基于褐煤干燥技术的机炉热集成优化系统_方亚雄

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褐煤干燥水分回收利用及其研究进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第2期·472·化工进展褐煤干燥水分回收利用及其研究进展张大洲，卢文新，陈风敬，夏吴，左静，王志刚，商宽祥（中国五环工程有限公司国家能源低阶煤综合利用研发中心，湖北武汉 430223）摘要：褐煤干燥提质过程中的水资源化回收利用工艺技术可以提高煤阶并回收宝贵的水资源，降低干燥提质单元能耗。

本文从介绍褐煤中水的存在形态出发，围绕烟气直接干燥、蒸汽流化床干燥、微波干燥、机械热压脱水干燥等工艺综述了近年来干燥水回收利用的研究现状和最新进展，讨论分析了褐煤干燥与水回收利用工艺的选择原则。

在回收褐煤中丰富的水资源时，除了单纯考虑回收褐煤中的水资源，还应权衡褐煤干燥工艺、干燥温度和干燥介质、干燥水蒸气的余热利用方式以及干燥工艺上下游间的衔接等因素。

基于目前褐煤资源的主要用途，将干燥尾气采用换热技术回收低温余热和干燥冷凝水直接净化处理后的二次回用技术将是以后的重要研究和应用方向。

关键词：褐煤；干燥脱水；水回收；余热回收；干燥工艺中图分类号：TQ 536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）02–0472–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.02.019Recent developments in recovery and utilization of water and heat fromlignite dewateringZHANG Dazhou ，LU Wenxin ，CHEN Fengjing ，XIA Wu ，ZUO Jing ，WANG Zhigang ，SHANG Kuanxiang（Research and Development Center for Utilization of Low Rank Coal ，Wuhuan Engineering Co.，Ltd.， Wuhan 430223，Hubei ，China ）Abstract ：Lignite dewatering based on recovery of water and heat can significantly reduce water and energy consumption in the drying unit. The existence states of water in lignite are introduced ，and the advances in recovery and utilization of water and heat from lignite dewatering are reviewed. Specially ，drying technologies in the light of drying with flue gas ，drying in fluidized bed with steam ，microwave drying and mechanical/thermal pressurizing are presented. The principle for selection of lignite dewatering process and water recovery system is discussed. During recovery of water resource ，considerations of lignite dewatering process ，drying temperature ，drying medium ，heat recovery technology ，and linkages of various processes should also be included. The process ，which integrates heat exchangeand water purification into lignite dewatering would be a promising research and application topic in the future.Key words ：lignite; dewatering; water recovery; heat recovery; dry technology褐煤是一种高水分、低热值且利用率相对较低的年轻煤质。

21高温烟气褐煤干燥技术分析

21高温烟气褐煤干燥技术分析高温烟气褐煤干燥技术分析郝正虎1, 李向武2, 董建勋2, 吴玉新1, 王秀军3, 吕俊复1, 张守玉2(1.清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室，北京100084；2中电投蒙东能源集团公司；3上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093) 摘要：我国褐煤资源丰富和产地相对集中，但是水分含量高导致其利用率低。

文章介绍了褐煤的性质和水分对煤的热值的影响，阐述了目前国内外褐煤干燥技术，在低温烟气逆流干燥技术上，形成了高温烟气干燥技术。

并说明了高温烟气褐煤干燥技术的原理和它的技术路线。

高温褐煤干燥示范工程的运行试验结果分析了它的可行性强、安全性好和目前存在的问题。

关键词：褐煤；高温；烟气；干燥；顺流0. 引言我国褐煤资源的特点是：埋藏浅、煤层厚、储量大，相对集中的褐煤产地，但是褐煤产量不高。

2006年全国生产褐煤10511多万吨，只占全国原煤产量的4.51%[1]。

在我国已发现的煤资源中，褐煤约占总量的12.68%。

主要分布在我国的东北和西南，其中内蒙古东部地区的褐煤占全国该煤类的77.55%，占本区煤炭储量的45%，多属于老年褐煤；云南的褐煤占全国该煤类的11.88%，占本区煤炭储量的64%，多为年轻褐煤；另外，在黑龙江东部、吉林、河北、山东、广东、海南和四川等地也有少量分布，其中海南全部为褐煤，黑龙江以及广西褐煤储量分别占本区储量的34.7%和35.4%[2]。

