CN105754620B - 煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统及利用其处理煤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了煤热解反应器‑煤粉锅炉联用系统及利用其处理煤的方法，其中，该联用系统包括煤热解反应器和煤粉锅炉。本发明的联用系统可以将煤热解反应器与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行改造，煤热解反应器和煤粉锅炉能够相对独立地运行，二者互相干扰相对较小，且该联用系统可以有效用于制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本，且该煤热解反应器内置旋风分离器可以大大降低出煤热解反应器的油气混合物的含尘量，进而有效降低后续工序中堵塞管道的可能及减少了保温设施。

Description

煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统及利用其处理煤的方法

技术领域

本发明涉及煤炭分阶梯级利用技术领域，具体地，涉及煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统及利用其处理煤的方法。

背景技术

煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧发电，而现有的煤热解拔头工艺主要针对循环流化床发电机组，如中科院过程所和浙江大学利用循环流化床锅炉产生的热灰作为热载体，并利用下行床工艺实现了对煤热解，并把油气回收。现有的系统由于采取较复杂的固体或气体热载体的煤热解拔头工艺，并且煤热解工艺产生油气资源，对于发电系统来说，需要配备相应油气处理系统，因此现有系统配置繁多，造价高昂。

图1为一种炉前煤拔头工艺结构示意图，该工艺将(图示A入口)送入固体热载体气化装置1中，通过煤拔头把热解气和焦油经过旋风分离器6后，提取出油气资源(图示B出口)，分离下来的半焦送入循环流化床7(图示F出口)，半焦经返料器2后一部分(图示G出口)送入循环流化床7的下部作为燃料使用，一部分送入绝热的煤拔头燃烧室3中，配空气燃烧。燃烧室3产生的烟气进入旋风分离器4，分离下来的半焦经返料器5与煤一起进入气化装置1中，而热烟气(图示E)也送入循环流化床7中。然而，该工艺流程复杂，主要是因为该工艺采取半焦作为热载体，因此工艺流程包括半焦的加热、提升、分离、混合等工艺，导致系统流程增加，大大提高了系统故障率；同时，该工艺产生的半焦只能针对流化床锅炉，不能利用在煤粉锅炉上。

然而，我国发电系统中煤粉锅炉占比很高，由于煤粉锅炉燃烧对煤挥发分和粒径要求较高，煤拔头针对煤粉锅炉的工艺目前很少。

因而，目前的煤热解拔头工艺仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提出一种煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统及利用其处理煤的方法。

具体的，本发明针对煤粉锅炉设置了一种新型煤拔头工艺，制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统。根据本发明的实施例，该煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统包括：

煤热解反应器，所述煤热解反应器具有煤入口、半焦出口和油气混合物出口，其中，所述煤入口设置于所述煤热解反应器的顶部，所述油气混合物出口设置于所述煤热解反应器的顶壁和/或侧壁上，所述半焦出口设置于所述煤热解反应器的底部；

所述煤热解反应器内设置有多根油气导出管道、集气总管、多根集气支管、蓄热式辐射管和旋风分离器，

其中，所述集气总管邻近所述煤热解反应器的内周壁且垂直设置，

所述集气支管的一端与所述集气总管相连通，另一端连通至所述油气导出管道；

所述旋风分离器具有气固混合物入口、气体出口和固体出口，其中，所述气体出口与所述油气混合物出口相连通，所述集气总管的一端延伸连通至所述旋风分离器的气固混合物入口；

所述蓄热式辐射管沿着所述煤热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

煤粉锅炉，所述煤粉锅炉上设置有燃油燃烧器和半焦燃烧器，所述半焦燃烧器的入口与所述半焦出口相连。

发明人发现，本发明的煤热解反应器能够与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行改造，与现有的煤热解拔头工艺-循环流化床发电机组联用的系统相比，本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统中，煤热解反应器和煤粉锅炉能够相对独立地运行，二者互相干扰相对较小。本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统可以有效用于制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。当本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统用于发电时，能够确保发电系统的稳定性。特别需要指出的是，煤热解反应器内部设置有旋风分离器，大大降低了旋风保温成本和焦油冷凝堵塞管道的可能。

