利用电厂烟气余热干燥生物质燃料的方法及其设备

摘要

本发明公开了一种利用电厂烟气余热干燥生物质燃料的方法及其设备，该方法包括以下步骤：1)烟气余热梯级利用；2)一级高温快速热风干燥；3)二级中温恒温热风干燥；4)三级低温加速干燥；其设备包括多层带式干燥机和烟气余热梯级回收换热系统，隔板将干燥机机箱的干燥室内的输送带从上往下隔成密闭的高温区，中温区及低温区，高温区的前侧设有高温风进口，中温区的前侧设有中温风进口，低温区的前侧设有低温风进口，相邻的输送带间设有卸料溜槽，使生物质燃料从上层往下层呈蛇形输送状态。本发明将烟气余热梯级使用和生物质燃料高温干燥、中温干燥及低温干燥相结合，使烟气余热得到充分利用，达到了大幅提高干燥效率与节能减排的目标。

说明书

技术领域

本发明涉及干燥技术，具体地指一种利用电厂烟气余热干燥生物 质燃料的方法及其设备。

背景技术

受集散地干燥条件局限，生物质燃料进厂含水量一般在40～ 45％，但锅炉进料水分要求在25％以下，所以，生物质燃料在集散地 进行一级干燥后，在电厂还需进行二级干燥。目前，电厂对生物质燃 料进行二级干燥时，常采用人工露天干燥与干燥设备相结合的干燥方 法，具体步骤是：首先露天晾晒生物质燃料，利用风干的方式将燃料 的水分降到一定程度，然后利用干燥设备对风干后的燃料进一步干 燥，将燃料水分控制在25％左右。但是，现有的干燥方式存在以下问 题：1)由于电厂物料的含水量要比一级干燥的物料含水量要低，脱 水难度也相应增加，现有干燥设备的干燥效率较低，难以满足燃料供 应需求；2)电厂燃料消耗大，一个30MW生物质电厂的燃料消耗量 为800～1000t/h，这样用以干燥的能耗就十分庞大，导致发电成本过 高；3)露天晾晒生物质燃料不但占地面积大、晾晒和收取工作量大， 而且也带来了环境问题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种利用电厂烟气余热干燥生物质燃 料的方法及其设备，从而提高干燥效率，降低干燥能耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用电厂烟气 余热干燥生物质燃料的方法，包括以下步骤：

1)烟气余热梯级利用：经过多级冷凝，梯级回收锅炉烟气中的 显热，将所述显热用于梯级加热空气，得到高温干空气和中温干空气； 并进一步回收烟气中的低位潜热作热源，通过冷管制冷得到低温干空 气，或利用低温环境空气形成低温干空气；

2)一级高温快速热风干燥：利用所述高温干空气对生物质燃料 进行对流干燥，干燥温度为150～180℃，使生物质燃料快速脱水， 含水量降至30～35％；

3)二级中温恒温热风干燥：利用所述中温干空气对一级高温快 速热风干燥后的生物质燃料进行进一步对流干燥，干燥温度为80～ 100℃，使生物质燃料含水量降至25～30％；

4)三级低温加速干燥：利用所述低温干空气对二级中温恒温热 风干燥后的生物质燃料进行冷风干燥，干燥温度≤25℃，使生物质燃 料含水量降至25％以下。

进一步地，所述步骤4)中，所述三级低温加速干燥的温度为20～ 25℃，所述低温干空气相对湿度≤15％，风速为3～4m/s。

进一步地，所述步骤2)中，所述一级高温快速热风干燥的温度 为150～160℃，风速为3～4m/s；所述步骤3)中，所述二级中温恒 温热风干燥的温度为80～90℃，风速为3～4m/s。

