CN105295974A - 一种高温含碳原料制粉及输送工艺及其系统 - Google Patents

一种高温含碳原料制粉及输送工艺及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温含碳原料制粉及输送工艺及其系统，实现了煤、生物质等高挥发分物质的大规模高效率转化。技术方案包括将粒度小于100mm含碳原料依次送入热解系统进行热解得到热解固体，再送入热解固体制粉系统进行破碎磨煤得到含气粉料，最后送入固体输送系统进行气固分离得到粉料和尾气。本发明设计合理、操作安全、环保高效、物料适应性广，制得的高温粉体作为气化原料化学反应速率快、气化效率高，节能降耗效果显著。

Description

一种高温含碳原料制粉及输送工艺及其系统
技术领域
本发明涉及一种煤、生物质等高挥发分物质等含碳原料热解制粉工艺及其系统，具体的说是一种高温含碳原料制粉及输送工艺及其系统。
背景技术
我国的低阶煤主要分为褐煤和低煤化程度的烟煤。褐煤包括褐煤一号和褐煤二号，约占我国煤炭探明保有资源量的13％，主要分布于内蒙古东部和云南；低煤化程度的烟煤包括长焰煤、不黏煤和弱黏煤，约占我国煤炭探明保有资源量的33％，主要分布于陕西、内蒙古西部和新疆。大部分低阶煤特别是褐煤具有高挥发分、高水分(大于30％)、高灰分和低热值等特点，长期被视为劣质煤，其合理开发利用受到限制。低阶煤通过热解可以提高煤的品质。低阶煤含有较多的挥发分，进行低温快速热解时可以得到优质半焦并副产焦油和煤气。相比褐煤，热解半焦有以下特点：水分大大降低；灰含量提高，灰的成分及灰融点均变化不大；固定碳含量提高，发热量提高；氧含量、氢含量及硫含量降低；哈氏可磨指数提高；灰熔点较低。其特性与优质动力烟煤非常类似。
目前，低阶煤热解半焦的大规模、高效率利用的技术开发和应用主要集中在褐煤热解制备水煤浆，其中中国五环工程有限公司在技术开发和成果应用上取得了一定成果。但是，低阶煤热解半焦在其他技术领域或行业的大规模、高效率利用尚无实质进展。
另一方面，国内的生物质资源丰富，经热解处理后可以获得高附加值的油、气资源，热解固体可以作为粉煤气化装置的原料。
煤化工行业的粉煤气化装置用原料煤需经磨煤干燥系统制备粒度和含水量均符合入炉要求的粉煤。干燥热源主要来自热风炉燃烧燃料(一般为合成气、天然气、柴油等)产生的高温烟气。现有的惰性气体干燥循环系统对温度和氧含量有严格的限定，干燥剂由惰性气体发生器产生的高温烟气、循环气、调节气混合而成，以上三种气体在惰性气体发生器中混合到要求的温度、氧含量和露点后，经管道送入磨煤机内对煤进行干燥。惰性气体干燥循环系统增加了整体的能耗和投资，使磨煤干燥系统的操作复杂化。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种设计合理、操作安全、节能降耗、控制简单、运行成本低、环保高效的高温含碳原料制粉及输送工艺。
本发明还提供一种结构简单、可靠性好、用于上述高温含碳原料制粉及输送系统。
技术方案包括将粒度小于100mm含碳原料依次送入热解系统进行热解得到热解固体，再送入热解固体制粉系统进行破碎磨煤得到含气粉料，最后送入固体输送系统进行气固分离得到粉料和尾气；
其中，在热解系统中，所述含碳原料由煤斗送入煤仓，煤仓内的原料经称重计量后送入热解反应器进行热解，得到温度高于450℃、水份含量低于2％的热解固体和热解气；
在热解固体制粉系统中，所述热解固体送入破碎机破碎至粒度小于13mm后再送入磨前煤仓，磨前煤仓内的热解固体经称重计量后送入磨煤机与添加剂共磨制粉得到粉料，。
所述固体输送系统中，所述粉料在载气的输送下进入气固分离器分离得到粉料和尾气，粉料运至粉仓；来自储气罐的气体通入磨煤机内作为粉料的载气。
经所述气固分离器分离出的尾气经风机回送至储气罐作为载气。
所述热解固体制粉系统中，向经热解后的热解固体中通入常温惰性气体，使进入磨煤机前的热解固体的温度降至250-350℃。
本发明高温含碳原料制粉及输送系统，包括依次连接的热解系统、热解固体制粉系统以及固体输送系统，所述热解系统依次连接的煤斗、煤仓、热解反应器；所述热解固体制粉系统包括依次连接的破碎机、磨前煤仓和磨煤机；所述固体输送系统包括与磨煤机出料端连接的气固分离器，以及与磨煤机进料端连接的储气罐，所述气固分离器的出料端连接粉仓。
所述热解反应器的出料端管道上设有惰性气体入口，所述磨煤机进料端管道上设有惰性气体出口。
所述气固分离器的出气端经风机与储气罐连接。
发明人对含碳原料(如低阶煤和生物质等)进行分析，发现将其先进行热解后获得的半焦可磨性能大幅提高，有害元素(硫、氮、氯等)含量显著降低，同时副产热解气用于提取焦油和煤气。并且采用热解系统处理含碳原料得到的固体原料具有含水量低、燃烧值高的的优点，不需要二次干燥就完全满足粉煤气化工艺的进料要求；另一方面，对于热解反应器出来的温度高于450℃的热解固体，发明人并不采用换热器或冷却器对其进行降温，而是直接利用常温的惰性气体对其进行保护，以控制热解固体中氧含量，提高设备安全性，并同时对其换热降温。
