一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法

专利名称：一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种褐煤干燥的装置和方法，具体为采用干燥装置内部加热方式，在干燥褐煤的过程中加热和产生低压过热蒸汽并以产生的低压过热蒸汽作为内部干燥介质， 干燥介质在自下而上的流动中与自上而下运动的褐煤直接接触，通过二者之间的对流换热和传质扩散，达到加热和干燥褐煤的目的，同时利用低压过热蒸汽分配和回收系统对干燥装置排放的剩余蒸汽进行余热和冷凝水回收，使褐煤干燥过程实现高效节能、保护环境和储蓄水源的综合效果。
背景技术：
褐煤是一类低变质程度的煤种，该煤种具有含水量很大、挥发分较高、热值偏低、 氧含量偏高、化学反应性强和热稳定性差的特性，其特性决定了褐煤运输储存困难和易风化自燃的特点，并直接导致其使用性质变差和利用价值降低。褐煤提质是一种采用干燥工艺和干馏工艺对褐煤处理，通过脱水干燥过程将其含水量减少及通过热解干馏过程将其挥发份降低，以提高其储运安全性和利用价值的技术，褐煤提质技术的核心是对褐煤的干燥。直接加热干燥和间接加热对流干燥是两种不同的加热干燥方式，二者的差异在于干燥过程中是否利用一种中间传热媒介作为干燥介质实施加热干燥功能。间接加热对流干燥方式利用一种干燥介质在被干燥物料之间流动并与其直接接触，通过二者之间的对流传热和传质扩散，将干燥介质携带的热量传递给湿物料，同时使湿物料中的水分吸热汽化后扩散，由干燥介质将其携带走，并达到干燥物料的目的。过热蒸汽干燥是一种无空气间接加热干燥方法。利用过热水蒸汽作为干燥和传热介质对褐煤进行干燥，与利用热风和高温烟气作为干燥介质相比，过热蒸汽干燥具有传热系数大、传质阻力小、热能利用效率高、干燥后褐煤质量高、褐煤无氧化和燃烧危险、可对所排放蒸汽中的热量及冷凝水回收利用且对环境友好等优点。采用过热蒸汽干燥方法，通常情况下是将由外部锅炉产生的过热蒸汽送入干燥装置对被干燥物料进行加热，并使物料中的含水达到饱和状态，被干燥物料湿表面上大部分水分以蒸发方式离开物料，从而使物料得到脱水干燥。在物料干燥过程中，作为干燥介质的过热蒸汽因加热物料而失去热量，再加之与物料中经由蒸发产生的湿饱和蒸汽混合，使得过热蒸汽的温度下降，同时使饱和蒸汽温度升高，二者的混合蒸汽也变成过热蒸汽，但混合后过热蒸汽的过热程度降低。随着物料中更多水分的蒸发并继续与过热蒸汽混合，当混合蒸汽的温度降至其所处环境压力下的饱和温度时，混合蒸汽即失去了其作为干燥介质的工作能力。如果在混合蒸汽失去其干燥能力后使其继续与物料直接接触，虽然其具有大量的汽化潜热仍然能够作为传热介质，可以对温度更低的物料实施加热，但此时对其汽化潜热的利用已无助于对接近及达到饱和温度的物料进行干燥，甚至会使前期已实施的物料干燥工作降低效果。在过热蒸汽干燥过程中，影响干燥介质与被干燥物料之间换热强度的主要因素是二者间的温差和干燥介质的比热容。由于过热蒸汽可以在不提高其工作压力的情况下提高其过热温度，故通过加热方式适当提高干燥介质的温度并不困难，但加热温度太高则会对那些具有温度敏感性的物料干燥带来新的问题。干燥介质的比热容越大，其携带热量的能力越强，且其对流换热系数越大。由于过热蒸汽在过热条件下的比热容很小，其能够携带用于干燥物料的有效热量不大于其所处环境压力下的过热蒸汽与饱和蒸汽之焓差，事实上， 在过热蒸汽温度为300°C，绝对压力为0. IMPa的条件下，二者之间的焓差仅为其过热蒸汽焓值的9%，由于这部分热量在过热蒸汽焓值中所占的比例太小，它会直接影响到干燥介质的工作能力和干燥装置的工作效率，故考虑其比热容的条件，过热蒸汽并不是一种十分理想的干燥介质。换句话说，在相同工作压力条件下，饱和蒸汽的特性使其不适于作为干燥介质，过热蒸汽与饱和蒸汽相比具有更高的过热温度和不饱和度，故其具有更高的传热驱动力和携带水分的能力，但因其在过热条件下的比热容较小，不能依靠自身的携热能力在干燥过程中为被干燥物料提供足够的干燥所需有效热量，这是过热蒸汽干燥技术存在的一个需要解决大问题。依据传热学原理，温差是传热过程的驱动力，通过提高或保持干燥介质与物料之间的适当温差，可使干燥过程的效率和能力得到提高。作为干燥介质，在传热过程中过热蒸汽的比热容小也有其优势的作用，即当过热蒸汽失去热量时会快速降低温度，但当其获得热量时也会快速升高温度，如果在干燥过程中能够及时对因失去热量而降温的过热蒸汽补充热量，则能够使其在获得热量补充时提高其温度。为了防止干燥介质的干燥能力在某一干燥阶段明显减低，可向干燥装置内部引入一种具有更高工作温度并能携带更多热量的传热介质，由该传热介质及时对干燥介质进行加热并为其提供足够热量，即可通过二者之间的间接换热达到提高或保持干燥介质工作温度的目的，同时，由于在干燥过程中能够对过热蒸汽的降温和升温变化加以控制，则干燥装置内部的工艺过程即成为一个可控制的动态平衡过程。根据褐煤干燥过程的干燥特性和传热理论分析，干燥过程可分为三个阶段，即预热阶段、恒速蒸发阶段和降速蒸发阶段。因褐煤的性质及含水率不同，不同条件的褐煤在同一干燥过程中所处的某个阶段，通常以其干燥速率的变化状况界定，各阶段之间并无一个明确的分界点，但在三个阶段中干燥介质与褐煤之间的加热条件和干燥特性具有很大差异，其差异的结果表现在干燥介质与褐煤之间的温差和所能提供的有效热量对褐煤的干燥速率及干燥装置工作效率的影响是不同的。如果过热蒸汽干燥装置按照干燥过程三阶段的不同传热条件及干燥特点设计，根据不同褐煤条件并在其干燥过程中的不同阶段，提供最佳干燥速率条件下的相应温差并适时为其提供足够的有效热量，同时通过对干燥介质操作条件的适度调控，以满足褐煤性质及其含湿量的变化，则干燥装置的热效率和干燥能力即达到了最佳状态。由申请号为200920318687.8的实用新型专利“一种间接换热回转类过热蒸汽褐煤干燥系统”中已知的是，采用饱和蒸汽为传热介质，通过在回转式干燥机内设置的内置换热管加热褐煤，用于产生蒸汽并干燥褐煤，一部分排放蒸汽经由循环风机加压和加热成为过热蒸汽，然后送入干燥机作为循环干燥介质参与干燥过程。该技术的主要问题在于，回转式干燥机是一类转动设备，干燥机的内部空间非常有限，故不能在其中布置大量的换热管为干燥过程提供足够的热量。由申请号为200910015752.4的发明专利“多效过热蒸汽褐煤预干燥系统及其工艺”中公开的是，一套多级串联内加热流化床干燥装置，利用外部提供的饱和蒸汽作为第一级干燥机的热源，在褐煤干燥过程中产生过热蒸汽，经风机加压后，一部分过热蒸汽用作该级流化床干燥机的循环干燥介质，其余部分过热蒸汽送入下一级干燥装置的内加热器作为加热介质，继续加热褐煤并产生新的过热蒸汽，然后将新产生的过热蒸汽送入次下一级的干燥装置并再次循环上述过程。该方法的问题是，在利用前一级干燥机产生的过热蒸汽作为下一级干燥机加热介质时，并不能确定该级过热蒸汽所具有的温度及其携带热量能否在下一级干燥机内继续产生过热蒸汽或饱和蒸汽。由申请号为201010046312的发明专利“褐煤的过热蒸汽回转干燥与蒸汽尾气间接回转干燥的方法”中已知的是，该技术采用高温烟气通过外部设置的过热蒸汽加热器进行换热，对加热器内循环流动的干燥介质，即过热蒸汽进行再次加热，使其再次获得过热温度和热量，以利用该部分过热蒸汽作为传热和干燥介质，向直接式回转圆筒干燥机和间接式回转圆筒干燥机顺序提供干燥介质和能量。本发明采用一种低压过热蒸汽干燥装置和为其提供及分配热能的传热系统联动操作，通过干燥装置内部加热方式，产生和加热低压过热蒸汽，同时利用其作为干燥介质对褐煤实施干燥，并在干燥褐煤过程中始终使其保持过热状态，以其作为干燥装置内部的循环干燥介质，干燥介质在自下而上的流动中与自上而下运动的褐煤直接接触，通过二者之间的对流换热和传质扩散，达到加热和干燥褐煤的目的。本发明的特点是通过在干燥装置内部对干燥介质温度及其传递热量的调节，实现对褐煤干燥过程的自主控制，达到提高低压过热蒸汽干燥褐煤装置干燥能力及其热效率的效果。