进一步地，所述步骤2)中，生物质燃料的初始含水量为35～45％。

更进一步地，所述步骤2)和所述步骤3)中，将一级高温快速 热风干燥及二级中温恒温热风干燥过程中产生的低温高湿空气分别 引出，经过热交换加热除湿后分别回用于干燥。

本发明为实现上述方法而设计的一种利用电厂烟气余热干燥生 物质燃料的设备，包括多层带式干燥机，所述多层带式干燥机机箱的 干燥室内横向设置有多层输送带，所述干燥室内设有至少两块横向隔 板，所述横向隔板将所述干燥室内的输送带从上往下隔成密闭的高温 区、中温区及低温区；所述高温区的前侧设有高温风进口、后侧设有 高温区排湿口；所述中温区的前侧设有中温风进口、后侧设有中温区 排湿口；所述低温区的前侧设有低温风进口、后侧设有低温区排湿口； 相邻的所述输送带两侧之间交错设有卸料溜槽，使生物质燃料从上层 往下层呈蛇形输送状态；所述多层带式干燥机上设有一级烟气冷凝 器，所述一级烟气冷凝器的出水口与一级气水热交换器连接，所述一 级气水热交换器的空气出口与所述高温风进口连接，所述一级烟气冷 凝器的烟气出口上连有二级烟气冷凝器，所述二级烟气冷凝器的出水 口与二级气水热交换器连接，所述二级气水热交换器的空气出口与所 述中温风进口连接，所述二级烟气冷凝器的烟气出口上连有潜热回收 器，所述潜热回收器的热空气出口上连有冷管束，所述冷管束的冷空 气出口与所述低温风进口连接。

进一步地，它还包括三级烟气冷凝器和三级气水热交换器，所述 二级烟气冷凝器的烟气出口与三级烟气冷凝器连接，所述三级烟气冷 凝器的烟气出口与所述潜热回收器连接，所述三级烟气冷凝器的出水 口与三级气水热交换器连接，所述三级气水热交换器的空气出口与所 述中温风进口连接。

进一步地，所述输送带为网带或链板带，其上开有通风孔，穿孔 率为45～65％。

进一步地，所述输送带之间、以及所述输送带与所述横向隔板之 间均等间距平行布置。

更进一步地，所述高温区排湿口上连有第一热回收装置，所述中 温区排湿口上连有第二热回收装置。

本发明的干燥原理如下：本发明分三级对生物质燃料进行干燥， 分别是一级高温快速热风干燥阶段，二级中温恒温热风干燥阶段及三 级低温加速干燥阶段，在干燥初期热风温度对干燥速率影响是比较大 的，因此在一级高温快速热风干燥阶段采用150～180℃的高温干空 气干燥燃料，由于热风温度比较高，燃料表面的水分受热后能迅速蒸 发，这阶段又称为“高温快速干燥阶段”，其干燥时间较短。随着燃 料表面水分的减少，脱水速率随之下降，燃料随即转入二级中温恒温 热风干燥阶段，此阶段温度对干燥效率的影响相应减少，为此不必再 采用高温干燥，送风温度保持在80～100℃，这时燃料表面还是有水 分蒸发，加上风速的影响，导致燃料表面温度下降，产生了燃料内外 温度梯度，推动了燃料内部水分向外表迁移，由于温度梯度和水分梯 度都比较小，需在相当长的时间内才能逐步形成被水饱和的热表面， 在此期间降水速率一般变化不大，所以这阶段又称之为“中温恒速干 燥阶段”。随着热空气与燃料的热湿交换，燃料温度梯度和水分梯度 的压差逐渐变小，脱水速率下降很快，燃料随即转入三级低温加速干 燥阶段，在此阶段为了提高脱水率，本发明提出采用低温干空气代替 热干空气对物料进行干燥，在冬季可采用环境温度，夏季和过渡季将 送风温度控制在25℃以下，优选20～25℃，有温度更低的冷源更好， 由于低温空气的介入，燃料与冷空气的温度梯度和水分梯度压差加 大，燃料会释放热量到空气中，燃料表面水分也会向冷空气扩散，其 温度梯度和水分梯度方向是一致的，从而加快了脱水速率，这一阶段 又称为“低温加速干燥阶段”。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，目前生物质电厂除尘器前的烟气利用主要是通过空气预热 器预热空气助燃，最后排烟温度一般都设定为150℃左右，其热效率 在48％左右，而本发明将烟气余热梯级回收用于干燥生物质燃料，总 热效率可达86.5％左右；另外，本发明还充分利用了烟气中水蒸汽凝 结所释放的潜热，由于提取的潜热温度比较低，本发明将冷管技术引 入干燥系统，使从潜热中提取的低位热量得到了充分利用，将锅炉烟 气余热利用延伸到燃料干燥，使锅炉的热效率超过100％，根据测算 加上潜热利用热效率甚至可高达136％。