褐煤煤化程度最低，其特点是孔隙度大、挥发分高、无黏结性[3,4]；氧含量可以达到15～30%；水分含量高，全水分一般可达20～50%；褐煤在空气中极易风化，灰软化点低；灰分一般为20～30%；褐煤属于低热值-中低热值煤，干燥基低位发热量一般为16.73～25.09MJ/kg，收到基低位发热量一般为11.71～16.73MJ/kg。

通过脱除燃料中的水分，可大大提高褐煤的燃烧效率。

澳大利亚、美国、欧洲的德国、希腊、波兰等褐煤资源丰富的国家都进行了褐煤水分干燥技术研究。

褐煤干燥成型技术的研究

褐煤干燥成型技术的研究
崔义;周鹏
【期刊名称】《洁净煤技术》
【年(卷),期】2012(018)001
【摘要】针对褐煤易风化变质,化学反应性强,热稳定性差,富有自燃倾向,不适宜长距离运输等特点,对国内外褐煤干燥技术进行了研究,归纳总结了各干燥技术的工作流程、优缺点及应用情况.介绍了褐煤干燥成型技术的工作原理,并对其可行性进行了应用试验研究,结果表明:干燥成型的褐煤中,Mt都低于0.10％,Mad低于
0.01％,Qnet,ar可达到25.03 kJ/g,与原煤相比提高了46.12％.褐煤干燥成型技术可有效提高褐煤煤质,降低系统复杂性,干燥成型后褐煤的化学稳定性明显提高,褐煤干燥成型在技术上是可行的.
【总页数】3页(P42-44)
【作者】崔义;周鹏
【作者单位】中国华能集团公司煤炭部,北京 100031;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京 100083
【正文语种】中文
【中图分类】TD849+.2;TQ530
【相关文献】
1.褐煤干燥提质和无粘结剂成型技术的研究现状及进展 [J], 余江龙;Arash Tahmasebi;李先春;韩艳娜;尹丰魁
2.褐煤干选、干燥、成型一体化工艺技术开发研究 [J], 田忠坤
3.浅析褐煤干燥成型技术现状 [J], 王晓磊;李翔;李志凯
4.褐煤干燥成型工艺技术综述 [J], 汪寿建
5.风水沟煤矿煤炭提质项目可行性研究报告——利用褐煤干燥技术干燥末煤 [J], 任洪利
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褐煤的提质干燥成型技术

褐煤的提质干燥成型技术2.1 褐煤提质干燥技术富含水褐煤的干燥提质是在一定温度下经脱水后将褐煤转化成具有类似烟煤性质的提质煤。

现在的提质干燥技术有以下几种。

2.1.1流化床干燥技术流化床干燥技术是20世纪60年代发展起来的一种气固两相流干燥技术，热容量系数可达8000~25000kJ/（m3h℃）[2]，热效率可达60%~80%，广泛应用于化工、医药、轻工、食品及建材工业中。

湿物料在气流干燥器中先除去表面水分，然后在流化床干燥器中去除结合水分。

目前流化床干燥机用于煤粉干燥的较少，仍处于实验室研究阶段，中国矿业大学对通辽褐煤在流化床干燥器中的干燥特性进行了研究。

对于褐煤而言，干燥技术的难点在于如何防止干燥过程中的燃烧爆炸、粒度分布范围广设备内停留时间不均匀以及处理量大（小时处理量数数以万吨记）等问题。

可以预见，以烟道气为干燥介质，采用部分废弃循环的流化床干燥系统具有很大的潜力，大连理工大学正在进行这方面的开发工作。

2.1.2滚筒干燥技术滚筒干燥机主要由倾斜转动的长筒构成。

湿物料在筒内前移过程中，直接或间接得到了干燥介质的传递热量而达到干燥的目的。

此类干燥器广泛应用于化工、食品、粮食、矿物等行业中各种散粒物料的干燥，现已发展到溶液及膏状物料的干燥上。

滚筒褐煤干燥技术脱水率高，可以将褐煤水分降至15%，热值提升至4500大卡左右。

其原理是放入充满约的滚筒。

与烟气充分，物料在干燥器内的停留时间一般在30分钟左右，从而使褐煤得到干燥。

褐煤干燥工艺流程图如图所示。

将原料煤破碎至0-50mm后，经胶带输送机和刮板输送机最终进入JNG节能滚筒干燥机。

在倾斜转动的滚筒内，由滚筒壁上的抄板使褐煤在干燥筒体内形成全断面料幕，与高达500℃的高温热风进行接触，交换热量，干燥后由排料箱排入密封式排料刮板输送机，经溜槽送入胶带输送机，最终送入料仓。

