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：
褐煤是一种低变质煤，是一种劣质煤，具有高水分、低热值的特点。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。常规褐煤电站具有投资较大、效率低的缺点。
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，利用发电系统中的低品位热能，对褐煤进行预干燥，并同时回收干燥尾气中的余热，可以提高褐煤发电的整体效率。
在现有方案中，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。
技术实现要素：
为解决上述问题，提高褐煤利用效率，提高褐煤电站的环境友好性，本发明提出了一种电厂燃煤抽汽干燥余热利用一体化系统，该系统中集成了褐煤抽汽干燥机，褐煤中的大部分水分在抽汽干燥机中脱除，从而提高了褐煤热值，同时按照“温度对口、梯级利用”的余热回收利用原则，将干燥乏汽依次用于加热汽轮机回热系统凝结水、余热锅炉送风、对外供热，从而大幅度回收干燥乏汽中的热量。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种电厂燃煤抽汽干燥余热利用一体化系统，包括常规燃煤发电系统、褐煤干燥系统、余热回收系统；常规燃煤发电系统由依次相连的锅炉、汽轮机、汽轮机排汽冷却及低压加热系统、除氧器、给水加热系统构成；其特征在于，褐煤干燥系统包括蒸汽干燥机，其中，蒸汽干燥机蒸汽入口与汽轮机抽汽口相连，蒸汽干燥机凝结水出口与除氧器相连，原煤首先进入蒸汽干燥机，蒸汽干燥机干燥煤出口与锅炉燃料入口相连；褐煤干燥系统的干燥乏汽接入余热回收系统，余热回收系统包括第一级乏汽冷却器、第二级乏汽冷却器、第三级乏汽冷却器；第一级乏汽冷却器、第二级乏汽冷却器、第三级乏汽冷却器依次顺序连接，利用干燥乏汽的梯级余热逐级加热汽轮机回热系统凝结水、加热锅炉送风空气、对外部热网供热。
还提供电厂燃煤抽汽干燥余热利用一体化系统的干燥及余热利用方法，其特征在于，
1)原料褐煤通过运煤设施进入，将原料褐煤粒破碎后进入滚筒式旋转干燥机；
2)滚筒式旋转干燥机壳侧蒸汽进口通入来自电厂主机系统的蒸汽，作为滚筒式旋转干燥机的换热热媒，原料褐煤与蒸汽在滚筒式旋转干燥机内换热干燥，通过间接换热蒸发原料褐煤的水分；换热后的蒸汽冷凝水接入除氧器返回至电厂主机系统；
3)滚筒式旋转干燥机内蒸发出来的水蒸汽与在褐煤入口随原料褐煤进来的空气，形成混合气体，蒸汽干燥机干燥乏汽经旋风分离器过滤所携带细煤粉后，接入余热回收系统。
本发明可以实现褐煤发电的热电联产，同时提高了锅炉效率，因此具有显著的节能环保效益。
附图说明
图1是本系统的结构示意图。
图中：1为锅炉、2为汽轮机、3为汽轮机排汽冷却及低压加热系统、4为除氧器、5为给水加热系统、61为蒸汽干燥机、62为旋风分离器、63为第一级乏汽冷却器、64为第二级乏汽冷却器、65为循环泵、66为空气加热器、67为第三级乏汽冷却器
具体实施方式
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。
以下结合附图对本发明进行详细说明，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
褐煤是一种劣质煤，具有高水分、高挥发分、低热值的特点，我国褐煤的收到基水分含量为20％～50％，挥发分含量为40％～50％，低位发热量为10～21mj/kg。目前，褐煤主要用来燃烧发电，但是由于褐煤中水分含量过高，导致常规褐煤电站效率低、投资大、污染严重。
对褐煤进行干燥，从而降低褐煤中的水分、提高褐煤的热值，是提高褐煤发电效率的有效手段。目前的干燥工艺主要是蒸发干燥，即通过热力方法使褐煤中水分脱除的过程。在燃煤电站中，汽轮机抽汽是一种低品位热源，汽轮机抽汽中的大部分热量会随着汽轮机排汽排出。抽汽干燥机就是一种采用汽轮机抽汽实现褐煤干燥的干燥工艺。
由于褐煤干燥过程消耗了大量热量，而这些热量大部分会随着干燥乏汽排出。按照干燥乏汽热能的品位，干燥乏汽的热能还可以回收用于加热汽轮机回热系统凝结水、加热锅炉送风，还可以对外供热。其中，加热汽轮机凝结水的能量品位越高，系统的节能效果会越大，提供对外供热则可以大幅度回收干燥乏汽废热。
如图1所示，一种电厂燃煤抽汽干燥余热利用一体化系统。该系统集成了蒸汽干燥机，以及按照“温度对口、梯级利用”原则设计的干燥乏汽废热利用系统。
