CN108048119A - 热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统及方法，该系统包括细颗粒半焦制浆装置和加湿搅拌机，其中，加湿搅拌机包括罐体，设置在罐体上的排气口、待加湿半焦入口、半焦渣浆入口和加湿焦浆出口；细颗粒半焦制浆装置包括细颗粒半焦入口、进水口和半焦渣浆出口，半焦渣浆出口与半焦渣浆入口连接，半焦渣浆入口处设置有喷嘴。本发明利用焦粉稀浆替代加湿的水，表面张力小于水的表面张力，和高温焦粉的亲和性强，热半焦与半焦渣浆更易混合，通过在加湿搅拌机上增设排气口，当内部压力升高时及时排除内部气体，防止产生水蒸气膨胀内部压力升高损坏设备，污染环境，同时也消除了大量蒸汽携带粉尘外泄的问题。

Description

热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统及方法
技术领域
本发明涉及半焦降温加湿领域，并且更具体地，涉及到一种热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统及处理方法。
背景技术
在我国煤炭资源中，挥发分较高的年轻煤所占比例较大，干燥基挥发分含量在28％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的3/4左右，干燥基挥发分含量在35％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的50％。中国直接燃烧的煤约占总煤量的80％，而直接燃烧煤的一半以上用于发电，很多年轻煤中的化学能全部转化为热能，浪费了年轻煤中潜在的具有高附加值的油、气和化学品。
为了更好地利用我国的褐煤、长焰煤资源，近些年来，低阶煤热解后生产半焦和热解气是进一步利用是高效利用的一种新工艺，其中，煤热解后产生的半焦和半焦粉冷却是一个关键环节，尤其是焦粉的冷却。
为了防止半焦自燃和方便运输，同时为了防尘，方便储存，焦粉需要适当加湿。因此，以上的工艺都存在生产的高温焦粉的降温加湿工艺。
由于热解炉旋风出口的焦粉温度较高，同时由于半焦亲水性不好，尤其焦粉更加明显，并且温度越高，亲和性越差，所以，高温焦粉降温和加湿目前是个难题。
主要体现在以下几方面：
1.高温焦粉和水直接混合，焦粉容易飘在水面上，混合困难，加湿搅拌效果不好。
2.如果高温焦粉内直接喷水，容易生成蒸汽，急剧膨胀，影响设备安全稳定运行。
现有技术中，如图1所示，热解炉中热解气出口的热解气首先进入一级旋风除尘器，除去大部分粗颗粒粉尘后再进入二级旋风除尘器，进一步除尘，热解气内的粗颗粒粉尘首先通过旋风除尘收集，通过下部卸灰阀排出。然后热解气携带剩余的粉尘进入二级旋风除尘器，旋风除尘器对其中的粉尘进一步收集，通过下部的卸灰阀排出，通过前两级旋风除尘器，热解气中90％以上的高温半焦被分离出来。剩余的热解气和少部分半焦粉从二级旋风除尘器排除进入下一道工序。
从两级旋风除尘器收集的热解气内的半焦粉从除尘器下部排出，进入加湿搅拌机，同时水通过喷嘴进入加湿搅拌机，水和半焦经过长时间的搅拌和混合，然后变成含水率15％～30％左右的湿半焦进入水焦浆系统制浆或进入料仓储存。
上述的半焦处理方式中，半焦直接进入加湿搅拌机，出来的热半焦温度很高，约为750℃-650℃，而循环水温度为30℃-40℃。热半焦与循环水直接混合，导致热膨胀增大，造成加湿搅拌机内部压力急剧增加，破毁掉密封装置，致使水蒸气外泄，且水蒸气外泄过程容易携带部分粉尘，容易造成粉尘外溢，一方面损坏设备，也造成了环境污染。
发明内容
本发明针对上述问题，目的在于提供一种热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统及处理方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，根据本发明的实施例，提供了一种热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其包括细颗粒半焦制浆装置和加湿搅拌机，其中，
