CN107974299A - 一种煤粉高温热解和流化制气的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种煤粉高温热解和流化制气的系统，包括热解炉、烟气风机、混合器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，热解炉具有煤粉入口、高温半焦出口、高温烟气出口；烟气风机包括高温烟气入口和加压烟气出口；混合器包括加压烟气入口、高温半焦入口以及烟气半焦混合物出口；气力输送装置一端连接烟气半焦混合物出口，另一端连接炉前旋风分离器；流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器。本发明热解后的高温半焦通过炉前的旋风使输送的物料和输送风分离，粗物料落入流化区燃烧，气体和细颗粒焦粉进入锅炉燃烧区燃烧，该工艺能实现提高能源利用效率且保证系统的安全性。

Description

一种煤粉高温热解和流化制气的系统和方法
技术领域
本发明涉及煤热解以及煤粉燃烧发电技术领域，具体为一种煤粉高温热解和流化制气的系统和方法。
背景技术
我国煤炭资源丰富，原煤除了部分用于炼焦、转化加工外，绝大部分用于直接燃烧。煤直接燃烧，导致煤炭中富含的油气资源还没有得到充分的提炼利用，并且，直接燃烧的热效率低，对环境破坏严重。煤的热解是将煤在惰性气氛下加热，制取半焦、煤气和焦油等产品，得到的这些产品，又可以梯级利用，对油气资源充分提取的同时，又提高了煤炭的综合利用效率。
热解后的高温半焦原来需要冷却到常温后再输送到锅炉燃烧，主要问题是一方面冷焦过程中消耗量大量冷却水，高温半焦相关热量没有能充分利用，另一方面，燃烧过程中半焦需要重新加热，也需要消耗部分热量。另外高温半焦进入锅炉的方式也比较重要，尤其对于流化床锅炉，一方面要保证高温半焦的安全输送，另一方面，要防止输送对流化床锅炉燃烧的影响。
现有技术公开了一种高温半焦埋刮板输送工艺，如图1，其工艺流程为：从热解炉1出来的800℃高温半焦经旋转给料机2输送至封闭式高温埋刮板3入口。进过高温埋刮板3输送到流化床锅炉入料口，高温埋刮板出口进入到锅炉流化区入口4。同时一次风从一次风入口51进入通过锅炉风机8输送至锅炉流化区5，一次风使半焦颗粒进入流化状态并燃烧。小颗粒及CO等气体通过床层向上流动进入燃烧区6。二次风从二次风入口61进入，作为燃烧区6的燃料气与之混合进一步燃烧，随后焦粉和烟气进入锅炉旋风分离器9进行气固分离。未燃尽的焦粉通过返料口返回到流花流化区继续燃烧。燃尽的灰尘随烟气排出锅炉，并通过蒸汽发生器10加热水蒸气。
但上述技术存在如下缺陷：(1)热解炉内，伴随着高温半焦的产生，同时产生热解气，热解气内含有CO比例超过20％，属于有毒易燃易爆气体；(2)采用高温埋刮板输送高温半焦，热解气会随着高温半焦共同进入高温埋刮板内部，但高温埋刮板由于结构特点，在驱动端和尾轮部分很难完全密封，尤其在生产状态下，温度大幅度变化，造成各个密封面更加困难，并且会造成环境污染；(3)高温埋刮板内部和锅炉进料区也难以完全隔断，锅炉内的明火容易进入埋刮板内部，引起热解气爆炸，也是个安全隐患。
发明内容
面临上述技术问题，本发明旨在提出一种新的工艺，其中，热解后的高温半焦不经过冷却即进入流化床锅炉燃烧，通过炉前的旋风使输送的物料和输送风分离，物料落入流化区燃烧，输送气体和细颗粒焦粉通过助燃风管道进入锅炉燃烧区进一步燃烧。利用本发明的系统和方法能实现提高能源利用效率且保证系统的安全性的目的。
为实现上述目的，本发明提出了一种煤粉高温热解和流化制气的系统，其特征在于，包括热解炉、烟气风机、混合器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，
所述热解炉具有煤粉入口、高温半焦出口、以及从上往下布置在侧壁上的多个高温烟气出口；优选地，所述热解炉包括辐射管加热器，多个所述辐射管加热器从上往下布置在所述热解炉内的加热区域；
所述烟气风机包括高温烟气入口和加压烟气出口，所述高温烟气入口通过烟气总管和多个所述高温烟气出口相连；
所述混合器包括加压烟气入口、高温半焦入口以及烟气半焦混合物出口，所述高温半焦入口通过旋转给料机连接所述高温半焦出口，所述加压烟气入口和所述加压烟气出口相连；
所述气力输送装置的输送管道一端连接所述烟气半焦混合物出口，另一端连接所述炉前旋风分离器；
所述炉前旋风分离器包括设在顶部中心位置的气相出口以及底部的固相出口；
