一种滚筒式烟气褐煤间接干燥系统及方法

摘要

一种滚筒式烟气褐煤间接干燥系统及方法，用于褐煤干燥领域。本系统包括烟气发生装置，滚筒式间接干燥装置，烟气侧引风机，褐煤通道侧引风机，冷凝塔以及细粉分离装置组成。滚筒式间接干燥装置为双层套筒结构，外筒和内筒均由多根烟气管道焊接而成，筒壁上均焊接有导流叶片；烟气通道采用套管结构，使筒内轴向温度均匀。本方法使烟气发生装置产生400-500℃烟气，烟气通过烟气通道与褐煤通道中的褐煤形成逆流间接换热，使褐煤得到均匀加热脱水。本发明中褐煤受热均匀，解决了褐煤颗粒升温过快爆裂及以往间接干燥中滚筒无法转动造成的磨损等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及褐煤干燥系统，可以应用于大量褐煤持续干燥，并大大改善现有褐煤干燥技 术存在的不足，使褐煤利用更加清洁高效。

背景技术

褐煤资源特点是储量大、埋藏浅、开采成本低。全世界的褐煤地质储量为4万亿吨，占 全世界煤炭储量的近40%。目前我国烟煤、无烟煤等优质煤资源已经被充分利用，对褐煤的 大规模开发利用刚刚开始。到1995年底，中国已探明褐煤保有储量1303亿吨，占全国煤炭 储量的13%左右，在我国煤炭资源占有重要地位。

我国的褐煤资源比较集中，目前在褐煤利用上却有三个问题。一是因为褐煤所在生产地 经济欠发达，褐煤就地消化数量有限；二是需要大量煤的经济比较发达地区距离褐煤产地比 较远，而对长距离运输高水分、低热值的褐煤在经济上是不合算的，尤其产地在内蒙古东北 部褐煤，在北方寒冷的冬季高水分褐煤容易冻结成块，冻结车皮等，给装卸、运输等带来一 些麻烦，这就是向外运输存在经济性问题；三是褐煤的高水分、高挥发份、高灰分，也不利 于长时间储存。褐煤的不易储存和运输的问题，导致褐煤资源主要被用于坑口发电。而且， 目前电煤普遍实行优质优价，由于水分高发热量低，吨煤售价低，导致了煤的销售收入减少。

所以合理拓展褐煤利用途径，提高煤炭开采加工的经济性，满足经济发达地区对煤炭资 源的需求，有必要对褐煤原煤进行脱水处理。褐煤干燥后，可大大提高褐煤的发热量，实现 经济运输，改善锅炉燃烧的燃尽率和锅炉热效率，提高整个能源利用率。

煤的干燥脱水技术很多，大体可分为机械脱水、非蒸发脱水和蒸发脱水三大类，蒸发脱 水又包括直接脱水法和间接脱水法。其中蒸发脱水方式相对来说操作条件和方法较为简单， 适合大量物料的制备，因此为了大量利用褐煤资源，国内外对褐煤的处理多利用蒸发干燥法， 以下对其包括的直接干燥法和间接干燥法做了简单介绍：

一、直接干燥法：又可以称为接触式干燥法，采用干燥气体与直接与褐煤接触加热褐煤， 使其脱水，在我国目前已经投入使用的褐煤干燥技术多是使用此类干燥方法，以煤燃烧生成 的热烟气作为干燥介质。这种方式设备最为简单，操作简便。但直接加热由于烟气温度较高， 烟气与煤温差过大，煤块升温速率过快，煤块容易破裂形成很多细的粉末。国内运送褐煤主 要两种方法，一是铁路运输，过多的细粉会造成大量的扬尘。二是装船海运，在用户附近港 口卸载后装车运输，在码头装卸的过程中同样会造成大量的扬尘，很多情况下为了达到降低 扬尘的效果，会进行喷水，而这样则使得干燥过的褐煤再次与水结合，破坏了干燥的效果。 同时，以往的混合式直接加热由于烟气中含有一定量的粉尘，会吸附在被干燥的褐煤表面， 影响了干燥后褐煤的美观性，使得其实际价值受到较大影响。

二、间接干燥法：间接加热干燥一般为管内加热介质/管外煤的方式，其中加热介质可以 为蒸汽、油或热空气等。目前间接式干燥装置主要采用的是筒式外型。采用间接干燥方法， 首先烟气和褐煤分开，中间传热热阻增大，使得煤颗粒的升温速率大大减缓，有效地抑制了 了煤块的破裂，减少了干燥后褐煤中细粉的比例，大大降低了运输的难度，同时褐煤与烟气 分开也保证了褐煤不会被烟气中的粉尘污染，提高了干燥褐煤的美观度，提高了其商业价值。 国外常常采用的褐煤干燥方式是利用高压高温饱和水蒸汽进行对褐煤的间接加热，由于相同 压力下水的饱和温度一定，可以使加热过程中水蒸汽一直保持饱和状态，整个过程温度恒定， 升温速率也比较平稳。但由于在连接头处无法实现滚动密封，因此为防止蒸汽泄漏，一般采 用倾斜的固定筒式结构来进行加热。然而固定的结构会导致在煤的入口处的蒸汽管道存在较 大的磨损，易导致因管壁磨损引起的蒸汽泄漏。

