CN107760344A - 粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统及方法 - Google Patents

粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于煤清洁高效利用技术领域，具体涉及一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统及方法，主要利用循环低热烟气和冷却换热烟气分段对粉煤进行一次换热干燥和二次换热干燥，根据不同粒度煤的热解停留时间不同，将大颗粒和小颗粒细粉分级分区热解，促使重组分产品热解后生成轻组分产品，并将细粉热解后的荒煤气通过大颗粒热解层进行初过滤除尘，实现精除尘，除尘后的焦粉在冷却气以及冷却水的双重作用下冷却，大大提高了冷却效率，同时本发明所制得煤焦油、煤气、半焦粉等产品的质量高，能够满足标准要求，而且产量高，而且无需滤料再生，整个工艺简化，物料循环利用，载气量小，而且无废渣废气产生，热能回收利用，节能，实现清洁生产。

Description

粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统及方法
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，特别是煤的清洁高效利用技术领域，尤其涉及一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统及方法。
背景技术
高挥发份烟煤和褐煤热解是煤炭梯级分质利用的重要途径，是洁净煤化工，煤热解也叫煤拔头，装置投资少，能耗低，热效率高，有着广泛的市场前景和较好的经济效益。
根据煤粒度不同采用的热解工艺也不同，同一粒径的煤也有不同的热解工艺，针对0-6mm 的粉煤的热解有回转窑热解工艺，有流化床热解工艺，有移动床热解工艺；有直接加热热解工艺，有间接加热热解工艺；有气体热载体热解工艺，有固体热载体热解工艺，有气固热载体热解工艺等等，不论哪种工艺各有优缺点，但无论何种热解方式，都面临高温荒煤气除尘问题，荒煤气在高温下煤焦油的大分子会缩合积碳，降温后煤焦油就会析出，现在普遍采用旋风除尘器在高温下粗除尘，但达不到除尘的精度，还有部分细尘在冷凝时进入煤焦油中，造成煤焦油后续无法进一步加工利用。有些采用后续精除尘工艺，但由于再生系统太复杂难于长周期运行；同时针对0-6mm的这种原料由于粒径不同，热解停留时间不同，如果全部热解完就要迁就大颗粒，势必延长停留时间，造成设备庞大。
由大连理工大学提出并被授予发明专利权的专利号为201010587830.0的一种由煤热解制取半焦、焦油和煤气的方法的专利，采用固体半焦热载体热解，热解后大颗粒分离出来冷却作为产品，小颗粒送回加热提升管燃烧，该专利未解决荒煤气的除尘。专利号为201210059029.8一种导引式气提强化油气加速导出的煤固体热载体热解方法及系统的专利，采用固体热载体，采用煤气气提提高煤焦油的收率，但仍未解决煤焦油的含尘问题。
由浙江大学提出并被授予发明专利权的专利号为201210064139.3基于流化床热解技术的煤气焦油半焦蒸汽多联产方法的专利，采用固体热载体流化床热解，大量的流化气体造成后续的除尘压力大，该专利也只采用旋风进行粗除尘，对于小于10um的细尘无法通过旋风除去，在精除尘方面未提出有针对性的措施解决煤焦油的含尘问题。
由中科院工程热物理研究所提出并被授予发明专利权的专利号为200810222959.4的一种输送床热解制油方法的专利，采用固体热载体热解技术，热解为低速流化床，大量的载气同样带来除尘的压力，也未曾记载在精除尘方面的措施。
以上几个专利都未就荒煤气的精除尘提出针对性的解决方法，同时也未考虑不同粒径热解的时间不同而区别对待。
由易高环保能源研究院有限公司提出并被授予发明专利权的专利号为201310316620.1的一种由固体有机物快速热解制取液体燃料的方法，采用固体半焦热载体热解，将固体热载体分为两部分：一部分作为热解的热载体，另一部分作为除尘的颗粒，该专利考虑荒煤气的精除尘，利用高温热载体半焦作为颗粒层除尘，由于高温半焦未进行分级，而且高温半焦作为颗粒层温度过高，荒煤气通过时煤焦油产生二次裂解，大大降低了煤焦油的收率。同时也未针对不同粒径的煤改变热解的停留时间。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，将热解和除尘深度耦合，可根据不同粒度煤的热解停留时间不同采取分级热解、将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解层形成的颗粒层进行过滤除尘，实现精除尘，而且烟气和焦粉循环使用，回收热量，整个系统能耗小，载气量小、所制取的煤焦油和煤气品质好。
同时，本发明还提供了一种用上述系统制取煤焦油煤气的方法，将热解和除尘耦合，滤料113无需再生与升温，能耗小，工艺成本低。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，所述粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统包括干燥单元、循环半焦加热单元、热解除尘单元、半焦冷却单元以及油洗单元；
热解除尘单元，根据不同粒度煤的热解停留时间不同对干燥单元干燥处理后的粉煤采取分级热解，并利用循环半焦加热单元提供的高温半焦作为热源，将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解层形成的颗粒层进行过滤除尘；其包括细粉混合器8、颗粒混合器9、组合式自除尘反应器10；组合式自除尘反应器10包括设置在自除尘反应器箱体103上的荒煤气导出口104、混合出料口1011、颗粒进料口101和细粉料入口102，在自除尘反应器箱体103内设置有细粉热解的细粉料热解区1015以及与细粉料热解区1015连通并能够对细粉料热解区1015所产生的荒煤气进行初过滤的颗粒料热解区109；
组合式自除尘反应器10的细粉料入口102通过细粉混合器8分别与干燥单元、循环半焦加热单元的细粉出口连通，组合式自除尘反应器10的颗粒进料口101通过颗粒混合器9分别与干燥单元、循环半焦加热单元的干煤出口及半焦出口连通；组合式自除尘反应器10的荒煤气导出口104与固定床颗粒层过滤器11的进气口111连通，固定床颗粒层过滤器的11的干净气出口 114与油洗单元连通，组合式自除尘反应器10的混合出料口1011分别与半焦冷却单元、循环半焦加热单元连通。
进一步限定，所述粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统还包括余热回收单元，余热回收单元包括高温换热器15和脱硫脱硝反应器17以及布袋除尘器16，高温换热器15分别与脱硫脱硝反应器17、循环半焦加热单元连接；脱硫脱硝反应器17与干燥单元连接，布袋除尘器16的进气口与干燥单元连接、出气口与高温换热器15以及半焦冷却单元连接。
进一步限定，所述干燥单元包括多级流化床干燥分级器2和干煤组合旋风除尘器3；多级流化床干燥分级器2包括包括分级器箱体28，在分级器箱体28内设置有上段干燥区和下段干燥区，在不同的干燥区通过自下而上的热气流对粉煤进行分级干燥；多级流化床干燥分级器2 的上段干燥区与脱硫脱硝反应器17和干煤组合旋风除尘器3连接、下段干燥区与半焦冷却单元和干煤组合旋风除尘器3、颗粒混合器9连接，干煤组合旋风除尘器3与细粉混合器8连接。
进一步限定，所述多级流化床干燥分级器2的分级器箱体28内还设置有隔断板29，通过隔断板29将上段干燥区和下段干燥区隔开；在上段干燥区和下段干燥区内分别设置有至少1层与隔断板29相平行的分布板23；两两相邻分布板23之间通过干煤干燥溢流管210连通；
在上段干燥区的顶部设置有干燥进料口21和上端干燥气出口22，在上段干燥区的下部侧壁上设置有与脱硫脱硝反应器17连通的上段干燥气进口25，在下段干燥区的上部侧壁上设置有下段加热气出口24，在下段干燥区的底部设置有与半焦冷却单元连通的下段加热气进口26，在下段干燥区通过斜溢流管211与缓冲罐212连通，上段干燥气出口22与下段加热气出口24分别通过管道与干煤组合旋风除尘器3连通。
