CN107557039A

CN107557039A - 一种分级分段式粉焦制备系统与工艺

Info

Publication number: CN107557039A
Application number: CN201710671922.9A
Authority: CN
Inventors: 马春元; 王涛; 周滨选; 张振; 张立强; 赵希强; 程星星
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-01-09

Abstract

本发明公开了一种分级分段式粉焦制备系统与工艺，该系统包括：制粉系统、煤粉分离装置、燃烧‑制焦装置、粉焦分离装置和粉焦收集装置；其中，所述燃烧‑制焦装置由相连通的燃烧段和制焦段两段结构组成，制焦段安装在燃烧段的上部；所述制粉系统的出口连接煤粉分离装置的入口，所述煤粉分离装置的固体出口端与制焦段相连通，气体出口端与燃烧段相连通；所述粉焦分离装置的入口连接制焦段的出口，固体出口端与粉焦收集装置相连通。根据粒径对固体颗粒物进行分级处理，粗煤粉用于制焦，细煤粉用于燃烧，粗焦收集用于脱硫，细焦和细煤灰控制在气流中，从系统整体上提高脱硫用粉焦的性能。

Description

一种分级分段式粉焦制备系统与工艺

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，具体涉及一种分级分段式粉焦制备系统与工艺。

背景技术

目前，我国烟气脱硫技术多采用石灰石-石膏法，该技术虽有效脱除烟气中二氧化硫，但其存在副产品脱硫石膏大量堆积，脱硫过程产生废水、废渣等二次污染问题，随着节能环保政策的严苛，该技术的应用面临新的挑战，存在一定局限性。另外，我国是一个硫资源相对缺乏的国家，每年需大量进口硫磺，如若将烟气中二氧化硫脱除的同时将其转化为可用硫资源，将大大缓解我国硫资源短缺现状。

鉴于以上问题，活性焦干法脱硫技术是一种既实现二氧化硫脱除又将其资源化利用的有效技术，该技术不耗水，脱硫效率高，能够实现硫资源回收，且脱硫过程无废水、废渣等二次污染产生。申请人在专利号为CN101856587A的“一种流态化活性炭联合脱硫脱硝工艺”中提出粉末活性炭应用于烟气脱硫的技术，该技术中应用的吸附介质为粉末活性炭，工艺过程可实现活性炭的高效循环利用。申请人在专利号为CN103224235A的“一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置”中提出的技术可以采用电厂原位煤粉为原料，以热烟气为反应介质，在上行气流床中实现粉状活性焦的快速制备。申请人在专利号为CN104787761A的“一种粉末活性焦快速制备装置和方法”中提出一种新型的粉状活性焦制备反应装置和粉焦制备方法。综上所述，申请人针对粉状活性焦脱硫已做过大量相关研究，但针对高性能粉状活性焦的制备并未提出完整的系统设计。

发明内容

针对以上问题，本发明在之前研究基础上，提出一种利用煤粉为原料的分级分段式粉焦快速制备系统与装置，通过合理的系统设计和装备开发，获得高性能脱硫用粉状活性焦。

本发明提出了一种分级分段式粉焦快速制备系统，以煤粉为原料，通过煤粉分级利用、粉焦及飞灰分级处理、分段结构布置的方式进行粉状活性焦的制备，以获得高性能脱硫用粉状活性焦。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个方面，提供一种分级分段式粉焦制备系统，包括制粉系统、煤粉分离装置、燃烧-制焦装置、粉焦分离装置和粉焦收集装置；

