本发明涉及一种基于喷动式内循环床的低阶煤干燥提质设备，属于工业低阶煤提质。
背景技术：
1、煤炭是我国工业生产的主要能源，在未来的几十年内依然会长期占据主导地位。其中，低阶煤占我国煤炭储量的40%以上，但由于其含水量高（30%附近），热值相对低，影响整体效率，同时，提高了磨煤、送煤、燃烧器等设备维护要求，使经济价值远远低于高阶煤。目前，随着能源的日益紧张，低阶煤以低成本、低灰、低硫、高挥发分的优势越来越受到重视，低阶煤干燥技术不断发展。低中温（500-800℃）热解技术使原煤轻度气化产生半焦、焦油、煤气等，无蒸发干燥技术通过高温高压（例如10000kpa，540℃）使水分与煤炭分离生产水煤浆，二者都改变原料物性，需要额外热源提供能量，且高温下析出的挥发份需要处理。热油干燥技术依靠热油循环利用提高产品的热值和稳定性，其经济性取决于热油的回收率。蒸发干燥技术主要依靠工厂余热、废热直接蒸发原煤的水分，温度一般在煤的着火点以下，其产品主要是低水、较高发热量的提质煤炭。产品的水分取决于进料的粒度和在干燥器中的停留时间，但由于干燥后的原煤在空气中会再次吸水，不适合长途运输。与此同时，火电厂运行过程中存在相当份额的余热和废热，其主要来源包括：热烟气、热冷凝水、透平抽气等。以亚临界锅炉为例，冷凝水温度约为70℃，其尾部烟道出口的烟气温度为400℃左右，空气预热器出口为140℃左右，脱硫塔后的排烟温度为50℃左右。因此，从不同位置取烟气的温度范围为50℃~400℃附近。在工业应用中，虽然引入了余、废热的换热装置，但在利用方面主要以预热锅炉给水、给气为主，并没有实现热量的分级利用。
2、本发明针对上述问题，提出了一种基于喷动式内循环床的低阶煤干燥提质设备，将低阶煤干燥提质与电厂的余废热梯级利用相结合，促进低阶煤的高效利用的同时，满足电厂运行的节能需求。
技术实现思路
1、本发明针对低阶煤燃烧利用过程中的含水量高、燃烧效率低的问题，提出了一种基于喷动式内循环床的低阶煤干燥提质设备，利用燃煤电厂中的余（废）热对进入锅炉前的低阶煤进行干燥脱水，从而促进后续低阶煤燃烧过程中的快速升温着火及提高燃烧效率。
2、本发明所述的一种基于喷动式内循环床的低阶煤干燥提质设备，包括导流体（1），喷气口（2），内分流板（3），外分流板（4），螺旋输送器（5），过滤挡板（6），梯级气路（7），阀门（8），分隔板（9），传送带（10），提质煤出口（11），出口挡板（12），旋风筒（13），气流出口（14），壳体（15），低阶煤入口（16），底部缩口（17），喷动式干燥器（18），收集系统（19）及梯级喷动系统（20）。
3、本发明所述的一种基于喷动式内循环床的低阶煤干燥提质设备，由喷动式干燥器（18），收集系统（19）和梯级喷动系统（20）三部分组成。
4、所述喷动式干燥器（18）由导流体（1），喷气口（2），内分流板（3），外分流板（4），螺旋输送器（5），过滤挡板（6），分隔板（9），提质煤出口（11），气流出口（14），壳体（15），低阶煤入口（16），出口挡板（12）及底部缩口（17）组成。
5、所述壳体（15）为扁平的长方体空腔结构，所述壳体（15）的底部从由左端至右端逐渐向下倾斜；所述壳体（15）的底部倾斜角度在30°~ 40°之间（与水平方向的夹角）；所述壳体（15）的底部同时与底部缩口（17）连接并连通，所述底部缩口（17）为由上至下截面积逐渐减小的缩口状结构。
