CN112304053A - 一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，包括槽式太阳能集热器系统、热交换装置和蒸汽间接滚筒式干燥机；其中，通过槽式太阳能集热器系统吸收太阳能并实现光热转换，加热集热管内的导热流体并存放在高温储热装置中，之后导热流体进入热交换装置中将水加热成低温饱和蒸汽，以饱和蒸汽作为干燥热源，进入蒸汽间接滚筒式干燥机，对褐煤进行预干燥，系统中产生的乏气利用发电机组现有的冷源进行水分、余热的回收。本发明利用可再生、清洁的太阳能并使用成本较低的槽式太阳能集热器系统获取饱和蒸汽以预干燥褐煤，其中产生的乏汽通过发电机组现有设备进行能源回收，具有较好的经济性与发展潜力。
Description
技术领域
本发明属于火力发电领域，具体涉及一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统。
背景技术
褐煤是目前煤炭资源中占比较大的一种煤，约占世界煤炭储量的40％左右，在我国褐煤储量同样较大，约为煤炭总储量的23％左右。随着目前可利用资源的逐渐减少以及优质煤种消耗量不断地增大，如何高效利用褐煤是各国研究的重点。
褐煤是煤化程度最低的矿产煤，具有挥发分高、水分高、易自燃等特点。在生产利用中，由于褐煤较高的含水率导致输煤系统经常发生堵塞，进而导致运输成本增加；同时由于其热值较低，热稳定性较差，降低了发电系统的经济性与适应性，因此褐煤的高效利用具有重要的工程应用价值。
通过干燥处理，褐煤的水分含量大幅降低，同时能够破坏其内部的孔隙结构，毛细作用减小，低位发热量提高，是一种简单、高效的提质方式，既能提高褐煤的运输效率，也可以提高机组的发电效率，并有效减少褐煤直接燃烧产生的污染排放，对于提高褐煤的使用效率具有重要意义。
目前常用的褐煤干燥提质技术有以下几种：
1)洁净蒸汽低温间接干燥技术，利用蒸汽作为热源，采用回转式列管间接干燥机为主设备进行干燥，其原理是褐煤在干燥机内与众多换热管内的蒸汽换热，使褐煤中的水分得以快速蒸发，达到干燥的目的。这种工艺系统可以连续稳定地运行，技术相对较为成熟，易除冷凝与回收，排放较低。但是，由于使用锅炉蒸汽进行干燥，因此消耗蒸汽量较大，热利用效率较低，且结构复杂，设备成本较高。
2)烟气直接干燥技术，使用热烟气作为热源对褐煤进行干燥，由于烟气温度较高且褐煤的燃点较低，因此这种技术的安全性较差，同时烟气温度不易控制，可操作性较差。另一方面，由于烟气直接干燥技术的尾气量大，成分复杂，污染物排放难以控制，技术目前还不成熟暂时无法实际应用。
3)非蒸发干燥技术，这种技术是利用压力与温度使煤内部结构破裂收缩，从而去除水分，虽然能够节约水分蒸发的汽化潜热、减少褐煤燃烧时的灰沉积，但是需要较高的温度与压力，实际运行中难以实现。
太阳能因其取之不尽、清洁无污染等特点已经成为目前最有发展潜力的新能源，受到近年来各国学者的广泛研究。槽式太阳能集热器系统的结构简单，成本较低，是一种相对较成熟的太阳能利用技术，它是利用抛物面型反射镜反射太阳光线，将光线聚焦到真空集热管上，从而将能量传递给管内的导热油或熔融盐等导热流体，之后对高温导热流体进行后续利用。
发明内容
本发明的目的在于针对在现有褐煤预干燥技术的基础上，提供了一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，包括槽式太阳能集热器系统、热交换装置和蒸汽间接滚筒式干燥机；其中，槽式太阳能集热器系统与热交换装置形成导热流体循环系统，蒸汽间接滚筒式干燥机与热交换装置形成热循环系统，通过槽式太阳能集热器系统实现光热转换并加热导热流体，通过高温导热流体将水加热以获得低温饱和蒸汽，以饱和蒸汽作为干燥热源，进入蒸汽间接滚筒式干燥机对高水分褐煤进行预干燥，系统产生的乏气利用发电机组现有的冷源进行水分回收与余热回收。
本发明进一步的改进在于，槽式太阳能集热器系统中抛物面反射镜的聚光比为100。
本发明进一步的改进在于，导热流体为导热油或熔融盐，槽式太阳能集热器系统将导热流体加热到350℃～360℃并存放在高温储热装置中，导热流体进入热交换装置中将水加热成低温饱和蒸汽。