其中，所述燃烧-制焦装置由相连通的燃烧段和制焦段两段结构组成，制焦段安装在燃烧段的上部；

所述制粉系统的出口连接煤粉分离装置的入口，所述煤粉分离装置的固体出口端与制焦段相连通，气体出口端与燃烧段相连通；

所述粉焦分离装置的入口连接制焦段的出口，固体出口端与粉焦收集装置相连通。

优选的，所述制粉系统包括依次连接的原煤仓、给煤机和磨煤机。其中，所述磨煤机的出口连接煤粉分离装置的入口。

优选的，所述煤粉分离装置的气体出口端通过燃烧器与燃烧段相连通。

进一步的，所述煤粉分离装置的固体出口端还与磨煤机的入口相连。

进一步的，所述煤粉分离装置的气体出口端与燃烧段相连通的管道上设有脱硫后细乏焦入口。

优选的，所述燃烧-制焦装置中的燃烧段为W型火焰燃烧室。

优选的，在所述燃烧段的热烟出口处设置用于热烟气调质所需的喷嘴，所述喷嘴包括水蒸气喷嘴和氧气或空气喷嘴。

优选的，所述制焦段为流态化气流床反应炉，为上行气流床形式，安装在燃烧段上部，中间连接为喉口结构。

优选的，所述煤粉分离装置的固体出口端通过制焦煤粉喷口与制焦段相连通。

进一步优选的，制焦煤粉喷口的喷嘴结构设计可采用旋流或直流型式，布置方式可采用对称或切圆方式，具体的布置形式为双旋流喷口对冲布置、四旋流喷口对称布置或直流喷口四角布置。

优选的，所述煤粉分离装置的固体出口端与制焦段相连通的管道上设有输送介质入口。

进一步优选的，所述输送介质入口与粉焦分离装置的气体出口端相连接。

优选的，所述粉焦分离装置属高温分离设备，温度在400～800℃之间。

本发明的第二个方面，提供一种分级分段式粉焦制备工艺，包括以下步骤：

(1)原煤经过制粉得到不同粒径的煤粉颗粒；

(2)对步骤(1)中的不同粒径的煤粉颗粒进行分离，得到的粗煤粉颗粒进入制焦段制备大颗粒粉焦，得到的细煤粉颗粒进入燃烧段进行燃烧为制焦段提供热源和活化剂并产生细煤灰，其中，所述燃烧方法采用W燃烧方式；

(3)将步骤(2)中得到的粉焦和细煤灰进行分离，大颗粒粉焦被收集下来作为产品，细煤灰和细焦被制焦热解气携带出去。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下技术效果：

(1)根据粒径对固体颗粒物进行分级处理，粗煤粉用于制焦，细煤粉用于燃烧，粗焦收集用于脱硫，细焦和细煤灰控制在气流中，从系统整体上提高脱硫用粉焦的性能。本发明通过对煤粉进行分级(通过系统多级颗粒分级的配合)，保证制焦煤粉所需的合适粒径范围，并最大限度减少大粒径煤灰颗粒的存在，以提高粉焦产品的纯度，使其具有高效的脱硫性能。

通过分级利用，从制焦段看，可减少无效的制焦反应，即细煤粉的制焦反应；从燃烧段看，燃烧较细煤粉，可强化燃烧，使燃烧更充分、更完全；同时，燃烧细煤粉，可保证粉煤灰的粒径远小于粉焦粒径，经后面粉焦分离装置时，使其不被分离下来，进而提高粉焦纯度。粉焦分离装置控制合适分割粒径，使分离的粉焦产品在产量和性能上达到最优。

(2)本发明的燃烧段采用W火焰燃烧方式，延长燃烧时间，强化燃烧，保证燃尽；同时，可高效燃烧脱硫后的乏焦。

(3)制焦用煤粉送入方式采用惰性气体或热解气或热烟气输送，喷嘴结构设计可采用旋流或直流型式，布置方式可采用对称或切圆方式，目的在于强化气固混合、增强制焦反应。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的一种实施方式的结构示意图；