旋风除尘器收集的细煤粉经螺旋输送机和星型排料器送到出料刮板输送机，汇入干燥后煤输送系统。

一种流化床式褐煤干燥提质装置[实用新型专利]

(10)授权公告号 CN 201548016 U(45)授权公告日 2010.08.11C N 201548016 U*CN201548016U*(21)申请号 200920245442.7(22)申请日 2009.11.25F26B 3/08(2006.01)F26B 25/00(2006.01)(73)专利权人西安热工研究院有限公司地址710032 陕西省西安市西安兴庆路136号(72)发明人肖平江建忠李强徐正泉郭涛时正海吕海生蒋敏华(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所 61215代理人弋才富(54)实用新型名称一种流化床式褐煤干燥提质装置(57)摘要一种流化床式褐煤干燥提质装置，包括干燥室9，风室8布置在干燥室9下部，风室8与干燥室9之间布置带有风帽的布风板6，布风板6自进料管至排料管呈倾斜布置，干燥室9内部下端为底部截面积小、上部截面积大的上下变截面结构，也可以为等截面结构；进料管2给入的待干燥褐煤，经过布料器3后，均匀进入干燥装置1；穿过布风板6的带有一定温度的高温干燥介质均匀进入干燥装置1，将待干燥褐煤流化并进行干燥；本实用新型具有干燥效果好、运行可靠、系统简单的特点。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页说明书 2 页附图 2 页权利要求书CN 201548016 U1/1页1.一种流化床式褐煤干燥提质装置，包括干燥室(9)，风室(8)布置在干燥室(9)下部，风室(8)与干燥室(9)之间布置带有风帽的布风板(6)，其特征在于，干燥室(9)内可以设置一个以上的隔墙(5)，隔墙(5)将干燥室(9)分为两个以上的子干燥室，风室(8)内可以设置一个以上的风室隔板(11)，风室隔板(11)将风室(8)分为两个以上的子风室，干燥室(9)上连接有进料管(2)、排料管(12)、出风管(10)，干燥介质管道(7)与风室(8)连接，给料管(2)下部布置布料器(3)，干燥室(9)内部的布风板(6)自进料管至排料管是水平或呈倾斜布置，干燥室(9)内部下端可以为底部截面积小、上部截面积大的上下变截面结构，也可以为等截面结构。

褐煤提质干燥成型

褐煤提质干燥成型一体化技术/ProductDetail.asp?ID=535一、褐煤及其分布根据国际地质学家预测: 全世界硬煤(包括烟煤和无烟煤)地质储量约为6万亿t,占煤炭总储量的60%强; 褐煤地质储量约有4万亿t,占煤炭储量40%弱。

由煤田地质勘探资料表明,中国的褐煤资源主要分布在华北地区,约占全国褐煤地质储量的3/4以上见表1,其中又以内蒙古东部地区赋存最多。

西南区是中国仅次于华北区的第二大褐煤基地,其储量约占全国褐煤的1/8,其中大部分分布在云南省境内。

但西南区的褐煤几乎全部是第三纪较年轻褐煤,而华北区的褐煤则绝大多数为侏罗纪的年老褐煤。

褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。

是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽,不具粘结性。

其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。

水分大、挥发分高、密度小,含有腐殖酸,氧含量常达15～30％，在空气中易风化碎裂,发热量低。

按照中国煤炭分类标准还分为两小类：透光率PM大于30～50%的年老褐煤和PM 小于或等于30%的年轻褐煤。

中国褐煤多属老年褐煤。

褐煤灰分一般为20％～30％。

东北地区褐煤硫分多在1％以下，广东、广西、云南褐煤硫分相对较高，有的甚至高达8％以上。

褐煤全水分一般可达20％～50％，分析基水分为10％～30％，挥发分高15%～30%、低位发热量一般只有11．71～16．73MJ／kg，易风化碎裂、易氧化自燃。

褐煤有着清洁、低挥发和低硫的优点，但同时又存在着湿度大、燃点低和二氧化碳排放量大的缺点，是导致全球温室效应的重要因素之一。

但是，在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视。

东北、中南、西北和华东4大区褐煤资源的数量均较少。

表一中国各大区褐煤储量分布为了保护宝贵的炼焦资源,充分利用褐煤等年轻高挥发分煤作为主要动力用煤,中国规划到2010年将生产原煤18.5亿t,其中东北地区的褐煤年产量将达13350万t,到2020年的全国原煤规划产量21.5亿t,其中东北地区的规划年产量将达19050万t,褐煤规划产量中主要未开发露天矿。