所述加湿搅拌机包括罐体，设置在所述罐体上的排气口、待加湿半焦入口、半焦渣浆入口和加湿焦浆出口，以及设置在所述罐体内的搅拌装置；
所述细颗粒半焦制浆装置包括细颗粒半焦入口、进水口和半焦渣浆出口，所述半焦渣浆出口与所述半焦渣浆入口通过渣浆泵连接，且所述半焦渣浆入口处设置有喷嘴。
进一步地，所述待加湿半焦入口连通一级旋风除尘器的集尘仓；
所述细颗粒半焦入口连通二级旋风除尘器的集尘仓；
热解炉的热解气携带高温半焦粉出口依次连接一级旋风除尘器和二级旋风除尘器。
进一步地，所述排气口通过管道连通公共除尘器，所述公共除尘器上设置有净化气排出口。
进一步地，所述二级旋风除尘器上的热解气出口连通热解气净化装置，所述热解气净化装置连通热解气压缩装置；
所述加湿焦浆出口通过渣浆泵连通至水焦浆气化炉，所述水焦浆气化炉的气化气出口连通至气化气净化装置，所述气化气净化装置的气体出口连通至调压装置。
进一步地，所述热解气压缩装置和所述调压装置的气体出口并联地接入化工管道，所述化工管道连通至化工系统，所述化工管道上还设置有醇洗装置。
另一方面，本发明的实施例还公开了采用上述系统处理高温焦粉的方法，包括：
将细颗粒半焦与水混合形成半焦渣浆；
将待加湿半焦加入加湿搅拌机，同时将所述半焦渣浆雾化喷入加湿搅拌机进行加湿搅拌，得到加湿焦浆，并在所述加湿搅拌机上开设排气口。
进一步地，所述细颗粒半焦为90％以上的粒度不大于0.074mm的细颗粒半焦。
进一步地，所述待加湿半焦为一级旋风除尘器收集的半焦，所述细颗粒半焦为二级旋风除尘器收集的半焦。
进一步地，所述加湿焦浆作为原料，通过渣浆泵输送至水焦浆气化炉，经气化后产生的气化气经过净化处理后，调节压力至2-3MPa；
所述二级旋风除尘器的热解气出口排出的热解气净化处理后，压缩至2-3MPa；
将压力均为2-3MPa的气化气和热解气混合后，通入化工系统。
进一步地，所述排气口排出的气体通入公共除尘器除尘净化后外排。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置细颗粒半焦制浆装置，利用焦粉稀浆替代加湿的水，由于稀浆的表面张力一般为0.03牛/米～0.05牛/米，常温下水的表面张力一般为0.073牛/米，所以稀浆的表面张力明显小于水的表面张力，增加了其和高温焦粉的亲和性，热半焦与半焦渣浆更容易混合，避免了焦粉漂在水面上难以混合的情况。通过在加湿搅拌机上增设排气口，当内部压力升高时及时排除内部气体，防止产生水蒸气膨胀内部压力升高损坏设备，污染环境，同时也消除了大量蒸汽携带粉尘外泄的问题。
稀焦浆利用90％以上的粒度不大于0.074mm的细颗粒半焦制备，颗粒较小，制成的稀浆能够通过喷嘴雾化喷入加湿搅拌机，防止了喷嘴的堵塞，也有利于稀浆的雾化。
细颗粒半焦来自于二级旋风除尘器分离后的半焦，其与水进行混合时，半焦温度较一级旋风除尘器得到的半焦温度低，用水量较少。
附图说明
图1是现有技术的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统结构示意图；
图2是本发明一实施例的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统结构示意图。
其中：1、一级旋风除尘器，2、二级旋风除尘器，3、细颗粒半焦制浆装置，4、加湿搅拌机，5、细颗粒半焦入口，6、进水口，7、半焦渣浆出口，8、待加湿半焦入口，9、半焦渣浆入口，10、渣浆泵，11、加湿焦浆出口，12、热解炉，13、热解气携带高温半焦粉出口，14、卸灰阀，15排气口，16、公共除尘器，18、水焦浆气化炉，19、气化气净化装置，20、调压装置，21、热解气净化装置，22、热解气压缩装置，23、醇洗装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，本发明一实施例公开了一种热解炉12旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其包括细颗粒半焦制浆装置3和加湿搅拌机4，其中，
所述加湿搅拌机4包括罐体，设置在所述罐体上的排气口15、待加湿半焦入口8、半焦渣浆入口9和加湿焦浆出口11，以及设置在所述罐体内的搅拌装置；