图2为制焦煤粉喷口结构及布置方式示意图。

其中，1、灰斗；2、燃烧室；3、三次风；4、热风道；5、二次风；6、燃烧器；7、水蒸气喷嘴；8、氧气或空气喷嘴；9、制焦煤粉喷口；10、制焦段；11、粉焦分离装置；12、热解气；13、粉焦；14、粉焦收集装置；15、原煤；16、原煤仓；17、给煤机；18、磨煤机；19、煤粉分离装置；20、乏气；21、粗煤粉；22、循环粗煤粉；23、惰性气体或热解气或热烟气；24、制焦煤粉；25、细乏焦；26、一次风。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

术语解释部分：

本发明中的分级是指整个系统对煤粉、粉焦及煤灰等固体颗粒物根据粒径进行分级处理，首先，控制制粉粒径分布；其次，通过分离装置对煤粉进行粗、细颗粒分离；然后，粗煤粉进入制焦段制备大颗粒粉焦，细煤粉进入燃烧段燃烧为制焦段提供热源和活化剂并产生细煤灰；最后，粉焦与细煤灰在粉焦分离装置进行分离，大粒径粉焦被收集下来作为产品，细煤灰和细焦被制焦热解气携带出去。

本发明中的分段是指装置主设备由燃烧段和制焦段两段结构组成，燃烧段安装在下部，制焦段安装在上部。

正如背景技术所介绍的，现有技术中高性能粉状活性焦的制备系统和工艺存在一定的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种分级分段式粉焦制备系统，包括制粉系统、煤粉分离装置、燃烧-制焦装置、粉焦分离装置和粉焦收集装置；

所述粉焦分离装置11的入口连接制焦段10的出口，固体出口端与粉焦收集装置14相连通。

在本发明一个优选的实施例中，所述制粉系统包括依次连接的原煤仓16、给煤机17和磨煤机18。其中，所述磨煤机18的出口连接煤粉分离装置19的入口。磨煤机是将煤块破碎并磨成煤粉的机械设备，属于现有技术的常用设备。磨煤机磨粉后必然会产生不同粒径大小的煤粉颗粒，其中包括粗煤粉和细煤粉，而制备高性能的粉焦需要特定粒径的煤粉颗粒。本发明通过控制磨粉的时间，可以大体控制煤粉的粒径分布。总的煤粉粒径范围为20～500μm，定义分割粒径d_p，粒径分布在d_p～500μm的煤粉为制焦用粗煤粉，粒径分布在20～dp的煤粉为燃烧用细煤粉。进一步的，分割粒径的选取范围在50～200μm，选取原则依煤种而定。进一步的，根据分割粒径d_p，细煤粉与粗煤粉的质量比在1/6～1/3之间。例：若煤种为蒙东褐煤，分割粒径d_p选200μm，细煤粉与粗煤粉的质量比约为1/4。

在本发明一个优选的实施例中，所述煤粉分离装置为旋风分离器，属于现有技术的常用设备。

在本发明一个优选的实施例中，所述煤粉分离装置19的气体出口端通过燃烧器6与燃烧段相连通。将煤粉分离装置19分离得到的携带细煤粉的乏气并入一次风26，送入燃烧段的燃烧室2中组织燃烧。

在本发明一个优选的实施例中，所述煤粉分离装置的固体出口端还与磨煤机的入口相连。若乏气携带细煤粉不足以为制焦反应提供足够热量可通过循环粗煤粉22回制粉系统来增加细煤粉浓度来实现热量补充。

在本发明的一个优选的实施例中，所述煤粉分离装置的气体出口端与燃烧段相连通的管道上设有脱硫后细乏焦入口，若乏气携带细煤粉不足以为制焦反应提供足够热量可通过细乏焦来实现热量补充。脱硫后乏焦为经活性焦脱硫塔多次循环使用后，基本丧失脱硫活性的粉焦；同时，受碰撞、磨损等因素影响，其粒径大大减小。所述燃烧用细乏焦25为脱硫后乏焦经筛分处理得到。