褐煤干燥 (3)

褐煤干燥简介褐煤是一种棕色到黑色的低级煤炭，含水率较高，需要经过干燥处理才能提高效能以及储存。

本文将介绍褐煤干燥的方法、设备以及干燥后的应用。

褐煤干燥的方法褐煤干燥可以通过以下几种方法进行：1.空气干燥：将褐煤暴露在空气中，利用自然风力和温度进行蒸发，降低其含水率。

这种方法成本较低，但是效率相对较低，需要较长的时间来完成干燥过程。

2.热风干燥：使用高温热风对褐煤进行干燥，这种方法可以加快干燥速度，提高效率。

热风干燥可以通过燃煤或燃气产生热风，同时也可以使用外部加热设备，如电加热方式。

3.旋转干燥器干燥：旋转干燥器是一种常用的干燥设备，通过旋转筒内的蒸发器，利用高温热风对褐煤进行干燥。

旋转干燥器具有体积小、干燥速度快、干燥均匀等优点。

4.流化床干燥：流化床干燥是一种高效的干燥方法，通过将褐煤放置在流态化的气固体颗粒床中，利用气体的搅拌和温度进行干燥。

流化床干燥具有干燥速度快、能耗低、干燥效果好等特点。

褐煤干燥设备褐煤干燥使用的设备根据不同的干燥方法有所不同，以下是几种常用的褐煤干燥设备：1.热风干燥炉：热风干燥炉是通过燃煤或燃气产生高温热风，将褐煤放置在炉内进行干燥。

热风干燥炉通常具有预热系统、干燥系统、排气系统等组成部分，可以根据需求进行定制。

2.旋转干燥器：旋转干燥器是一种以旋转筒为主体的设备，通过旋转筒内的蒸发器产生高温热风，对褐煤进行干燥。

旋转干燥器具有结构简单、维护方便等特点，适用于小型和中型生产线。

3.流化床干燥设备：流化床干燥设备是通过将褐煤放置在流态化的气固体颗粒床中，利用气体搅拌和温度进行干燥。

流化床干燥设备具有干燥速度快、能耗低、干燥效果好等优点，适用于大规模生产。

4.自然风干燥：自然风干燥是最简单的干燥方法，无需额外的设备，只需将褐煤暴露在自然风力下进行蒸发。

然而，由于自然风的不稳定性和季节变化，干燥时间比较长，适用于个别小规模场景。

褐煤干燥后的应用褐煤干燥后，其含水率大大降低，可以提高燃烧效率，延长燃烧时间，减少环境污染。

褐煤干燥技术

褐煤干燥技术0 引言褐煤(Lignite，也译作Brown coal)一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。

褐煤是煤化程度最低的煤种，为泥炭在适度的压力下转变而成，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，含水量高，在空气中易风化。

褐煤中含一定量的原生腐殖酸，碳含量低，氧含量高，氢含量变化大，其中的挥发分一般在45%-55%。

根据国际地质学家预测：全世界硬煤(包括烟煤和无烟煤)地质储量约为6万亿吨，占煤炭总储量的60%强；褐煤地质储量约为4万亿吨，占煤炭储量的40%弱。

褐煤资源又分为硬褐煤和软褐煤(俗称土状褐煤)两大类，其中硬褐煤主要分布在欧洲地区，其次为亚洲和北美洲。

按国家来说，美国、俄罗斯和中国三国的硬褐煤储量最多，分别为900多亿吨、800余亿吨和400亿吨以上。

我国已探明的褐煤保有储量达1303亿吨，约占全国煤炭储量的13%。

从我国褐煤的形成时代来看，以中生界侏罗纪褐煤储量的比例最多，约占全国褐煤储量的4/5，主要分布在内蒙古东部与东北三省紧密相连的东三盟地区。

新生代第三纪褐煤资源约占全国褐煤储量的1/5左右，主要赋存在云南省境内。

褐煤因其热值低、易风化、含水量高，易自燃，而给其储存、运输、燃烧等方面带来了许多困难。

褐煤自身的特点决定了其不宜作长期储存或长途运输；而当锅炉燃烧水分高的褐煤将导致火焰温度降低，热效率下降；当电厂使用水分高的褐煤，需要采用更大的更昂贵的锅炉才可以显著减少或避免电厂额定出力降低。

