CN108410509A - 基于煤粉纯氧半气化的焦粉及煤气环保生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于煤粉纯氧半气化的焦粉及煤气环保生产方法，首先根据煤粉中水含量进行选择性预热，将得到的干煤粉与氧气进行半气化反应，反应产物经过高温气固分离，得到的热焦粉经过粉体余热冷却得到洁净焦粉、得到的热煤气经过气体余热冷却后部分用于预热所述干煤粉，其余冷却后的粗煤气经过净化得到洁净煤气，其中：预热干煤粉产生的水蒸气通过冷凝器冷凝，余热回收后用于发电制氧；本发明通过煤粉生产洁净焦粉、洁净煤气、电和水，实现煤的高效的综合洁净利用。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种节能环保领域的技术，具体是一种基于煤粉纯氧半气化的焦粉及煤气环保生产方法。
背景技术
在工业燃料领域，煤利用包括生产蒸汽、导热油、热风及加热等，是工业生产的动力来源。作为储量最大的化石燃料，煤的洁净利用，对长期能源格局稳定有着重要意义。
发明内容
本发明针对现有煤在作为工业燃料时，难以达到环保排放的现状，提出一种基于煤粉纯氧半气化的焦粉及煤气环保生产方法，能够生产洁净焦粉作为工业燃料。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明首先根据煤粉中水含量进行选择性预热，将得到的干煤粉与氧气进行半气化反应，反应产物经过高温气固分离，得到的热焦粉经过粉体余热冷却得到洁净焦粉、得到的热煤气经过气体余热冷却后部分用于预热所述干煤粉，其余冷却后的粗煤气经过净化得到洁净煤气，其中：预热干煤粉产生的水蒸气通过冷凝器冷凝，余热回收后用于发电制氧。
所述的半气化反应是指：将干煤粉在无载气输送且靠重力自由下落的环境下与氧气进行高温反应，反应得到高温煤气携带固态焦粉，其中：氧气的进气量为进煤全气化需氧量的0.2～0.65倍，反应最高温度为1200～1600℃，反应得到混合物温度为800～1200℃。
所述的煤全气化需氧量是指：将煤中的固定碳全部转化成一氧化碳的需氧量，该需氧量中扣除煤自身含氧量及水中携带氧量，具体为：Ox＝16/12*C-16/18*H2O-O，其中：Ox为煤全气化需氧量，C为煤的含碳量，H2O为煤的含水量，O为煤的含氧量，单位均为kg/kg。
本发明中针对含碳量70％的煤，总气化需氧量为0.93kg氧气/kg(煤)，对应本半气化投氧量为0.187～0.601kg氧气/kg煤。
所述的选择性预热是指：当原煤煤粉含水率小于5～10％时不进行预热干燥，否则煤粉进行预热干燥，干燥后的干煤粉含水率小于5～10％，优选温度高于105℃。
煤粉在绝热半气化炉内，经过纯氧高温反应，内部的挥发分及大分子结构被打开，绝大部分的硫元素、氮元素及重金属均进入气相，被热煤气携带出，分离下来的热焦粉冷却后作为工业燃料时，燃烧产生烟气污染物排放得到大幅度的降低。煤粉经过煤粉预热器除去水分，在半气化过程，减少了固定碳的消耗及氧气的消耗，尽可能提高了焦粉的产率及焦粉的热值。
本发明涉及一种实现上述方法的焦煤及煤气制备系统，包括：制氧机、煤粉预热器、半气化炉、高温气固分离器、粉体余热锅炉、余热发电机组、气体余热锅炉、冷凝器、煤气净化装置，其中：制氧机和煤粉预热器的输出端分别与半气化炉的至少一个进氧口和至少一个输煤口相连并提供半气化原料，半气化炉的输出端与高温气固分离器相连，高温气固分离器的气态输出端和固态输出端分别与带有余热发电机组的气体余热锅炉和粉体余热锅炉相连以输出热气态混合产物以及清洁焦粉，气体余热锅炉的输出端分别与煤粉预热器和煤气净化装置的输入端相连以得到清洁煤气的同时为煤粉预热器供热，煤粉预热器的出口端与冷凝器相连，冷凝器的煤气出口端与煤气净化装置的输入端相连以回收剩余部分粗煤气以及水蒸气。
