自备电厂回收乏汽对劣质煤提质的构想与工艺

王　晨，王承阳，汪吉军(本钢发电厂,辽宁本溪70;东北大学,辽宁沈阳0000;国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江省苏州56)



自备电厂回收乏汽对劣质煤提质的构想与工艺

王晨1，王承阳2，汪吉军3
(1本钢发电厂,辽宁本溪117022;2东北大学,辽宁沈阳110000;3国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心,江省苏州215163)

【摘要】根据相关实验结果并结合本钢发电厂具体情况，利用乏汽或富余蒸汽对劣质煤进行提质的构想与工艺流程进行了介绍和分析。

【关键词】乏汽回收;褐煤提质；工艺流程

1　对劣质煤进行提质的意义

褐煤提质技术一般是指通过物理或化学方法提升褐煤品位的一种手段，是通过适当的干燥程序对褐煤进行加热、干燥，从而达到脱除或部分脱除褐煤中的水分、挥发分等的过程。经过提质的褐煤其热值和品位得到提升，其燃烧后污染物排放量大大降低。达到节能、降耗、减排这一目标。

劣质煤进行提质有如下功能:

（1）劣质煤之所以热值低主要是因为其含水量大、挥发分高、含氧官能团多等原因造成的，对煤进行提质可以有效地降低含水量、挥发分以及含氧官能团的比例，从而提高煤的热值；

（2）相关实验表明[1-2]：某含水量为42.5%，热值为10445 kJ/kg的褐煤经干燥提质后，其含水量下降到14.4%，热值提高到18123 kJ/kg，热值提高了近一倍之多；

（3）研究结果表明[3]：1 kg褐煤每提高0.1个干燥度就会使得节煤量增加3.3 g/(kWh)；

（4）对煤进行提质可以有效的减少煤中的氧、氮以及硫等构成燃烧污染物的主要元素，从而减少煤燃烧所产生SO2、NO2等污染物的量，具有环保效益；

（5）煤中所含有的含氧官能团是导致煤易自燃、风化的主要因素，因此，提质低阶煤还可以有效的防止其自燃造成的经济损失和风化造成的储运困难等问题。

为此，将乏汽提质劣质煤作为一个研究项目既能节约资源、降低成本，又能满足环保降耗、节能减排的要求。

2　乏汽提质劣质煤的构想及其工艺流程图

随着经济下行压力的增大，钢铁行业不景气凸显。与此同时，国家环保部门对节能、降耗、减排的要求也越来越强烈。“微排放”甚至“0排放”的要求使得本就不景气的钢铁行业雪上加霜。在此情况下，以往发电厂的热电联产模式以及废热、污水、污染物等的处理方式已经不能满足相关部门的要求。发电厂作为本钢重要的能源供给部门，必定要为企业“保产、保供、保用”与“环保、节能、降耗”并重这一目标作出响应。

目前，发电厂的“环保改造”项目中多以改造脱硫、脱硝等装置为主，通过更新装置对燃烧污染物进行处理从而降低污染物排放量。我将这种应对环保的相关方案称之为“下游方案”。这种方式可以降低污染物的排放，但是我们对环保装置的更新速度永远跟不上环保要求前行的脚步。如果能从“上游”根本性的解决这一问题,则能更加有效。

2.1工艺流程

现根据本钢发电厂实际情况提出：发电厂热电联产背景下，利用乏汽对劣质煤进行提质的工艺流程图，如图1所示。现对该工艺的工作流程做简要解释说明：如图1所示：原煤经给煤机送入到煤干燥提质装置中进行提质，在干燥装置工作过程中将因提质产生的疏水进行回收并处理后送往锅炉用作锅炉给水，或送往汽轮机循环水母管作为冷却水、循环水等；对提质过程中干燥装置内的“乏汽”进行回收并经过干燥器、静电除尘器、循环风机等将这些汽体一部分引到锅炉对锅炉给水进行加热，另一部分从干燥装置的底部通入干燥装置内，既起到对煤进行干燥的作用，同时也起到对煤进行流态化促进其干燥的作用；提质后的煤从干燥装置底部进行收集并送到锅炉炉膛进行燃烧。燃烧后产生的高温高压蒸汽经汽轮机做功进行发电、供热、除氧等。在蒸汽进入汽轮机做工的过程中产生的乏汽以及“保产、保供”之余富余的汽体抽出来送入到干燥发生装置中对煤进行干燥提质，并循环进行上述过程，从而形成利用乏汽等高温热源对煤进行干燥提质这样一个“闭环”工艺流程。

图1　热电联产背景下褐煤提质工艺流程

从图1上不难看出该工艺流程的优点：

(1)从干燥装置出来的提质煤由于受到高温汽体的加热其温度较高，这样可以减少由于煤燃烧带走的锅炉热量，降低锅炉无用热损失，提升锅炉热效率；

(2)干燥装置出来的“冷却”汽体（其温度也可达到100雅以上）对锅炉给水进行预热，这样可以省去一部分用来给锅炉给水加热提供的热源，从而减少热源需求量，减少燃煤量；

(3)此外，本工艺流程中的高温气源不仅可以是汽轮机乏汽，还可以掺混经过处理的锅炉燃烧产生的烟气，这样既可以减少烟气的排放又可以节省煤的消耗，达到节能、减排、降耗的目标。

2.2工艺的几点说明

（1）关于煤干燥发生装置：可用于煤干燥的发生装置有很多种，目前技术较为成熟，应用较为广泛的装置有蒸汽管式干燥器、蒸汽流化床干燥器、过热蒸汽内加热流化床干燥器等。其各自应用范围及优缺点在此不加赘述，各单位（部门）可根据自己的条件和需求进行选择；