进一步限定，所述干煤干燥溢流管210的入口端高于分布板23表面80～200mm、下端口距离下层分布板23的上表面40～100mm。
进一步限定，所述组合式自除尘反应器10的荒煤气导出口104设置在自除尘反应器箱体 103的侧壁上，颗粒进料口101和细粉料入口102分别设置在自除尘反应器箱体103的顶部，混合出料口1011设置在自除尘反应器箱体103的底部，在自除尘反应器箱体103内设置有百叶窗式外环圈105和套装在百叶窗式外环圈105内部的百叶窗式内环圈106，在百叶窗式外环圈105 和百叶窗式内环圈106之间形成颗粒料热解区109，百叶窗式外环圈105与自除尘反应器箱体 103内壁之间形成荒煤气导出区108，颗粒料热解区109的顶部通过颗粒进料口101与颗粒混合器9连通；在百叶窗式内环圈106内腔同轴设置有底部敞口的外环筒1014，在外环筒1014内自上而下分为细粉料反应沉降区107和细粉料热解区1015，细粉料反应沉降区107通过设置在自除尘反应器箱体103顶部的细粉料入口102管道与细粉混合器8连通，在细粉料热解区1015内设置有至少一个物料流向变向体组合，在外环筒1014壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区 1015通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈106与颗粒料热解区109连通。
进一步限定，所述自除尘反应器箱体103下端混合出料口1011的上方还设置有改流锥 1010。
进一步限定，所述物料流向变向体组合包括倒锥体1012以及置于倒锥体1012底部的环锥 1013，使倒锥体1012的内腔以及环锥1013外壁与外环筒1014内壁之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥1013内部形成焦粉通道，在热解荒煤气缓存腔上设置有与外环筒1014的环形导气缝相对应的透气孔；所述倒锥体1012和环锥1013的锥面与水平面的夹角为45°～75°。
进一步限定，所述物料流向变向体组合是自上而下布设的多个，一个物料流向变向体组合与相邻一个物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm。
进一步限定，所述百叶窗式内环圈106和百叶窗式外环圈105是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～40mm；所述百叶窗式内环圈106的锥形叶片和百叶窗式外环圈105的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为45°～75°。
进一步限定，所述半焦冷却单元包括斜流床半焦冷却器12和旋分分离器13；旋分分离器 13的气体入口与斜流床半焦冷却器12连接、气体出口与干燥单元连接；
所述斜流床半焦冷却器12包括冷却器箱体128以及设置在冷却器箱体128内的流化冷却床 123，在冷却器箱体128的顶部设置有与热解除尘单元连接的冷却进料口122和与旋分分离器13 连接的冷却气出口121，在冷却器箱体128的底部设置有半焦冷却出料口125和冷却气进口126，在流化冷却床123的侧部下方设置有挡料板127，挡料板127与冷却器箱体128侧壁之间围成冷却半焦溢流通道，在流化床冷却床123上设置有冷却气透气孔，使冷却气自下而上与流化冷却床123上铺设的半焦直接换热，使半焦冷却。
进一步限定，所述流化冷却床123是自上而下设置的多层，流化冷却床123倾斜设置，与水平面之间形成5°～25°的夹角；在流化冷却床123与相邻流化冷却床123之间形成冷却气换热腔，在冷却气换热腔内还设置有冷却水层124，冷却水层124是由上下连通的冷却水盘管或者冷却水板片组成，通过冷却水对冷却气间接换热。
进一步限定，所述热解除尘单元还包括固定床颗粒层过滤器11，所述固定床颗粒层过滤器11包括过滤器箱体112以及设置在过滤器箱体112内的带有风帽的过滤流化床115、环形隔板 119以及沉降室117，在过滤器箱体112的顶部设置有与组合式自除尘反应器10连接的含尘气进口111、底部设置有与半焦冷却单元连接的粉尘排出口118，沉降室117在粉尘排出口118的上方，所述环形隔板119绕过滤器箱体112的轴向与过滤器箱体112连接形成环形槽，在过滤器箱体112的中心形成自由沉降区，所述过滤流化床115设置在环形槽内，在环形槽侧壁上过滤流化床115的下方分别开设有与油洗单元连接的干净气出口114和与干净气出口114相对设置的反吹气入口116，反吹气入口116与高温换热器15连接。
进一步限定，所述循环半焦加热单元包括流化床燃烧器4、加热提升管5、热焦粉沉降室6 以及高温半焦组合旋风除尘器7，所述流化床燃烧器4的混合气入口与高温换热器15连接、焦粉入口与组合式自除尘反应器10连接，流化床燃烧器4通过加热提升管5与热焦粉沉降室6连接，热焦粉沉降室6的高温气体出口与高温半焦组合旋风除尘器7的进气口连通、高温半焦出口与颗粒混合器9的入口连通；高温半焦组合旋风除尘器7的出气口与高温换热器15连接、细粉出口与细粉混合器8连接。
一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，其包括以下步骤：
1)原料煤干燥处理：
利用300～380℃低热烟气余热对原料粉煤进行一次流化换热脱除水分，之后再利用300～ 380℃的冷却换热烟气进行二次流化换热干燥，形成干煤颗粒，干燥换热后的烟气进一步除尘处理，分离出烟气和干煤细粉，进而实现干煤颗粒与干煤细粉的分级；
2)循环半焦加热处理
过滤除尘后的半焦与循环烟气、热空气混合燃烧制取固体热载体，流化燃烧气速为0.5～ 5.0m/s，经加热到750～850℃，提升至热焦粉沉降室6，大颗粒高温焦粉自由沉降与高温烟气分离，高温烟气携带的小颗粒高温半焦粉经旋风分离，小颗粒高温半焦粉与高温烟气分离，实现小颗粒高温焦粉与大颗粒高温焦粉分级；
3)热解除尘处理
步骤(1)的干煤颗粒与步骤(2)自由沉降的大颗粒高温焦粉混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区109，以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，而步骤(1)的干燥细粉与步骤(2)分离的小颗粒高温半焦粉混合后进入组合式自除尘反应器10的细粉料热解区 1015，以小颗粒高温半焦粉为热源进行热解，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解，在细粉料热解区1015热解产生的荒煤气经颗粒料热解区109的焦粉过滤多次折流后与颗粒料热解区109 产生的荒煤气一起混合后去固定床颗粒层过滤器11精除尘，除尘后的荒煤气再经油气分离得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区1015和颗粒料热解区109热解后的焦粉自由向下移动混合后输出；
4)半焦冷却处理
步骤(3)热解后焦粉与步骤(1)除尘分离出部分烟气形成逆流进行流化换热，使焦粉冷却后形成产品输出，而换热后的热烟气经旋风分离后返回步骤(1)作为二次流化换热的冷却换热烟气；
5)余热回收处理
利用步骤(2)分离的高温烟气的余热对空气以及步骤(1)除尘分离出部分烟气、步骤 (3)的部分煤气进行热交换，回收热量，得到温度为480～550℃的循环煤气以及温度为450～ 550℃的循环烟气、温度为450～550℃的热空气，温度为450～550℃的循环烟气、温度为450～550℃的热空气作为步骤(2)混合烟气燃烧制取固体热载体，进行烟气循环利用，并达到余热回收的目的。
进一步限定，所述步骤(1)，具体是：
