一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法与流程

1.本发明公开了一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法，更具体地说，本发明在低温露天工艺中利用现有的工业加工厂废热源来干燥此类材料，以提高其热含量或加工性能，并在颗粒材料在工厂加工或燃烧之前减少工厂排放。


背景技术：

2.世界上约63%的电力来自发电厂燃烧煤炭、石油或天然气等化石燃料。这种燃料在发电厂的燃烧室中燃烧，产生热量，用于将锅炉中的水转化为蒸汽。然后蒸汽被过热，并被引入巨大的汽轮机，然后它推动汽轮机的扇形叶片旋转轴。这个旋转轴反过来转动发电机的转子来发电。
3.蒸汽一旦通过涡轮机，就会进入冷凝器，并在冷凝器中绕过输送冷却水的管道，冷却水从蒸汽中吸收热量。当蒸汽冷却时会凝结成水，然后被抽回锅炉，并再次将其加热成蒸汽。在许多发电厂从蒸汽中吸收热量的冷凝器管道中的水被泵送到喷淋池或冷却塔进行冷却。冷却后的水可通过冷凝器循环使用，或排入湖泊、河流或其他水体。
4.煤有四种主要类型：无烟煤、烟煤、亚烟煤和褐煤。虽然这四种煤主要含有碳、氢、氮、氧和硫以及水分，但煤中这些固体元素和水分的具体含量差异很大。例如，排名最高的无烟煤含有约98%的重量碳，而排名最低的褐煤（也称为“褐煤”）可能只含有约30%的重量碳。同时无烟煤和烟煤中的水分含量可能小于1%，与烟煤和无烟煤相比，这些高水分亚烟煤和褐煤的热值较低，因为它们燃烧时产生的热量较小。此外高燃油湿度会影响发电机组运行的各个方面，包括性能和排放。与高阶煤相比，高燃料水分导致锅炉效率显著降低，单位热耗率更高。水分含量高还可能导致燃料处理、燃料研磨、风扇容量和高烟气流速等方面的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种通过使用在工业装置操作中可用的废热源来提高用作该装置操作中的基本组件的材料的质量特性的方法。此类材料可包括在工业工厂运行中燃烧的燃料源，或用于制造工厂运行产生的成品的原材料。此类废热源包括但不限于来自熔炉的热烟气或烟囱气体、热冷凝器冷却水或空气、来自涡轮机的工艺蒸汽以及其他热值较高的工艺流。本发明尤其涉及用于单独或组合地识别和利用各种可用废热源以提供提高材料质量或特性所需的适当大小和温度水平的热量的方法。
6.尽管本发明可应用于许多不同的行业和颗粒材料，但出于说明目的，本文针对典型的燃煤发电厂描述了本发明，为了提高煤的热值和电厂的锅炉效率，需要在干燥器中去除煤中的一些水分。以这种方式干燥煤炭可以提高甚至能够使用低阶煤，如亚烟煤和褐煤。通过降低煤的含水量，无论其是低阶煤还是高阶煤，也可以实现其他提高的运行效率。例如，干燥煤将减轻发电厂输煤系统、输送机和碎煤机的负担。由于干燥煤更容易输送，这降低了维护成本，并提高了输煤系统的可用性。干燥的煤也更容易粉碎，因此需要更少的“磨
机”功率才能达到相同的研磨粒度。燃料水分越少，离开磨机的水分含量越低。这将改善煤炭的研磨效果。此外，输送、流化和加热煤炭所需的一次空气更少。这种较低水平的一次风降低了空气速度，并且随着一次风速度的降低，磨煤机、输煤管道、煤粉燃烧器和相关设备的侵蚀显著减少。这可以降低输煤管道和磨煤机的维护成本，对于褐煤电厂来说，这些成本非常高。还应实现烟囱排放的减少，从而提高下游环保设备的收集效率。
7.本发明优选地以各种组合利用多个工厂废热源来干燥材料，而不会对工厂操作产生不利影响。在一个典型的发电厂中，许多来源的废热仍然可以进一步利用。一个可能的来源是蒸汽轮机。蒸汽可从蒸汽轮机循环中抽出，以干燥煤炭。对于许多现有涡轮机而言，这可能会降低功率输出，并对抽汽点下游涡轮机级的性能产生不利影响，从而使该热源的可取性受到限制。然而，对于新建发电厂，汽轮机设计用于抽汽，而不会对级效率产生负面影响。
8.本发明利用单级和多级固定床干燥器和流化床干燥器，在材料在工业装置运行中消耗之前对其进行预干燥和进一步清洁，但也可以使用其他商业上已知类型的干燥器。此外，该干燥过程在低温露天系统中进行，从而进一步降低了工业装置的运行成本。干燥温度可有利地保持在300
°
f以下，更优选在200-300
°
f之间。
9.通过本发明，离开冷凝器的热冷凝器冷却水的一部分可以被转移并用于预热引导至aph的进气。
10.本发明还包括一种设备，用于按密度和/或尺寸分离颗粒材料，并浓缩污染物，如飞灰、硫和含汞材料，或用于从颗粒材料进料中分离的其他不良成分。与试图在煤燃烧后去除污染物和其他污染物的现有技术系统相比，本发明的设备包括一个流化床，该流化床具有一个接收入口，用于接收待流态化的颗粒材料。流化床还包括用于接收第一流化流的开口，第一流化流可以是一次热流、二次热流、至少一种废物流或其任何组合。在流化床上设置至少一个排放口，用于排放所需的流化颗粒流，以及至少一个排放口，用于排放含有污染物浓度或其他所需成分的非流化颗粒流。
11.输送机设置在流化床内，用于将非流化床颗粒输送到非流化床颗粒排放口。收集器盒与流化床进行操作通信，用于接收排出的非流化床颗粒物料流。
附图说明
12.图1为用于发电的简化燃煤发电厂操作的示意图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.请参阅图1，本发明提供的一种实施例，图1用于发电的简化燃煤发电厂操作的示意图，原煤12收集在煤仓14中，然后通过给料机16输送至磨煤机18，在磨煤机18中，原煤在一次气流20的帮助下被粉碎至本领域已知的适当或预定粒度。然后，煤粉颗粒被送入炉膛25，在其中它们与二次气流30一起燃烧，以产生热源。燃烧反应也会产生烟气27。随后，烟气
27通过环境设备输送至烟囱。
15.来自熔炉的热源反过来将切向壁燃烧锅炉32中的水31转化为蒸汽33，并输送至汽轮机34。蒸汽轮机34可以由高压蒸汽轮机36、中压蒸汽轮机38和低压蒸汽轮机40组成，这些蒸汽轮机可以串联运行。蒸汽33通过推动与安装在轴上的每个涡轮机组内包含的一系列轮相连的风扇状叶片来执行工作。当蒸汽推动叶片时，会导致叶轮和涡轮轴旋转。该旋转轴转动发电机43的转子，从而产生电力45。
16.离开低压汽轮机40的蒸汽47被输送至冷凝器50，在冷凝器50中，蒸汽通过冷却水52冷却，以将蒸汽转化为水。大多数蒸汽冷凝器都是水冷式的，使用的是开放式或封闭式冷却回路。在图1所示的闭环布置中，蒸汽47中包含的潜热将提高冷冷却水52的温度，使其作为热冷却水54从蒸汽冷凝器50排出，随后在冷却塔56中冷却，以在闭环布置中作为冷却水52循环。另一方面，在开放式冷却回路中，冷却水携带的热量被排出到冷却水体（如河流或湖泊）中。相比之下，在封闭的冷却回路中，冷却水携带的热量被排到冷却塔中。