发明内容
本发明提供了一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法。本发明的主要技术方案是，根据褐煤在不同干燥阶段对干燥介质温度及热量的需求，由干燥装置的内置式加热器对褐煤干燥过程中产生的蒸汽进行加热和升温，通过对加热温度及传递热量的适时调节控制，使蒸汽在干燥装置内部换热过程中始终保持适当的低压过热状态，同时利用低压过热蒸汽作为干燥介质在干燥装置内部流动，通过干燥介质与褐煤之间的对流换热和传质扩散，为褐煤提供有效干燥热量并携带走褐煤中蒸发出的水分，实现对褐煤的干燥并达到高效及节能的干燥效果。本发明的技术方案是通过一种低压过热蒸汽干燥褐煤装置和为其提供及分配热能的传热系统联动操作实现的。本发明所涉及的低压过热蒸汽干燥褐煤装置是一种采用外部提供的传热介质在装置内部加热和产生低压过热蒸汽，并利用低压过热蒸汽作为干燥介质实施褐煤干燥的双重功能加热干燥设备。该装置利用导热油供热系统提供的高温导热油作为其内部加热的传热介质，利用经过再热循环的低压过热蒸汽作为其部分干燥介质，由这两种不同温度条件的工作介质为干燥装置提供所需的热量，并通过内置导热油加热盘管组向在褐煤干燥过程中产生的蒸汽和经增压及再热后进入干燥装置内循环的低压过热蒸汽加热，以保持二者混合后的蒸汽在干燥装置内部换热过程中始终处于适当的过热状态，同时利用该低压过热蒸汽作为褐煤的干燥介质，使其在干燥装置内部自下而上的循环流动中与自上而下运动的褐煤直接接触，通过二者之间的对流换热和传质扩散，实现对褐煤的加热和干燥。该干燥装置包括至少一台立式盘管导热油加热器，一台循环过热蒸汽增压风机和一台循环过热蒸汽再热器(见图1)。该装置包括的三台设备之间的连接关系是循环过热蒸汽增压风机的蒸汽入口与立式盘管导热油加热器的蒸汽排汽口相连接，循环过热蒸汽再热器的蒸汽入口与循环过热蒸汽增压风机的蒸汽出口相连接，立式盘管导热油加热器的循环再热蒸汽入口与循环过热蒸汽再热器的再热蒸汽出口相连接。本发明所采用的低压过热蒸汽是通过干燥装置内部加热方式使褐煤中的水分蒸发并过热所产生的低压过热蒸汽，而不是由外部的锅炉或蒸汽源提供的过热蒸汽。低压过热蒸汽的工作压力在0. 1至0. 2MPa(绝对压力)之间，工作温度范围为110°C至250°C。本发明用于在干燥装置内部加热的传热介质为导热油，工作温度的范围为200°C 至400°C。干燥装置内部加热具体是指通过内置的导热油加热盘管组向干燥装置内部流动的低压过热蒸汽加热，使其在干燥装置内部换热过程中连续获得热量补充并始终处于适当的过热状态，以保持其良好的干燥能力，由此提高干燥装置的干燥效率和系统的热能利用效率。低压过热蒸汽干燥褐煤装置的主要结构特征如下立式盘管导热油加热器是低压过热蒸汽干燥褐煤装置的核心设备，它是一种利用内置导热油加热盘管中流动的高温导热油加热和产生内部干燥介质，所述干燥介质包括: 干燥过程中蒸发产生的蒸汽和循环低压过热蒸汽的混合蒸汽；并通过干燥介质加热和干燥褐煤的过热蒸汽加热器(见图幻。立式盘管导热油加热器包括加热盘管组，以及在所述加热盘管组上部安装的褐煤进料分配器和蒸汽排汽管组，在所述加热盘管组下部安装的褐煤卸料器和循环再热蒸汽进汽管组，在所述加热盘管组内部安装的中心辅助加热管。所述加热盘管组由钢管弯制成螺旋状的单层盘管组或同心双层盘管组制成，其中，盘管组被作为导热油加热器的加热部件，导热油加热器至少包括一套加热盘管组。根据干燥装置的干燥能力和褐煤性质，加热盘管组是由单级或多级并联的加热盘管组成，通过各级加热盘管的导热油流量由调节阀进行控制；加热盘管组的外形是圆柱形， 或者是椭圆柱形，或者是两端为半圆柱形中间部分为矩形柱的长圆柱组合体形状。每级加热盘管由单管或多管并联盘绕的钢管构成，各层盘绕钢管之间的表面紧密接触；加热盘管的直径可以相同或者不同，直径和外形相同的盘管可以组成单层盘管组，直径不同但其外形相同的盘管可以组合成相互套装在一起的同心双层盘管组；同心双层盘管组的外层盘管组和内层盘管组之间的间隙尺寸，由再热低压过热蒸汽的循环量确定，内外层盘管组之间的高度差，由干燥过程恒速蒸发阶段的结束点位置确定。导热油加热器的主体需要垂直安装，采用多级并联盘管结构可按照其序号将各级盘管顺序垂直叠加安装起来组成盘管组，采用同心双层多级并联盘管结构可按照其盘管直径和序号将各级盘管顺序垂直叠加安装起来组成双层盘管组，用保温材料及保护性金属外壳将导热油加热器主体的外表面包覆；中心辅助加热管设置在导热油加热器内部的中心部位并且通贯上下，褐煤进料分配器、数层相互倾斜安装的内部配料孔板和蒸汽导流板以所述中心辅助加热管为中心设置，用于控制干燥介质的合理分布、调节进料的均勻性及延长不同粒径褐煤的换热时间。进料分配器的型式和结构与褐煤的给料器结构相配合；配料孔板的层数、倾斜角度和孔的布置及其孔径由褐煤的性质和形态确定。导热油加热器内可设置一根或两根中心辅助加热管。
导热油加热器上部的蒸汽排汽出口处设置有过热蒸汽出口温度测量点，根据该处过热蒸汽温度检测数据，通过调节低压过热蒸汽的循环流量和温度，以保证干燥装置内部的蒸汽始终保持在低压过热状态。低压过热蒸汽的循环流量及温度调节是通过对进入各级导热油加热盘管的高温导热油流量和进入导热油加热器的低压过热蒸汽循环流量及其再热温度进行三级调节实现的。根据干燥过程三个阶段的干燥特性和传热特点，在导热油加热器内部不同高度位置设有至少三处过热蒸汽温度测点，用其对导热油加热器内干燥介质温度局部分布情况进行监控，将各点监测温度与各阶段最佳干燥速率条件下的计算温差数据比较，并通过对进入各级导热油加热盘管的高温导热油流量和进入导热油加热器的低压过热蒸汽循环流量及其再热温度进行调节，用于改善该加热器内局部干燥介质温度分布不合理的状况。循环过热蒸汽增压风机是干燥装置的循环低压过热蒸汽增压设备，它的功能是为低压过热蒸汽增压使其在导热油加热器内部循环。循环过热蒸汽增压风机是以过热蒸汽为工质，其工作特点为进出口过热蒸汽压力稳定且不高于0. 2MPa(绝对压力)，但其蒸汽排量需要根据干燥装置的负荷、褐煤的性质及其含水率变化对导热油加热器的出口过热蒸汽温度及流量的影响进行调节和控制，故宜采用配置变频电机的风机。