6、所述喷气口（2）为具有细长矩形截面的气流通道，其一端穿过底部缩口（17）的最小截面端，伸入至底部缩口（17）的内部，喷气口（2）的伸入长度比底部缩口（17）的底部高出一定的长度，有利于喷动高速气流的稳定；所述喷气口（2）的另一端位于底部缩口（17）的外部；位于底部缩口（17）外部的喷气口（2）端为梯级高温烟气的入口；在所述底部缩口（17）内部，由左端至右端，布置有4个分隔板（9），从而形成了5个气流通道，分别对应于不同的梯级气路（7）；通过4个分隔板（9）的设置，可以实现根据高温气流的温度和流速不同，对不同气流间进行分隔，以防止相邻气流间的互相干扰。
7、所述过滤挡板（6）沿高度方向设置于喷气口（2）的中部，用于防止大煤粉颗粒由喷气口（2）的下部排出；所述过滤挡板（6）用于防止无法实现喷动的大煤粉颗粒掉入至喷气口（2）内，被过滤下来的颗粒将进一步滚落进入提质煤出口（11），并由螺旋输送器（5）排出；所述过滤挡板（6）为密网状，在保证过滤效果的情况下网格大小尽可能大，以降低压降损失。
8、所述低阶煤入口（16）垂直设置于壳体（15）的左上端水平壁面处，并与壳体（15）连接并连通；所述气流出口（14）垂直设置于壳体（15）的右侧竖直壁面处，并与壳体（15）连接并连通。
9、所述提质煤出口（11）为具有矩形截面的通道，与所述底部缩口（17）相邻，共同设置于所述壳体（15）的底部；在所述底部缩口（17）与提质煤出口（11）的相接处上方，竖直设置有出口挡板（12）；所述出口挡板（12）用于稳定下部的颗粒层及气流流动。
10、所述螺旋输送器（5）设置于提质煤出口（11）的下部出口处，用于将进入提质煤出口（11）处的煤粉颗粒输出至传送带（10）上。
11、所述导流体（1）为具有狭长矩形截面的筒体结构，所述导流体（1）设置于壳体（15）的中部，喷气口（2）的正上方；在导流体（1）的内部，设置有数个所述内分流板（3），数个所述内分流板（3）能够将喷动气流分成多股高速气流，减小气流间的相互干扰，实现由下方喷射具有不同流速气流的梯级流动。
12、所述外分流板（4）为平板状结构，数量为8个，对称布置于导流体（1）的前后两侧，也就是在导流体（1）的前侧和后侧，分别布置有4个外分流板（4），且4个外分流板（4）为由左至右，其高度逐渐降低；所述外分流板（4）的设置一方面起到固定导流体（1）相对位置的作用，另一方面其高度逐渐降低，可以将位于导流体（1）外侧与壳体（15）内侧间区域形成的煤粉颗粒堆积层分成不同的高度，促进底部颗粒逐级由左端至右端向下流动。
13、在所述壳体（15）内、导流体（1）内、内分流板（3）内，均布置有盘管，并在盘管内流通有热冷凝水，目的是为了促进煤粉颗粒的换热升温。
14、所述收集系统（19）由传送带（10）和旋风筒（13）组成；所述旋风筒（13）的入口处与气流出口（14）连接并连通；所述旋风筒（13）的下端出口处通过管路连接至传送带（10）的上方；所述旋风筒（13）用于将由气流出口（14）被气流携带出的小煤粉颗粒进行分离，而后将分离出的小煤粉颗粒送到传送带（10）的上方；所述螺旋输送器通过电机带动旋转，将螺旋结构内经过干燥提质后的煤粉颗粒推出干燥器。
15、所述梯级喷动系统（20）由梯级气路（7）和阀门（8）组成；所述梯级气路（7）为5根，其内部分别通有温度逐渐升高的高温烟气气流（由100℃升高至400℃），这5根管路分别与在喷气口（2）内部形成的气流通道连接并连通；并且，从左端到右端，由5根管路喷出的气体流速逐渐增大，对应流速由50m/s增大至100m/s；在所述梯级气路（7）的每根管路上，分别设置有阀门（8）用于对各根管路上的气流流量进行调节。
