一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的装置及方法与流程

1.本发明涉及煤粉干燥和输送的装置及方法，具体是一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的装置及方法。


背景技术：

2.我国低阶煤资源丰富，占全国煤炭总储量约33％，具有水分高、挥发分高、孔隙度大、密度小、发热量低等特点，直接燃用低阶煤，其能源利用较低，造成较为严重的能源浪费。
3.传统的煤粉制备干燥工艺多采用低温干燥技术，燃烧天然气供热以及氮气配风进行煤粉的干燥与制备，存在排烟余热利用率低、干燥用量大、干燥效率低及热损失大等问题，且煤种适应性不高，在处理挥发分大于20％的低阶煤干燥制粉时，易出现自燃爆炸现象。利用高温烟气为干燥介质，有效利用高温余热，使煤粉颗粒中水分在析出的同时，烟气温度快速下降，煤粉颗粒出口温度降低，防止煤粉与空气接触后发生爆炸与自燃现象，大幅减少干燥成本。同时，避免使用空气作为干燥介质时由于氧含量高导致爆炸等安全事故，也避免采用水蒸汽作为干燥介质时需要解决水的来源与废水处理等难题。在煤粉输送过程中，选择烟气代替氮气或二氧化碳作为流化床的输送或流化介质，可以解决氮气用量大、碳源不足等问题，提高反应效率及合成气组分，减少烟气的排放。
4.基于此，需要开发利用一种适应不同来源烟气、处理规模大、热能利用率高、脱水率好、安全可靠、环境友好与经济成本低的烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的转化技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的装置及方法，利用烟气作为煤粉的干燥热源及输送介质，具有来源广泛、工艺简单、安全可靠、运行成本低、热能利用率高和节能减排的优点。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的装置，包括烟气处理单元、干燥收集单元、流化输送单元与气体循环单元；
8.所述烟气处理单元包括锅炉、烟气缓冲罐和气体加热器，锅炉上依次连接有过热器、再热器、省煤器、空气预热器、合成气预热器、除尘净化器、脱硫氮净化器和引风机；所述烟气缓冲罐的入口分别与脱硫氮净化器、省煤器、空气预热器和气体加热器连接，气体加热器的入口连接有气源；烟气缓冲罐的出口上依次连接有烟气引风机、烟气冷却器和烟气压缩机，烟气压缩机上连接有二级冷却分液罐和烟气加热器，烟气加热器上依次连接有第一烟气储罐和第二烟气储罐；
9.所述干燥收集单元包括平盘式磨煤机和煤粉缓冲仓，平盘式磨煤机上连接有原煤仓、一级高效旋风分离筒、二级高效旋风分离筒和深度除尘器，深度除尘器上连接有返料输
送器；平盘式磨煤机还分别与第二烟气储罐和气体加热器相连；所述二级高效旋风分离筒的入口与一级高效旋风分离筒连接，二级高效旋风分离筒的出口与深度除尘器和煤粉缓冲仓连接；所述煤粉缓冲仓的入口分别与平盘式磨煤机、一级高效旋风分离筒、二级高效旋风分离筒和返料输送器连接，煤粉缓冲仓的出口连接有煤粉发送仓；
10.所述流化输送单元包括连接的定量给料装置，定量给料装置的入口上分别连接有煤粉发送仓和二次增压补充器，定量给料装置的出口连接有平盘式磨煤机、煤粉发送仓和煤斗，煤斗上依次连接有加压罐、给料罐和送料器；所述二次增压补充器、加压罐、给料罐和送料器分别与第二烟气储罐的出口连接，加压罐的出口与给料罐和煤斗连接，送料器的出口连接有循环下料器和排料罐，循环下料器的出口连接煤斗；
11.所述气体循环单元包括烟气循环除尘器，烟气循环除尘器的入口连接有二级高效旋风分离筒、深度除尘器和合成气加热器，合成气加热器的入口连接有合成气返回控制器；所述烟气循环除尘器的出口上连接有烟气循环引风机，烟气循环引风机与脱硫氮净化器连接。
