可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统及其工艺方法
【专利摘要】本发明公开了可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统及其工艺方法；包括干燥器，所述干燥器分别与携湿气体循环单元、水回收单元和饱和冷凝水闪发单元连接；所述携湿气体循环单元包括电加热器，所述电加热器的输入端与布袋除尘器连接，所述布袋除尘器与旋风储存器连接，所述旋风除尘器与干燥器的输出端连接，所述电加热器的输出端与干燥器的输入端连接；所述水回收单元包括依次连接的旋风除尘器、布袋除尘器、湿式静电除尘器、空冷装置、水冷装置和水处理单元，所述饱和冷凝水闪发单元包括依次连接的闪发罐、冷却装置和锅炉。本发明的水回收单元采用湿式电除尘技术，实现褐煤热值提高、水分高回收率、热量多级利用等目标。
【专利说明】可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统及其工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统及其工艺方法，属于节能环保【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着“十二五”期间国家各项鼓励和扶持政策的出台，褐煤综合洁净利用产业迎来快速发展阶段。众所周知，褐煤是重要的化石能源之一，其资源量高达3194.38亿t，约占全国探明保有资源量的13%，但褐煤具有“三高二低”(高水分\挥发分\灰分和低热值\灰熔点)、易风化和自燃等特点，尤其是其水分含量高达30 %?50 %。若用于直接燃烧，不仅整体热效率低，且烟气中水蒸汽、烟尘含量大。褐煤脱水提质后，水分可达到< 10 %，提质煤的成份及性质趋近于烟煤，不但满足煤气化、液化、干馏等工艺对煤质水分含量的要求，同时显著减少电厂额定出力降低的问题，大幅提高了年轻煤种的市场竞争力。
[0003]高效节能节水的褐煤干燥脱水技术是褐煤利用的关键。一般来说，褐煤干燥工艺可分为蒸汽管回转干燥、烟气滚筒干燥、烟气移动床干燥及蒸汽内加热流化床干燥等方法。烟气作为热源的褐煤干燥工艺优点为成本低，但存在装置内氧含量不易控制，安全运行稳定性较差等问题；过热蒸汽内加热流化床干燥工艺特点为蒸汽走流化床内管，采用间接换热的方式，但内管的紧密布置方式，造成煤粉形成流化态时系统压损大、耗能高；蒸汽管回转干燥工艺与其它干燥工艺相比，在安全、投资及运行费用少等方面具有明显的优势，是一项具备最优发展前景的褐煤干燥工艺，但目前集中存在主蒸汽耗量大，水回收困难，运行成本高等难题。以60万吨/年规模的蒸汽管回转褐煤干燥工程为例，褐煤水分干燥前后分别为35%和10%，由此推算携湿气体带走的蒸发水量约为27.8t/h，若该水量予以高效回收利用，不但可节约水资源，并能显著降低系统运行成本。因此，开发可实现水高效回收的过热蒸汽褐煤干燥工艺成为行业研究的热点，尤其对我国新疆、内蒙等褐煤储量大且水资源匮乏地区具有重要的战略意义。
[0004]然而在典型的蒸汽干燥水回收工艺中，一般携湿尾气经过旋风除尘器一布袋除尘器处理后，携湿尾气煤粉含量较高，冷凝液体不能满足循环水水质要求，再利用途径有限；为降低尾气煤粉含量，部分工艺采用旋风除尘一布袋除尘一绝热喷淋洗涤一绝热填料洗涤工艺中，两次洗涤工艺本身控制难度大、占地面积大、热水喷淋耗能高，经济性及可操作性较差。
【发明内容】
[0005]本发明针对蒸汽干燥褐煤水回收工艺携湿尾气煤粉含量高、系统净化工艺复杂等问题，提供一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统及其工艺方法，该工艺采用特定的尾气净化方法，并针对携湿尾气提出除尘系统的运行关键参数，以此携湿尾气煤粉含量可达到“近零”标准，实现蒸汽干燥褐煤系统高效水回收的目标。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统，包括干燥器，所述干燥器分别与携湿气体循环单元、水回收单元和饱和冷凝水闪发单元连接；
