水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺

摘要

本发明公开了一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺，其系统包括有水泥烧成系统，破碎机，预烘干机，辊压机，催化剂储仓，烘干破碎机，垂直烘干筒，旋风分离器；其工艺依次包括有如下步骤：(1)褐煤原煤初步破碎成煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质；(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品。本发明的优点在于，充分利用了水泥生产中余热，节能降耗，并减少二氧化碳排放；本发明利用水泥生产中原有工艺设备，不需额外增加设备，投资少，收益大，每年可以给2500T/d水泥生产线节约1000万元。

说明书

技术领域

本发明涉及一种褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺，特别涉及一种利用水泥烧成系统产生的废气，对褐煤进行分级提质的一体化集成系统及工艺。

背景技术

据统计，全世界褐煤储量约26229亿吨，约占世界煤炭总储量的24.4％。中国已经发现的褐煤资源量为2100亿吨，约占中国煤炭保有资源量的13％。由于褐煤形成距地表很浅，适于露天开采，因此价格低廉。但是褐煤也存在以下突出的问题：

1、水分高，热值低，褐煤一般含水量介于30％到65％之间，一般热值在3000kcal/kg左右；2、密度低，易风化，遇水自燃，销售半径一般不超过300公里。为了解决上述问题，世界上许多公司开展了褐煤干燥与提质改性研究，少数工艺已经开始工业化，大部分还在试验研究阶段。

褐煤干燥脱水的技术很多，大致分为机械脱水、蒸发脱水和非蒸发脱水三种。机械脱水技术已在选煤厂广泛应用，脱水机械如浓缩机、振动滤网、圆盘过滤机等，但其处理能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求。蒸发脱水以流化床干燥技术为代表，将成熟的流化技术用于褐煤脱水，它们大部分都是相对低温干燥工艺，干燥介质为热烟道气。利用烟道气与褐煤直接接触使之受热，水分蒸发干燥，效率差。褐煤的燃点较低，干燥过程中常常因局部过热，使煤质变差，控制不好还会引起爆炸。这类工艺温度较低，不会永久的改变煤的结构，获得煤的特性像海绵，一旦重新处于潮湿的空气或水中，又会迅速吸收失去的水分。非蒸发脱水法以高温高压蒸汽干燥技术为代表，该技术投资大，设备要求高，企业难以承受，实现工业化较为困难。

总之，现有褐煤的提质技术存在以下缺点：1、现有褐煤的提质技术需要单独提供热源，能耗高，提高了生产成本，增加二氧化碳的排放；2、在现有的提质技术的生产过程中，会产生较多的煤焦油，这样不仅会堵塞提质工艺管道，还使得提质褐煤热值低；3、现有技术褐煤提质，利用的热烟气含氧量较高，褐煤提质容易产生爆炸；4、有些技术需要高压，增加了设备的投资和技术要求，投资规模大，设备要求高，企业难以承受，实现工业化较为困难；

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统。

本发明的第二个目的在于提供一种利用水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤提质的工艺。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其包括有水泥烧成系统，破碎机，预烘干机，辊压机，催化剂储仓，烘干破碎机，垂直烘干筒，旋风分离器；

其中所述水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器通过管道与所述预烘干机连接，所述水泥烧成系统的水泥窑尾通过管道与所述烘干破碎机连接，所述破碎机、所述预烘干机、所述辊压机、所述烘干破碎机、所述垂直烘干筒、所述旋风分离器分别依次相连，所述催化剂储仓与所述辊压机相连接。

其还包括有研磨装置，煤粒分级装置，煤粉喂料装置，收尘器和水回收装置；其中所述旋风分离器，所述煤粒分级装置，所述煤粉喂料装置分别依次相连，所述研磨装置和所述煤粒分级装置连接成一个循环回路，所述旋风分离器与所述收尘器连接，所述收尘器，所述水回收装置，所述研磨装置分别依次相连构成一个循环回路；所述煤粉喂料装置与所述水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统的煤粉燃烧器和分解炉相连。

所述研磨装置为球磨机、砾磨机、磨煤机、立磨或风扇磨中的任意一种。

所述预烘干机为回转式烘干机，立式烘干机或管式烘干机中的任意一种。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施，一种利用一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工艺，其依次包括有如下步骤：(1)褐煤原煤初步破碎成煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质；(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品；其中，

(1)褐煤原煤初步破碎成煤块：将含有15-60％水分的褐煤原煤放入破碎机内破碎成至少小于40mm的煤块；

(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒：经所述破碎机破碎的煤块进入预烘干机，同时将来自水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器的至少高于180℃的废气吹入所述预烘干机预干燥，使得所述煤块至少提高至105℃，所述煤块和废气同时进入辊压机破碎，并将催化剂储仓内的催化剂按0.5～6％质量百分比向所述辊压机内添加，用以降低煤焦油的产率，煤块成为煤粒，得煤粒小于0.9mm的占20～30％，煤粒小于2mm占65～80％，其余煤粒大于2mm；

(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉：煤粒随气体从所述辊压机输送到烘干破碎机，将来自所述水泥烧成系统的水泥窑尾的大于260℃废气进入所述烘干破碎机，煤粒在所述烘干破碎机内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于1mm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直烘干筒；