技术特征：
1.一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法，包括：具有用于接收颗粒材料进料的接收入口的流化床，用于接收流化流的入口开口，第一排放口，用于排放流化颗粒材料产品流，以及第二排放口，用于排放非流化颗粒材料流；温度约为300
°
f或更低的流化流源操作连接至入口开口，用于将流化流引入流化床，以实现流化颗粒材料产品流与非流化颗粒材料流的分离。2.根据权利要求1所述的一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法，其特征在于：所述位于流化床内的输送机装置，用于通过第二排放口将非流化床颗粒材料从流化床内部输送到流化床外部，其中流态化颗粒材料产品流包含相对于颗粒材料进料流的污染物减少，且非流态化颗粒材料流包含相对于颗粒材料进料流的污染物增加。3.根据权利要求2所述的颗粒材料分离装置，其中所述煤材料为褐煤，所述污染物选自飞灰、硫、汞和灰。4.根据权利要求2所述的颗粒材料分离装置，其特征在于，其中所述非流化煤颗粒材料流包含约21-46%最初包含在所述煤颗粒材料进料流中的汞，所述汞从流化煤颗粒产品流中移除。5.根据权利要求2所述的颗粒材料分离装置，其特征在于：其中所述非流化煤颗粒材料流包含约19-36%最初包含在所述煤颗粒材料进料流中的硫，所述硫从流化煤颗粒产品流中移除；其中所述非流化煤颗粒材料流包含约23-43%最初包含在所述煤颗粒材料进料流中的飞灰，所述飞灰从流化煤颗粒产品流中移除。6.根据权利要求2所述的颗粒材料分离装置，其特征在于：其中所述流化颗粒材料产品流的煤在燃烧时产生sox减少约4%的烟气；所述流化颗粒材料产物流的煤在燃烧时产生nox减少约10%的烟气。7.根据权利要求1所述的一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法，其特征在于：颗粒材料分离装置还包括一个收集室，该收集室可操作地连接至非流化颗粒材料流第二排放出口，用于接收非流化颗粒材料流，收集室包括第二流化床和引导第二流化流通过收集室内包含的非流化颗粒材料的装置，用于从中分离可流化颗粒，以进一步将污染物浓缩在非流化颗粒材料流中。

技术总结
本发明公开了一种使用工业废热源来提高装置内材料特性的方法，通过收集并利用流化床干燥技术和由其他可用热源增强的废热流来干燥原料或燃料，在燃煤发电行业，在煤进入磨煤机和锅炉装置之前，使用本发明对其进行干燥，以提高锅炉效率并减少排放。这一切都是在低温露天系统中完成的。还包括用于按密度和/或尺寸分离颗粒的设备，包括具有颗粒接收入口的流化床，用于接收待流态化的颗粒。这有助于从产品流中分离硫和汞等污染物。品流中分离硫和汞等污染物。品流中分离硫和汞等污染物。


技术研发人员：孙震 薛冬梅 顾时雨 王星浩
受保护的技术使用者：北京丰润铭科贸有限责任公司
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2022/5/17