一种环保型褐煤提质系统及方法与流程

1.本发明属于褐煤提质技术领域，具体涉及一种环保型褐煤提质系统及方法。


背景技术：

2.褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤，褐煤化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和运输，燃烧时对空气污染严重。褐煤还具有水分大（15-60%），挥发分高（》40%），含游离腐植酸，燃点低等特点。很多褐煤因为含水量非常高（40-60%），所以收到基低位发热值很低，大都在3000大卡以下，有很多甚至低于2000大卡，造成这部分褐煤经济价值很低，也无法实现长途运输，因此褐煤的市场也受到局限。为了提高褐煤的利用价值，国内目前也有很多褐煤的提质工艺路线及设备，简单除水的有转筒干燥技术、带式干燥技术、高温流化床干燥技术等；还有其它热解等技术制造半焦及其它化工产品的技术。这些技术方案中有很多已经成熟应用，产生了比较好的经济效益及社会效益；但是也存在着很多缺点，烘干的能源全部用煤，产生了大量的碳排放，另外还有大量的二氧化硫、氮氧化物等的排放，环境污染大；一般项目由于技术比较复杂，导致投资巨大，加之有些技术还不成熟，生产不正常导致未能产生较好的经济效益；若采用较为简单的转筒干燥技术，因褐煤的高挥发分性特点，易导致煤粉爆燃事故，不能保障安全生产。


技术实现要素：

3.为了克服背景技术中烘干的能源全部用煤，产生了大量的碳排放，另外还有大量的二氧化硫、氮氧化物等的排放，环境污染大；由于技术比较复杂，导致投资巨大，加之有些技术还不成熟，生产不正常导致未能产生较好的经济效益；若采用较为简单的转筒干燥技术，因褐煤的高挥发分性特点，易导致煤粉爆燃事故，不能保障安全生产的问题，本发明提供一种环保型褐煤提质系统及方法；具有工艺简单、装置运行稳定、安全可靠、产量大的特点；除了上述特点外还有两个最突出的优点：第一在生产过程中特别节能环保，投产前期虽然需要补热锅炉，但与传统工艺相比预计可减少碳排放90%以上，生产稳定顺行之后可实现零碳排放；干燥的废气除了水汽排放，不会排放二氧化硫、氮氧化物等有害有毒气体。第二是可以极大的提升成品煤的品质，甚至达到烟煤的指标，在部分领域可以替换烟煤使用，为用户极大的降低成本，创造可观的经济效益。
4.为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种环保型褐煤提质系统主要包括加热提质装置1、太阳能集热装置2、回油罐21、热油罐22、补热锅炉23、冷油罐24、破碎机31、筛分机32、混合搅拌器33、对辊压球机34，所述的破碎机31、筛分机32和加热提质装置1的进料口111依次对接，筛分机32、混合搅拌器33、对辊压球机34和加热提质装置1的进料口111依次对接，所述的加热提质装置1、回油罐21、太阳能集热装置2、热油罐22首尾通过油管路依次连接形成循环管路，回油罐21和热油罐22间连接有补热锅炉23，加热提质装置1出油管路和进油管路间连接有冷油罐24；所述的加热提质装置1包括料仓11、油管12、锥型风口13、引风机14，所述的料仓11顶部设有进料口111，底部设有可开启的出料底板112，
油管12均匀横向分层安装在料仓11的两个相对的侧壁上，各油管12通过进油主管121和出油主管122连通，进油主管121与太阳能集热装置2连通，出油主管122与回油罐21连通；料仓11另外两个相对的侧壁上均匀设有通风孔123，并密封罩设有锥型风口13，出风一侧的锥型风口13的出风口上安装有引风机14。
5.所述的料仓11两侧的锥型风口13均匀布置有多个；所述的锥型风口13上的引风机14出风口与引风主管17连通，引风主管17与洗气塔连接。
6.所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁上还均匀安装有水管15，所述的油管12和水管15相间分布，各水管15通过进水主管151和出水主管152连通，进水主管151和出水主管152间依次连接有热水罐41、太阳能加热装置42、回水罐43形成循环加热结构，热水罐41和回水罐43间连接有加热锅炉44，进水主管151和出水主管152间连接有冷水罐45。
