CN105713629B - 一种蒸汽热耦合粉煤热解方法 - Google Patents

一种蒸汽热耦合粉煤热解方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蒸汽热耦合粉煤热解方法，包含如下步骤：用蒸汽将粉煤间接加热至80～130℃，同时设置除尘气体循环，将粉煤中粒度＜0.5mm的、85％以上的煤尘去除；将除尘后的干燥煤经高温烟气间接加热至500～700℃进行热解反应，生成提质煤和高温油气；采用副产低压蒸汽的方式，回收提质煤的高品位热量以及热解炉出口高温烟气的余热，产生的蒸汽用作粉煤干燥的热源，蒸汽放热产生的凝液作为副产蒸汽的补充水回用。热回收后的提质煤再经钝化、喷水增湿降温后作为产品。本发明方法中热量得到有效利用，提高了效率、节约成本；采用间接换热的方式加热蒸汽凝液，副产蒸汽，提高了安全性。

Description

一种蒸汽热耦合粉煤热解方法
技术领域
本发明具体涉及一种蒸汽热耦合粉煤热解方法，属于低阶粉煤热解领域。
背景技术
低阶煤热解提质技术是一种能够改变低阶煤的孔隙结构，降低其水分和挥发成分含量，提高其热值及热稳定性，且还能回收部分焦油和煤气的方法。此技术可以将低阶煤分级高效利用，不但可以弥补部分石油天然气资源缺口，而且能提高我国低阶煤的利用水平，促进我国经济的发展。
国内外对低阶煤热解提质技术的研究多集中于两点：1)如何降低煤焦油中的粉尘量；2)如何提高煤焦油的总回收率。但是对热解产物——高温提质煤冷却热量的回收利用、整个热解系统能效的提高缺少足够的研究和探索。中低温热解技术所产半焦的温度为550～650℃，其含热量占干燥和干馏总负荷的25～45％，此热量的回收利用，可以有效降低能耗。
传统的半焦冷却常采用两种方法：1)湿法熄焦，即采用直接喷水冷却，然后对成品进行烘烤去湿以满足用户需要。熄焦过程中，红焦的显热随蒸汽的排放而浪费掉，无法回收和利用；并且红焦与水接触产生大量的酚、氰和硫化合物等有害物质随产生的蒸汽自由排放，严重腐蚀周围设备并污染大气。2)干法熄焦，即采用惰性气体与赤热的红焦换热，将热量通过蒸汽锅炉等回收利用产生蒸汽，降温后的惰性气体返回冷却室，形成循环。此过程可回收利用红焦约83％的显热，但工艺过程复杂且设备要求较多，成本较高。
现有技术中，中国专利文献(CN101514291A)公开了一种煤内热低温干馏干熄焦的方法，该方法将干馏干熄焦产生的高温干馏煤气经洗涤、捕收焦油后制成冷煤气，冷煤气通过循环风机后，一部分引入燃烧器和高温废气合成符合煤低温干馏要求温度的高温混合气体，高温混合气体进入焦炉的干馏段，作为干馏热源；而经过循环风机的另一部分净煤气，通过加压风机引入干馏炉的熄焦冷却段，作为兰炭熄焦的惰性介质，经过干馏炉熄焦冷却段的冷煤气吸热后进一步经过焦炉的干馏段,和干馏热源一起对煤进行无氧化或弱氧化加热，实现无燃烧循环。中国专利文献(CN102643703A)公开了一种新型外热式褐煤热解提质系统及工艺。所述工艺为：(1)湿褐煤输送至环管分体式过热蒸汽回转干燥机，干燥至要求的水分后，由环管分体式过热蒸汽回转干燥机尾部的出料口排出，与第一除尘装置的旋风除尘器I收集的干粉一起输送至内加热流化床热解炉进料口；干燥时析出的水分及部分物料由环管分体式过热蒸汽回转干燥机内的过热蒸汽携带，经第一除尘装置的旋风除尘器I、电除尘器I除尘后，一路返回环管分体式过热蒸汽回转干燥机循环利用，另一路进余热回收装置回收利用其热能；干燥机冷凝水和经余热回收装置加热的水一起进入废锅；(2)干燥后的褐煤进入内加热流化床热解炉内进行快速热解段，生成的半焦排出，与第二除尘装置的旋风除尘器II收集的干粉一起输送至半焦冷却室；冷却后的半焦一部分进入燃烧器燃烧，一部分输送至成品区外送；(3)褐煤析出的挥发份经第二除尘装置除尘后，冷凝析出焦油和酚类聚合物后，进入焦油收集、脱硫装置脱硫，脱硫后的煤气一部分进入半焦冷却室冷却，与高温半焦换热后，经高温煤气加压风机进入内加热流化床热解炉使褐煤维持流态化，另一部分进入气柜加压外送；脱硫后的焦油外送；(4)内加热流化床热解炉的内置换热器换热后的烟气一路与半焦燃烧后的烟气一起混合调节后，再返回内加热流化床热解炉内置换热器内加热褐煤，另一路进入废锅，产生的过热蒸汽作为干燥系统的热源和载气。
