CN108949209B

CN108949209B - 一种粉状活性焦、热、电联产的系统及工艺

Info

Publication number: CN108949209B
Application number: CN201810797384.2A
Authority: CN
Inventors: 马春元; 周滨选; 王涛; 张振; 付加鹏; 张立强; 赵希强; 程星星
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: CN108949209A

Abstract

本发明公开了一种粉状活性焦、热、电联产的系统及工艺，该系统中包括旋风分离器、焚烧炉、汽轮机，焚烧炉立式布置，焚烧炉顶部设有热解气燃烧器；粉焦制备装置由燃烧段和制焦段呈U型构成，燃烧段的进口和出口分别设置在燃烧段的顶部和底部，制焦段的进口和出口分别设置在制焦段的底部和顶部，燃烧段的出口与制焦段的进口连接，燃烧段的进口设有制焦燃烧器，燃烧段进口的下部侧壁开设空气进口，燃烧段出口处的侧壁开设水或水蒸气喷口，制焦段的进口上部侧壁开设粗煤粉进口；制焦段出口连接旋风分离器的进口，旋风分离器的固相出口分离出粉焦，旋风分离器的热解气出口连接热解气燃烧器的热解气进口。本发明在制焦的同时实现热、电联产。

Description

一种粉状活性焦、热、电联产的系统及工艺

技术领域

本发明涉及煤炭高效清洁综合利用技术领域，尤其涉及一种粉状活性焦、热、电联产的系统及工艺。

背景技术

煤炭是我国能源消费的主力，煤炭的高效清洁综合利用是目前和未来关注的热点问题。目前，煤炭的综合利用技术多种多样，如煤气化、煤液化、煤干馏等。针对煤炭的高效清洁利用，本申请发明人在申请号为CN201310176387.1的专利提供了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，该技术可以充分利用煤粉传热传质快、加热速率高的优势，实现煤粉快速制备粉状活性焦。针对该技术，本申请发明人继续研究，并依次在申请号为CN201710671922.9和CN201720985181.7的专利中分别提出了一种分级分段式粉焦制备系统与工艺和一种用于粉焦制备的U型分段装置，用以进一步提高脱硫用粉状活性焦的性能。

同时，在申请号为CN201710671922.9的专利中提及热解气为粉焦分离装置的气体出口端产物，含有细煤粉焦和细煤灰，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。然而，在热解气中不仅含有H₂、CO、CH₄，还含有部分焦油，为了利用H₂、CO、CH₄的燃烧热，需要将热解气中的N₂分离，而在分离过程中需要降温，降温使得焦油液化，甚至凝固，导致焦油阻塞管道，从而使得H₂、CO、CH₄等可燃气体的利用成为难点。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种粉状活性焦、热、电联产的系统，不仅能够对热解气中的H₂、CO、CH₄等可燃气体的燃烧热进行充分利用，还能对粉焦制备工艺产生的余热、废热进行充分利用，在制焦的同时实现热、电联产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种粉状活性焦、热、电联产的系统，包括粉焦制备装置、粉焦收集装置和热解气焚烧余热利用装置，所述粉焦收集装置包括旋风分离器，所述热解气焚烧余热利用装置包括焚烧炉、汽轮机，所述焚烧炉立式布置，所述焚烧炉顶部设有热解气燃烧器；

所述粉焦制备装置由燃烧段和制焦段呈U型构成，燃烧段的进口和出口分别设置在燃烧段的顶部和底部，制焦段的进口和出口分别设置在制焦段的底部和顶部，燃烧段的出口与制焦段的进口连接，燃烧段的进口设有制焦燃烧器，燃烧段进口的下部侧壁开设空气进口，燃烧段出口处的侧壁开设水和/或水蒸气喷口，制焦段的进口上部侧壁开设粗煤粉进口；

制焦段出口连接旋风分离器的进口，旋风分离器的固相出口分离出粉焦，旋风分离器的热解气出口连接热解气燃烧器的热解气进口。

传统制备活性焦的工艺中，热解气的处理方式为降温分离焦油，将降温后的气体分离出氮气后作为燃料进行燃烧提供能量，焦油可以作为商品进行销售。由于热解气中绝大部分的气体为氮气（体积分数约为70%），二氧化碳约占10%，而一氧化碳、氢气各占5%左右，甲烷、焦油等总计约占1~3%，而一般来说作为燃料的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体在热解气中的占比太低，产生的能量较低，难以产生明火，根本无法作为汽轮机热源的锅炉的燃料，因而本领域技术人员不会采用制焦过程产生的热解气作为汽轮机热源的锅炉的燃料。