(1.1)来自原料煤仓1的0～6mm的粉煤经过提升输送至多级流化床干燥分级器2的受煤斗，先在上段干燥区与300～380℃的低热烟气进行一次流化换热干燥，脱除水分，粉煤自上而下进入下段干燥区，而换热后100～150℃的烟气通过每个分布板23上的透气孔自下而上与粉煤充分热交换之后从干燥气出口22导出；
(1.2)经一次流化换热干燥的粉煤经干煤干燥溢流管210进入下段干燥区，与300～380℃的半焦冷却换热烟气进行二次流化换热干燥，形成干煤颗粒，而换热后150～180℃的烟气自下而上与干煤换热后从下段加热气出口24导出；
(1.3)从上段干燥区换热后100～150℃的烟气与下段干燥区换热后150～180℃的烟气在管道混合后经干煤组合旋风除尘器3进一步除尘，分离出其中所含的干煤细粉和烟气。
进一步限定，所述步骤(3)，具体是：
(3.1)来自步骤(1)的130～280℃干煤大颗粒与来自步骤(2)自由沉降的750～850℃的大颗粒高温半焦经颗粒混合器9混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区109，以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；
(3.2)来自步骤(1)的130～280℃干煤细粉与步骤(2)分离的750～850℃的小颗粒高温半焦粉经细粉混合器8混合后进入组合式自除尘反应器10的细粉料热解区1015，以小颗粒高温半焦粉为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；
(3.3)在细粉料热解区1015热解产生的荒煤气经颗粒料热解区109的焦粉过滤多次折流后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，经过固定床颗粒层过滤器11精除尘去油洗单元进行油气分离，得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区1015和颗粒料热解区109热解后的焦粉自由向下移动混合后输出，一部分制取固体热载体的燃料，一部分作为产品进行下一步冷却处理。
进一步限定，所述步骤(4)，具体是：
经步骤(3)热解和过滤除尘后的半焦进入斜流床半焦冷却器12，与来自斜流床半焦冷却器12底部的温度为120～150℃的循环烟气逆流直接接触换热，同时烟气在冷却气换热腔与冷却水层124的循环水间接换热，使得焦粉温度冷却至80℃后作为产品输出；而换热后温度为 300～380℃的烟气进一步经旋风除尘后返回步骤(1)作为二次流化换热烟气，循环回收热量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明利用循环低热烟气和冷却换热烟气分段对粉煤进行一次换热干燥和二次换热干燥，使粉煤干燥效果更好，同时实现大颗粒干煤和小粒径细粉的分级分离，并利于热解。
(2)本发明根据不同粒度煤的热解停留时间不同，将大颗粒和小颗粒细粉分级分区热解，促使重组分产品热解后生成轻组分产品，并将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解层形成的颗粒层进行初过滤除尘，实现精除尘，并达到除尘与热解深度耦合的目的，进一步提升产品焦油和煤气的品质。
(3)本发明除尘后的焦粉在冷却气以及冷却水的双重作用下冷却，自下而上的冷却气体先与冷却水间接换热降温，再与流化冷却床上的焦粉直接换热升温，把一部分热量传给冷却水，大大提高了冷却效率，进而可有效缩短处理时间。
(4)本发明回收部分高温烟气以及高温半焦的余热进行粉煤干燥和热解，并以热解后的半焦作为除尘的滤料，显著的降低了装置的能耗，而且无需滤料再生，整个工艺简化，物料循环利用，载气量小，而且无废渣废气产生，环境污染小，热能回收利用，节能，节省投资，实现清洁生产。
(5)本发明所制得煤焦油、煤气、半焦粉等产品的质量高，能够满足标准要求，而且产量高。
附图说明
图1为实施例1的粉煤热解及自除尘系统流程图；
图2为多级流化床干燥分级器2结构示意图；
图3为斜流床半焦冷却器12结构示意图；
图4为组合式自除尘反应器10结构示意图；
图5为固定床颗粒层过滤器11的结构示意图；
其中：
1-原料煤仓；2-多级流化床干燥分级器；21-干燥进料口；22-干燥气出口；23-分布板； 24-下段加热气出口；25-上段干燥气进口；26-下段加热气进口；27-出料口；28-分级器箱体； 29-隔断板；210-干燥溢流管；211-斜溢流管；212-缓冲罐；3-干煤组合旋风除尘器；4-流化床燃烧器；5-加热提升管；6-热焦粉沉降室；7-高温半焦组合旋风除尘器；8-细粉混合器；9-颗粒混合器；10-组合式自除尘反应器；101-颗粒进料口；102-细粉料入口；103-自除尘反应器箱体；104-荒煤气导出口；105-百叶窗式外环圈；106-百叶窗式内环圈；107-细粉料反应沉降区；108-荒煤气导出区；109-颗粒料热解区；1010-改流锥；1011-混合出料口；1012-倒锥体； 1013-环锥；1014-外环筒；11-固定床颗粒层过滤器；111-含尘气进口；112-过滤器箱体；113- 滤料；114-干净气出口；115-带有风帽的过滤流化床；116-反吹气入口；117-沉降室；118-粉尘排出口；119-环形隔板；12-斜流床半焦冷却器；121-冷却气出口；122-冷却进料口；123- 流化冷却床；124-冷却水层；125-半焦冷却出料口；126-冷却气进口；127-挡料板；128-冷却器箱体；13-旋分分离器；14-油洗塔；15-高温换热器；16-布袋除尘器；17-脱硫脱硝反应器。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明提供了一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，该粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统包括干燥单元、循环半焦加热单元、热解除尘单元、半焦冷却单元以及油洗单元；
干燥单元，包括多级流化床干燥分级器2和干煤组合旋风除尘器3，原料煤仓1与多级流化床干燥分级器2相连通，多级流化床干燥分级器2与干煤组合旋风除尘器3连通，参见图2，本实施例的多级流化床干燥分级器2包括分级器箱体28，在分级器箱体28内设置有隔断板29，将分级器箱体28自上而下依次分为相互连通的上段干燥区以及下段干燥区，在不同的干燥区通过自下而上的热气流对粉煤进行分级干燥；在上段干燥区和下段干燥区内分别设置有2层分布板23，分布板23的层数可以根据粉煤处理量大小进行调整，分布板23与隔断板29相平行，在分布板23上设置有透气孔，透气孔的开孔率是5％～25％；在两两相邻分布板23之间通过干煤干燥溢流管210连通，形成干煤流通通道，保证干煤在气流推动作用下自上而下经干煤干燥溢流管210流动，干煤干燥溢流管210的顶部入口端高于上层对应的分布板23且与对应分布板23 上表面的距离是80～200mm可调；干煤干燥溢流管210的底部向下延伸且距离相邻的下层分布板23上表面是40～100mm可调。在上段干燥区的顶部开设有干燥进料口21和上段干燥气出口 22，干燥进料口21通过斗式提升机与原料煤仓1连通，在上段干燥区的下部侧壁上开设有上段干燥气进口25。在上段干燥区内，经脱硫脱硝的低热烟气经上段干燥气进口25进入上段干燥区内，穿过分布板23的透气孔，自下而上运动，与铺设在分布板23上的粉煤充分热交换，完成一次换热干燥。在下段干燥区的上部侧壁上开设有下段加热气出口24，在下段干燥区的底部开设有下段加热气进口26，使冷却换热烟气从下段加热气进口26进入下段干燥区内穿过分布板23的透气孔，自下而上运动，与铺设在下段干燥区的分布板23上的干煤充分热交换，完成二次换热干燥，使粉煤充分干燥并预热，利于后续热解。在下段干燥区的侧壁上还开设有干煤出口，通过安装在干煤出口上斜溢流管211与安装在分级器箱体28外侧的缓冲罐212连通，对干燥的粉煤进行缓存后，从缓冲罐212的底部干燥出料口27排出，下段加热气出口24与上段干燥气出口22分别通过管道与干煤组合旋风除尘器3的进气口连通。使干燥进料口21通过上段干燥区上部、干煤干燥溢流管210以及下段干燥区上部与干燥出料口27相连通，形成干煤流通通道。
