生产细粒煤的装置 本发明涉及一种用分离得到的煤产品及其生产方法和装置。
已有的国内外沸腾炉用煤都是一种粒径d≤x2(mm)的宽筛分加工煤，其中x2值是设计选定的，各国各地不尽相同，但一般小于13mm，我国业界选用一般为x2＝6～10mm。显然上述加工煤中含有粒径d≤x1(mm)的不能稳定在沸腾床中实现流态化燃烧的煤粉屑，其中x1值取决于沸腾床运行风速ωf和温度tf，当tf＞800℃，ωf≥2m/s时，x1≈0.5mm；当ωf≈4.5m/s时，x1≈1.0mm。煤粉屑被烟气迅速带出沸腾床及炉膛，便形成业界所称的飞灰。形成沸腾炉飞灰的煤粉屑主要来自1)原煤中的自然成份；2)燃料加工破碎产生；3)煤粒烧缩形成；4)煤粒高温爆裂。除热稳定性极差的煤种，前3项煤粉屑生成的飞灰占总飞灰量的约70％。而飞灰总量一般占入炉总灰质量的50％以上。与层燃料比，沸腾炉飞灰量极大；与粉煤炉比，沸腾炉飞灰平均粒径高出一个数量级，炉膛温度很低，飞灰极难以燃烬。所以，飞灰量大，飞灰可燃质含量高始终是沸腾炉设计及运行中的最大障碍，是我国沸腾炉热效率低下的决定性原因。为解决飞灰燃烬而采取的一系列技术措施，无不使炉体庞大化，结构复杂化，而且在工业化应用中成效并不理想，并限制了沸腾燃烧技术向大型动力锅炉扩散。在第一代沸腾燃烧锅炉的高温大炉膛、飞灰炉内捕集、返膛复燃技术基础上发展的第二代沸腾炉——循环流化床锅炉被公认为新世纪的高效洁净燃煤技术发展目标，其炉体高大，炉内布置有复杂的高温飞灰捕集和飞灰返炉循环装置，对于煤质和燃料筛分粒度比例要求较为严格，高效率运行的负荷弹性很小。10t/h工业沸腾锅炉炉体高在10m以上；410t/h级的动力炉高则近50m，与同级别的粉煤炉相当。当煤质变化较大，粒度比例不宜，负荷降低时，引起炉膛温度下降而造成飞灰的无效恶性循环，锅炉热效率急剧下降，甚至比不上普通沸腾炉；当负荷稍大或粉屑比例增加，则造成飞灰捕集，循环系统效率下降，恶化了工况。循环流化床工业锅炉设计热效率名不符实的情况甚至比其他工业锅炉更为严重。1996年《中国机械产品年鉴》的“工业锅炉”条目是由原机电部撰写的，称：我国“工业锅炉鉴定热效率达80％，实际运行热效率不高”。我国80年代虽有个规划，目标是将80年工业锅炉热效率平均水平60％，至2000年提高到76％，年节煤1.65亿吨，事实上远未能实现。目前，又组织了GEF计划，目标是热效率水平提高10％～15％，年节煤6000万吨，价值120亿元。我国现有工业锅炉约50万台，年耗煤4亿吨以上，占煤总消费量约40％，是第一大用户，也是第一大污染源。在煤炭短缺的计划经济年代，工业锅炉的设计及制造执行的是“以多品种适应多煤种”，锅炉界为此而付出巨大的努力。但四十多年的实践证明，单凭在燃烧技术和燃烧设备下功夫，成效不大，事倍功半。而改变燃料煤的性状则将开拓全新的局面。
沸腾炉是流态化技术在燃烧设备的应用，发端于50年代，至80年代出现第二代的循环流化床炉。它们都有一个流态化燃烧床，俗称沸腾床。沸腾床对任何煤种，包括煤矸石，都可以对床中呈流态化的燃料颗粒实现高效率的快速低温烧透，燃烧效率可达98％以上。低温燃烧使它的NOx排放量很低而无需处理，低温流态化又使它可以低成本地实现烟气脱硫率达90％以上，这是层燃炉、粉煤炉所无法比拟的。众所周知，粉煤动力锅炉的脱硫脱硝投资约占热电站总投资的20％～30％，运行成本高，而且脱硝技术至今没有过关。正基于此，沸腾燃烧方式被公认为高效洁净燃烧技术，各国竞相开发，我国也将沸腾燃烧技术及设备列为洁净煤技术体系的重要内容，写入《中国21世纪议程》，成为国家环保与节能的战略性课题。
本发明的目的旨在提供一种粒径为0.2～13mm的细粒煤及其生产方法和装置。
所谓细粒煤是粒度范围为0.2～13mm，最好为0.5～8mm的加工煤品种。
细粒煤的生产方法为：1)将原料煤经过处理，筛分得到粒度不大于细粒煤粒度上限的筛分煤；2)将粒度不大于细粒煤粒度上限的筛分煤经过分离，分别得粒度为细粒煤粒度范围的细粒煤和小于细粒煤粒度范围的煤粉屑。