发明内容

针对上述已有褐煤干燥方法中直接干燥法加热速率快，煤块容易破裂，及间接干燥法无 法实现滚动等问题，提出一种滚筒式烟气间接褐煤干燥系统及方法，从而解决温升速率过快， 干燥温度分布不均及换热装置无法滚动带来的磨损等问题。

本发明的技术方案如下：

一种滚筒式烟气间接褐煤干燥系统，其特征在于：包括烟气发生装置、滚筒式烟气褐煤 间接干燥装置、烟气侧引风机、褐煤通道侧引风机、冷凝塔和细粉分离装置，所述的滚筒式 烟气褐煤间接干燥装置包括套筒式滚筒、机架和驱动装置；套筒式滚筒包括外筒和内筒，所 述的外筒和内筒均由多根烟气管道焊接而成，内筒和外筒内壁上均焊接有导流叶片，在内筒 和外筒的中心处形成中心褐煤通道，在外筒和内筒之间形成环形褐煤通道；在内筒和外筒的 一端设有褐煤入口管、水蒸气出口管和集气器，所述的烟气侧引风机通过集气器与内筒和外 筒的多根烟气通道连通，水蒸气出口管与褐煤通道侧引风机相连接，褐煤入口管与所述的中 心褐煤通道和环形褐煤通道相连接；在内筒和外筒的另一端设有干燥褐煤出口和烟气分布器， 所述的烟气发生装置通过烟气分布器与内筒和外筒的多根烟气通道连通；干燥褐煤出口管与 细粉分离装置相连接。

本发明的技术特征还在于：滚筒式烟气间接褐煤干燥系统还包括氮气发生装置，在靠近 烟气分布器一端设有氮气入口管，氮气发生装置通过氮气入口管与中心褐煤通道和环形褐煤 通道相连接。

本发明的又一技术其特征在于：所述的烟气管道采用套管结构，由烟气通道外套管和绝 热内套管构成，烟气通道外套管的内径为100-115mm；绝热内套管的内径为70～80mm，绝热 内套管的长度占整个烟气管道的45%～55%。

本发明提供的一种滚筒式烟气间接干燥褐煤方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1）由烟气发生装置产生的热烟气通过烟气分布器进入内筒和外筒的烟气管道；

2）褐煤由煤仓通过褐煤入口管分别进入中心褐煤通道和环形褐煤通道，在导流叶片作用 下与烟气管道内的烟气以逆流方式运动，烟气管道内的烟气对褐煤进行间接加热；

3）经过换热的烟气通过烟气出口管通过烟气侧引风机作用离开滚筒，干燥过程中生成的 水蒸气在褐煤通道侧引风机作用下进入冷凝塔，水蒸气在冷凝塔中冷凝供冷凝水用户利用；

4）干燥后的褐煤经由干燥褐煤出口管进入细粉分离装置，分离出的大颗粒褐煤直接运至 干燥褐煤用户处进行利用；

5）分离出的细褐煤颗粒进入烟气发生装置进行燃烧，取代外部褐煤供应，实现循环使用。

所述的烟气发生装置中产生的热烟气温度为400～500℃。

上述滚筒式烟气间接干燥褐煤方法中，由氮气发生装置生成的氮气，通过布置于烟气分 布器同侧的氮气入口管进入中心褐煤通道和环形褐煤通道，氮气与生成的水蒸气混合，并通 过水蒸气出口进入冷凝塔分离，实现循环使用。

本发明具有以下优点及突出性效果：①本发明的滚筒为双层套筒式结构，筒壁由烟气通 道管道焊接而成，投入的褐煤颗粒受到双层加热的效果，较之以往的单层加热，本技术方案 增加了受热面积，使传热更加均匀；②烟气管道为套管结构，内部为绝热内套管，将烟气分 为两部分，一部分加热前段褐煤，另一部分在通道中段与温度较低的第一部分烟气重新混合， 使整个干燥过程的温度分布较为均匀，褐煤不会因局部加热速率过高而爆裂；③采用本滚筒 式烟气间接干燥褐煤技术，在干燥过程中产生的细粉量大大降低，产生的细粉量约占总煤量 的8%，这部分细粉经过细粉分离装置分离可直接在烟气发生装置内进行燃烧生成加热褐煤所 需要的烟气，基本实现自给自足；④褐煤通道侧仅有氮气和水蒸气存在，通过冷凝塔可以将 氮气和水完全分离，冷凝水可以直接进行利用，氮气循环利用，不存在直接干燥条件下烟气 对水蒸气的污染问题；⑤褐煤煤灰灰熔点低，在烟气发生装置中可实现液态排渣，避免了粉 尘的产生。

