一种烟气再循环褐煤干燥方法及干燥系统
技术领域
本发明涉及电站锅炉设备的技术领域，更具体地讲，涉及一种烟气再循环褐煤干燥方法及干燥系统。
背景技术
褐煤是一种易燃的化石燃料，全世界的褐煤地质储量约为4万亿t，约占全球煤炭储量的40％。我国褐煤资源丰富，据20世纪末的统计，我国已有探明褐煤保有储量1300亿t，占全国煤炭总储量的13％左右。在我国目前已探明的褐煤保有储量中，以内蒙古东北部地区最多，约占全国褐煤保有储量的75％；以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的20％；东北、华东和中南地区的褐煤仅占全国的5％左右。随着世界性的能源紧张和能源结构的调整，对褐煤等劣质煤的开发利用越来越得到人们的重视。我国褐煤储量比较丰富，有开发利用褐煤的自然条件。褐煤的高效清洁利用也能符合国家节能降耗，减少排放的政策。
燃用褐煤的机组，对制粉系统干燥出力要求较高。当前褐煤锅炉主要配中速磨直吹式制粉系统或风扇磨直吹式制粉系统。对于中低水分褐煤锅炉，普遍采用中速磨直吹式制粉系统，中高水分及以上褐煤锅炉，一般采用风扇磨直吹式制粉系统。
对于配风扇磨制粉系统的褐煤锅炉，其干燥出力较好，但风扇磨磨损快、检修周期短、稳定性较差。中速磨制粉系统稳定性好，但配中速磨制粉系统的褐煤锅炉普遍存在磨煤机干燥出力不足的问题。北方地区褐煤锅炉磨煤机干燥出力不足这一问题在冬季更为明显，北方地区气冬季温较低，煤解冻消耗一定热量后，一次风干燥能力更加不足。
对于中高水分的褐煤，如果要选用更加稳定的中速磨制粉系统，需要较高的一次风温，同时要求脱硝入口烟温满足催化剂安全运行温度范围。如配中速磨制粉系统的褐煤锅炉，一般需要提高一次风温达到380℃以上，甚至超过400℃，一次风率达到40％以上，甚至接近50％。而如果按此设计锅炉，常规布置方案需提高进入脱硝的烟气温度，脱硝需要采用高温催化剂；预热器的设计也需要重点考虑，排烟温度也非常高，锅炉效率低下；同时磨煤机也需要选择较大的型号，造成电耗增加；煤种水分变化时，制粉系统适应能力不强，较多项目达不到设计的一次风温；较高的一次风率对锅炉燃烧系统设计提出了较高的要求。
发明内容
针对当前配中速磨的褐煤锅炉干燥出力不足、排烟温度高等问题，本发明提出一种烟气再循环褐煤干燥方法及干燥系统，抽取锅炉的尾部烟气对褐煤进行预干燥降低煤中的水分，使煤中剩余的水分满足中速磨制粉系统干燥能力的范围，进而使高水分褐煤锅炉可以选用更加稳定可靠的中速磨制粉系统。
为此，本发明的一方面提供了烟气再循环褐煤干燥方法，所述方法包括：
从锅炉尾部抽出再循环烟气作为干燥剂对高水分褐煤进行第一段干燥，获得水分含量满足磨煤制粉单元水分适应范围的预干燥后褐煤；
对预干燥后褐煤在磨煤制粉单元内进行磨煤制粉处理的同时引入热一次风对所述预干燥后褐煤进行第二段干燥，获得干燥制粉后褐煤煤粉；
利用所述热一次风携带所述干燥制粉后褐煤煤粉送入燃烧器在锅炉炉膛内燃烧；
其中，采用中速磨制粉系统作为磨煤制粉单元对预干燥后褐煤进行磨煤制粉处理。
进一步地，所述再循环烟气引自锅炉尾部的省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口，所述再循环烟气的温度为350～600℃；所述高水分褐煤的水分含量在35wt％以上，所述预干燥后褐煤的水分含量在35wt％以内。