所述细颗粒半焦制浆装置3包括细颗粒半焦入口5、进水口6和半焦渣浆出口7，所述半焦渣浆出口7与所述半焦渣浆入口9通过渣浆泵10连接，且所述半焦渣浆入口9处设置有喷嘴。
本实施例通过设置细颗粒半焦制浆装置3，利用焦粉稀浆替代加湿的水，简化工艺设备，减少设备投资。由于稀浆的表面张力一般为0.03牛/米～0.05牛/米，常温下水的表面张力一般为0.073牛/米，所以稀浆的表面张力明显小于水的表面张力，增加了其和高温焦粉的亲和性，热半焦与半焦渣浆更容易混合，避免了焦粉漂在水面上难以混合的情况。焦粉稀浆即半焦渣浆用二级旋风除尘器1分离后的10％的焦粉与水混合进行制备，设计温度低，用水量少。
通过在加湿搅拌机4上增设排气口15，当内部压力升高时及时排除内部气体，防止产生水蒸气膨胀内部压力升高损坏设备，污染环境，同时也消除了大量蒸汽携带粉尘外泄的问题。
作为上述实施例的优选，所述待加湿半焦入口8连通一级旋风除尘器1的集尘仓；所述细颗粒半焦入口5连通二级旋风除尘器1的集尘仓。所述排气口15通过管道连通公共除尘器16，所述公共除尘器16上设置有净化气排出口。
本发明的又一优选实施例中，所述二级旋风除尘器1上的热解气出口连通热解气净化装置21，所述热解气净化装置21连通热解气压缩装置22；所述加湿焦浆出口11通过渣浆泵10连通至水焦浆气化炉18，所述水焦浆气化炉18的气化气出口连通至气化气净化装置19，所述气化气净化装置19的气体出口连通至调压装置20。优选地，所述热解气压缩装置22和所述调压装置20的气体出口并联地接入化工管道，所述化工管道连通至化工系统，所述化工管道上还设置有醇洗装置23。
本发明的实施例还公开了采用上述系统处理高温焦粉的方法，包括：
将细颗粒半焦与水混合形成半焦渣浆，半焦渣浆中的半焦颗粒较小，制成的稀浆能够通过喷嘴雾化喷入加湿搅拌机44，防止了喷嘴的堵塞，也有利于稀浆的雾化。
将待加湿半焦加入加湿搅拌机4，同时将所述半焦渣浆雾化喷入加湿搅拌机4进行加湿搅拌，得到加湿焦浆，为了方便加湿搅拌机4内产生的蒸汽排放，在所述加湿搅拌机4上开设排气口15。通过蒸汽的及时排放，防止加湿搅拌机4内压力过高。同时也防止了蒸汽携带粉尘外漏造成环境污染。排气口15的数量一般为1-2个，形状为圆孔，连接排气阀，排气口15设置在加湿搅拌机4顶部，直径尺寸100～200mm。通过控制下料量和排气出口压力，使加湿搅拌机4的内部压力控制为按照常规密封适应的压力设计的正常范围内。
其中，所述细颗粒半焦优选为90％以上的粒度不大于0.074mm的细颗粒半焦。所述待加湿半焦为一级旋风除尘器1收集的半焦，所述细颗粒半焦为二级旋风除尘器1收集的半焦。所述排气口15排出的气体通入公共除尘器16除尘净化后外排。
本发明的另外一个实施例中，所述加湿焦浆作为原料，通过渣浆泵10输送至水焦浆气化炉18，经气化后产生的气化气经过净化处理后，调节压力至2-3MPa；所述二级旋风除尘器1的热解气出口排出的热解气净化处理后，压缩至2-3MPa；将压力均为2-3MPa的气化气和热解气混合后，通入化工系统。
由于粉煤在快速热解炉12中反应，产生高温半焦和热解气。热解气携带高温半焦粉由热解气携带高温半焦粉出口13出来，首先进入一级旋风除尘器1，其中70～80％左右的高温半焦被收集，通过一级旋风除尘器1的卸灰阀14可进入加湿搅拌机4的高温半焦进口，一级旋风除尘器1出来的高温半焦粉的尺寸为0.5mm-0.074mm。
随后热解气和剩余的粉尘再进入二级旋风除尘器1进一步收集剩余更细的粉尘。二级旋风的收集量是一级旋风收集量的5％～10％。其具有收集量小，粒度细的特点，收集量只有一级旋风收灰量的5％～10％；90％以上的粒度≤0.074mm。根据这些特点，把两级旋风除尘灰分作不同的用途，首先用二级旋风的除尘灰和水搅拌制稀浆，其水分含量为80％～95％，然后利用稀浆和一级旋风除尘器1的除尘灰在加湿搅拌机4内混合制取含水量40％～60％的水焦浆。