12.进一步地，所述第二烟气储罐上连接有气源气体补充装置，气体补充装置包括补充气体增压器和补充气体缓冲罐。
13.进一步地，所述煤斗和加压罐上均设置有与烟气循环除尘器的入口相连的仓顶除尘器，仓顶除尘器内部设置有反吹气系统；
14.所述煤斗的仓顶除尘器的入口分别与加压罐、给料罐和循环下料器连接，煤斗的仓顶除尘器的出口与深度除尘器连接；
15.所述加压罐和给料罐的平衡管线与泄压管线采用倒v型斜管。
16.进一步地，所述锅炉是燃油燃气加热炉、催化裂化再生器、催化重整再生器、流化床锅炉、焦化炉、裂解炉、废热锅炉、开工预热炉等一种或多种组合的而成的箱式炉、立式炉、圆筒炉或方箱炉。
17.进一步地，所述烟气压缩机为多级压缩机，每一级压缩机的出口均设有二级冷却分液罐。
18.进一步地，所述平盘式磨煤机内设置有传动装置、碾磨装置、动态气固分离器和煤粉分配器；
19.所述平盘式磨煤机的出口安装有分别与报警控制器连接的气体温度在线检测仪、气体浓度在线检测仪、颗粒物浓度在线检测仪。
20.进一步地，所述一级高效旋风分离筒、二级高效旋风分离筒和深度除尘器捕集的煤粉粒径范围分别为300-500μm、50-300μm和0-50μm。
21.进一步地，所述送料器包括加压旋转进料器与加压流化给料器。
22.进一步地，所述烟气加热器的出口至平盘式磨煤机之间的连接管线、平盘式磨煤机的出口至深度除尘器之间的连接管线、定量给料装置的出口至煤斗之间的连接管线以及一级高效旋风分离筒和二级高效旋风分离筒上均设置有伴热保温装置。一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的方法，包括如下步骤：
23.步骤一、烟气引入
24.锅炉出口的烟气依次经过换热、降温与除尘脱硫后，从脱硫氮净化器、省煤器、空气预热器引出不同温度和不同气量的烟气至烟气缓冲罐，气体加热器和深度除尘器的烟气
也直接或间接进入烟气缓冲罐进行循环使用；
25.步骤二、循环处理
26.利用烟气冷却器、烟气压缩机和烟气加热器对烟气进行逐级降温、提压、脱水，使合格的烟气依次进入第一烟气储罐和第二烟气储罐作为制粉系统的循环风与煤粉气力输送的介质；气体补充装置内部的气体作为补充气体进入第二烟气储罐备用；
27.步骤三、干燥制备
28.开启平盘式磨煤机，第二烟气储罐和气体加热器中的循环烟气对平盘式磨煤机进行逐步升温直至达到要求值，原煤仓的原煤输送进入平盘式磨煤机进行煤粉制备，制备的煤粉随着循环烟气依次进入一级高效旋风分离筒、二级高效旋风分离筒和深度除尘器，捕集的煤粉经过煤粉缓冲仓进入煤粉发送仓；而循环烟气依次经过烟气循环除尘器和烟气循环引风机，然后返回至脱硫氮净化器作为循环烟气供再利用；
29.步骤四、流化输送
30.第二烟气储罐的循环烟气经过二次增压补充器并输送至在定量给料装置中，将煤粉发送仓的煤粉输送至煤斗，煤粉在加压罐、给料罐的充泄压过程中进入送料器，在输送烟气的作用下，煤粉连续稳定进入反应器，残余的煤粉或其他颗粒通过排料罐排出；
31.步骤五、气体循环
32.来自煤斗和加压罐的仓顶除尘器中的烟气、来自反应系统经合成气返回控制器和合成气加热器的合成气以及经过二级高效旋风分离筒与深度除尘器的循环气体会一同进入烟气循环除尘器，经过烟气循环引风机后返回进入脱硫氮净化器作为循环烟气供再次利用。
33.本发明具有如下有益效果：
34.本发明利用循环烟气作为煤粉干燥制备及流化输送的介质，提高热能利用效率，实现高温余热的回收利用，减少煤粉制备系统的能源消耗高、大部分无脱硫脱硝装置、污染物排放高等问题，具有来源广泛、工艺简单、热能利用率高、脱水率高、经济成本低、安全性好及节约反应焦炭等特点，大幅减少烟气排放，有效利用富余热能，无需增加冷冻脱水装置，有效避开提质过程中焦油产品与水的分离难题，实现烟气的循环再利用，大幅减少烟气排放。利用含有二氧化碳组分的烟气作为流化输送介质，在保证输煤系统安全性的基础上，使烟气中二氧化碳参与提质过程中制备一氧化碳的还原反应，达到节约反应焦炭、提高反应效率、改善产物产率、降低装置降耗的多重效果，实现二氧化碳的减排和碳源的循环利用。