[0008]所述携湿气体循环单元包括电加热器，所述电加热器的输入端与布袋除尘器连接，所述布袋除尘器与旋风储存器连接，所述旋风除尘器与干燥器的输出端连接，所述电加热器的输出端与干燥器的输入端连接；
[0009]所述水回收单元包括依次连接的旋风除尘器、布袋除尘器、湿式静电除尘器、空冷装置、水冷装置和水处理单元，所述旋风除尘器与蒸汽干燥器的输出端连接；
[0010]所述饱和冷凝水闪发单元包括依次连接的闪发罐、冷却装置和锅炉，所述闪发罐与蒸汽干燥器的输出端连接，所述锅炉与蒸汽干燥器的输入端连接。
[0011]所述湿式静电除尘器是柔性电极湿式静电除尘器。
[0012]所述湿式静电除尘器的阳极板为耐高温耐腐蚀有机合成纤维材料，纤维表面涂装预处理，赋予表面自洁性，减少冲洗水耗量，能够在< 150°c高温环境下工作；
[0013]所述湿式静电除尘器的内部整流格栅材质为耐高温的不锈钢；
[0014]所述湿式静电除尘器的阴极与阳极之间的电压控制在40?60kV内。
[0015]所述湿式静电除尘器的阳极采用水膜清灰方式，冲洗水耗量为5?30kg/m2.h ；
[0016]所述湿式静电除尘器的携湿气体以2?5m/s高流速通过片状纤维阳极板。
[0017]所述湿式静电除尘器的冲洗灰水沉淀后，上部清液进入湿式静电除尘器循环利用；
[0018]所述湿式静电除尘器的沉淀池灰渣经离心分离后，固体进入干燥系统，清液进入湿式静电除尘器循环利用。
[0019]一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，包括如下步骤:
[0020]步骤(I):褐煤被均匀加入干燥器中，同时，电厂乏汽或锅炉提供的饱和蒸汽进入干燥器内管；褐煤与饱和蒸汽进行间接换热，褐煤中水分蒸发后得到提质褐煤，饱和蒸汽换热后变为饱和冷凝水，从干燥器内管排出；
[0021]步骤(2):饱和冷凝水排出后进入闪发罐，一部分饱和冷凝水在闪发罐内蒸发为气体，用作系统伴热；未蒸发的饱和冷凝水进入冷却装置，冷却后进入锅炉；
[0022]步骤(3):褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体带出干燥器，从干燥器出来的携湿气体中含有煤粉；从干燥器出来的携湿气体先后经过旋风除尘器、布袋除尘器后，一部分携湿气体经过电加热器加热，提高过热度后重新作为携湿气体进入干燥器循环使用；另外一部分携湿气体进入湿式静电除尘器深度净化，得到煤粉量满足设定要求的纯净蒸汽，然后分别经过空冷装置、水冷装置和水处理单元的处理得到纯净水，作为系统循环水使用。
[0023]所述步骤⑴的干燥器为回转式、流化床式或间接换热蒸汽干燥器。
[0024]所述步骤⑴的进入干燥器内管的饱和蒸汽是由电厂提供。
[0025]所述步骤(2)的闪发罐为低压装置，饱和冷凝水进入闪发罐，因压力突然降低而汽化。
[0026]所述步骤(3)中褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体带出干燥器，过热蒸汽的进入干燥器时的温度为120?130°C，出干燥器时的温度为110?120°C。
[0027]所述步骤(3)中，经过布袋除尘器后，得到粒径彡5μπι，含煤粉量30?50mg/Nm3的蒸汽。
[0028]所述步骤(3)中，经过湿式静电除尘器后，得到煤粉平均粒径< Ιμπκ煤粉量(3mg/Nm3的纯净蒸汽。
[0029]所述步骤(3)中，经过空冷装置、水冷装置，蒸汽先后被冷凝为< 90°C、< 50°C的液体，经过水处理单元净化得到纯净水，所述纯净水能够作为褐煤干燥系统设备循环冷却水及场地清洁水所用。
