CN102353237B - 一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统和干燥方法。该方法在流化床干燥器内使用热空气作为流化介质和干燥介质，对褐煤进行干燥；流化床干燥器带有内置加热器，为干燥提供所需部分热量。集成于火力发电厂的褐煤预干燥系统，包括：流化床干燥器、干燥器内置加热器、除尘器、气-气换热器、气-水换热器、空气加热器和风机。该系统充分利用系统中的余热以及电厂中的低品位热能对褐煤进行干燥。应用本发明，可以降低入炉褐煤中的水分，减少锅炉排烟热损失，提高褐煤锅炉的效率；充分利用火力发电厂中的低品位热能和余热资源，减少干燥过程中高品位能源的消耗，提高褐煤电站的发电效率。

Description

一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥方法和系统

技术领域

本发明属于燃煤火力发电系统领域，涉及一种高水分褐煤预干燥的方法和系统。

背景技术

目前，在大多数褐煤电站中，水分高达30％～50％的褐煤不经过预干燥，而是在磨煤机中直接与炉膛抽取的高温烟气接触以达到干燥的目的，干燥所用的烟气以及干燥产生的水蒸气与煤粉一起送入炉膛，导致炉膛温度降低，燃烧稳定性变差，烟气量增多，炉膛截面积和体积相应增大，锅炉的制造和安装费用升高。同时，排烟热损失增大，锅炉热效率降低，进而使得电厂的发电效率降低。

在褐煤电站中，燃用预干燥的褐煤可以提高发电效率。但是高水分褐煤预干燥过程需要消耗大量热能，单独的褐煤预干燥系统往往需要燃烧部分褐煤为干燥过程提供能量，考虑到这部分褐煤消耗，褐煤发电整体效率依然较低。将褐煤预干燥系统集成于发电系统，利用系统中的低品位热能，对褐煤进行预干燥，并回收干燥尾气中的余热，可以提高褐煤发电的整体效率。根据申请人所进行的资料检索，与此相关的研究资料如下：

美国的Great River Energy(GRE)公司提出了一种利用汽轮机乏汽在冷凝器中排放的热量对高水分褐煤进行预干燥的系统。该系统工作流程如下：冷凝器出口的热水(49℃)分成两部分，一部分流入空气加热器，对空气进行加热，用热空气(43℃)作为流化床干燥器的流化介质；另一部分进入流化床干燥器的内置加热器中，为干燥过程提供部分热量。该系统完全利用电站中的余热对褐煤进行预干燥，但是由于热空气和热水的温度都比较低，所以褐煤干燥的程度有限，只能脱除褐煤中的一少部分水分。

德国RWE Power公司提出了WTA技术。在这个系统方案中，褐煤在带内置加热器的过热蒸汽流化床干燥器内进行干燥，内置加热器的热源来自于汽轮机抽汽，凝结水回到汽轮机汽水循环中。干燥所产生的水蒸气，一部分作为流化床干燥器的流化蒸汽循环利用；一部分进入冷凝式换热器，加热锅炉给水；剩余部分排空。在该系统中，一方面，需要大量汽轮机抽汽，使汽轮机做功减少；另一方面，干燥尾气中水蒸气汽化潜热无法完全回收利用，多余部分排空造成能量的浪费。

WTA技术的另外一种系统方案：干燥尾气分成两路，其中一路通过循环风机作为流化蒸汽循环利用；另一路则通过蒸汽压缩机，提高压力后，进入流化床内置加热器凝结放热，提供干燥过程中所需的热量。该方案无需使用汽轮机抽汽，不影响汽轮机做功。但是一方面，蒸汽压缩过程需要消耗数量可观的高品位的机械功，使得电站效率的提高大打折扣；另一方面，蒸汽再压缩技术在设备大型化，工作可靠性等方面尚存在很多技术难题，因而使得该技术的推广应用受到很大限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥方法和系统。该方法和系统充分利用电站系统中的低品位热能对褐煤进行预干燥，并且最大限度地回收干燥尾气中的余热，以达到降低褐煤预干燥过程中的能量消耗，提高褐煤发电的整体效率的目的。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统，包括常规火力发电系统和在常规火力发电系统中集成的褐煤预干燥系统；所述常规火力发电系统，由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器构成；所述褐煤预干燥系统，由流化床干燥器、流化床干燥器内置加热器、除尘器、气-气换热器、气-水换热器、空气加热器和风机构成；