所述流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，其中，
所述流化床分为燃烧区和流化区；所述燃烧区设有气相入口、二次风入口以及焦粉烟气出口，所述气相入口和所述气相出口相连；所述流化区设有固相入口、一次风入口以及回料入口，所述固相入口和所述固相出口通过斜管相连；
所述炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口以及燃尽灰尘出口，所述焦粉烟气入口连接所述焦粉烟气出口，所述回料出口连接所述回料入口。
具体地，所述斜管和水平方向的夹角为55～80°。
进一步地，所述系统还包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器和所述燃尽灰尘出口相连。
具体地，所述流化床上部三分之二高度部分为所述燃烧区，下部三分之一高度部分为所述流化区。
进一步地，所述气相入口设置在距所述炉前旋风分离器顶部2/3～4/5处。
具体地，所述固相入口设置在距所述流化区上部500-1200mm。
进一步地，所述二次风入口位置比所述气相入口高200-500mm。
本发明还提出了一种煤粉高温热解和流化制气的方法，其特征在于，包括：
A.煤热解：将煤粉加入热解炉发生热解，得到高温半焦以及高温烟气；
B.烟气半焦混合：所述高温半焦通过旋转给料机送入混合器；所述高温烟气在烟气总管汇合，并通过烟气风机加压后进入所述混合器和所述高温半焦混合，得到烟气半焦混合物；
C.气力输送及炉前分离：利用气力输送装置将所述烟气半焦混合物送至炉前旋风分离器进行气固分离，得到的烟气和细焦粉输送至流化床的燃烧区，粗焦粉通过斜管流入流化床的流化区；
D.流化制气：在流化床内，利用一次风的助燃和流化，使所述粗焦粉在所述流化区部分燃烧后进入所述燃烧区，然后连同所述燃烧区的烟气和细焦粉通过二次风的助燃进一步燃烧，得到焦粉烟气以及燃尽灰尘；
E.粗焦回收：所述焦粉烟气进入炉后旋风分离器后分离，得到的未燃尽的焦颗粒通过回料入口重新进入所述流化区。
进一步地，该方法还包括，将步骤D得到的所述燃尽灰尘排出后和蒸汽发生器换热，加热水蒸气。
具体地，步骤B中，所述高温半焦和所述高温烟气混合重量比为10～5:1。
优选地，所述高温半焦输送量为4-8t/h。
进一步地，步骤C中，进入燃烧区的烟气和细焦粉，同进入流化区的粗焦粉的输送量之比为1:5～10。
优选地，所述烟气半焦混合物的气力输送速度为8～20米/秒。
本发明的技术方案主要优势在于：
(1)充分利用了高温半焦的表热，减少了能源浪费，同时，利用热解炉烟气风降低半焦温度，通过控制固气比，保证了系统的安全；
(2)工艺更加简化，取消了冷焦工艺和相关输送设备；
(3)利用气力输送，解决了半焦密封的密封问题和安全问题；在气力输送过程中，相关的半焦输送管道都为静态密封，杜绝了热解气在输送过程中的泄漏问题，同时使用惰性气体输送能保证输送的安全性；
(4)炉前的旋风分离器解决了输送气体对流化床燃烧的干扰问题；气力输送的半焦首先进入流化床炉前的旋风除尘器，通过旋风除尘器后，粗颗粒半焦和输送气体分离，粗了颗粒半焦经过落料管进入流化区，一方面保证了稳定的供料，另一方面，避免的输送气体对流化区的干扰，输送气体和细颗粒焦粉通过随二次风进入上部燃烧器，焦粉随二次风燃烧，保证的燃烧效果。
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为本发明的高温半焦埋刮板输送工艺流程简图；
图2为本发明的煤粉高温热解和流化制气的系统简图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明提出了一种煤粉高温热解和流化制气的系统，如图2，其特征在于，包括热解炉1、烟气风机2、混合器3、气力输送装置4、炉前旋风分离器5和流化床制气炉6；其中，
所述热解炉1具有煤粉入口11、高温半焦出口12、以及从上往下布置在侧壁上的多个高温烟气出口13；优选地，所述热解炉1包括辐射管加热器14，多个所述辐射管加热器14从上往下布置在所述热解炉内的加热区域；
所述烟气风机2包括高温烟气入口21和加压烟气出口22，所述高温烟气入口21通过烟气总管7和多个所述高温烟气出口13相连；
所述混合器3包括加压烟气入口31、高温半焦入口32以及烟气半焦混合物出口33，所述高温半焦入口32优选通过旋转给料机8连接所述高温半焦出口12，所述加压烟气入口31和所述加压烟气出口22相连；
所述气力输送装置4的输送管道一端连接所述烟气半焦混合物出口33，另一端连接所述炉前旋风分离器5；