其中，常规燃煤发电系统由依次相连的锅炉(1)、汽轮机(2)、汽轮机排汽冷却及低压加热系统(3)、除氧器(4)、给水加热系统(5)构成。汽轮机排汽冷却及低压加热系统(3)包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器；给水加热系统(5)包括给水泵、高压加热器；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；
褐煤首先进入抽汽干燥系统而后送入锅炉。抽汽干燥系统包括蒸汽干燥机，其中，蒸汽干燥机(61)蒸汽入口与汽轮机(2)抽汽口相连，蒸汽干燥机(61)凝结水出口与除氧器(4)相连，原煤首先进入蒸汽干燥机(61)，蒸汽干燥机(61)干燥煤出口与锅炉(1)燃料入口相连。蒸汽干燥机可采用滚筒式旋转干燥机。
所述褐煤干燥系统还进一步包括煤仓、电子称重给煤机、细碎机，所述煤仓的出口与所述电子称重给煤机的进料口通过螺旋给料机连接，所述电子称重给煤机的出料口与所述细碎机的进料口连接，所述细碎机的出料口与所述滚筒式旋转干燥机的褐煤入口连接，汽轮机(2)抽汽口的蒸汽出口与所述滚筒式旋转干燥机的蒸汽进口连接。
蒸汽干燥机干燥乏汽出口连接旋风分离器(62)，利用旋风分离器将干燥乏汽携带的细煤粉过滤下来，经旋风分离器固相出口可输送至锅炉(1)燃料入口。
褐煤干燥的工艺过程如下所述：
粒度为20～30mm的原料褐煤通过运煤设施进入褐煤煤仓，褐煤煤仓底部设置螺旋给料机。螺旋给料机经过电子称重给煤机将原料褐煤输送至细碎机做进一步破碎，将原料褐煤粒度破碎至小于6.3mm水平，然后进入滚筒式旋转干燥机。
由滚筒式旋转干燥机壳侧蒸汽进口通入来自电厂主机系统的蒸汽，作为滚筒式旋转干燥机的换热热媒，蒸汽压力≤0.5mpa，温度约160～180℃，原料褐煤与蒸汽在滚筒式旋转干燥机内换热干燥，通过间接换热蒸发原料褐煤的水分，使全水分由39.5％降至12％水平，输送至锅炉。换热后的蒸汽冷凝为110～120℃的饱和水，接入除氧器返回至电厂主机系统，。
滚筒式旋转干燥机内蒸发出来的水蒸汽与在褐煤入口随原料褐煤进来的空气，形成约100～110℃的混合气体，携带部分干燥后的细煤粉在引风机的抽吸作用下，进入旋风分离器中将煤粉过滤下来，进一步输送至锅炉。
蒸汽干燥机(61)干燥乏汽经旋风分离器(62)过滤所携带细煤粉后，旋风分离器乏汽出口接入余热回收系统。余热回收系统包括第一级乏汽冷却器(63)、第二级乏汽冷却器(64)、第三级乏汽冷却器(67)。第一级乏汽冷却器(63)、第二级乏汽冷却器(64)、第三级乏汽冷却器(67)依次顺序连接。
第一级乏汽冷却器(63)为汽水换热器，其汽侧接入干燥乏汽，其水侧接入发电机组凝结水系统，第一级乏汽冷却器具有冷凝水入口和冷却水出口，第一级乏汽冷却器(63)冷却水出口与汽轮机排汽冷却及低压加热系统(3)中低压加热器相连。在第一级乏汽冷却器中干燥乏汽与发电机组冷凝水进行换热，冷凝水加热后进入低压加热器。
第二级乏汽冷却器(64)为汽水换热器，其汽侧接入干燥乏汽，其水侧依次与循环泵(65)、空气加热器(66)通过水管路相连并构成换热介质水循环回路；空气加热器(66)空气入口与环境相连，空气出口与锅炉(2)空气入口相连。在第二级乏汽冷却器中干燥乏汽与换热介质水进行换热，换热介质水加热后进入空气加热器，在空气加热器中用于加热进入锅炉的环境空气。
第三级乏汽冷却器(67)为汽水换热器，其汽侧接入干燥乏汽，其水侧与外部热网水相连。在第三级乏汽冷却器中干燥乏汽与热网水进行换热，热网水加热后进入外部供热热网。
余热回收系统工艺过程如下所述：
经过滤后的水蒸汽和空气的混合气体依次进入三个乏汽冷却器；逐加热汽轮机回热系统凝结水、加热锅炉送风，还可以对外部热网供热。
在三个乏汽冷却器中，冷却介质(发电机组凝结水、循环换热水和热网循环水)与水蒸汽和空气的混合气体冷凝换热，大量的水蒸气被冷却下来，空气等不凝结气体携带少量的蒸汽排入大气；换热后的发电机组凝结水进入低压加热器，循环换热水进入空气加热器加热输入锅炉空气，热网循环水进入热网供热输出，余热梯级回收并循环利用。
三个乏汽冷却器均设置有疏水管路，乏汽中水蒸气冷凝后的冷凝液经冷凝水泵回收至机组疏水系统，实现对褐煤含水量的水回收利用。
三个乏汽冷却器均设置有切换旁路，利用切换旁路实现在不同季节工况或设备故障维修时对每个乏汽冷却器进行投运或切除。
在蒸汽干燥机中褐煤水分含量被干燥至5％～20％。空气在空气加热器(66)中被加热至45～65℃。
本发明的优点：
1.本发明采用低品位的汽轮机抽汽热量对褐煤进行预干燥，降低了锅炉的烟气量，进而减小了锅炉体积，降低了锅炉投资；
2.本发明采用是一种热电联产系统，余热梯级回收，凝水回收，供暖效果好，具有显著的节能效益，可使电站发电煤耗率降低达10～30g/kwh。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。