专利名称：水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺，特别涉及一种利用水泥 烧成系统产生的废气，对褐煤进行分级提质的一体化集成系统及工艺。
背景技术：
据统计，全世界褐煤储量约262 亿吨，约占世界煤炭总储量的4%。中国已经 发现的褐煤资源量为2100亿吨，约占中国煤炭保有资源量的13%。由于褐煤形成距地表很 浅，适于露天开采，因此价格低廉。但是褐煤也存在以下突出的问题1、水分高，热值低，褐煤一般含水量介于30%到65%之间，一般热值在3000kcal/ kg左右；2、密度低，易风化，遇水自燃，销售半径一般不超过300公里。为了解决上述问题， 世界上许多公司开展了褐煤干燥与提质改性研究，少数工艺已经开始工业化，大部分还在 试验研究阶段。褐煤干燥脱水的技术很多，大致分为机械脱水、蒸发脱水和非蒸发脱水三种。机 械脱水技术已在选煤厂广泛应用，脱水机械如浓缩机、振动滤网、圆盘过滤机等，但其处理 能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求。蒸发脱水以流化床干燥技术为代表，将成熟的 流化技术用于褐煤脱水，它们大部分都是相对低温干燥工艺，干燥介质为热烟道气。利用 烟道气与褐煤直接接触使之受热，水分蒸发干燥，效率差。褐煤的燃点较低，干燥过程中常 常因局部过热，使煤质变差，控制不好还会引起爆炸。这类工艺温度较低，不会永久的改变 煤的结构，获得煤的特性像海绵，一旦重新处于潮湿的空气或水中，又会迅速吸收失去的水 分。非蒸发脱水法以高温高压蒸汽干燥技术为代表，该技术投资大，设备要求高，企业难以 承受，实现工业化较为困难。总之，现有褐煤的提质技术存在以下缺点1、现有褐煤的提质技术需要单独提供 热源，能耗高，提高了生产成本，增加二氧化碳的排放；2、在现有的提质技术的生产过程中， 会产生较多的煤焦油，这样不仅会堵塞提质工艺管道，还使得提质褐煤热值低；3、现有技 术褐煤提质，利用的热烟气含氧量较高，褐煤提质容易产生爆炸；4、有些技术需要高压，增 加了设备的投资和技术要求，投资规模大，设备要求高，企业难以承受，实现工业化较为困 难；
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集 成系统。本发明的第二个目的在于提供一种利用水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提 质集成系统进行褐煤提质的工艺。本发明的第一个目的由如下技术方案实施一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度 热解提质集成系统，其包括有水泥烧成系统，破碎机，预烘干机，辊压机，催化剂储仓，烘干 破碎机，垂直烘干筒，旋风分离器；
其中所述水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器通过管道与所述预烘干机连接，所述 水泥烧成系统的水泥窑尾通过管道与所述烘干破碎机连接，所述破碎机、所述预烘干机、所 述辊压机、所述烘干破碎机、所述垂直烘干筒、所述旋风分离器分别依次相连，所述催化剂 储仓与所述辊压机相连接。其还包括有研磨装置，煤粒分级装置，煤粉喂料装置，收尘器和水回收装置；其中 所述旋风分离器，所述煤粒分级装置，所述煤粉喂料装置分别依次相连，所述研磨装置和所 述煤粒分级装置连接成一个循环回路，所述旋风分离器与所述收尘器连接，所述收尘器，所 述水回收装置，所述研磨装置分别依次相连构成一个循环回路；所述煤粉喂料装置与所述 水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统的煤粉燃烧器和分解炉相连。所述研磨装置为球磨机、砾磨机、磨煤机、立磨或风扇磨中的任意一种。所述预烘干机为回转式烘干机，立式烘干机或管式烘干机中的任意一种。本发明的第二个目的由如下技术方案实施，一种利用一体化褐煤催化轻度热解提 质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工艺，其依次包括有如下步骤(1)褐煤原煤初 步破碎成煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉；(4) 细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质；( 提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤 成品；其中，(1)褐煤原煤初步破碎成煤块将含有15-60%水分的褐煤原煤放入破碎机内破 碎成至少小于40mm的煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒经所述破碎机破碎的煤块进入预烘干机，同 时将来自水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器的至少高于180°C的废气吹入所述预烘干机预 干燥，使得所述煤块至少提高至105°C，所述煤块和废气同时进入辊压机破碎，并将催化剂 储仓内的催化剂按0. 