进一步地，将经过第一段干燥的再循环烟气分离去除携带的褐煤粉末，将分离出的褐煤粉末送至磨煤制粉单元，分离出的烟气返回至锅炉炉膛内与干燥制粉后褐煤煤粉在锅炉炉膛内燃烧生成的烟气混合，所得混合烟气从锅炉炉膛出口经过各级受热面至锅炉尾部，其中，将部分混合烟气作为再循环烟气从锅炉尾部抽出作为所述第一段干燥的干燥剂，将另一部分混合烟气用于加热冷一次风和冷二次风后再进行后续环保处理。
进一步地，所述热一次风为冷一次风加热后得到的热一次风或者由冷一次风加热后得到的热一次风与作为调温风的冷一次风混合调温后得到的热一次风，其中，所述调温风体积为冷一次风体积的0～10％。
进一步地，将冷二次风由所述另一部分混合烟气加热后送入所述锅炉炉膛内与热一次风和干燥制粉后褐煤煤粉混合助燃。
本发明的另一方面提供了一种烟气再循环褐煤干燥系统，包括：
再循环烟气单元，从锅炉尾部抽出并提供再循环烟气，最终将再循环烟气返回炉膛；
空气供给单元，至少提供热一次风；
褐煤干燥单元，接收所述再循环烟气并对高水分褐煤进行第一段干燥；
磨煤制粉单元，接收所述热一次风和来自褐煤干燥单元的预干燥后褐煤，对所述预干燥后褐煤进行磨煤制粉处理的同时进行第二段干燥并向锅炉炉膛提供干燥制粉后褐煤煤粉；
其中，所述磨煤制粉单元为中速磨制粉系统。
进一步地，所述再循环烟气单元包括设置在锅炉尾部的再循环抽烟口以及再循环烟气管和再循环风机，所述再循环抽烟口与省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口相连，每根再循环烟气管分为三段，第一段再循环烟气管的两端分别与再循环抽烟口和再循环风机的进口相连，第二段再循环烟气管的两端分别与再循环风机的出口和褐煤干燥单元相连，第三段再循环烟气管的两端分别与褐煤干燥单元和锅炉炉膛相连，其中，至少一根再循环烟气管和至少一个再循环风机与褐煤干燥单元中的至少一个褐煤干燥器一一对应，所述再循环风机的进口和出口均设置有隔离挡板。
进一步地，所述再循环烟气单元包括设置在锅炉尾部的再循环抽烟口以及再循环烟气管和再循环风机，所述再循环抽烟口与省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口相连，每根再循环烟气管分为三段，第一段再循环烟气管的两端分别与再循环抽烟口和再循环风机的进口母管相连，再循环风机的进口母管与再循环风机的出口母管之间通过分支管路并联若干个再循环风机，第二段再循环烟气管的两端分别与再循环风机的出口母管和褐煤干燥单元中的褐煤干燥器的进口相连，褐煤干燥单元中若干个褐煤干燥器的出口均与褐煤干燥单元的出口母管相连，第三段再循环烟气管的两端分别与褐煤干燥单元的出口母管和锅炉炉膛相连，所述再循环风机的进口和出口均设置有隔离挡板，所述褐煤干燥器的进口和出口均设置有隔离挡板。
进一步地，所述空气供给单元包括空气预热器、一次风机和二次风机，所述空气预热器的烟气入口与SCR脱硝反应器的出口相连或与锅炉尾部的省煤器出口相连，所述空气预热器的烟气出口与除尘单元相连，所述空气预热器的空气入口分别通过冷一次风管与一次风机相连并通过冷二次风管与二次风机相连，空气预热器的空气出口分别通过热一次风管与磨煤制粉单元相连并通过热二次风管与锅炉炉膛相连，其中，所述空气预热器的一次风侧设置调温旁路，调温旁路分别与冷一次风管和热一次风管相连。