[0030]所述湿式静电除尘的工作原理为:在湿式静电除尘器的阳极和阴极线之间施加数万伏直流高压电，在强电场的作用下，电晕线周围产生电晕层，电晕层中的空气发生雪崩式电离，从而产生大量的负离子和少量的阳离子，这个过程叫电晕放电；随饱和湿烟气进入湿式静电除尘器内的尘粒子与所述阳离子和负离子相碰撞而荷电，荷电后的尘粒子由于受到高压静电场库仑力的作用，向阳极运动；到达阳极后，将所带的电荷释放掉，尘粒子就被阳极所收集，进而通过水冲刷的方式将尘粒子清除。
[0031]本发明的有益效果:
[0032](I)湿式电除尘是一种高效、低成本、运行经济、稳定的除尘技术，主要对微细颗粒含量可达到“近零”标准，实现蒸汽干燥褐煤系统高效水回收的目标，适用于蒸汽褐煤干燥系统的水回收。
[0033](2)褐煤干燥后蒸发出的水蒸汽，由携湿气体带出干燥系统。携湿气体经净化、冷凝为纯净水，可作为系统的循环冷却水及清洁用水。褐煤中水分含量较大，有效实现水回收，对我国新疆、内蒙等褐煤储量大且水资源匮乏地区具有重要的战略意义。以60万吨/年规模的褐煤干燥工艺系统为例，回收水量可达10?13.8万吨/年，节约费用不低于15万元/年。
[0034](3)适用于燃煤电厂褐煤干燥系统，电厂提供饱和蒸汽作为干燥热源，水回收单元采用湿式电除尘技术，实现褐煤热值提高、水分高回收率、热量多级利用等目标，解决褐煤干燥技术工程应用中存在的安全、经济、水回收等问题。
[0035](4)水回收单元关键技术为柔性电极湿式静电除尘器。携湿气体经除尘净化，为煤粉< 3mg/Nm3的纯净蒸汽，进一步冷凝及水处理，可达到工业循环水质要求。该技术不仅提高褐煤热值，干燥脱水的水分基本达到完全回收，是一种安全、经济的褐煤干燥系统。
[0036](5)携湿气体经布袋除尘器后，进入高效湿式静电除尘器，煤粉在高压静电场被高效捕集后，清洁携湿气体为实现闻品质冷凝液体提供如提基础；
[0037](6)高效湿式静电除尘器其阳极板，采用特定的耐高温耐腐蚀有机纤维材料，通过纤维表面涂装预处理赋予表面自洁性，大幅降低冲洗水耗量，煤粉在纤维表面附着不牢，易被表面水膜冲洗至灰斗；
[0038](7)采用水膜清灰方式，冲洗水耗量为5?30kg/m2 -h,设计携湿气体以2?5m/s高流速通过片状纤维阳极板，促使气流与水膜顺流接触产生摩擦力，增强水膜冲洗作用力，规避传统机械振打清灰“返混”风险，实现携湿气体清洁排放；
[0039](8)灰水混合物沉淀后，上部清液进入除尘器循环利用；沉淀灰渣经离心分离后，固体可进入干燥系统，清液进入除尘器循环利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明的结构示意图；
[0041]其中，1、褐煤，2、锅炉，3、干燥器，4、电加热器，5、旋风除尘器，6、布袋除尘器，7、湿式静电除尘器，8、空冷装置，9、水冷装置，10、水处理单元，11、提质煤，12、闪发罐，13、冷却装置，14、饱和蒸汽，15、携湿气体，16、系统伴热，17、循环水。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0043]如图1所示，一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统，包括干燥器3，所述干燥器3分别与携湿气体循环单元、水回收单元和饱和冷凝水闪发单元连接；
[0044]所述携湿气体循环单元包括电加热器4，所述电加热器4的输入端与布袋除尘器6连接，所述布袋除尘器6与旋风除尘器连接，所述旋风除尘器5与干燥器3的输出端连接，所述电加热器4的输出端与干燥器3的输入端连接；
[0045]所述水回收单元包括依次连接的旋风除尘器5、布袋除尘器6、湿式静电除尘器7、空冷装置8、水冷装置9和水处理单元10，所述旋风除尘器5与干燥器3的输出端连接；
[0046]所述饱和冷凝水闪发单元包括依次连接的闪发罐12、冷却装置13和锅炉2，所述闪发罐12与干燥器3的输出端连接，所述锅炉2与干燥器3的输入端连接。
[0047]所述湿式静电除尘器是柔性电极湿式静电除尘器。