上述两种方法提出了采用热解产生的冷煤气或循环冷烟气作为冷焦介质的方法，不同程度上回收了红焦的热量，并应用于原料煤的预热，提高了系统的能量利用效率。但是若采用烟气、煤气作为直接冷焦介质，烟气中的水蒸汽、二氧化碳与高温红焦直接接触会发生化学反应，生成部分的CO和H2等可燃气体，煤气的主要成分为CO、CH4、H2等，混入氧气则很容易发生爆炸，存在着安全隐患；若采用烟气、煤气作为间接冷焦介质，由于烟气、煤气的导热系数较低，达到预期换热效果则需要庞大的换热面积，设备投资普遍较高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺少安全、高效、经济回收利用煤热解提质过程中高温提质煤(或半焦)冷却释放的热量，并提高整个热解系统的能效的方法的缺陷，从而提供安全、高效的回收提质煤冷却释放的高品质热量，作为煤干燥热源的一种蒸汽热耦合粉煤热解方法。
一种蒸汽热耦合粉煤热解方法，包含如下步骤：
(1)干燥除尘，将≤30mm的粉煤用蒸汽间接加热至80～130℃，同时设置除尘气体，去除煤中粒度＜0.5mm的煤尘，控制所述粒度的煤尘去除率在85％以上；排出的气体经除尘、冷却分离出煤尘、干燥水，经加压、预热返回至干燥除尘段，形成除尘气体闭路循环；蒸汽释放热量后成为凝液排出；
(2)煤热解，将经过步骤(1)除尘后粒度为0.5～30mm的干燥煤经≥850℃的高温烟气间接加热至500～700℃进行热解反应，生成提质煤和高温油气；同时高温烟气自身温度降至400～650℃，作为生产蒸汽的热源；高温油气进行油气回收；
(3)提质煤冷却，将步骤(2)中生成的提质煤与蒸汽凝液间接换热、降温至180～280℃，再经钝化、冷却、喷水增湿，温度降至常温～50℃后作为产品；蒸汽凝液吸热后汽化生产蒸汽；
(4)将步骤(2)与步骤(3)生产的蒸汽，补充部分外来蒸汽后，送至步骤(1)中进行干燥除尘，干燥除尘排出的部分蒸汽凝液增压、与高温烟气和提质煤换热后产生蒸汽，剩余部分蒸汽凝液外送；所述生产蒸汽的量占干燥除尘段粉煤干燥用蒸汽总用量的50～90％。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，步骤(1)中所述除尘气体为氧含量＜5％、110℃～190℃的烟气或惰性气体。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，步骤(1)中所述降温后的温度为40～60℃；所述预热的热源为烟气。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，步骤(2)与步骤(3)产生的蒸汽规格为0.5～1.2MPaG。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，所述干燥除尘采用的装置为回转干燥炉，蒸汽加热为间接加热，蒸汽走外夹套或内置的换热管。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，所述回转干燥炉设置加热段和除尘段，在加热段设置换热管或夹套；在除尘段设置渐变式组合分布器；上述设置，有利于煤尘与除尘气体充分接触，并维持除尘段所需的气体流速。
所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成；
所述筒壁围成锥形或其他由窄变宽渐变曲线形；
所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布于筒壁上，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，步骤(2)中的热解反应在热解装置中进行，采用外热式加热。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，步骤(3)中所述提质煤与蒸汽凝液在热回收器中间接换热；所述热回收器的型式为回转式或滚筒式动设备或者立式管壳式静设备。
上述蒸汽热耦合粉煤热解方法，原料粉煤的粒度为0～30mm，包含0～6mm的末煤。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的蒸汽热耦合粉煤热解方法，以蒸汽间接加热方式将煤加热至80～130℃干燥，同时设置除尘气体循环，将煤中＜0.5mm煤尘去除，降低了进入煤焦油中＜0.5mm的粉煤尘含量，提高了煤焦油产品收率；采用副产蒸汽的方式，回收提质煤的高品位热量以及高温烟气的余热，合并作为粉煤干燥的热源，提高了整个系统的能效，同时大幅降低了热回收器和回转干燥炉的规格尺寸；梯级利用高温烟气的热量：高品位热量用于粉煤热解，中品位热量用于副产作为粉煤干燥补充热源的蒸汽；低品位热量则用于预热循环除尘气，使系统的热量合理有效利用，提高了效率、节约成本；采用间接换热的方式加热蒸汽凝液，副产蒸汽，提高了安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的蒸汽热耦合粉煤热解方法流程示意图。
