一种煤炭干燥控制氧浓度的系统的制作方法

本实用新型属于干法选矿领域，具体涉及一种煤炭干燥控制氧浓度的系统，其采用换热器对干燥的热介质气体进行换热降温及二套干燥装置对不同粒度的煤炭分别进行干燥，其特别适用于煤炭的干燥，用于降低煤炭在燃烧前水分的含量。

背景技术：

正如我们大家都知道的，电力已是人类日常生活所必须的，从照明到电视、电脑、冰箱等等。我们生活中获得的物资资料几乎100％是通过电力生产加工得到的，在我国电力生产近60-70％是通过燃烧煤炭得到的。这些煤炭通常有四种类型：无烟煤、烟煤、长烟煤和褐煤。尽管这四种煤炭都含有炭、氢、氮、氧、硫和水分，但这四种固体元素和水分的含量变化巨大。如高级的无烟煤碳含量高达90％多，而低级的褐煤在30％左右，水分在无烟煤和烟煤中只有1％，长烟煤在25-30％，而在褐煤中一般在30-40％，有些地区高达50-60％，相对于烟煤和无烟煤褐煤，长烟煤和褐煤具有较低的热值，原因是它们在燃烧时产生更少的热。高水分含量还导致长距离运输时造成大量的无效运输。2015年我国煤炭消费总用量将突破40亿吨，目前，烟煤、无烟煤等优质煤资源已被充分利用，拓展空间有限，我国褐煤探明的储量达1300亿吨，占全国煤炭储量的13-15％，另有1900亿吨的预测资源量，资源分布相对集中在内蒙古东北部和云南地区。褐煤煤化程度低、水分高、挥发分高、热值低，直接作为电厂燃料和化工原料有很大的局限性，产地利用率低，长距离外运时运输成本高导致经济效益差。为此，研究开发褐煤等低阶煤有效利用的提质技术，解决困绕我国褐煤大规模开发的关键技术，使褐煤发挥其应有的能源贡献，对支撑我国经济与褐煤赋存区的社会发展具有重要意义。

在现有技术中已有非常多种的干燥器来干燥煤炭，如流化床蒸汽干燥技术。在流化床干燥机内，蒸汽不仅能作为干燥介质而且还作为流化介质。因此，干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物的，可通过以下方法进一步利用。如蒸发的水分经过再循环作为流化介质进入了流化床，利用它凝结时所放出的汽化潜热，将它压缩成为过热蒸汽。过热蒸汽将高水分煤炭流从干燥机的底部吹向沸腾床上部产生流化现象。在流化床的蒸气吸收煤炭原煤中蒸发出的水分，原煤从干燥机的上部输入进去经过旋风分离器，蒸汽再被部分导回干燥机。干燥机所需能量是由从汽轮机出来的蒸汽提供。具体工艺流程如图3所示。

蒸汽空气联合干燥技术，此法为燃烧美国粉河盆地煤种的发电厂在近年开发的一种集成干燥技术，具体工艺流程如图4所示。它利用从冷凝器出来的热水作干燥介质，虽然热水干燥比过热蒸汽干燥在干燥速度和程度上要差，但热水对于电厂来说是一种“废热”，还需要采用冷却塔冷却。空气被热循环水加热到43℃后作为流化床干燥器的流化介质，同时49℃的热水作为流化床的干燥热源介质。试验结果表明，采用此法将入炉煤水分降低后，效率大大提高，CO₂、SO₂的排放下降明显。以实验电厂为例，水分从37.5％降为31.4％，锅炉净效率提高了2.6％，燃料消耗减少10.8％，烟气量降低4％；由于煤流量减少和可磨性提高，磨煤机功耗降低17％；风机功耗降低3.8％。总体来统计，厂用电率降低了3.8％，效果显著。

滚筒式干燥技术，其干燥脱水技术工艺流程见图5。滚筒式干燥机与其配套设施采用对流热交换方式，使煤炭干燥的全过程“密封给料、干燥脱水、密封排料”都在一台干燥主机上完成。干燥所用燃料是煤炭原煤。滚筒干燥技术采用高温烟气进行直接干燥，不可避免有CO等挥发分产生，另外，由于可控性较差，难以大型化，因此，原煤滚筒干燥项目应用较少风险大。