[0048]所述湿式静电除尘器的阳极板为耐高温耐腐蚀有机合成纤维材料，纤维表面涂装预处理，赋予表面自洁性，减少冲洗水耗量，能够在< 150°C高温环境下工作；
[0049]所述湿式静电除尘器的内部整流格栅材质为耐高温的不锈钢；
[0050]所述湿式静电除尘器的阴极与阳极之间的电压控制在40?60kV内；
[0051]所述湿式静电除尘器的阳极采用水膜清灰方式，冲洗水耗量为5?30kg/m2.h ；
[0052]所述湿式静电除尘器的携湿气体以2?5m/s高流速通过片状纤维阳极板。
[0053]所述湿式静电除尘器的冲洗灰水沉淀后，上部清液进入湿式静电除尘器循环利用；
[0054]所述湿式静电除尘器的沉淀池灰渣经离心分离后，固体进入干燥系统，清液进入湿式静电除尘器循环利用。
[0055]一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，包括如下步骤:
[0056]步骤(I):褐煤I被均匀加入干燥器3中，同时，电厂乏汽或锅炉2提供的饱和蒸汽14进入干燥器3内管；褐煤I与饱和蒸汽14进行间接换热，褐煤I中水分蒸发后得到提质煤11，饱和蒸汽14换热后变为饱和冷凝水,从干燥器3内管排出；
[0057]步骤(2):饱和冷凝水排出后进入闪发罐12，一部分饱和冷凝水在闪发罐12内蒸发为气体，用作系统伴热16 ;未蒸发的饱和冷凝水进入冷却装置13，冷却后进入锅炉2 ；
[0058]步骤(3):褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体15带出干燥器3，从干燥器3出来的携湿气体15中含有煤粉；从干燥器3出来的携湿气体15先后经过旋风除尘器5、布袋除尘器6后，从布袋除尘器6出来的部分携湿气体15经过电加热器4加热，提高过热度后重新作为携湿气体15进入干燥器3循环使用；从布袋除尘器6出来的另外一部分携湿气体进入湿式静电除尘器深度净化，得到煤粉量满足设定要求的纯净蒸汽，然后分别经过空冷装置8、水冷装置9和水处理单元10的处理得到纯净水，作为系统循环水17使用。
[0059]所述步骤⑴的干燥器3为回转式、流化床式或间接换热蒸汽干燥器。
[0060]所述步骤(I)的进入干燥器3内管的饱和蒸汽是由电厂提供。
[0061]所述步骤(2)的闪发罐12为低压装置，饱和冷凝水因压力突然降低而汽化。
[0062]所述步骤(3)中褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体15带出干燥器3，过热蒸汽的进入干燥器3时的温度为120?130°C，出干燥器3时的温度为110?120°C。
[0063]所述步骤(3)中，经过布袋除尘器6后，得到粒径彡5μπι，含煤粉量30?50mg/Nm3的蒸汽。
[0064]所述步骤(3)中，经过湿式静电除尘器7后，得到煤粉平均粒径< I μ m、煤粉量(3mg/Nm3的纯净蒸汽。
[0065]所述步骤(3)中，经过空冷装置8、水冷装置9，蒸汽先后被冷凝为< 90°C、< 50°C的液体，经过水处理单元10净化得到纯净水，所述纯净水能够作为褐煤干燥系统设备循环冷却水及场地清洁水所用。
[0066]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统，其特征是，包括干燥器，所述干燥器分别与携湿气体循环单元、水回收单元和饱和冷凝水闪发单元连接； 所述携湿气体循环单元包括电加热器，所述电加热器的输入端与布袋除尘器连接，所述布袋除尘器与旋风储存器连接，所述旋风除尘器与干燥器的输出端连接，所述电加热器的输出端与干燥器的输入端连接； 所述水回收单元包括依次连接的旋风除尘器、布袋除尘器、湿式静电除尘器、空冷装置、水冷装置和水处理单元，所述旋风除尘器与蒸汽干燥器的输出端连接； 所述饱和冷凝水闪发单元包括依次连接的闪发罐、冷却装置和锅炉，所述闪发罐与蒸汽干燥器的输出端连接，所述锅炉与蒸汽干燥器的输入端连接。