所述锅炉的蒸汽出口连接至汽轮机的蒸汽入口，汽轮机出口的乏汽连接至凝汽器，凝汽器出口的冷凝水依次经过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器之后回到锅炉的给水入口，汽轮机上不同参数的抽汽口，分别连接至低压加热器、除氧器以及高压加热器的加热蒸汽入口，以上构成了常规火力发电汽水循环系统；气-气换热器的空气出口与气-水换热器的空气入口连接，气-水换热器空气出口经过风机连接至空气加热器的空气入口，空气加热器的空气出口与流化床干燥器的流化介质入口连接；流化床干燥器的尾气出口连接至除尘器，除尘器的气体出口连接至气气换热器加热介质入口；流化床内置加热器的入口与汽轮机低压缸抽汽口连接，流化床内置加热器的出口与气-水换热器的加热介质入口连接，气-水换热器加热介质出口的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统。

所述空气加热器加热介质入口连接至汽轮机低压缸抽汽口，空气加热器的加热介质出口连接至系统凝结水回水位置；汽轮机低压缸抽汽在空气加热器中凝结放热，用于加热空气，生成的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

所述空气加热器的加热介质入口与锅炉排烟连接，空气加热器的加热介质出口排烟与后续烟气处理装置相连；利用锅炉排烟在空气加热器中加热空气，释放热量后的排烟再进入后续烟气处理装置。

所述流化床干燥器是单层流化床干燥器、多层流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器、振动流化床干燥器或喷动流化床干燥器。

所述集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统的干燥方法，包括：

所述锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机的排汽在凝汽器中凝结为水，冷凝水依次流过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器，之后返回锅炉中吸热；不同参数的汽轮机抽汽为各级加热器和除氧器加热；

冷空气首先进入气-气换热器，吸收干燥尾气的热量进行预热；预热后的空气进入气-水换热器，吸收干燥器内置加热器中生成的冷凝水的热量，进一步提高空气温度；最后通过空气加热器，达到褐煤干燥所需的空气温度，送入流化床干燥器内对褐煤进行预干燥；流化床干燥器排出的尾气，进入除尘器，将尾气中携带的煤粉分离；净化后的尾气通过气-气换热器，释放部分余热对冷空气进行预热之后，排放到环境中；

抽取低压缸中的蒸汽，在干燥器内置加热器中凝结放热，为褐煤预干燥提供部分热量；干燥器内置加热器中生成的冷凝水进入气-水换热器中，利用其热量加热空气之后，在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

汽轮机低压缸抽汽在空气加热器中凝结放热，用于加热空气，生成的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

所述空气加热器的加热介质入口与锅炉排烟连接，空气加热器的加热介质出口排烟与后续烟气处理装置相连；利用锅炉排烟在空气加热器中加热空气，释放热量后的排烟再进入后续烟气处理装置。

所述热空气温度范围为60-120℃；所述汽轮机低压缸抽汽的饱和温度介于80-140℃之间；所述的气-气换热器，采用回转再生式换热器或热管式换热器。

本发明所提出的一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥方法和系统，与美国Great River Energy(GRE)公司所提出的干燥系统相比，GRE公司所用的系统，干燥所需的热量来自于电站凝汽器中出来的冷却水，因此操作温度水平很低(低于50℃)，不能有效脱除褐煤中的水分，仅能脱除褐煤的部分表面水分，而本发明所提出的系统，合理地应用了电厂中的低品位热能，提高了操作的温度水平，可以有效地脱除褐煤的表面水分和大部分内在水分。与德国RWE Power公司提出的WTA技术相比，本发明使用了空气作为干燥介质，空气在温度很低的时候(小于50℃)就具有干燥能力，随着温度的升高，空气的干燥能力进一步增强。而WTA技术使用过热蒸汽作为干燥介质，要求其操作温度必须高于蒸汽压力所对应的饱和温度(约为100℃)，并且只有在蒸汽过热度较高的时候，过热蒸汽干燥才有比较高的干燥速度。因此与WTA技术相比，本发明可以在相对较低的温度下达到更高的干燥速率。