本发明的发明人通过对分级分段制粉焦的研究发现，经过旋风分离器分离出的热解气的温度约为900℃左右，而虽然热解气中一氧化碳、氢气和甲烷（具有作为燃料潜力的可燃气体）的含量较少，但是一氧化碳、氢气、甲烷与焦油的热值在500~1000 kcal/Nm³，这部分热量释放后与热解气本身的显热结合，能够使温度达到1100℃以上，从而能够为汽轮机的蒸汽提供足够的热量，进而实现了制粉焦、热、电的联产。

本发明的目的之二是提供一种粉状活性焦、热、电联产的工艺，提供上述系统，细煤粉进入制焦燃烧器在燃烧段中进行燃烧，燃烧后的物料在燃烧段的出口处经过水蒸气或水调节温度后在制焦段入口与粗煤粉混合，进入制焦段进行热解反应，制焦段反应后的物料经过旋风分离器分离获得粉状活性焦和温度为850~1050℃的热解气，热解气经热解气燃烧器进入焚烧炉，在焚烧炉内热解气经过空气的氧化放热后使热解气的温度上升至1100℃以上，从而为汽轮机的蒸汽提供热源。

本发明的有益效果为：

1.本发明直接利用分级分段制粉焦的热解气的显热，并空气通过将一氧化碳、氢气、甲烷与焦油氧化使其中的热值释放，从而能够为汽轮机的蒸汽提供足够的热量，实现了制粉焦、热、电的联产。

2.本发明直接将热解气输入至焚烧炉进行氧化放热，直接利用热解气的显热，省去预热阶段，高效节能，又能够将制焦段产生的焦油及可燃有毒物质氧化去除，可有效避免焦油冷凝、可燃有毒气的污染问题。

附图说明

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

图1为本发明的系统结构示意图；

其中，1、原煤仓；2、碎煤机；3、碎煤仓；4、磨煤机；5、粗煤粉分离器；6、粗煤粉仓；7、粗煤粉称重给料机；8、粗煤粉输送管道；9、粗煤粉上升管；10、细煤粉下降管；11、细煤粉收集器；12、细煤粉仓；13、细煤粉称重给料机；14、细煤粉输送管道；15、旋流燃烧器；16、空气喷口；17、制焦炉燃烧段；18、水/水蒸气喷口；19、灰斗；20、渣池；21、捞渣机；22、制焦煤粉喷口；23、制焦炉制焦段；24、粉焦分离器；25、粉焦冷却器；26、粉焦仓；27、粉焦产品；28、热解气燃烧器；29、助燃风喷口；30、焚烧炉绝热燃烧段；31、螺旋管式水冷壁；32、过热器；33、省煤器；34、空气预热器；35、冷空气；36、布袋除尘器；37、汽轮机；38、过热蒸汽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在热解气中可燃物质较少、无法直接作为燃料的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种粉状活性焦、热、电联产的系统及工艺。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种粉状活性焦、热、电联产的系统，包括粉焦制备装置、粉焦收集装置和热解气焚烧余热利用装置，所述粉焦收集装置包括旋风分离器，所述热解气焚烧余热利用装置包括焚烧炉、汽轮机，所述焚烧炉立式布置，所述焚烧炉顶部设有热解气燃烧器；

传统制备活性焦的工艺中，热解气的处理方式为降温分离焦油，将降温后的气体分离出氮气后作为燃料进行燃烧提供能量，焦油可以作为商品进行销售。由于热解气中绝大部分的气体为氮气（体积分数约为70%），二氧化碳约占8~10%，而一氧化碳、氢气各占5%左右，甲烷、焦油等总计约占1~3%，而一般来说作为燃料的一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体在热解气中的占比太低，产生的能量较低，难以产生明火，根本无法作为汽轮机热源的锅炉的燃料，因而本领域技术人员不会采用制焦过程产生的热解气作为汽轮机热源的锅炉的燃料。

本申请发明人通过对分级分段制粉焦的研究发现，经过旋风分离器分离出的热解气的温度约为900℃左右，而虽然热解气中一氧化碳、氢气和甲烷（具有作为燃料潜力的可燃气体）的含量较少，但是一氧化碳、氢气、甲烷与焦油的热值在500~1000 kcal/Nm³，这部分热量释放后与热解气本身的显热结合，能够使温度达到1100℃以上，从而能够为汽轮机的蒸汽提供足够的热量，进而实现了制粉焦、热、电的联产。

