CN104893746B - 一种半焦热量的回收利用系统以及回收利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半焦热量回收利用系统，包括干燥装置，用来干燥煤炭；热解装置，用来将干燥装置中干燥后的煤炭热解形成高温半焦；热交换反应器，用来将干燥装置中低温含氧蒸汽与热解装置中热解后的高温半焦进行热交换反应；本发明还提供了一种利用半焦热量回收系统进行的半焦热量回收利用工艺。该系统以及工艺中半焦热量先与含氧的水蒸气进行氧化还原反应，同时进行换热后形成的高温可燃气可为热风炉提供部分燃烧能量；换热后形成的低温半焦与原料煤粉混合后提供优质的发电燃料，有效的利用了半焦的换热热量以及显热热量，且达到了利用废弃煤粉的作用。

Description

一种半焦热量的回收利用系统以及回收利用工艺

技术领域

本发明涉及一种半焦热量回收利用系统以及其工艺，尤其涉及一种利用半焦换热的热量提供干馏能量且可与煤粉混合提供优质发电燃料的系统和工艺。

背景技术

中国具有富煤、贫油、少气的特点，因此中国的能源消费主要以煤炭为主，是世界上燃煤污染最严重的国家之一。我国低阶煤蕴藏量占煤炭储量的50％左右，产量占目前总量的30％，低阶煤由于高水分、高挥发份、低热值且极易自燃的特点，从而不适于长期存储和长距离运输，长期被视作一种劣质煤炭资源，目前仅用做坑口电厂燃料和坑口气化原料，限制了褐煤资源的合理开发利用半径。

因低阶煤产区多为水资源缺乏、生态环境脆弱、经济总量较小的地区，采用发电和发展大型煤化工的方式就地转化，容易受到水资源瓶颈和环境容量瓶颈两个因素的制约；低阶煤直接用于电厂锅炉燃烧时，存在热效率低、制粉工艺选型庞大、厂用电高、设备投资高、发电厂净效率低、烟气尾部排水量大等诸多问题；低阶煤经简单的干燥后，由于干燥煤中挥发份成份高，直接用于电厂锅炉燃烧时，存在制粉系统爆炸问题，同时锅炉炉膛温℃不高，从而煤燃烧不充分的现象；同时低阶煤中含有大量的煤焦油，不加以利用率，则浪费了大量煤焦油。

因此，褐煤提质方面的技术应用而生，但是随之而来的便是如何针对低阶煤干馏后产生高温半焦炭的显热及煤粉综合回收利用，如何解决能量的回收及资源的利用问题。

现有技术中对于褐煤干馏的技术方法繁多，工艺类型不外乎以下几种型式的组合：按加热方式分有外热式、内热式和内外热结合式；按煤料的形态分有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同又有气体热载体和固体热载体二种；按煤的运动状态又分为固定床、移动床、流化床和气流床等。从目前主要技术应用情况来分析，内热式气体热载体干馏技术比较成熟，操作比较灵活且安全，但内热式气体热载体干流技术对煤种的颗粒℃有要求，一般都要求在3mm以上，所以在破碎筛分过程中产生了大量的煤粉，如不加以利用，将是巨大的浪费。

现有技术中的熄焦方法有干法熄焦及湿法熄焦两种：

第一种，干法熄焦是用低温惰性气体冷却红焦的一种熄焦方法：干熄焦在节能、改善焦炭质量方面优于湿熄焦，但其占地面积大，设备结构复杂、制造难℃大、维修费用高、投资大，且焦炭烧损严重。对于独立型焦化企业而言，所吸收的热量自身不易平衡，因此干熄焦在独立型焦化企业难以推广。