16、本发明的具体工作过程及原理如下：
17、首先，由低阶煤入口（16）进入到壳体（15）内部的低阶煤煤粉，在由下方喷入的高速热烟气流的作用下，会形成稳定的喷动流动状态，煤粉在喷气口（2）底部被高速气流卷吸携带，形成煤粉颗粒喷泉，并在向上运动过程中与气流发生强烈的换热，最后随颗粒喷泉落回至在导流体（1）外侧与壳体（15）内侧间形成的竖直环隙区域底部，而后受喷气口（2）底部喷出高速气流的再次喷动作用，使煤粉颗粒在喷动式干燥器（18）内进行循环往复的多次喷动。同时，煤粉颗粒与气流也存在从入口端到出口端（即从图中的左端至右端）的运动趋势。由低阶煤入口（16）到提质煤出口（11）和气流出口（14）的宏观运动主要由三种方式实现：前高后低的底部缩口（17）能够使煤粉颗粒层受重力作用逐渐向提质煤出口（11）处滑移；送煤气流在壳体（15）顶部对煤粉颗粒的曳力作用将使中小尺寸颗粒易随流向气流出口（14）运动；从入口端到出口端（即从图中的左端至右端）不断提高的高温气流速度会使入口端的压力大于出口端的压力，进一步产生使煤粉颗粒向右侧出口端运动的驱动力。在以上所述的煤粉颗粒运动过程中，低阶煤颗粒与高温气流进行直接接触换热，与此同时，与位于壳体（15）、导流体（1）及内分流板（3）内部流动的热冷凝水进行间接换热，以加热低阶煤煤粉颗粒，强化对低阶煤粉的干燥提质效果。
18、本发明的具体干燥机制为：
19、1）喷气口（2）内的高温烟气流速非常高，容易将煤粉颗粒高速携带并产生较强的热交换效果。
20、2）导流体（1）及其附属结构内设置有热冷凝水，煤粉颗粒在上、下喷动及向右侧出口端运动过程中与之接触发生换热，整个过程虽然换热较弱但换热时间长。
21、以上干燥机制1）和2）为煤粉颗粒的主要干燥途径，实现了颗粒喷动全过程的换热干燥。
22、3）煤粉颗粒在喷动式干燥器（18）内进行多次循环往复运动，使煤粉颗粒在高温环境下的平均停留时间较长，进行充分的换热和干燥。该干燥机制为利用喷动床的特点，使设备整体运行稳定，并延长了颗粒的停留时间。
23、4）从左侧入口端到右侧出口端，由于高温烟气的流速逐渐增加，可以利用速度差引起的压降及流场变化，使喷动式干燥器（18）上部产生由右侧至左侧的回旋流场，进一步促进煤粉颗粒与高温烟气的均匀混合及延长煤粉颗粒在高温环境下的平均停留时间，强化换热及干燥效果。
24、5）从左侧入口端到右侧出口端，通入由燃煤机组不同位置引出的高温烟气，实现由左侧入口端到右侧出口端的高温气流温度逐渐升高，这样可以使沿着煤粉颗粒的整体运动轨迹，温度逐渐升高的颗粒被更高温度的高温气流携带加热，从而对烟气的温度差别进行有效的梯级利用，实现更高的颗粒温度及更好的干燥效果。
25、本专利的有益效果为：
26、（1）本发明无需额外热源提供能量，而是采用燃煤电厂中多种的余热和废热，对具有不同温度的热烟气及热冷凝水进行梯级利用，以实现对低阶煤的干燥提质，从而提高低阶煤品质，降低电厂运行能耗并提高电厂效率。
27、（2）本发明同时结合高温烟气进行直接换热、热冷凝水进行间接换热、导流体形成稳定喷动床、喷动气流速度差形成回旋流场、高温烟气温度差进行梯级加热，实现更强的换热效果及更长的颗粒停留时间，从而达到更好的干燥效果。
28、（3）本发明采用的煤粉颗粒喷动干燥方式，可以使颗粒在其内部随气流形成连续、稳定的循环运动，具有气固接触好、操作压降低、传热效率高、结构简单、易于加工推广等优点。