进一步的，采用常温的惰性气体对热解固体的降温温度无需控制太低，优选为250-350℃，这种温度完全满足磨煤机的进温要求，同时也有利于磨煤机的研究，提高磨煤效率；
进一步的，由于粉料的含水量已完满后续工序的进料要求，因此送入磨煤机的载气仅用于将符合细度要求的固体作为产品输送至气固分离器，而不需要具备干燥功能，使整个系统的配置和操作趋于简单化，有效降低设备投资和维护费用。因此，经气固分离器分离出的气体可经风机回送至储气罐循环利用，节能减排，对环境友好。另外，来自热解反应器的固体产品在输送过程中被常温惰性气体逐步降温至250-350℃，所需冷量低，后续粉煤气化工艺可以充分利用热解固体产品的余热，节省操作费用。
有益效果：
1.原料来源广。低阶煤(泥炭、褐煤、长焰煤、不黏煤和弱黏煤)、生物质等高挥发分的含碳原料均可以经过热解获得油、气，固体产品用于制粉作为粉煤气化炉的原料，含碳原料中的水分经热解产生的固体产品含水量低，完全满足粉煤气化工艺对原料含水量的要求，制粉过程不需要热源进行干燥。
2.制得的粉料产品硫含量低，气化反应过程中H2S和有机硫的生成量降低，显著降低后续系统的脱硫工艺负荷。
3.来自热解反应器的固体产品在输送过程中逐步降温至250-350℃，所需冷量低，后续系统可以充分利用热解固体产品的余热，节省操作费用，高挥发分的含碳原料热解副产物(油、气)附加值高，可降低生产成本、提高经济效益。
4.整个系统的配置和操作简单，有效降低设备投资和维护费用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程和系统图。
其中：1-煤斗、2-1#带式输送机、3-煤仓、4-1#除尘器、5-原料称重进料机、6-热解反应器、7-2#带式输送机、8-破碎机、9-3#带式输送机、10-2#除尘器、11-磨前煤仓、12-热解固体称重进料机、13-添加剂计量给料机、14-磨煤机、15-储气罐、16-气固分离器、17-风机、18-旋转给料机、19-输送机、20-粉仓、21-惰性气体入口、22-惰性气体出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步阐述：
参见图1，本发明装置由热解系统、热解固体制粉系统和固体输送系统三部分组成。热解系统中，煤斗1的出料口接1#带式输送机2，1#带式输送机2的卸料端接煤仓3，煤仓3的仓顶设1#除尘器4，原料称重进料机5进料端接煤仓3出口，卸料端接热解反应器6；热解固体制粉系统中，2#带式输送机7尾部接热解反应器6出口，头部接破碎机8，3#带式输送机9尾部接破碎机8，头部接磨前煤仓11，前煤仓10的仓顶设2#除尘器10，热解固体称重进料机12进料端接磨前煤仓11，卸料端接磨煤机14，磨煤机14进料端还分别接添加剂计量给料机13和储气罐15，并且，所述热解反应器6的出料端管道上设有惰性气体入口21，所述磨煤机14进料端管道上设有惰性气体出口22；固体输送系统中，气固分离器16接磨煤机14出料端，气固分离器16的出气端经风机17与储气罐15连接，出料端经旋转给料机18、输送机19与粉仓20连接。
工艺流程：
粒度小于100mm的煤、生物质等高挥发分物质由装载机送入煤斗1，经1#带式输送机2送入煤仓3，再经原料称重进料机5计量送入热解反应器6。煤仓3内粉尘经1#除尘器4收集过滤达标后排至大气。热解反应器6所需能量由高温热气体或高温热固体(半焦、沙子等)提供。热解反应的温度在450℃～800℃范围内可控。热解气体产物经后续处理后可得到煤气和焦油(即气和油)。热解固体经2#带式输送机7输送至破碎机8破碎至粒度小于13mm后由3#带式输送机9送入磨前煤仓11(磨前煤仓11内粉尘经2#除尘器10收集过滤达标后排至大气)，常温惰性气体(氮气等)由惰性气体入口21通入作为保护气与管道内的热解固体换热，再由惰性气体出口22排出，热解固体降温至250-350℃，再经热解固体称重进料机12计量后与来自添加剂计量给料机13的添加剂(石灰石、高岭土等)送入磨煤机14共磨制粉得到粉料。储气罐15中压力为0～20kPa(G)的气体(N2、CO2、H2或合成气中的一种或多种混合气体)进入磨煤机14，在磨煤机14出口处的粗粉分离器实现固体颗粒的分选，分离出的粗颗粒返回磨煤机14重新磨制，符合细度要求的粉料作为产品随气流输送至气固分离器16进行气固分离，分离出的压力为-3～0kPa(G)的尾气经风机17加压后进入储气罐15或部分直接放空，分离出的粉料通过旋转给料机18经输送机19运至粉仓20，所述粉料可作为粉煤气化炉的原料。