同时，本申请中粉焦制备装置竖立设置，制焦段的出口高度在30米以上，降低热解气的能量损失，只能将旋风分离器的热解气出口尽量靠近焚烧炉的进口，而若在离地30米以上假设卧式焚烧炉测绘导致焚烧炉尾气烟道架设过高，增加系统建设难度，而将焚烧炉立式布置，利用焚烧炉的高度降低焚烧炉尾气烟道架设高度，从而更好在焚烧炉尾气烟道中安装换热器，以便更好的利用余热。

本申请中所述的制焦燃烧器采用旋流燃烧器。

优选的，燃烧段和制焦段共用一个灰斗，燃烧段的出口与制焦段的进口通过灰斗连通，灰斗底部设有渣池，渣池内设有捞渣机。

优选的，所述焚烧炉底部按照焚烧炉产生烟气的流向依次安装螺旋管式水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器及布袋除尘器。

进一步优选的，空气预热器的空气出口连接制焦燃烧器的空气进口和焚烧炉的空气进口。

进一步优选的，所述粉焦收集装置包括粉焦冷却器，旋风分离器的固相出口连接粉焦冷却器的粉焦进口。

更进一步优选的，汽轮机的冷却水出口分别连接粉焦冷却器的冷却水进口和省煤器的冷却水进口，粉焦冷却器的冷却水出口和省煤器的冷却水出口同时连接螺旋管式水冷壁的冷却水进口，螺旋管式水冷壁的冷却水出口连接过热器的冷却水进口，过热器的冷却水出口为汽轮机提供过热蒸汽。所述螺旋管式水冷壁换热壁、过热器、省煤器、空气预热器为现有常用设备。

本申请的另一种实施方式，提供了一种粉状活性焦、热、电联产的工艺，提供上述系统，细煤粉进入制焦燃烧器在燃烧段中进行燃烧，燃烧后的物料在燃烧段的出口处经过水和/或水调节温度后在制焦段入口与粗煤粉混合，进入制焦段进行热解反应，制焦段反应后的物料经过旋风分离器分离获得粉状活性焦和温度为850~1050℃的热解气，热解气经热解气燃烧器进入焚烧炉，在焚烧炉内热解气经过空气的氧化放热后使热解气的温度上升至1100℃以上，从而为汽轮机的蒸汽提供热源。

优选的，从燃烧段进入制焦段的烟气中氧气的含量为4~8%。

优选的，从燃烧段进入制焦段的烟气的风速为3~6m/s。

优选的，分离后的粉焦经过冷却水冷却后进行收集，所述冷却水由汽轮机冷凝器提供。

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

实施例1

本实施例采用的系统如图1所示，一种粉状活性焦、热、电联产的系统包括制粉装置、粉焦制备装置、粉焦收集装置、热解气焚烧余热利用装置；本实施例中所用原煤为褐煤。

具体工艺为：原煤仓1中原煤经破碎机2破碎，进入碎煤仓3，之后进入磨煤机4，与省煤器33的300℃的热烟气混合干燥并制粉，制备的煤粉粒径分布为20~500μm，磨煤机4出口风粉混合物进入粗煤粉分离器5，其分割粒径（d_p）设计范围为50~200μm，分离下来的较粗煤粉（d_p~500μm）进入粗煤粉仓6，粗煤粉经称重给料机7及粗煤粉输送管道8送入制焦段23，输送介质采用焚烧炉尾部烟气或氮气；粗煤粉分离器5的出口乏气进入布袋收集器11，收集的细煤粉（20μm~d_p）进入细煤粉仓12，出口乏气送入布袋除尘器36进行深度除尘，细煤粉经称重给料机13及细粉输送管道14由旋流燃烧器15送入燃烧段17，输送介质为经焚烧炉空预器预热的热空气；根据工艺需求，制粉系统需控制粗、细煤粉比例，以保证系统稳定连续运行，本实施例以褐煤为例，应控制粗、细煤粉消耗质量比为1:4，即燃烧段完全燃烧1单位的细煤粉，能为制焦段4单位的粗煤粉完成制焦反应提供所需热量。

细煤粉在燃烧段17充分燃烧并实现液态排渣，燃烧后的液态渣在灰斗19流入渣池20由捞渣机21捞出，燃烧后烟气经灰斗19进入制焦段23，与制焦煤粉喷口22喷入的粗煤粉混合上行，流速控制在3~6m/s，经3~10s反应后完成粉焦制备。

制焦反应完成后的850~1050℃的气固混合物进入粉焦分离器24，分离的固相产物进入粉焦冷却器25，粉焦由850~1050℃冷却至80℃左右，而后进入粉焦收集仓26，冷却水由25℃升温至300℃左右，而后进入螺旋管式水冷壁31。