所述炉前旋风分离器5包括设在顶部中心位置的气相出口51以及底部的固相出口52；
所述流化床制气炉6包括流化床61和炉后旋风分离器62，其中，
所述流化床61分为燃烧区611和流化区612；所述燃烧区611设有气相入口6111、二次风入口6112以及焦粉烟气出口6113，所述气相入口6111和所述气相出口51相连；所述流化区612设有固相入口6121、一次风入口6122以及回料入口6123，所述固相入口6121和所述固相出口52优选通过斜管9相连；其中，一次风入口6122、二次风入口6112均和空气风机10连接。
所述炉后旋风分离器62包括焦粉烟气入口621、回料出口622以及燃尽灰尘出口(图未示出)，所述焦粉烟气入口621连接所述焦粉烟气出口6113，所述回料出口622连接所述回料入口6123。
具体地，所述斜管9和水平方向的夹角为55～80°，从而保证半焦能够顺利进出，而不堵塞。
进一步地，所述系统还包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器和所述燃尽灰尘出口相连。
具体地，所述流化床61上部三分之二高度部分为所述燃烧区611，下部三分之一高度部分为所述流化区612。
进一步地，所述气相入口6111设置在距所述炉前旋风分离器5顶部，炉前旋风分离长度的2/3～4/5处。
具体地，所述固相入口6121设置在距所述流化区上部500-1200mm。
进一步地，所述二次风入口位置比所述气相入口高200-500mm。
本发明还提出了一种煤粉高温热解和流化制气的方法，其特征在于，包括：
A.煤热解：将煤粉加入热解炉发生热解，得到700～800℃的高温半焦以及高温烟气；
B.烟气半焦混合：所述高温半焦通过旋转给料机送入混合器；所述高温烟气在烟气总管汇合，其中一部分通过烟气风机加压后进入所述混合器和所述高温半焦混合，混合均匀后得到烟气半焦混合物；输送用烟气来自于热解炉，因而能保证输送的安全性和密封性；
C.气力输送及炉前分离：利用气力输送装置将所述烟气半焦混合物送至炉前旋风分离器进行气固分离，半焦在旋风分离器内速度降低到1～3米/秒，因而气力输送高温半焦保证了输送的安全，其得到的烟气和细焦粉输送至流化床的燃烧区，粗焦粉通过斜管依靠自重流入流化床的流化区；
D.流化制气：在流化床内，利用一次风的助燃和流化，使所述粗焦粉在所述流化区部分燃烧后进入所述燃烧区，然后连同所述燃烧区的烟气和细焦粉通过二次风的助燃进一步燃烧，得到焦粉烟气以及燃尽灰尘；
E.粗焦回收：所述焦粉烟气进入炉后旋风分离器后分离，得到的未燃尽的焦颗粒通过回料入口重新进入所述流化区，继续参与燃烧。
进一步地，该方法还包括，将步骤D得到的所述燃尽灰尘排出后和蒸汽发生器换热，加热水蒸气。
具体地，步骤B中，所述高温半焦和所述高温烟气混合重量比为10～5:1。
优选地，所述高温半焦输送量为4-8t/h。
进一步地，步骤C中，进入燃烧区的烟气和细焦粉，同进入流化区的粗焦粉的输送量之比为1:5～10。
优选地，为了防止输送烟气半焦混合物的管道堵塞，所述烟气半焦混合物的气力输送速度为8～20米/秒。当输送速度比较高时，如果直接吹入锅炉，会破坏掉流化床锅炉燃烧的流化态，对流化床锅炉流花流化区燃烧产生影响。为了防止输送的烟气对流化床流化区燃烧造成影响，气力输送的半焦在锅炉前首先通过旋风分离器进行初步的气固分离。输送气体中的粗颗粒半焦从炉前旋风分离器下部固相出口利用斜管流入流化床锅炉流化区，参与流化区燃烧。而炉前旋风分离器内分离出的输送气体和部分细焦粉通过旋风分离器上部的气相入口排出，通过管道进入流化床锅炉燃烧区。
下面结合具体实施例对本发明的煤粉高温热解和流化制气工艺作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
利用快速热解炉产出的半焦和热解炉产出的烟气混合经气力输送管道输送至锅炉燃烧发电，输送的固气比3～10kg/kg，原料的基础数据、工艺操作参数见表1-表4。其中，设计锅炉燃烧能力为5t/h，热解炉高温半焦生产能力5t/h。
表1：用于输送半焦的高温烟气基础数据
烟气成分 CO2 H2O O2 N2
比例，％ 12～14 12～14 5～5.5 67～70
可供选择的气力输送参数如表2。
表2：气力输送参数
表3：热解后的高温半焦特性
表4：热解后的高温半焦粒度分布
当选择表2中序号4的输送参数，通过旋风分离后，得到的烟气和细焦粉(约0.5t/h)输送至流化床的燃烧区，粗焦粉(约4.5t/h)通过斜管依靠自重流入流化床的流化区。