本发明进一步的改进在于，导热流体从热交换装置流出后进入低温储热装置，最后通过导热流体泵返回槽式太阳能集热器系统。
本发明进一步的改进在于，蒸汽间接滚筒式干燥机入口处低温饱和蒸汽的压力为0.6MPa，温度为160℃～170℃，饱和蒸汽量与发电系统燃煤量之间的关系由下式确定：
式中：L—饱和蒸汽量，kg·s-1；
cpd—蒸汽的定压比热容，J·kg-1·K-1；
td0、td—蒸汽进入、离开蒸汽间接滚筒式干燥机的温度，K；
ηd—干燥机的热效率；
B—发电系统燃煤量，kg·s-1；
λ—褐煤干燥程度，即1kg褐煤干燥减少的水分，kg·kg-1；
hwd、hw0—干燥乏气、褐煤原煤中的水分焓值，J·kg-1；
hc1、hc0—褐煤在干燥机出口与入口的焓值，J·kg-1。
本发明进一步的改进在于，蒸汽间接滚筒式干燥机通过水分回收余热回收装置和给水泵与热交换装置形成热循环系统。
本发明进一步的改进在于，待干燥的褐煤水分在50％以上，预干燥后的褐煤水分含量在35％以下。
本发明进一步的改进在于，待干燥的褐煤存储在缓存仓。
相比现有的褐煤预干燥技术，本发明使用太阳能作为干燥热源，太阳能清洁、可再生的特点不仅可以有效缓解燃料燃烧对环境产生的污染问题，而且对能源的可持续发展具有重要意义。同时，槽式太阳能集热器系统因其结构简单、技术成熟与成本低等特点，已经成为目前最成熟的、大规模商业化的太阳能集热器系统。
附图说明
图1为本发明一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。
参见图1，本发明一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，包括槽式太阳能集热器系统1、热交换装置5和蒸汽间接滚筒式干燥机6；其中，槽式太阳能集热器系统1与热交换装置5形成导热流体循环系统，蒸汽间接滚筒式干燥机6通过水分回收余热回收装置7和给水泵8与热交换装置5形成热循环系统。通过抛物面反射镜聚光比为100的槽式太阳能集热器系统1实现光热转换加热导热流体，将导热流体加热到350℃～360℃并存放在高温储热装置2中，导热流体通常为导热油或熔融盐，通过高温导热流体进入热交换装置5中将水加热以获得低温饱和蒸汽，导热流体从热交换装置5流出后进入低温储热装置3，最后通过导热流体泵4返回槽式太阳能集热器系统1，低温饱和蒸汽的压力为0.6MPa，温度为160℃～170℃，以饱和蒸汽作为干燥热源，进入蒸汽间接滚筒式干燥机6对高水分褐煤进行预干燥，缓存仓9中待干燥的褐煤水分在50％以上，预干燥后的褐煤水分含量在35％以下。系统产生的乏气利用发电机组现有的冷源进行水分与余热回收。
饱和蒸汽量与发电系统燃煤量之间的关系由下式确定：
式中：L—饱和蒸汽量，kg·s-1；
cpd—蒸汽的定压比热容，J·kg-1·K-1；
td0、td—蒸汽进入、离开蒸汽间接滚筒式干燥机的温度，K；
ηd—干燥机的热效率；
B—发电系统燃煤量，kg·s-1；
λ—褐煤干燥程度，即1kg褐煤干燥减少的水分，kg·kg-1；
hwd、hw0—干燥乏气、褐煤原煤中的水分焓值，J·kg-1；
hc1、hc0—褐煤在干燥机出口与入口的焓值，J·kg-1。
由于褐煤水分高、热值低、易风化和自燃等特点，因此它的运输成本较高，不利于长距离输送和贮存。同时，直接燃烧褐煤的热效率较低，且污染物的排放量也较高，因此目前难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料的转化利用也受到限制，褐煤的液化、干馏与气化都要求褐煤中水分不能过高。由此可知，褐煤的干燥提质加工，是发电系统使用褐煤的必要条件。褐煤干燥提质工艺是通过合理的干燥过程，降低褐煤含水量，提高褐煤能量密度的技术。
相比现有的褐煤预干燥技术，本发明使用太阳能作为干燥热源，太阳能清洁、可再生的特点不仅可以有效缓解燃料燃烧对环境产生的污染问题，而且对能源的可持续发展具有重要意义。同时，槽式太阳能集热器系统因其结构简单、技术成熟与成本低等特点，已经成为目前最成熟的、大规模商业化的太阳能集热器系统。本发明使用太阳能集热器系统加热生成低温饱和蒸汽，有效地利用了资源丰富的太阳能，减少了化石燃料的消耗量，降低发电系统的污染排放。使用饱和蒸汽干燥褐煤，既能保证干燥效率，也能够避免烟气与褐煤直接接触导致的安全隐患。