粉焦分离器24分离的850~1050℃气相产物由高温热解气燃烧器28直接通入热解气焚烧炉，燃烧助燃风来自空预器34，风温在300℃左右，在绝热燃烧段30经绝热氧化燃烧，维持燃烧温度在1100℃左右，保证焦油、有毒可燃气等充分燃烧，而后进入螺旋管式水冷壁换热段31，之后依次经过热器32、省煤器33、空气预热器34完成换热，最后烟温降至180℃左右的焚烧烟气通入布袋除尘器36及后续烟气净化装置。

冷空气35经空气预热器34加热后分两路，一路接旋流燃燃烧器15用作二次风，另一路接助燃风喷口29用作热解气燃烧的助燃风。

冷凝水分两路，一路经省煤器33预热、另一路经粉焦冷却器25预热，在此，粉焦冷却器25充当部分省煤器使用，进一步吸收粉焦中余热，之后两路混合进入螺旋管式水冷壁31，吸热后进入过热器32，随后过热蒸汽38通入汽轮机33做功，做功后的低品质蒸汽可用于工业生产或民用供暖，最后经冷凝器冷凝循环使用。

粗煤粉仓6与细煤粉仓12之间由粗煤粉管道9和细煤粉管道10连通；其中，粗煤粉管道9自上而下，内部设斗链，粗煤粉可依靠斗链提升至细煤粉仓12，细煤粉管道10自下而上，细煤粉可依靠自身重力流入粗煤粉仓6，如此设计的目的在于粗、细煤粉比例出现偏差时，为了维持系统稳定运行，作为应急调节措施，可使粗、细煤粉之间实现平衡调节可实现粗、细煤粉间的平衡调节，以保证该系统稳定运行。

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

Claims

1.一种粉状活性焦、热、电联产的工艺，其特征是，

细煤粉进入制焦燃烧器在燃烧段中进行燃烧，燃烧后的物料在燃烧段的出口处经过水蒸气或水调节温度后在制焦段入口与粗煤粉混合，进入制焦段进行热解反应，制焦段反应后的物料经过旋风分离器分离获得粉状活性焦和温度为850~1050℃的热解气，热解气经热解气燃烧器进入焚烧炉，在焚烧炉内热解气经过空气的氧化放热后使热解气的温度上升至1100℃以上，从而为汽轮机的蒸汽提供热源；

实现所述的工艺利用一种粉状活性焦、热、电联产的系统，包括粉焦制备装置、粉焦收集装置和热解气焚烧余热利用装置，所述粉焦收集装置包括旋风分离器，所述热解气焚烧余热利用装置包括焚烧炉、汽轮机，所述焚烧炉立式布置，所述焚烧炉顶部设有热解气燃烧器；所述粉焦制备装置由燃烧段和制焦段呈U型构成，燃烧段的进口和出口分别设置在燃烧段的顶部和底部，制焦段的进口和出口分别设置在制焦段的底部和顶部，燃烧段的出口与制焦段的进口连接，燃烧段的进口设有制焦燃烧器，燃烧段进口的下部侧壁开设空气进口，燃烧段出口处的侧壁开设水和/或水蒸气喷口，制焦段的进口上部侧壁开设粗煤粉进口；粉焦收集装置包括粉焦冷却器，旋风分离器的固相出口连接粉焦冷却器的粉焦进口；

制焦段出口连接旋风分离器的进口，旋风分离器的固相出口分离出粉焦，旋风分离器的热解气出口连接热解气燃烧器的热解气进口；

所述焚烧炉底部按照焚烧炉产生烟气的流向依次安装螺旋管式水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器及布袋除尘器；

汽轮机的冷却水出口分别连接粉焦冷却器的冷却水进口和省煤器的冷却水进口，粉焦冷却器的冷却水出口和省煤器的冷却水出口同时连接螺旋管式水冷壁的冷却水进口，螺旋管式水冷壁的冷却水出口连接过热器的冷却水进口，过热器的冷却水出口为汽轮机提供过热蒸汽。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征是，燃烧段和制焦段共用一个灰斗，燃烧段的出口与制焦段的进口通过灰斗连通，灰斗底部设有渣池，渣池内设有捞渣机。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征是，空气预热器的空气出口连接制焦燃烧器的空气进口和焚烧炉的空气进口。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征是，从燃烧段进入制焦段的烟气中氧气的含量为4~8%。

5.如权利要求1所述的工艺，其特征是，从燃烧段进入制焦段的烟气的风速为3~6m/s。

6.如权利要求1所述的工艺，其特征是，分离后的粉焦经过冷却水冷却后进行收集，所述冷却水由汽轮机冷凝器提供。