第二种，湿法熄焦是用水喷淋红焦(包括低水分熄焦、稳定熄焦等)，将红焦降至100℃以下，产生的蒸汽直接排放到大气：其特点为工艺简单，投资省，操作、维护简便；缺点为：约占整个焦炉耗热量30～35％的红焦显热没有有效利用；水资源消耗多；红焦急剧冷却，降低焦炭质量；熄焦产生的蒸汽夹带有污染、腐蚀性介质以及粉尘，直接排入大气，不仅造成环境污染，而且还是一种资源浪费。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供了一种半焦热量回收利用系统以及回收利用工艺，该系统以及工艺中半焦热量先与含氧的水蒸气进行氧化还原反应，同时进行换热后形成的高温可燃气可为热风炉提供部分燃烧能量；换热后形成的低温半焦与原料煤粉混合后提供优质的发电燃料，有效的利用了半焦的换热热量以及显热热量，且达到了利用废弃煤粉的作用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种半焦热量回收利用系统，包括干燥装置，用来干燥煤炭，干燥装置的煤炭出口连接热解装置，干燥装置的蒸汽出口连接热交换反应器；热解装置，用来将干燥装置中干燥后的煤炭热解形成高温半焦，热解装置的半焦出口连接热交换反应器；热交换反应器，用来将干燥装置中低温含氧蒸汽与热解装置中热解后的高温半焦进行热交换反应，以形成可回收利用的高温可燃气体以及低温半焦。

作为本发明的进一步优化，热交换反应器的气体出口连接热风炉，高温可燃气通入到热风炉中燃烧回收；热交换反应器的半焦出口连接混合回转器，混合回转器中通入煤粉，煤粉与热交换反应器中形成的低温半焦在混合回转器中混合发生水合氧化反应产生可供发电的燃料。

作为本发明的进一步优化，混合回转器连接水力除尘装置，以将混合回转器中产生的气体除尘，水利除尘装置连接负压排风机，以将除尘后的气体通过负压排风机排空；混合回转器还连接成型装置，以将混合回转器中形成的燃料进一步钝化供发电。

作为本发明的进一步优化，热解装置的焦油出口连接焦油冷却回收装置，以将热解装置中形成的焦油冷却回收；焦油回收装置的气体出口连接热解循环风机，热解循环风机的气体出口连接干燥热风炉，热解气从热解循环风机中通入到干燥热风炉中燃烧；干燥热风炉的气体出口连接干燥热风混箱，以将在干燥热风炉中产生的气体升温，干燥热风混箱连接干燥装置中，升温后的气体通入到干燥装置中，为干燥煤炭提供干燥风。

作为本发明的进一步优化，干燥装置与热交换反应器之间顺次设置有干燥循环风机和增压风机，干燥装置干燥煤炭后产生的含氧水蒸气经增压通入到热交换反应器中。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种半焦热量回收利用工艺，包括以下步骤：将3-80mm的煤炭干燥，煤炭干燥后产生120℃-140℃且含氧0～8％的水蒸气体以及150-200℃的煤炭；将干燥后的煤炭热解形成500℃以上的半焦；500℃以上的半焦与煤炭干燥时产生的120℃-140℃且含氧0～8％的水蒸气体进行氧化还原反应及热交换；热交换后形成小于300℃的半焦以及高于400℃的高温可燃气；其中，小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合发生水合氧化反应后形成可供发电的燃料，以利用半焦的显热且使半焦水合及氧化后部分钝化，同时干燥3mm以下的煤粉；高温可燃气通入热风炉，提供热风炉部分燃烧能量，以回收高温可燃气，减少外部补充燃料，尽量达到内部能量平衡。

作为本发明的进一步优化，还包括以下步骤：煤炭干燥过程后可形成的120℃-140℃含氧0～8％的水蒸气体，，气体增压后与500℃以上的半焦进行氧化还原反应及热交换。

作为本发明的进一步优化，煤炭热解后形成焦油以及热解气，其中焦油冷却回收；热解气燃烧形成干燥气体，燃烧后产生的干燥气体或调整形成200-300℃的干燥气体，以干燥煤炭。

作为本发明的进一步优化，煤炭干燥后形成的剩余气体，经脱硫后排空。

作为本发明的进一步优化，小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合发生水合氧化反应后产生的不凝结气体经除尘排空。