循环过热蒸汽再热器是干燥装置的循环低压过热蒸汽再加热设备，它的功能是为在导热油加热器内循环的低压过热蒸汽提升温度和提供热量。循环过热蒸汽再热器的工作特点为进口蒸汽温度基本稳定且进出口过热蒸汽的温差一般不超过140°C，但其加热负荷会随着干燥装置的负荷、褐煤的性质及其含水率变化而变化的循环过热蒸汽量进行调节和控制。由干燥工艺和褐煤的性质决定，大多数干燥装置所需的低压过热蒸汽的温度并不是很高，但需要的干燥热量很大，故宜采用工业余热或废热等低温热源进行余热回收或利用太阳能热能进行加热。使干燥装置内部的蒸汽始终保持低压过热状态，并使低压过热蒸汽与物料之间的温差和供热量保持在最佳干燥速率条件下的适当范围之内，是本发明的技术核心。保证该条件的实现，是根据导热油加热器顶部排汽处过热蒸汽温度的变化及干燥过程中不同阶段过热蒸汽温度的变化，通过对进入导热油加热器的高温导热油流量和低压过热蒸汽循环流量及其再热温度进行三级调节实现的。通过导热油调节阀对某一级加热盘管或多级并联加热盘管组的导热油流量进行调节，可以改变干燥过程的进程或导热油加热器内局部的低压过热蒸汽温度条件和热量分配状况；通过对循环过热蒸汽增压风机的流量调节可以改变干燥装置内低压过热蒸汽循环流量，以适应褐煤性质和湿度的变化；通过对循环过热蒸汽再热器进行低压过热蒸汽循环温度调节，可以改变干燥装置内部干燥介质的工作温度，以适应褐煤性质变化和提高其干燥速率或改善褐煤的干燥度。通过以上的三级调节，可以使干燥装置的干燥能力和工作特性自主适应褐煤性质、含湿量及最终干燥度在一定范围内变化。对于处理含水率超出30%的褐煤或干燥处理后褐煤的含水率要求低于10%的情况，本发明所涉及的低压过热蒸汽干燥装置可以采用两级或多级串联使用，即将第一级干燥装置的出料直接送入第二级干燥装置作为给料，将第二级干燥装置的出料直接送入第三级干燥装置作为给料，连续进行干燥处理，使含水量较高或要求干燥后含水率更低的褐煤达到所需要的理想干燥效果。采用两级低压过热蒸汽干燥装置串联使用的情况，按照干燥过程三个阶段的特点，两级干燥装置的能力配置有两种组合方式可供选择。选择一两级干燥装置各由一套独立的低压过热蒸汽干燥装置组成，即将褐煤的预热阶段和恒速蒸发阶段的主要过程布置在第一级干燥装置的导热油加热器内进行，将恒速蒸发阶段的剩余部分过程和降速蒸发阶段布置在第二级干燥装置的导热油加热器内进行，两级干燥装置的功能及干燥能力各有不同，其结构及其尺寸也有所不同；该种干燥装置组合(即为1+1组合，见图；3)形式的特点是第一级干燥装置的干燥能力决定该干燥装置组合的生产能力，第二级干燥装置的干燥能力决定该组合的褐煤干燥程度，两级干燥装置的设计干燥能力差异较大。选择二 两级干燥装置由三套独立的低压过热蒸汽干燥装置组成，即将褐煤的预热阶段和恒速蒸发阶段布置在第一级干燥装置内进行，设置两套处理能力相同的低压过热蒸汽干燥装置作为第一级干燥装置并联运行；将降速蒸发阶段布置在第二级干燥装置内进行，由于其加热负荷较第一级干燥装置大大减小，且需要的加热温度更高，故第二级干燥的任务仅由一套低压过热蒸汽干燥装置承担；该种干燥装置组合(即为2+1组合，见图4)形式的特点是由第二级干燥装置的干燥能力决定该组合的褐煤干燥能力，但该组合方式对干燥装置的有效能力进行了合理配置，较大程度的提高了该干燥装置组合的综合生产能力和热效率，并由于第二级干燥装置内容易实现更高的干燥介质工作温度，从而可以有效提高褐煤出料时的干燥程度。本发明涉及的低压过热蒸汽干燥装置及其多级串联组合的特殊性能，是通过与其相配合的传热系统共同实施的。该传热系统是低压过热蒸汽干燥装置的供热源和蒸汽分配及回收系统，它由两个子系统组成，一个是利用褐煤热解干馏过程的余热回收为热源并具有补充燃烧调节温度能力的液相导热油供热系统，其功能是为干燥装置提供干燥过程所需热量和为干燥介质提供加热升温的条件；另一个是低压过热蒸汽分配和回收系统，其功能是通过对干燥过程中产生的低压过热蒸汽进行分配及输送，以提高干燥装置的工作能力及热效率，并为其排出的低压过热蒸汽提供余热及其冷凝水回收利用的条件。由干燥装置排出的温度不高于120°C的剩余低压过热蒸汽，具有温度和压力较低但蒸汽量大的特点，由于蒸汽自身及其携带的低温余热都属于宝贵的资源，故最大限度地合理利用该部分蒸汽的余热并回收其冷凝水，是本发明方法的一个重要组成部分。剩余低压过热蒸汽的回收利用是通过一个褐煤原料的垂直提升加热管和一台蒸汽冷凝器(见图 1)实现的，褐煤垂直提升加热管是一个夹套结构的钢制管道，其内通道为褐煤的提升通道， 外通道为蒸汽及其冷凝水排放通道；其内通道上部与褐煤给料斗相接，底部与褐煤送料系统相连，褐煤原料通过此通道由下至上被提升并预热后送入给料斗；其外通道上部与干燥装置的剩余蒸汽排出口相接，底部与一个蒸汽冷凝器和一台抽真空风机相接，干燥装置排放的剩余低压过热蒸汽作为褐煤原料的加热介质，利用其排放压力进入垂直提升加热管的外通道，通过此通道向下流动并对内通道中的褐煤加热，蒸汽在换热过程中被冷却和冷凝， 冷凝水向下流动至加热管底部的蒸汽冷凝器内被收集，尚未被冷凝的低压饱和蒸汽会在该管道底部的蒸汽冷凝器内被冷却成为冷凝水被收集，同时在冷凝器内形成微负压环境以维持褐煤垂直提升加热管夹套内蒸汽连续向下流动，冷凝器中的不凝气体通过抽真空风机排出系统。冷凝水可作为低温传热介质供给工业用热或采暖；经过余热回收的冷凝水和蒸汽冷凝器的冷却水均可被回收作为工业用水。本发明涉及的低压过热蒸汽干燥褐煤并在蒸汽余热利用后回收冷凝水的方法包括如下步骤1)由液相导热油供热系统向各级低压过热蒸汽干燥装置提供高温导热油，作为其主要热源；将经预热的湿褐煤从第一级导热油加热器上部送入，通过其内置加热盘管加热并蒸发水分，产生120°C的低压过热蒸汽；2)低压过热蒸汽通过第一级循环过热蒸汽增压风机增压和循环过热蒸汽再热器加热后，作为干燥介质和补充热源，从第一级导热油加热器下部送入其内部进行循环；3)循环低压过热蒸汽在导热油加热器内由下向上流动，与由上向下运动的褐煤充分接触，加热褐煤并蒸发水分，同时通过传质扩散带走被蒸发的水分；4)循环低压过热蒸汽与新产生蒸汽混合后的低压过热蒸汽在向上流动过程中，由内置导热油加热盘管连续加热，为混合过热蒸汽适时补充热量，使其始终保持适当的过热状态和干燥能力；5)根据低压过热蒸汽排汽温度变化，调节各级加热盘管的导热油流量、循环低压过热蒸汽流量及再热温度，控制导热油加热器的褐煤干燥速率；6)经第一级干燥装置干燥后的褐煤送入第二级干燥装置继续干燥；褐煤被送入第二级导热油加热器内加热并产生150°C的低压过热蒸汽时，重复以上步骤2、>3)、4)和 5)，使褐煤得到进一步干燥；7)由第二级导热油加热器排出的混合低压过热蒸汽，一部分由第二级循环低压过热蒸汽风机增压并经再热后作为干燥介质再循环，剩余部分送入第一级循环低压过热蒸汽风机增压并经再热后作为第一级装置的循环干燥介质利用；8)第一级干燥装置导热油加热器排出的混合低压过热蒸汽，一部分由第一级循环低压过热蒸汽风机增压并经再热后作为第一级装置的干燥介质再循环，剩余部分排出并送入褐煤垂直提升加热管预热褐煤；9)混合低压过热蒸汽经由褐煤垂直提升加热管进行余热回收，其冷凝水和未冷凝蒸汽向下流动至蒸汽冷凝器；10)冷凝水及尚未冷凝的蒸汽在蒸汽冷凝器内被冷却，冷凝水被收集。本发明的有益效果是低压过热蒸汽干燥褐煤具有传热系数大、传质阻力小、热能利用效率高、干燥后褐煤质量高、褐煤无氧化和燃烧危险、可对所排放蒸汽中的热量及冷凝水回收利用且对环境友好等优点。本发明采用低压过热蒸汽干燥技术及所述干燥装置对褐煤进行干燥提质处理，通过在干燥装置内部对干燥介质温度及其传递热量的调节，实现对褐煤干燥过程的自主控制，达到提高低压过热蒸汽干燥褐煤装置干燥能力及其热效率的效^ ο