本实施例的干煤组合旋风除尘器3可由多个旋风子串联组成，形成多级旋风除尘器。
热解除尘单元，根据不同粒度煤的热解停留时间不同对干燥单元干燥处理后的粉煤采取分级热解，并利用循环半焦加热单元提供的高温半焦作为热源，将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解层形成的颗粒层进行过滤除尘。本实施例的热解除尘单元包括细粉混合器8、颗粒混合器9、组合式自除尘反应器10以及固定床颗粒层过滤器11；上述干煤组合旋风除尘器3的底部细粉缓存仓通过管道与细粉混合器8连接，而多级流化床干燥分级器2的干燥出料口27通过管道与颗粒混合器9连接，使干燥后的大颗粒粉煤与小颗粒细粉分开处理，固定床颗粒层过滤器11与组合式自除尘反应器10的荒煤气导出口104连通。
参见图4，本发明所采用的组合式自除尘反应器10包括自除尘反应器箱体103，在自除尘反应器箱体103上的荒煤气导出口104、混合出料口1011、颗粒进料口101和细粉料入口102，颗粒进料口101以及细粉料入口102分别设置在自除尘反应器箱体103顶部，且颗粒进料口101 套装在细粉料入口102外部。颗粒进料口101通过管道与颗粒混合器9连通，细粉料入口102通过管道与细粉混合器8连通，混合出料口1011设置在自除尘反应器箱体103底部。在自除尘反应器箱体103内设置有百叶窗式外环圈105和百叶窗式内环圈106，百叶窗式内环圈106套装在百叶窗式外环圈105内部，且百叶窗式内环圈106与百叶窗式外环圈105的最小间距是200mm，使百叶窗式外环圈105与自除尘反应器箱体103内壁之间形成荒煤气导出区108，荒煤气导出口 104开设在荒煤气导出区108的箱体侧壁上并通过管道与固定床颗粒层过滤器11的进气口相连通，而百叶窗式外环圈105和百叶窗式内环圈106之间形成颗粒料热解区109，颗粒料热解区109 的顶部通过颗粒进料口101与颗粒混合器9连通。在百叶窗式内环圈106内腔同轴设置有底部敞口的外环筒1014，在外环筒1014壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区1015穿过环形导气缝以及百叶窗式内环圈106与颗粒料热解区109连通。在外环筒1014内自上而下分为细粉料反应沉降区107和细粉料热解区1015，细粉料反应沉降区107通过安装在细粉料入口102上的入料管道与细粉混合器8连通，在细粉料热解区1015内自上而下设置有物料流向变向体组合，用于改变气流方向，使气流自下而上分布均匀，并对焦粉流动起导向作用，避免局部焦粉结块或者堵塞通道。在自除尘反应器箱体103的底部混合出料口1011的正上方安装一个改流锥1010，改流锥1010的锥角为30°～90°范围内可调，锥部向上，用于分散自由沉降的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。
需要进一步说明的是，本实施例的百叶窗式内环圈106和百叶窗式外环圈105是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～40mm，百叶窗式内环圈106 的锥形叶片和百叶窗式外环圈105的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为 45°～75°范围内可调。
需要进一步说明的是，本实施例的物料流向变向体组合包括倒锥体1012以及置于倒锥体 1012底部的环锥1013；倒锥体1012的锥面与水平面的角度为45°～75°范围内可调；倒锥体1012 的顶部锥角封闭，底部开口；而环锥1013的顶部扩口与外环筒1014内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体1012的内腔以及环锥1013外壁与外环筒1014之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥1013内部形成焦粉通道。在倒锥体1012的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒1014上对应于环锥1013中间的位置以及对应于倒锥体1012透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区109、荒煤气导出区108连通，以便于细粉料热解区 1015的荒煤气的导出。
需要进一步说明的是，本实施例的物料流向变向体组合可以使多个，也可以是1个，如果物料流向变向体组合使多个时，对应倒锥体1012以及环锥1013均是多层，相邻两物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm，根据需要调整。
上述组合式自除尘反应器10的荒煤气导出口104通过管道与固定床颗粒层过滤器11的含尘气进口111连通，经颗粒料热解区109初过滤的荒煤气进入固定床颗粒层过滤器11内进一步过滤除尘，提高煤气的除尘率，提升煤气的品质。
参见图4，本实施例的固定床颗粒层过滤器11包括过滤器箱体112，在过滤器箱体112内设置有带有风帽的过滤流化床115、环形隔板119以及沉降室117，在过滤器箱体112的顶部开设有与组合式自除尘反应器10的荒煤气导出口104连通的含尘气进口111，在过滤器箱体112的底部开设有与半焦冷却单元的连接的粉尘排出口118，沉降室117在粉尘排出口118的上方。本实施例的环形隔板119绕过滤器箱体112的轴向与过滤器箱体112连接形成截面为U型的环形槽，在过滤器箱体112的中心形成自由沉降区，沉降区气速为0.5～1.5m/s。过滤流化床115安装在环形槽内，在过滤流化床115上铺设3～8mm的半焦颗粒作为滤料113，在环形槽侧壁上过滤流化床115的下方分别开设有与油洗单元连接的干净气出口114和与干净气出口114相对设置的反吹气入口116，反吹气入口116与高温换热器15连接，定期对过滤流化床115进行反吹。本实施例的环形隔板119和过滤流化床115可以设置一层或者多层，沿筒体壁自上而下依次布置，床层过滤气速0.1～0.6m/s，根据处理荒煤气量大小进行调整。含尘荒煤气自含尘气进口111进入固定床过滤器，首先由于惯性使大量的粉尘自由沉降至沉降室117底部，含有少量粉尘的气体经过颗粒滤料113过滤，粉尘被拦截在颗粒滤料113中，干净的气体从排气口11-4排出。每一个床层都设置有反吹气入口116，床层运行一段时间后，粉尘集聚在滤料113中会使床层过滤压差增大，这时就需要开启反吹气来对床层进行反吹。
油洗单元，包括油洗塔14，油洗塔14的进气口与固定床颗粒层过滤器11的干净气出口114 连通，在油洗塔14实现焦油和煤气的分离，焦油从油洗塔14底部排出，干煤气从油洗塔14顶部导出，一部分经加压并换热后返回固定床颗粒层过滤器11反吹；一部分送出装置。
循环半焦加热单元，包括流化床燃烧器4，加热提升管5，热焦粉沉降室6、高温半焦组合旋风除尘器7；流化床燃烧器4的进料口与组合式自除尘反应器10的混合出料口1011连通，流化床燃烧器4的混合气体入口与余热回收单元的高温换热器15连通，流化床燃烧器4通过加热提升管5与热焦粉沉降室6连通，热焦粉沉降室6的高温半焦出口通过管道与颗粒混合器9连通，将高温半焦作为组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区109的热源，热焦粉沉降室6的高温烟气出口通过管道与高温半焦组合旋风除尘器7的烟气入口连通，高温半焦组合旋风除尘器7的烟气出口通过管道与余热回收单元的高温换热器15连通，高温半焦组合旋风除尘器7的高温细粉出口通过管道与细粉混合器8连通，作为组合式自除尘反应器10的细粉料热解区1015的热源。