Claims (6)

1.一种高温含碳原料制粉及输送工艺，其特征在于，包括将粒度小于100mm含碳原料依次送入热解系统进行热解得到热解固体，再送入热解固体制粉系统进行破碎磨煤得到含气粉料，最后送入固体输送系统进行气固分离得到粉料和尾气；
其中，在热解系统中，所述含碳原料由煤斗送入煤仓，煤仓内的原料经称重计量后送入热解反应器进行热解，得到温度高于450℃、水份含量低于2％的热解固体和热解气；
在热解固体制粉系统中，所述热解固体送入破碎机破碎至粒度小于13mm后再送入磨前煤仓，磨前煤仓内的热解固体经称重计量后送入磨煤机与添加剂共磨制粉得到粉料，。
所述固体输送系统中，所述粉料在载气的输送下进入气固分离器分离得到粉料和尾气，粉料运至粉仓；来自储气罐的气体通入磨煤机内作为粉料的载气。
2.如权利要求1所述的一种高温含碳原料制粉及输送工艺，其特征在于，经所述气固分离器分离出的尾气经风机回送至储气罐作为载气。
3.如权利要求1或2所述的一种高温含碳原料制粉及输送工艺，其特征在于，热解固体制粉系统中，向经热解后的热解固体中通入常温惰性气体，使进入磨煤机前的热解固体的温度降至250-350℃。
4.一种高温含碳原料制粉及输送系统，其特征在于，包括依次连接的热解系统、热解固体制粉系统以及固体输送系统，所述热解系统依次连接的煤斗、煤仓、热解反应器；所述热解固体制粉系统包括依次连接的破碎机、磨前煤仓和磨煤机；所述固体输送系统包括与磨煤机出料端连接的气固分离器，以及与磨煤机进料端连接的储气罐，所述气固分离器的出料端连接粉仓。
5.权利要求4所述的高温含碳原料制粉及输送系统，其特征在于，所述热解反应器的出料端管道上设有惰性气体入口，所述磨煤机进料端管道上设有惰性气体出口。
6.如权利要求1或2所述的高温含碳原料制粉及输送系统，其特征在于，所述气固分离器的出气端经风机与储气罐连接。
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