可见褐煤不经过提质加工既不利于运输和贮存，也难以满足多种用户对煤的质量要求，严重影响了褐煤资源的直接利用。

因此，对褐煤进行提质，降低水分，提高发热量，增强适用性，对建设资源节约型社会，保证国民经济的可持续发展，具有重要的理论和实际意义。

褐煤干燥后，其成分和性质趋近于烟煤，更有利于运输、贮存和利用。

1 现有的褐煤加工技术1.1 国外褐煤加工技术国外褐煤加工利用技术开发比较早，典型的国家有德国、俄罗斯、澳大利亚、日本和美国等国家，代表性的技术有：(1)德国的管式干燥器褐煤型煤技术。

机炉耦合的褐煤干燥节能系统[实用新型专利]

专利名称：机炉耦合的褐煤干燥节能系统
专利类型：实用新型专利
发明人：徐钢,李君,杨勇平,方亚雄,许诚,杨志平申请号：CN201320490712.7
申请日：20130812
公开号：CN203421665U
公开日：
20140205
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型属于电站节能设备领域，特别涉及一种机炉耦合的褐煤干燥节能系统。

该系统由褐煤干燥子系统、空气预热子系统、汽轮机侧回热系统及余热利用系统组成；褐煤干燥子系统分别与汽轮机侧回热系统和空气预热子系统连接，余热利用系统中低温省煤器布置在空气预热子系统的主空气预热器之后，和汽轮机侧回热系统连接。

褐煤干燥系统热源来自汽轮机低压缸抽汽，干燥后的褐煤直接用于发电。

褐煤干燥产生的尾汽进入前置空气预热系统，预热低温空气，被加热的空气进入主空气预热器，完成空气的全程加热。

该系统增加了褐煤的能量密度，回收了干燥尾气中的大量潜热，同时回收了烟气热量，褐煤机组煤耗能够大幅降低，提高机组效率。

申请人：华北电力大学
地址：102206 北京市昌平区回龙观朱辛庄2号
国籍：CN
代理机构：北京麟保德和知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：韩建功
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一种褐煤干燥提质系统[实用新型专利]

专利名称：一种褐煤干燥提质系统专利类型：实用新型专利
发明人：朱绍辉,田尚锋,陈绪庆,马军申请号：CN201020285076.0
申请日：20100809
公开号：CN201748770U
公开日：
20110216
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种褐煤干燥提质系统。

它具有工艺布置紧凑、合理，处理量大，热效率高，占地面积小，减少投资，使用安全可靠，节能环保的特点。

其整个系统为全封闭无氧化负压式，它包括高温烟气热源装置，高温烟气热源装置高温烟气出口与多迴程滚筒干燥机的进风口连接；多迴程滚筒干燥机的进料端则与进料装置连接，出料端与产品运输设备配合，出风口与旋风除尘设备连接，旋风除尘设备出口与湿式除尘器连接。

申请人：泰安立人选煤工程有限公司
地址：271000 山东省泰安市东开发区创业大街东首中天大厦302室
国籍：CN
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一种褐煤的处理系统[实用新型专利]

专利名称：一种褐煤的处理系统
专利类型：实用新型专利
发明人：廖海燕,余学海,蒋旭光,凌荣华,赵华,范永胜,王慧芳申请号：CN201320824009.5
申请日：20131213
公开号：CN203657382U
公开日：
20140618
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种褐煤的处理系统，该系统包括：干燥机（1），褐煤在其中干燥以得到干燥的煤和含煤尾气；湿式除尘装置（2），来自所述干燥机（1）的含煤尾气进入该湿式除尘装置（2）中进行除尘处理以获得含煤废水；煤水分离装置（3），来自所述湿式除尘装置（2）的含煤废水在其中进行分离，得到煤泥浆；以及煤泥浆燃烧装置（4），来自所述煤水分离装置（3）的煤泥浆在其中进行燃烧。

通过本实用新型的系统对褐煤进行处理，有效地降低了对环境的污染，并增加了电厂整体的经济性，具有良好的经济效益和社会效益。

申请人：中国神华能源股份有限公司,北京国华电力有限责任公司,神华国华(北京)电力研究院有限公司
地址：100011 北京市东城区安外西滨河路22号神华大厦
国籍：CN
代理机构：北京润平知识产权代理有限公司
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低负荷下塔式锅炉提升经济性试验研究

