CN103421521A - 一种低能耗制备煤粉的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备低能耗煤粉的装置和方法，所述装置包括干熄焦冷却系统、热能回收系统，以及焦煤磨制系统；所述干熄焦冷却系统包括干熄焦炉，所述干熄焦炉以原料煤和热解装置产生的高温半焦为原料，以惰性气体为换热氛围，在干熄焦炉内反应得到高温熄焦气体和煤焦煤混合物，所述干熄焦炉的高温熄焦气体出口与热能回收系统的入口相连，所述热能回收系统产生的气体经回收后回到干熄焦冷却系统，所述干熄焦炉的焦煤混合物出口与焦煤磨制系统的入口相连作为生产焦煤的原料。

Description

一种低能耗制备煤粉的装置和方法

技术领域

本发明涉及煤炭加工领域，尤其涉及低能耗的煤粉制备和焦煤混合制粉技术，可直接用于煤粉加工和配煤制粉领域。

背景技术

原煤特别是含水量较高的煤，通常经干燥后才能加工利用，造成原料利用范围窄，加工成本高的局面。高含水量的原煤首先经过干燥工序，使其水分降低、热值增加，之后送入磨煤机进行磨制成合格的颗粒后，用于气化、液化、焦化、电力等行业。原煤水含量高、热值低导致直接运输成本相对较高，干燥工艺又增加了原料成本，因此，高含水量的煤长期以来未得到广泛应用。

半焦是原料煤在500-800℃温度下干馏得到的固体产物，热解后的半焦需要经熄焦冷却后进行加工利用。热解熄焦工艺分为湿法熄焦和干法熄焦，干法熄焦能回收80%以上的显热，且不产生大量污染物如酚类、氰化物和硫化物等有害物质，目前干法熄焦工艺主要利用惰性气体取热后回收能量，存在惰性气体循环量大的问题。

发明内容

本发明提供了一种低能耗制备煤粉的装置和方法，一方面解决了热解半焦干法熄焦的能量回收利用、环境污染问题，另一方面降低了含水量高的原煤干燥过程的能耗问题。同时原煤与半焦混合制粉后，两者性质优势互补，可拓宽高含水量原煤和半焦的利用途径。

本发明提供了一种低能耗制备煤粉的装置，所述装置包括干熄焦冷却系统、热能回收系统，以及焦煤磨制系统；所述干熄焦冷却系统包括干熄焦炉，所述干熄焦炉以原料煤和热解装置产生的高温半焦为原料，以惰性气体为换热气氛，在干熄焦炉内反应得到高温熄焦气体和焦煤混合物，所述干熄焦炉的高温熄焦气体出口与热能回收系统的入口相连，所述热能回收系统产生的气体经回收热量后回到干熄焦冷却系统，所述干熄焦炉的焦煤混合物出口与焦煤磨制系统的入口相连作为生产焦煤的原料。

作为本发明的优选实施例，所述热能回收系统包括有废热锅炉和冷凝器，所述废热锅炉的气体出口与干熄焦冷却系统的入口相连，所述废热锅炉的过热蒸汽出口与焦煤磨制系统的气体入口相连；所述冷凝器入口与废热锅炉的换热气体出口相连，气体出口与干熄焦炉的惰性气体入口相连。

作为本发明的优选实施例，所述热能回收系统进一步包括有一级除尘器和二级除尘器，干熄焦炉的高温熄焦气体出口经一级除尘器除尘后进入到废热锅炉，经废热锅炉换热后产生的气体经二级除尘器除尘后进入到冷凝器内，所述一级除尘器和二级除尘器的一级除尘颗粒出口和二级除尘颗粒出口汇集后与焦煤磨制系统的颗粒煤入口相连。