5 6%质量百分比向所述辊压机内添加，用以降低煤焦油的产率，煤 块成为煤粒，得煤粒小于0. 9mm的占20 30%，煤粒小于2mm占65 80%，其余煤粒大于 2mm ；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉煤粒随气体从所述辊压机输送到烘干破碎 机，将来自所述水泥烧成系统的水泥窑尾的大于^KTC废气进入所述烘干破碎机，煤粒在所 述烘干破碎机内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于Irnm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂 直烘干筒；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质细煤粉进入所述垂直烘干筒中，进行换 热干燥、提质，水分降至5 10% ；(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品气体携带细煤粉进入 旋风分离器，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5% -10%提质褐煤成品，分离出的 气体排空。其还依次包括有(6)废气处理和利用；(7)提质褐煤成品的研磨与分级；⑶粒度 小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用；其中所述(6)废气处理和利用来自所述旋风分离器的废烟气经收尘器收尘，分 离出的细煤粉输送到煤粉喂料装置，除尘后的烟气通入水回收装置，经所述水回收装置干 燥后一部分通入研磨装置，另一部分含尘量小于50mg/Nm3达到环保要求的废气排空；(7)提质褐煤成品的研磨与分级来自所述旋风分离器的煤粉经煤粒分级装置筛选后，粒度大于200目的煤粉送入所述研磨装置，在来自所述水回收装置废气的作用下进 行研磨，研磨后的煤粉返回所述煤粒分级装置，与所述煤粒分级装置中的煤粉混合，再次进 行筛选，废气排入所述收尘器中收尘，经所述煤粒分级装置筛选后粒度小于200目的提质 褐煤成品送入所述煤粉喂料装置；(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用通过煤粉喂料装 置将研磨、分级后的提质褐煤成品送入所述水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统 的煤粉燃烧器和分解炉，供燃烧使用。所述步骤O)中的催化剂为碳酸钾、或碳酸钙，或氧化钙，或氢氧化钙任意一种或 几种的组合。添加催化剂用以抑制煤焦油的生成，避免由于生成煤焦油而造成管路堵塞，保 证装置的长期稳定运行。本发明的优点在于，(1)利用水泥生产废烟气，不需单独提供热源，可降低成本，节 约资源，提质褐煤成品水分降至5 10%，热值提升至4800kcal/kg以上，满足水泥生产对 燃煤的热值要求；( 添加催化剂用以抑制提质过程中煤焦油的生成，避免由于生成煤焦 油而造成管路堵塞，保证装置的长期稳定运行；C3)利用水泥生产乏氧废烟气预热煤块，提 高煤块温度，增加烟气中水蒸气含量，降低了提质褐煤过程中褐煤燃烧爆炸的危险性；(4) 使提质褐煤成品在乏氧气氛下继续研磨，可得满足水泥烧成系统燃烧器及分解炉对煤粉细 度的要求，同时合理处理废气，降低了废气的含尘量、温度，使之满足排放标准，使得水泥生 产中的营运成本和投资大大降低；(5)本发明不需特殊技术要求设备，投资少，收益大，每 年可以为2500T/d水泥生产线节约1000万元。
图1为实施例1，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统示意图。图2为实施例2利用实施例1水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统 进行褐煤催化轻度热解提质的工艺流程示意图。图3为实施例3，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统示意图。图4为实施例4利用实施例3水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统 进行褐煤催化轻度热解提质的工艺流程示意图。多级预热器1、分解炉2、水泥烧成系统3、煤粉燃烧器4、冷却机5、破碎机6、预烘 干机7、辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11、研磨装置12、煤粒分级装置 13、煤粉喂料装置14、收尘器15、煤仓16、水回收装置17、催化剂储仓18。
