褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥探討

1、電力技術(shù)第 19 卷第 8 期2010 年 4月褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥探討蔣斌,李勝,梁國林(山東省科學(xué)院工業(yè)節(jié)能研究中心,山東濟(jì)南250013 0前言山東省科學(xué)院首創(chuàng)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高床層過熱蒸汽褐煤預(yù)干燥潔凈煤成套工藝技術(shù)和裝置,是我國潔凈煤技術(shù)的新突破,將這一環(huán)境友好型、資源節(jié)約型清潔煤技術(shù)項目應(yīng)用于國內(nèi)褐煤及摻燒褐煤的電廠,通過對褐煤預(yù)處理工藝進(jìn)行技術(shù)改造升級,提高褐煤能量密度,降低水分含量,可明顯減少CO 2排放和燃料消耗,降低電廠配套系統(tǒng)的損耗,提高電廠的發(fā)電效率,具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。褐煤是一種高揮發(fā)分、高水分、高灰分、低熱值(14 MJ/kg 左右、低灰熔點、污染重且利用率相

2、對較低的資源。目前,我國煙煤、無煙煤等優(yōu)質(zhì)煤資源已被充分利用,拓展空間十分有限,而對褐煤的大規(guī)模開發(fā)利用還剛剛開始。我國褐煤資源相對比較豐富,已探明的儲量就達(dá)1303億噸,占全國煤炭儲量的13%,其中內(nèi)蒙古的褐煤儲量最大,占全國褐煤總儲量的77%。我國褐煤普遍存在濕度大(3050%、燃點低和二氧化碳排放量大的缺點,直接燃燒未提質(zhì)的褐煤原煤,會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,而且增加電廠裝置建設(shè)和運行的成本;同時,較高的含水量導(dǎo)致褐煤運輸費用增加,限制了褐煤資源外運至沿海城市電廠利用的空間。目前,國內(nèi)電廠的情況是利用高溫?zé)煔馔ㄟ^磨煤機(jī)達(dá)到干燥目的。但高溫?zé)煔馀c煤粉直接接觸會帶來以下問題:(1 高溫?zé)煔馀c

3、煤粉直接接觸,存在一定的安全隱患;(2 含水分煙氣流經(jīng)鍋爐系統(tǒng),造成爐膛溫度和鍋爐效率降低;(3 褐煤水分過高導(dǎo)致調(diào)節(jié)復(fù)雜,動力消耗較高。而對褐煤進(jìn)行預(yù)干燥的工藝國內(nèi)目前也大都采用燃煤煙氣直接接觸的轉(zhuǎn)筒式干燥、氣流干燥機(jī)和鏈板式干燥機(jī)等,單機(jī)處理量小、占地面積大、投資高,不適合建電廠的工藝要求和技術(shù)改造。所以,解決因褐煤發(fā)電而導(dǎo)致的高環(huán)境污染問題,重要而現(xiàn)實的途徑只能是進(jìn)行電力行業(yè)的工藝革新,大力推廣和發(fā)展節(jié)能的褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥潔凈煤技術(shù)。1褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥領(lǐng)域國內(nèi)外現(xiàn)狀1.1國外現(xiàn)狀國外在褐煤預(yù)干燥領(lǐng)域,最成熟工藝是過熱蒸汽流化床技術(shù)。例如,德國RWE 公司采用先進(jìn)的過熱蒸汽工藝,已經(jīng)在

4、德國建成3套裝置,最大脫水能力達(dá)到110 t/h 。1.2國內(nèi)現(xiàn)狀山東省科學(xué)院已經(jīng)掌握世界領(lǐng)先的過熱蒸汽高床層內(nèi)加熱流化床干燥潔凈煤技術(shù),其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:(1 安全:過熱蒸汽系統(tǒng)內(nèi)部為無氧環(huán)境,干燥過程安全可靠。(2 節(jié)能:系統(tǒng)能耗明顯降低,通過乏汽余熱全部重新利用,綜合干燥耗能僅為0.22 t 蒸汽/t 水。(3 節(jié)水:蒸發(fā)出的水分全部回用,大大節(jié)約水資源。(4 減排:單位褐煤發(fā)熱量增加到原煤的1.6倍,燃料消耗減少35%,燃燒效率提高1.22%,發(fā)電效率提高1.2%,二氧化碳減少0.030.08噸/MW ·h ,即減少38%。 41 蔣斌,等:褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥探討第 8 期(