7.所述的料仓11上设有通风孔123的两个侧壁上纵向设有导向槽5，导向槽5上可滑动安装有挡风板51，挡风板51紧贴料仓11的侧壁，料仓11上安装有升降电机52，挡风板51上嵌装有齿条，升降电机52通过齿轮与齿条啮合传动连接。
8.所述的出料底板112一侧铰接在料仓11上，出料底板112底部通过液压油缸113驱动连接，液压油缸113的两端分别铰接在出料底板112底部和料仓11上；所述的料仓11的底部设有便于与出料输送带对接的落料斗16。
9.所述的料仓11的进料口111上设有可开启的盖板114，盖板114通过转轴安装在进料口111上，料仓11上安装有驱动电机115，驱动电机115与转轴通过齿轮传动连接。
10.所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁、料仓11顶部、出料底板112、锥型风口13、引风机14以及引风主管17上设有保温层；所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁、料仓11顶部、出料底板112、锥型风口13以及引风主管17为复合型结构，包括内壁和外壁，内壁和外壁间填充保温材料。
11.为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种环保型褐煤提质方法主要包括如下步骤：（1）原料褐煤先进入破碎机31进行破碎，然后进筛分机32进行筛分、粒度在10-50mm间的褐煤颗粒输送至加热提质装置1内；粒度较大的返回至破碎机31再破碎；粒度较小的先输送至混合搅拌器33，然后根据煤粉的情况加入一定比率的煤炭粘结剂及水进行混合拌匀，再输送至对辊压球机34压制成粒度30mm左右的椭圆形煤球，然后输送至加热提质装置1内，在褐煤颗粒装填完后关闭进料口111；（2）加热提质装置1内通过均匀分布的循环水管15从30度逐步提升至95度对褐煤颗粒间接均匀加热，同时，料仓两侧通过通风孔123和引风机14进行排湿，空气可由料仓11一侧的通风孔123进入料仓11，经过煤层间隙，再由另一侧通风孔123排出，废气经过除尘器、洗气塔后排出；经过5-6小时的除水，去除了大部分的外水（80%以上外水）；（3）通过均匀分布的循环油管（12）对褐煤颗粒间接均匀加热；加热提质装置（1）从100度逐步提升至200度对粒度为10-50mm间的褐煤颗粒椭圆形煤球颗粒加热处理去除内水，达到内水含水率降到2%以下，外水降至5%以下的目的；（4）根据温度传感器、湿度传感器及探测一氧化碳的传感器反馈，在不形成冷凝水的前提下尽量提高温度，传感器与自动（手动）总调节操作台控制连接；（5）在达到预定指标后停止导热油的循环，进风口开度调到最大，加大引风机风
量，使褐煤层快速降度到常温；在煤层达到常温后关闭进风口，打开下部出料口，褐煤成品经过输送机输送至成品料仓等待销售发运。
12.所述的循环油管和水管对褐煤颗粒加热方式为：初始速度温度较低，然后启动循环水泵，热水高温储罐与冷水储罐按一定比率混合达到设定的温度进行循环，循环水温度由温度传感器传回控制器；循环水经过均匀分布在加热提质装置料仓11内的循环水管路，使煤层的各部分均匀受热，从而使褐煤及褐煤颗粒间的空气温度升高，使褐煤颗粒间空气的单位体积空气含水量上升，褐煤空隙间含水气废气在不形成冷凝水的前提下，尽可能的提高循环水温、循环水量；经过5-6小时的除水，去除了大部分的外水，这时启动循环导热油泵，经过高温导热油与常温导热油混合的循环导热油温度控制提高到100度以上，同时关闭循环热水并排空加热提质装置1内管路热水，并相应调节缩小进风口开度及减少引风机的风量，使加热提质装置1内褐煤煤层温度逐步上升，这个过程中随着温度的上升在继续去除外水的同时，一部分内水也开始被去除，再经过1-2个小时的逐步升温使煤层温度达到180度至200度，并维持该温度4-6小时。经过10—14个小时的干燥可使褐煤达到全水份降低到5%以下，内水降低至2%以下，收到基低位发热值达到5500大卡以上，大部分指标达到烟煤的指标。
13.所述的输送至加热提质装置1内的褐煤粒度在10-50mm间。