下面的附图对本发明所涉及的干燥装置和技术方法做进一步的说明图1为低压过热蒸汽干燥褐煤装置的工艺流程示意图，该图表示了所述装置包括的主要设备的工艺流程及相互之间的安装位置关系。图2为导热油加热器1的结构图，该图是导热油加热器1的正剖视图，表示了所述导热油加热器的内部结构及其主要部件相对位置的示意。 图3为两级低压过热蒸汽干燥装置串联使用的1+1组合示意图，该图表示了该种串联组合形式的两级干燥装置工艺流程和二台装置之间的安装位置关系。
图4两级低压过热蒸汽干燥装置串联使用的2+1组合示意图，该图表示了该种串联组合形式的两级干燥装置工艺流程和三台装置之间的安装位置关系。上述图中所示各部件为1.导热油加热器，2.循环过热蒸汽增压风机，3.循环过热蒸汽再热器，4.加热盘管组，4a.外层加热盘管组，4b.内层加热盘管组，5.中心辅助加热管，6.进料分配器，7.内部配料孔板，8.蒸汽导流板，9.过热蒸汽出口温度测点，10.过热蒸汽温度测点，11.进料斗，12.给料器，13.卸料斗，14.垂直提升加热管，15.蒸汽冷凝器，16.抽真空风机。
具体实施例方式本发明涉及的低压过热蒸汽干燥褐煤装置的工艺流程和具体实施方式
是干燥装置工作初始，由导热油供热系统向干燥装置提供高温导热油，作为其主要热源，对导热油加热器1进行预热。将经过预热的少量湿褐煤从导热油加热器1的顶部进料斗11向下送入预热后的导热油加热器内，使褐煤升温至其外部水分蒸发，所产生的蒸汽继续被加热并过热至120°c时，低压过热蒸汽通过循环过热蒸汽增压风机2增压和循环过热蒸汽再热器3加热后，作为干燥装置的干燥介质和补充热源，由导热油加热器1下部送入其内部进行循环。干燥装置进入工作条件，预热的湿褐煤被连续送入导热油加热器1，通过进料分配器6和内置配料孔板7自上向下运动，同时被由下向上流动的干燥介质，即低压过热蒸汽加热，该阶段干燥介质与褐煤之间的换热特点是，低压过热蒸汽与褐煤接触过程中，尚未达到水在该环境压力下饱和温度的湿褐煤迅速被加热，并利用干燥介质的过热蒸汽特性通过传质扩散方式带走其中一部分水分。由于送入导热油加热器1的褐煤已在外部经过预热， 其实际温度距离该环境压力下水的饱和温度已相差不大，且此时其中的水分尚未开始大量蒸发，故在该阶段加热褐煤时并不需要很高的加热温度和大量热量，但需要大量的干燥介质与其充分接触并均勻加热，因为此时是褐煤预热阶段的后期，干燥介质与物料直接接触时，会通过传热和传质两种方式进行热量和质量交换，通过传热方式使褐煤表面的温度升高，通过传质方式使褐煤表面的外部水分扩散，从干燥能力和效果分析，在褐煤携带的外部水分尚未达到饱和温度的预热阶段，通过干燥介质与褐煤的充分接触，以传热和传质方式对褐煤所起到的综合脱水作用是明显的，而且干燥介质的流量越大，不饱和程度越高，其携带水分的能力越强；蒸汽过热的程度和褐煤表面的温度越高，则其表面水分的扩散速度越快。在该阶段可以利用的干燥介质是已经由下而上流动至导热油加热器1上部位置的低压过热蒸汽，此时的低压过热蒸汽即将被排出导热油加热器1，其温度已接近于导热油加热器蒸汽出口低压过热蒸汽的控制温度，但其仍保持着过热状态且与湿褐煤表面温度至少还有 20°C以上的温差，故其仍具有相当的加热能力，而且此时在导热油加热器内新产生的和循环流动的低压过热蒸汽的总量已达到其最大流量值，所以利用即将排出导热油加热器的大量低压过热蒸汽对刚送入导热油加热器的湿褐煤进行加热，既可达到利用过热蒸汽排汽的余热温差预热湿褐煤的目的，又可利用其过热蒸汽的剩余干燥能力，通过传质途径携带一部分水分出去，以尽量减少干燥装置后续处理的负担。但在此阶段需要关注排汽温度的变化，当过热蒸汽排汽的温度低于其最低控制值时，应当通过提高导热油流量或干燥介质循环流量及其温度，使其温度上升，当过热蒸汽排汽的温度高于其最高控制值时，则应当通过降低导热油流量或干燥介质循环流量及其温度，使其温度下降，以使干燥装置保持在最佳热效率条件下工作。褐煤在继续下落过程中与来自循环过热蒸汽再热器3并具有更高温度的过热蒸汽做相对运动，通过直接与其接触被进一步加热、蒸发水分和干燥。该阶段褐煤的干燥特性是，褐煤表面的温度已达到该环境压力条件下水的饱和温度，其外部水分和部分内部水分会被蒸发成饱和蒸汽，并与在其附近流动的干燥介质混合，二者的混合蒸汽变成温度更低的过热蒸汽，同时混合蒸汽又被导热油加热盘管组4和中心辅助加热管5加热升温，使其保持在适当的过热状态并具有一定的干燥能力，在向上流动中继续对褐煤加热，同时带走被蒸发的水分。由于该干燥阶段为恒速蒸发阶段，褐煤中水的蒸发量较大，需要消耗较多的热量，导热油加热器1内低压过热蒸汽的数量和温度因而发生较大变化，此时褐煤的干燥速度会受到干燥介质与褐煤之间温差减小及传递热量不足的限制，故需要通过导热油加热器 1下部加热盘管和循环过热蒸汽再热器3同时为该干燥过程提供较高温度的加热条件和更多的热量。首先，将经过循环过热蒸汽再热器3加热后的循环低压过热蒸汽直接送入该加热段，以增加干燥介质的流量和温度；此外，导热油加热器1在该加热段采用多级并联加热盘管，每级盘管具有多管并联的导热油循环回路，通过增加高温导热油流量和局部换热温差，以及强化对流换热，从而达到给流经该加热段的低压过热蒸汽提供高温加热条件和大量热量的目的。在恒速蒸发阶段，由于褐煤中大量水分被蒸发，导热油加热器内的低压过热蒸汽量及其流动速度在增加，但随着向上流动其温度会逐渐降低。通过该加热段的低压过热蒸汽将自下而上流动进入预热段，作为褐煤预热段的干燥介质。褐煤中的大部分水分在恒速蒸发阶段被蒸发后，其在向下运动中继续被干燥介质加热并干燥，此时蒸发出来的饱和蒸汽是来自于褐煤内部的水分，由于褐煤内部传热速度受到其物质导热速率低的影响，使得褐煤的干燥变得更困难，其干燥速度已经降低且蒸发量明显减少，干燥过程进入降速蒸发阶段。该干燥阶段的特点是，由于褐煤内部的传热和蒸汽流动困难，使得干燥过程变慢而褐煤中水蒸发量减少，所以该加热段需要的热量减少，此时要提高褐煤的干燥速率则需要增强传热的驱动力而并不需要增加更多的热量，故采用提高干燥介质与褐煤之间温差以提高褐煤的内部温度是解决此问题的有效手段。为此，导热油加热器1在该处采用多管并联盘管，甚至在其下部设置双层加热盘管结构的换热面，增加局部换热面积和高温导热油流量，以提高该加热段的环境及干燥介质温度。