5、5 經(jīng)濟(jì):高床層內(nèi)加熱流化床干燥潔凈煤技術(shù)已申請專利保護(hù),此工藝產(chǎn)能比RWE 高23倍,投資節(jié)省60%。而且,可以降低磨煤系統(tǒng)的消耗和磨損,能極好地實現(xiàn)與現(xiàn)有電廠鍋爐系統(tǒng)的無縫連接。目前我國褐煤發(fā)電總裝機(jī)量為13 GW (僅統(tǒng)計300 MWe 以上機(jī)組,2010年將擴(kuò)容15 GW ,達(dá)到28 GW ,褐煤發(fā)電裝機(jī)量迅猛發(fā)展。以28 GW 的裝機(jī)量計,應(yīng)用山東科學(xué)院的褐煤預(yù)干燥潔凈煤工藝后,發(fā)電煤耗降低1012 g/kW ·h ,上網(wǎng)電價降低815元/MW ·h ,新建褐煤電廠設(shè)計規(guī)范將會被徹底顛覆,平均每臺新建670 MWe 的發(fā)電機(jī)組的投資降低6億元,而且將實現(xiàn)CO 2減

6、排近600萬噸/年,爭取CDM 支持近37000萬元/年,年節(jié)煤1848萬噸。在我國以煤炭為主要能源的戰(zhàn)略背景下,針對褐煤發(fā)電比例的快速增長趨勢,推廣褐煤過熱蒸汽預(yù)干燥這一潔凈煤新技術(shù),符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的要求,不但對我國能源行業(yè)的節(jié)能減排起到巨大的帶動效應(yīng),而且對我國能源行業(yè)的技術(shù)升級革新起到重要的推動作用。通過裝備技術(shù)出口,提升在國際市場相關(guān)行業(yè)的工藝裝備競爭水平,可使我國在該領(lǐng)域迅速達(dá)到國際先進(jìn)乃至國際領(lǐng)先水平,實現(xiàn)跨越式發(fā)展。2褐煤預(yù)干燥介紹2.1研究歷史2008年以前,山東省科學(xué)院節(jié)能中心已多年關(guān)注并研究褐煤的提質(zhì)工藝。2009年,節(jié)能中心具備了多項褐煤過熱蒸汽提質(zhì)專利

7、。節(jié)能中心完成了工業(yè)規(guī)模褐煤過熱蒸汽內(nèi)加熱流化床干燥提質(zhì)的驗證試驗,確定了關(guān)鍵的工藝和設(shè)備參數(shù);完成了小型雙輥擠壓成型驗證實驗系統(tǒng)。2010年,褐煤脫硫試驗工藝也基本完成。圖1、圖2為工業(yè)規(guī)模褐煤過熱蒸汽提質(zhì)裝置產(chǎn)品及系統(tǒng)裝置。2.2工藝介紹褐煤過熱蒸汽高床層內(nèi)加熱流化床干燥系統(tǒng)可以與電廠工藝系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接,在工藝的布置上也可以靈活處理,在原煤場或磨煤機(jī)前都可以實現(xiàn)。當(dāng)預(yù)干燥系統(tǒng)設(shè)置原煤場時,工藝流程可以簡述為:到場原煤經(jīng)過輸送、破碎篩分后,進(jìn)入干燥系統(tǒng),干燥合格的褐煤通過輸送設(shè)備送入褐煤煤倉。 當(dāng)干燥系統(tǒng)設(shè)置在磨煤機(jī)前時,工藝流程可以簡述為:由原煤倉獲得的粗粒度褐煤,經(jīng)過輸送、破碎篩分裝置

8、處理,進(jìn)入干燥系統(tǒng),干燥合格的褐煤通過輸送設(shè)備送入磨煤機(jī)的給煤設(shè)備。褐煤過熱蒸汽高床層內(nèi)加熱流化床干燥系統(tǒng)以飽和蒸汽作為熱源,用來干燥平均粒徑小于6.3 mm 的褐煤,針對用戶為燃燒褐煤的電廠和具有蒸汽熱源條件的煤礦,詳細(xì)流程如下:飽和蒸汽送入干燥床中特殊設(shè)計的內(nèi)加熱管,實現(xiàn)與高水分褐煤的熱交換后,形成冷凝水,由疏水閥排出干燥系統(tǒng),引回鍋爐系統(tǒng)。因此冷凝水品質(zhì)保持良好,所以可以滿足鍋爐系統(tǒng)對水質(zhì)的要求。圖1干燥前、后的褐煤圖2褐煤工業(yè)驗證系統(tǒng) 42 電力技術(shù)第 19 卷高水分褐煤經(jīng)過進(jìn)料閥及褐煤進(jìn)料機(jī)送入干燥床,在過熱蒸汽環(huán)境下,通過內(nèi)置的高層換熱管實現(xiàn)與管內(nèi)飽和蒸汽的傳熱過程,達(dá)到脫除水分的