35.通过平盘式磨煤机进行原煤的干燥制粉，能够通过调整磨盘、磨辊及挡料圈高度，控制煤粉在磨盘上的停留时间，配合平盘式磨煤机内置的动态气固分离器，在磨机结构、操作条件及气固分离装置的协同调节作用下，一次性生产出合格的小粒径煤粉，满足流化床反应器对煤种的严格要求，防止煤粉在制备、收集及输送过程中出现自燃或爆炸，工艺过程安全可靠。同时，将干燥完煤粉的烟气进行脱硫氮后循环使用，不产生新的环境污染，有效降低原料中硫、氮的脱除成本。
36.本发明的低阶煤干燥制粉和输送的方法可以利用不同类型锅炉的烟气，具有来源广泛、工艺简单、热能利用率高、循环利用率高、烟气脱水率高、环境友好与投资成本低等优势，易于工业化推广应用，是一种绿色高效经济的烟气回收与循环再利用工艺。
附图说明
37.图1：本发明的流程图；
38.图中：1、锅炉；2、过热器；3、再热器；4、省煤器；5、空气预热器；6、合成气预热器；7、除尘净化器；8、脱硫氮净化器；9、烟气缓冲罐；10、烟气引风机；11、烟气冷却器；12、烟气压缩机；13、二级冷却分液罐；14、烟气加热器；15、第一烟气储罐；16、第二烟气储罐；17、气体补充装置；18、引风机；19、气源；20、气体加热器；21、原煤仓；22、平盘式磨煤机；23、一级高效旋风分离筒；24、二级高效旋风分离筒；25、深度除尘器；26、煤粉缓冲仓；27、返料输送器；28、煤粉发送仓；29、二次增压补充器；30、定量给料装置；31、煤斗；32、加压罐；33、给料罐；34、送料器；35、循环下料器；36、排料罐；37、烟气循环除尘器；38、烟气循环引风机；39、合成气返回控制器；40、合成气加热器。
具体实施方式
39.下面结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明，但不作为对本发明的限定。
40.如图1所示，一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的装置，包括循环处理单元、干燥收集单元、流化输送单元和气体循环单元。循环处理单元将锅炉1出口引出的烟气依次进行降温、除尘、提压、脱水等步骤，实现烟气的净化处理与储存备用；干燥收集单元将净化后的烟气作为干燥热源在制粉系统中循环利用，制备粒径分布较窄的流化床煤粉用料，完成小粒径煤粉的干燥制备与捕集储存；流化输送单元在气力输送作用下，将合格煤粉经过交变压设备进入送料器，在压差与气量的作用下，实现煤粉在加压环境下的连续稳定进料；气体循环单元将全系统的泄放气循环收集与处理储存后作为干燥介质。
41.所述烟气处理单元包括锅炉1、烟气缓冲罐9和气体加热器20，锅炉1上依次连接有过热器2、再热器3、省煤器4、空气预热器5、合成气预热器6、除尘净化器7、脱硫氮净化器8和引风机18；所述烟气缓冲罐9的入口分别与脱硫氮净化器8、省煤器4、空气预热器5和气体加热器20连接，气体加热器20的入口连接有气源19；烟气缓冲罐9的出口上依次连接有烟气引风机10、烟气冷却器11和烟气压缩机12，烟气压缩机12上连接有二级冷却分液罐13和烟气加热器14，烟气加热器14上依次连接有第一烟气储罐15和第二烟气储罐16，第二烟气储罐16上连接有气源气体补充装置17，气体补充装置17包括补充气体增压器和补充气体缓冲罐。
42.所述烟气缓冲罐9中的烟气主要来源除脱硫氮净化器8，其次来源于省煤器4和空气预热器5处理过的烟气，在保证锅炉1正常运行的情况下，可以引入不同位置的烟气，实现不同热源烟气的灵活引入与循环利用，烟气的自循环倍率》50％。
