自備電廠回收乏汽對劣質煤提質的構想與工藝

王　晨，王承陽，汪吉軍(本鋼發電廠,遼寧本溪70;東北大學,遼寧沈陽0000;國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江省蘇州56)

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自備電廠回收乏汽對劣質煤提質的構想與工藝

王晨1，王承陽2，汪吉軍3
(1本鋼發電廠,遼寧本溪117022;2東北大學,遼寧沈陽110000;3國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心,江省蘇州215163)

【摘要】根據相關實驗結果并結合本鋼發電廠具體情況，利用乏汽或富余蒸汽對劣質煤進行提質的構想與工藝流程進行了介紹和分析。

【關鍵詞】乏汽回收;褐煤提質；工藝流程

1　對劣質煤進行提質的意義

褐煤提質技術一般是指通過物理或化學方法提升褐煤品位的一種手段，是通過適當的干燥程序對褐煤進行加熱、干燥，從而達到脫除或部分脫除褐煤中的水分、揮發分等的過程。經過提質的褐煤其熱值和品位得到提升，其燃燒后污染物排放量大大降低。達到節能、降耗、減排這一目標。

劣質煤進行提質有如下功能:

（1）劣質煤之所以熱值低主要是因為其含水量大、揮發分高、含氧官能團多等原因造成的，對煤進行提質可以有效地降低含水量、揮發分以及含氧官能團的比例，從而提高煤的熱值；

（2）相關實驗表明[1-2]：某含水量為42.5%，熱值為10445 kJ/kg的褐煤經干燥提質后，其含水量下降到14.4%，熱值提高到18123 kJ/kg，熱值提高了近一倍之多；

（3）研究結果表明[3]：1 kg褐煤每提高0.1個干燥度就會使得節煤量增加3.3 g/(kWh)；

（4）對煤進行提質可以有效的減少煤中的氧、氮以及硫等構成燃燒污染物的主要元素，從而減少煤燃燒所產生SO2、NO2等污染物的量，具有環保效益；

（5）煤中所含有的含氧官能團是導致煤易自燃、風化的主要因素，因此，提質低階煤還可以有效的防止其自燃造成的經濟損失和風化造成的儲運困難等問題。

為此，將乏汽提質劣質煤作為一個研究項目既能節約資源、降低成本，又能滿足環保降耗、節能減排的要求。

2　乏汽提質劣質煤的構想及其工藝流程圖

隨著經濟下行壓力的增大，鋼鐵行業不景氣凸顯。與此同時，國家環保部門對節能、降耗、減排的要求也越來越強烈。“微排放”甚至“0排放”的要求使得本就不景氣的鋼鐵行業雪上加霜。在此情況下，以往發電廠的熱電聯產模式以及廢熱、污水、污染物等的處理方式已經不能滿足相關部門的要求。發電廠作為本鋼重要的能源供給部門，必定要為企業“保產、保供、保用”與“環保、節能、降耗”并重這一目標作出響應。

目前，發電廠的“環保改造”項目中多以改造脫硫、脫硝等裝置為主，通過更新裝置對燃燒污染物進行處理從而降低污染物排放量。我將這種應對環保的相關方案稱之為“下游方案”。這種方式可以降低污染物的排放，但是我們對環保裝置的更新速度永遠跟不上環保要求前行的腳步。如果能從“上游”根本性的解決這一問題,則能更加有效。

2.1工藝流程

現根據本鋼發電廠實際情況提出：發電廠熱電聯產背景下，利用乏汽對劣質煤進行提質的工藝流程圖，如圖1所示。現對該工藝的工作流程做簡要解釋說明：如圖1所示：原煤經給煤機送入到煤干燥提質裝置中進行提質，在干燥裝置工作過程中將因提質產生的疏水進行回收并處理后送往鍋爐用作鍋爐給水，或送往汽輪機循環水母管作為冷卻水、循環水等；對提質過程中干燥裝置內的“乏汽”進行回收并經過干燥器、靜電除塵器、循環風機等將這些汽體一部分引到鍋爐對鍋爐給水進行加熱，另一部分從干燥裝置的底部通入干燥裝置內，既起到對煤進行干燥的作用，同時也起到對煤進行流態化促進其干燥的作用；提質后的煤從干燥裝置底部進行收集并送到鍋爐爐膛進行燃燒。燃燒后產生的高溫高壓蒸汽經汽輪機做功進行發電、供熱、除氧等。在蒸汽進入汽輪機做工的過程中產生的乏汽以及“保產、保供”之余富余的汽體抽出來送入到干燥發生裝置中對煤進行干燥提質，并循環進行上述過程，從而形成利用乏汽等高溫熱源對煤進行干燥提質這樣一個“閉環”工藝流程。

圖1　熱電聯產背景下褐煤提質工藝流程

從圖1上不難看出該工藝流程的優點：

(1)從干燥裝置出來的提質煤由于受到高溫汽體的加熱其溫度較高，這樣可以減少由于煤燃燒帶走的鍋爐熱量，降低鍋爐無用熱損失，提升鍋爐熱效率；

(2)干燥裝置出來的“冷卻”汽體（其溫度也可達到100雅以上）對鍋爐給水進行預熱，這樣可以省去一部分用來給鍋爐給水加熱提供的熱源，從而減少熱源需求量，減少燃煤量；

(3)此外，本工藝流程中的高溫氣源不僅可以是汽輪機乏汽，還可以摻混經過處理的鍋爐燃燒產生的煙氣，這樣既可以減少煙氣的排放又可以節省煤的消耗，達到節能、減排、降耗的目標。