此外，褐煤的表面温度在恒速蒸发阶段已被加热到该环境压力下水的饱和温度之上，在降速蒸发阶段， 新产生的饱和蒸汽数量在减少，干燥介质失去的热量也在减少，二者混合后的过热蒸汽温度相对有所提高，此时当导热油加热器1以更高的温度对其加热并补充热量时，由于能够获得具有更高温度的热量补充，该加热段的低压过热蒸汽温度会迅速升高，并高于恒速蒸发阶段干燥介质的最高温度水平，其所处的内部环境温度可达到导热油加热器1内部环境的最高温度，在此环境中褐煤本身的温度也将随之升高，其温度水平的升高将有助于加快其内部的传热和水分蒸发及排出，从而达到在降速蒸发阶段提高褐煤干燥速率的目的。通过该加热段并具有更高温度的低压过热蒸汽将自下而上流动，进入恒速蒸发加热段，作为该加热段的干燥介质，干燥后的褐煤进入卸料斗13。由于大部分新开采出的褐煤具有30%至50%含水率，而褐煤的热解干馏技术要求使用的褐煤原料含水率通常为5%至10%，因而褐煤干燥装置需要具有更高的干燥速率和能力；此外单台褐煤干燥装置的生产能力需要大型化，以适应其规模经济化的要求。目前在褐煤干燥中采用各种型式的干燥装置在满足大型化、干燥速率、干燥能力、干燥装置热效率、资源利用效率、生产成本、安全性和降低环保风险等诸项条件方面，都存在一定的实际困难和问题。本发明方法涉及的低压过热蒸汽干燥装置及其传热系统，是通过以下独有的技术特点和高效的工艺方法解决这些困难和问题的。本发明中涉及的低压过热蒸汽干燥褐煤装置，由于导热油加热器1内部的加热温度及传热量按褐煤在不同干燥阶段的特性和干燥介质的工艺条件进行调节和分配，能够自主适应干燥装置负荷和褐煤条件的变化，并能够使干燥介质始终在过热状态下工作，保持其较强的干燥能力，还可以将干燥装置中产生的低压过热蒸汽作为干燥介质使用，由此提高了干燥装置的能源利用效率和干燥效率。本发明中涉及的低压过热蒸汽干燥褐煤装置采用内部加热产生的低压过热蒸汽作为干燥介质，在无氧和低压环境中使褐煤在不发生可燃气体挥发的温度条件下得到干燥；干燥过程排出的剩余低压过热蒸汽将被用于预热褐煤，其余热和冷凝水被得到回收利用。故该方法更适用于对氧化反应敏感的褐煤进行干燥处理，且保证了褐煤干燥过程的生产安全、环境友好和对水资源的保护。对于需要单套低压过热蒸汽干燥褐煤装置具有更大处理能力的情况，横截面形状为椭圆形和长孔圆形的导热油加热器1具有更大的物料及干燥介质分布空间，故其能够提高单台干燥装置的褐煤处理能力。液相导热油供热系统是一个以导热油为传热工质的循环供热系统，其至少包括一个带有补燃器的高温余热回收装置和一个低温余热回收装置。该系统的功能是利用导热油将褐煤热解干馏工艺过程中产生的余热回收，例如高温半焦、煤气、烟气中的热量，通过高温余热回收装置回收350°C以上的高温余热，将高温导热油通过循环泵送至低压过热蒸汽干燥装置加以利用，在其内部加热和产生低压过热蒸汽并作为干燥介质加热和干燥褐煤； 通过低温余热回收装置回收200°C至350°C范围的低温余热，将低温导热油通过循环泵送至给料煤斗和过热蒸汽再热器3，用于预热褐煤原料和加热循环干燥介质。高温余热回收装置具有补燃的功能，当回收余热的数量不足或余热温度较低时，该装置的煤气燃烧器将通过补充燃烧方式为导热油升温，使其能够达到干燥装置所需的高温导热油温度；为了最大限度的利用低温余热，对循环干燥介质进行再加热的循环过热蒸汽再热器3被设置成低温导热油加热段和补充燃烧加热段，首先用低温导热油加热低温的循环过热蒸汽，然后通过补燃方式对循环过热蒸汽继续加热，使其达到干燥装置所需的循环过热蒸汽温度；加热过热蒸汽后的低温导热油将被送至两级干燥装置的给料煤斗，用于预热褐煤原料。导热油循环泵为系统中导热油循环提供动力，膨胀罐可容纳系统内导热油升温所产生的膨胀量。本发明中的低压过热蒸汽干燥褐煤装置使用导热油作为传热介质有两个主要特点，一是由其物理性质决定导热油具有比水更高的沸点或馏程，故适宜在更低工作压力下实施更高温度的热量传递；二是在低压及高温条件下输送热量时，可在液相导热油系统中采用循环泵加压以使导热油在加热设备和换热设备之间循环流动，因其循环过程无相变发生，加热设备和换热设备均可采用易于灵活布置的管道式换热面，此种结构的换热面更适合用于余热回收及利用装置，并可同时满足具有不同工作温度需求的换热设备使用。因此， 导热油传热系统较蒸汽传热系统具有低压高温传热的优势和更高的热能利用效率。为了提高低压过热蒸汽干燥褐煤装置组合的热能利用效率和对褐煤干燥过程中脱析出的水进行回收，根据两级干燥装置排出的低压过热蒸汽温度和蒸汽量，低压过热蒸汽分配和回收系统对排出的过热蒸汽进行合理调节分配，将第二级干燥装置排出具有更高温度的低压过热蒸汽，用作两级干燥装置的循环干燥介质；将第一级干燥装置排出的温度较低的剩余低压过热蒸汽，用作褐煤原料进入给料斗之前的预热介质，并根据干燥装置热负荷及其内部压力的变化，调节和控制剩余过热蒸汽的排放量。下面的实施例对本发明所涉及的干燥装置和技术方法做进一步的说明实施例1含水率为30%的褐煤，其粒径不大于10mm，可挥发馏分的最低馏出温度为210°C， 要求干燥后物料的含水率小于10%，单套干燥装置为处理量1000吨/天。被干燥褐煤的特性是含水率不超过30%，且包括外部水分和内部水分，干燥过程中除去外部水分容易，除去内部水分较难，且褐煤的化学性质不稳定，对干燥介质的性质和工作温度比较敏感。该干燥过程的除水量较大，但对干燥后褐煤的含湿率要求不太高，需要在干燥装置内提高恒速蒸发段的干燥介质温度和流量，以获得一个适当的干燥速率。根据以上条件，采用本发明涉及的低压过热蒸汽干燥技术，使用一套低压过热蒸汽干燥褐煤装置进行褐煤的干燥处理。采用一套处理能力为1000吨/天的低压过热蒸汽干燥褐煤装置，干燥装置的工艺条件为其除湿量为8. 5MT/hr.；导热油加热器1的设计加热负荷是6500KW，传热介质为 LQ-D330导热油，其工作温度是进入导热油加热器1的供油温度为310°C，导热油加热器1 出口回油温度为250°C，设计导热油流量为250M3/hr ；干燥介质为低压过热蒸汽，过热蒸汽再热器3出口过热蒸汽温度为200°C，导热油加热器1的排汽温度为120°C，其工作压力(绝对压力)是过热蒸汽增压风机2的出口压力为0. 15MPa,导热油加热器1蒸汽出口的排汽压力为0. llMPa，过热蒸汽再热器3的设计加热负荷是2000KW，设计过热蒸汽循环量为35MT/ hr. ο干燥装置的导热油加热器1设计条件为采用DnlOO的无缝钢管制作导热油加热盘管组4，采用Dnl50的无缝钢管制作导热油加热器的中心辅助加热管5，导热油加热器1的总换热面积为650m2，加热盘管组采用同心双层盘管组结构，外层加热盘管直径为 Φ 3. 0m，盘管组总高度为16m，设为三级多管并联盘管和两级单管盘管并联循环；内层加热盘管直径为Φ2. 5m，盘管组总高度为8m，设为两级多管并联盘管并联循环。导热油加热器总高度为22m，导热油加热器最高工作温度为310°C，最高工作压力为0. 2MPa (绝对压力)。过热蒸汽增压风机2的工作条件为过热蒸汽排量为120000m7hr.，过热蒸汽压力为0. 15MPa (绝对压力)，过热蒸汽温度为110°C。过热蒸汽再热器3的工作条件为最大加热负荷2000KW，过热蒸汽进口温度为 110°c，过热蒸汽出口温度为200°C，过热蒸汽流量为35MT/hr.。