所述的煤粉预热器根据煤种进行调节：当煤粉水分低时，煤粉不进行预热，当煤粉水分高时，预热用煤气流量增加，煤粉预热器出口的煤气及水蒸汽进入煤气净化装置，煤粉预热器出口的煤气也可经过冷凝器分离水后进入煤气净化装置。
技术效果
与现有技术相比，本发明中的煤粉经过半气化，不需要耗水，采用焦粉及煤气的余热能用于发电。煤粉的热值大部分被转移到焦粉及煤气产物中，过程产生的余热也被用于发电，实现了能源品味的充分利用。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明实施方案2流程示意图；
图中：1制氧机、2煤粉预热器、3半气化炉、4高温气固分离、5粉体余热锅炉、6余热发电机组、7气体余热锅炉、8冷凝器、9煤气净化装置。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及的一种焦煤及煤气制备系统，其中包含：制氧机1、煤粉预热器2、半气化炉3、高温气固分离器4、粉体余热锅炉5、余热发电机组6、气体余热锅炉7、冷凝器8、煤气净化装置9，其中：制氧机1和煤粉预热器2的输出端分别与半气化炉3的至少一个进氧口和至少一个输煤口相连，半气化炉3的输出端与高温气固分离器4相连，高温气固分离器4的气态输出端和固态输出端分别与带有余热发电机组6的气体余热锅炉7和粉体余热锅炉5相连，气体余热锅炉7的输出端分别与煤粉预热器2和煤气净化装置9的输入端相连，煤粉预热器2的出口端与冷凝器相连，冷凝器8的煤气出口端与煤气净化装置9的输入端相连。
所述的输煤口位于半气化炉3的顶部且采用垂直向下方式布置。
所述的煤粉预热器2底部设置煤气喷口，该煤气喷口采用斜向下喷射或垂直向下喷射，采用母管和多个喷嘴结合的方式，布置密度满足煤粉实现鼓泡流化干燥。
所述的进氧口设置于多个输煤口的中心或环绕设置于输煤口的外周从不同角度喷入氧气。
所述的半气化炉3内设有高温氧化区和降温还原区，其中：高温氧化区的炉顶采用平顶结构。
所述的平顶结构是指：镶嵌异形顶部耐火砖加耐热钢抓钉悬吊结构。
所述的半气化炉3的底部设有用于对底部沉积的焦粉进行吹扫的煤气再循环喷口。
所述的煤气净化装置9采用正压运行干式静电电除尘和湿式静电除尘结合的方式或干式正压密封布袋除尘和湿式静电除尘结合的方式制备得到清洁煤气。
所述的煤气净化装置9上进一步设有用于湿式静电除尘的碱液雾化循环喷淋器。
本装置通过以下方式进行生产：空气经过制氧机制取氧气，煤粉经过煤粉预热器选择性干燥后氧气和煤粉进入绝热半气化炉进行高温反应。反应后的热煤气及热焦粉混合气流进入高温气固分离器。分离下来的热焦粉进入粉体余热锅炉冷却，粉体余热锅炉产生的过热蒸汽进入余热发电机组发电。冷却后的洁净焦粉收集，可作为工业燃料或者工业原料。
高温气固分离器分离出来的热煤气进入气体余热锅炉冷却，气体余热锅炉产生的过热蒸汽进入余热发电机组发电。冷却后的粗煤气一部分进入煤粉预热器预热煤粉，剩余粗煤气进入煤气净化装置净化。净化后的洁净煤气，可作为化工原料气，实现高品位利用。
煤粉预热器出来的粗煤气和水蒸汽进入蒸汽冷凝回收装置，冷却后的粗煤气进入煤气净化装置。冷却出来的水可作为化工合成用水。
余热锅炉发出来的电可用于制氧机使用，富余电量可进行并网或作为厂用电。
本工艺生产的洁净焦粉，其硫、氮及部分重金属已经得到脱除，是一种洁净的燃料及原料。作为燃料进行燃烧时，可以将烟气污染物排放将至最低，只需进行高效除尘，便可达到洁净排放。特别在作为工业燃料时，对环保有着重要意义。
本工艺生产的洁净煤气，由于在燃料富足强还原性气氛下，具有CO及H2浓度高，氧气浓度极低，焦油等副产物极低的特点，大大节约净化难度及成本。
本工艺的余热，由于采用固态排渣及分离的工艺，余热可以用于发电，相对与传统的激冷工艺，实现了节能利用。
