CN1112661A - 锅炉前置煤气发生的工艺和设备 - Google Patents

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Abstract

锅炉前置煤气发生的工艺，以循环流化床锅炉循 环热灰加热煤生产干馏煤气，用煤气作流化气，干馏 产生的半焦和焦油送回锅炉燃烧。设备包括锅炉、热 裂解器、流化换热器和煤气流化装置、变螺距的螺旋 给料器和调速电机、间接式冷却器和电捕焦油器，热 裂解器上有煤斗、振动给料斗和分配器，流化换热器 与热裂解器连通，煤气流化装置下端与流化换热器连 通。操作采用计算机自动控制。干馏煤气产量高且 稳定；可用粒度较大和粘性较高的煤，因此煤的适用 性宽；实现自动控制。

Description

本发明涉及一种锅炉前置煤气发生的工艺和设备，主要用于中小城市的煤气化以对及煤炭资源的合理、高效和清洁利用。在新建或现有热电站的循环流化床锅炉的基础上，加装煤气发生装置，就可做到电、热、煤气的联合生产和供应。
1994年8月3日公告了“一种生产干馏煤气的方法及装置”，授权公告号为CN1025568C，专利号为92100912.7，参见图7。其目的是实现煤气、电力和热力“三联产”，其方法是以循环流化床锅炉循环热灰为热源加热煤生产干馏煤气;其主要构成是循环流化床锅炉1、流化床干燥器21、干馏器14、气力输送管12、输送风机13及有关附属设备。其不足之处在于：①干馏器14（即热裂解器）没有混匀设施，不能保证热灰与煤混合均匀，造成煤气的产量和质量不稳定;煤气产量低;对煤粒度的要求较严格;在设备放大以后，混合不均匀将更为严重;②没有实现自动控制。
图7中的件号代表：
1、循环流化床锅炉  2、锅炉分离器  3、锅炉返料管  4、干馏器热灰管  5、灰量调节门  6、锅炉返料器  7、干馏器热灰返料器  8、锅炉煤斗  9、锅炉给煤机  10、锅炉一次风机  11、锅炉放渣管  12、输送管  13、输送风机  14、干馏器  15、干馏器内置分离器  16、煤气管  17、落煤管  18、煤斗  19、干燥器分离器  20、引风机  21、流化床干燥器  22、给煤机  23、干燥器煤斗  24、空气管  25、抽烟机  26、排料管。
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种在热裂解器内采用流化措施和实现了自动控制的锅炉前置煤气发生的工艺和设备。
本发明的目的可以通过以下措施来实现：本发明的工艺是：以循环流化床锅炉的循环热灰为热源来加热煤以生产干馏煤气，用部分净化加压和升温过的煤气作为流化气，对热裂解器内的热灰与布料均匀的煤进行多层次的流化，使煤与热灰混合均匀，干馏产生的半焦、煤气中冷凝出的和电捕的焦油送回循环流化床锅炉作为燃料燃烧。本发明的设备包括循环流化床锅炉、旋风分离器、热裂解器、振动给料斗和分配器、流化换热器和煤气流化装置、变螺距的螺旋给料器和调速电机、间接式冷却器和电捕焦油器，流化换热器侧部与热裂解器底部连通，另侧与冷煤气连通，煤气流化装置下端与流化换热器连通，上部有主管在热裂解器内或器外的两种结构，热裂解器内的分管有三层环管或三层直管，分管上方有出气口和挡板。本发明的操作采用自动控制，由一台管理计算机、多台现场监控计算机、检测元件和执行器件组成。其逻辑控制按表3和表4执行。
附图的图面说明如下：
图1为本发明的流程总图;
图2为热裂解器及其相关装置的总图;
图3为图2的A-A视图;
图4为热裂解器的局部视图，表示主管在热裂解器内的煤气流化装置;
图5为图4的B向视图，表示主管和分管布置的顶视图;
图6为本发明自动控制系统中检测元件和执行器件的布置图;
图7为现有技术的流程总图。
本发明附图中的件号代表：
27、流化换热器煤气进口  28、流化换热器煤气出口  29、流化换热器的热灰和半焦排出口  30、流化换热器的热灰和半焦进口  31、循环流化床锅炉  32、旋风分离器  33、输灰管  34、将热灰输入热裂解器的螺旋给料器  35、旋风分离器的烟气出口  36、热裂解器  37、分配器  38、振动给料斗  39、干馏煤煤斗  40、干馏煤气出口  41、初冷器  42、电捕焦油器  43、终冷器  44、焦油  45、煤气加压机  46、流化换热器  47、贮气柜  48、热裂解器的热灰与半焦排出口  49、气力输送管  50、热灰与半焦排出用螺旋给料器  51、一次风机  52、补充燃煤煤斗  53、补充燃煤用螺旋给料器  54、二次风机  55、锅炉排灰渣口  56、锅炉热灰与半焦入口  57、热裂解器器体  58、热裂解器内衬  59、热裂解器内正常料位高度面  60、热裂解器的热灰进口  61、环形分管  62、出气口  63、角形挡板  64、主管  65、直分管末端挡板  66、流化换热器筒形器体  67、流化换热器内衬  68、管  69、直分管  70、旋风分离器排灰渣口。
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述：