其二，本发明将电厂烟气余热梯级利用与生物质燃料高温快速干 燥、中温恒速干燥及低温加速干燥相结合，对生物质燃料进行冷、热 风联合多级干燥，使能源得到充分利用的同时，也达到了提高干燥效 率和节能减排的目标，节省的能源费用十分可观；本发明方法同时解 决了露天晾晒生物质燃料带来的占地面积大、晾晒和收取工作量繁 杂，及环境污染问题。

其三，本发明通过梯级利用烟气余热，不但有效回收了显热，还 充分利用了烟气中水蒸汽凝结所释放的潜热，提高了烟气余热利用效 率，同时，减少了CO₂和热量的外排量，降低了烟气环境污染及热污 染。

其四，本发明通过多层带式干燥机结合冷管束，实现了高温快速、 中温恒速及低温加速的连续进行，提高了干燥效率，满足了燃料供应 需求；生物质燃料在输送带上与热风或冷风分层进行湿热交换，用隔 板将高温区，中温区及低温区隔开，有效防止了冷热气流之间窜流， 进一步提高了干燥效率。

其五，将冷管用于干燥过程中回收热量、除湿及冷却是首创，因 冷管集吸附器、冷凝器及蒸发器于一身，传热传质效果好，没有过多 的传动设备，成本低廉，加工使用方便，又可以利用烟气余热。

附图说明

图1为一种利用电厂烟气余热干燥生物质燃料的设备的结构原 理示意图。

图2为该设备中多层带式干燥机的结构示意图。

图3为图2的局部放大结构示意图。

图4为该设备中冷管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解 本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1～4所示，本发明利用电厂烟气余热干燥生物质燃料的设 备，包括多层带式干燥机1，多层带式干燥机1的机箱的干燥室内根 据干燥规模横向设置有多层往返运行的输送带1-1，输送带1-1为网 带或链板带，其上开有通风孔，穿孔率为45～65％。干燥室内设有多 块与输送带1-1平行的横向隔板1-2，输送带1-1之间、以及输送带 1-1与横向隔板1-2之间均等间距平行布置。横向隔板1-2将干燥室 内的输送带1-1从上往下隔成密闭的一个高温区2、两个中温区3及 两个低温区4。高温区2的前侧设有高温风进口5，后侧设有高温区 排湿口6。中温区3的前侧设有中温风进口7，后侧设有中温区排湿 口8。低温区4的前侧设有低温风进口9，后侧设有低温区排湿口10。 相邻的输送带1-1两侧之间设有卸料溜槽1-3，使生物质燃料从上层 往下层呈蛇形输送状态(结合图3所示)。多层带式干燥机1上连有 一级烟气冷凝器11，一级烟气冷凝器11的出水口与一级气水热交换 器12连接，一级气水热交换器12的空气出口与高温风进口5连接， 高温区排湿口6上连有第一热回收装置19。一级烟气冷凝器11的烟 气出口上连有二级烟气冷凝器13，二级烟气冷凝器13的出水口与二 级气水热交换器14连接，二级气水热交换器14的空气出口与中温风 进口7连接，二级烟气冷凝器13的烟气出口上连有三级烟气冷凝器 17，三级烟气冷凝器17的出水口与三级气水热交换器18连接，三级 气水热交换器18的空气出口也与中温风进口7连接，两个中温区排 湿口8上分别连有第二热回收装置20。三级烟气冷凝器17的烟气出 口与潜热回收器15连接，潜热回收器15的热空气出口上连有冷管束 16，冷管束16的冷空气出口与低温区4的低温风进口9连接。

上述方案中，结合图4所示，冷管束16是本发明冷却空气的节 能装置，冷管束16上段为吸附段22，吸附段22内填充有吸附剂23， 冷管束16下段为冷凝蒸发段27，吸附段22与冷凝蒸发段27之间设 有绝热层25，冷管束16内设有钢丝网内层26和吸附质通道24。脱 附过程时，气流通过吸附段时是降温增湿过程，冷凝/蒸发端气流通 过时是等焓加热过程；吸附过程时，气流通过吸附段时是升温除湿过 程，冷凝/蒸发端气流通过时是等焓冷却过程。具体实施时，至少需 要两组冷管束，一组在脱附，另一组则在吸附，这样我们可以利用最 后一级的烟气余热作为冷管热源完成其中一组冷管束的脱附过程，脱 附后的降温烟气再进入另一组冷管束进行吸附过程，其冷凝段产生冷 空气用来低温干燥。