（2）关于干燥汽来源：本人所做相关实验结果表明，煤在80左右温度下其水分就开始蒸发，而煤中的羧基、羟基、含氧官能团等的析出温度是从130左右开始的。因此，只要保证干燥蒸发装置内的汽源满足：饱和蒸汽（蒸汽不带水）和大于80即可使煤的热值得到提高。各应用单位或部门可以根据现场情况、热值提高的程度以及要达到的效果进行选择汽体的来源以及其相应的温度、压力等。有关温度等因素对煤提质效果的影响将在下面进行分析。

（3）该工艺流程对于烟煤、泥煤、页岩煤等其他煤种依然适用，因本人所做实验为褐煤提质实验，故本文以褐煤为例加以说明。

3　褐煤提质实验的相关结果及其结论

褐煤进行氧弹热值测量实验结果如表1。

表1　褐煤的氧弹热值[4]

通过实验结果可以看出：经提质后的褐煤其热值得到提升，并且随着提质温度的升高热值提高的幅度越大。以120为例，褐煤经过120的干燥提质后，其热值比原煤热值提升了17.7%。

通过“褐煤低温下的分解实验”并结合红外色谱仪等手段得到相关结论如下表2，表3。

表2　褐煤提质工艺制度

表3　褐煤提质分解特性

从表2、3中不难看出：褐煤的干燥提质工艺中，对温度、环境等条件的要求非常少，很容易做到。各应用单位或部门可以根据需求对提质的温度进行选择。如果仅需要脱除褐煤中的水分这样的初步提质，可以选择80以上的废汽、乏汽即可，比如汽轮机做功乏汽、锅炉烟道废汽等；如果需要对煤进行深度热解，大幅度的提升其热值并得到其相关附属产物则可以选择高温汽体甚至是汽轮机工作汽体，如工业抽汽、采暖抽汽、背压机排汽等。

4　经济效益分析

几点相关说明：

（1）经济效益以本钢发电厂高压车间23#、24#纯燃煤锅炉为例；

（2）以两台炉所有的热量全部来源于褐煤燃烧为准；

（3）两台炉仅冬季供暖期运行，其工作时间以80天计算。

根据现场实际情况，冬季供暖期，为达到“保暖、保供、保生产”这一要求，23#、24#炉1月消耗热值为q原低=20.497 GJ/t的煤28654 t（以2015年1月现场数据计），以80天计算则消耗原煤：

其燃烧产生的热量为：

若以经120益干燥提质的褐煤为燃料则需要提质煤：

因此供给相同量的热负荷可节约燃煤量：

按目前市场上该种煤的单价E单价=495元/t计算，仅燃煤一项就可节省：

即节约原燃煤成本总和的15.03%。

以上计算只考虑了节约用煤产生的经济效益，而该工艺流程中对废水、疏水的回收、废汽的充分利用、预热锅炉给水、预热燃煤以及节能减排产生的效益尚未列入考虑范围内。因此其经济效益还不止以上这些。

可见，该工艺流程不仅使煤的热值得到提升，而且使锅炉燃烧效率得到提升，并且减少烟气中污染物的排放，在当今钢铁企业“保产、保供”与“环保先行”并重的大背景下，可谓一举多得。

5　应用前景分析

在比较长的一段时间内，煤炭资源依然是我工业能源利用中所占比例最大的一种资源。我国的发电厂以及坑口电站所消耗的能源燃料大部分以煤资源为主。其中以褐煤为燃料的占绝大多数，原因是褐煤价格相对烟煤、无烟煤要便宜很多。但由于褐煤含水量大、含氧官能团多、挥发分含量高等原因导致其热值低、燃烧效率低，并且使炉膛温度降低影响炉膛内换热效果，使锅炉效率降低。与此同时，褐煤燃烧产生大量的污染气体，使得企业面临很大的环保压力。

褐煤经过该工艺干燥提质后，在给企业节约用煤量的同时，还在一定程度上解决了上述企业面临的困难和问题。这使得褐煤的有效利用得到了加强，使企业有了降低成本的新思路，使企业在节约开支的同时可以兼顾环保，一举多得。

面对极大的经济下行压力、企业“保产、保供、保用”的任务以及日益严格的环保规定，选择该工艺对发电厂及其它部门的锅炉燃煤进行提质必将成为企业节能、减排、降耗的新方向和突破口。

[参考文献]

[1]苏怀兴，韩艳娜，尤波等.褐煤低温干燥特性的实验研究[J]，洁净煤技术，2013，19(6)：30-34.

[2]邸传耕，吕舜.低温干燥对褐煤性能的影响[J]，煤炭加工综合利用，2008，9(4)：26-29.

[3]刘明，肖峰，严俊杰等.褐煤高效发电技术的对比分析[J]，工程热物理学报，2014，35(3)：437-439.

[4]姚军.褐煤低温提质及动力学研究[D]，沈阳：东北大学，2013.

The Concept and Technological Process of Upgrading Inferior Coals by Recovered Exhaust Steam

Wang Chen1, Wang Chengyang2, Wang Jijun3
(1. Power Plant of Benxi Steel, Benxi, Liaoning 117022; 2. Northeast University, Shenyang, Liaoning 110000; 3. Jiangsu Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office, SIPO, Suzhou, Jiangsu 215163, China)

[Abstract]According to related experimental results and combining with the actual con-ditions of the power plant of Benxi Steel, the concept and technological process of upgrading inferior coals by consuming recovered exhaust steam or surplus steam are introduced and ana-lyzed.

[Keywords]exhaust steam recovery; lignite upgrading; technological process

作者简介：王晨（1989-），男，汉族，助理工程师，现主要从事为电厂锅炉、汽轮机运行中的节能分析及相关技术改造工作。

收稿日期：2015-05-06

【中图分类号】TM6

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）10-0043-04