作为本发明的优选实施例，所述焦煤磨制系统包括有磨煤机和分选机，所述干熄焦炉的焦煤混合物出口、一级除尘器的一级除尘颗粒出口、二级除尘器的二级除尘颗粒出口与该磨煤机的颗粒煤入口，废热锅炉的过热蒸汽出口与磨煤机的气体入口相连，所述分选机的入口与干熄焦炉的焦煤混合物出口相连，所述分选机的出口与磨煤机的颗粒煤入口相连，所述干熄焦炉产生的焦煤混合物经分选机分选后进入到磨煤机内。

作为本发明的优选实施例，所述分选机和磨煤机之间进一步设置有破碎机，分选机分选出来的较大颗粒的煤焦颗粒经破碎机处理后进入到磨煤机内，所述磨煤机的出口进一步连接有分离器以将焦煤粉和水蒸汽分离。

一种制备低能耗煤粉的方法，在干熄焦炉内，以高温半焦和原料煤为原料，以惰性气体作为换热氛围进行反应，其中，高温半焦利用其显热对原料煤进行干燥，同时降低自身的温度，产生的高温熄焦气体经热能回收系统回收热量后回到干熄焦炉重新作为干熄焦炉的惰性气体，在干熄焦炉内产生的煤焦混合物作为制备焦煤磨制系统的原料用以生产产品焦煤粉；所述高温半焦的温度为450～780℃。

作为本发明的优选实施例，所述干熄焦炉产生的熄焦气体经废热锅炉换热产生气体和过热蒸汽，其中，气体经冷凝排出冷凝水后作为干熄焦炉的惰性气体，过热蒸汽进入到焦煤磨制系统内作为制备焦煤粉的保护气氛。

作为本发明的优选实施例，所述干熄焦炉的高温熄焦气体先经过一次除尘后再进入到废热锅炉内，废热锅炉产生的换热气体经二次除尘后再回到干熄焦冷却系统，所述高温熄焦气体经一次除尘后产生的一次除尘颗粒和二次除尘产生的二次除尘颗粒汇集后进入到焦煤磨制系统。

作为本发明的优选实施例，所述原料煤与高温半焦的质量比为1-5:9-5。

作为本发明的优选实施例，所述焦煤磨制系统以干熄焦炉产生的焦煤混合物、一次除尘颗粒、二次除尘颗粒为原料，在废热锅炉产生的过热蒸汽保护下，在磨煤机中磨制成焦煤粉，该焦煤粉经分离后得到产品焦煤粉。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种低能耗制备煤粉的装置和方法，主要优势和特点在于：（1）原料煤加入熄焦炉中，可回收利用热解半焦的部分显热，减少了惰性气体的输入量；（2）在半焦熄焦冷却的过程中，降低了原煤中的水分含量，节省了原煤的干燥成本；（3）半焦与原煤混合制粉后均衡了两种原料的劣势，拓展了两种原料在化工、炼铁、电力等行业的利用途径；（4）在热解厂区对半焦和原煤加工包装后运输，可解决了半焦运输的粉尘污染问题，同时降低了原煤运输成本；（5）采用熄焦后热量回收的过热蒸汽保护磨煤系统，具有安全、清洁、高效的特点。

附图说明

图1为本发明的低能耗的煤粉制备工艺流程示意图。

1	计量器	2	干熄焦炉
				3	一级除尘器	4	废热锅炉
5	三通	6	二级除尘器
				7	冷凝器	8	分选机

9	破碎机	10	磨煤机
				11	分离器	12	新鲜惰性气体
13	来自热解装置的高温半焦	14	原料煤
				15	计量后的原料煤	16	高温熄焦气体
17	一级除尘颗粒	18	一级除尘气体
				19	过热蒸汽	20	换热气体
21	二级除尘颗粒	22	二级除尘气体
				23	冷凝水	24	循环惰性气体
25	混合惰性气体	26	熄焦后的焦煤混合物
				27	小于等于3mm的焦煤颗粒	28	大于3mm的焦煤颗粒
29	破碎焦煤颗粒	30	混合焦煤颗粒
				31	磨制好的焦煤粉	32	产品焦煤粉
33	水蒸气	34	过热保护蒸汽
				35	产品过热蒸汽	36	水
A	干熄焦冷却系统	B	热能回收系统
				C	焦煤磨制系统