43.优选的，所述锅炉1的类型为箱式炉、立式炉、圆筒炉、方箱炉，具体指燃油燃气加热炉、催化裂化再生器、催化重整再生器、流化床锅炉、焦化炉、裂解炉、废热锅炉、开工加热炉等一种或多种的组合。锅炉出口烟气的温度300-650℃，压力为常压；烟气组分：氮气5-75％，二氧化碳5-25％，水蒸汽2-15％、氧气0-10％。so
x
《500mg/nm3，no
x
《1000mg/nm3。
44.优选的，所述烟气压缩机12为多级压缩机，压缩机12内设有气缸、进气缓冲器、排气缓冲器、中间分离器、中间冷却器、后分离器和后冷器，每一级压缩机出口均设有二级冷却分液罐13，烟气压缩机12的出口压力1.0-4.0mpa，温度30-60℃。所述烟气加热器(14)的
出口温度100-400℃，压力1.0-4.0mpa，水分脱除率85-99％。
45.优选的，所述气体补充装置17与气源19的气体包括自产的合成气或空气、氮气、二氧化碳、烟气、锅炉废气等气体的一种或多种组合。所述气源19的预热后气体温度为100-600℃，以一定比例与循环烟气混合作为煤粉的干燥热源，控制循环烟气中氧含量《12％。
46.所述干燥收集单元包括平盘式磨煤机22和煤粉缓冲仓26，平盘式磨煤机22上连接有原煤仓21、一级高效旋风分离筒23、二级高效旋风分离筒24和深度除尘器25，深度除尘器25上连接有返料输送器27；平盘式磨煤机22还分别与第二烟气储罐16和气体加热器20相连；所述二级高效旋风分离筒24的入口与一级高效旋风分离筒23连接，二级高效旋风分离筒24的出口与深度除尘器25和煤粉缓冲仓26连接；所述煤粉缓冲仓26的入口分别与平盘式磨煤机22、一级高效旋风分离筒23、二级高效旋风分离筒24和返料输送器27连接，煤粉缓冲仓26的出口连接有煤粉发送仓28；
47.所述平盘式磨煤机22内设置传动装置、碾磨装置、动态气固分离器和煤粉分配器，平盘式磨煤机22的出口安装有分别与报警控制器连接的气体温度在线检测仪、气体浓度在线检测仪和颗粒物浓度在线检测仪，所述平盘式磨煤机22通过调整磨盘、磨辊及挡料圈高度，控制煤粉在磨盘上的停留时间，配合内置动态气固分离器，在磨机结构、操作条件及气固分离装置的协同调节作用下，一次性生产出合格的小粒径煤粉，满足流化床反应器对煤种的严格要求；当平盘式磨煤机22的生产负荷变化时，通过调节气体补充装置17和第二烟气储罐16的气量，调整进入平盘式磨煤机22的烟气温度，保证平盘式磨煤机22的稳定性和煤粉的干燥程度；所述一级高效旋风分离筒23、二级高效旋风分离筒24与深度除尘器25捕集的煤粉粒径范围分别为300-500μm、50-300μm与0-50μm。根据煤质变化程度，原煤含水率《35％，煤粉可燃基挥发分10-40％，制备出煤粉的含水率《2％，粒径分布范围为：0-300μm的煤粉占比10％，300-400μm煤粉占80％，》400μm的煤粉占10％；低位基发热量由3000-3500kcal/kg提高到5000-6200ccal/kg；控制烟气与煤粉混合物的温度为60-120℃；
48.所述流化输送单元包括连接的定量给料装置30，定量给料装置30的入口上分别连接有煤粉发送仓28和二次增压补充器29，定量给料装置30的出口连接有平盘式磨煤机22、煤粉发送仓28和煤斗31，煤斗31上依次连接有加压罐32、给料罐33和送料器34；所述二次增压补充器29、加压罐32、给料罐33和送料器34分别与第二烟气储罐16的出口连接，送料器34的出口连接有循环下料器35和排料罐36；循环下料器35的出口连接煤斗31；
49.所述煤斗31和加压罐32上均设置有与烟气循环除尘器37的入口相连的仓顶除尘器，煤斗31的仓顶除尘器的入口分别与加压罐32和给料罐33以及循环下料器35的出口连接，煤斗31的仓顶除尘器的出口与深度除尘器25连接；