如图6所示的鼓形体里有一个多管系统，鼓体呈现倾斜状态。原煤连续不断地从上方送入干燥机管里，当鼓体旋转时，煤不停地输送到出口。水分干燥所需的热量由多管系统内的低压蒸汽提供，低压蒸汽沿着鼓体的轴向进入内部，并迅速向管外表面扩散。和煤一起进入机体内的空气，吸收了水分以后，在除尘器里和干煤粉分离，一部分重新压缩进入干燥机，另一部分就被排入大气。

现有专利申请ZL98251141.8要求湿物料必须全部通过干燥器内的每一层床体，这样湿物料必须粒度大小一致才行，与干燥0-50mm粒度的褐煤有较大的出入。现有专利申请ZL88219014.8为单层振动流化床，其结构主要为上壳体与振动床一起参与振动，不能实现大处理量的干燥与多层的振动混流干燥有本质的区别。

专利申请“一种降低煤炭干燥系统的干燥器中氧气浓度的方法”为降低氧含量的方法，其对振动混流干燥器的出口烟气进行换热处理，降低烟气温度；其通过对降低烟气温度的烟气再与热风炉的高温烟气进行混合，通过多次反复的循环达到降低氧气含量的目的，此方法降低氧含量有限，因为循环回去的冷却烟气在冷却过程中需要消耗大量的能量，且冷却的循环烟气含湿量为100％，当冷却风量较小时，氧含量控制的幅度是有限的，当冷却风量较大时，由于含湿量的增加，不得不提高排气的温度来保证除尘器的运行安全，没有达到提高换热效率的提高，经理论计算，其氧含量至少在15％以上。

以上叙述的现有干燥技术，要么都在非常高的压力和温度下使用，设备造价高，需要巨大的能量消耗和操作成本，要么需要蒸汽与电厂结合才可以实现。要么采用高温烟气干燥褐煤，干燥时损伤煤炭的挥发分，造成干燥过程安全性得不到保证。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明人投入大量资金，经过多年研究，提出一种煤炭干燥控制氧浓度的系统。本实用新型利用管式换热器对热风炉的高温烟气进行传导换热以及利用在干燥过程中干法布袋收尘器收集的煤粉作燃料，采用煤粉喷吹炉，实现干燥过程副产品煤粉的合理利用，燃料燃烧充分热效率高，热风炉配置功率小。

依据本实用新型的技术方案，提供一种煤炭干燥控制氧浓度的系统，其包括煤粉仓101、煤粉炉沉降室104、换热器109、块煤干燥器202、末煤干燥器302、布袋除尘器401和引风机405，其特征在于，经过干燥器(块煤干燥器202、末煤干燥器302)尾气被引风机405的引力通过管路抽入布袋除尘器401中，尾气中的煤粉被位于除尘器401下面的煤粉输送机403通过管路输送到煤粉喷吹炉的煤粉仓101内，煤粉仓101内的煤粉被高压风机及燃烧喷嘴102喷进煤粉热风炉103燃烧产生高温热烟气。

其中，煤粉热风炉103燃烧煤粉仓101内的煤粉产生高温热烟气，此煤粉为布袋收尘器401收集的煤粉。该高温热烟气经热风炉沉降室104沉降燃烧后，纯净的高温热烟气经高温烟气管道107进入换热器109的高温烟气室108。

进一步地，在热风炉沉降室104顶部设置有与高温烟气管道107连通的配风阀105。在换热器下部设置有常温空气进口111。在换热器上部设置有热空气出风口112。

相比现有技术，本实用新型所提供的控制氧气浓度的方法和系统，能够克服现有技术中热烟气的含湿度，和更低的氧含量，针对需要控制氧气浓度的末煤进行低湿度的干燥，针对不需要控制氧气浓度块煤采用低湿度的空气进行干燥，从而实现了较高的热效率和干燥过程的本质安全。在干燥的过程中，干燥尾气通常含有一部分粒度较小的煤粉，通过系统配置的布袋除尘器收集，并输出到煤粉仓，优先的采用煤粉喷吹热风炉，即保证了环境的质量，不需要磨粉，又烧掉较难运输扬尘的煤粉，煤粉喷吹热风炉是当前燃烧效率最高、消耗电力最少是炉型。