上述利用电厂烟气余热干燥生物质燃料的设备的工艺过程如下：

1)利用烟气余热梯级加热空气：如图1所示，将小部分的电厂 除尘后的锅炉烟气从烟囱21排出，以保证烟气的正常排放，将其余 大部分烟气(可取75％的烟气量)的热量分四级利用，首先，烟气依 次经过一级烟气冷凝器11，二级烟气冷凝器13，三级烟气冷凝器17， 及潜热回收器15进行热回收，一级烟气冷凝器11烟气进口温度为 290℃，出口温度为190℃，热效率为35％，二级烟气冷凝器13烟气 进口温度为190℃，出口温度为150℃，热效率为13.5％，三级烟气 冷凝器17烟气进口温度为150℃，出口温度为100℃，热效率为17％， 潜热回收器15的烟气进口温度为100℃，出口温度为40℃，热效率 为21％；从一级烟气冷凝器11的出水口出来的高温水通过一级气水 热交换器12换热后，得到150～180℃，优选150～160℃的高温干空 气；从二级烟气冷凝器13的出水口出来的高温水通过二级气水热交 换器14换热后，得到80～100℃，优选80～90℃的中温干空气；从 三级烟气冷凝器17的出水口出来的高温水通过三级气水热交换器18 换热后，仍然得到80～100℃，优选80～90℃的中温干空气；潜热回 收器15除了提取显热以外，还提取部分潜热，从潜热回收器15出来 的热空气配合冷管束产生温度≤25℃的低温干空气和热源，热源可供 采暖或热水供应使用，从潜热回收器15出来的烟气返回烟囱21排放；

2)冷、热风多级干燥：如图3所示，在密封的多层带式干燥机 1的干燥室内，相邻输送带1-1以相反方向运转，待干燥的生物质燃 料自顶部送入顶层输送带1-1上，生物质燃料自上层逐次落至下层， 呈蛇形运输状态，最后由最下层输送带1-1的卸料口卸出。在这个过 程中，采用强力风口喷射气流方式，保证气流射程≥15m，将前述一 级烟气冷凝换热得到的高温干空气从高温风进口5送入多层带式干 燥机1的高温区2，风速为3～4m/s，对输送带1-1上含水量为35～ 45％的生物质燃料进行一级高温快速热风干燥，使生物质燃料快速脱 水，含水量降至30～35％。同时，将前述二级烟气冷凝和三级烟气冷 凝换热得到的中温干空气从中温风进口7送入多层带式干燥机1的中 温区3，风速为3～4m/s，对输送带1-1上的生物质燃料进行二级中 温恒温热风干燥，使生物质燃料含水量降至25～30％。一级高温快速 热风干燥和二级中温恒温热风干燥过程中产生的低温高湿空气经过 第一热回收装置19和第二热回收装置20热交换加热除湿后可分别回 用于干燥系统。同时，将上述低温干空气从低温风进口9送入多层带 式干燥机1的低温区4对二级中温恒温热风干燥后的生物质燃料进行 冷风干燥，低温干空气相对湿度≤15％，干燥温度为10～15℃，风速 为3～4m/s，使生物质燃料含水量根据需要降至25％以下，低温空气 吸取了燃料的水分排出可通过冷管束16回收再利用。即：多层带式 干燥机1的高温区2和中温区3所需的热风通过烟气余热梯级加热而 获得；低温区4所需的冷风，在冬季可采用环境空气，夏季和过渡季 需利用烟气中的低位潜热作热源通过冷管束16得到相应的冷风，冬 季冷源可以作为冷藏辅助供冷。

试验表明，采用本发明的设备对电厂所排放烟气进行利用，烟气 余热利用的总热效率可达85％以上，有效降低了生物质燃料干燥的能 耗，大幅节省了生物质燃料前期处理的运行成本。