应用本发明所提出的一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥方法和系统，可以有效降低入炉褐煤的水分，减少排烟热损失，提高了褐煤锅炉的效率；干燥介质使用60-120℃的空气，温度水平较低，无着火爆炸的危险，同时减少了加热空气所需的热量；使用内置加热器，利用低压蒸汽为褐煤预干燥过程提供部分热量，一方面减少了所需空气的量，进而降低了空气带走的热量，提高了干燥效率，另一方面，减少了电厂凝汽器中的热量散失，可以减少冷却塔中冷却水的消耗，节约了水资源；充分利用了火力发电厂中的低品位热能和余热资源，减少干燥过程中高品位能源的消耗，提高褐煤电站的发电效率，减少燃煤消耗，进而减少了温室气体和污染物的排放，具有显著的社会经济效益和环境效益。

附图说明

图1是本发明一种集成高水分褐煤预干燥的火力发电系统方案一：用汽轮机抽汽加热空气的系统连接示意图。

图2是本发明一种集成高水分褐煤预干燥的火力发电系统方案二：用锅炉排烟加热空气的系统连接示意图。

图中：1为锅炉、2为汽轮机、3为凝汽器、4为凝结水泵、5为低压加热器、6为除氧器、7为给水泵、8为高压加热器、9为流化床干燥器、10为干燥器内置加热器、11为除尘器、12为气-气换热器、13为气-水换热器、14风机、15为空气加热器、16为凝结水回水位置。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图对本发明做进一步的详细描述：

以下分别针对两种空气加热方案给出了系统连接示意图，其中方案1如图1所示，方案2如图2所示。

对于两种方案，以下系统连接方式一致，参见图1，图2：锅炉的蒸汽出口连接至汽轮机的蒸汽入口，汽轮机出口的乏汽连接至凝汽器，凝汽器出口的冷凝水依次经过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器之后回到锅炉的给水入口，汽轮机上不同参数的抽汽口，分别连接至低压加热器、除氧器以及高压加热器的加热蒸汽入口，以上构成了常规火力发电汽水循环系统；气-气换热器的空气出口与气-水换热器的空气入口连接，气-水换热器空气出口经过风机连接至空气加热器的空气入口，空气加热器的空气出口与流化床干燥器的流化介质入口连接。流化床干燥器的尾气出口连接至除尘器，除尘器的气体出口连接至气-气换热器加热介质入口。流化床内置加热器的入口与汽轮机低压抽汽口连接，流化床内置加热器的出口与气-水换热器的加热介质入口连接，气-水换热器加热介质出口的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统。

参见图1，在方案一中：空气加热器加热介质入口连接至汽轮机低压缸抽汽口，空气加热器的加热介质出口的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统。

参见图2，在方案二中：空气加热器的加热介质入口与锅炉排烟连接，空气加热器的加热介质出口排烟与后续烟气处理装置相连。

对于方案一和方案二中相同的部分，参见图1和图2，工作原理如下：

锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机的排汽在凝汽器中凝结为水，冷凝水依次流过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器，之后返回锅炉中吸热；不同参数的汽轮机抽汽为各级加热器和除氧器加热。

冷空气首先进入气-气换热器，吸收干燥尾气的热量进行预热；预热后的空气进入气-水换热器，吸收干燥器内置加热器中生成的冷凝水的热量，进一步提高空气温度；最后通过空气加热器，达到褐煤干燥所需的空气温度，送入流化床干燥器内对褐煤进行预干燥。流化床干燥器排出的尾气，进入除尘器，将尾气中携带的煤粉分离；净化后的尾气通过气-气换热器，释放部分余热对冷空气进行预热之后，排放到环境中。

抽取低压缸的过热蒸汽，在干燥器内置加热器中凝结放热，为褐煤预干燥提供部分热量；干燥器内置加热器中生成的冷凝水进入气-水换热器中，利用其热量加热空气之后，在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

在方案一中：汽轮机低压缸抽汽在空气加热器中凝结放热，用于加热空气，生成的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