14.本发明的有益效果：本发明具有工艺简单、装置运行稳定、安全可靠、产量大的特点：利用太阳能集热器产生热水、导热油进行褐煤干燥，与使用传统燃煤干燥相比除前期试生产阶段有少量碳排放，后期经过工艺优化及生产数据的积累可实现零碳排放；可以在常压下通过生产过程工艺控制实现褐煤内水的排出，可以极大的提升成品煤的品质，甚至大部分指标达到烟煤的指标，在部分领域可以替换烟煤使用，为用户极大的降低成本，创造可观的经济效益；不存在粉尘爆燃的安全隐患；与大型高温流化床、热解生产半焦等工艺相比，总投资较少、设备运行可靠、排放非常小等优势。
15.通过将尺寸符合要求的原煤块装入料仓内，向料仓内均匀布置的油（水）管路中通入热油（水），通过热油（水）对原煤进行间接加热，以达到除水的目的；通过循环油（水）管实现热油（水）循环利用，未被利用的热能能够被回收再利用，减少热油中热能损失，提高热能利用率，降低能源消耗，节约资源。
附图说明
16.图1是本发明立体示意图。
17.图2是本发明加热提质装置立体示意图。
18.图3是本发明加热提质装置立体剖视示意图。
19.图4是本发明加热提质装置剖视示意图。
20.图5是本发明加热提质装置无部分锥型风口和引风机立体示意图。
21.图6是图1中a处局部放大示意图。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本发明
的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
23.本发明公开了一种环保型褐煤提质系统及方法，所述的一种环保型褐煤提质系统主要包括加热提质装置1、太阳能集热装置2、回油罐21、热油罐22、补热锅炉23、冷油罐24、破碎机31、筛分机32、混合搅拌器33、对辊压球机34，所述的破碎机31、筛分机32和加热提质装置1的进料口111依次对接，筛分机32、混合搅拌器33、对辊压球机34和加热提质装置1的进料口111依次对接，所述的加热提质装置1、回油罐21、太阳能集热装置2、热油罐22首尾通过油管路依次连接形成循环管路，回油罐21和热油罐22间连接有补热锅炉23，加热提质装置1出油管路和进油管路间连接有冷油罐24；所述的加热提质装置1包括料仓11、油管12、锥型风口13、引风机14，所述的料仓11顶部设有进料口111，底部设有可开启的出料底板112，油管12均匀横向分层安装在料仓11的两个相对的侧壁上，各油管12通过进油主管121和出油主管122连通，进油主管121与太阳能集热装置2连通，出油主管122与回油罐21连通；料仓11另外两个相对的侧壁上均匀设有通风孔123，并密封罩设有锥型风口13，出风一侧的锥型风口13的出风口上安装有引风机14；在太阳能充足的情况下，只通过太阳能集热装置2对导热油进行加热，当太阳能不足的情况下，通过补热锅炉23辅助太阳能集热装置2对导热油进行加热，以满足褐煤提质需求，通过油作为传热介质，以满足褐煤提质所需的温度；出料底板112处于关闭状态，通过上料输送机将颗粒度达到要求的原煤输送至料仓11内，完成装料后通过加压泵向各油管12通内通入热油对褐煤进行间接加热，以除去其中的水分；同时，通过引风机14抽吸空气，空气由进风一侧的锥型风口13进入，通过褐煤间隙，带出水分，从出风一侧的锥型风口13排出；褐煤提质完成后，开启出料底板112，使物料依次下落排出；通过将尺寸符合要求的原煤块装入料仓内，向料仓内均匀布置的油管路中通入热油，通过热油对原煤进行间接加热，以达到除水的目的；通过循环油管实现热油循环利用，未被利用的热能能够被回收再利用，提高热能利用率，降低能源消耗，节约资源。
24.所述的料仓11两侧的锥型风口13均匀布置有多个，保证引风的均匀性，保证气流均匀通过，提高褐煤提质效果；所述的锥型风口13上的引风机14出风口与引风主管17连通，引风主管17与洗气塔连接；减小有害气体的排放，减小环境污染，保护环境。