在本发明的一个实施方案中，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的高度方向上错开分布。由此，可以显著提高煤料的快速热解效率，进而提高焦油的产率。

在本发明的一个实施方案中，所述集气支管沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置。

在本发明的一个实施方案中，所述集气支管垂直于所述集气主管。

在本发明的一个实施方案中，所述油气导出管道沿所述煤热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道。

在本发明的一个实施方案中，同一层所述油气导出管道连通至同一根所述集气支管。

在本发明的一个实施方案中，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道。

在本发明的一个实施方案中，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。

在本发明的一个实施方案中，所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔。

在本发明的一个实施方案中，所述多个通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。

在本发明的一个实施方案中，所述旋风分离器的外壁和与其相邻的所述蓄热式辐射管之间焊接有支撑杆。

在本发明的一个实施方案中，所述煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统进一步包括：制粉装置，所述制粉装置具有半焦入口、原料煤入口和混合物料出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述混合物料出口与所述物料进口相连。

在本发明的一个实施方案中，所述煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统进一步包括：油气混合物后处理装置，所述油气混合物后处理装置与所述油气混合物出口相连。

在本发明的一个实施方案中，所述油气混合物后处理装置包括：油气分离组件，所述油气分离组件具有油气混合物进口、热解气出口和焦油出口，所述油气混合物进口与所述油气混合物出口相连；热解气净化组件，所述热解气净化组件具有热解气进口和可燃气出口，所述热解气进口与所述热解气出口相连，焦油精制组件，所述焦油精制组件具有焦油入口和油产品出口，所述焦油入口与所述焦油出口相连。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统处理煤的方法。根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤：

(1)将煤输送至所述煤热解反应器进行热解处理，以便得到半焦和油气混合物；

(2)将所述半焦输送至所述煤粉锅炉，使所述半焦与煤进行混合制粉燃烧发电；以及

(3)将所述油气混合物输送至所述油气混合物后处理装置进行后处理，从而得到可燃气和油产品。

本发明人惊奇地发现，在该方法中，可以利用煤热解反应器与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行改造，煤热解反应器和煤粉锅炉能够相对独立地运行，二者互相干扰相对较小。该方法可以有效用于制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。而且，该方法中，煤热解产生的油气混合物在排出煤热解反应器之前，经过旋风分离器进行除尘，可以大大减少煤热解反应器至热解油气混合物快速冷凝装置之间管路的保温设施，减少设备的保温面积和降低系统伴热能耗，同时大大降低了焦油冷凝堵塞管道的可能。

在本发明的一个实施方案中，在步骤(1)之后，步骤(2)之前，进一步包括：将所述半焦和煤进行制粉处理至粒径不大于200微米。

在本发明的一个实施方案中，步骤(3)包括：(3-1)将所述油气混合物进行油气分离处理，得到焦油和热解气；(3-2)将所述热解气进行净化处理，得到可燃气；(3-3)将所述焦油进行精制处理，得到油产品。

本发明至少具有以下有益效果：

1)将辐射管加热下行式煤热解反应器与煤粉锅炉联用，本发明的煤热解反应器采用了蓄热式辐射管结合下行反应器，属于间接加热，这样的煤热解反应器允许与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行大范围改造；例如，仅需设置半焦入口。

2)将热半焦送入煤粉锅炉，能够提高发电系统的能量利用率。

3)煤热解反应器内设置旋风分离器，大大减少出煤热解反应器的油气混合物的含尘量及煤热解反应器至热解油气混合物快速冷凝装置之间管路的保温设施，减少设备的保温面积和降低系统伴热能耗，同时大大降低了焦油冷凝堵塞管道的可能，降低了后续焦油的处理成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1现有炉前煤拔头工艺结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统结构示意图。

图3是根据本发明又一个实施例的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统部分结构示意图。

图4是根据本发明另一个实施例的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统结构示意图。

图5是根据本发明再一个实施例的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统结构示意图。

图6是根据本发明再一个实施例的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统结构示意图。

图7是根据本发明一个实施例的利用煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统处理煤的方法的流程示意图。