余热回收单元，包括高温换热器15和脱硫脱硝反应器17以及布袋除尘器16，高温换热器 15的高温气体入口通过管道与高温半焦组合旋风除尘器7的高温气体出口连通、循环烟气入口通过管道与布袋除尘器16的出口连通，高温换热器15的低热烟气通过脱硫脱硝装置17与多级流化床干燥分级器2的上段干燥气进口25连接、循环煤气出口通过管道与固定床颗粒层过滤器 11的反吹气入口116连通、热空气出口与循环烟气出口通过管道混合后与流化床燃烧器4连通。
半焦冷却单元，包括斜流床半焦冷却器12和旋分分离器13；旋分分离器13的气体入口与斜流床半焦冷却器12连接、气体出口与多级流化床干燥分级器2的下段加热气进口26连通，使冷却换热烟气返回多级流化床干燥分级器2进行循环利用，回收余热。
参见图3，本发明所采用的斜流床半焦冷却器12包括冷却器箱体128，在冷却器箱体128 的顶部开设有冷却进料口122和冷却气出口121，冷却进料口122通过管道与组合式自除尘反应器10的混合出料口1011以及固定床颗粒层过滤器11的粉尘排出口118连通，冷却气出口121与旋风分离器13的气体入口连通。在冷却器箱体128的底部设置有半焦冷却出料口125和冷却气进口126，冷却气进口126通过管道与布袋除尘器16的烟气出口连通。在冷却器箱体128内设置有流化冷却床123，在流化冷却床123的侧部下方设置有挡料板127，挡料板127与冷却器箱体 128侧壁之间围成冷却半焦溢流通道，在流化冷却床123上设置有条形冷却气透气孔，使冷却气自下而上与流化冷却床123上铺设的半焦直接换热，使半焦冷却，流化冷却床123上开设的条形透气孔缝与流化冷却床123平面之间具有夹角，夹角的角度范围是5°～25°；条形透气孔缝的开孔率是5％～25％。本实施例的流化冷却床123是自上而下设置的4层，也可以是1～6 之间任意选择，流化冷却床123倾斜设置，与水平面之间形成5°～25°的夹角；在流化冷却床 123与相邻流化冷却床123之间形成冷却气换热腔，在冷却气换热腔内还设置有冷却水层124，冷却水层124是由上下连通的冷却水盘管，通过冷却水对冷却气间接换热，从而提高冷却效果。
进一步说明，为了保证半焦流动顺畅，相邻流化冷却床123的倾斜方向相反，且上下流化冷却床123对应的挡料板127错位排布，使冷却半焦溢流通道上下错位。
本发明在提供上述粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统的同时，还提供了一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，该方法包括以下步骤：
1)原料煤干燥处理：
原料煤仓的粉煤1进入多级流化床干燥分级器2与来自脱硫脱硝反应器17的300～380℃低热烟气余热对原料粉煤进行一次流化换热脱除水分，之后再利用来自斜流床半焦冷却器12的 300～380℃半焦冷却换热烟气对原料粉煤进行二次流化换热干燥，经多级流化床干燥分级器2 干燥后形成干煤的颗粒进入颗粒混合器9，干燥后的烟气进一步经干煤组合旋风分离器3除尘分离出烟气和干煤细粉，干煤细粉进入细粉混合器8，实现了干煤颗粒与干煤细粉的分级；
具体是：
(1.1)来自原料煤仓1的0～6mm的粉煤经过提升输送至多级流化床干燥分级器2的受煤斗，先在上段干燥区与来自脱硫脱硝反应器17的300～380℃的低热烟气进行一次流化换热干燥，脱除水分，粉煤自上而下进入下段干燥区，烟气通过每个分布板23上的透气孔自下而上与粉煤充分热交换，换热后100～150℃的烟气从干燥气出口22导出；
(1.2)经一次流化换热干燥的粉煤经干煤干燥溢流管210进入下段干燥区，与来自斜流床半焦冷却器12的300～380℃的半焦冷却换热烟气进行二次流化换热干燥，形成干煤颗粒，烟气自下而上与干煤换热，换热后150～180℃的烟气从下段加热气出口24导出；
(1.3)从上段干燥区换热后100～150℃的烟气与下段干燥区换热后150～180℃的烟气在管道混合后经干煤组合旋风除尘器3进一步除尘，分离出其中所含的干煤细粉和烟气。
2)循环半焦加热处理
自除尘反应器中部分的半焦与循环烟气、热空气混合燃烧制取固体热载体，流化燃烧气速为0.5～5.0m/s，经加热到750～850℃，提升至热焦粉沉降室6，大颗粒高温焦粉自由沉降与高温烟气分离，大颗粒高温焦粉进入颗粒混合器9，高温烟气携带小颗粒高温半焦粉经高温半焦组合旋风除尘器7与高温烟气分离，小颗粒高温半焦粉进入细粉混合器8，实现了大颗粒高温焦粉与小颗粒高温半焦粉分级，高温烟气进入高温换热器15。具体是：
来自高温换热器15与高温烟气换热后的温度为450～550℃的空气，通过流化床燃烧器4 底部的空气进口进入流化床燃烧器4，与来自组合式自除尘反应器10出料口的一部分温度为 480～650℃的焦粉燃烧，气速为0.5～5.0m/s，流化床燃烧器4的出口与加热提升管5进口连接，加热提升管5的出口与热焦粉沉降室6连接，循环焦粉在加热提升管5加热至750～850℃后，大颗粒进入热焦粉沉降室6，小颗粒随气流经过高温半焦组合旋风除尘器7的缓冲仓，高温烟气进入高温换热器15，加热提升管5的气速15～25m/s；高温半焦组合旋风分离器7分离下来的焦粉通过安装在下料腿上的翼阀自流至高温细焦粉缓冲仓；高温细焦粉缓冲仓底部的出料口与细粉混合器8的进料口连接；热焦粉沉降室6底部的出料口与颗粒混合器9的进料口连接。
3)热解除尘处理：
步骤(1)的干煤颗粒与步骤(2)自由沉降的大颗粒高温焦粉在颗粒混合器9混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区109，以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，而步骤(1) 的干燥细粉与步骤(2)分离的小颗粒高温半焦粉在细粉混合器8混合后进入组合式自除尘反应器10的细粉料热解区1015，以小颗粒高温半焦粉为热源进行热解，最终实现大颗粒与小颗粒分级分区热解。在细粉料热解区1015热解产生的荒煤气经颗粒料热解区109的焦粉过滤多次折流后与颗粒料热解区109产生的荒煤气一起混合后去颗粒层过滤器11精除尘，除尘后的荒煤气再经油洗塔14分离得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区1015 和颗粒料热解区109热解后的焦粉自由向下移动混合后输出；具体是：
(3.1)来自步骤(1)的130～280℃干煤大颗粒与来自步骤(2)自由沉降的750～850℃的高温半焦大颗粒经颗粒混合器9混合后进入组合式自除尘反应器10的颗粒料热解区109以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；
(3.2)来自步骤(1)的130～280℃干燥细粉与步骤(2)分离的750～850℃的小颗粒高温半焦细粉经细粉混合器8混合后进入组合式自除尘反应器10的细粉料热解区1015以小颗粒高温半焦细粉为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，最终实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；
(3.3)在细粉料热解区1015热解产生的荒煤气经颗粒料热解区109的焦粉过滤多次折流后，与颗粒料热解区109产生的荒煤气一起混合，经过固定床颗粒层过滤器11进一步除尘，床层过滤气速0.1～0.6m/s，中心的沉降区气速为0.5～1.5m/s，含尘荒煤气自含尘气进口111进入固定床颗粒层过滤器11，首先由于惯性使大量的粉尘自由沉降至沉降室117底部，含有少量粉尘的气体经过颗粒滤料113过滤，粉尘被拦截在颗粒滤料113中，干净的气体从排气口114排出，之后去油洗单元进行油气分离，得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区1015和颗粒料热解区109热解后的焦粉自由向下移动混合后输出，一部分制取固体热载体，同时作为流化床燃烧器4的燃料，一部分作为产品进行下一步冷却处理。