附图说明

图1为依据本实用新型的煤炭干燥控制氧浓度的系统结构示意主视图；

图2为图1中所使用的换热器的结构示意图；

图3为现有的流化床煤炭干燥的示意图；

图4为现有的蒸汽空气联合干燥工艺示意图；

图5为现有滚筒式干燥工艺示意图；

图6为现有蒸汽管式干燥工艺示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

煤炭干燥与其他物料干燥相比有它自身的特点，一是物料粒度变化大，从0到50mm各个粒度都有。物料干燥脱水时间和物料的体积成正比，0.5mm的煤炭与50mm的煤炭直径相差100倍，体积相差1000000(壹佰万)倍。这就要求不同粒度范围的煤炭有不同的干燥时间，煤炭粒度越大干燥时间越长。煤炭粒度越小干燥时间越短，需要干燥的温度也越低。通常0-1mm之间的煤炭在干燥器的上方入料后直接被60℃左右的干燥热介质气体带出干燥器。其他各粒度煤炭在干燥器内各层通过调整筛孔的直径，使得各粒度煤炭有的直接透筛到达下层筛，有的直接透过多层筛，有的必须在各层筛上逐步干燥，这样就使得不同粒度煤炭有不同的干燥时间，达到各粒度级煤炭干燥脱水基本相同。二是煤炭干燥由于有煤粉的存在就有爆燃的可能性，保证煤炭干燥的安全性就是本专利申请的重点技术创新点。根据国家相关标准煤粉爆炸必需同时具备以下三个条件，①煤粉必须具有爆炸性；②煤粉在空气中呈悬浮状态，并达到一定的浓度(0.75mm煤粉的浓度上下限为50-2000g/m³)；③有引爆的高温热源(700-800℃)。本专利申请采用逆流低温大风量来干燥煤炭，即干燥热介质气体在干燥煤炭时一般温度在250℃以下的低温，且从干燥器的底部供风，从干燥器的上部出风，煤炭从干燥器的上部加入，煤炭从干燥器的上部往下洒落或大粒径煤炭沿振动床从上部一层一层往下逐层运动到干燥器下部，所以热介质气体和煤流相反是逆流干燥，采用大风量就是要保证在干燥器的最顶层，0-1mm的煤粉直接被干燥热介质气体带出干燥器，在干燥器顶层干燥热介质气体温度已降至60℃左右，0-1mm的煤粉被60℃的气体干燥。且保证在干燥器顶层煤粉的浓度不超过安全浓度的下限值，一般不大于30g/m³，其它各层煤粉的浓度在安全浓度值下限的几个数量级之下，在干燥器内各截面风速较高，也不会存在悬浮状态的煤粉。在干燥器的顶层也不存在引爆煤粉的高温热源，这样就破坏了煤粉爆炸的二个条件，本专利申请在干燥煤炭时是安全的。

本实用新型与现有专利申请“一种降低煤炭干燥系统的干燥器中氧气浓度的方法”在原理上也有较大的区别，其区别点主要体现在下述创新点。

本技术实用新型的创新点1，主要是利用管式换热器对热风炉的高温烟气进行传导换热，换热后的低温空气，含湿量低，可以有较低的排气温度，热利用效率高，对块煤进行干燥，大风量的低温空气对不含煤粉的块煤干燥，安全性高。经管式换热器进行传导换热后的高温烟气转化为中低温热烟气，再与少量的空气混合，就可以得到低温、低氧、低湿度的干燥热介质气，该烟气含氧量可以控制。通常在原煤中，粉煤的质量并不高，通过块、末煤分开来干燥，就可以实现10％-14％含氧量的热烟气对末煤进行干燥，在保证煤粉浓度不超标准的基础上，实现低氧干燥。到达干燥工艺过程的本质安全。

本技术实用新型的创新点2，是利用在干燥过程中干法布袋收尘器收集的煤粉作燃料，采用煤粉喷吹炉，实现干燥过程副产品煤粉的合理利用，燃料燃烧充分热效率高，热风炉配置功率小。

如图1及图2所示的的煤炭干燥控制氧浓度的系统结构示意主视图及换热器的结构示意图，其中附图标记具体为：

101煤粉仓 102高压风机及燃烧喷嘴 103煤粉热风炉

104煤粉炉沉降室 105配风阀 106紧急排放烟囱

107高温烟气管道 108换热器高温烟气室 109换热器

110换热器低温烟气室 111常温空气进风口 112热空气出风口

201块煤热风机 202块煤干燥器 301末煤热风机

302末煤干燥器 401布袋除尘器 402布袋除尘器进风口

403煤粉输送机 404布袋除尘器出风口 405引风机

本专利是以热烟气为干燥介质，本实用新型所提供的控制氧气浓度的方法和系统，能够克服现有技术中热烟气的含湿度，和更低的氧含量，针对需要控制氧气浓度的末煤进行低湿度的干燥，针对不需要控制氧气浓度块煤采用低湿度的空气进行干燥，从而实现了较高的热效率和干燥过程的本质安全。在干燥的过程中，干燥尾气通常含有一部分粒度较小的煤粉，通过系统配置的布袋除尘器收集，并输出到煤粉仓，优先的采用煤粉喷吹热风炉，即保证了环境的质量，不需要磨粉，又烧掉较难运输扬尘的煤粉，煤粉喷吹热风炉是当前燃烧效率最高、消耗电力最少是炉型。

