一种igcc多联产的磨煤干燥系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，该系统包括依次相连的空分装置、煤气化系统、合成气净化系统、燃气轮机发电系统和余热锅炉，其改进点在于，所述余热锅炉的高温烟气和所述空分装置的氮气混合后进入一磨煤干燥装置，所述余热锅炉的低温烟气进一步与其高温烟气及空分装置的氮气混合后进入所述磨煤干燥装置。本实用新型利用合成气燃烧发电产生的高温烟气及余热锅炉出口低温烟气，再配合空分装置提供的氮气或者净化装置提供的二氧化碳气体得到磨煤干燥所需要的热的惰性气体，并且还设置磨煤干燥过程中水蒸气的回收装置，该IGCC多联产磨煤干燥技术可以提高热能利用率，节约燃料气，同时还可以实现煤源中水分的回收，节约再利用水资源，提高了经济效益。
【专利说明】一种IGCC多联产的磨煤干燥系统
【技术领域】
[0001]本实用新型有关于煤气化发电领域，特别是关于一种IGCC多联产的磨煤干燥系统。
【背景技术】
[0002]整体煤气化联合循环发电(IntegratedGasificat1n Combined Cycle,简称IGCC)是新型、高效的洁净煤发电技术之一。IGCC发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，称为IGCC及多联产，该IGCC即多联产以气化为龙头可以拓展为供煤气、供原料气、供氢气和生产碳一化工品等，以动力为龙头可以拓展为供电、供热、供冷，以空分为龙头可以提供氧气、氮气、氩气等，并通过能量利用的梯级组合，实现可持续发展和循环经济。具有高效率、清洁、节水、适应燃料广，CO2捕集成本低，易于实现多联供等优点。
[0003]在应用较为广泛的加压气流床粉煤气化技术中，磨煤干燥是整个系统不可或缺的部分，其为下游工序提供合格的煤粉产品。传统的磨煤干燥工艺中，均设置了大型的热风炉，采用燃料气(天然气或者气化炉产生的合成气等)与空气在燃烧炉内进行燃烧，产生热惰性气体进行磨煤干燥，煤源的水分直接在磨煤机中进行去除，当煤源含水量较大时，需要的热量很大，热风炉也需要很大的热负荷才能满足，需要消耗较多的燃料气。一般来讲，对煤粉制备干燥气体的要求是:含氧量小于8% ;温度14(T280°C ;磨煤机出口干燥气体温度约70 V，根据煤质不同，干燥条件会有所不同。
[0004]然而，对于IGCC系统中，燃气轮机排放的高温烟气进入余热锅炉，加热给水，产生过热蒸汽进入蒸汽发电并供热；余热锅炉出口烟气温度约100°c，甚至更高，经烟囱排入大气。同时，对于IGCC系统中，一般会有较多的惰性气体排入大气，如空分装置排放的氮气(包括大量污氮气)，污氮气中氮气体积含量约97%左右，氧气体积含量约2%左右；再如，合成气净化系统排放的二氧化碳气体，体积含量约97%左右，氧气体积含量约2%左右。烟气余热利用率低，有些甚至直接排放浪费，且整个IGCC系统中生产的惰性气体也浪费严重。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是针对现有IGCC多联产技术中余热锅炉排烟的余热及相关装置产生的惰性气体没能得到充分利用的不足，且磨煤干燥过程中产生的水汽没有回收浪费的问题。
[0006]本实用新型所采用的技术手段为:
[0007]—种IGCC多联产的磨煤干燥系统，包括依次相连的空分装置、煤气化系统、合成气净化系统，燃气轮机发电系统和余热锅炉，其改进点在于，所述余热锅炉的高温烟气和所述空分装置的氮气混合后进入一磨煤干燥装置。
[0008]所述余热锅炉的低温烟气进一步与其高温烟气及空分装置的氮气混合后进入所述磨煤干燥装置。
[0009]所述合成气净化系统的二氧化碳与所述空分装置的氮气混合后进入所述磨煤干燥装置。
[0010]此部分的技术方案的有益效果为:本实用新型提供了一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，该系统有效利用了余热锅炉高温烟气和低温烟气的余热，节约了磨煤干燥装置所需的燃料气，并且将空分装置产生的氮气及合成气净化系统产生的二氧化碳气体也引入到磨煤干燥装置，减少了惰性气体的生产成本，将IGCC多联产中的烟气和氮气、二氧化碳惰性气体利用充分，使其尽可能循环使用，减少浪费。