低负荷下塔式锅炉提升经济性试验研究陈辉;方亚雄【期刊名称】《电力科技与环保》【年(卷),期】2024(40)2【摘要】以某设置烟气再循环660 MW二次再热塔式锅炉为研究对象,在锅炉调峰至40%、264 MW负荷下开展性能诊断试验发现锅炉运行存在运行氧量偏大7.1%、干烟气热损失偏大4.68%、省煤器出口NO_(x)浓度高426 mg/m^(3)和SCR脱硝系统喷氨量大574 kg/h的问题。

锅炉低负荷运行时,适当开大高低位SOFA风开度有利于改善锅炉SCR脱硝进口NO_(x)浓度和脱硝系统喷氨量。

锅炉运行氧量的降低有利于提高锅炉效率、降低SCR脱硝进口NO_(x)浓度、SCR脱硝系统喷氨量和一次风机、送风机、引风机三大风机耗电量,运行氧量调整对机组运行经济性总体大于SOFA风开度的调整。

研究结果显示,经过SOFA风开度、运行氧量和烟气再循环风机出力优化调整后,锅炉效率由94.21%提高至94.51%,锅炉省煤器出口NO_(x)浓度由426 mg/m^(3)降低至368 mg/m^(3),SCR脱硝系统喷氨量由575 kg/h降低至487 kg/h。

一次风机、送风机和引风机总功率由6023 kW·h下降至5748 kW·h,一次再热汽温由601℃提高至607℃,二次再热汽温由602℃提高至608℃,机组运行经济性得到明显改善。

【总页数】8页(P160-167)【作者】陈辉;方亚雄【作者单位】国家能源集团科学技术研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TK22【相关文献】1.锅炉低负荷下SCR入口烟温提升方案对比研究2.660MW锅炉低负荷下SCR入口烟温提升方案对比研究3.330 MW锅炉低负荷下数值模拟及试验研究4.300MW机组锅炉低负荷下再热汽温和脱硝入口烟温提升方案研究5.低负荷下运行氧量对双切圆锅炉燃烧及NO_(x)生成特性影响的模拟与试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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第30卷第1期2015年1月热能动力工程JOUＲNAL OF ENGINEEＲING FOＲTHEＲMAL ENEＲGY AND POWEＲVol．30，No．1Jan．，2015收稿日期：2014－03－27；修订日期：2014－05－16基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（973计划）（2011CB710706）；国家自然科学基金资助项目（U1261210）；中央高校基金（2014XS35）；北京高等学校青年英才计划项目（71A1411127）作者简介：方亚雄（1990－），男，安徽桐城人，华北电力大学工程硕士．文章编号：1001－2060（2015）01－0081－07基于褐煤干燥技术的机炉热集成优化系统方亚雄，许诚，徐钢，杨勇平（华北电力大学国家火力发电工程技术研究中心，北京102206）摘要：在褐煤机组抽汽干燥系统的基础上，结合锅炉尾部烟气余热利用技术，提出了一种机炉热集成优化系统，利用褐煤干燥时蒸发的尾气预热空预器入口空气，同时在省煤器后的旁路烟道内加装两级烟水换热器，加热部分凝结水，节省汽轮机回热抽汽，从而进一步提高机组效率。

结合某600MW 超临界褐煤机组，分析对比了常规抽汽干燥系统和机炉热集成优化系统的热力学特性和综合节能效果，并初步探讨了优化系统的技术经济学性能。

结果表明：案例机组在优化系统下可降低供电煤耗4．3g /（kW ·h ），按年运行5000h 计算，优化系统每年可减少标煤量1．29万t ，年节约燃料费700余万元（按褐煤标煤560元/t 计），静态投资回收期仅为3．3年，经济效益显著。

关键词：褐煤机组；抽汽干燥；烟气余热利用；机炉热集成中图分类号：TQ536文献标识码：A引言我国已探明的褐煤资源达1300多亿t ，占全国煤炭储量的13%［1］。

近年来越来越多的电厂开始燃用价格较低的褐煤进行发电，这降低了发电成本，但也为机组运行带来了一些问题。

褐煤属低质煤，其水分大、能量密度低，若直接参与燃烧，由于其本身水分较高，燃烧生成的烟气量偏大，最终排烟温度升高，导致排烟损失过大，降低了锅炉效率，影响机组运行的经济性。