图8是根据本发明另一个实施例的利用煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统处理煤的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统。根据本发明的实施例，参照图2，该煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统包括煤热解反应器100以及煤粉锅炉200。

根据本发明的实施例，煤热解反应器100具有煤入口110、半焦出口120和油气混合物出口130。其中，煤入口110设置于煤热解反应器100的顶部，适于将粉煤供给至煤热解反应器100中；油气混合物出口130设置于煤热解反应器100的顶壁和/或侧壁上，适于将煤热解产生的油气混合物排出煤热解反应器100；半焦出口120设置于煤热解反应器100的底部，适于将煤热解产生的半焦排出煤热解反应器100。

根据本发明的实施例，煤热解反应器100内设置有多根油气导出管道140、集气总管150、多根集气支管160、蓄热式辐射管170和旋风分离器180。

根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管160在煤热解反应器100的内部沿着煤热解反应器100的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管。根据本发明的具体实施例，每层蓄热式辐射管160包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管且每个蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行。根据本发明的具体示例，蓄热式辐射管可以为DN200～300mm的圆形或半圆形辐射管。由此，可以显著提高热解料的热解效率，进而提高热解油收率。

根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管160的具体设置方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际热解反应需要的温度场进行合理设计。在本发明的一些实施例中，蓄热式辐射管160的具体设置方式包括但不限于：相邻蓄热式辐射管160左右中心间距可以为300～500mm，相邻蓄热式辐射管垂直中心间距可以为400～800mm，多层蓄热式辐射管的层数可以为10-30层。需要解释的是，相邻蓄热式辐射管左右中心间距可以理解为在同层上蓄热式辐射管中心间的距离，而相邻蓄热式辐射管垂直中心间距可以理解为相邻上下两层间的相邻蓄热式辐射管中心间的距离。发明人发现，该种结构布置可以使得反应器内温度场分布均匀，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。

根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管可以为单向、燃气蓄热式辐射管，即通过蓄热式辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。根据本发明的具体实施例，蓄热式辐射管上可以设置有燃气调节阀(图中未示出)。由此，可以通过调整燃气调节阀调节通入蓄热式辐射管的燃气的流量来实现对热解过程的精确控温，从而可以显著提高物料的热解效率，进而提高热解油的收率。

具体的，可以通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量等实现对热解过程的精确控温，每根蓄热式辐射管单独控温，并且蓄热式辐射管采用定期换向的燃烧方式，使得单个蓄热式辐射管的温度场相差不大于30℃，从而保证反应器内温度场的均匀性，例如通过调整通入蓄热式辐射管的燃气的流量使得煤热解反应器自上而下分为三个区，即干燥脱水区、热解反应区、半焦成熟区，可以通过对蓄热式辐射管的控制实现干燥脱水区的温度范围在680-730摄氏度，由此能够快速脱去热解料所含的水分，同时干燥脱水区温度稍高，可以减少干燥脱水区长度。热解反应区温度范围可以控制在500-650摄氏度，以保证物料的充分热解，半焦成熟区温度可以控制在500-600摄氏度，从而进一步加热一部分没有完全热解的物料。

根据本发明的实施例，集气总管150邻近煤热解反应器100的内周壁且垂直设置，集气支管160的一端与集气总管150相连通，另一端连通至油气导出管道140。集气支管160的具体设置方式不受特别限制，例如包括但不限于沿集气总管150的长度方向彼此平行布置。每根集气支管160可以单独与集气总管150相连通，也可以两根或多根集气支管160靠近集气支管的一端通过同一连接管道161连通至集气总管150。根据本发明的实施例，集气支管160和集气总管150之间可以具有一定角度，一些具体示例中，集气支管160垂直于集气主管150设置。由此，有利于油气混合物的快速导出。