本发明所具有的优势在于，该系统以及工艺中半焦热量先与含氧量0～8％低温水蒸气进行氧化还原反应，且换热反应后形成的高温可燃气为热风炉提供部分燃烧能量；换热后形成的低温半焦与低阶煤干馏技术产生的废料煤粉混合后提供优质的发电燃料，有效的利用了半焦的显热，同时充分地干燥了低阶煤干馏技术产生的废料煤粉，确保了煤粉的综合利用。

附图说明

图1为本发明中半焦热量回收利用系统的半焦换热示意图；

图2为本发明中半焦热量回收利用系统的示意图。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

参见图1以及图2，如图所示，本发明的半焦热量回收利用系统，该半焦热量是指半焦发生化学反应后产生的热量、换热热量以及本身的显热热量，包括干燥装置4，用来干燥煤炭，干燥装置的煤炭出口连接热解装置5，干燥装置的蒸汽出口连接热交换反应器6；热解装置5，用来将干燥装置4中干燥后的煤炭热解形成高温半焦，热解装置的半焦出口连接热交换反应器6；热交换反应器6，用来将干燥装置4中低温含氧可调的蒸汽与热解装置5中热解后的高温半焦进行氧化还原反应及热交换，热交换反应器6中形成可回收利用的高温可燃气以及低温半焦；其具体的回收利用方式为：热交换反应器6的气体出口连接热风炉，该热风炉包括干燥热风炉11和热解热风炉12，热风炉均自带燃烧器，高温可燃气通入到热风炉中燃烧回收。

热交换反应器6的半焦出口连接混合回转器7，混合回转器7中通入煤粉，该煤粉优选为废料煤粉，以充分回收利用例如干馏后产生的废料煤粉；煤粉与热交换反应器6中形成的低温半焦在混合回转器7中混合，以使低温半焦完成部分水合及氧化反应反应，达到部分钝化的效果，同步达到干燥煤粉的效果。混合回转器7连接水力除尘装置9，以将混合回转器7中产生的气体除尘，水利除尘装置9连接负压排风机15，以将除尘后的不凝结气体通过负压排风机15排空；混合回转器7还连接成型装置8，以将混合回转器中形成的燃料进一步钝化提供优质的发电燃料，从而提高发电燃烧效率。

热解装置5的焦油出口连接焦油冷却回收装置10，以将热解装置5中形成的焦油冷却回收；焦油回收装置10的气体出口连接热解循环风机14，热解循环风机14的气体出口连接干燥热风炉11，热解气从热解循环风机14中通入到干燥热风炉11中燃烧，产生含有0～8％氧量的高温烟气；干燥热风炉11的气体出口连接干燥热风混箱2，以将在干燥热风炉中产生的气体调整至300℃以下烟气，干燥热风混箱2连接干燥装置4中，调整后的烟气通入到干燥装置中，为干燥煤炭提供干燥风。

干燥装置4与热交换反应器6之间顺次设置有干燥循环风机17和增压风机13，干燥装置4干燥煤炭后产生的含氧水蒸汽经升压后通入到热交换反应器6中。

另外，在本发明系统中产生的剩余气体均可通过脱硫装置16脱硫后排空，剩余气体也可连接干燥热风混箱2，以进行进行烟温调节，在图2中，仅示出该脱硫装置16的进气口连接干燥循环风机17，但是，只要该系统中有剩余气体的排出，均可先经过脱硫装置16脱硫后排出，以防止污染空气。

同时，为了达到将本发明中干燥热风炉11中产生干燥气充分利用，干燥热风炉11的出气口连接干燥热风混箱2，在干燥热风混箱2中进行烟温调节，干燥热风混箱2的出气口连接干燥装置4，以提供给干燥装置4用以干燥煤炭的干燥气体，实现了系统的循环利用。

为了达到将本发明中热解热风炉12中产生的热解气充气利用，热解热风炉12的出气口连接热解热风混箱3，热解热风混箱3的出气口连接热解装置5，以提供给热解装置5用以热解半焦的热解气体，实现了系统的循环利用。