在方案二中：利用锅炉排烟在空气加热器中加热空气，释放热量后的排烟再进入后续烟气处理装置。所述锅炉排烟指的是，锅炉空气预热器之后，仍具有较高温度的烟气。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统，其特征在于：包括常规火力发电系统和在常规火力发电系统中集成的褐煤预干燥系统；所述常规火力发电系统，由锅炉、汽轮机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器构成；所述褐煤预干燥系统，由流化床干燥器、流化床干燥器内置加热器、除尘器、气-气换热器、气-水换热器、空气加热器和风机构成；

所述锅炉的蒸汽出口连接至汽轮机的蒸汽入口，汽轮机出口的乏汽连接至凝汽器，凝汽器出口的冷凝水依次经过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器之后回到锅炉的给水入口，汽轮机上不同参数的抽汽口，分别连接至低压加热器、除氧器以及高压加热器的加热蒸汽入口，以上构成了常规火力发电汽水循环系统；气-气换热器的空气出口与气-水换热器的空气入口连接，气-水换热器空气出口经过风机连接至空气加热器的空气入口，空气加热器的空气出口与流化床干燥器的流化介质入口连接；流化床干燥器的尾气出口连接至除尘器，除尘器的气体出口连接至气-气换热器加热介质入口；流化床内置加热器的入口与汽轮机低压抽汽口连接，流化床内置加热器的出口与气-水换热器的加热介质入口连接，气-水换热器加热介质出口的凝结水在凝结水回水位置处返回常规火力发电系统的电站汽水循环系统。

2.如权利要求1所述集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统，其特征在于：所述空气加热器加热介质入口连接至汽轮机低压缸抽汽口,空气加热器的加热介质出口连接至常规火力发电系统的电站汽水循环系统凝结水回水位置；汽轮机低压缸抽汽在空气加热器中凝结放热，用于加热空气，生成的凝结水在凝结水回水位置处返回电站汽水循环系统中。

3.如权利要求1所述集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统，其特征在于：所述空气加热器的加热介质入口与锅炉排烟连接，空气加热器的加热介质出口排烟与后续烟气处理装置相连；利用锅炉排烟在空气加热器中加热空气，释放热量后的排烟再进入后续烟气处理装置。

4.如权利要求1所述集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统，其特征在于：所述流化床干燥器是单层流化床干燥器、多层流化床干燥器、卧式多室流化床干燥器、振动流化床干燥器或喷动流化床干燥器。

5.基于权利要求1所述集成于火力发电厂的高水分褐煤预干燥系统的干燥方法，其特征在于：

所述锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机做功，汽轮机的排汽在凝汽器中凝结为水，冷凝水依次流过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器，之后返回锅炉中吸热；不同参数的汽轮机抽汽为各级加热器和除氧器加热；

冷空气首先进入气-气换热器，吸收干燥尾气的热量进行预热；预热后的空气进入气-水换热器，吸收干燥器内置加热器中生成的冷凝水的热量，进一步提高空气温度；最后通过空气加热器，达到褐煤干燥所需的空气温度，送入流化床干燥器内对褐煤进行预干燥；流化床干燥器排出的尾气，进入除尘器，将尾气中携带的煤粉分离；净化后的尾气通过气-气换热器，释放部分余热对冷空气进行预热之后，排放到环境中；

抽取低压缸中的蒸汽，在干燥器内置加热器中凝结放热，为褐煤预干燥提供部分热量；干燥器内置加热器中生成的冷凝水进入气-水换热器中，利用其热量加热空气之后，在凝结水回水位置处返回常规火力发电系统的电站汽水循环系统中。

6.如权利要求5所述的干燥方法，其特征在于：

汽轮机低压缸抽汽在空气加热器中凝结放热，用于加热空气，生成的凝结水在凝结水回水位置处返回常规火力发电系统的电站汽水循环系统中。

7.如权利要求5所述的干燥方法，其特征在于：

所述空气加热器的加热介质入口与锅炉排烟连接，空气加热器的加热介质出口排烟与后续烟气处理装置相连；利用锅炉排烟在空气加热器中加热空气，释放热量后的排烟再进入后续烟气处理装置。

8.如权利要求5、6或7所述的干燥方法，其特征在于：所述热空气温度范围为60-120℃；所述汽轮机低压缸抽汽的饱和温度介于80-140℃之间；所述的气-气换热器，采用回转再生式换热器或热管式换热器。

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