根据本发明的实施例，油气导出管道140与集气支管160的一端相连通，并且油气导出管140的管壁上设置有通孔。由此，通过设置油气导出管道，使得热解过程中产生的热解油气快速导出，从而有效抑制油气二次裂解，提高热解油收率。根据本发明的实施例，通孔的数量不受特别限制，在一些具体示例中，油气导出管道140的管壁上设置有多个通孔，优选地，该多个通孔在油气导出管道140的长度方向上均匀分布。由此，有利于油气混合物快速导出。

根据本发明的实施例，油气导出管道140沿煤热解反应器100的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道。根据本发明的具体实施例，同一层油气导出管道140连通至同一根集气支管160。由此，能够将油气混合物集中、快速地导出。

根据本发明的实施例，油气导出管道140与蓄热式辐射管170平行布置，且蓄热式辐射管170的左右两侧对称设置有两根油气导出管道140。发明人发现，通过在每根蓄热式辐射管两侧安装油气导出管道，热解产生的油气混合物通过导出管道被迅速导出，从而有效地抑制了油气的二次裂解，进而提高热解油的收率，经济效益好。

根据本发明的实施例，如图3所示，油气导出管道140与邻近的蓄热式辐射管170的管壁之间距离L为油气导出管道管径d的1/2-3倍。由此可以立刻导出产生的热解油气混合物，避免热解油裂解，提高热解油产率。

根据本发明的实施例，旋风分离器180具有气固混合物入口181、气体出口182和固体出口183，其中，气体出口182与油气混合物出口120相连通，集气总管150的末端延伸连通至该旋风分离器180的气固混合物入口181。发明人发现，通过在煤热解反应器内部设置旋风分离器，对热解产物进行气固分离处理，能够有效降低排出煤热解反应器的油气混合物的含尘量，有效抑制出煤热解反应器的热解油气混着粉尘冷凝堵塞后续管道和相关设备；同时，旋风分离器内置煤热解反应器内，可减少煤热解反应器至油气混合物冷凝装置之间管路的保温设施，减少设备的保温面积和降低系统伴热能耗。

根据本发明的实施例，旋风分离器180的外壁和与其相邻的蓄热式辐射管170之间焊接有支撑杆181，由此能够将该旋风分离器牢固的固定于煤热解反应器内部。通常，旋风分离器180设置于煤热解反应器100的上部，因此，可以在旋风分离器180外壁和第一层蓄热式辐射管170之间焊接支撑杆181。

根据本发明的实施例，煤热解反应器100上同时还设置有蓄热式辐射管燃烧所需的燃料、空气和燃烧后的烟气进出口(图中未示出)，燃气入口和空气入口分别和蓄热式辐射管170相连。在蓄热式辐射管内燃烧产生的热烟气可以用于对待热解的粉煤原料进行干燥和预热处理，由此进一步提高了煤热解反应器效率和燃烧效率，且实现了综合利用资源，降低能耗的目的。

根据本发明的实施例，煤热解反应器100的高度和宽度宜相当，宽度可以为2-6米，高度可以通过控制每层蓄热式辐射管170的数量和间距控制，通常煤热解反应器的高度可以为5～20m。由此，可以实现对物料的完全热解。本领域技术人员可以理解，煤热解反应器100的高度和宽度不限于上述范围，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择。

根据本发明的实施例，煤粉锅炉200上具有燃油燃烧器210和半焦燃烧器220，半焦出口120与半焦燃烧器220上的入口221相连，煤粉锅炉200适于将煤和半焦进行混合燃烧发电。发明人发现，通过将煤热解反应器100中产生的热半焦直接热送至与煤粉锅炉200与煤混合燃烧，不仅能够确保煤粉锅炉200的燃烧稳定性，而且可以显著提高能量利用率，并且当利用该煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统进行燃烧发电时能够确保发电系统的稳定性。

根据本发明的实施例，参照图4，煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统可以进一步包括：制粉装置300，该制粉装置300具有半焦入口310、原料煤入口320和混合物料出口330，其中，半焦入口310与煤热解反应器100的半焦出口120相连，混合物料出口330与半焦燃烧器220的入口221相连。由此，通过制粉装置300可以将原料煤和半焦的粒径处理至符合煤粉锅炉的要求，有利于在煤粉锅炉中充分燃烧。