具体实施方式

本发明中包括3个系统，A为干熄焦冷却系统，B为热能回收系统，C为焦煤磨制系统。干熄焦冷却系统A中包括计量器1和干熄焦炉2；热能回收系统B包括一级除尘器3、废热锅炉4、三通5、二级除尘器6和冷凝器7；焦煤磨制系统C包括分选机8、破碎机9、磨煤机10和分离器11。

干熄焦冷却系统A中计量器1出口与干熄焦炉2的原煤入口相连接,干熄焦炉2的高温熄焦气体出口与热能回收系统的一级除尘器3的入口相连，干熄焦炉2的煤焦混合物出口与焦煤磨制系统的分选机8入口相连；所述干熄焦炉内还通入由热解装置产生的高温半焦13以及新鲜的惰性气体12，其中，惰性气体作为换热气氛。

热能回收系统B中，一级除尘器3的入口与干熄焦炉的高温熄焦气体出口相连，顶部出口与废热锅炉4气体入口相连接，底部出口为一级除尘颗粒17，与焦煤磨制系统的磨煤机的原料入口相连；废热锅炉4顶部出口与二级除尘器6相连接，废热锅炉4底部出口与三通5入口相连接；二级除尘器6顶部出口与冷凝器7入口相连接，底部出口为二级除尘颗粒21，与焦煤磨制系统的磨煤机的原料入口相连；冷凝器7有两个出口，其中一个出口直接排出冷凝水23，另一个出口为循环惰性气体24；三通5有两个出口，其中一个出口直接排出产品过热蒸汽35，另一出口输出过热保护蒸汽34，该出口与焦煤磨制系统的磨煤机入口相连，作为制作焦煤粉的保护气氛。

焦煤磨制系统C中，分选机8的入口与干熄焦炉的焦煤混合物出口相连，分选机有两个出口，其中小于等于3mm的焦煤颗粒27出口直接与磨煤机10原料入口相连接，分选机8的大于3mm的焦煤颗粒28出口与破碎机9入口相连接，破碎机9出口与磨煤机10颗粒煤入口相连接，磨煤机10出口与分离器11入口相连接，分离器11底部出口直接排出产品焦煤粉32，分离器11顶部出口排出水蒸气33，作为供热、换热或动力驱动原料。

干熄焦冷却系统A中，干熄焦炉2顶部出口（即高温熄焦气体出口）与热能回收系统B中的一级除尘器3入口相连接，干熄焦冷却系统A中，干熄焦炉2底部出口（即焦煤混合物出口）与焦煤磨制系统C中的分选机8入口相连接。热能回收系统B中，一级除尘器3的一级除尘颗粒出口、二级除尘器6的二级除尘颗粒出口和焦煤磨制系统C中破碎机9出口的破碎焦煤颗粒29合并后与磨煤机10颗粒煤入口相连接，热能回收系统B中，冷凝器7的循环惰性气体出口与干熄焦冷却系统A中的新鲜惰性气体12合并后与干熄焦炉2气体入口相连接，热能回收系统B中三通5的过热保护蒸汽34出口与焦煤磨制系统C中的磨煤机10的过热蒸汽入口相连接。

工艺流程叙述：

本发明中，原料煤14经计量器1给料并计量后，与来自热解装置的高温半焦13在干熄焦炉2中混合，半焦温度在450-780℃之间，原料煤14和半焦13的质量比为1～5:9～5，同时在干熄焦炉2中通入混合惰性气体25作为换热气氛，高温半焦的部分显热由原料煤14吸收，此过程不仅干燥了原煤，而且冷却了半焦。