[0011]进入磨煤干燥装置的氮气管路、二氧化碳管路、高温烟气管路和低温烟气管路分别设置气流调节装置。
[0012]进入磨煤干燥装置前的管路上设置一烟气温度测量装置和一烟气分析仪。
[0013]所述氮气管路、二氧化碳管路、高温烟气管路和低温烟气管路同时连接在一气体混合室上，所述气体混合室与所述磨煤干燥装置相连。
[0014]此部分的技术方案有益效果为:通过特定的气流调节装置可以控制相应气体的百分含量以及混合后烟气温度，并且设置一单独的气体混合室用于气体的充分混合，有利于宏观总体控制该混合气体。
[0015]所述磨煤干燥装置与一煤粉加压给料装置相连，所述煤粉加压给料装置与所述煤气化系统相连，所述磨煤干燥装置的煤粉经过煤粉加压给料装置处理后进入煤气化系统。
[0016]此部分的技术方案有益效果为:将整个IGCC多联产磨煤干燥系统完整的连接成一体，整体操控，流程方便。
[0017]还包括与磨煤干燥装置连接的除尘装置，当水蒸气换热冷凝系统运转正常时，开启第一开关调节装置，关闭第二开关调节装置，从所述除尘装置出来的烟气和水蒸气经第一开关调节装置进入所述水蒸气换热冷凝系统进行水蒸气凝结和烟气降温。
[0018]或者，还包括与磨煤干燥装置连接的除尘装置，当水蒸气换热冷凝系统出现故障时，关闭所述第一开关调节装置，打开所述第二开关调节装置，从所述除尘装置出来的烟气和水蒸气经所述第二开关调节装置和烟?直接排放入空气。
[0019]所述除尘装置出口处设置有风机。
[0020]此部分的技术方案的有益效果为:磨煤干燥系统通过水蒸气冷凝换热系统实现了煤源及烟气中水资源的回收及低品位余热回收，当出现换热装置故障、凝结水回收装置故障等情况时直接将带有水蒸气的烟气排入空气从而进行相应设备的维护，方便维修。
[0021]总之，本实用新型提出的这种利用烟气余热的磨煤干燥系统结构简单、实用，该技术可以提高厂内的热能利用率，节约燃料气，惰性气体能实现循环利用，同时还可以实现煤源及烟气中水资源及相应低品位余热的回收，回收的水经过处理后由电厂回用，可实现水资源的节约利用，提高全厂经济效益。此外，将燃气轮机排放的烟气除了供应磨煤干燥外，可利用高温烟气的热能进行蒸汽发电，提高了发电总量。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型一种IGCC多联产的磨煤干燥系统的实施流程图。
[0023]图2是本实用新型一种IGCC多联产的磨煤干燥系统的另一实施流程图。
[0024]图号说明:
[0025]I空分装置
[0026]2气化系统；
[0027]3净化及变换系统
[0028]4燃气轮机发电系统
[0029]5余热锅炉
[0030]6蒸汽轮机发电系统
[0031]7凝结水系统
[0032]8气体混合室
[0033]9磨煤干燥装置
[0034]10煤粉加压给料装置
[0035]11除尘装置
[0036]12 风机
[0037]13换热装置
[0038]14凝结水回收装置
[0039]15烟气温度测量装置
[0040]16烟气分析仪
[0041]17第一气流调节装置
[0042]18第二气流调节装置
[0043]19第三气流调节装置
[0044]20第四气流调节装置
[0045]21第一开关调节装置
[0046]22第二开关调节装置
[0047]23 烟囱。
【具体实施方式】
[0048]实施例1:
[0049]如图1所示是本实用新型一种IGCC多联产的磨煤干燥系统的实施流程图。该IGCC多联产的磨煤干燥系统包括依次相连的空分装置1、煤气化系统2、合成气净化系统3、燃气轮机发电系统4、余热锅炉5，空分装置I的氧气进入煤气化系统2，从煤气化系统2出来的粗合成气进入合成气净化系统3,该合成气净化系统3出来的净合成气进入燃气轮机发电系统4，从燃气轮机发电系统4出来的烟气进入余热锅炉5。