(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质：细煤粉进入所述垂直烘干筒中，进行换热干燥、提质，水分降至5～10％；

(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品：气体携带细煤粉进入旋风分离器，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5％-10％提质褐煤成品，分离出的气体排空。

其还依次包括有(6)废气处理和利用；(7)提质褐煤成品的研磨与分级；(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用；

其中所述(6)废气处理和利用：来自所述旋风分离器的废烟气经收尘器收尘，分离出的细煤粉输送到煤粉喂料装置，除尘后的烟气通入水回收装置，经所述水回收装置干燥后一部分通入研磨装置，另一部分含尘量小于50mg/Nm³达到环保要求的废气排空；

(7)提质褐煤成品的研磨与分级：来自所述旋风分离器的煤粉经煤粒分级装置筛选后，粒度大于200目的煤粉送入所述研磨装置，在来自所述水回收装置废气的作用下进行研磨，研磨后的煤粉返回所述煤粒分级装置，与所述煤粒分级装置中的煤粉混合，再次进行筛选，废气排入所述收尘器中收尘，经所述煤粒分级装置筛选后粒度小于200目的提质褐煤成品送入所述煤粉喂料装置；

(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用：通过煤粉喂料装置将研磨、分级后的提质褐煤成品送入所述水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统的煤粉燃烧器和分解炉，供燃烧使用。

所述步骤(2)中的催化剂为碳酸钾、或碳酸钙，或氧化钙，或氢氧化钙任意一种或几种的组合。添加催化剂用以抑制煤焦油的生成，避免由于生成煤焦油而造成管路堵塞，保证装置的长期稳定运行。

本发明的优点在于，(1)利用水泥生产废烟气，不需单独提供热源，可降低成本，节约资源，提质褐煤成品水分降至5～10％，热值提升至4800kcal/kg以上，满足水泥生产对燃煤的热值要求；(2)添加催化剂用以抑制提质过程中煤焦油的生成，避免由于生成煤焦油而造成管路堵塞，保证装置的长期稳定运行；(3)利用水泥生产乏氧废烟气预热煤块，提高煤块温度，增加烟气中水蒸气含量，降低了提质褐煤过程中褐煤燃烧爆炸的危险性；(4)使提质褐煤成品在乏氧气氛下继续研磨，可得满足水泥烧成系统燃烧器及分解炉对煤粉细度的要求，同时合理处理废气，降低了废气的含尘量、温度，使之满足排放标准，使得水泥生产中的营运成本和投资大大降低；(5)本发明不需特殊技术要求设备，投资少，收益大，每年可以为2500T/d水泥生产线节约1000万元。

附图说明

图1为实施例1，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统示意图。

图2为实施例2利用实施例1水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工艺流程示意图。

图3为实施例3，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统示意图。

图4为实施例4利用实施例3水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工艺流程示意图。

多级预热器1、分解炉2、水泥烧成系统3、煤粉燃烧器4、冷却机5、破碎机6、预烘干机7、辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11、研磨装置12、煤粒分级装置13、煤粉喂料装置14、收尘器15、煤仓16、水回收装置17、催化剂储仓18。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其包括有水泥烧成系统3，破碎机6，预烘干机7，辊压机8，催化剂储仓18，烘干破碎机9，垂直烘干筒10，旋风分离器11，煤仓16；

其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器—冷却机5通过管道与预烘干机7连接，水泥烧成系统3的水泥窑尾—多级预热器1通过管道与烘干破碎机9连接，破碎机6、预烘干机7、辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11、煤仓16分别依次相连，催化剂储仓18与辊压机8相连接。

水泥烧成系统3为悬浮预热器窑，其包括有多级预热器1、分解炉2及煤粉燃烧器4、冷却机5，其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为冷却机5，水泥烧成系统3的水泥窑尾为多级预热器1。

预烘干机7为回转式烘干机。

利用上述水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工艺，其依次包括有如下步骤：

(1)褐煤原煤初步破碎成煤块：将含有15-60％水分的褐煤原煤放入破碎机6内破碎成至少小于40mm的煤块；

(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒：经破碎机6破碎的煤块进入预烘干机7，同时将来自水泥烧成系统3的冷却机5的至少高于180℃的废气吹入预烘干机7预干燥，使得煤块至少提高至105℃，煤块和废气同时进入辊压机8破碎，并将催化剂储仓18内的催化剂按0.5％质量百分比向辊压机8内添加，得煤粒小于0.9mm的占20～30％，煤粒小于2mm占65～80％，其余煤粒大于2mm；共中催化剂为碳酸钾、碳酸钙和氧化钙按任意比的混合物。

(3)煤粒经烘干破碎机9破碎成煤粉：煤粒随气体从辊压机8输送到烘干破碎机9，将来自水泥烧成系统3的多级预热装置1的大于260℃废气进入烘干破碎机9，煤粒在烘干破碎机9内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于1mm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直烘干筒10；