具体实施例方式实施例1 如图1所示，水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其包 括有水泥烧成系统3，破碎机6，预烘干机7，辊压机8，催化剂储仓18，烘干破碎机9，垂直烘 干筒10，旋风分离器11，煤仓16;其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器一冷却机5通过管道与预烘干机7连 接，水泥烧成系统3的水泥窑尾一多级预热器1通过管道与烘干破碎机9连接，破碎机6、预 烘干机7、辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11、煤仓16分别依次相连，催 化剂储仓18与辊压机8相连接。
水泥烧成系统3为悬浮预热器窑，其包括有多级预热器1、分解炉2及煤粉燃烧器 4、冷却机5，其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为冷却机5，水泥烧成系统3的水泥 窑尾为多级预热器1。预烘干机7为回转式烘干机。利用上述水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度 热解提质的工艺，其依次包括有如下步骤(1)褐煤原煤初步破碎成煤块将含有15-60%水分的褐煤原煤放入破碎机6内破 碎成至少小于40mm的煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒经破碎机6破碎的煤块进入预烘干机7，同时 将来自水泥烧成系统3的冷却机5的至少高于180°C的废气吹入预烘干机7预干燥，使得煤 块至少提高至105°C，煤块和废气同时进入辊压机8破碎，并将催化剂储仓18内的催化剂按 0. 5%质量百分比向辊压机8内添加，得煤粒小于0. 9mm的占20 30%，煤粒小于2mm占 65 80%，其余煤粒大于2mm ；共中催化剂为碳酸钾、碳酸钙和氧化钙按任意比的混合物。(3)煤粒经烘干破碎机9破碎成煤粉煤粒随气体从辊压机8输送到烘干破碎机 9，将来自水泥烧成系统3的多级预热装置1的大于260°C废气进入烘干破碎机9，煤粒在烘 干破碎机9内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于Imm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直 烘干筒10 ；(4)细煤粉经垂直烘干筒10换热干燥、提质细煤粉进入垂直烘干筒10中，进行 换热干燥、提质，水分降至5 10% ；(5)提质褐煤在旋风分离器11与气体分离，得提质褐煤成品气体携带细煤粉进 入旋风分离器11，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5% -10%提质褐煤成品，并将 提质褐煤成品运送到煤仓16中，分离出的气体排空。实施例2 水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其包括有水泥烧 成系统3，破碎机6，预烘干机7，辊压机8，催化剂储仓18，烘干破碎机9，垂直烘干筒10，旋 风分离器11，研磨装置12，煤粒分级装置13，煤粉喂料装置14，收尘器15和水回收装置17 ； 其中水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器一冷却机5通过管道与预烘干机7连接，水泥烧 成系统3的水泥窑尾一多级预热器1通过管道与烘干破碎机9连接，破碎机6、预烘干机7、 辊压机8、烘干破碎机9、垂直烘干筒10、旋风分离器11分别依次相连，催化剂储仓18与辊 压机8相连接，旋风分离器11，煤粒分级装置13，煤粉喂料装置14分别依次相连，研磨装置 12和煤粒分级装置13连接成一个循环回路，旋风分离器11与收尘器15连接，收尘器15， 水回收装置17，研磨装置12分别依次相连构成一个循环回路；煤粉喂料装置14与水泥烧 成系统3的煤粉燃烧器4和分解炉2相连。水泥烧成系统3为新型干法窑烧成系统，其包括有多级预热器1、冷却机5、分解炉 2和煤粉燃烧器4，水泥烧成系统3的冷却熟料的冷却器为新型干法窑烧成系统的冷却机5， 水泥烧成系统3的水泥窑尾为新型干法窑烧成系统的多级预热器1。预烘干机7为立式烘干机。研磨装置12为球磨机。利用上述水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度 热解提质工艺，其依次包括有如下步骤