在本发明的一个优选的实施例中，所述燃烧-制焦装置中的燃烧段为W型火焰燃烧室(或叫W型火焰锅炉)，W型火焰锅炉为现有技术中的常用设备。其基本结构包括灰斗1、燃烧室2、三次风3、热风道4、二次风5、燃烧器6，其连接关系为本领域的技术人员所熟知的，在此不再赘述。进一步的，为保证高温烟气气流进入制焦段10后能提前混合均匀，本发明还在燃烧段的热烟出口处设置用于调质热烟气的水蒸气喷嘴7和氧气或空气喷嘴8。根据本发明的燃料的特点，本发明采用W火焰燃烧方式，延长燃烧时间，强化燃烧，保证燃尽；同时，可高效燃烧脱硫后的乏焦。

在本发明的一个优选的实施例中，所述制焦段10为流态化气流床反应炉，为上行气流床形式，即燃料细煤粉与高温烟气顺流上行进行反应，安装在燃烧段上部，中间连接为喉口结构，所述喉口结构为文丘里管，以保证制焦段10内流态化形态。

在本发明的一个优选的实施例中，所述煤粉分离装置19的固体出口端通过制焦煤粉喷口9与制焦段10相连通。进一步的，制焦煤粉喷口9的喷嘴结构设计可采用旋流或直流型式，布置方式可采用对称或切圆方式，具体的布置形式为双旋流喷口对冲布置、四旋流喷口对称布置或直流喷口四角布置，具体如图2所示，其中a为双旋流喷口对冲布置，b为四旋流喷口对称布置，布置方式为燃料对称方式进入制焦段10，c和d为直流喷嘴四角布置，布置方式为燃料切圆方式进入制焦段10。目的在于强化气固混合、增强制焦反应。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述煤粉分离装置19的固体出口端与制焦段10相连通的管道上设有输送介质入口，所述输送介质为惰性气体或热解气或热烟气。热解气可为为粉焦分离装置11的气体出口端产物，含有细粉焦和细煤灰，成分以N₂为主，含有部分还原性气体H₂、CO、CH₄，具有可燃性，有一定热值，可做燃烧用为后续SO₂的再生、还原提供热量，可用于SO₂还原的还原剂，也可作为联合脱硝的还原剂使用，还可用于制焦用煤粉的输送介质。当作为制焦用煤粉的输送介质时，起到了循环使用的作用。

进一步的，所述制焦用煤粉的输送介质若选用热解气，其入口与粉焦分离装置11的气体出口端相连。因热解气中含有细煤灰和细粉焦，为避免其进入制焦炉内，需加装一除尘装置将其收集，收集的细煤灰和细粉焦可并入锅炉一次风送入锅炉燃烧。

进一步的，所述惰性气体为氮气。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述粉焦分离装置为旋风分离器，属于现有技术的常用设备属。进一步的，所述粉焦分离装置的工作温度在600～1000℃之间。

本发明还提供一种分级分段式粉焦制备工艺，包括以下步骤：

(1)原煤经过制粉得到不同粒径的煤粉颗粒；

步骤(1)中，所述煤粉颗粒包括粗煤粉和细煤粉，其中，粒径分布在d_p～500μm的煤粉为制焦用粗煤粉，粒径分布在20μm～d_p的煤粉为燃烧用细煤粉。进一步的，d_p为分割粒径，选取范围为50～200μm，选取原则依煤种而定。根据分割粒径d_p，细煤粉与粗煤粉的质量比为1/6～1/3。

步骤(2)中，粗煤粉颗粒的输送介质为热解气或惰性气体或热烟气，优选的，采用步骤(3)中的热解气，能够起到循环利用的作用。

分级的显著意义在于减少粉焦产品中粉煤灰的存在。进行煤粉分级，细煤粉燃烧更充分、更完全，且生成的粉煤灰粒径要小于制焦煤粉粒径，即小于粉焦粒径，即使制焦过程中，有这些粉煤灰的存在，但经后面粉焦分离时，由于粉煤灰粒径小，再选取合适的分割粒径，可保证粉煤灰不被分离下来，进而提高了粉焦的纯度，即性能更佳。