需要进一步说明的是，固定床颗粒层过滤器11的床层运行一段时间后粉尘集聚在滤料113 中会使床层过滤压差增大，需要定期进行反吹，需要开启反吹气来对床层进行反吹。反吹气用通过高温换热器15加热到450～550℃循环煤气，反吹时，首先关闭该床层的干净气出口114 切断阀，打开该床层反吹气切断阀，反吹气体逆向通过颗粒层滤料113进行流化反吹，控制气速0.5～1.5m/s，反吹后的含尘气体随含尘荒煤气通过其他运行床层过滤后排出，反吹时间10～ 30s；反吹结束后，打开该床层干净气出口114切断阀，关闭该床层反吹气切断阀，按照上面程序进行下一个床层的反吹，依次循环。
4)半焦冷却处理：
步骤(3)热解后焦粉与步骤(1)除尘分离出部分烟气形成逆流进行流化换热，使焦粉冷却后形成产品输出，而换热后的热烟气经旋风分离器13后返回步骤(1)作为多级流化床干燥分级器2的二次流化换热的换热烟气；具体是：
来自组合式自除尘反应器10和颗粒层过滤器11的半焦进入斜流床半焦冷却器12，与来自斜流床半焦冷却器12底部温度为120～150℃的循环烟气逆流直接接触换热，同时烟气与斜流床半焦冷却器12内部设置的水箱中流动的循环水间接换热，使得斜流床半焦冷却器12出口产品焦粉温度为80℃去贮存；换热后温度为300～380℃的烟气进入旋风分离器17进一步除尘后去多级流化床干燥分级器2循环回收热量；旋风分离器分离的固体焦粉随产品焦粉排出；
5)余热回收处理：
750～850℃的高温烟气分别与循环煤气、循环烟气以及空气换热后得到：温度为480～ 550℃的循环煤气、温度为450～550℃的循环烟气以及温度为450～550℃的热空气。
换热后温度300～380℃的烟气经脱硫脱硝反应器17脱硫脱硝后进入多级流化床干燥分级器2对原煤进行干燥；温度为480～550℃的煤气去固定床颗粒层过滤器11进行反吹；温度为450～550℃的热空气通过流化床燃烧器4进气口进入流化床燃烧器4助燃；温度450～550℃的循环烟气与热空气混合后送入流化床燃烧器4；从多级流化床干燥分级器2出来的烟气经过布袋除尘器16净化后一部分排空，另一部分循环利用；循环利用的烟气一部分去高温换热器15 换热后去流化床燃烧器4，另一部分去斜流床半焦冷却器12，换热后的烟气经旋风除尘器13 除尘后去多级流化床干燥分级器2底部对干燥后的煤进一步加热，回收热量后的烟气与干燥后烟气一起去布袋除尘器16进一步除尘。
实施例2
本实施例提供的一种流化床干燥分级器，该流化床干燥分级器在上段干燥区中的分布板 23以及下段干燥区中的分布板23均是两层；上段干燥区中的分布板23是3层，将上段干燥区内自上而下分为4部分，而下段干燥区中分布板23是2层，将下段干燥区分为3部分，分布板23 与相邻分布板23之间通过干煤干燥溢流管210连通，上段干燥区和下段干燥区之间通过隔断板29隔开。干燥溢流管210的入口距上层分布板23上表面的距离是100mm、底部伸向底部的分布板23且与底部的分布板23上表面的距离是80mm。
本发明所采用的流化床干燥分级器的工作过程是：
粉煤通过干燥进料口21进入上段干燥区随着气流推动通过干煤干燥溢流管210自上而下流动，同时由上段干燥气进口25进入的上段干燥区干燥烟气通过分布板23上的条形透气孔自下而上流动，穿过分布板23的粉煤之间的空隙，并与粉煤充分接触，直接流化换热，脱除粉煤中的水分，之后依次自进入下段干燥区进行二次流化换热。对于上段干燥区和下段干燥区的分布板23的设置可以根据处理粉煤量以及干燥烟气量大小进行调整。
对于组合式自除尘反应器10，其包括自除尘反应器箱体103，在自除尘反应器箱体103内设置有百叶窗式外环圈105和百叶窗式内环圈106，百叶窗式内环圈106套装在百叶窗式外环圈 105内部，且百叶窗式内环圈106与百叶窗式外环圈105的最小间距500mm，使百叶窗式外环圈 105与自除尘反应器箱体103内壁之间形成荒煤气导出区108，荒煤气导出口104开设在荒煤气导出区108的箱体侧壁上并通过管道与固定床颗粒层过滤器11的进气口相连通，而百叶窗式外环圈105和百叶窗式内环圈106之间形成颗粒料热解区109，颗粒料热解区109的顶部通过颗粒进料口101与颗粒混合器9连通。百叶窗式内环圈106和百叶窗式外环圈105是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为30mm，百叶窗式内环圈106的锥形叶片和百叶窗式外环圈105的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为60°。在百叶窗式内环圈106内腔同轴设置有底部敞口的外环筒1014，在外环筒1014壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区1015通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈106与颗粒料热解区109连通。在外环筒1014内自上而下分为细粉料反应沉降区107和细粉料热解区1015，细粉料反应沉降区 107通过安装在细粉料入口102上的入料管道与细粉混合器8连通，在细粉料热解区1015内自上而下设置有物料流向变向体组合，用于改变气流方向，使气流自下而上分布均匀，并对焦粉流动起导向作用，本实施例的物料流向变向体组合是3个，相邻两物料流向变向体组合之间的垂直距离为20mm，每个物料流向变向体组合由倒锥体1012以及置于倒锥体1012底部的环锥 1013组成；倒锥体1012的锥面与水平面的角度为60°；倒锥体1012的顶部锥角封闭，底部开口；而环锥1013的顶部扩口与外环筒1014内壁连接，使焦粉通过底部收口向下流动，即倒锥体1012 的内腔以及环锥1013外壁与外环筒1014之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥1013内部形成焦粉通道。在倒锥体1012的中部侧壁上开设有透气孔，在外环筒1014上对应于环锥1013中间的位置以及对应于倒锥体1012透气孔的位置均开设有环形导气缝，使热解荒煤气缓存腔与颗粒料热解区109、荒煤气导出区108连通，以便于细粉料热解区1015的荒煤气的导出。在自除尘反应器箱体103的底部混合出料口1011的正上方安装一个改流锥1010，改流锥1010的锥角为 60°，锥部向上，用于分散自由向下同移动的焦粉，避免在出料口堵塞或结块。
本实施例的斜流床半焦冷却器12包括冷却器箱体128，在冷却器箱体128的顶部开设有冷却进料口122和冷却气出口121，冷却进料口122通过管道与组合式自除尘反应器10的混合出料口1011以及固定床颗粒层过滤器11的粉尘排出口118连通，冷却气出口121与旋分分离器13的气体入口连通。在冷却器箱体128的底部设置有半焦冷却出料口125和冷却气进口126，冷却气进口126通过管道与布袋除尘器16的烟气出口连通。在冷却器箱体128内设置有流化冷却床 123，在流化冷却床123的侧部下方设置有挡料板127，挡料板127与冷却器箱体128侧壁之间围成方口型冷却半焦溢流通道，在流化冷却床123上设置有条形冷却气透气孔，使冷却气自下而上与流化冷却床123上铺设的半焦直接换热，使半焦冷却，流化冷却床123上开设的条形透气孔缝与流化冷却床123平面之间设置有夹角，夹角的角度是20°；条形透气孔缝的开孔率是 20％。本实施例的流化冷却床123是自上而下设置的3层，流化冷却床123倾斜设置，与水平面之间形成5°～25°的夹角；在流化冷却床123与相邻流化冷却床123之间形成冷却气换热腔，在冷却气换热腔内还设置有冷却水层124，冷却水层124是由上下连通的冷却水板片，自下而上的冷却气体先与冷却水间接换热降温，再与斜流流化冷却床123上的焦粉直接换热升温，把一部分热量传给冷却水，大大提高了冷却效率。冷却器箱体128内部的流化冷却床123和冷却水板片124均可根据需要设置多层。
其他的部件及其连接方式与实施例1相同。
用本实施例的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统制取煤焦油煤气的方法与实施例1相同，对于具体工艺参数的选择在实施例1的有效范围内进行调整，均可获得较好的效果。