因此，预干燥过程对褐煤的高效利用十分必要［2－3］。

国外已经开展了大量的研究，文献［4］用计算机仿真的方法研究了火电厂耦合不同干燥机的效率变化情况；文献［5］分析对比了25%掺烧褐煤机组与褐煤干燥机组的经济性，结果证明褐煤干燥机组具有更好的经济性和较低碳排放量。

国内对褐煤干燥的研究开展稍晚，文献［6－8］对高水分褐煤的集成干燥技术进行了综述，褐煤干燥特性的实验研究也逐步开展［9－11］。

文献［12］研究了利用烟气预干燥褐煤发电系统，建立了热经济性分析模型，并对烟气温度以及干燥机效率对节煤效果的影响进行了规律性评价。

文献［12－13］利用抽汽干燥褐煤，并对干燥尾气的工质和热量的回收利用进行了初步研究。

总体而言，就褐煤预干燥技术发展路线来看，抽汽干燥因其干燥效率高，干燥设备体积小，安全性高，干燥尾气易提取等优点，是目前最有发展前景的褐煤火力发电机组的干燥方式；而目前对于褐煤预干燥的研究内容则多集中在干燥原理和方法，干燥后煤质特性等方面，较少有研究关注褐煤干燥尾气与尾部烟气能量的综合梯级利用等问题。

有鉴于此，本研究以常规褐煤电站抽汽干燥系统为基础，结合锅炉尾部烟气余热利用技术，创造性地提出了褐煤机组的机炉热集成优化系统，实现了干燥尾气的高效利用，提高了空气预热器入口空气温度，同时节省了较高温度的回热抽汽，增加了发电效率。

1褐煤机组常规抽汽干燥系统选取某典型600MW 超临界燃煤机组作为研究对象，该机组采用N600－24．2/566/566型超临界中间再热凝汽式汽轮机和SG －1910－25．4－M951超临界压力直流锅炉；锅炉直接燃用未干燥伊敏褐煤时，排烟温度148ħ。

汽轮机的热力特性数据如表1所示。

DOI:10.16146/ki.rndlgc.2015.01.022热能动力工程2015年表1各级回热加热器的热力参数Tab．1Thermal parameters of recuperative heatersat various stages加热器抽汽压力P/MPa抽汽焓H/kJ·kg－1抽汽流量/kg·s－1给水进口温度/ħ给水出口温度/ħ1号6．013045．225．45252．7275．2 2号4．272970．636．91214．5252．7 3号2．153427．420．62183．2214．5 4号1．063222．320．53141．6176．9 5号0．432998．524．20101．2141．6 6号0．122758．211．4081．8101．2 7号0．062645．915．1258．581．8 8号0．022511．310．2143．258．5结合机组热力参数和干燥工艺要求，常规抽汽干燥系统构成如图1所示。

汽轮机5号低压抽汽通过抽汽管道输送至干燥机，在干燥机中将其显热和汽化潜热传递给高水分褐煤，放热后凝结为同一压力下的饱和水，饱和水通过疏水泵连接至6号回热加热器疏水，进入汽轮机给水系统。

湿煤仓中存储的高水分褐煤经磨煤机粉碎，被汽轮机抽汽加热，煤中水分大部分蒸发，干燥装置蒸发的水蒸汽和少量煤粉的混合物进入细粉分离器，分离下来的煤粉与干燥煤粉一起排入干煤磨煤机，最后经干煤磨煤机研磨后进入锅炉炉膛燃烧，分离后的尾气排空。

图1常规抽汽褐煤干燥系统简图Fig．1Simplified drawing of the conventional steam extraction lignite drying system机组采用抽汽干燥后，其干燥前后煤质主要参数如表2所示。

可知，湿煤粉经干燥后，水分含量由39．5%降低至15%，低位发热量由11．51MJ/kg提高到17．18MJ/kg，热值相对提高49%；排烟温度由148ħ降低至130ħ，排烟损失显著下降，炉内燃烧效率和锅炉整体效率都有所提高。

2褐煤电站机炉热集成优化系统由上文分析可知，常规干燥系统抽取中压缸抽汽干燥褐煤，使其水分降低，发热量增加，提高了机组的热效率。

然而，常规干燥系统也存在一些不足之处：干燥蒸发的大量水分直接排空，其携带的热量没有得到回收，造成了一定浪费。

表2煤粉干燥前后煤质主要参数Tab．2Main parameters of coal before and afterthe pulverized coal had been dried参数干燥前干燥后M ar/%39．5015．00A ar/%12．0916．99C ar/%34．5948．60H ar/%2．032．85O ar/%11．3015．87N ar/%0．350．49S ar/%0．140．20 Q net，ar/（MJ·kg）－111．5117．18·28·第1期方亚雄，等：基于褐煤干燥技术的机炉热集成优化系统为进一步提高褐煤电站的效率，采用相变换热的前置式空预器回收干燥尾气的潜热，用以预热主空气预热器入口冷空气。