图2为渐变式组合分布器结构示意图；(a)为渐变式组合分布器侧视示意图，(b)为渐变式组合分布器A向侧视示意图；(c)渐变式组合分布器筒壁展开示意图。
图3为回转干燥炉结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的蒸汽热耦合粉煤热解方法的工艺流程如图1所示，将10吨神府煤(粒度为0.001～30mm、H2O含量为10wt％)连续送至回转干燥炉中，采用0.5MPaG蒸汽作为间接干燥热源，将煤加热至110℃，水含量1.0wt％；同时内通120℃烟气作为循环除尘气体，除去煤中85％以上、粒度＜0.2mm的煤尘。
除尘后0.2～30mm的干燥煤送至下游外热式回转热解炉发生热解，产生提质煤和高温油气：提质煤进入回转冷却炉以副产蒸汽的形式冷却至200℃后，喷水冷却、增湿，增湿后的提质煤H2O含量8wt％、温度50℃，作为固体产品。高温油气则进入油气回收单元，进行降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水。
回转干燥炉出口气体温度110～130℃、夹带＜0.2mm的煤尘，进入布袋除尘器除掉煤尘、洗涤塔降温回收干燥水，经干燥风机加压、预热至120℃后，返回至回转干燥炉形成闭路循环。
外热式回转热解炉出口烟气580℃，经余热锅炉副产0.5MPaG蒸汽、预热循环除尘气后外排。
回转冷却炉和余热锅炉两部分副产的0.5MPaG蒸汽，约占回转干燥炉蒸汽总用量的90％，经补充部分外供同规格蒸汽后进入回转干燥炉内置换热管，作为干燥热源。回转干燥炉排出的蒸汽凝液经凝液泵加压后，大部分送至回转冷却炉和余热锅炉用于副产蒸汽，剩余部分则外排，形成蒸汽-凝液的转换循环。
所述回转干燥炉内置换热管，蒸汽走换热管；所述回转干燥炉分设加热段和除尘段，除尘气进气管设置在加热段，一端出口与加热段相通，另一端出口与外部相连；除尘气进气管在回转干燥炉内一端的出口设置在加热段远离除尘段的一端，如图3中方案B所示。并在除尘段设置渐变式组合分布器，
所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成，如图2所示。
所述筒壁围成锥形，如图2(a)方案B所示；
所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
当粉煤输送到所述渐变式组合分布器时能够停留在所述小室中，并随着所述渐变式组合分布器的旋转带动停留在所述小室中的粉煤被带抄起到一定高度后呈幕帘状下落；
所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。当粉煤移动到回转干燥炉中安装有所述渐变式组合分布器的位置时，除尘气与粉煤充分接触并对下落的粉煤进行吹扫，将粉煤中煤尘除去。
实施例2
本发明的蒸汽热耦合粉煤热解方法的工艺流程如图1所示，将8吨神府煤(粒度0.001～25mm、H2O含量20wt％)连续送至回转干燥炉中，采用1.0MPaG蒸汽作为间接干燥热源，将煤加热至130℃，水含量0.01wt％；同时内通180℃烟气作为循环除尘气体，除去煤中85％以上、粒度＜0.5mm的煤尘。除尘后0.5～25mm的干燥煤送至下游外热式回转热解炉发生热解，产生提质煤和高温油气：提质煤进入回转冷却炉以副产蒸汽的形式冷却至220℃后，喷水冷却、增湿，增湿后的提质煤H2O含量5wt％、温度50℃，作为固体产品。高温油气则进入油气回收单元，进行降温、分离等单元操作，得到煤焦油、热解煤气和热解水。
回转干燥炉出口气体温度150℃、夹带＜0.5mm的煤尘，进入两级旋风分离器除掉煤尘、洗涤塔降温回收干燥水，经干燥风机加压、预热后，返回至回转干燥炉形成闭路循环。
外热式回转热解炉出口烟气600℃，经余热锅炉副产1.0MPaG蒸汽、预热循环除尘气后外排。
回转冷却炉和余热锅炉两部分副产的1.0MPaG蒸汽，约占回转干燥炉蒸汽总用量的60％，经补充部分外供同规格蒸汽后进入回转干燥炉外夹套，作为干燥热源。回转干燥炉排出的蒸汽凝液经凝液泵加压后，送至回转冷却炉和余热锅炉用于副产蒸汽，剩余部分则外排，形成蒸汽-凝液的转换循环。
所述回转干燥炉内置换热管，蒸汽走换热管；所述回转干燥炉分设加热段和除尘段，除尘气进气管设置在加热段，一端出口与加热段相通，另一端出口与外部相连；除尘气进气管在回转干燥炉内一端的出口设置在加热段与除尘段相邻的一端，如图3中方案A所示。并在除尘段设置渐变式组合分布器，