通过分离器后，粗焦粉的速度由输送速度约15米/秒降低到了入炉速度约8米/秒左右，由于速度的降低，保证了流化床锅炉燃烧稳定，防止了输送气体对流化床锅炉流化区的干扰和扰动。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，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。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种煤粉高温热解和流化制气的系统，其特征在于，包括热解炉、烟气风机、混合器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，
所述热解炉具有煤粉入口、高温半焦出口、以及从上往下布置在侧壁上的多个高温烟气出口；
所述烟气风机包括高温烟气入口和加压烟气出口，所述高温烟气入口和多个所述高温烟气出口相连；
所述混合器包括加压烟气入口、高温半焦入口以及烟气半焦混合物出口，所述高温半焦入口连接所述高温半焦出口，所述加压烟气入口和所述加压烟气出口相连；
所述气力输送装置的输送管道一端连接所述烟气半焦混合物出口，另一端连接所述炉前旋风分离器；
所述炉前旋风分离器包括设在顶部中心位置的气相出口以及底部的固相出口；
所述流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，其中，
所述流化床分为燃烧区和流化区；所述燃烧区设有气相入口、二次风入口以及焦粉烟气出口，所述气相入口和所述气相出口相连；所述流化区设有固相入口、一次风入口以及回料入口，所述固相入口和所述固相出口相连；
所述炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口以及燃尽灰尘出口，所述焦粉烟气入口连接所述焦粉烟气出口，所述回料出口连接所述回料入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述斜管和水平方向的夹角为55～80°。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括蒸汽发生器，该蒸汽发生器和所述燃尽灰尘出口相连。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流化床上部三分之二高度部分为所述燃烧区，下部三分之一高度部分为所述流化区。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气相入口设置在距所述炉前旋风分离器顶部2/3～4/5处。
6.一种利用权利要求1-5任一所述系统进行煤粉高温热解和流化制气的方法，其特征在于，包括：
A.煤热解：将煤粉加入热解炉发生热解，得到高温半焦以及高温烟气；
B.烟气半焦混合：所述高温半焦通过旋转给料机送入混合器；所述高温烟气在烟气总管汇合，并通过烟气风机加压后进入所述混合器和所述高温半焦混合，得到烟气半焦混合物；
C.气力输送及炉前分离：利用气力输送装置将所述烟气半焦混合物送至炉前旋风分离器进行气固分离，得到的烟气和细焦粉输送至流化床的燃烧区，粗焦粉通过斜管流入流化床的流化区；
D.流化制气：在流化床内，利用一次风的助燃和流化，使所述粗焦粉在所述流化区部分燃烧后进入所述燃烧区，然后连同所述燃烧区的烟气和细焦粉通过二次风的助燃进一步燃烧，得到焦粉烟气以及燃尽灰尘；
E.粗焦回收：所述焦粉烟气进入炉后旋风分离器后分离，得到的未燃尽的焦颗粒通过回料入口重新进入所述流化区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法还包括，将步骤D得到的所述燃尽灰尘排出后和蒸汽发生器换热，加热水蒸气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述高温半焦和所述高温烟气混合重量比为10～5:1。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤C中，进入燃烧区的烟气和细焦粉，同进入流化区的粗焦粉的输送量之比为1:5～10。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述烟气半焦混合物的气力输送速度为8～20米/秒。
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