分离粒度不大于细粒燥粒度上限的筛分煤的装置为流化床气力分选塔(以下简称为气分塔)，气分塔设有柱状垂直立塔体，下部由塔壁、布风板、卸料管和等压风箱组成流化床，卸料管置于布风板的中心下方并穿过塔体的底部，等压风箱置于布风板的下方，在等压风箱侧壁设进风口和测压点，在等压风箱底部开设清扫门；塔体的顶部设出风口；在塔体上部侧壁设给煤口，给煤口下方设置有播煤风喷咀，在流化床层面高度设有窥视窗；在塔体侧壁，布风板的上方开设有检查人孔。
柱状垂立塔体一般为等截面，布风板可呈等锥形，卸料管开设于布风板的锥底，给煤口距布风板的高度最好＞4m，塔顶的出风口与给煤口的间距最好不少于1m，播煤风喷咀与给煤口的间距为50mm，两者开口宽度相同。
本发明提供一种细粒煤生产装置——全封闭气力循环分选系统，系统包括气分塔、循环风机、给煤机、分离器、细粒煤卸运机、煤粉屑卸运机和空气循环回路管线及其相应的控制阀。循环风机通过管线和相应的控制阀分别与气分塔的进风口和播煤风喷咀连接，给煤机与气分塔的给煤口连接，气分塔的出风口通过管线与分离器的入口连接，分离器的出风口通过管线、控制阀与循环风机连接，分离器的煤粉屑出料口接煤粉屑卸运机，气分塔的卸料管出料口接细粒煤卸运机。
本发明所说的细粒煤其粒度范围为d＝x1-x2mm，其中下限值x1＝0.2mm，上限值x2＝13mm，它是一种适用于沸腾炉(包括沸腾燃烧炉和流化床气化炉)，能实现入炉煤全份额流态化燃烧的新品种煤，它区别于国家标准GB/T 3715-1996“关于煤及其产品”所列出的所有品种煤，对于沸腾炉来说，细粒煤是一种充分发挥其优势的新燃料，它将减少其飞灰量约60％，热效率提高15％以上，节煤20％以上，并实现锅炉在低负荷状态下保持高热效率运行；同时将催生第三代沸腾炉，即一种低炉膛、小体积、结构极为简单的新炉型，这也是世界燃烧技术界长期奋斗的目标。燃料性状的变更引发燃烧技术和设备的革命，燃烧技术的革命催生新的燃料品种，燃料—燃料技术—燃烧设备之间的辩证发展关系已为燃烧技术史所确证。燃煤炉由烧散煤的层燃炉、烧极细煤粉的粉煤炉与水煤浆炉到烧宽筛分加工煤的沸腾炉都是这样的。
本发明所说的细粒煤生产方法是一种实用性很强的工业化生产方法，它的核心在于对粒径d＜(0.2～1.0)mm的细粉屑实现低成本、高效率、粒度可无量级调控的分选。通过处理得到粒度≤13mm的宽筛分煤，再经过分离，可分离出粒度＜(0.2～1.0mm)的煤粉屑，即得本发明所说的新煤品种——细粒煤，其生产工艺流程十分简单，尤其通过封闭式气力循环分离系统，可实现污染小、效率高、设备简单、成本低的工业化流水作业。
本发明所说的流化床气力分选塔其结构简单，调控灵活，不设筛网，故障率极低。若与循环风机、给煤机、分离器、细粒煤和煤粉屑卸运机和空气循环回路连接管线及其相应的控制阀等组成封闭式气力循环分选系统，则具有污染与损耗小，可实现自动化操作，生产效率高，电耗低(约0.5KW·h/t)，投资小，运行成本低等优点。也就是它不但实现细粒煤的自动化工业生产，并且兼具除尘、环保、节能等功能。
图1为细粒煤的一种加工工艺流程图
图2为流化床气力分选塔结构简图。
图3为图2的B-B剖图。
图4为全封闭气力循环分选系统示意图。
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细粒煤的生产方法如图1所示，将原料煤经过多层筛A，筛分后分别得粒度≤x2mm、x2～25mm和＞25mm的初加工煤(筛分煤)，再将粒度≤x2mm的筛分煤经分离装置B，分别得粒度为x1～x2mm的细粒煤和粒度＜x1mm的煤粉屑，所得的细粒煤即为本发明所说的新煤品种。至于＜x1mm的煤粉屑则可加工为型煤或供他用。x1值可以实现无量级调控。
图2，3给出本发明的气分塔的结构简图，塔体1为正方形截面的垂立柱状体，下部设有由塔壁、布风板2、卸料管3和等压风箱4组成的流化床，其中布风板2采用密孔板设计。呈锥型状，锥面的水平倾角取15～20°；卸料管3设于布风板的锥底并垂直向下穿出塔体底部；等压风箱4位于布风板与塔底之间，在侧壁设进风口11和测压点P，在底部开设约300mm×300mm的清扫门9。在塔体1上部侧壁设给煤口5，给煤口5距布风板约4m，塔体顶部设出风口6，给煤口与出风口的距离≥1m，给煤口下方设置播煤风喷咀7，两者之间净间距约50mm，开口宽度相同。在流化床层面高度装有透明窥视窗8，其大小可为高×宽＝500mm×100mm。在塔体侧壁、布风板上方设检查人孔10，检查人孔10距布风板约0.5m。当需要控制x2值时，也可在侧壁开设溢流高度可调控的棚状溢流口。