作为上述实施例的优选，二级旋风除尘器1的热解气出口排出的热解气首先通过净化装置进一步净化除尘降温，然后进入加压装置。将热解气的压力增加到2～3Mpa。水焦浆气化炉18产生的气体首先进入净化装置净化降温，然后进入调压装置20使煤气压力达到2～3MPa。最终热解气和水焦浆煤气压力平衡并混合进入下一道化工系统做为原料气。
本发明的一实施例中，高温焦粉处理的具体操作为：二级旋风除尘器1收集下来的高温半焦粉即细颗粒半焦通过下部的卸灰阀14进入细颗粒半焦制浆装置3(如高速制浆机)。高速制浆机的作用是焦粉与水混合制稀浆，制好的稀浆通过渣浆泵10进入加湿搅拌机4的喷嘴，通过雾化喷嘴雾化后与一级旋风除尘器1分离后的高温半焦进行加湿搅拌。
由于高温焦粉即待加湿半焦能够和稀焦浆及时混合，混合速度快，同时增加了排气口15，所以消除了水蒸气携带粉尘的外泄，满足了高温半焦粉直接加湿的需要。
具体地，加湿搅拌机4制好的水焦浆即加湿焦浆可以通过渣浆泵10外送，即管道上设置渣浆泵10，优选设计水焦浆含水率40％-60％左右。然后通过渣浆泵10打入水焦浆气化炉18，控制渣浆泵10的压力为2-3Mpa.最终水焦浆做为气化炉的原料利用。
净化后得到的热解气(具体成分见下表1。)和气化气(具体成分见下表2)，经过增压装置和调压装置后混合，混合气体成分见表3。混合气经过变换、低温甲醇洗等工序后作为下一道化工系统的原料。
表1：热解气成分(体积％)
CH4 H2 CO CO2 CnHn N2 O2 其他
6～10 40～50 25～40 8～12 ～1 1.80 0.45 ～3
表2：水焦浆煤气成分(体积％)
H2 CO CO2 CnHn N2 O2 其他
30～40 40～55 10～20 ～1 ～3 0.2 ～3
表3：混合气成分(体积％)
H2 CO CO2 CH4 CnHn N2 O2 其他
33～48 30～45 8～16 4～8 ～1 ～2 ～0.3 ～3
一级旋风除尘器收集的高温焦粉即待加湿半焦进入加湿搅拌机，在加湿搅拌机中，半焦渣浆和高温焦粉混合过程中产生水蒸气，水蒸气携带部分粉尘通过加湿搅拌机的排气口排出，进入公共除尘器除尘后合格的气体外排。通过蒸汽的及时排放，防止加湿搅拌机内压力过高。同时也防止了蒸汽携带粉尘外漏造成环境污染。
综上所述，本发明所提供的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统和方法，具有如下特点：
1.待加湿半焦与稀焦浆混合加湿搅拌代替了全部热半焦直接与水混合，利用稀焦浆替代水，降低了表面张力，增加了和半焦的亲和性，使半焦粉和水焦浆及时混合，提高了加湿搅拌效率，保证了焦粉加湿的均匀性和效果。
2.稀焦浆的制备是用二级旋风除尘器分离后的半焦与水进行混合，半焦温度低，用水量少。
3.由于稀焦浆表面张力更小，热半焦与泥浆更容易混合，使焦粉和半焦及时混合降温，避免了焦粉漂在水面上难以混合的情况，减少了蒸汽的产生，同时由于排放口的设计，使蒸汽和粉尘排入除尘器，消除了大量蒸汽携带粉尘外泄的问题。
4.由于二级旋风除尘器除尘灰比较细，制成的稀浆能够通过喷嘴雾化喷入加湿搅拌机，防止了喷嘴的堵塞，也有利于稀浆的雾化。
5.水焦浆做为气化炉原料，得到了合理利用，得到了热解气和气化气的混合气体，混合气体进入化工系统，经过变换和低温甲醇洗后做为制造甲醇的原料气或其他原料气。
实施例1
热解炉系统的热解气消耗量为100吨/小时，热解炉原煤消耗量为100t/h，生产热解气5万Nm3/h，热解炉生产的高温半焦为50t/h，其中10％左右的高温半焦粉随热解气排出热解炉，热解气携带焦粉量为5t/h，热解气中的90％以上的半焦粒度≤0.5mm。
其中半焦温度为750℃左右，具体相关参数见表4。
表4高温半焦参数
热解气中的半焦粒度组成见表5。
表5热解气中的半焦粒度组成
热解气通过旋风除尘器后，收集下来的半焦温度约为500℃左右，堆密度0.45t/m3。携带总量为5t/h。具体地，携带半焦粉的热解气首先进入一级旋风除尘器，其中一级旋风除尘效率为70～90％左右，大约3.5～4.5t/h的高温半焦粉可从旋风除尘器下的卸灰阀排出，通过加湿搅拌机的待加湿半焦入口进入加湿搅拌机。