根据本发明的实施例，参照图5和图6，该煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统可以进一步包括：油气混合物后处理装置400，该油气混合物后处理装置400与煤热解反应器100的油气混合物出口130相连。具体地，油气混合物后处理装置400可以包括：油气分离组件410，热解气净化组件420和焦油精制组件430。油气混合物后处理装置400适于对热解得到的油气混合物进行后处理，依次进行油气分离、热解气净化和焦油精制等处理，以得到净煤气和高附加值油产品。

根据本发明的实施例，油气分离组件410具有油气混合物进口411、热解气出口412和焦油出口413，油气混合物进口411与煤热解反应器的油气混合物出口130相连，焦油出口413与焦油精制组件430的焦油入口431相连，且该油气分离组件410适于将解热产生的油气混合物分离获得热解气和焦油，油气分离组件410进行油气分离的具体方式不受特别限制，例如，包括但不限于冷凝、喷淋等。

根据本发明的实施例，热解气净化组件420具有热解气进口421和可燃气出口422，其中，热解气进口421与热解气出口412相连，且热解气净化组件420适于对热解气进行脱硫、脱氨等工序进行净化处理以获得洁净的可燃气。在一些实施例中，热解气净化组件420可以设置有两个可燃气出口422(图中未示出)，其中一个与煤热解反应器中的蓄热式辐射管相连，用于提供蓄热式辐射管燃烧加热的燃料，实现热解产物的合理利用，而另一个热解气出口422作为产品出气口。

根据本发明的实施例，焦油精制组件430具有焦油入口431和油产品出口432，其中，焦油入口431与焦油出口413相连。该焦油精制组件430适于对分离获得的焦油进行精制处理，以得到高附加值油品，例如包括但不限于对分离得到的焦油进行加氢精制。

本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统针对煤粉锅炉设置煤拔头工艺，有效解决了煤拔头前段热解工艺复杂的问题，本发明的联用系统中煤热解反应器能够与现有的煤粉锅炉直接联用，通过一次风送热半焦，无需对现有的煤粉锅炉进行改造，与现有的煤热解拔头工艺-循环流化床发电机组联用的系统相比，本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统中，煤热解反应器和煤粉锅炉能够相对独立地运行，二者互相干扰相对较小，热解产物合理利用，发电成本大大降低。本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统可以有效用于制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送至煤粉锅炉，并保留原先煤粉锅炉的燃烧系统，实现热解半焦和煤粉锅炉中的煤的掺烧，保障煤粉锅炉燃烧的稳定性，同时将热解气和热解焦油进行处理，产生可燃气和精制焦油作为注产品，实现煤拔头的经济效益。当本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统用于发电时，能够确保发电系统的稳定性。特别需要指出的是，煤热解反应器内部设置有旋风分离器，可以降低煤热解油气混合物的温度，同时降低出煤热解反应器的油气混合物的含尘量，降低后续高温煤热解气激冷焦油中的尘含量，和焦油冷凝堵塞管道的可能，同时降低了旋风保温成本。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前面所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统处理煤的方法。根据本发明的实施例，参照图7，该方法包括以下步骤：

S100：将煤输送至所述煤热解反应器进行热解处理，以便得到半焦和油气混合物。

根据本发明的实施例，供给至煤热解反应器的煤的粒径可以为3毫米以下，由此，热解料在煤热解反应器中受热均匀，热解反应效率较高，热解焦油收率较高。

根据本发明的具体实施例，煤热解反应器上部的温度为680-730摄氏度，中部的温度为500-650摄氏度，下部的温度为500-600摄氏度。具体地，热解料在煤热解反应器中由上至下运动，依次经过上部干燥脱水区、中部热解反应区和下部半焦成熟区，在干燥脱水区热解料快速脱去水分，然后于热解反应区进行热解反应，得到油气混合物和半焦，油气混合物通过油气导出管道快速导出，并经集气支管、集气总管汇集并供给至第二旋风分离器，经除尘后排出煤热解反应器，得到的半焦继续向下运动进入半焦成熟区，然后通过半焦出口排出煤热解反应器。