2.2工藝的幾點說明

（1）關于煤干燥發生裝置：可用于煤干燥的發生裝置有很多種，目前技術較為成熟，應用較為廣泛的裝置有蒸汽管式干燥器、蒸汽流化床干燥器、過熱蒸汽內加熱流化床干燥器等。其各自應用范圍及優缺點在此不加贅述，各單位（部門）可根據自己的條件和需求進行選擇；

（2）關于干燥汽來源：本人所做相關實驗結果表明，煤在80左右溫度下其水分就開始蒸發，而煤中的羧基、羥基、含氧官能團等的析出溫度是從130左右開始的。因此，只要保證干燥蒸發裝置內的汽源滿足：飽和蒸汽（蒸汽不帶水）和大于80即可使煤的熱值得到提高。各應用單位或部門可以根據現場情況、熱值提高的程度以及要達到的效果進行選擇汽體的來源以及其相應的溫度、壓力等。有關溫度等因素對煤提質效果的影響將在下面進行分析。

（3）該工藝流程對于煙煤、泥煤、頁巖煤等其他煤種依然適用，因本人所做實驗為褐煤提質實驗，故本文以褐煤為例加以說明。

3　褐煤提質實驗的相關結果及其結論

褐煤進行氧彈熱值測量實驗結果如表1。

表1　褐煤的氧彈熱值[4]

通過實驗結果可以看出：經提質后的褐煤其熱值得到提升，并且隨著提質溫度的升高熱值提高的幅度越大。以120為例，褐煤經過120的干燥提質后，其熱值比原煤熱值提升了17.7%。

通過“褐煤低溫下的分解實驗”并結合紅外色譜儀等手段得到相關結論如下表2，表3。

表2　褐煤提質工藝制度

表3　褐煤提質分解特性

從表2、3中不難看出：褐煤的干燥提質工藝中，對溫度、環境等條件的要求非常少，很容易做到。各應用單位或部門可以根據需求對提質的溫度進行選擇。如果僅需要脫除褐煤中的水分這樣的初步提質，可以選擇80以上的廢汽、乏汽即可，比如汽輪機做功乏汽、鍋爐煙道廢汽等；如果需要對煤進行深度熱解，大幅度的提升其熱值并得到其相關附屬產物則可以選擇高溫汽體甚至是汽輪機工作汽體，如工業抽汽、采暖抽汽、背壓機排汽等。

4　經濟效益分析

幾點相關說明：

（1）經濟效益以本鋼發電廠高壓車間23#、24#純燃煤鍋爐為例；

（2）以兩臺爐所有的熱量全部來源于褐煤燃燒為準；

（3）兩臺爐僅冬季供暖期運行，其工作時間以80天計算。

根據現場實際情況，冬季供暖期，為達到“保暖、保供、保生產”這一要求，23#、24#爐1月消耗熱值為q原低=20.497 GJ/t的煤28654 t（以2015年1月現場數據計），以80天計算則消耗原煤：

其燃燒產生的熱量為：

若以經120益干燥提質的褐煤為燃料則需要提質煤：

因此供給相同量的熱負荷可節約燃煤量：

按目前市場上該種煤的單價E單價=495元/t計算，僅燃煤一項就可節省：

即節約原燃煤成本總和的15.03%。

以上計算只考慮了節約用煤產生的經濟效益，而該工藝流程中對廢水、疏水的回收、廢汽的充分利用、預熱鍋爐給水、預熱燃煤以及節能減排產生的效益尚未列入考慮范圍內。因此其經濟效益還不止以上這些。

可見，該工藝流程不僅使煤的熱值得到提升，而且使鍋爐燃燒效率得到提升，并且減少煙氣中污染物的排放，在當今鋼鐵企業“保產、保供”與“環保先行”并重的大背景下，可謂一舉多得。

5　應用前景分析

在比較長的一段時間內，煤炭資源依然是我工業能源利用中所占比例最大的一種資源。我國的發電廠以及坑口電站所消耗的能源燃料大部分以煤資源為主。其中以褐煤為燃料的占絕大多數，原因是褐煤價格相對煙煤、無煙煤要便宜很多。但由于褐煤含水量大、含氧官能團多、揮發分含量高等原因導致其熱值低、燃燒效率低，并且使爐膛溫度降低影響爐膛內換熱效果，使鍋爐效率降低。與此同時，褐煤燃燒產生大量的污染氣體，使得企業面臨很大的環保壓力。

褐煤經過該工藝干燥提質后，在給企業節約用煤量的同時，還在一定程度上解決了上述企業面臨的困難和問題。這使得褐煤的有效利用得到了加強，使企業有了降低成本的新思路，使企業在節約開支的同時可以兼顧環保，一舉多得。

面對極大的經濟下行壓力、企業“保產、保供、保用”的任務以及日益嚴格的環保規定，選擇該工藝對發電廠及其它部門的鍋爐燃煤進行提質必將成為企業節能、減排、降耗的新方向和突破口。

[參考文獻]

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[3]劉明，肖峰，嚴俊杰等.褐煤高效發電技術的對比分析[J]，工程熱物理學報，2014，35(3)：437-439.

[4]姚軍.褐煤低溫提質及動力學研究[D]，沈陽：東北大學，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

作者簡介：王晨（1989-），男，漢族，助理工程師，現主要從事為電廠鍋爐、汽輪機運行中的節能分析及相關技術改造工作。

收稿日期：2015-05-06

【中圖分類號】TM6

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）10-0043-04