现有技术中，燃烧段产生的煤灰有大约85％进入制焦段(其余15％以底渣形式排掉)，制焦段与燃烧段煤耗约为3～6(以4计算，与煤种与热值相关)，煤炭灰分含量20％，制焦段由煤到焦的转化率25～50％(以30％计算，与煤种相关)，制焦炉出口中焦的纯度约87％。采用粒径分级后，燃烧段中约<30％(以20％计算，取决于飞灰与制焦粒径范围的重叠程度，制焦炉内可能有焦颗粒破裂)的飞灰进入粉焦中，焦纯度约97％。焦纯度提高，可节省烟气脱硫用粉焦用量和再生粉焦量，降低后续设备投资和电耗。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

结合附图1，一种分级分段式粉焦制备系统，包括制粉系统、煤粉分离装置、燃烧段、制焦段、粉焦分离装置及粉焦收集装置。

所述制粉系统包括依次连接的装有原煤15的原煤仓16、给煤机17和磨煤机18。

所述煤粉分离装置19用于制粉系统所制煤粉的分离，固体出口端为制焦用粗煤粉，与制焦段10相通，气体出口端为携带细煤粉的乏气20，与燃烧段相通，燃烧产生热烟气为制焦段提供热源和反应介质。

所述乏气20为煤粉分离装置19的气体出口端，作为一次风携带细煤粉进入燃烧室2燃烧；另外，如若乏气携带燃料不足以为制焦反应提供足够热量，可通过循环部分粗煤粉返回制粉系统来增加细煤粉浓度来实现热量补充，也可在乏气中补充部分脱硫后细乏焦予以补充。

所述脱硫后乏焦为经活性焦脱硫塔多次循环使用后，基本丧失脱硫活性的粉焦；同时，受碰撞、磨损等因素影响，其粒径大大减小。所述燃烧用细乏焦25为脱硫后乏焦经筛分处理得到。

所述燃烧段为W火焰燃烧室，包括灰斗1、燃烧室2、三次风3、热风道4、二次风5、燃烧器6；另外，用于调质热烟气的水蒸气喷嘴7和氧气或空气喷嘴8安装在燃烧段出口，以保证气流进入制焦段10后能提前混合均匀；优选W燃烧方式目的在于延长燃烧时间，强化燃烧，保证燃尽，同时还可高效燃烧挥发分含量较低的脱硫后乏焦。

所述制焦段10为上行气流床形式，安装在燃烧段上部，中间连接为喉口结构，以保证制焦段10内流态化形态；另外，制焦煤粉喷口9安装在喉口上部，其布置形式分为双旋流喷口对冲布置、四旋流喷口对称布置或直流喷口四角布置，示意图如图2所示。

所述制焦煤粉24的输送介质为惰性气体或热解气或热烟气，优选的惰性气体为氮气。

所述粉焦分离装置11属高温分离设备，温度在400～800℃之间。

所述热解气12为粉焦分离装置的气体出口端产物，含有细粉焦和细煤灰，成分以N₂为主，含有部分还原性气体H₂、CO、CH₄，具有可燃性，有一定热值，可做燃烧用为后续SO₂的再生、还原提供热量，可用于SO₂还原的还原剂，也可作为联合脱硝的还原剂使用，还可用于制焦用煤粉的输送介质。