进一步地，所述褐煤干燥单元通过第一输煤管与褐煤供给单元相连，所述褐煤干燥单元包括若干个褐煤干燥器，所述褐煤干燥器的进口和出口均设置有隔离挡板，所述褐煤干燥器为接触式干燥器或非接触式干燥器，其中，褐煤干燥器为接触式干燥器时，褐煤干燥器的出口还设置有风粉分离器；
所述磨煤制粉单元通过第二输煤管与褐煤干燥单元相连，通过煤粉管与锅炉炉膛中布置的燃烧器相连，并且通过热一次风管与空气供给单元的空气预热器相连。
本发明提出的烟气再循环褐煤干燥方法及干燥系统，抽取锅炉尾部烟气对高水分褐煤进行预干燥降低煤中的水分，使煤中剩余的水分满足中速磨制粉系统干燥能力的范围。预干燥后的褐煤再通过中速磨制粉系统进行干燥制粉，提高中速磨制粉系统的煤种适应范围，使高水分褐煤锅炉可以选用更加稳定可靠的中速磨制粉系统，为褐煤资源更稳定、更高效、更低污染得利用提供有利条件，也更能符合国家节能降耗，清洁环保的政策。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的烟气再循环褐煤干燥系统的结构示意图。
附图标记说明：
10-锅炉、11-锅炉炉膛、12-锅炉尾部、13-燃烧器、14-SCR脱硝反应器；20-再循环抽烟口、21-再循环烟气管、22-再循环风机；30-空气预热器、31-一次风机、32-二次风机、33-冷一次风管、34-冷二次风管、35-调温旁路、36-热一次风管、37-热二次风管；40-褐煤干燥单元、41-第一输煤管；50-磨煤制粉单元、51-煤粉管、52-第二输煤管。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
针对目前配中速磨褐煤锅炉均采用尽量大的一次风率和提高一次风温来解决褐煤的干燥问题，若一次风率超过40％以上时，二次风量低且锅炉燃烧组织困难；而在无提升一次风温辅助措施的条件下，较高的一次风温与制粉系统稳定性和锅炉效率之间难以协调，常规一次风辅助加热措施存在实际投资运行成本高，且存在效果不明显、效率低下等问题。本发明提供了一种烟气再循环褐煤干燥方法和干燥系统，并且本发明优选地适用于水分含量在35wt％以上的高水分褐煤，下面依次进行具体说明。
根据本发明的示例性实施例，所述烟气再循环褐煤干燥方法实际包括四个流程，即再循环烟气流程、褐煤流程、空气流程、锅炉烟气流程。
具体地，从锅炉尾部抽出再循环烟气作为干燥剂对褐煤进行第一段干燥，获得水分含量满足磨煤制粉单元水分适应范围的预干燥后褐煤。本发明采用了再循环烟气作为干燥剂对高水分褐煤进行第一段干燥，所抽出的再循环烟气可以引自包含但不限于省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口等位置，再循环烟气引出点优选为省煤器出口，再循环烟气的温度优选为350～400℃，并且通过第一段干燥后获得的预干燥后褐煤的水分含量在35wt％以内，由此使其适用于可靠性更高的中速磨制粉系统干燥制粉，使中速磨制粉系统适应于水分含量在35％以上的褐煤。
并且，对预干燥后褐煤进行磨煤制粉处理的同时引入热一次风对预干燥后褐煤进行第二段干燥，获得干燥制粉后褐煤煤粉。
高水分褐煤在褐煤干燥器内被再循环烟气加热(可以是接触式干燥或非接触式干燥)后，高水分褐煤中的水分部分蒸发，第一段干燥后的褐煤水分降低至中速磨适宜的水份范围(35％以内)后送至中速磨制粉系统继续进行磨煤制粉处理，同时利用热一次风作为干燥剂对第一段干燥后的褐煤进行第二段干燥，获得的干燥制粉后褐煤煤粉由热一次风携带送入锅炉中布置的燃烧设备燃烧。