过热蒸汽再热器采用两级加热，第一级采用来自余热回收装置的低温导热油加热，导热油供应温度为250°C，回流温度为200°C ；第二级采用煤气对再热器补充燃烧进行加热，以使再热器出口的过热蒸汽温度达到200°C。通过过热蒸汽再热器后，低温导热油送至给料斗用于预热褐煤原料。低压过热蒸汽干燥装置的操作过程是1.将进口温度为310°C的导热油供入导热油加热器1进行循环，将导热油加热器 1预热至其内部空气温度达到250°c ；2.将少量预热至80°C以上的褐煤连续送入导热油加热器1，褐煤被加热并产生少量蒸汽，用于置换导热油加热器1中的空气；3.当导热油加热器1上部蒸汽排出口的蒸汽温度达到120°C时，逐渐增加给煤量， 并启动过热蒸汽增压风机2和过热蒸汽再热器3，使低压过热蒸汽开始在导热油加热器1内循环并被加热，用于提高加热器内褐煤的蒸发量和干燥速率；4.当低压过热蒸汽循环流量和温度达到最大设定值，且导热油加热器1内设置的三个阶段干燥介质温度监测点达到控制值时，逐渐将给煤量增加至正常给煤量；5.根据导热油加热器1内部各处的温度变化情况，调节各级加热盘管的导热油流量、低压过热蒸汽循环量及其温度，直到各处温度变化逐步趋于稳定，低压过热蒸汽干燥装置即可投入正常运行；6.检测干燥后褐煤样品的含湿率及处理量，确认其干燥处理能力。在低压过热蒸汽干燥装置投入正常运行前，可将导热油加热器1下部卸料仓内尚未达到最终干燥度要求的褐煤与待干燥处理的新鲜褐煤混合，再次送入干燥装置处理。实施例2含水率为43%的褐煤，其粒径不大于20mm，可挥发馏分的最低馏出温度为220°C， 要求干燥后物料的含水率小于10%，干燥装置的能力为处理量1500吨/天。被干燥褐煤的特性是含水率高达43%，且包括外部水分和内部水分，干燥过程中除去外部水分容易，除去内部水分较难，其粒径不均勻，粒径较大的褐煤更难干燥。此外， 褐煤的化学性质不稳定，对干燥介质的性质和工作温度比较敏感。由于要求褐煤处理量很大，被干燥褐煤的含水率很高，该干燥过程的除水量较大，但对干燥后褐煤的含湿率要求不太高，故其恒速蒸发段的周期会有所延长，需在干燥过程中延长褐煤的停留时间，并提高干燥介质的温度和流量，以在该阶段获得更高的干燥速率。根据以上条件，采用本发明涉及的低压过热蒸汽干燥技术对褐煤进行干燥处理，使用一套低压过热蒸汽干燥褐煤装置组合 (2+1组合)，即采用两台一级干燥装置和一台二级干燥装置的组合，并为该干燥装置组合配置一个适合的传热系统。低压过热蒸汽干燥褐煤装置组合的工艺条件为干燥处理褐煤的能力为1500吨 /天，除湿量为21MT/hr.；该干燥装置组合的总设计加热负荷是16000KW，其中第一级干燥装置的两台导热油加热器Ia的总加热负荷是12000KW，每台导热油加热器Ia的加热负荷是 6000KW，第二级干燥装置的导热油加热器Ib的加热负荷是4000KW ；传热介质为LQ-D340导热油，其工作温度是进入导热油加热器1和Ib的供油温度为320°C，导热油加热器1和Ib 出口回油温度为260°C，设计导热油流量为600M3/hr ；干燥介质为低压过热蒸汽，其在第一级干燥装置的工作温度是过热蒸汽再热器I出口蒸汽温度为210°C，在导热油加热器Ia出口的排汽温度为120°C，其在第二级干燥装置的工作温度是过热蒸汽再热器:3b出口蒸汽温度为210°C，在导热油加热器Ib出口的排汽温度为150°C，低压过热蒸汽的工作压力(绝对压力)是过热蒸汽增压风机2a和\出口压力为0. 15MPa,导热油加热器Ia和Ib蒸汽出口压力为0. IlMPa ；第一级干燥装置过热蒸汽再热器的总设计加热负荷是4000KW，两台过热蒸汽再热器I的设计加热负荷是2000KW，设计过热蒸汽循环量为35MT/hr.，第二级干燥装置过热蒸汽再热器；^的设计加热负荷是1500KW，设计过热蒸汽循环量为35MT/hr.。第一级干燥装置的两台导热油加热器Ia设计条件为采用DnlOO的无缝钢管制作导热油加热盘管组4，采用Dnl50的无缝钢管制作导热油加热器的中心辅助加热管5，导热油加热器Ia的总换热面积为650m2，加热盘管组采用同心双层盘管结构，外层加热盘管直径为Φ3. 0m，盘管组总高度为16m，设为三级多管并联盘管和两级单管盘管并联循环；内层加热盘管直径为Φ2. 5m，盘管组总高度为6m，设为两级多管并联盘管循环。导热油加热器Ia 总高度为22m，导热油加热器最高工作温度为320°C，最高工作压力为0. 2MPa (绝对压力)。第一级干燥装置的两台过热蒸汽增压风机2a的工作条件为过热蒸汽排量为 120000m3/hr.，过热蒸汽压力为0. 15MPa (绝对压力)，过热蒸汽温度为110°C。第一级干燥装置两台过热蒸汽再热器的工作条件为最大加热负荷2000KW，过热蒸汽进口温度为110°C，过热蒸汽出口温度为210°C，过热蒸汽流量为35MT/hr.。过热蒸汽再热器\采用两级加热，第一级采用来自余热回收装置的低温导热油加热，导热油供应温度为250°C，回流温度为200°C;第二级采用煤气对再热器补充燃烧进行加热，以使再热器出口的过热蒸汽温度达到210°C。通过过热蒸汽再热器后，低温导热油送至给料斗用于预热褐煤原料。第二级干燥装置的导热油加热器Ib设计条件为采用DnlOO的无缝钢管制作导热油加热盘管组4，采用Dnl50的无缝钢管制作导热油加热器的中心辅助加热管5，导热油加热器Ib的总换热面积为450m2，加热盘管组采用单层盘管结构，加热盘管直径为Φ3. Om，盘管组总高度为16m，设为三级多管并联盘管并联循环。导热油加热器总高度为22m，导热油加热器最高工作温度为320°C，最高工作压力为0. 2MPa(绝对压力)。第二级干燥装置的过热蒸汽增压风机\的工作条件为过热蒸汽排量为 120000m3/hr.，过热蒸汽压力为0. 15MPa (绝对压力)，过热蒸汽温度为140°C。第二级干燥装置过热蒸汽再热器:3b的工作条件为最大加热负荷1500KW，过热蒸汽进口温度为140°C，过热蒸汽出口温度为210°C，过热蒸汽流量为35MT/hr.。过热蒸汽再热器:3b采用两级加热，第一级采用来自余热回收装置的高温导热油加热，导热油供应温度为320°C，回流温度为260°C;第二级采用煤气对再热器补充燃烧进行加热，以使再热器出口的过热蒸汽温度达到210°C。由第二级干燥装置导热油加热器Ib排出的低压过热蒸汽，通过第二级过热蒸汽增压风机^加压后，将首先满足于第二级干燥装置所需的循环干燥介质之用途，剩余的低压过热蒸汽将送至第一级干燥装置的过热蒸汽增压风机2a增压并再热， 作为第一级干燥装置的循环干燥介质使用。低压过热蒸汽干燥装置的操作过程是1.将进口温度为320°C的导热油供入两级干燥装置的导热油加热器1进行循环， 将导热油加热器1预热至其内部空气温度达到250°C ；2.将少量预热至80°C以上的褐煤连续送入第一级干燥装置的两台导热油加热器 Ia,褐煤被加热并产生少量蒸汽，用于置换导热油加热器中的空气；3.当导热油加热器Ia上部蒸汽排出口的蒸汽温度达到120°C时，逐渐增加给煤量，并启动过热蒸汽增压风机2a和过热蒸汽再热器;3a，用于提高导热油加热器内褐煤的蒸发量和干燥速率；4.