[0050]该余热锅炉5具有高温烟气出口和低温烟气出口，该高温烟气出口和低温烟气出口分别排放具有一定温度范围的高温烟气和低温烟气，余热锅炉的高温烟气是在炉内脱硝装置之后取出，一般温度范围在330°C ?410°C，余热锅炉的低温烟气在余热锅炉尾部取出，一般温度范围在70°C?140°C;该高温烟气出口和低温烟气出口分别通过管路与一气体混合室8相连，使该余热锅炉5出来的高温烟气和低温烟气通入气体混合室8内，在两个相应管路上分别设置第三气流调节装置19和第四气流调节装置20，余热锅炉5的低温烟气出口还与烟囱23相连。
[0051]空分装置I的氮气通过管路与气体混合室8连通，该氮气温度范围为40°C?90°C，在该空分装置I和气体混合室8连通的管路上设有一第一气流调节装置17，该气体混合室8连接一磨煤干燥装置9，该磨煤干燥装置9连接一煤粉加压给料装置10，该煤粉加压给料装置10与煤气化系统2相连，在气体混合室8和磨煤干燥装置9之间的管路上设置烟气温度测量装置15和烟气分析仪16。
[0052]此外，磨煤干燥装置9与一除尘装置11相互连通，从除尘装置11出来的烟气和水蒸气通入一风机12，该风机12和烟? 23相连的管路上设置第二开关调节装置22，可直接将除尘装置11出来的烟气和水蒸气排入大气中。另外，该风机12还连接一换热装置13，使得从除尘装置11出来的烟气和水蒸气在这里进行烟气降温及水蒸气凝结，该换热装置13具有冷却水进水口和冷却水出水口，供冷却水循环输入输出，将烟气和水蒸气的热量由冷却水带走使其烟气降温，水蒸气遇冷凝结成液态水，该换热装置13将该液态水输送至一凝结水回收装置14，该换热装置13还具有烟气出口，该烟气出口同样与烟囱23相连，水蒸气冷凝换热系统是指换热装置13和凝结水回收装置14。在风机12与换热装置13相连的管路上设置第一开关调节装置21。
[0053]余热锅炉5还连接一蒸汽轮机发电系统6，该蒸汽轮机发电系统6连接一凝结水系统7，该凝结水系统7又连接余热锅炉5，形成一循环回路。
[0054]本实用新型一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，主要是解决磨煤干燥中必须使用的热量和惰性气体两部分来源问题。本实用新型中空分装置I制造的氧气和氮气分别通过其相应输出口进入煤气化系统2和气体混合室8，该空分装置I制造的氮气用作磨煤干燥中的惰性气体，一般磨煤干燥所需要的惰性气体温度范围为140°C?280°C，空分装置I中的氧气进入煤气化系统2进行煤加热化学反应从而生成粗合成气，该粗合成气进入合成气净化系统3制得纯净的净合成气，该净合成气通入燃气轮机发电系统4进行燃气发电，这是本实用新型中原煤的主要用途，从燃气轮机发电系统4燃烧产生的高温烟气进入余热锅炉5中的入口，进入该余热锅炉5的高温烟气温度范围为520°C?620°C。
[0055]在余热锅炉5中的高温烟气经过余热锅炉内的脱硝装置后经高温烟气出口通过管路上的第三气流调节装置19进入气体混合室8，在余热锅炉5的低温烟气出口引出低温烟气，该低温烟气通过管路上的第四气流调节装置20进入气体混合室8，余热锅炉5中的低温烟气除了通过第四气流调节装置20的控制进入气体混合室8外，剩下的低温烟气则经烟囱23排入大气。在气体混合室8中高、低温烟气和空分装置I产生的氮气进行混合，这样就得到了磨煤所需要的热的惰性气体，第一气流调节装置17、第三气流调节装置19和第四气流调节装置20可以调节相应的气体流速，控制气体混合室8中各成分的组成含量。
[0056]因为一般的磨煤干燥需要一定范围的温度和氧气、惰性气体含量，首先计算出磨煤干燥自身需要的混合后烟气温度T和烟气流量m，这是根据煤质特性和干燥要求计算出来的，为已知参数；再计算出需要调节的惰性气体的流量m3，最后根据热量守恒和质量守恒即可确定低温烟气流量Hi1和高温烟气流量m2。
[0057]热量守恒:低温烟气吸热+惰性气体吸热=高温烟气放热
[0058]In1^p (T-T1) + Hi3Cp(T-T3)= Hi2Cp(T2-T)
[0059]质量守恒:1?+ m2+ m3 =m