根据本发明，将经过第一段干燥后的再循环烟气分离去除携带的褐煤粉末，将分离出的褐煤粉末送至磨煤制粉单元，分离出的烟气返回至锅炉炉膛内与干燥制粉后褐煤煤粉在锅炉炉膛内燃烧生成的烟气混合，所得混合烟气从锅炉炉膛出口经过各级受热面至锅炉尾部，其中，将部分混合烟气作为再循环烟气从锅炉尾部抽出，将另一部分混合烟气经脱硝、经空气预热器加热冷一次风和冷二次风后再进行后续环保处理，该环保处理可以包括除尘、脱硫处理等环保处理，处理之后即可通过烟囱排向大气。
优选地，本发明中利用的热一次风可以为冷一次风在空气预热器内加热后得到的热一次风，也可以为由冷一次风在空气预热器内加热后得到的热一次风与作为调温风的旁路冷一次风混合调温后得到的热一次风。其中，旁路调温风比例根据锅炉运行工况需要调节，调温风体积优选地为冷一次风体积的0～10％。
并且，本发明的方法还将冷二次风在空气预热器内由另一部分混合烟气加热后送入锅炉炉膛内与热一次风和干燥制粉后褐煤煤粉混合助燃。
本发明采用串联分段干燥技术，对高水分褐煤进行分段干燥，使最终进入中速磨制粉系统的褐煤水分低于中速磨适应的水分上限，使高水分褐煤锅炉可以选用可靠性更高的中速磨制粉系统。并且，通过选取合理的再循环烟气量和烟气温度，锅炉对褐煤水分的适应范围更广，拓宽了中速磨制粉系统对褐煤水分的适应范围，增强了中速磨制粉系统应对入炉褐煤水分波动的灵活性，突破了高水分褐煤必须采用风扇磨制粉系统的限制，有效规避了风扇磨制粉系统因打击轮磨损和炉烟管结焦拉裂等可靠性不高的问题，并且还规避了风扇磨制粉系统因缺角燃烧导致炉内热偏差较大无法采用高效超超参数的问题，突破了褐煤机组能达到的参数限制，提升了褐煤机组参数等级，机组更节能且稳定性更高。
图1示出了根据本发明示例性实施例的烟气再循环褐煤干燥系统的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述烟气再循环褐煤干燥系统包括再循环烟气单元、空气供给单元、褐煤干燥单元和磨煤制粉单元，其中，再循环烟气单元从锅炉10尾部12抽出并提供再循环烟气，空气供给单元至少提供热一次风，褐煤干燥单元40接收上述再循环烟气并对褐煤进行第一段干燥，磨煤制粉单元50接收上述热一次风和来自褐煤干燥单元40的预干燥后褐煤，对该预干燥后褐煤进行磨煤制粉处理的同时进行第二段干燥并向锅炉炉膛提供干燥制粉后褐煤煤粉。
具体地，本发明中的再循环烟气单元主要有两种设置方式。在第一种设置方式中，再循环烟气单元包括设置在锅炉尾部的再循环抽烟口20以及再循环烟气管21和再循环风机22，再循环抽烟口20与省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口相连，每根再循环烟气管分为三段，第一段再循环烟气管的两端分别与再循环抽烟口20和再循环风机22的进口相连，第二段再循环烟气管的两端分别与再循环风机22的出口和褐煤干燥单元40相连，第三段再循环烟气管的两端分别与褐煤干燥单元40和锅炉炉膛相连，其中，至少一根再循环烟气管和至少一个再循环风机与褐煤干燥单元中的至少一个褐煤干燥器一一对应，再循环风机的进口和出口均设置有隔离挡板，在对应的再循环风机和磨煤制粉单元备用停运时能够关闭隔离挡板防止烟气进入。在本设置方式中，再循环烟气管与再循环风机一一对应，再循环风机与褐煤干燥单元中的褐煤干燥器和磨煤制粉单元同样一一对应，每台磨煤制粉单元对应一台褐煤干燥器。