当低压过热蒸汽循环流量和温度达到最大设定值，且导热油加热器内设置的三个阶段干燥介质温度监测点达到控制值时，逐渐将给煤量增加至正常；5.根据导热油加热器各处的温度变化情况，调节各级加热盘管的导热油流量、低压过热蒸汽循环量及其温度，直到各处温度变化逐步趋于稳定，第一级低压过热蒸汽干燥装置即可投入正常运行；6.将经过第一级干燥装置处理的半干燥褐煤送入第二级干燥装置，此时褐煤的干燥状态处于恒速蒸发阶段后期，其外部水分和部分内部水分已经被蒸发掉了，褐煤的表面温度有所升高，在第二级干燥装置中继续被加热并产生少量蒸汽，用于置换导热油加热器中的空气。7.当导热油加热器Ib上部蒸汽排出口的蒸汽温度达到150°C时，启动过热蒸汽增压风机\和过热蒸汽再热器:3b，用于提高加热器内褐煤的蒸发量和干燥速率。8.重复上述第4步和第5步，使第二级干燥装置投入正常运行。9.将第二级干燥装置的剩余低压过热蒸汽排汽送入第一级干燥装置作为干燥介质，将第一级干燥装置排出的剩余低压过热蒸汽送入褐煤垂直提升加热管14预热褐煤，并进行余热和冷凝水回收。10.检测经两级干燥后褐煤样品的含湿率及处理量，确认两级干燥装置的处理能力，并根据其含湿率和处理量，以及低压过热蒸汽排汽的温度，对第一级和第二级干燥装置的加热负荷进行分配调节，使褐煤干燥系统进入稳定运行状态。11.在第二级低压过热蒸汽干燥装置投入正常运行前，可将导热油加热器Ib下部卸料仓内尚未达到最终干燥度要求的褐煤与待干燥处理的半干燥褐煤混合，再次送入第二级干燥装置处理。实施例3含水率为36%的褐煤，其粒径不大于10mm，可挥发馏分的最低馏出温度为210°C， 要求干燥后物料的含水率5%，单套干燥装置为处理量1000吨/天。被干燥褐煤的特性是含水率超过30%，该干燥过程的除水量较大，对干燥后褐煤的含湿率要求高，且褐煤的化学性质不稳定，对干燥介质的性质和工作温度比较敏感，故需要提高降速蒸发阶段的干燥速率并适当延长该阶段加热蒸发的时间。根据以上条件，采用本发明涉及的低压过热蒸汽干燥技术对褐煤进行干燥处理，使用一套低压过热蒸汽干燥装置的组合(1+1组合)，即采用一台一级干燥装置和一台二级干燥装置的组合，并为该干燥装置组合配置一套相适应的传热系统。干燥装置组合的工艺条件为干燥装置组合处理褐煤的能力为1000吨/天，除湿量为13. 8MT/hr.；两台导热油加热器込和Ib的设计总加热负荷是11000KW，其中第一级导热油加热器Ia的加热负荷是7000KW，第二级导热油加热器Ib的加热负荷是4000KW ；传热介质为LQ-D330导热油，其工作温度是进入导热油加热器1和Ib的供油温度为320°C，导热油加热器Ia和Ib出口回油温度为260°C，设计导热油流量为360M3/hr ；干燥介质为低压过热蒸汽，其在第一级干燥装置的工作温度是过热蒸汽再热器I出口的蒸汽温度为210°C，在导热油加热器Ia出口的排汽温度为120°C，其在第二级干燥装置的工作温度是过热蒸汽再热器\出口的蒸汽温度为210°C，在导热油加热器Ib出口的排汽温度为150°C，低压过热蒸汽的工作压力(绝对压力)是过热蒸汽增压风机2a和\出口压力为0. 15MPa,导热油加热器込和Ib蒸汽出口压力为0. IlMPa ；第一级干燥装置过热蒸汽再热器\的设计加热负荷是 2500KW，设计过热蒸汽循环量为45MT/hr.，第二级干燥装置过热蒸汽再热器\的设计加热负荷是1500KW，设计过热蒸汽循环量为30MT/hr。第一级干燥装置的导热油加热器Ia设计条件为采用DnlOO的无缝钢管制作导热油加热盘管组4，采用Dnl50的无缝钢管制作导热油加热器的中心辅助加热管5，导热油加热器Ia的总换热面积为700m2，加热盘管组采用同心双层盘管结构，外层加热盘管直径为 Φ 3. 0m，盘管组总高度为16m，设为三级多管并联盘管和两级单管盘管并联循环；内层加热盘管直径为Φ2. 5m，盘管组总高度为8m，设为两级多管并联盘管并联循环。导热油加热器总高度为22m，导热油加热器最高工作温度为320°C，最高工作压力为0. 2MPa (绝对压力)。第一级干燥装置的过热蒸汽增压风机2a的工作条件为过热蒸汽排量为 140000m3/hr，过热蒸汽压力为0. 15MPa (绝对压力)，过热蒸汽温度为110°C。第一级干燥装置过热蒸汽再热器;3a的工作条件为最大加热负荷2500KW，过热蒸汽进口温度为110°c，过热蒸汽出口温度为210°C，过热蒸汽流量为45MT/hr。过热蒸汽再热器\采用两级加热，第一级采用来自余热回收装置的低温导热油加热，导热油供应温度为 250°C，回流温度为200°C ；第二级采用煤气对再热器补充燃烧进行加热，以使再热器出口的过热蒸汽温度达到210°C。通过过热蒸汽再热器!Ba后，低温导热油送至给料斗用于预热褐煤原料。第二级干燥装置的导热油加热器Ib设计条件为采用DnlOO的无缝钢管制作导热油加热盘管组4，采用Dnl50的无缝钢管制作导热油加热器的中心辅助加热管5，导热油加热器Ib的总换热面积为400m2，加热盘管组采用单层盘管结构，加热盘管直径为Φ2. 5m，盘管组总高度为16m，设为三级多管并联盘管并联循环。导热油加热器总高度为22m，导热油加热器最高工作温度为320°C，最高工作压力为0. 2MPa(绝对压力)。第二级干燥装置的过热蒸汽增压风机\的工作条件为过热蒸汽排量为 100000m3/hr，过热蒸汽压力为0. 15MPa (绝对压力)，过热蒸汽温度为140°C。第二级干燥装置过热蒸汽再热器:3b的工作条件为最大加热负荷1500KW，过热蒸汽进口温度为140°C，过热蒸汽出口温度为210°C，过热蒸汽流量为30MT/hr.。过热蒸汽再热器:3b采用两级加热，第一级采用来自余热回收装置的高温导热油加热，导热油供应温度为320°C，回流温度为260°C;第二级采用煤气对再热器补充燃烧进行加热，以使再热器出口的过热蒸汽温度达到210°C。由第二级干燥装置导热油加热器Ib排出的低压过热蒸汽，通过第二级过热蒸汽增压风机\加压并再热后，将用于第二级干燥装置所需的循环干燥介质之用途，剩余的低压过热蒸汽将送至第一级干燥装置的过热蒸汽增压风机2a增压并再热， 用于作为第一级干燥装置的循环干燥介质使用。该低压过热蒸汽干燥装置组合的操作过程与实施例二所涉及的操作过程基本相同。
权利要求
