CN107118785A - 低阶煤的自热‑自燃过程能量利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低阶煤的自热‑自燃过程能量利用方法,包括如下步骤:(1)、将水蒸气、空气、二氧化碳和氧气中的一种或多种气体的组合作为加热介质A,加热介质A与经过破碎筛分的煤料充分热交换,直至煤料脱水过程完成;(2)、将氧气或空气的一种或两种气体组合作为气体B,将水蒸气、二氧化碳或氮气的一种或多种气体的组合作为控制气体C,将气体B和气体C按比例混合均匀得到混合气体;当煤料温度低于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为:1:0~0.5,当煤料温度高于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为:0~1:1。本发明围绕低阶煤水分高、易自燃和自热‑自燃的自放热热量未利用的特点,开发了一种低阶煤自热‑自燃过程能量利用工艺。
Description
技术领域
本发明涉及煤气利用领域,具体为一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用工艺,特别是通过不同气体控制低阶煤自热-自燃的自放热过程并回收利用能量的工艺。
背景技术
低阶煤具有高水分、低热值和易自燃特点;高水分不利于运输,直接燃烧热值低,利用前需要进行脱水预处理,炭化过程是低阶煤利用的首选;低阶煤在空气中堆放易自热和自燃,学者对煤的自热和自燃过程的认知仅停留在抑制和钝化过程,而自热-自燃过程的放热量被忽略,造成热量的极大浪费。如何高效利用热量对节能减排具有巨大的社会意义。
因此需开发一种以水蒸气等气体对自放热热量进行热交的自热-自燃能量利用工艺。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种用于自热-自燃过程能量利用的工艺,建立了一个可调控的自热-自燃系统,充分利用水蒸气等气体的热交换能力,回收自放热的热量,形成一个低阶煤利用的新工艺,该工艺具有较好的能量利用率和利用方式。
本发明是采用如下技术方案实现的:
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,包括如下步骤:
(1)、将水蒸气、空气、二氧化碳和氧气中的一种或多种气体的组合作为加热介质A,加热介质A与经过破碎筛分的煤料充分热交换,直至煤料脱水过程完成;
(2)、将氧气或空气的一种或两种气体组合作为气体B,将水蒸气、二氧化碳或氮气的一种或多种气体的组合作为控制气体C,将气体B和控制气体C按比例混合均匀得到混合气体;当煤料温度低于300℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为1:0~0.5,当煤料温度高于300℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为0~1:1;
(3)、将步骤(1)脱水完成的煤料与步骤(2)得到的混合气体充分接触,混合气体的初始温度为550~650℃,将煤料保持在非燃烧状态下,伴随有炭化过程,该阶段以半焦成熟作为结束;
(4)、将空气、氮气、二氧化碳和水蒸气一种或多种的组合作为热交换介质气体D,用热交换介质气体D对步骤(3)所得到的半焦进行熄焦过程。
低阶煤利用过程首先需进行预脱水处理,能得到大量水蒸气,水蒸气等气体是一种良好的热交换介质。煤料在自热-自燃过程中升温并放出大量热,如不利用就被浪费掉,水蒸气和氧气气体的调控可以完成自热-自燃过程的促进和抑制作用调控,同时自放热的热量足以使煤同时完成炭化过程,整个阶段完成后能得到高温半焦。熄焦过程中,高温半焦的热量也可用以水蒸气为主体的气体介质带出,并回收利用,熄焦后的半焦基本无自燃倾向。
在上述技术方案中,1、所述低阶煤的粒径为1~90mm;所述加热介质A的初始温度为100~650℃之间。脱水过程完成后,煤料的温度在90-110℃之间。低阶煤在脱水过程中会产生水蒸气,并可补充作为加热介质A重复利用。2、所述气体介质B和气体介质C体积按比例进行混合,混合比例受煤料温度影响。煤料温度低于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为1:0~0.5;煤料温度高于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为0~1:1。通入混合气体的体积空速为0~250000h-1,混合气体的初始温度为550~650℃,在煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段时,气体B与控制气体C的混合气体温度可调整为100~350℃,混合气体加热阶段时,煤料在自热-自燃阶段完成炭化过程。传统方法中炭化过程往往会抑制煤料的自热-自燃阶段,然而本方法则是通过水蒸气和氧气气体的调控来使煤料处于自热-自燃阶段,充分利用煤料的放热过程,完成炭化过程。煤料在刚开始的100~300℃低温阶段可提供适当的外加热源,使煤料快速进入非燃烧状态。3、所述热交换介质气体D中的一部分水蒸气为步骤(1)脱水产生的水蒸气,热交换介质气体D的初温为0~70℃,熄焦过程结束时半焦的温度降低到0~70℃之间。熄焦完成后,对热交换介质气体D进行热量和水蒸气回收;获得的高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质,也可用于发电等其他过程。
本发明围绕低阶煤水分高、易自燃和自热-自燃的自放热热量未利用的特点,开发了一种低阶煤自热-自燃过程能量利用工艺。该工艺的优点与积极效果在于:脱水过程得到水蒸气,建立了一个用水蒸气和氧气组成可调控的自热-自燃系统,充分利用水蒸气等气体的热交换能力,回收自放热和高温半焦的热量去满足脱水和炭化过程的热量需求,形成一种用于自热-自燃过程能量利用的工艺,该工艺回收了水分和热量,能量利用率高,热损耗低。
附图说明
图1 表示低阶煤自热-自燃过程能量利用工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,包括如下步骤:
步骤一、将水蒸气作为加热介质A,300℃的加热介质A与1~10mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成,脱水过程完成后,煤料的温度在90~110℃,脱水过程产生的水蒸气可补充作为加热介质A重复利用。
步骤二、将氧气作为气体B,将水蒸气和氮气的组合作为控制气体C,将气体B和控制气体C按一定比例混合均匀,具体为,当煤料温度在90~300℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为1:0.5;当煤料温度在300~650℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为0.25:1。
步骤三、将步骤(一)得到的煤料与步骤(二)得到的混合气体充分接触,通入的混合气体的体积空速为150000h-1,混合气体的初始温度为650℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源,使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后,气体B与控制气体C构成的混合气体温度调整为100~250℃,煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程,该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将氮气和水蒸气的组合作为热交换介质气体D,热交换介质气体D对步骤(三)所得到的半焦进行熄焦,热交换介质气体D的初温为20℃,熄焦过程结束时半焦的温度降为70℃以下,熄焦完成后,对热交换介质气体D进行热量和水蒸气回收;高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质,也可用于发电等其他过程。