50.优选的，所述加压罐32内设置有过滤器、锥部充气锥、管道充气器与多级泄压限流孔板等。
51.优选的，所述给料罐33内设置有充压阀、泄压阀、充气笛管、松动器、锥部充气锥、底部充气器和平衡装置。
52.优选的，所述仓顶除尘器内部设置有反吹气系统，反吹气增压后的自产合成气、烟气和氮气、二氧化碳等气体的一种或多种的组合；
53.优选的，所述加压罐32和给料罐33的平衡管线与泄压管线采用倒v型斜管；
54.优选的，所述送料器34包括加压旋转进料器与加压流化给料器，加压旋转进料器
包括密封转轴、螺旋筒体、联轴器、变频振动器、动态轴密封、轴冷却、给料器和平衡管线、松动管线、输送管线等；所述加压流化给料器包括内筒体、外筒体、下降管、松动器、气体分布器、金属烧结器、排污器和松动管线、输送管线、泄放管线等。通过气力输送与压差控制来实现煤粉的进料。实现压力0.001-10.0mpa、粒径0-400μm、进料速率100-4000kg/h条件下煤粉的连续稳定进料。
55.所述烟气加热器14的出口至平盘式磨煤机22之间的连接管线、平盘式磨煤机22的出口至深度除尘器25之间的连接管线、定量给料装置30的出口至煤斗31之间的连接管线以及一级高效旋风分离筒23和二级高效旋风分离筒24上均设置有伴热保温装置，伴热保温介质为自产合成气、循环烟气或低压蒸汽的一种或多种组合。一级高效旋风分离筒23、二级高效旋风分离筒24及连接管线、循环气体管线的温度为60-350℃，解决烟气的结露与湿阻问题。
56.所述气体循环单元包括烟气循环除尘器37，烟气循环除尘器37的入口连接有二级高效旋风分离筒24、深度除尘器25和合成气加热器40，合成气加热器40的入口连接有合成气返回控制器39；所述烟气循环除尘器37的出口上连接有烟气循环引风机38，烟气循环引风机38与脱硫氮净化器8连接；
57.一种烟气循环用于低阶煤干燥制粉和输送的方法，包括如下步骤：
58.步骤一、烟气引入
59.锅炉1出口的烟气依次经过换热降温与除尘脱硫后，从脱硫氮净化器8、省煤器4、空气预热器5引出不同温度和不同气量的烟气至烟气缓冲罐9，气体加热器20和深度除尘器25的烟气也直接或间接进入烟气缓冲罐9进行循环使用；
60.步骤二、循环处理
61.利用烟气冷却器11、烟气压缩机12和烟气加热器14对烟气进行逐级降温、提压、脱水，使合格的烟气依次进入第一烟气储罐15和第二烟气储罐16作为制粉系统的循环风与煤粉气力输送的介质；气体补充装置17内部的气体作为补充气体进入第二烟气储罐16备用；
62.步骤三：干燥制备
63.开启平盘式磨煤机22，第二烟气储罐16和气体加热器20中的循环烟气对平盘式磨煤机22进行逐步升温直至达到要求值，原煤仓21的原煤输送进入平盘式磨煤机22进行煤粉制备，制备的煤粉随着循环烟气依次进入一级高效旋风分离筒23、二级高效旋风分离筒24和深度除尘器25，捕集的煤粉经过煤粉缓冲仓26进入煤粉发送仓28；而循环烟气依次经过烟气循环除尘器37和烟气循环引风机38，然后返回至脱硫氮净化器8作为循环烟气供再利用；
64.步骤四、流化输送
65.第二烟气储罐16的循环烟气经过二次增压补充器29并输送至在定量给料装置30中，将煤粉发送仓28的煤粉输送至煤斗31，煤粉在加压罐32、给料罐33的充泄压过程中进入送料器34，在输送烟气的作用下，煤粉连续稳定进入反应器，残余的煤粉或其他颗粒通过排料罐36排出；
66.步骤五、气体循环
67.来自煤斗31和加压罐32的仓顶除尘器中的烟气、来自反应系统经合成气返回控制器39和合成气加热器40的合成气以及经过二级高效旋风分离筒24与深度除尘器25的循环
气体会一同进入烟气循环除尘器37，经过烟气循环引风机38后返回进入脱硫氮净化器8作为循环烟气供再次利用。