另外，为了使本系统中气体的充分利用，干燥热风混箱2的进气口连接干燥循环风机17的出气口，干燥循环风机17中的干燥气可直接通入到干燥热风混箱中，这样即能实现干燥循环风机17中的干燥气与干燥热风炉11中的干燥气混合，调节出干燥煤所需要的烟温(一般不高于300℃)，确保干燥装置4中干燥煤炭不发生化学反应，防止产生有害有毒气体，从而保证环保经济运行。

同样的，热解热风混箱3的进气口连接热解循环风机14的出气口，热解循环风机14的热解气可直接通入到热解热风混箱3中，这样即能实现热解循环风机14中的热解气与热解热风炉12中的热解气混合，调节出热解炉所需的烟温，确保热解装置5按所需的热解反应热量。

另外，本发明中的干燥热风炉11以及热解热风炉12均设置有两个火焰中心，其中上述热风炉中，其外部由补充能源提供一个稳定的火焰中心，作用在于，为高温可燃气提供点火能量，也用来加热并燃烧低温热解气，同时调节热风炉的热负荷；且该热风炉的高温可燃气的燃烧器设置在补充能源上部，以增加火焰中心，确保了热风炉的燃烧稳定，也提高了低温热解气在在热风炉中的燃烧时间，从而达到低温热解气完全燃尽的目的，提高了热效率，防止环境污染；而将低温热解气燃烧器设置在补充能源下部，有利于低温热解气与氧的充分接触，同时充分加热低温热解气，延长低温热解气燃烧时间，提高了燃烧效率，同时充分加热低温热解气，延长低温热解气的燃烧时间，提高了其燃烧效率，有利于氧量的控制。

同时，本发明的半焦热量回收利用工艺，包括以下步骤：将3-80mm的煤炭干燥，煤炭干燥后产生120℃-140℃的气体以及150-200℃的煤炭；将干燥后的煤炭热解形成500℃以上的半焦；500℃以上的半焦与煤炭干燥时产生的120℃-140℃含有0～8％氧量的水蒸汽进行氧化还原反应及热交换；反应热交换后形成低于300℃的半焦以及高于400℃的高温可燃气；其中，小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合后，使小于300℃的半焦发生水合氧化反应并达到部分钝化的目的，同时也干燥了煤粉，两物料混合成可供发电的优质燃料，从有达到半焦的显热热量充分利用；高温可燃气通入热风炉，提供热风炉部分燃烧能量，以回收高温可燃气，同时降低了外部补充燃烧能量；小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合发生水合氧化反应后产生的不凝结气体经除尘排空。

还包括以下步骤：煤炭干燥后形成的120℃-140℃含氧在0～8％的水蒸气体，气体增压后与500℃以上的半焦进行氧化还原反应同时进行换热，这样经过增压后，能更容易将其气体输送到热交换反应器中进行化学反应；产生高热值的高温可燃煤气，为热风炉提供燃料，降低了外部补充燃料完成有可能使装置能量达到内部平衡。

煤炭热解后形成焦油以及低温热解气，其中焦油冷却回收；一部分低温热解气通过干燥热风炉11燃烧形成干燥气体，燃烧后产生的高温烟气与煤炭干燥后形成的120℃-140℃气体进行部分混合形成200-300℃氧量0～8％的干燥烟气，用以干燥煤炭；另一部分低温热解气通过热解热风炉12燃烧形成热解气体，燃烧后产生的高温烟气与一部分低温热解气体进行混合形成500～900℃氧量少于1％的热解烟气，以热解干燥煤炭。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种半焦热量回收利用系统，其特征在于，包括