实施例2
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,包括如下步骤:
步骤一、将水蒸气、空气作为加热介质A,100~300℃的加热介质A与10~50mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成,脱水过程完成后,煤料的温度在90~110℃,水蒸气可补充作为加热介质A重复利用。
步骤二、将氧气和空气作为气体B,将水蒸气作为控制气体C,将气体B和控制气体C按一定比例混合均匀,煤料温度在90~300℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为1:0.2。当煤料温度在300~550℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为0.2:1;
步骤三、将步骤(一)得到的煤料与步骤(二)得到的混合气体充分接触,通入的混合气体的体积空速为250000 h-1,混合气体的初始温度为550℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源,使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后,气体B与控制气体C构成的混合气体温度调整为250~350℃,煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程,该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将氮气、二氧化碳和水蒸气的组合作为热交换介质气体D,热交换介质气体D对步骤(三)所得到的半焦进行熄焦,热交换介质气体D的初温为0℃,熄焦过程结束时半焦的温度降为30℃,熄焦完成后,对热交换介质气体D进行热量和水蒸气回收;高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质,也可用于发电等其他过程。
实施例3
一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,包括如下步骤:
步骤一、将水蒸气、二氧化碳和氧气作为加热介质A,300~650℃的加热介质A与50~90mm的粒径煤料充分热交换直至脱水过程完成,脱水过程完成后,煤料的温度在90~110℃,水蒸气可补充作为加热介质A重复利用。
步骤二、将空气作为气体B,将水蒸气和二氧化碳作为控制气体C,将气体B和控制气体C按一定比例混合均匀,煤料温度在90~300℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为1:0.1,当煤料温度在300~600℃时,气体B和控制气体C的体积混合比例为0.5:1;
步骤三、将步骤(一)得到的煤料与步骤(二)得到的混合气体充分接触,通入的混合气体的体积空速为200000h-1,混合气体的初始温度为600℃。煤料在300℃以下的低温阶段适当提供外加热源,使煤料快速达到非燃烧状态。当煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段后,气体B与控制气体C构成的混合气体温度调整为150~300℃,煤料在自热-自燃阶段伴随有炭化过程,该阶段以半焦成熟作为结束。
步骤四、将空气、氮气、二氧化碳和水蒸气的组合作为热交换介质气体D,热交换介质气体D对步骤(三)所得到的半焦进行熄焦,热交换介质气体D的初温为60℃,熄焦过程结束时半焦的温度降为70℃以下,熄焦完成后,对热交换介质气体D进行热量和水蒸气回收;高温水蒸气可作为脱水过程的传热介质,也可用于发电等其他过程。
以上仅为本发明的具体实施例,但并不局限于此。任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题,或实现基本相同的技术效果,所作出地简单变化、等同替换或者修饰等,均属于本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)、将水蒸气、空气、二氧化碳和氧气中的一种或多种气体的组合作为加热介质A,加热介质A与经过破碎筛分的煤料充分热交换,直至煤料脱水过程完成;
(2)、将氧气或空气的一种或两种气体组合作为气体B,将水蒸气、二氧化碳或氮气的一种或多种气体的组合作为控制气体C,将气体B和气体C按比例混合均匀得到混合气体;当煤料温度低于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为:1:0~0.5,当煤料温度高于300℃时,气体B和气体C的体积混合比例为:0~1:1;
(3)、将步骤(1)脱水完成的煤料与步骤(2)得到的混合气体充分接触,混合气体的初始温度为550~650℃,将煤料保持在非燃烧状态下,伴随有炭化过程,该阶段以半焦成熟作为结束;
(4)、将空气、氮气、二氧化碳和水蒸气一种或多种的组合作为热交换介质气体D,用热交换介质气体D对步骤(3)所得到的半焦进行熄焦过程。
2.根据权利要求1所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:低阶煤的粒径为1~90mm。
3.根据权利要求1所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:低阶煤在脱水过程中,加热介质A的温度为100~650℃之间;脱水过程完成后,煤料的温度在90~110℃之间;低阶煤在脱水过程中产生的水蒸气补充作为加热介质A重复利用。
4.根据权利要求1所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:混合气体的体积空速为0~250000h-1。
5.根据权利要求4所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:在煤料处于非燃烧状态下的自热-自燃阶段,气体B与气体C构成的混合气体温度调整为100~350℃,煤料在自热-自燃阶段完成炭化过程。
6.根据权利要求5所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:煤料在100~300℃低温阶段提供外加热源。
7.根据权利要求1所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:热交换介质气体D的初温为0~70℃,熄焦过程结束时半焦的温度降低到70℃以下。
8.根据权利要求7所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:熄焦完成后,对热交换介质气体D进行热量和水蒸气回收。
9.根据权利要求7所述的低阶煤的自热-自燃过程能量利用方法,其特征在于:热交换介质气体D中的一部分水蒸气来自于步骤(1)脱水产生的水蒸气。
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