(1)褐煤原煤初步破碎成煤块将含有15-60%水分的褐煤原煤放入破碎机6内破 碎成至少小于40mm的煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒经破碎机6破碎的煤块进入预烘干机7，同时 将来自水泥烧成系统3的冷却机5的至少高于180°C的废气吹入预烘干机7预干燥，使得煤 块至少提高至105°C，煤块和废气同时进入辊压机8破碎，并将催化剂储仓18内的催化剂 按6%质量百分比向辊压机8内添加，得煤粒小于0. 9mm的占20 30%，煤粒小于2mm占 65 80%，其余煤粒大于2mm ；共中催化剂为碳酸钾、碳酸钙和氧化钙按任意比的混合物。(3)煤粒经烘干破碎机9破碎成煤粉煤粒随气体从辊压机8输送到烘干破碎机 9，将来自水泥烧成系统3的多级预热装置1的大于260°C废气进入烘干破碎机9，煤粒在烘 干破碎机9内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于Imm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直 烘干筒10 ；(4)细煤粉经垂直烘干筒10换热干燥、提质细煤粉进入垂直烘干筒10中，进行 换热干燥、提质，水分降至5 10% ；(5)提质褐煤在旋风分离器11与气体分离，得提质褐煤成品气体携带细煤粉进 入旋风分离器11，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5% -10%提质褐煤成品，并将 提质褐煤成品送到煤粒分级装置13中，分离出的气体通入收尘器15。(6)废气处理和利用来自旋风分离器11的废烟气经收尘器15收尘，分离出的细 煤粉输送到煤粉喂料装置14，除尘后的烟气通入水回收装置17，经水回收装置17干燥后一 部分通入研磨装置12，另一部分含尘量小于50mg/Nm3达到环保要求的废气排空；(7)提质褐煤成品的研磨与分级来自旋风分离器11的煤粉经煤粒分级装置13 筛选后，粒度大于200目的煤粉送入研磨装置12，在来自水回收装置17废气的作用下进行 研磨，研磨后的煤粉返回煤粒分级装置13，与煤粒分级装置13中的煤粉混合，再次进行筛 选，废气排入收尘器15中收尘，经煤粒分级装置13筛选后粒度小于200目的提质褐煤成品 送入煤粉喂料装置14 ；(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供水泥烧成系统3利用通过煤粉喂料装置 14将研磨、分级后的提质褐煤成品送入水泥烧成系统3的煤粉燃烧器4和分解炉2，供燃烧使用。所述步骤O)中的催化剂为碳酸钙、氧化钙和氢氧化钙按任意比的混合物。实施例3 实施例1水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统中，水泥烧 成系统还可以为立波尔窑，其包括有立波尔预热机、冷却机和煤粉燃烧器，其中水泥烧成系 统3的冷却熟料的冷却器为立波尔窑的冷却机，水泥烧成系统3的水泥窑尾为立波尔预热 机。预烘干机7为立式烘干机。实施例1步骤O)中，催化剂储仓18内的催化剂还可以按3%质量百分比向辊压 机8内添加。实施例4:实施例2水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统中，水泥烧 成系统还可以为带加热器湿法窑，其包括有加热器、冷却机和煤粉燃烧器，其中水泥烧成系 统3的冷却熟料的冷却器为带加热器湿法窑的冷却机，水泥烧成系统3的水泥窑尾为带加 热器湿法窑的加热器。煤粉喂料装置14与水泥烧成系统3的煤粉燃烧器4相连。
预烘干机7为管式烘干机。研磨装置12为风扇磨。实施例2步骤O)中，催化剂储仓18内的催化剂还可以按4%质量百分比向辊压 机8内添加。
权利要求
1.一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其特征在于，其包括有水 泥烧成系统，破碎机，预烘干机，辊压机，催化剂储仓，烘干破碎机，垂直烘干筒，旋风分离 器；其中所述水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器通过管道与所述预烘干机连接，所述水泥 烧成系统的水泥窑尾通过管道与所述烘干破碎机连接，所述破碎机、所述预烘干机、所述辊 压机、所述烘干破碎机、所述垂直烘干筒、所述旋风分离器分别依次相连，所述催化剂储仓 与所述辊压机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其 特征在于，其还包括有研磨装置，煤粒分级装置，煤粉喂料装置，收尘器和水回收装置；其中 所述旋风分离器，所述煤粒分级装置，所述煤粉喂料装置分别依次相连，所述研磨装置和所 述煤粒分级装置连接成一个循环回路，所述旋风分离器与所述收尘器连接，所述收尘器，所 述水回收装置，所述研磨装置分别依次相连构成一个循环回路；所述煤粉喂料装置与所述 水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统的煤粉燃烧器和分解炉相连。