S200：将半焦输送至所述煤粉锅炉，使半焦与煤进行混合制粉燃烧发电。

根据本发明的实施例，在步骤S100之后，步骤S200之前，该处理煤的方法可以进一步包括：将半焦和煤进行制粉处理至粒径不大于200微米。具体而言，该步骤中，将400-600摄氏度的热解高温半焦从半焦出口排出，与发电用原料煤一起进制粉装置，制得的混合物粒度约为200微米，经一次风送至煤粉锅炉的半焦燃烧器，进行燃烧发电。

S300：将所述油气混合物输送至所述油气混合物后处理装置进行后处理，从而得到可燃气和油产品。

根据本发明的实施例，参照图8，步骤S300可以进一步包括以下步骤：S310：将油气混合物进行油气分离处理，得到焦油和热解气；S320：将热解气进行净化处理，得到可燃气；以及S330：将焦油进行精制处理，得到油产品。由此，可以有效地对热解产物进行适宜的后处理，得到洁净的可燃气和高附加值油品。

发明人发现，在该方法中，可以利用煤热解反应器与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行改造，煤热解反应器和煤粉锅炉能够相对独立地运行，二者互相干扰相对较小。该方法可以有效用于制取可燃气和热解油并联产电力，并利用现有煤粉锅炉的输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。而且，该方法中，煤热解产生的油气混合物在排出煤热解反应器之前，经过旋风分离器进行除尘，可以大大减少煤热解反应器至热解油气混合物快速冷凝装置之间管路的保温设施，减少设备的保温面积和降低系统伴热能耗，同时大大降低了焦油冷凝堵塞管道的可能。

下面参照图6和图8，详细描述本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统和利用其处理煤的方法的工作状态进行描述。

具体地，通过煤入口110将预先将粒径破碎至3毫米以下的粉煤供给至煤热解反应器100，粉煤在煤热解反应器100中由上至下运动，在蓄热式辐射管提供的温度场下进行热解反应，产生油气混合物和半焦。一方面，得到的油气混合物通过油气导出管道140的通孔进入油气导出管道140，通过油气导出管道140导入至集气支管160，然后汇集至集气总管150，并通过气固混合物入口181被供给旋风分离器180进行气固分离处理，分离得到的固体经固体出口183排出，进入煤热解反应器100中，分离得到的油气混合物经气体出口182、油气混合物出口130、并通过油气混合物入口411进入油气分离组件410中进行油气分离处理，分离得到的热解气经热解气出口412排出，然后经热解气进口421进入热解气净化组件420，在热解气净化组件420中，热解气进行脱硫、脱氨等工序进行净化处理，得到的净煤气部分经可燃气出口422排出，得到可燃气产品，一部分可以通过另一可燃气出口422供给至煤热解反应器中的蓄热式辐射管，用于燃烧加热，油气分离组件410中分离得到的焦油依次经焦油出口413和焦油进口431进入焦油精制组件430，在焦油精制组件430中对焦油进行加氢处理，得到的高附加值油品经油品出口432排出。另一方面，热解产生的半焦经半焦出口120排出煤热解反应器100，然后经半焦入口310进入制粉装置300，同时经原料煤入口320向制粉装置300中供给原料煤，在制粉装置300中将半焦和原料煤处理至粒径不大于200微米，然后得到的混合物依次经混合物料出口330和半焦燃烧器的入口221进入半焦燃烧器220，在半焦燃烧器220中半焦和煤进行掺烧发电。

实施例

热解煤粉碎到粒径3mm以下，送入本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统中进行处理，得到净煤气和高品质油品。具体步骤参照上述对本发明的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统和利用其处理煤的方法的工作状态的描述。其中，热解气组成如下表所示，产生的热解半焦温度为515℃，通过与发电煤混合进制粉系统，得200微米的煤粉直接送入煤粉锅炉燃烧发电。