干熄焦炉2顶部出口的高温熄焦气体16进入一级除尘器3中，在一级除尘器3中除去携带的粉尘后，一级除尘气体18送入废热锅炉4中回收热量将水转化为过热蒸汽，产生的过热蒸汽19与三通5连接，三通5中根据需要抽取部分作为过热保护蒸汽34通入磨煤机10中，构成过热蒸汽的保护系统，其余作为产品过热蒸汽35输出；经废热锅炉4换热后的气体进入二级除尘器6中，进一步除去粉尘颗粒后，二级除尘气体22进入冷凝器7中，在冷凝器7中冷凝除去熄焦过程带出的水分，冷凝器7有两个出口，其中一个出口直接排出冷凝水23，另一个出口为循环惰性气体24，循环惰性气体24与新鲜惰性气体12合并为混合惰性气体进入熄焦炉2中，完成熄焦惰性气体的循环利用。

干熄焦炉2底部的熄焦后的煤焦混合物26送入分选机8中，经分选机8将不同粒径的焦煤颗粒分开，其中大于3mm焦煤颗粒28送入破碎机9中，破碎机9破碎后得到粒径范围在20-300μm的焦煤颗粒29，小于等于3mm焦煤颗粒27、一级除尘颗粒17、二级除尘颗粒21、破碎焦煤颗粒29混合后直接进入磨煤机10；经磨煤机10碾磨后的焦煤平均粒径为10-50μm，磨制好的焦煤粉31送入分离器11，经分离器11将过热蒸汽与焦煤粉分离后，在分离器11顶部出口排出水蒸气33用作换热气体、热源使用，分离器11底部出口生产出产品焦煤粉32。

以下结合实施例对本发明装置及方法做详细说明：

实施例1

褐煤经计量器给料并计量后，与来自粉煤热解（原煤粒径<6mm）装置的高温半焦在干熄焦炉中混合，褐煤的水含量为34.5%，半焦温度在450-550℃之间，褐煤和半焦的质量比为1:9，同时在干熄焦中通入混合惰性气体，高温半焦的部分显热由褐煤吸收，其余与惰性气体进行换热，此过程不仅干燥了褐煤，而且冷却了半焦。

干熄焦炉顶部出口的高温熄焦气体进入一级除尘器中，经一级除尘器中除去携带的粉尘后，一级除尘气体送入废热锅炉中，在废热锅炉气体携带的热量将水加热升温转化为过热蒸汽，产生的过热蒸汽与三通连接，一级除尘器底部出口为一级除尘颗粒；废热锅炉顶部的换热气体进入二级除尘器进一步除去粉尘颗粒，其余的二级除尘气体进入冷凝器中，经冷凝除去熄焦过程带出的水分后得到循环惰性气体，循环惰性气体与新鲜惰性气体合并后进入熄焦炉中，完成惰性气体的循环利用；过热蒸汽进入三通后，根据需要抽取一部分作为过热保护蒸汽进入磨煤机中，其余则作为产品直接输出。

干熄焦炉中固体产物熄焦后的煤焦混合物送入分选机中，经分选机将不同粒径的焦煤颗粒分开，其中大于3mm焦煤颗粒送入破碎机中，经破碎机破碎后得到焦煤颗粒，其粒径范围在20-300μm；小于等于3mm焦煤颗粒、一级除尘颗粒、二级除尘颗粒、破碎焦煤颗粒混合后直接进入磨煤机，经磨煤机碾磨后焦煤粉平均粒径为27μm，磨制好的焦煤粉送入分离器，经分离器将过热蒸汽与焦煤粉分离后，其中水蒸气可作为换热气体、热源使用，产品焦煤粉进入下一步包装或加工工序。

实施例2

低阶煤经计量器给料并计量后，与来自块煤热解（原煤粒径>20mm）装置的高温半焦在干熄焦炉中混合，低阶煤的水含量为16.8%，半焦温度在650-780℃之间，烟煤和半焦的质量比为5:5，同时在干熄焦中通入混合惰性气体，高温半焦的部分显热由烟煤吸收，其余与惰性气体进行换热，此过程不仅干燥了原煤，而且冷却了半焦。