为了实现上述目的，如图2所示，本实用新型首先提供一种换热器，包括与高温管道连接的高温烟气室，在高温烟气室内与多根的换热细管相连接，为提高换热效率，换热细管外也可以安装换热翅片。换热细管的另外一段与低温烟气室相连，且高温烟气室和低温烟气室与换热细管内壁相通为同一空间，高温烟气室和低温烟气室与换热细管的外壁为隔开的空间，按一定间隔排列的换热细管外壁与换热器外壁组成一个封闭空间，在此空间内的一段开常温空气进风口，另外一段开热空气出风口。工作时高温热烟气通过换热器细管内流动时，被换热器细管外的常温空气通过传导换热降低温度，常温空气换热后提高温度，这样高温的热烟气通过换热器变成中温的热烟气，常温的空气就变成中温的热空气。通常高温热烟气氧含量一般在5％以下，温度在800-900℃，含湿量在10％以下，常温空气的氧含量在23％，含湿量一般不超过0.4％。当需要240℃的干燥热介质气时，需要近4份空气与一份高温烟气混合得到，这样就会得到氧含量在16％，含湿量在2.4％的干燥热介质气。当中温的热烟气与冷空气混合成干燥热介质气时，就只需要一小部分冷空气，大致是二份的空气与一份的中温热烟气混合，这样就可以得到含氧量在10-14％，含湿量在3.6％左右的优秀干燥热介质气。经换热器换热后的中温热空气与常温空气混合成240℃的纯空气(含湿量0.4％)干燥热介质。这样热风炉产生的热被完全改变成二个热介质气源，没有热量的损失。一个用来干燥末煤，一个用来干燥块煤。

通常煤炭是可以按照粒度来分级的，煤炭的粒度从0到50mm各个粒度都有。物料干燥脱水时间和物料的体积成正比，0.5mm的煤炭与50mm的煤炭直径相差100倍，体积相差1000000(壹佰万)倍。这就要求不同粒度范围的煤炭有不同的干燥时间，煤炭粒度越大干燥时间越长。煤炭粒度越小干燥时间越短，需要干燥的温度也越低。通常0-1mm之间的煤炭在干燥器的上方入料后直接被60℃左右的干燥热介质气体带出干燥器。其他各粒度煤炭在干燥器内各层通过调整筛孔的直径，使得各粒度煤炭有的直接透筛到达下层筛，有的直接透过多层筛，有的必须在各层筛上逐步干燥，这样就使得不同粒度煤炭有不同的干燥时间，达到各粒度级煤炭干燥脱水基本相同。二是煤炭干燥由于有煤粉的存在就有爆燃的可能性，保证煤炭干燥的安全性就是本专利申请的重点技术创新点。根据国家相关标准煤粉爆炸必需同时具备以下三个条件，①煤粉必须具有爆炸性；②煤粉在空气中呈悬浮状态，并达到一定的浓度(0.75mm煤粉的浓度上下限为50-2000g/m³)；③有引爆的高温热源(700-800℃)。本专利申请采用逆流低温大风量来干燥煤炭，即干燥热介质气体在干燥煤炭时一般温度在240℃以下的低温，且从干燥器的底部供风，从干燥器的上部出风，煤炭从干燥器的上部加入，煤炭从干燥器的上部往下洒落或大粒径煤炭沿振动床从上部一层一层往下逐层运动到干燥器下部，所以热介质气体和煤流相反是逆流干燥，采用大风量就是要保证在干燥器的最顶层，0-1mm的煤粉直接被干燥热介质气体带出干燥器，在干燥器顶层干燥热介质气体温度已降至60℃左右，0-1mm的煤粉被60℃的气体干燥。且保证在干燥器顶层煤粉的浓度不超过安全浓度的下限值，一般不大于30g/m³，其它各层煤粉的浓度在安全浓度值下限的几个数量级之下，在干燥器内各截面风速较高，也不会存在悬浮状态的煤粉。在干燥器的顶层也不存在引爆煤粉的高温热源，这样就破坏了煤粉爆炸的二个条件，本专利申请在干燥煤炭时是安全的。