经过上述工艺，煤粉生产洁净焦粉、洁净煤气、电和水，得到了高效的综合洁净利用。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (10)
1.一种基于煤粉纯氧半气化的焦粉及煤气环保生产方法，其特征在于，首先根据煤粉中水含量进行选择性预热，将得到的干煤粉与氧气进行半气化反应，反应产物经过高温气固分离，得到的热焦粉经过粉体余热冷却得到洁净焦粉、得到的热煤气经过气体余热冷却后部分用于预热所述干煤粉，其余冷却后的粗煤气经过净化得到洁净煤气，其中：预热干煤粉产生的水蒸气通过冷凝器冷凝，余热回收后用于发电制氧；
所述的半气化反应是指：将干煤粉在无载气输送且靠重力自由下落的环境下与氧气进行高温反应，反应得到高温煤气携带固态焦粉，其中：氧气的进气量为进煤全气化需氧量的0.2～0.65倍，反应最高温度为1200～1600℃，反应得到混合物温度为800～1200℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，针对含碳量70％的煤，本半气化投氧量为0.187～0.601kg氧气/kg煤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的选择性预热是指：当原煤煤粉含水率小于5～10％时不进行预热干燥，否则煤粉进行预热干燥。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的干煤粉含水率小于5～10％，温度高于105℃。
5.一种实现上述方法的焦煤及煤气制备系统，其特征在于，包括：制氧机、煤粉预热器、半气化炉、高温气固分离器、粉体余热锅炉、余热发电机组、气体余热锅炉、冷凝器、煤气净化装置，其中：制氧机和煤粉预热器的输出端分别与半气化炉的至少一个进氧口和至少一个输煤口相连并提供半气化原料，半气化炉的输出端与高温气固分离器相连，高温气固分离器的气态输出端和固态输出端分别与带有余热发电机组的气体余热锅炉和粉体余热锅炉相连以输出粗煤气以及清洁焦粉，气体余热锅炉的输出端分别与煤粉预热器和煤气净化装置的输入端相连以得到清洁煤气的同时为煤粉预热器供热，煤粉预热器的出口端与冷凝器相连，冷凝器的煤气出口端与煤气净化装置的输入端相连以回收剩余部分粗煤气以及水蒸气。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的输煤口位于半气化炉的顶部且采用垂直向下方式布置。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的煤粉预热器底部设置煤气喷口，该煤气喷口采用斜向下喷射或垂直向下喷射，采用母管和多个喷嘴结合的方式，布置密度满足煤粉实现鼓泡流化干燥。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的进氧口设置于多个输煤口的中心或环绕设置于输煤口的外周从不同角度喷入氧气。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的半气化炉内设有高温氧化区和降温还原区，其中：高温氧化区的炉顶采用平顶结构；
所述的平顶结构是指：镶嵌异形顶部耐火砖加耐热钢抓钉悬吊结构。
10.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的煤气净化装置采用正压运行干式静电电除尘和湿式静电除尘结合的方式或干式正压密封布袋除尘和湿式静电除尘结合的方式制备得到清洁煤气；
所述的煤气净化装置上进一步设有用于湿式静电除尘的碱液雾化循环喷淋器。
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