与煤粉锅炉的燃料全部为发电原料煤的情况相比，从煤热解反应器排出的热解半焦占煤粉锅炉燃料总重量的50％时，整个系统能量利用效率提高了3.9％，把净煤气和煤焦油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约5.82％。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，包括：

煤热解反应器，所述煤热解反应器具有煤入口、半焦出口和油气混合物出口，其中，所述煤入口设置于所述煤热解反应器的顶部，所述油气混合物出口设置于所述煤热解反应器的顶壁和/或侧壁上，所述半焦出口设置于所述煤热解反应器的底部；

所述煤热解反应器内设置有多根油气导出管道、集气总管、多根集气支管、蓄热式辐射管和旋风分离器，

其中，所述集气总管邻近所述煤热解反应器的内周壁且垂直设置，

所述集气支管的一端与所述集气总管相连通，另一端连通至所述油气导出管道；

所述旋风分离器具有气固混合物入口、气体出口和固体出口，其中，所述气体出口与所述油气混合物出口相连通，所述集气总管的一端延伸连通至所述旋风分离器的气固混合物入口；

所述蓄热式辐射管沿着所述煤热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的蓄热式辐射管；

煤粉锅炉，所述煤粉锅炉上设置有燃油燃烧器和半焦燃烧器，所述半焦燃烧器的入口与所述半焦出口相连。

2.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的高度方向上错开分布。

3.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述集气支管沿所述集气总管的长度方向彼此平行布置。

4.根据权利要求3所述的煤 热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述集气支管垂直于所述集气主管。

5.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述油气导出管道沿所述煤热解反应器的高度方向多层布置，每层具有多根在水平方向上彼此平行的油气导出管道。

6.根据权利要求5所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，同一层所述油气导出管道连通至同一根所述集气支管。

7.根据权利要求5所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述油气导出管道与所述蓄热式辐射管平行布置，且所述蓄热式辐射管各自的左右两侧对称设置有两根油气导出管道。

8.根据权利要求5所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述油气导出管道与邻近的所述蓄热式辐射管的管壁之间距离为所述油气导出管道管径d的1/2-3倍。

9.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述油气导出管道的管壁上设置有多个通孔。

10.根据权利要求9所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述多个通孔在所述油气导出管道的长度方向上均匀分布。

11.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述旋风分离器的外壁和与其相邻的所述蓄热式辐射管之间焊接有支撑杆。

12.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，进一步包括：

制粉装置，所述制粉装置具有半焦入口、原料煤入口和混合物料出口，所述半焦入口与所述半焦出口相连，所述混合物料出口与所述半焦燃烧器的入口相连。

13.根据权利要求1所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，进一步包括：

油气混合物后处理装置，所述油气混合物后处理装置与所述油气混合物出口相连。

14.根据权利要求13所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述油气混合物后处理装置包括：

油气分离组件，所述油气分离组件具有油气混合物进口、热解气出口和焦油出口，所述油气混合物进口与所述油气混合物出口相连；

热解气净化组件，所述热解气净化组件具有热解气进口和可燃气出口，所述热解气进口与所述热解气出口相连，

焦油精制组件，所述焦油精制组件具有焦油入口和油产品出口，所述焦油入口与所述焦油出口相连。

15.一种利用权利要求1-14任一项所述的煤热解反应器-煤粉锅炉联用系统处理煤的方法，其特征在于，包括：

(1)将煤输送至所述煤热解反应器进行热解处理，以便得到半焦和油气混合物；

(2)将所述半焦输送至所述煤粉锅炉，使所述半焦与煤进行混合制粉燃烧发电；

(3)将所述油气混合物输送至所述油气混合物后处理装置进行后处理，从而得到可燃气和油产品。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(1)之后，步骤(2)之前，进一步包括：

将所述半焦和煤进行制粉处理至粒径不大于200微米。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

(3-1)将所述油气混合物进行油气分离处理，得到焦油和热解气；

(3-2)将所述热解气进行净化处理，得到可燃气；

(3-3)将所述焦油进行精制处理，得到油产品。