(4)细煤粉经垂直烘干筒10换热干燥、提质：细煤粉进入垂直烘干筒10中，进行换热干燥、提质，水分降至5～10％；

(5)提质褐煤在旋风分离器11与气体分离，得提质褐煤成品：气体携带细煤粉进入旋风分离器11，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5％-10％提质褐煤成品，并将提质褐煤成品运送到煤仓16中，分离出的气体排空。

实施例2：水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其包括有水泥烧成系统3，破碎机6，预烘干机7，辊压机8，催化剂储仓18，烘干破碎机9，垂直烘干筒10，旋风分离器11，研磨装置12，煤粒分级装置13，煤粉喂料装置14，收尘器15和水回收装置17；其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器—冷却机5通过管道与预烘干机7连接，水泥烧成系统3的水泥窑尾—多级预热器1通过管道与烘干破碎机9连接，破碎机6、预烘干机7、辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11分别依次相连，催化剂储仓18与辊压机8相连接，旋风分离器11，煤粒分级装置13，煤粉喂料装置14分别依次相连，研磨装置12和煤粒分级装置13连接成一个循环回路，旋风分离器11与收尘器15连接，收尘器15，水回收装置17，研磨装置12分别依次相连构成一个循环回路；煤粉喂料装置14与水泥烧成系统3的煤粉燃烧器4和分解炉2相连。

水泥烧成系统3为新型干法窑烧成系统，其包括有多级预热器1、冷却机5、分解炉2和煤粉燃烧器4，水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为新型干法窑烧成系统的冷却机5，水泥烧成系统3的水泥窑尾为新型干法窑烧成系统的多级预热器1。

预烘干机7为立式烘干机。

研磨装置12为球磨机。

利用上述水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质工艺，其依次包括有如下步骤：

(1)褐煤原煤初步破碎成煤块：将含有15-60％水分的褐煤原煤放入破碎机6内破碎成至少小于40mm的煤块；

(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒：经破碎机6破碎的煤块进入预烘干机7，同时将来自水泥烧成系统3的冷却机5的至少高于180℃的废气吹入预烘干机7预干燥，使得煤块至少提高至105℃，煤块和废气同时进入辊压机8破碎，并将催化剂储仓18内的催化剂按6％质量百分比向辊压机8内添加，得煤粒小于0.9mm的占20～30％，煤粒小于2mm占65～80％，其余煤粒大于2mm；共中催化剂为碳酸钾、碳酸钙和氧化钙按任意比的混合物。

(3)煤粒经烘干破碎机9破碎成煤粉：煤粒随气体从辊压机8输送到烘干破碎机9，将来自水泥烧成系统3的多级预热装置1的大于260℃废气进入烘干破碎机9，煤粒在烘干破碎机9内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于1mm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直烘干筒10；

(4)细煤粉经垂直烘干筒10换热干燥、提质：细煤粉进入垂直烘干筒10中，进行换热干燥、提质，水分降至5～10％；

(5)提质褐煤在旋风分离器11与气体分离，得提质褐煤成品：气体携带细煤粉进入旋风分离器11，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5％-10％提质褐煤成品，并将提质褐煤成品送到煤粒分级装置13中，分离出的气体通入收尘器15。

(6)废气处理和利用：来自旋风分离器11的废烟气经收尘器15收尘，分离出的细煤粉输送到煤粉喂料装置14，除尘后的烟气通入水回收装置17，经水回收装置17干燥后一部分通入研磨装置12，另一部分含尘量小于50mg/Nm³达到环保要求的废气排空；

(7)提质褐煤成品的研磨与分级：来自旋风分离器11的煤粉经煤粒分级装置13筛选后，粒度大于200目的煤粉送入研磨装置12，在来自水回收装置17废气的作用下进行研磨，研磨后的煤粉返回煤粒分级装置13，与煤粒分级装置13中的煤粉混合，再次进行筛选，废气排入收尘器15中收尘，经煤粒分级装置13筛选后粒度小于200目的提质褐煤成品送入煤粉喂料装置14；

(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供水泥烧成系统3利用：通过煤粉喂料装置14将研磨、分级后的提质褐煤成品送入水泥烧成系统3的煤粉燃烧器4和分解炉2，供燃烧使用。

所述步骤(2)中的催化剂为碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙按任意比的混合物。

实施例3：实施例1水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统中，水泥烧成系统还可以为立波尔窑，其包括有立波尔预热机、冷却机和煤粉燃烧器，其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为立波尔窑的冷却机，水泥烧成系统3的水泥窑尾为立波尔预热机。

预烘干机7为立式烘干机。

实施例1步骤(2)中，催化剂储仓18内的催化剂还可以按3％质量百分比向辊压机8内添加。

实施例4：实施例2水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统中，水泥烧成系统还可以为带加热器湿法窑，其包括有加热器、冷却机和煤粉燃烧器，其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为带加热器湿法窑的冷却机，水泥烧成系统3的水泥窑尾为带加热器湿法窑的加热器。煤粉喂料装置14与水泥烧成系统3的煤粉燃烧器4相连。

预烘干机7为管式烘干机。

研磨装置12为风扇磨。

实施例2步骤(2)中，催化剂储仓18内的催化剂还可以按4％质量百分比向辊压机8内添加。