25.所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁上还均匀安装有水管15，所述的油管12和水管15相间分布，各水管15通过进水主管151和出水主管152连通，进水主管151和出水主管152间依次连接有热水罐41、太阳能加热装置42、回水罐43形成循环加热结构，热水罐41和回水罐43间连接有加热锅炉44，进水主管151和出水主管152间连接有冷水罐45；褐煤提质过程中，去除外水所需温度相对较低，通过热水循环系统即可除去外水，造价便宜，但是温度低不能去除内水；导热油循环系统加热温度相对较高，通过导热油循环系统去除内水，导热油循环系统造价高，但是可以达到去除内水的要求；热水循环系统和导热油循环系统配合使用既满足性能要求又有经济性。
26.所述的料仓11上设有通风孔123的两个侧壁上纵向设有导向槽5，导向槽5上可滑动安装有挡风板51，挡风板51紧贴料仓11的侧壁，料仓11上安装有升降电机52，挡风板51上嵌装有齿条，升降电机52通过齿轮与齿条啮合传动连接；在褐煤提质过程中，会出现煤碳下沉现象，为避免煤碳下沉导致上层通风孔123外露，形成大量空气从外露的通风孔123直接排除导致顶层煤碳提质效果差的问题，在提质工作中，通过升降电机52驱动挡风板51随着褐煤的下沉向下缩放，以关闭外露的通风孔123，保证空气经过褐煤再排出，保证褐煤提质
效果。
27.所述的出料底板112一侧铰接在料仓11上，出料底板112底部通过液压油缸113驱动连接，液压油缸113的两端分别铰接在出料底板112底部和料仓11上，通过液压油缸113驱动出料底板112实现关闭或开启，结构简单，运行可靠；所述的料仓11的底部设有便于与出料输送带对接的落料斗16。
28.所述的料仓11的进料口111上设有可开启的盖板114，盖板114通过转轴安装在进料口111上，料仓11上安装有驱动电机115，驱动电机115与转轴通过齿轮传动连接；通过驱动电机115驱动盖板114进行开启或关闭，操作简单，保证料仓11的相对密闭性，以保证褐煤提质效果。
29.所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁、料仓11顶部、出料底板112、锥型风口13、引风机14以及引风主管17上设有保温层；所述的料仓11的安装油管12的两个侧壁、料仓11顶部、出料底板112、锥型风口13以及引风主管17为复合型结构，包括内壁和外壁，内壁和外壁间填充保温材料；减小热能损失，节约能源；锥型风口13、引风机14以及引风主管17上设有保温层，避免形成冷凝水。
30.出料底板112处于关闭状态，通过上料输送机将颗粒度达到要求的原煤输送至料仓11内，完成装料后通过加压泵向各油管12通内通入热油对褐煤进行加热，以除去其中的水分；同时，通过引风机14抽吸空气，空气由进风一侧的锥型风口13进入，通过褐煤间隙，带出水分，从出风一侧的锥型风口13排出；褐煤提质完成后，开启出料底板112，使物料依次下落排出；通过将尺寸符合要求的原煤块装入料仓内，向料仓内均匀布置的油管路中通入热油，通过热油对原煤进行加热，以达到除水的目的；通过循环油管实现热油循环利用，未被利用的热能能够被回收再利用，提高热能利用率，降低能源消耗，节约资源。
31.所述的一种环保型褐煤提质方法主要包括如下步骤：处理不同含水量的褐煤，但主要争取处理全水份在40-60%的高含水量低发热值褐煤。原料褐煤先进入破碎机31进行破碎，破碎成50mm以下的粒度，然后进入筛分机32进行筛分，粒度在10-50mm的直接输送至加热提质装置1内；粒度在50mm以上的返回至破碎机31再破碎；粒度在10mm以下的先输送至混合搅拌器33，然后根据煤粉的情况加入一定比率的煤炭粘结剂及水进行混合拌匀，再输送至对辊压球机34压制成粒度30mm左右的椭圆形煤球，然后输送至加热提质装置1内。
32.在褐煤颗粒装完后关闭进料口111，在控制器设定循环水温度，初始速度温度较低，然后启动循环水泵，热水罐41与冷水罐45内的水按一定比率混合达到设定的温度进行循环，循环水温度由温度传感器传回控制器，由自动（手动）总调节操作台控制热水罐41与冷水罐45出口开度来进行主干燥箱循环水进口的温度控制。循环水经过均匀分布在加热提质装置1内的循环水管路，使煤层的各部分均匀受热，从而使褐煤及褐煤颗粒间的空气温度升高，使褐煤颗粒间空气的单位体积空气含水量上升。在循环水进入加热提质装置1进行循环的同时，启动加热提质装置1一侧的引风机，使空气由加热提质装置1的另外一侧引入，由煤层颗粒间空隙由引风机引出进入风道，经过除尘器除尘后达标排放。由在加热提质装置1中各部位设置的温度及湿度传感器传回的温度及湿度数据传回自动（手动）总调节操作台，由自动（手动）总调节操作台控制循环水量及水温，使褐煤空隙间含水气废气在不形成冷凝水的前提下，尽可能的提高循环水温、循环水量、干燥后废气的湿度。根据不同的褐煤颗粒