干燥装置(4)，用来干燥煤炭，干燥装置的煤炭出口连接热解装置(5)，干燥装置的蒸汽出口连接热交换反应器(6)；

热解装置(5)，用来将干燥装置(4)中干燥后的煤炭热解形成高温半焦，热解装置的半焦出口连接热交换反应器(6)；

热交换反应器(6)，用来将干燥装置(4)中低温含氧蒸汽与热解装置(5)中热解后的高温半焦进行热交换反应，以形成可回收利用的高温可燃气体以及低温半焦；

其中，热交换反应器(6)的气体出口连接热风炉，该热风炉包括干燥热风炉(11)和热解热风炉(12)；热解装置(5)的焦油出口连接焦油冷却回收装置(10)，以将热解装置(5)中形成的焦油冷却回收；焦油回收装置(10)的气体出口连接热解循环风机(14)，热解循环风机(14)的气体出口连接干燥热风炉(11)，热解气从热解循环风机(14)中通入到干燥热风炉(11)中燃烧；干燥热风炉(11)的气体出口连接干燥热风混箱(2)，以将在干燥热风炉中产生的气体升温，干燥热风混箱(2)连接干燥装置(4)中，升温后的气体通入到干燥装置中，为干燥煤炭提供干燥风；热解热风炉(12)的出气口连接热解热风混箱(3)，热解热风混箱(3)的出气口连接热解装置(5)；

热解热风混箱(3)的进气口连接热解循环风机(14)的出气口，热解循环风机(14)的热解气可直接通入到热解热风混箱(3)中。

2.根据权利要求1所述半焦热量回收利用系统，其特征在于，热交换反应器(6)的半焦出口连接混合回转器(7)，混合回转器(7)中通入煤粉，煤粉与热交换反应器(6)中形成的低温半焦在混合回转器(7)中混合发生水合氧化反应产生可供发电的燃料。

3.根据权利要求2所述半焦热量回收利用系统，其特征在于，混合回转器(7)连接水力除尘装置(9)，以将混合回转器(7)中产生的气体除尘，水利除尘装置(9)连接负压排风机(15)，以将除尘后的气体通过负压排风机(15)排空；混合回转器(7)还连接成型装置(8)，以将混合回转器中形成的燃料进一步钝化供发电。

4.根据权利要求1所述半焦热量回收利用系统，其特征在于，干燥装置(4)与热交换反应器(6)之间顺次设置有干燥循环风机(17)和增压风机(13)，干燥装置(4)干燥煤炭后产生的含氧水蒸气经增压通入到热交换反应器(6)中。

5.一种半焦热量回收利用工艺，其特征在于，所述半焦热量回收利用工艺利用权利要求1-4中任一项所述的半焦热量回收利用系统来实施，所述半焦热量回收利用工艺包括以下步骤：

将3-80mm的煤炭干燥，煤炭干燥后产生120℃-140℃且含氧0～8％的水蒸气体以及150-200℃的煤炭；

将干燥后的煤炭热解形成500℃以上的半焦；

500℃以上的半焦与煤炭干燥时产生的120℃-140℃且含氧0～8％的水蒸气体进行氧化还原反应及热交换；

热交换后形成小于300℃的半焦以及高于400℃的高温可燃气；

其中，小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合发生水合氧化反应后形成可供发电的燃料，以利用半焦的显热且使半焦水合及氧化后部分钝化，同时干燥3mm以下的煤粉；

高温可燃气通入热风炉，提供热风炉部分燃烧能量，以回收高温可燃气，减少外部补充燃料，尽量达到内部能量平衡。

6.根据权利要求5所述半焦热量回收利用工艺，其特征在于，还包括以下步骤：煤炭干燥过程后可形成的120℃-140℃含氧0～8％的水蒸气体，气体增压后与500℃以上的半焦进行氧化还原反应及热交换。

7.根据权利要求5所述半焦热量回收利用工艺，其特征在于，煤炭热解后形成焦油以及热解气，其中焦油冷却回收；热解气燃烧形成干燥气体，燃烧后产生的干燥气体或调整形成200-300℃的干燥气体，以干燥煤炭。

8.根据权利要求5所述半焦热量回收利用工艺，其特征在于，煤炭干燥后形成的剩余气体，经脱硫后排空。

9.根据权利要求5所述半焦热量回收利用工艺，其特征在于，小于300℃的半焦与3mm以下的煤粉混合发生水合氧化反应后产生的不凝结气体经除尘排空。