干熄焦炉顶部出口的高温熄焦气体进入一级除尘器中，经一级除尘器中除去携带的粉尘后，一级除尘气体送入废热锅炉中，在废热锅炉气体携带的热量将水加热升温转化为过热蒸汽，产生的过热蒸汽与三通连接，一级除尘器底部出口为一级除尘颗粒；废热锅炉顶部的换热气体进入二级除尘器进一步除去粉尘颗粒，其余的二级除尘气体进入冷凝器中，经冷凝除去熄焦过程带出的水分后得到循环惰性气体，循环惰性气体与新鲜惰性气体合并后进入熄焦炉中，完成惰性气体的循环利用；过热蒸汽进入三通后，根据需要抽取一部分作为过热保护蒸汽进入磨煤机中，其余则作为产品直接输出。

干熄焦炉中固体产物熄焦后的煤焦混合物送入分选机中，经分选机将不同粒径的焦煤颗粒分开，其中大于3mm焦煤颗粒送入破碎机中，经破碎机破碎后得到焦煤颗粒，其粒径范围在20-300μm；小于等于3mm焦煤颗粒、一级除尘颗粒、二级除尘颗粒、破碎焦煤颗粒混合后直接进入磨煤机，经磨煤机碾磨后焦煤粉平均粒径为43μm，磨制好的焦煤粉送入分离器，经分离器将过热蒸汽与焦煤粉分离后，其中水蒸气用作换热气体、热源，产品焦煤粉进入下一步包装或加工工序。

实施例3

烟煤经计量器给料并计量后，与来自粒煤热解（原煤粒径在6-20mm）装置的高温半焦在干熄焦炉中混合，烟煤的水含量为11.3%，半焦温度在550-650℃之间，烟煤和半焦的质量比为4:6，同时在干熄焦中通入混合惰性气体，高温半焦的部分显热由烟煤吸收，其余与惰性气体进行换热，此过程不仅干燥了原煤，而且冷却了半焦。

干熄焦炉顶部出口的高温熄焦气体进入一级除尘器中，经一级除尘器中除去携带的粉尘后，一级除尘气体送入废热锅炉中，在废热锅炉气体携带的热量将水加热升温转化为过热蒸汽，产生的过热蒸汽与三通连接，一级除尘器底部出口为一级除尘颗粒；废热锅炉顶部的换热气体进入二级除尘器进一步除去粉尘颗粒，其余的二级除尘气体进入冷凝器中，经冷凝除去熄焦过程带出的水分后得到循环惰性气体，循环惰性气体与新鲜惰性气体合并后进入熄焦炉中，完成惰性气体的循环利用；过热蒸汽进入三通后，根据需要抽取一部分作为过热保护蒸汽进入磨煤机中，其余则作为产品直接输出。

干熄焦炉中固体产物熄焦后的煤焦混合物送入分选机中，经分选机将不同粒径的焦煤颗粒分开，其中大于3mm焦煤颗粒送入破碎机中，经破碎机破碎后得到焦煤颗粒，其粒径范围在20-300μm；小于等于3mm焦煤颗粒、一级除尘颗粒、二级除尘颗粒、破碎焦煤颗粒混合后直接进入磨煤机，经磨煤机碾磨后焦煤粉平均粒径为17μm，磨制好的焦煤粉送入分离器，经分离器将过热蒸汽与焦煤粉分离后，其中水蒸气用作换热气体、热源，产品焦煤粉进入下一步包装或加工工序。

本发明中所述的半焦可以是块煤、粒煤和粉煤的中低温干馏固体产物；原料煤可以是烟煤、褐煤和低阶煤，其中含水量较高的煤种，效果较好。本发明中所述的磨煤机和分离器可根据需要可以设一台或多台。