9、目的后,由干燥床下部排料閥排出干燥系統(tǒng),進(jìn)入電廠輸煤系統(tǒng)。由褐煤中脫出的水分形成過熱蒸汽,排出干燥機(jī)后,進(jìn)入二級除塵系統(tǒng)除塵合格后,通過循環(huán)風(fēng)機(jī)將一部分過熱蒸汽送回干燥床參與下一個干燥循環(huán),其余過熱蒸汽引出干燥系統(tǒng),進(jìn)入電廠余熱回收系統(tǒng)再利用。高床層內(nèi)加熱流化床獨特特點包括:布風(fēng)結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計,保證布風(fēng)均勻而不易堵塞;高床層設(shè)計,提高干燥能力,換熱結(jié)構(gòu)可以獨立拆分和組裝;設(shè)置了完善的防爆措施,為過熱蒸汽系統(tǒng)增添更完善的安全裝置;高度自控水平,完全實現(xiàn)床層溫度、高度、流化床狀態(tài)和產(chǎn)品品質(zhì)的自動化調(diào)節(jié);設(shè)置了完善的保溫和伴熱系統(tǒng),保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行等。除塵系統(tǒng)裝置特點包括:采用二級除塵系統(tǒng),保證除塵效

10、率。一級細(xì)粉除塵器采用螺旋切線結(jié)構(gòu),降低動力消耗,提高除塵效率。二級除塵器采用靜電或布袋除塵器,保證出口過熱蒸汽含塵量滿足工藝要求,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。循環(huán)動力風(fēng)機(jī)特點包括:采用單吸入、雙支承、多級葉輪結(jié)構(gòu),保證工藝參數(shù);設(shè)置嚴(yán)格的機(jī)械密封,采用稀油站強(qiáng)制供油使軸封處氣體接近零泄露,保證運行環(huán)境和系統(tǒng)穩(wěn)定。2.3工程案例2004年為河南某電廠成功提供褐煤干燥系統(tǒng),采用氮氣閉路保護(hù)蒸汽回轉(zhuǎn)干燥工藝,該工藝為國內(nèi)首創(chuàng),一直穩(wěn)定運行至今。2006年為中國礦業(yè)大學(xué)提供氣流內(nèi)加熱流化床干燥系統(tǒng),用于褐煤干燥,該工藝被國內(nèi)某集團(tuán)借鑒參考并進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用。3CDM資金扶植情況提質(zhì)褐煤綜合利用,申請CDM資金支持

11、的關(guān)鍵的要求是:減少發(fā)電機(jī)組的二氧化碳的總排放量。采用該褐煤過熱蒸汽高床層內(nèi)加熱流化床干燥系統(tǒng)工藝,可以實現(xiàn)干燥的尾氣熱量(過熱蒸汽循環(huán)利用,此工藝的熱效率比常規(guī)工藝高一倍還多,如果考慮蒸汽用作供熱和加熱鍋爐給水,還有很大的提升空間,這樣就能真正實現(xiàn)褐煤脫水、提質(zhì)的能耗降低,真正實現(xiàn)使用高水分褐煤時的二氧化碳總排放量的減少,有力獲得CDM的支持。例如,以一個670 MWe裝機(jī)容量的褐煤電廠計算,減排CO2不少于15萬噸,每年節(jié)約提質(zhì)褐煤近9萬噸,節(jié)約支出超過5000萬元,同時提高發(fā)電效率超過1%,帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。4總結(jié)及展望褐煤的過熱蒸汽預(yù)處理是褐煤應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的總趨勢。大力發(fā)展和推廣

12、高床層過熱蒸汽褐煤預(yù)干燥潔凈煤成套工藝是能源、電力行業(yè)節(jié)能減排工藝革新重要而現(xiàn)實的途徑。山東省科學(xué)院的高床層過熱蒸汽褐煤預(yù)干燥潔凈煤成套工藝在安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗和節(jié)約水資源方面具有巨大優(yōu)勢。山東省科學(xué)院工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的褐煤驗證裝置和系統(tǒng)已圓滿成功運行,且有工程案例,所以高床層過熱蒸汽褐煤預(yù)干燥潔凈煤成套工藝的工業(yè)應(yīng)用不存在風(fēng)險。工藝可以實現(xiàn)與電廠系統(tǒng)的無縫連接,所以無論對改造電廠還是新建電廠都不存在工藝障礙。綜合來講,積極推廣和應(yīng)用高床層過熱蒸汽褐煤預(yù)干燥潔凈煤成套工藝,促進(jìn)能源、電力行業(yè)的技術(shù)升級,符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排的要求,并可使我國在該領(lǐng)域迅速達(dá)到國際先進(jìn)乃至國際領(lǐng)先水平,實現(xiàn)

13、跨越式發(fā)展。參 考 文 獻(xiàn)1 金國淼,等.干燥設(shè)備M.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.8.Discuss on the Pre-drying of Lignite Using Superheated SteamJIANG Bin, LI Sheng, LIANG Guo-lin(Industrial Energy Conservation Research Center of Shandong Academy of Sciences, Jinan 250013, ChinaAbstract: The status of lignite pre-drying was analyzed. It was pointed out that the pre-drying technology of lignite using superheated steam developed by Shandong Academy of Sciences