为了干燥的本质安全，在以上措施的基础上，将煤炭分级按原煤的粒度组成分为末煤和块煤二个规格，通常小于0.75mm的煤粉基本上都在末煤里，末煤采用振动混流干燥器，采用低氧的干燥热介质气，就达到了本质安全的目的，热介质气的含湿量低，可以降低排气的温度，实现高效率的干燥。分级后的块煤可以采用振动混流干燥器，也可以采用其他干燥器，采用低温低含湿量的纯热空气干燥，即保证了干燥的安全性，又提高了热效率。

二个干燥器里的热介质气体与煤炭直接接触换热后，变成低温的含煤粉的高湿气体，通过布袋除尘器将煤粉分离出来，过滤后的气体可以满足排放标准，被引风机抽出后排向大气。布袋除尘器收集的煤粉优先采用煤粉喷吹炉燃烧后产生高温热烟气用于干燥。这样的工艺路线不需要磨煤机磨制煤粉，干燥过程收集的煤粉就可以满足要求，节约了大量的电力，同时煤粉喷吹炉在工作中只需要配备低压风量的风机就行，只需少量的电力消耗，燃料的热效率是90％以上，比链条炉60％的热效率要高很多，比沸腾炉的动力消耗要低5-6倍。同时由于煤粉燃尽率高，点火容易升温快，操作简单，控制容易，煤粉喷吹热风炉在负荷调节上也非常便利，是煤炭干燥过程中，消除煤粉扬尘，最好的环保措施。

下面结合附图1及具体实施例，详述本实用新型的技术方案及其有益效果。

实施例一：参见图1所示，煤炭干燥控制氧浓度的系统包括煤粉仓101、煤粉炉沉降室104、换热器109、块煤干燥器202、末煤干燥器302、布袋除尘器401和引风机405，煤炭干燥控制氧浓度的系统为一封闭的循环系统。末煤干燥器302使用的是粉末煤。

经过干燥器(块煤干燥器202、末煤干燥器302)尾气被引风机405的引力通过管路抽入布袋除尘器401中，尾气中的煤粉被位于除尘器401下面的煤粉输送机403通过管路输送到煤粉喷吹炉的煤粉仓101内，煤粉仓101内的煤粉被高压风机及燃烧喷嘴102喷进煤粉热风炉103燃烧产生高温热烟气。

煤粉热风炉103燃烧煤粉仓101内的煤粉产生高温热烟气，此煤粉为布袋收尘器401收集的煤粉，该高温热烟气经热风炉沉降室104沉降燃烧后的粉煤灰尘，纯净的高温热烟气经高温烟气管道107进入换热器109的高温烟气室108；在热风炉沉降室104顶部设置有与高温烟气管道107连通的配风阀105，工作时管道阀门(配风阀)105可以根据干燥器(块煤干燥器202、末煤干燥器302)的使用温度在计算机程序的控制下，自动调节配风阀105的开度，给高温烟气补充常温空气，使得换热器109的出口烟气温度控制在所需的范围之内。紧急排放烟囱106主要用于热风炉点火时或干燥器出现机械故障时，需要烟气不进入干燥器而设置的排放装置，正常工作时是处于关闭状态。高温热烟气通过换热器109细管内时，与换热器细管外自设置在换热器下部的常温空气进口111进入的空气进行换热，变成中温热烟气汇集在换热器低温烟气室110内。热烟气被末煤热风机301鼓进末煤干燥器302内，对分级后的末煤进行干燥。从常温空气进口111进入的常温空气被换热细管换热成中温的热空气，经设置在换热器上部的热空气出风口112在热风机201的引力下鼓进块煤干燥器202内，对块煤进行干燥，块煤干燥器202优先采用振动混流干燥器。从而实现燃料的循环、煤炭的低氧干燥。

布袋除尘器401设置有布袋除尘器进风口402、煤粉输送机403和布袋除尘器出风口404，布袋除尘器进风口402引入空气对来自块煤干燥器202、末煤干燥器302的热烟气进行除尘，煤粉输送机403将布袋收尘器401收集的煤粉输送到煤粉仓101；布袋除尘器出风口404排放布袋收尘器401热气体。

实施例二：与上例不同，块煤干燥器202也可以采用其它的干燥器，因为干燥煤的粒度较大，可以使用如网帯式干燥器、穿流式干燥器等。

如上述，已经清楚详细地描述了本实用新型提出的技术方案。尽管本实用新型的优选实施例详细描述并解释了本实用新型，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。