在第二种设置方式中，再循环烟气单元包括设置在锅炉尾部12的再循环抽烟口20以及再循环烟气管21和再循环风机22，再循环抽烟口20与省煤器出口、低温再热器出口、低温过热器出口或者省煤器入口相连，每根再循环烟气管分为三段，第一段再循环烟气管的两端分别与再循环抽烟口20和再循环风机22的进口母管相连，再循环风机22的进口母管与再循环风机22的出口母管之间通过分支管路并联若干个再循环风机22，第二段再循环烟气管的两端分别与再循环风机22的出口母管和褐煤干燥单元40中的褐煤干燥器的进口相连相连，褐煤干燥单元中若干个褐煤干燥器的出口均与褐煤干燥单元40的出口母管相连，第三段再循环烟气管的两端分别与褐煤干燥单元40的出口母管和锅炉炉膛11相连，再循环风机的进口和出口均设置有隔离挡板，褐煤干燥器的进口和出口均设置有隔离挡板。在本设置方式中，通过设置母管的方式来并联设置若干个再循环风机22和若干个褐煤干燥器，由此便于设置隔离挡板来单独控制。
可根据机组容量及原煤水分范围，选取采用方式一或方式二，对于大容量机组，优选采用连接方式二的母管形式，以便于设备选型。
空气供给单元包括空气预热器30、一次风机31和二次风机32，空气预热器30的烟气入口与SCR脱硝反应器14的出口相连或与锅炉尾部的省煤器出口(当未设置SCR脱硝反应器时)相连，空气预热器30的空气入口分别通过冷一次风管33与一次风机31相连并通过冷二次风管34与二次风机32相连，空气预热器30的空气出口分别通过热一次风管36与磨煤单元50相连并通过热二次风管37与锅炉炉膛11相连。冷一次风通过空气预热器30与热烟气换热后成为热一次风，并通过一次风管33输送至磨煤单元作为第二段干燥的干燥剂，冷二次风也通过空气预热器30与热烟气换热后成为热二次风并通过二次风管34输送至锅炉10中。
优选地，空气预热器30的一次风侧设置调温旁路35，调温旁路35分别与冷一次风管33和热一次风管37相连。也即，一次风机31的出口分为两路，一路通过冷一次风管33与空气预热器30的空气入口相连，另一路通过调温旁路35与热一次风管36相连。则一次风机31出口的冷一次风分为两路，一路经空气预热器30加热，另一路作为调温风与加热后的热一次风混合调温，调温风比例根据锅炉运行工况需要调节，一般在10％以内，调温混合后的热一次风送入磨煤单元进一步干燥预干燥后褐煤并携带干燥制粉后褐煤煤粉送入锅炉1炉膛11内与热二次风混合燃烧。
本发明的褐煤干燥单元40通过第一输煤管41与褐煤供给单元相连(未示出)，则褐煤进入褐煤干燥单元40之后在再循环烟气的作用下实现第一段干燥，随后再循环烟气携带第一段干燥蒸发的水分并在分离出携带的褐煤粉末后通过再循环烟气管和锅炉的再循环喷口返回锅炉炉膛11。
其中，本发明的褐煤干燥单元包括若干个褐煤干燥器，褐煤干燥器的布置位置可根据机组布置在褐煤原煤输送路线的任何位置，如布置在煤场、给煤机输煤管线、第一输煤管等位置，褐煤干燥器的数量随布置位置选择。褐煤干燥器的进口、出口均设置有隔离挡板。
其中，褐煤干燥器可以为接触式干燥器或非接触式干燥器，采用接触式干燥器时，褐煤干燥器的出口设置有风粉分离器，以将烟气中携带的煤粉分离返回，进一步优选为螺旋式干燥器。当褐煤干燥器采用接触式干燥器时，再循环烟气对褐煤进行第一段干燥且经过气固分离后后，仍会携带的少量煤粉和挥发分被循环送入锅炉炉膛内参与燃烧，无原煤的损失且不需要除尘及环保处理。