所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成，如图2所示。
所述筒壁围成由窄变宽渐变曲线形，如图2(a)方案A所示；
所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
当粉煤输送到所述渐变式组合分布器时能够停留在所述小室中，并随着所述渐变式组合分布器的旋转带动停留在所述小室中的粉煤被带抄起到一定高度后呈幕帘状下落；
所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。当粉煤移动到回转干燥炉中安装有所述渐变式组合分布器的位置时，除尘气与粉煤充分接触并对下落的粉煤进行吹扫，将粉煤中煤尘除去。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)干燥除尘，将≤30mm的粉煤用蒸汽间接加热至80～130℃，同时设置除尘气体，去除煤中粒度＜0.5mm的煤尘，控制所述粒度的煤尘去除率在85％以上；排出的气体经除尘、冷却分离出煤尘、干燥水，经加压、预热返回至干燥除尘段，形成除尘气体闭路循环；蒸汽释放热量后成为凝液排出；
(2)煤热解，将经过步骤(1)除尘后粒度为0.5～30mm的干燥煤经≥850℃的高温烟气间接加热至500～700℃进行热解反应，生成提质煤和高温油气；同时高温烟气自身温度降至400～650℃，作为生产蒸汽的热源，预热循环除尘气后外排；高温油气进行油气回收；
(3)提质煤冷却，将步骤(2)中生成的提质煤与蒸汽凝液间接换热、降温至180～280℃，再经钝化、冷却、喷水增湿，温度降至常温～50℃后作为产品；蒸汽凝液吸热后汽化生产蒸汽；
(4)将步骤(2)与步骤(3)生产的蒸汽，补充部分外来蒸汽后，送至步骤(1)中进行干燥除尘，干燥除尘排出的部分蒸汽凝液增压、与高温烟气和提质煤换热后产生蒸汽，剩余部分蒸汽凝液外送；所述生产蒸汽的量占干燥除尘段粉煤干燥用蒸汽总用量的50～90％。
2.根据权利要求1所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，步骤(1)中所述除尘气体为氧含量＜5％、110℃～190℃的烟气或惰性气体。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，所述预热的热源为烟气。
4.根据权利要求1或2所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，步骤(2)与步骤(3)产生的蒸汽规格为0.5～1.2MPaG。
5.根据权利要求1或2所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，所述干燥除尘采用的装置为回转干燥炉，蒸汽加热为间接加热，蒸汽走外夹套或内置的换热管。
6.根据权利要求5所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，所述回转干燥炉设置加热段和除尘段，在加热段设置换热管或夹套；在除尘段设置渐变式组合分布器；
所述渐变式组合分布器由筒壁、螺旋板和横抄板组成；
所述筒壁围成锥形或其他由窄变宽渐变曲线形；
所述螺旋板以所述筒壁轴向中心为螺旋中心呈多圈、螺旋状分布于筒壁上，所述相邻螺旋板之间形成条状凹陷；
若干所述横抄板周向均匀分布于筒壁上贯穿前后，所述横抄板嵌入所述螺旋板内使相邻二片所述螺旋板与相邻二片所述横抄板形成独立的小室；
所述渐变式组合分布器安装在所述回转干燥炉后半段，且所述筒壁相对内径较小的一端靠近回转干燥炉尾端。
7.根据权利要求1-2或6任一项所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，步骤(2)中的热解反应在热解装置中进行，采用外热式加热。
8.根据权利要求1-2或6任一项所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，步骤(3)中所述提质煤与蒸汽凝液在热回收器中间接换热；所述热回收器的型式为回转式或滚筒式动设备或者立式管壳式静设备。
9.根据权利要求8所述的蒸汽热耦合粉煤热解方法，其特征在于，原料粉煤的粒度为0～30mm，包含0～6mm的末煤。
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