2.如权利要求1所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统，其特征是， 所述湿式静电除尘器的阳极板为耐高温耐腐蚀有机合成纤维材料，纤维表面涂装预处理，赋予表面自洁性，减少冲洗水耗量，能够在< 150°C高温环境下工作； 所述湿式静电除尘器的内部整流格栅材质为耐高温的不锈钢； 所述湿式静电除尘器的阴极与阳极之间的电压控制在40?60kV内； 所述湿式静电除尘器的阳极采用水膜清灰方式，冲洗水耗量为5?30kg/m2.h ； 所述湿式静电除尘器的携湿气体以2?5m/s高流速通过片状纤维阳极板； 所述湿式静电除尘器的冲洗灰水沉淀后，上部清液进入湿式静电除尘器循环利用；所述湿式静电除尘器的沉淀池灰渣经离心分离后，固体进入干燥系统，清液进入湿式静电除尘器循环利用。
3.如权利要求1所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统，其特征是，所述湿式静电除尘器是柔性电极湿式静电除尘器。
4.一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，包括如下步骤: 步骤(I):褐煤被均匀加入干燥器中，同时，电厂乏汽或锅炉提供的饱和蒸汽进入干燥器内管；褐煤与饱和蒸汽进行间接换热，褐煤中水分蒸发后得到提质褐煤，饱和蒸汽换热后变为饱和冷凝水，从干燥器内管排出； 步骤(2):饱和冷凝水排出后进入闪发罐，一部分饱和冷凝水在闪发罐内蒸发为气体，用作系统伴热；未蒸发的饱和冷凝水进入冷却装置，冷却后进入锅炉； 步骤(3):褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体带出干燥器，从干燥器出来的携湿气体中含有煤粉；从干燥器出来的携湿气体先后经过旋风除尘器、布袋除尘器后，一部分携湿气体经过电加热器加热，提高过热度后重新作为携湿气体进入干燥器循环使用；另外一部分携湿气体进入湿式静电除尘器净化，得到煤粉量满足设定要求的纯净蒸汽，然后分别经过空冷装置、水冷装置和水处理单元的处理得到纯净水，作为系统循环水使用。
5.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(I)的干燥器为回转式、流化床式或间接换热蒸汽干燥器； 所述步骤(I)的进入干燥器内管的饱和蒸汽是由电厂提供。
6.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(2)的闪发罐为低压装置，饱和冷凝水因压力突然降低而汽化。
7.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(3)中褐煤蒸发的水蒸汽由过热蒸汽作为携湿气体带出干燥器，过热蒸汽的进入干燥器时的温度为120?130°C，出干燥器时的温度为110?120°C。
8.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(3)中，经过布袋除尘器后，得到粒径彡5μπι，含煤粉量30?50mg/Nm3的蒸汽。
9.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(3)中，经过湿式静电除尘器后，得到煤粉平均粒径< 14 111、煤粉量<31^/^113的纯净蒸汽。
10.如权利要求4所述的一种可水回收的过热蒸汽干燥褐煤系统的工艺方法，其特征是，所述步骤(3)中，经过空冷装置、水冷装置，蒸汽先后被冷凝为<90°C、<50°C的液体，经过水处理单元净化得到纯净水，所述纯净水能够作为褐煤干燥系统设备循环冷却水及场地清洁水所用。
【文档编号】B03C3/16GK104197684SQ201410437708
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】常景彩, 叶建伟, 宋家秋, 张波, 陈强, 李洪梅, 张梦泽, 郇庆超 申请人:山东山大能源环境有限公司, 曲阜山大能源环境有限公司