附图说明

图1为褐煤干燥系统的示意图。

图2为滚筒式烟气褐煤间接干燥装置的结构原理示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为单个烟气管道的剖面图。

图中：1-烟气发生装置；2-滚筒式烟气褐煤间接干燥装置；3-烟气侧引风机；4褐煤通 道侧引风机；5-冷凝塔；6-冷凝水用户；7-细粉分离装置；8-干燥褐煤用户；9-套筒式滚筒； 10-导流叶片；11-褐煤入口管；12-干燥褐煤出口管；13-烟气分布器；14-集气器；15-氮气 入口管；16-水蒸气出口管；17-机架；18-驱动装置；19-烟气管道；20a-中心褐煤通道，20b- 环形褐煤通道；21-烟气通道外套管；22-烟气通道；23-绝热内套管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作过程做进一步的说明。

图1为褐煤干燥系统的示意图，该干燥系统包括烟气发生装置1、滚筒式烟气褐煤间接 干燥装置2、烟气侧引风机3、褐煤通道侧引风机4、冷凝塔5和细粉分离装置7。由烟气发 生装置1产生的热烟气进入滚筒式烟气褐煤间接干燥装置2，褐煤由煤仓通过褐煤入口管进 入滚筒式烟气褐煤间接干燥装置内的褐煤通道，并与烟以逆流方式运动，烟气管道内的烟气 对褐煤进行间接加热；经过换热的烟气通过烟气出口管在烟气侧引风机3作用离开滚筒，干 燥过程中生成的水蒸气在褐煤通道侧引风机4作用下进入冷凝塔5，水蒸气在冷凝塔中冷凝 供冷凝水用户6利用；干燥后的褐煤经由干燥褐煤出口管进入细粉分离装置7，分离出的大 颗粒褐煤直接运至干燥褐煤用户8处进行利用；分离出的细褐煤颗粒进入烟气发生装置1进 行燃烧，取代外部褐煤供应，实现循环使用。

烟气发生装置1用于燃烧褐煤干燥过程中生成的细粉从而产生烟气加热褐煤；烟气侧引 风机3用来使烟气管道内呈微负压环境，防止运行过程中高温烟气泄露造成安全问题；褐煤 通道侧引风机4，用以引导干燥过程中产生的水蒸气和氮气混合气体并使中心褐煤通道和环 形褐煤通道内呈微负压，防止热蒸汽泄露造成安全问题；冷凝塔5，用以将干燥过程中产生 的乏汽通入冷却塔进行冷却，可将乏汽中水蒸气凝结下来与N2分离，从而可以制水，在一定 程度解决局部用水问题，分离出的N2可以重新通入N2入口进行循环利用；冷凝水用户6； 细粉分离装置7用于将干燥生成的细粉与大颗粒褐煤分离，细粉颗粒将被送入烟气发生装置 内经过燃烧生成烟气，用于褐煤干燥。

本褐煤干燥系统还可以包括一个氮气发生装置，与滚筒式烟气褐煤间接干燥装置2通过 氮气入口管15相连接，在系统运行中可以生产氮气，氮气通过氮气入口管15进入褐煤通道， 降低褐煤通道内的水蒸气分压，促进干燥过程的进行并携带生成的水蒸气离开褐煤通道。

图2为滚筒式烟气褐煤间接干燥装置的结构简图，该装置包括套筒式滚筒9、机架17和 驱动装置18；套筒式滚筒9包括外筒和内筒，所述的外筒和内筒均由多根烟气管道19焊接 而成，内筒和外筒内壁上均焊接有导流叶片10，在内筒和外筒的中心处形成中心褐煤通道 20a，在外筒和内筒之间形成环形褐煤通道20b；在内筒和外筒的一端设有褐煤入口管11、水 蒸气出口管16和集气器14，所述的烟气侧引风机3通过集气器14与内筒和外筒的多根烟气 通道连通，水蒸气出口管16与褐煤通道侧引风机4相连接，褐煤入口管11与所述的中心褐 煤通道20a和环形褐煤通道20b相连接；在内筒和外筒的另一端设有干燥褐煤出口12和烟气 分布器13，所述的烟气发生装置1通过烟气分布器13与内筒和外筒的多根烟气通道连通； 干燥褐煤出口管12与细粉分离装置7相连接。