磨煤制粉单元50通过第二输煤管52与褐煤干燥单元40相连、通过煤粉管51与锅炉炉膛11中布置的燃烧器30相连并且通过热一次风管与空气供给单元的空气预热器相连，则在褐煤干燥单元40中得到的预干燥后褐煤进入磨煤单元50中并在热一次风的作用下进一步干燥并磨制成粉，随后由热一次风携带干燥制粉后褐煤煤粉送入燃烧器在锅炉炉膛中燃烧。其中，本发明中的磨煤单元为中速磨制粉系统。
本发明能够使得锅炉设计选型时空气预热器的进口设计烟温降低，与常规配置中速磨制粉系统的褐煤锅炉相比，本系统配锅炉所需空气预热器的入口烟温较低，锅炉排烟温度能够降低约10℃，提高了锅炉效率。另外，在保证制粉系统干燥出力的基础上，还可降低脱硝系统设计和运行温度，避免采用高温催化剂，节约脱硝投资和运行成本。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以1000MW超超临界燃用高水分褐煤锅炉为例，燃用褐煤水分含量为45wt％，热值为2500kcal/kg，锅炉煤耗量约为790t/h左右，制粉系统采用中速磨直吹式制粉系统，共设置8台磨煤机，7台运行1台备用。
若不采用本发明的烟气再循环褐煤干燥方法及干燥系统，常规中速磨制粉系统无法适应该水分的煤质，仅能采用风扇磨制粉系统。但风扇磨易磨损，高温炉烟管易结焦拉裂，可靠性不高，且无法避免缺角燃烧带来的炉内温度偏差大引起受热面壁温较大偏差，不宜适应超超临界以上的机组参数，因此本发明的方案是该机组的有效选择。
其中，褐煤干燥器的布置位置可根据机组布置调整，如布置在煤场、给煤机输煤管线、磨煤机进口输煤管等位置，褐煤干燥器的数量随布置位置选择，褐煤干燥器可以选择接触式干燥器和非接触式干燥器。以其中一个实例为例，褐煤干燥器布置在磨煤机进口，每台磨煤机对应一台褐煤干燥器，褐煤干燥器采用螺旋式干燥器。
再循环烟气引自省煤器出口(也可引自其它受热面)，烟气温度约为350～400℃，再循环烟道经再循环风机的进口母管进入若干台再循环风机后，从再循环风机的出口母管进入褐煤干燥单元的进口母管，随后分为8个再循环分支烟气管，分别送入8个干燥器。其中，再循环风机的数量设置4台，3运一备，各再循环风机的进口及各再循环分支烟气管的入口均设置隔离挡板，在对应的再循环风机和磨煤机备用停运时关闭隔离挡板，防止烟气进入。
再循环烟气进入褐煤干燥器与煤粉采用逆流加热干燥形式(也可采用顺流方式加热干燥)，在褐煤干燥器的烟气出口设置风粉分离器，将烟气中携带的煤粉分离返回褐煤干燥器的煤粉出口处。再循环烟气携带初干燥蒸发的水分通过锅炉的再循环烟气喷口进入锅炉炉膛。
褐煤从第一输煤管进入褐煤干燥器，在褐煤干燥器内与再循环烟气混合进行第一段干燥，水分降低后进入磨煤机进一步干燥制粉，被空气预热器加热的热一次风作为磨煤机的干燥剂并在磨煤机内完成褐煤的进一步干燥，随后热一次风携带干燥制粉后褐煤煤粉送入燃烧器在锅炉炉膛内进行燃烧。
本发明使高水分褐煤锅炉可以选用更加稳定可靠的中速磨制粉系统，为褐煤资源更稳定、更高效、更低污染得利用提供有利条件，也更能符合国家节能降耗，清洁环保的政策。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