对于上述实施例中未详细说明的部件及其连接方式均属于本领域技术人员熟知的技术，因此未作详细说明。

Claims (18)

1.一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统包括干燥单元、循环半焦加热单元、热解除尘单元、半焦冷却单元以及油洗单元；
热解除尘单元，根据不同粒度煤的热解停留时间不同对干燥单元干燥处理后的粉煤采取分级热解，并利用循环半焦加热单元提供的高温半焦作为热源，将细粉热解后气相夹带大量的粉尘的荒煤气通过大颗粒热解层形成的颗粒层进行过滤除尘；其包括细粉混合器(8)、颗粒混合器(9)、组合式自除尘反应器(10)；组合式自除尘反应器(10)包括设置在自除尘反应器箱体(103)上的荒煤气导出口(104)、混合出料口(1011)、颗粒进料口(101)和细粉料入口(102)，在自除尘反应器箱体(103)内设置有细粉热解的细粉料热解区(1015)以及与细粉料热解区(1015)连通并能够对细粉料热解区(1015)所产生的荒煤气进行初过滤的颗粒料热解区(109)；
组合式自除尘反应器(10)的细粉料入口(102)通过细粉混合器(8)分别与干燥单元、循环半焦加热单元的细粉出口连通，组合式自除尘反应器(10)的颗粒进料口(101)通过颗粒混合器(9)分别与干燥单元、循环半焦加热单元的干煤出口及半焦出口连通；组合式自除尘反应器(10)的荒煤气导出口(104)与固定床颗粒层过滤器(11)的进气口(111)连通，固定床颗粒层过滤器的(11)的干净气出口(114)与油洗单元(14)连通，组合式自除尘反应器(10)的混合出料口(1011)分别与半焦冷却单元、循环半焦加热单元连通。
2.根据权利要求1所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统还包括余热回收单元，余热回收单元包括高温换热器(15)和脱硫脱硝反应器(17)以及布袋除尘器(16)，高温换热器(15)分别与脱硫脱硝反应器(17)、循环半焦加热单元连接；脱硫脱硝反应器(17)与干燥单元连接，布袋除尘器(16)的进气口与干燥单元连接、出气口与高温换热器(15)以及半焦冷却单元连接。
3.根据权利要求2所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述干燥单元包括多级流化床干燥分级器(2)和干煤组合旋风除尘器3；多级流化床干燥分级器(2)包括分级器箱体(28)，在分级器箱体(28)内设置有上段干燥区和下段干燥区，在不同的干燥区通过自下而上的热气流对粉煤进行分级干燥；多级流化床干燥分级器(2)的上段干燥区与脱硫脱硝反应器(17)和干煤组合旋风除尘器3连接、下段干燥区与半焦冷却单元和干煤组合旋风除尘器(3)、颗粒混合器(9)连接，干煤组合旋风除尘器(3)与细粉混合器(8)连接。
4.根据权利要求3所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述多级流化床干燥分级器(2)的分级器箱体(28)内还设置有隔断板(29)，通过隔断板(29)将上段干燥区和下段干燥区隔开；在上段干燥区和下段干燥区内分别设置有至少1层与隔断板(29)相平行的分布板(23)；两两相邻分布板(23)之间通过干煤干燥溢流管(210)连通；
在上段干燥区的顶部设置有干燥进料口(21)和上端干燥气出口(22)，在上段干燥区的下部侧壁上设置有与脱硫脱硝反应器(17)连通的上段干燥气进口(25)，在下段干燥区的上部侧壁上设置有下段加热气出口(24)，在下段干燥区的底部设置有与半焦冷却单元连通的下段加热气进口(26)，在下段干燥区通过斜溢流管(211)与缓冲罐(212)连通，上段干燥气出口(22)与下段加热气出口(24)分别通过管道与干煤组合旋风除尘器3连通。
5.根据权利要求4所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述干煤干燥溢流管(210)的入口端高于分布板(23)表面80～200mm、下端口距离下层分布板(23)的上表面40～100mm。
6.根据权利要求1所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述组合式自除尘反应器(10)的荒煤气导出口(104)设置在自除尘反应器箱体(103)的侧壁上，颗粒进料口(101)和细粉料入口(102)分别设置在自除尘反应器箱体(103)的顶部，混合出料口(1011)设置在自除尘反应器箱体(103)的底部，在自除尘反应器箱体(103)内设置有百叶窗式外环圈(105)和套装在百叶窗式外环圈(105)内部的百叶窗式内环圈(106)，在百叶窗式外环圈(105)和百叶窗式内环圈(106)之间形成颗粒料热解区(109)，百叶窗式外环圈(105)与自除尘反应器箱体(103)内壁之间形成荒煤气导出区(108)，颗粒料热解区(109)的顶部通过颗粒进料口(101)与颗粒混合器(9)连通；在百叶窗式内环圈(106)内腔同轴设置有底部敞口的外环筒(1014)，在外环筒(1014)内自上而下分为细粉料反应沉降区(107)和细粉料热解区(1015)，细粉料反应沉降区(107)通过设置在自除尘反应器箱体(103)顶部的细粉料入口(102)管道与细粉混合器(8)连通，在细粉料热解区(1015)内设置有至少一个物料流向变向体组合，在外环筒(1014)壁上设置有环形导气缝，使细粉料热解区(1015)通过环形导气缝以及百叶窗式内环圈(106)与颗粒料热解区(109)连通。
7.根据权利要求6所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述自除尘反应器箱体(103)下端混合出料口(1011)的上方还设置有改流锥(1010)。
8.根据权利要求6所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述物料流向变向体组合包括倒锥体(1012)以及置于倒锥体(1012)底部的环锥(1013)，使倒锥体(1012)的内腔以及环锥(1013)外壁与外环筒(1014)内壁之间形成热解荒煤气缓存腔，而环锥(1013)内部形成焦粉通道，在热解荒煤气缓存腔上设置有与外环筒(1014)的环形导气缝相对应的透气孔；所述倒锥体(1012)和环锥(1013)的锥面与水平面的夹角为45°～75°。
9.根据权利要求8所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述物料流向变向体组合是自上而下布设多个，一个物料流向变向体组合与相邻一个物料流向变向体组合之间的垂直距离为10～40mm。
10.根据权利要求6所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述百叶窗式内环圈(106)和百叶窗式外环圈(105)是由纵向排布的锥形叶片组成，且相邻两个锥形叶片之间的垂直距离为10～40mm；所述百叶窗式内环圈(106)的锥形叶片和百叶窗式外环圈(105)的锥形叶片的布设方向相反且其锥面与水平面的角度均为45°～75°。
11.根据权利要求1所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述半焦冷却单元包括斜流床半焦冷却器(12)和旋分分离器(13)；旋分分离器(13)的气体入口与斜流床半焦冷却器(12)连接、气体出口与干燥单元连接；
所述斜流床半焦冷却器(12)包括冷却器箱体(128)以及设置在冷却器箱体(128)内的流化冷却床(123)，在冷却器箱体(128)的顶部设置有与热解除尘单元连接的冷却进料口(122)和与旋风分离器(13)连接的冷却气出口(121)，在冷却器箱体(128)的底部设置有半焦冷却出料口(125)和冷却气进口(126)，在流化冷却床(123)的侧部下方设置有挡料板(127)，挡料板(127)与冷却器箱体(128)侧壁之间围成冷却半焦溢流通道，在流化床冷却床(123)上设置有冷却气透气孔，使冷却气自下而上与流化冷却床(123)上铺设的半焦直接换热，使半焦冷却。