3.根据权利要求1所述的一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统，其 特征在于，所述预烘干机为回转式烘干机，立式烘干机或管式烘干机中的任意一种。
4.一种利用一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催化轻度热解提质的工 艺，其特征在于，其依次包括有如下步骤(1)褐煤原煤初步破碎成煤块；( 煤块预干燥及 辊压破碎成煤粒；C3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、 提质；( 提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品；其中，(1)褐煤原煤初步破碎成煤块将含有15-60%水分的褐煤原煤放入破碎机内破碎成 至少小于40mm的煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒经所述破碎机破碎的煤块进入预烘干机，同时将 来自水泥烧成系统的冷却熟料的冷却器的至少高于180°C的废气吹入所述预烘干机预干 燥，使得所述煤块至少提高至105°C，所述煤块和废气同时进入辊压机破碎，并将催化剂储 仓内的催化剂按0. 5 6%质量百分比向所述辊压机内添加，得煤粒小于0. 9mm的占20 30%，煤粒小于2mm占65 80%，其余煤粒大于2mm ；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉煤粒随气体从所述辊压机输送到烘干破碎机，将 来自所述水泥烧成系统的水泥窑尾的大于260°C废气进入所述烘干破碎机，煤粒在所述烘 干破碎机内进一步干燥破碎、分散，得到粒度小于Imm的细煤粉，细煤粉随烟气吹入垂直烘 干筒；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质细煤粉进入所述垂直烘干筒中，进行换热干 燥、提质，水分降至5 10% ；(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品气体携带细煤粉进入旋风 分离器，换热、气固分离，得含水分率为质量百分比5% -10%提质褐煤成品，分离出的气体 排空。
5.根据权利要求4所述一种利用一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催 化轻度热解提质的工艺，其特征在于，其还依次包括有(6)废气处理和利用；(7)提质褐煤 成品的研磨与分级；(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用；其中所述(6)废气处理和利用来自所述旋风分离器的废烟气经收尘器收尘，分离出的细煤粉输送到煤粉喂料装置，除尘后的烟气通入水回收装置，经所述水回收装置干燥后 一部分通入研磨装置，另一部分含尘量小于50mg/Nm3达到环保要求的废气排空；(7)提质褐煤成品的研磨与分级来自所述旋风分离器的煤粉经煤粒分级装置筛选 后，粒度大于200目的煤粉送入所述研磨装置，在来自所述水回收装置废气的作用下进行 研磨，研磨后的煤粉返回所述煤粒分级装置，与所述煤粒分级装置中的煤粉混合，再次进行 筛选，废气排入所述收尘器中收尘，经所述煤粒分级装置筛选后粒度小于200目的提质褐 煤成品送入所述煤粉喂料装置；(8)粒度小于200目的提质褐煤成品供所述水泥烧成系统利用通过煤粉喂料装置将 研磨、分级后的提质褐煤成品送入所述水泥烧成系统的煤粉燃烧器，或水泥烧成系统的煤 粉燃烧器和分解炉，供燃烧使用。
6.根据权利要求4所述一种利用一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统进行褐煤催 化轻度热解提质的工艺，其特征在于，所述步骤O)中的催化剂为碳酸钾、或碳酸钙，或氧 化钙，或氢氧化钙任意一种或几种的组合。
全文摘要
本发明公开了一种水泥生产中一体化褐煤催化轻度热解提质集成系统及工艺，其系统包括有水泥烧成系统，破碎机，预烘干机，辊压机，催化剂储仓，烘干破碎机，垂直烘干筒，旋风分离器；其工艺依次包括有如下步骤(1)褐煤原煤初步破碎成煤块；(2)煤块预干燥及辊压破碎成煤粒；(3)煤粒经烘干破碎机破碎成煤粉；(4)细煤粉经垂直烘干筒换热干燥、提质；(5)提质褐煤在旋风分离器与气体分离，得提质褐煤成品。本发明的优点在于，充分利用了水泥生产中余热，节能降耗，并减少二氧化碳排放；本发明利用水泥生产中原有工艺设备，不需额外增加设备，投资少，收益大，每年可以给2500T/d水泥生产线节约1000万元。
文档编号C04B7/36GK102061211SQ20111000544
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月4日 优先权日2011年1月4日
发明者何润霞, 刘全生, 周晨亮, 宋银敏, 智科端, 滕英跃 申请人:内蒙古工业大学