Claims (10)

1.一种低能耗制备煤粉的装置，其特征在于：所述装置包括干熄焦冷却系统、热能回收系统，以及焦煤磨制系统；所述干熄焦冷却系统包括干熄焦炉（2），所述干熄焦炉以原料煤和热解装置产生的高温半焦为原料，以惰性气体为换热气氛，在干熄焦炉内反应得到高温熄焦气体和焦煤混合物，所述干熄焦炉的高温熄焦气体出口与热能回收系统的入口相连，所述热能回收系统产生的气体经回收热量后回到干熄焦冷却系统，所述干熄焦炉的焦煤混合物出口与焦煤磨制系统的入口相连作为生产焦煤的原料。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述热能回收系统包括有废热锅炉（4）和冷凝器，所述废热锅炉的气体出口与干熄焦冷却系统的入口相连，所述废热锅炉的过热蒸汽出口与焦煤磨制系统的气体入口相连；所述冷凝器入口与废热锅炉的换热气体出口相连，气体出口与干熄焦炉的惰性气体入口相连。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述热能回收系统进一步包括有一级除尘器（3）和二级除尘器（6），干熄焦炉的高温熄焦气体出口经一级除尘器除尘后进入到废热锅炉，经废热锅炉换热后产生的气体经二级除尘器除尘后进入到冷凝器内，所述一级除尘器和二级除尘器的一级除尘颗粒出口和二级除尘颗粒出口汇集后与焦煤磨制系统的颗粒煤入口相连。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述焦煤磨制系统包括有磨煤机（10）和分选机（8），所述干熄焦炉的焦煤混合物出口、一级除尘器的一级除尘颗粒出口、二级除尘器的二级除尘颗粒出口与该磨煤机的颗粒煤入口，废热锅炉的过热蒸汽出口与磨煤机的气体入口相连；所述分选机的入口与干熄焦炉的焦煤混合物出口相连，所述分选机的出口与磨煤机的颗粒煤入口相连，所述干熄焦炉产生的焦煤混合物经分选机分选后进入到磨煤机内。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述分选机和磨煤机之间进一步设置有破碎机（9），分选机分选出来的较大颗粒的煤焦颗粒经破碎机处理后进入到磨煤机内；所述磨煤机的出口进一步连接有分离器（11）以将焦煤粉和水蒸汽分离。

6.一种基于权利要求1所述的装置制备煤粉的方法，其特征在于：在干熄焦炉内，以高温半焦和原料煤为原料，以惰性气体作为换热氛围进行反应，其中，高温半焦利用其显热对原料煤进行干燥，同时降低自身的温度，产生的高温熄焦气体经热能回收系统回收热量后回到干熄焦炉重新作为干熄焦炉的惰性气体，在干熄焦炉内产生的煤焦混合物作为制备焦煤磨制系统的原料用以生产产品焦煤粉；所述高温半焦的温度为450～780℃。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述干熄焦炉产生的熄焦气体经废热锅炉换热产生气体和过热蒸汽，其中，气体经冷凝排出冷凝水后作为干熄焦炉的惰性气体，过热蒸汽进入到焦煤磨制系统内作为制备焦煤粉的保护气氛。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述干熄焦炉的高温熄焦气体先经过一次除尘后再进入到废热锅炉内，废热锅炉产生的换热气体经二次除尘后再回到干熄焦冷却系统；所述高温熄焦气体经一次除尘后产生的一次除尘颗粒和二次除尘产生的二次除尘颗粒汇集后进入到焦煤磨制系统。

9.如权利要求6所述的方法，所述原料煤与高温半焦的质量比为1-5:9-5。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述焦煤磨制系统以干熄焦炉产生的焦煤混合物、一次除尘颗粒、二次除尘颗粒为原料，在废热锅炉产生的过热蒸汽保护下，在磨煤机中磨制成焦煤粉，该焦煤粉经分离后得到产品焦煤粉。

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