投入的褐煤颗粒受到双层加热的效果，较之以往的单层加热，双层加热增加了受热面积， 使传热更加均匀；导流叶片10用以引导褐煤在中心褐煤通道和环形褐煤通道内的横向运动并 可以将褐煤带至更高高度，加强筒内搅拌增大换热面从而增加换热效率；在内筒和外筒的一 端设有褐煤入口管11、水蒸气出口管16和集气器14，烟气侧引风机3通过集气器14与内筒 和外筒的多根烟气通道连通，用于将换热后温度较低烟气导出并使烟气管道内程微负压，防 止在运行中高温烟气泄露造成危险；水蒸气出口管16与褐煤通道侧引风机4相连接，用于将 中心褐煤通道20a和环形褐煤通道20b内生成的水蒸气导出；褐煤入口管11与中心褐煤通道 20a和环形褐煤通道20b相连接，用于将待干燥褐煤导入滚筒内进行干燥；在内筒和外筒的 另一端设有干燥褐煤出口12，烟气分布器13和氮气入口管15，所述的烟气发生装置1通过 烟气分布器13与内筒和外筒的多根烟气通道连通，将热烟气均匀分布至各烟气通道内；干燥 褐煤出口管12与细粉分离装置7相连接，用于将干燥后褐煤导出并将细粉分离；所述的氮气 发生装置通过氮气入口管15与中心褐煤通道20a和环形褐煤通道20b相连接，用于向褐煤通 道注入氮气，以降低水蒸气分压并携带生成的水蒸气由水蒸气出口管16离开滚筒；滚筒布置 在机架17上由驱动装置18带动运转。

图3为滚筒式烟气褐煤间接干燥装置的A-A向剖视图，套筒式滚筒筒壁由多个口径为 100-115mm左右的烟气管道焊接而成；内筒和外筒内壁均焊有导流叶片19，用以带动褐煤由 中心褐煤通道20a和环形褐煤通道20b通过滚筒。

图4为单个烟气管道的剖面图，其结构为套管结构，外套管内径为100-115mm，采用吹 灰系统，定期吹灰，大口径的烟气通路可以有效防止烟气中的粉尘由于粘着在管壁所造成的 烟气管道堵塞，而定期的吹灰也有效避免了由于灰尘长时间在管道中堆积造成的通路堵塞； 绝热内套管23，内径为70-80mm左右，长度为整个烟气通路的45%-55%左右，用以保持管段 内烟气温度保持基本不变不参与外界热交换，从而保证在整个烟气通路中温度分布更均匀， 防止烟气通路前半段加热褐煤速率过高而后半段烟气温度过低；烟气由烟气通路22通过整个 烟气管路。

本褐煤干燥系统的工作原理是在运行初始由外部向烟气发生装置提供褐煤，褐煤在烟气 发生装置内发生燃烧，产生温度为400-500℃的热烟气，从烟气分布器13进入组成滚筒壁的 各烟气管道19，需要处理的褐煤由褐煤入口11进入滚筒9，并由导流叶片10引导通过套筒 式滚筒由外筒和内筒组成的中心褐煤通道和环形褐煤通道。烟气与褐煤采取逆流方式间接换 热。换热后的低温烟气在烟气侧引风机3的作用下由烟气通道进入烟气集气器14排出，整个 过程中，烟气侧引风机3始终保持烟气管道内呈微负压，防止在运行过程中热烟气泄露造成 安全问题。褐煤干燥过程中，为防止中心褐煤通道和环形褐煤通道内因水蒸气分压过高抑制 水蒸气从褐煤颗粒中分离出来，可以将氮气由氮气入口管15通入褐煤通道，降低通道内水蒸 气分压并在褐煤通道侧引风机4的作用下将水蒸气从水蒸气出口管16携带出褐煤通道，以达 到更好的干燥效果。褐煤通道侧引风机4将氮气和干燥生成水蒸气从水蒸气出口管16引入冷 凝塔5，经过冷凝换热，冷凝水可送至冷凝水用户6进行利用，这对于西部缺水地区意义重 大，氮气可通入氮气入口15重新参与循环，从而取代外部氮气发生器。干燥后褐煤由干燥褐 煤出口12进入细粉分离装置7。采用滚筒式褐煤干燥技术，在干燥过程中产生的细粉量大大 降低，但仍会产生占总量约8%的细粉，干燥过程中生成的褐煤细粉颗粒将被细粉分离装置7 分离出来并被送入烟气发生装置1，从而取代外部给煤，实现自给自足，同时为了避免粉尘， 利用褐煤灰熔点低的特点可实现液态排渣，捕渣率在70%以上。而分离出来的大颗粒的褐煤 颗粒将被运至干燥褐煤用户8。