1.一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置，该装置采用外部提供的传热介质在装置内部加热和产生低压过热蒸汽，同时利用低压过热蒸汽作为干燥介质实施褐煤干燥；该装置包括 至少一台立式盘管导热油加热器(1)，一台循环过热蒸汽增压风机( 和一台循环过热蒸汽再热器(3)；该装置包括的三台设备之间的连接关系是循环过热蒸汽增压风机( 的蒸汽入口与立式盘管导热油加热器(1)的蒸汽排汽口相连接，循环过热蒸汽再热器(3)的蒸汽入口与循环过热蒸汽增压风机O)的蒸汽出口相连接，立式盘管导热油加热器(1)的循环再热蒸汽入口与循环过热蒸汽再热器(3)的再热蒸汽出口相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，立式盘管导热油加热器(1)利用内置加热盘管组中流动的高温导热油加热褐煤和产生蒸汽，该褐煤干燥过程产生的蒸汽和装置中循环的低压过热蒸汽一起混合形成混合蒸汽，该混合蒸汽在内部循环中被加热并构成用于干燥褐煤的干燥介质；循环过热蒸汽增压风机( 用于对内部循环的低压过热蒸汽增压；循环过热蒸汽再热器C3)用于为内部循环的低压过热蒸汽再加热。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置利用导热油作为干燥装置的传热介质，其工作温度范围是200°C至400°C ；该装置利用经过再热循环的低压过热蒸汽作为干燥装置的部分干燥介质，其工作温度范围是110°C至250°C，工作压力范围是0. 1至 0. 2MPa (绝对压力)。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，立式盘管导热油加热器(1)的内置加热盘管组由钢管弯制成螺旋状的单层盘管组Ga)或同心双层盘管组(4a*4b)制成，导热油加热器(1)还包括在加热盘管组(4)上部安装褐煤进料分配器(6)和蒸汽排汽管组，在加热盘管组(4)下部安装的褐煤卸料器和循环再热蒸汽进汽管组，在加热盘管组内部安装的中心辅助加热管(5)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述加热盘管组(4)是由单级或多级并联的加热盘管组成，每级加热盘管由单管或多管并联盘绕的钢管构成；加热盘管组的外形是圆柱形，或者是椭圆柱形，或者是两端为半圆柱形中间部分为矩形柱的长圆柱组合体形状。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述中心辅助加热管(5)设置在导热油加热器(1)内部的中心部位并且通贯上下，褐煤进料分配器(6)、数层相互倾斜安装的内部配料孔板(7)和蒸汽导流板(8)以所述中心辅助加热管(5)为中心设置；导热油加热器(1) 内可设置一根或两根中心辅助加热管(5)。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，立式盘管导热油加热器(1)上部的蒸汽排汽出口处设置有过热蒸汽出口温度测点(9)，并且在立式盘管导热油加热器(1)内部不同高度位置设置过热蒸汽温度测点(10)。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置对内部干燥介质的温度和褐煤干燥速率的调控，是根据导热油加热器(1)的各点过热蒸汽温度监测数据，通过调节阀控制进入各级加热盘管的导热油流量和导热油加热器(1)内部的低压过热蒸汽循环流量及其再加热温度，进行三级调节实现的。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置可以采用两级或多级装置串联运行对褐煤进行干燥。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置两级串联使用的情况包括1+1组合的形式或者2+1组合的形式；其中1+1组合的形式是两级干燥装置各由一套独立的干燥能力不同的低压过热蒸汽干燥装置组成；2+1组合的形式是第一级干燥装置由两套独立的干燥能力相同的低压过热蒸汽干燥装置并联组成，第二级干燥装置是一套独立的低压过热蒸汽干燥装置。
11.根据权利要求1-10之一所述的装置，其特征在于，所述装置与一个为装置提供和分配热能的传热系统共同实施；所述传热系统由一个液相导热油供热系统，和一个低压过热蒸汽分配及回收系统组成；所述蒸汽分配及回收系统中设置有褐煤垂直提升加热管 (14)和蒸汽冷凝器(15)及抽真空风机(16)。
12.根据权利要求11所述的装置，所述褐煤垂直提升加热管(14)为钢制夹套结构，其内通道为褐煤通道，外通道为蒸汽通道；褐煤垂直提升加热管(14)内通道上部与褐煤给料斗(11)相接，其内通道底部与褐煤送料系统相连，其外通道上部与所述装置的剩余蒸汽排出口相接，外通道底部与一个蒸汽冷凝器(1 和一台抽真空风机(16)相接。
13.一种利用权利要求9-12之一所述的低压过热蒸汽干燥褐煤的装置进行褐煤干燥和蒸汽余热利用的方法，包括如下步骤1)由液相导热油供热系统向低压过热蒸汽干燥褐煤的装置提供高温导热油，作为其主要热源；湿褐煤从第一级导热油加热器(Ia)上部送入，通过内置加热盘管加热并产生 120°C的低压过热蒸汽；2)低压过热蒸汽通过第一级循环过热蒸汽增压风机Oa)增压和循环过热蒸汽再热器 (3a)加热后，作为干燥介质和补充热源，从第一级导热油加热器(Ia)下部送入其内部进行循环；3)循环低压过热蒸汽在导热油加热器(Ia)内由下向上流动，与由上向下运动的褐煤充分接触，加热褐煤并蒸发水分，同时通过传质扩散带走被蒸发的水分；4)循环低压过热蒸汽与新产生蒸汽混合后的低压过热蒸汽在向上流动过程中，由内置导热油加热盘管(4)连续加热，为混合过热蒸汽适时补充热量，使其始终保持适当的过热状态和干燥能力；5)根据低压过热蒸汽排汽温度变化，调节各级加热盘管的导热油流量、循环低压过热蒸汽流量及温度，控制导热油加热器(Ia)的褐煤干燥速率；6)经第一级干燥装置干燥后的褐煤送入第二级干燥装置继续干燥；褐煤被送入第二级导热油加热器(Ib)内加热并产生150°C的低压过热蒸汽时，对第二级干燥装置重复以上 (2)、⑶“4)和(5)步骤，使褐煤得到进一步干燥；7)由第二级导热油加热器(Ib)排出的混合低压过热蒸汽，一部分由第二级循环低压过热蒸汽增压风机Ob)增压并经再热后作为干燥介质再循环，剩余部分送入第一级循环低压过热蒸汽增压风机Oa)增压并经再热后作为第一级干燥装置的循环干燥介质利用；8)第一级干燥装置导热油加热器(Ia)排出的混合低压过热蒸汽，一部分由第一级循环低压过热蒸汽增压风机Oa)增压并经再热后作为第一级装置的干燥介质再循环，剩余部分排出并送入褐煤垂直提升加热管(14)预热褐煤；9)剩余混合低压过热蒸汽经由褐煤垂直提升加热管(14)进行余热回收，其冷凝水和未冷凝蒸汽向下流动至蒸汽冷凝器(1 ； 10)冷凝水及尚未冷凝的蒸汽在蒸汽冷凝器(15) 内被冷却，冷凝水被收集。
全文摘要
本发明涉及一种低压过热蒸汽干燥褐煤的装置和方法，具体为采用干燥装置内部加热方式，在干燥褐煤的过程中加热和产生低压过热蒸汽并始终使其处于适当的过热状态，以其作为干燥装置内部的循环干燥介质，干燥介质在自下而上的流动中与自上而下运动的褐煤直接接触，通过二者之间的对流换热和传质扩散，达到加热和干燥褐煤的目的。本发明的特点是通过在干燥装置内部对干燥介质温度及其传递热量的调节，实现对褐煤干燥过程的自主控制，达到提高低压过热蒸汽干燥褐煤装置干燥能力及其热效率的效果。
文档编号F26B3/00GK102564095SQ20121003225
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者李树田 申请人:李树田