同时，本发明使用高低温储热装置保证在入射太阳辐射由于外界因素产生波动时干燥系统能够正常工作。对于干燥系统产生的乏气，本发明利用发电机组现有的冷源进行水分与余热的回收，简化了褐煤预干燥系统的复杂性，进一步降低系统的设备成本。
综上所述，本发明一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，预干燥系统的结构简单且成本较低，使用的槽式太阳能集热器系统技术相对较成熟，集热效率较高，具有很强的可操作性。通过有效利用太阳能，避免了能源浪费的同时降低了发电系统的污染物排放，在现有褐煤干燥技术的基础上降低干燥成本，实现节能减排的目的，具有很好的经济性与发展潜力。
Claims (8)
1.一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，包括槽式太阳能集热器系统(1)、热交换装置(5)和蒸汽间接滚筒式干燥机(6)；其中，
槽式太阳能集热器系统(1)与热交换装置(5)形成导热流体循环系统，蒸汽间接滚筒式干燥机(6)与热交换装置(5)形成热循环系统，通过槽式太阳能集热器系统(1)实现光热转换并加热导热流体，通过高温导热流体将水加热以获得低温饱和蒸汽，以饱和蒸汽作为干燥热源，进入蒸汽间接滚筒式干燥机(6)对高水分褐煤进行预干燥，系统产生的乏气利用发电机组现有的冷源进行水分回收与余热回收。
2.根据权利要求1所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，槽式太阳能集热器系统(1)中抛物面反射镜的聚光比为100。
3.根据权利要求1所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，导热流体为导热油或熔融盐，槽式太阳能集热器系统(1)将导热流体加热到350℃～360℃并存放在高温储热装置(2)中，导热流体进入热交换装置(5)中将水加热成低温饱和蒸汽。
4.根据权利要求3所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，导热流体从热交换装置(5)流出后进入低温储热装置(3)，最后通过导热流体泵(4)返回槽式太阳能集热器系统(1)。
5.根据权利要求1所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，蒸汽间接滚筒式干燥机(6)入口处低温饱和蒸汽的压力为0.6MPa，温度为160℃～170℃，饱和蒸汽量与发电系统燃煤量之间的关系由下式确定：
式中：L—饱和蒸汽量，kg·s-1；
cpd—蒸汽的定压比热容，J·kg-1·K-1；
td0、td—蒸汽进入、离开蒸汽间接滚筒式干燥机的温度，K；
ηd—干燥机的热效率；
B—发电系统燃煤量，kg·s-1；
λ—褐煤干燥程度，即1kg褐煤干燥减少的水分，kg·kg-1；
hwd、hw0—干燥乏气、褐煤原煤中的水分焓值，J·kg-1；
hc1、hc0—褐煤在干燥机出口与入口的焓值，J·kg-1。
6.根据权利要求5所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，蒸汽间接滚筒式干燥机(6)通过水分回收余热回收装置(7)和给水泵(8)与热交换装置(5)形成热循环系统。
7.根据权利要求1所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，待干燥的褐煤水分在50％以上，预干燥后的褐煤水分含量在35％以下。
8.根据权利要求7所述的一种利用中低温太阳能热耦合褐煤预干燥的节能系统，其特征在于，待干燥的褐煤存储在缓存仓(9)。
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