而在烟气流量和最终热空气温度保持不变的条件下，空气预热器入口的空气温度提高会造成排烟温度升高。

为合理利用排烟余热，在优化系统中，提出在省煤器后设置旁路烟道，通过减少主烟道内烟气流量来降低排烟温度；而在旁路烟道中，增设烟水换热器用于加热部分给水和凝结水。

总之，烟气在烟水换热器中放热，加热回热系统中部分给水和凝结水节省部分回热抽汽，节省的抽汽在汽轮机内继续做功，实现了在燃料量基本保持不变的条件下，机组出功增加、煤耗降低。

基于褐煤干燥技术的机炉热集成优化系统（以下简称优化系统）如图2所示。

图2机炉热集成优化系统简图Fig．2Simplified drawing of a steam turbine－boiler thermal integration optimization system图2中，优化系统主要由褐煤干燥单元、空气预热单元和烟水换热单元3个部分组成，在褐煤干燥单元中，湿煤粉被预热后进入干燥机，干燥热源取自汽轮机5号抽汽，抽汽凝结放热后经6号疏水返回凝结水系统。

而褐煤中蒸发的水分与常规系统不同，经细粉分离器净化后，进入空气预热单元的前置式空预器加热环境温度空气，放热后凝结为同压力下饱和水，送往湿煤预热装置预热磨煤机出口湿煤粉，最后由废水处理系统回收，预热后的空气在主空气预热器中被烟气继续加热至设定的热风温度后送往锅炉。

在烟水换热单元旁路烟道中，烟气先后流经一级烟水换热器和二级烟水换热器，分别与1号－3号高压加热器和5号－6号低压加热器并联加热部分给水/凝结水，最终烟温降至设计排烟温度后与主烟道烟气混合，进入尾部烟道之后的除尘及脱硫单元。

3热力学分析3．1热力系统建模结合案例电厂和褐煤干燥相关参数，采用EB-SILON Pro软件进行系统模拟分析，模拟过程假定：（1）常规系统与优化系统厂用电率5．5%、管道效率99%保持一致；（2）汽机侧给水总流量不发生变化。

（3）最终排烟温度（130ħ）不变化。

（4）干燥流程中主要参数及煤种干燥前后成分一致。

具体参·38·热能动力工程2015年数设置如表3所示。

表3褐煤干燥系统的关键参数设定Tab．3Setting of the key parametersof the lignite drying system参数设定值入口煤粉流量/kg·s－1109．65入口煤粉水分/%39．5出口煤粉温度/ħ102出口煤粉水分/%15入口蒸汽温度/ħ266入口蒸汽压力/MPa0．43干燥过程蒸汽压损/MPa0．01为保证烟水换热器面积设计合理，换热温差应保持在一定范围内，因此选取节点温差在15ħ以上，平均温差在49ħ以上；另外为防止尾部受热面低温腐蚀，同时也为了便于与常规机组比较，排烟温度也受到限制，最终出口排烟设定为130ħ。

3．2模拟结果系统主要热力学参数模拟结果，如表4所示，在褐煤干燥单元中，常规干燥系统与机炉热集成优化系统布置相同，从汽轮机5号回热加热器抽取蒸汽（0．43MPa，266ħ）加热湿煤粉，凝结成饱和水（0．42MPa，125．4ħ），干燥消耗的低压抽汽量为40．7kg/s，从煤粉中蒸发出的水分（31．6kg/s）送入空气预热单元，经过除尘的干燥尾气在前置式空气预热器中加热环境温度的空气（25ħ），使得空气预热器的入口空气温度升高到86ħ，尾气则凝结成饱和水，送往磨煤机之后的预热装置用以加热湿煤粉，预热后的空气在主空气预热器中被烟气继续加热。

旁路烟道中，采用一级烟水换热器加热3号高压加热器之前的凝结水，将凝结水加热至省煤器入口水温275ħ，烟温降至210ħ；采用二级烟水换热器并联在5号和6号低压加热器两端，加热一部分5号和6号给水，从而节省了部分5号、6号低压抽汽，同时出口烟气维持原排烟温度130ħ。