回收困难、能源水资源浪费、生产成本过高等技术问题。
进一步地，本发明的密封回转干燥主机与夹套式物料螺旋喂料机之间为完全封闭，采用过热蒸汽作为与褐煤接触的携湿气体，褐煤干燥流程中全部为惰性无氧气氛，无着火和爆炸危险。吸收褐煤中水分后的乏蒸汽排出系统后，经过除尘和蒸汽压缩机增温增压后作为携湿汽及预热干燥热源循环使用，乏汽潜热全部得到利用，节省新蒸汽使用量，大大提高工艺热效率。褐煤干燥乏蒸汽不凝气含量低，蒸汽压缩机压缩功率小，再压缩蒸汽品质较好。第一密封管式回转干燥机11干燥气源，全部潜热得到释放，凝结水即为褐煤收水，水回收效率高。取消水回收换热装置、冷却装置及相关冷却水输送设备，直接解决原来冷却水换热器易被含尘冷凝水堵塞的难题。
结合上述方案，需要进一步说明的是，本发明提供的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，不仅适用于褐煤干燥，同样适用于其他含湿散状、粉状等物料的干燥；其实施过程均为本发明提供的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统处理范围内，均可解决同样的技术问题，并确的相应的技术效果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其特征在于，包括：
第一密封管式回转干燥机，其具有用于接收褐煤与携湿气体的第一入料口、用于接收加热蒸汽进口的第一蒸汽进口、排出干燥后的物料的第一物料出口、排出携湿气体的第一携湿气体出口，以及排出冷凝水的第一冷凝水出口；
第二密封管式回转干燥机，其具有用于接收褐煤与携湿气体的第二入料口、用于接收加热蒸汽进口的第二蒸汽进口、排出干燥后的物料的第二物料出口、排出携湿气体的第二携湿气体出口，以及排出冷凝水的第二冷凝水出口；所述第二入料口与所述第一物料出口连通，以使所述第一密封管式回转干燥机与所述第二密封管式回转干燥机串联；和
蒸汽压缩装置，其具有单级或多级串联的蒸汽压缩机；所述蒸汽压缩装置的进口与所述第一携湿气体出口和所述第二携湿气体出口均连通；所述蒸汽压缩装置的出口与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通；
还包括主蒸汽管；所述主蒸汽管与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口中的一个或多个受控地连通；所述蒸汽压缩装置的出口与所述第一入料口、所述第二入料口和所述第一蒸汽进口受控地连通；所述主蒸汽管与所述第一入料口、所述第二入料口、所述第一蒸汽进口和所述第二蒸汽进口受控地连通；还包括：第一支管，连通所述第一入料口；第二支管，连通所述第一蒸汽进口；第一总管，连通所述蒸汽压缩装置的出口与所述第一支管，以及连通所述蒸汽压缩装置的出口与所述第二支管；蒸汽联络管，连通所述主蒸汽管和所述第一总管；所述蒸汽联络管上设置有减压阀和通断阀；所述第一总管上设置有逆止阀；还包括：第三支管，连通所述第一入料口；第四支管，连通所述第二入料口；第二总管，连通所述蒸汽压缩装置的出口与所述第三支管，以及连通所述蒸汽压缩装置的出口与所述第四支管；第五支管，连通所述第二入料口；第六支管，连通所述第二蒸汽进口；且所述主蒸汽管连通所述第五支管和所述第六支管；且所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管、所述第四支管、所述第五支管和所述第六支管上均设置有通断阀；还包括锅炉和沉淀池；所述第一冷凝水出口与沉淀池连通；所述第二冷凝水出口与所述锅炉的进口连通，所述锅炉的出口与所述主蒸汽管连通。
2.根据权利要求1所述的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其特征在于，所述第一携湿气体出口与所述蒸汽压缩装置的进口之间设置有第一除尘器，所述第一除尘器的排粉口与所述第二入料口连通；所述第二携湿气体出口与所述蒸汽压缩装置的进口之间设置有第二除尘器，所述第二除尘器的排粉口与连接于所述第二物料出口的物料出管连通。
3.根据权利要求1所述的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其特征在于，所述第一密封管式回转干燥机配置成将褐煤中水分加热至饱和温度；所述第二密封管式回转干燥机配置成将来自所述第一物料出口的物质干燥至满足预设水分要求值的干燥煤。
4.根据权利要求1所述的基于蒸汽再压缩技术的褐煤干燥收水系统，其特征在于，所述主蒸汽管接收0.5-0.6MPa饱和蒸汽。
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