[0060]T1为低温烟气温度(已知)；T2为高温烟气温度(已知)；Τ3为惰性气体温度(已知)吨为低温烟气流量；m2为高温烟气流量；m3为惰性气体流量；各气体物流的比热Cp是已知的。得出流量后，通过管路上的阀门即可实现流量调节。
[0061]这三个调节装置，即第一气流调节装置17、第三气流调节装置19和第四气流调节装置20正好灵活的控制了热惰性气体的温度和组分比，然后将该热的惰性气体通入磨煤干燥装置9进行磨煤干燥，在气体混合室8和磨煤干燥装置9之间的管路上设置了烟气温度测量装置15和烟气分析仪16，可以灵活分析出进入磨煤干燥装置9的热惰性气体中烟气的温度、含氧量等数据，这样根据数据设定第一气流调节装置17、第三气流调节装置19、第四气流调节装置20的气体流速等，共同联动保证进入磨煤干燥装置9内的热惰性气体的温度、组份含量是在合适范围，磨煤产生的煤粉进入煤粉加压给料装置10，该煤粉加压给料装置10能将精确计算量的煤粉通入煤气化系统2中，保证煤粉的正常化学反应产生合成气。
[0062]在余热锅炉5的高温烟气还可用来加热液态水，从而产生水蒸气，该水蒸气进入蒸汽轮机发电系统6进行发电，该蒸汽轮机发电系统6排出的蒸汽进入凝结水系统7，水蒸气在此进行冷凝，成为凝结水，然后该凝结水继续通入余热锅炉5中周而复始进行循环发电，有效的利用了余热锅炉5的烟气，增加了总发电量。
[0063]原煤在磨煤干燥装置9中进行磨粉干燥，从该磨煤干燥装置9出来的烟气温度范围为60°C?90°C,磨煤干燥装置9中的烟气进入除尘装置11,从该除尘装置11分离下来的煤粉再次进入磨煤干燥装置9，除尘装置11出口的烟气和水蒸气进入风机12，该风机12用以给烟气增压及控制气流速度，该风机12出口的带有水蒸气的烟气分为两路:一路烟气经第一开关流调节装置21进入换热装置13，该换热装置13具有冷却水，该冷却水通过冷却水进水口和冷却水出水口在该换热装置13内冷却烟气，冷却水将烟气温度降低，将烟气中的水蒸气充分冷凝下来，凝结水进入凝结水回收装置14，换热装置13烟气出口处降温后的烟气经过烟? 23排入大气。另一路烟气可直接通过管路进入烟? 23，在该处管路上设置第二开关调节装置22，通过第二开关调节装置22的控制使得该部分烟气通过烟? 23排入大气。
[0064]当换热装置13需要检修，或者凝结水回收装置14故障，或者其他情况，第一开关调节装置21关闭，第二开关调节装置22打开，从磨煤干燥装置出来的带水蒸气的烟气直接经管路进入烟? 23排入大气。该第一开关调节装置21和第二开关调节装置22的开闭可以实现控制从风机12输出的烟气的路径，该烟气可单独经由换热装置排入大气，或者该烟气可不加以利用直接排入大气。
[0065]从磨煤干燥装置9出来的煤粉进入煤粉加压给料装置10，经过精确计算煤粉给料量将该煤粉放入煤气化系统2中，配合空分装置I的氧气供应制造粗合成气，该粗合成气经合成气净化系统3制的净合成气，净合成气可以有多种用途，本实用新型中该净合成气大部分送往燃气轮机发电系统4发电，另一部分则用于后续的制气装置。
[0066]这样整个磨煤干燥实现了循环工作，原煤需要进行磨煤干燥，磨煤干燥后的煤粉制成纯净合成气用于燃气轮机发电，发电产生的高温烟气通入余热锅炉中，该高温烟气一部分进行蒸汽发电，另一部分的高温烟气和相应的低温烟气及煤气化过程中空分装置提供的氮气混合得到磨煤干燥所需要的一定温度范围内及组分配比的热的惰性气体，再利用磨煤干燥过程中的产生的水蒸气进行冷却脱水回收原煤中的水分，这样就克服了对余热锅炉中排烟余热和相应装置产生的惰性气体没有得到充分应用的不足，对余热锅炉排烟的热能回收和原煤中的水回收，提高了厂内的热能利用率，节约原料气，同时节水，整体提高全电厂的经济效益。
[0067]实施例2:
[0068]如图2所示是本实用新型一种IGCC多联产的磨煤干燥系统的另一实施流程图。与实施例1相比，合成气净化系统3的二氧化碳与空分装置I的氮气汇合后一起通入气体混合室8内，该二氧化碳气体的温度范围为30°C?50°C，且在合成气净化系统3和气体混合室8相连的管路上设置一第二气流调节装置18，该合成气净化系统3提供纯净的二氧化碳气体，该二氧化碳气体也是用做磨煤干燥过程中的惰性气体，该惰性气体同样与余热锅炉5提供的高温烟气及低温烟气在气体混合室8混合后一起通入磨煤干燥装置9中，相应的，该第二气流调节装置18同样用于气体流速的调节，控制二氧化碳气体在总的混合气体组分含量，从而实现较好的磨煤干燥，这样更进一步提高了 IGCC多联产相应装置中的惰性气体利用效率，防止浪费。
【权利要求】
1.一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，包括依次相连的空分装置(I)、煤气化系统(2)、合成气净化系统(3)，燃气轮机发电系统(4)和余热锅炉(5)，其特征在于，所述余热锅炉(5)的高温烟气和所述空分装置(I)的氮气混合后进入一磨煤干燥装置(9)。
2.如权利要求1所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，所述余热锅炉(5)的低温烟气进一步与其高温烟气及空分装置(I)的氮气混合后进入所述磨煤干燥装置(9)。
3.如权利要求2所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，所述合成气净化系统(3)的二氧化碳与所述空分装置(I)的氮气混合后进入所述磨煤干燥装置(9)。
4.如权利要求3所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，进入磨煤干燥装置(9)的氮气管路、二氧化碳管路、高温烟气管路和低温烟气管路分别设置气流调节装置。
5.如权利要求4所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，进入磨煤干燥装置(9)前的管路上设置一烟气温度测量装置(15)和一烟气分析仪(16)。
6.如权利要求5所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，所述氮气管路、二氧化碳管路、高温烟气管路和低温烟气管路同时连接在一气体混合室(8)上，所述气体混合室(8 )与所述磨煤干燥装置(9 )相连。
7.如权利要求6所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，所述磨煤干燥装置(9)与一煤粉加压给料装置(10)相连，所述煤粉加压给料装置(10)与所述煤气化系统(2)相连，所述磨煤干燥装置(9)的煤粉经过煤粉加压给料装置(10)处理后进入煤气化系统⑵。
8.如权利要求7所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，还包括与磨煤干燥装置(9)连接的除尘装置(11)，当水蒸气换热冷凝系统运转正常时，开启第一开关调节装置(21)，关闭第二开关调节装置(22)，从所述除尘装置(11)出来的烟气和水蒸气经第一开关调节装置(21)进入所述水蒸气换热冷凝系统进行水蒸气凝结和烟气降温。
9.如权利要求7所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，还包括与磨煤干燥装置(9)连接的除尘装置(11)，当水蒸气换热冷凝系统出现故障时，关闭第一开关调节装置(21)，打开第二开关调节装置(22)，从所述除尘装置(11)出来的烟气和水蒸气经所述第二开关调节装置(22)和烟囱(23)直接排放入空气。
10.如权利要求8或9所述的一种IGCC多联产的磨煤干燥系统，其特征在于，所述除尘装置(11)出口处设置有风机(12)。
【文档编号】C10J3/72GK204125430SQ201420554852
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】牛苗任, 孙永斌, 王运丹, 夏梅兴, 颜海宏, 孙凯华, 王枫, 聂会建 申请人:中国电力工程顾问集团华北电力设计院工程有限公司, 上海电力股份有限公司, 上海漕泾联合能源有限公司