料层厚度及空隙空间，经过5-6小时的除水，去除了大部分的外水；这时启动循环导热油泵，经过高温导热油与常温导热油混合的循环导热油温度控制提高到100度以上，同时关闭循环热水并排空加热提质装置内管路热水，并相应调节缩小进风口开度及减少引风机的风量，使加热提质装置内褐煤煤层温度逐步上升，这个过程中随着温度的上升在继续去除外水的同时，一部分内水也开始被去除，再经过1-2个小时的逐步升温使煤层温度达到180度至200度，并维持该温度4-6小时。经过10—14个小时的干燥可使褐煤达到全水份降低到5%以下，内水降低至2%以下，收到基低位发热值达到5500大卡以上，大部分指标达到烟煤的指标。在这个干燥过程中，根据不同地区不同褐煤的特点，及筛分褐煤的粒度等情况，整个干燥过程的升温曲线、最高温度及干燥时间是有差异的，可根据用户的需求调整各项参数，但如果客户需求最终都能达到成品全水份控制在5%以下，内水控制在2%以下的目标。经过自然环境堆存14天后，全水份在10%以下，内水3-4%，收到基低位发热值还能达到5300大卡以上，还能达到烟煤的指标。
33.在达到预定指标后停止导热油的循环，进风口开度调到最大，加大引风机14风量，使褐煤层快速降度到常温。在煤层达到常温后关闭进风口，打开下部出料口，褐煤成品经过输送机输送至成品料仓等待销售发运。
34.1、利用太阳能集热器2和太阳能加热装置42产生热水和导热油进行褐煤干燥，与使用传统燃煤干燥相比除前期试生产阶段有少量碳排放，后期经过工艺优化及生产数据的积累可实现零碳排放。
35.2、可以在常压下通过生产过程工艺控制实现褐煤内水的排出，虽然会有一定的水份复吸收，但是速度较慢，在14天以内完全可达到大部分水泥厂烟煤的指标，实现了褐煤的升级使用。
36.以下是某水泥厂烟煤指标及我们实验的其中两个煤样数据：从上述实验结果看收到基低位发热值可以达到5500大卡以上，干燥后三天提升幅度在126.31—153.61%之间，干燥后两周有一定幅度返水的情况下提升幅度也还有113.13%—129.03%，热值提升幅度相当大；内水的降幅在干燥后三天降幅在81.91%-92.15%之间，两周后的降幅也还有68.14%-81.05%。与某水泥厂烟煤指标相比，除二号实验煤样干燥后14天的内水指标稍高外，这可以通过控制煤炭库存天数，提前使用加以解决，所以指标
可完全满足该厂水泥生产用煤要求。与云南省内某大型流化床装置干燥后3200-4000大卡的热值相比，干燥后14天的热值也高66.31%-33.05%，相比下来优势明显。
37.3、在排出褐煤内水的同时可控制不析出褐煤中的挥发分，装置运行过程中达不到产生二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等有毒有害气体的温度，只会产生水气的排放。
38.4、不存在粉尘爆燃的安全隐患，由于褐煤的特点，使用传统滚筒干燥机等设备进行干燥，存在较高的爆燃风险，这类事故在国内外也时有发生；而本工艺因为在整个干燥过程中温度始终不超过200度，设备的粉尘浓度大大小于80g/m3，粉尘爆炸的三角形（（褐煤更容易爆炸，其氧气浓度：7-8%）为：1，温度：600度；2，氧气浓度：11%；3，粉尘浓度：80g/m3）中的两个条件都不具备，非常安全，不存在爆燃的风险。
39.5、与大型高温流化床、热解生产半焦等工艺相比，本工艺路线设备非常简单、总投资较少、设备运行可靠、排放非常小等很明显的优势，特别是在干燥过程中加热提质装置除了引风机外无其它运动部件，非常简单、可靠。
40.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。