图4给出应用气分塔进行分离的全封闭气力循环分选系统示意图。该系统由循环风机12、给煤机13、一级分离器14、二级分离器15、细粒煤卸运机16、煤粉屑卸运机17、空气循环回路管线及其相应的控制阀18、19和气分塔20组成。其中循环风机12通过管线和控制阀分别与气分塔20的进风口11、播煤风喷咀7及二级分离器15的出风口151连接，循环风机的风量由气分塔流态化设计给定，全压由系统阻力降之和确定；粒度＜x2(上限值)的宽筛分加工煤由给煤机13通过气分塔20的给煤口5连续均匀入塔，在横向播煤风的作用下，煤分散下落，与经气分塔流化床的上升气流逆向而行，发生初分离后落入流化床，煤粒在流化床中流化，颗粒间产生强烈的翻腾磨擦，气体鼓泡，大量、密集、迅速上升的气泡不断将煤粒抛出床面，在运行风速的控制下，d≤x1(下限值)的粉屑随气流上升，由出风口6排出塔外，细粒煤则在保持需要的流化层高度条件下，由卸料管3连续均匀排出，并由细粒煤卸运机16收集。通过调控运行风量以控制细粒煤下限值x1，通过调节流化层高度控制煤在流化床的平均滞留时间，以达到设计要求d＜x1的分离率。给煤机和细粒煤卸运机均应是无级调速的，以控制系统的料平衡。可选用螺旋输送机、皮带机、斗提机、圆盘喂料机等。
由气分塔出风口6排出的煤粉屑随气流通过管线进入分离器，分离器最好不少于2级，总分离率应大于98％，在运行中，流化介质中的微粉含量会自动达到平衡点，不影响系统工作。一级分离器可采用惯性分离器，结构简单，分离率一般大于50％；二级及二级以上分离器可选用多管式除尘器的系列产品，除尘率应不小于98％。本实施例采用两级分离器：一级分离器14和二级分离器15，分离器的运行风量由气分塔流态化计算确定。分离器所得的煤粉屑由煤粉屑卸运机17收集。
例如，设定设备生产能力D＝60t/h，分选下限值x1＝0.5～1.0mm，原料煤粒度d≤8mm，全水份Mt＜9％，环境工作温度T＝20℃。经筛分试验得：d＜1mm的粉屑重量份额比例β＝35％，d＞1mm细粒煤平均直径d＝2.5mm，形状系数c＝0.65。经测定，煤的真比重Y0＝1700Kg/m3，d＝1～8mm细粒煤堆比重r＝1000Kg/m3，则其堆积空隙率ε＝0.412。在流化床设计中，流态化计算得d＝0.5mm煤粒的气力输送速度ω1＝2.12m/s，而d＝1.0mm煤粒的气力输送速度ω2＝4.05m/s，流化床临界流化速度ω0＝0.64m/s，因为ω1＞ω0，所以流化床可稳定运行。流化床的工作流速ω为：取ωmin＝2m/s，作为布风板风眼最小运行风量时的小孔风速控制数，取最小风眼风速ω′＝12m/s；取ωmax＝1.25ω2＝5m/s作为循环风机风量参数。
布风板面积即气分塔横截面积可接如下方法确定：预选细粒煤在流化床里平均停留时间n＝15s，则流化床静止料层数量B＝n×D＝2.55Kg(即0.255m3)。选取流化床料层静止高度h为0.2m，则布风板的水平面积F＝B/h＝1.275m2。若选用正方形截面塔，则塔的横截面内边长为1130mm。布风板采用等四面锥形，锥面水平倾角取12°。选取最低运行风量Qmin＝9180m3/h，布风板小孔开孔总面积f＝0.2125m2。最大运行风量Qmax＝22950m3/h，播煤风量Q1＝0.05Q，喷咀风速ω3＝2ω。
给煤机、卸运机及分离器的负荷，业内人士则可根据上述数据配套。
显而易见，本系统技术可靠，运行故障少，投资省，运行费用低，系统兼具除尘功能，无污染、损耗小，对煤实现了“优质优用，低质适用”的最优原则。
当原料煤水份较大，不利于粉屑气力分离时，则可在流化床里布置排管式热交换器，实现干燥与气力分离同步作业；也可采用热空气流程、实现干燥与气力分离同步作业。但此时，系统应为开放式的，即流化介质经分离捕集粉屑后排入大气。