然后热解气携带剩余的高温焦粉进入二级旋风除尘器，同样的道理，约0.45～1.2t/h高温半焦粉从二级旋风除尘器下的卸灰阀排出，此时高温半焦粉温度降低到400℃左右。二级旋风除尘器的卸灰阀排出的半焦粉进入制浆池或高速制浆机制成稀浆，其水分含量为80％-95％。从制浆池或高速制浆机出来的稀浆通过柱塞泵(渣浆泵)加压到0.2-0.5MPa，然后进入加湿搅拌机的喷嘴雾化后进入加湿搅拌机。
在加湿搅拌机内，雾化的稀浆和高温半焦粉混合，加湿搅拌。制成含水量40％-60％的水焦浆，进入下一道工序做为水煤浆锅炉燃料和气化炉原料。
本实施例相对于直接用水加湿搅拌，优点如下：
直接喷水搅拌，由于常温水的张力仅为0.073牛/米左右，而半焦粉又含有少量焦油成分，导致二者的亲和性比较差，按照4.5t/h的半焦粉加湿搅拌，加湿搅拌机中的搅拌区长度≥4米，同时也会产生大量的扬尘。
而如果喷入含焦粉5％～10％水焦浆，其表面张力降低至0.04牛/米左右，同时水焦浆中的半焦和焦粉性质相同，有利于高温焦粉和水焦浆快速融合。大幅度提高了加湿搅拌机效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其特征在于，包括细颗粒半焦制浆装置和加湿搅拌机，其中，
所述加湿搅拌机包括罐体，设置在所述罐体上的排气口、待加湿半焦入口、半焦渣浆入口和加湿焦浆出口，以及设置在所述罐体内的搅拌装置；
所述细颗粒半焦制浆装置包括细颗粒半焦入口、进水口和半焦渣浆出口，所述半焦渣浆出口与所述半焦渣浆入口通过渣浆泵连接，且所述半焦渣浆入口处设置有喷嘴。
2.根据权利要求1所述的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其特征在于，所述待加湿半焦入口连通一级旋风除尘器的集尘仓；
所述细颗粒半焦入口连通二级旋风除尘器的集尘仓；
热解炉的热解气携带高温半焦粉出口依次连接一级旋风除尘器和二级旋风除尘器。
3.根据权利要求1所述的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其特征在于，所述排气口通过管道连通公共除尘器，所述公共除尘器上设置有净化气排出口。
4.根据权利要求2所述的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其特征在于，所述二级旋风除尘器上的热解气出口连通热解气净化装置，所述热解气净化装置连通热解气压缩装置；
所述加湿焦浆出口通过渣浆泵连通至水焦浆气化炉，所述水焦浆气化炉的气化气出口连通至气化气净化装置，所述气化气净化装置的气体出口连通至调压装置。
5.根据权利要求4所述的热解炉旋风除尘器下高温焦粉处理系统，其特征在于，所述热解气压缩装置和所述调压装置的气体出口并联地接入化工管道，所述化工管道连通至化工系统，所述化工管道上还设置有醇洗装置。
6.根据权利要求1-5任一所述的系统处理高温焦粉的方法，其特征在于，包括：
将细颗粒半焦与水混合形成半焦渣浆；
将待加湿半焦加入加湿搅拌机，同时将所述半焦渣浆雾化喷入加湿搅拌机进行加湿搅拌，得到加湿焦浆，并在所述加湿搅拌机上开设排气口。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述细颗粒半焦为90％以上的粒度不大于0.074mm的细颗粒半焦。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述待加湿半焦为一级旋风除尘器收集的半焦，所述细颗粒半焦为二级旋风除尘器收集的半焦。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加湿焦浆作为原料，通过渣浆泵输送至水焦浆气化炉，经气化后产生的气化气经过净化处理后，调节压力至2-3MPa；
所述二级旋风除尘器的热解气出口排出的热解气净化处理后，压缩至2-3MPa；
将压力均为2-3MPa的气化气和热解气混合后，通入化工系统。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述排气口排出的气体通入公共除尘器除尘净化后外排。
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