所述粉焦收集装置14与粉焦分离装置11固体出口端相通，用于收集脱硫用粉焦13成品。

实施例2

一种采用实施例1中的系统的分级分段式粉焦制备工艺，包括以下步骤：

(1)原煤经过制粉系统得到不同粒径的煤粉颗粒；所述煤粉颗粒包括粗煤粉21和细煤粉，其中，粗煤粉的粒径范围为d_p～500μm，细煤粉的粒径范围为20μm～d_p。进一步的，d_p为分割粒径，选取范围为50～200μm，选取原则依煤种而定。根据分割粒径d_p，细煤粉与粗煤粉的质量比为1/6～1/3。若煤种为蒙东褐煤，分割粒径d_p选200μm，细煤粉与粗煤粉的质量比约为1/4。

(2)对步骤(1)中的不同粒径的煤粉颗粒采用煤粉分离装置19进行分离，得到的粗煤粉21颗粒进入制焦段10制备大颗粒粉焦，得到的细煤粉颗粒由乏气20携带进入燃烧段进行燃烧为制焦段10提供热源和活化剂并产生细煤灰，其中，所述燃烧方法采用W燃烧方式；

粗煤粉颗粒的输送介质为热解气或惰性气体或热烟气23，优选采用步骤(3)中的除尘后的热解气，能够起到循环利用的作用。

(3)将步骤(2)中得到的粉焦和细煤灰采用粉焦分离装置11进行分离，大颗粒粉焦被粉焦收集装置14收集下来作为产品，细煤灰和细焦被制焦热解气12携带出去。最终得到的粉焦纯度约97％以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种分级分段式粉焦制备系统，其特征是：包括制粉系统、煤粉分离装置、燃烧-制焦装置、粉焦分离装置和粉焦收集装置；

2.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：所述制粉系统包括依次连接的原煤仓、给煤机和磨煤机。

3.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：所述煤粉分离装置的气体出口端通过燃烧器与燃烧段相连通；

进一步的，所述煤粉分离装置的固体出口端还与磨煤机的入口相连；

4.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：所述燃烧-制焦装置中的燃烧段为W型火焰燃烧室。

5.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：在所述燃烧段的热烟出口处设置用于热烟气调质所需的喷嘴，所述喷嘴包括水蒸气喷嘴和氧气或空气喷嘴。

6.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：所述制焦段为流态化气流床反应炉，为上行气流床形式，安装在燃烧段上部，中间连接为喉口结构。

7.如权利要求1所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：所述煤粉分离装置的固体出口端通过制焦煤粉喷口与制焦段相连通。

8.如权利要求7所述的分级分段式粉焦制备系统，其特征是：制焦煤粉喷口的喷嘴结构设计采用旋流或直流型式，具体的布置形式为双旋流喷口对冲布置、四旋流喷口对称布置或直流喷口四角布置。

9.一种采用权利要求1~8中任一项所述的系统的分级分段式粉焦制备工艺，其特征是，包括以下步骤：

（1）原煤经过制粉得到不同粒径的煤粉颗粒；

（2）对步骤（1）中的不同粒径的煤粉颗粒进行分离，得到的粗煤粉颗粒进入制焦段制备大颗粒粉焦，得到的细煤粉颗粒进入燃烧段进行燃烧为制焦段提供热源和活化剂并产生细煤灰，其中，所述燃烧方法采用W燃烧方式；

（3）将步骤（2）中得到的粉焦和细煤灰进行分离，大颗粒粉焦被收集下来作为产品，细煤灰和细焦被制焦热解气携带出去。

10.如权利要求9所述的制备工艺，其特征是：步骤（1）中，所述煤粉颗粒包括粗煤粉和细煤粉；总的煤粉粒径范围为20～500μm，定义分割粒径d _p，粒径分布在d _p～500μm的煤粉为制焦用粗煤粉，粒径分布在20～dp的煤粉为燃烧用细煤粉；进一步的，分割粒径的选取范围在50～200μm，选取原则依煤种而定；进一步的，根据分割粒径d _p，细煤粉与粗煤粉的质量比在1/6～1/3之间；

步骤（2）中，粗煤粉颗粒的输送介质为热解气或惰性气体或热烟气，优选的，采用步骤（3）中的热解气。