12.根据权利要求11所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述流化冷却床(123)是自上而下设置多层，流化冷却床(123)倾斜设置，与水平面之间形成5°～25°的夹角；在流化冷却床(123)与相邻流化冷却床(123)之间形成冷却气换热腔，在冷却气换热腔内还设置有冷却水层(124)，冷却水层(124)是由上下连通的冷却水盘管或者冷却水板片组成，通过冷却水对冷却气间接换热。
13.根据权利要求2所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述热解除尘单元还包括固定床颗粒层过滤器(11)，所述固定床颗粒层过滤器(11)包括过滤器箱体(112)以及设置在过滤器箱体(112)内的带有风帽的过滤流化床(115)、环形隔板(119)以及沉降室(117)，在过滤器箱体(112)的顶部设置有与组合式自除尘反应器(10)连接的含尘气进口(111)、底部设置有与半焦冷却单元连接的粉尘排出口(118)，沉降室(117)在粉尘排出口(118)的上方，所述环形隔板(119)绕过滤器箱体(112)的轴向与过滤器箱体(112)连接形成环形槽，在过滤器箱体(112)的中心形成自由沉降区，所述过滤流化床(115)设置在环形槽内，在环形槽侧壁上过滤流化床(115)的下方分别开设有与油洗单元连接的干净气出口(114)和与干净气出口(114)相对设置的反吹气入口(116)，反吹气入口(116)与高温换热器(15)连接。
14.根据权利要求2所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的系统，其特征在于：所述循环半焦加热单元包括流化床燃烧器(4)、加热提升管(5)、热焦粉沉降室(6)以及高温半焦组合旋风除尘器(7)，所述流化床燃烧器(4)的混合气入口与高温换热器(15)连接、焦粉入口与组合式自除尘反应器(10)连接，流化床燃烧器(4)通过加热提升管(5)与热焦粉沉降室(6)连接，热焦粉沉降室(6)的高温气体出口与高温半焦组合旋风除尘器(7)的进气口连通、高温半焦出口与颗粒混合器(9)的入口连通；高温半焦组合旋风除尘器(7)的出气口与高温换热器(15)连接、细粉出口与细粉混合器(8)连接。
15.一种粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)原料煤干燥处理：
利用300～380℃低热烟气余热对原料粉煤进行一次流化换热脱除水分，之后再利用300～380℃的冷却换热烟气进行二次流化换热干燥，形成干煤颗粒，干燥换热后的烟气进一步除尘处理，分离出烟气和干煤细粉，进而实现干煤颗粒与干煤细粉的分级；
2)循环半焦加热处理
过滤除尘后的半焦与循环烟气、热空气混合燃烧制取固体热载体，流化燃烧气速为0.5～5.0m/s，经加热到750～850℃，提升至热焦粉沉降室(6)，大颗粒高温焦粉自由沉降与高温烟气分离，高温烟气携带的小颗粒高温半焦粉经旋风分离，小颗粒高温半焦粉与高温烟气分离，实现小颗粒高温焦粉与大颗粒高温焦粉分级；
3)热解除尘处理
步骤(1)的干煤颗粒与步骤(2)自由沉降的大颗粒高温焦粉混合后进入组合式自除尘反应器(10)的颗粒料热解区(109)，以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，而步骤(1)的干燥细粉与步骤(2)分离的小颗粒高温半焦粉混合后进入组合式自除尘反应器(10)的细粉料热解区(1015)，以小颗粒高温半焦粉为热源进行热解，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解，在细粉料热解区(1015)热解产生的荒煤气经颗粒料热解区(109)的焦粉过滤多次折流后与颗粒料热解区(109)产生的荒煤气一起混合后去固定床颗粒层过滤器(11)精除尘，除尘后的荒煤气再经油气分离得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区(1015)和颗粒料热解区(109)热解后的焦粉自由向下移动混合后输出；
4)半焦冷却处理
步骤(3)热解后焦粉与步骤(1)除尘分离出部分烟气形成逆流进行流化换热，使焦粉冷却后形成产品输出，而换热后的热烟气经旋风分离后返回步骤(1)作为二次流化换热的冷却换热烟气；
5)余热回收处理
利用步骤(2)分离的高温烟气的余热对空气以及步骤(1)除尘分离出部分烟气、步骤(3)的部分煤气进行热交换，回收热量，得到温度为480～550℃的循环煤气以及温度为450～550℃的循环烟气、温度为450～550℃的热空气，温度为450～550℃的循环烟气、温度为450～550℃的热空气作为步骤(2)混合烟气燃烧制取固体热载体，进行烟气循环利用，并达到余热回收的目的。
16.根据权利要求15所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，其特征在于，所述步骤(1)，具体是：
(1.1)来自原料煤仓1的0～6mm的粉煤经过提升输送至多级流化床干燥分级器(2)的受煤斗，先在上段干燥区与300～380℃的低热烟气进行一次流化换热干燥，脱除水分，粉煤自上而下进入下段干燥区，而换热后100～150℃的烟气通过每个分布板(23)上的透气孔自下而上与粉煤充分热交换之后从干燥气出口(22)导出；
(1.2)经一次流化换热干燥的粉煤经干煤干燥溢流管(210)进入下段干燥区，与300～380℃的半焦冷却换热烟气进行二次流化换热干燥，形成干煤颗粒，而换热后150～180℃的烟气自下而上与干煤换热后从下段加热气出口(24)导出；
(1.3)从上段干燥区换热后100～150℃的烟气与下段干燥区换热后150～180℃的烟气在管道混合后经干煤组合旋风除尘器(3)进一步除尘，分离出其中所含的干煤细粉和烟气。
17.根据权利要求15所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，其特征在于，所述步骤(3)，具体是：
(3.1)来自步骤(1)的130～280℃干煤大颗粒与来自步骤(2)自由沉降的750～850℃的大颗粒高温半焦经颗粒混合器(9)混合后进入组合式自除尘反应器(10)的颗粒料热解区(109)，以大颗粒高温焦粉作为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，热解后的焦粉自由向下移动；
(3.2)来自步骤(1)的130～280℃干煤细粉与步骤(2)分离的750～850℃的小颗粒高温半焦粉经细粉混合器(8)混合后进入组合式自除尘反应器(10)的细粉料热解区(1015)，以小颗粒高温半焦粉为热源进行热解，控制反应温度在480～650℃，实现大颗粒与小颗粒分级分区热解；
(3.3)在细粉料热解区(1015)热解产生的荒煤气经颗粒料热解区(109)的焦粉过滤多次折流后与颗粒料热解区产生的荒煤气一起混合，经过固定床颗粒层过滤器(11)精除尘去油洗单元进行油气分离，得到煤焦油与煤气，所得煤焦油作为产品输出；同时细粉料热解区(1015)和颗粒料热解区(109)热解后的焦粉自由向下移动混合后输出，一部分制取固体热载体的燃料，一部分作为产品进行下一步冷却处理。
18.根据权利要求15所述的粉煤热解及除尘耦合制取煤焦油煤气的方法，其特征在于，所述步骤(4)，具体是：
经步骤(3)热解和过滤除尘后的半焦进入斜流床半焦冷却器(12)，与来自斜流床半焦冷却器(12)底部的温度为120～150℃的循环烟气逆流直接接触换热，同时烟气在冷却气换热腔与冷却水层(124)的循环水间接换热，使得焦粉温度冷却至80℃后作为产品输出；而换热后温度为300～380℃的烟气进一步经旋风除尘后返回步骤(1)作为二次流化换热烟气，循环回收热量。
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