图1表示本发明的流程总图。来自循环流化床锅炉31并经过旋风分离器32分离出的热灰，由输灰管33送至螺旋给料器34，分离出热灰的烟气由出口35送回循环流化床锅炉31的后部受热面。干馏煤煤斗39中的煤经过振动给料斗38和分配器37，均匀落入热裂解器36中。冷却和净化后的煤气，经加压机45加压后，其中一小部分经过流化换热器46，被排出的热灰和半焦混合物加热分层进入热裂解器36，对煤与热灰进行流化，使热裂解器内煤与热灰混合均匀。被加热的煤释放出的挥发份即为干馏煤气，从出口40排出，经过分离器除尘并经初冷器41、电捕焦油器42和终冷器43，热煤气被冷却和净化，冷煤气经加压机45加压，大部分经贮气柜47送到用户管网，一小部分送回热裂解器作流化气用。经冷凝和电捕的焦油44经焦油泵、焦油输送管、循环流化床锅炉的焦油进口和燃烧器（图上均未表示）送回循环流化床锅炉31，作燃料用;冷却器内冷却热煤气所得的热水可供应用。煤释放出挥发份后成为半焦，半焦和放热后的热灰自热裂解器下部排出管48进入流化换热器46，与进入的冷煤气进行热交换，既提高了流化用煤气的温度，又降低了半焦和热灰混合物的温度。本发明采用冷却的净煤气经加压加温后作为流化气送回热裂解器。加压后的热煤气除能很好地起到流化混合作用外，还能不降低热裂解器内的温度，同时热灰和半焦混合物在流化换热器内经过降温后还可提高其后输送装置的使用寿命。换热后的半焦和热灰混合物从流化换热器底部出口29进入螺旋给料器50，与一次风机51一起将半焦和热灰混合物以稀相气力输送法送回锅炉34燃烧，这是锅炉的主要燃料源。为了稳定燃烧，煤斗52中的补充燃煤经过螺旋给料器53送入锅炉31内，作为辅助燃料之用，二次风机54鼓风供锅炉用。
本发明所属设备中的锅炉为现有循环流化床锅炉31，燃烧室一侧有补充燃煤的煤斗52、螺旋给料器53和调速电机D7，下部有二次风机54、调速电机D6和排灰渣口55，另侧有热灰和半焦混合物入口56，上部连接有旋风分离器32，分离器32上部有烟气出口35，下部有输灰管33连通螺旋给料器34。
图2-图5表示热裂解器及其相关装置的结构。
热裂解器36为钢制筒形器体57，内有耐火及保温砖内衬58，顶部有干馏煤煤斗39、由调速电机D2带动的振动给料斗38和分配器37，振动给料斗38可破拱以保证煤下落通畅，并可无级调节给煤量。分配器37由上下两个锥体件构成，锥体件外围用几根本实施例为三根拉杆焊于管68上，以保证煤粒均匀散落于料面59上。热裂解器36两侧分别有热灰进口60和干馏煤气出口40。参见图4和图5，煤气流化装置包括供热煤气进入的多层环形分管61和主管64，本实施例的分管为三层，布设于热裂解器内腔的中部和上部，以对热裂解器内中、上部的煤粒和热灰进行不同层次的充分流化混合。每根分管上方有多个出气口62，本实施例为20个，出气口上有个环形的角形挡板63，可参见图2和图3，其作用是使热煤气流离开分管后向两侧分流，以取得更好的流化效果，同时还可不使热灰和煤粒进入分管61内，分管前有主管64连于流化换热器46的出口28上，分管还可以是三层直管69参考图2。另外，还可以按图2和图3的方式，主管在热裂解器36外，分管仍为环状或直管式，直分管69末端有挡板65。热裂解器36下部有半焦和热灰混合物排出口48，排出口48与进口30连通。流化换热器46为钢制筒形器体66，内有内衬67，底部有半焦和热灰混合物排出口29与螺旋给料器50连通，螺旋给料器50由调速电机D3带动，一次风机51由调速电机D5带动，从螺旋给料器50排出的热灰和半焦混合物，由来自一次风机51的气流，经气力输送管68送回锅炉31内参与燃烧。流化换热器46侧下部有煤气进口27，顶部有升温后的煤气出口28。流化换热器既可以流化的方式进行热交换，又可稳定热灰和半焦混合物的排放。热裂解器上侧有干馏煤气出口40，热裂解器另侧上部与螺旋给料器34排出口连通，给料器34由调速电机D1带动。螺旋给料器34和50均采用变螺距的，即近调速电机端的螺距比另端的螺距大，这样，可使给料量稳定，还有利于在螺距小的另端存满物料以确保密封，从而防止热裂解器36内的煤气窜入旋风分离器32和气力输送管49内而影响煤气产量。参见图1，煤气出口40与初冷器41连通，初冷器采用间接冷却方式，即冷却水与待冷却的煤气不直接接触，本实施例为列管式冷却器，列管内走水，列管外走煤气，不产生污染环境的含酚污水。初冷器与热裂解器之间安装有分离器（图上未表示），可对煤气进行除尘净化。初冷器后连接电捕焦油器42、终冷器43和煤气加压机45。终冷器也是采用间接冷却方式。加压机45后有贮气柜47和流化换热器46，加压机由调速电机D4带动。一次风机51由调带电机D5带动，二次风机54由调速电机D6带动。
本发明的自动控制系统是由一台管理计算机、多台现场监控计算机、检测元件和执行器件组成的集散型计算机控制系统，其作用是稳定各生产参数、保证生产稳定和安全。本实施例中共有四台循环流化床锅炉31、四台热裂解器36及其附属装置，所以，由一台管理计算机即PC386工业控制计算机简称上位机和八台现场监控计算机简称下位机组成。每台锅炉及其前置热裂解器设两台现场监控机，该机直接参与锅炉、热裂解器及附属装置的监测与控制。在没有上位机参与的情况下，下位机能独立完成对机组的监控任务。上位机框图见表1，下位机结构及连线图见表2。
Figure 941190455_IMG2
Figure 941190455_IMG3
检测元件有T1-T7、P1-P4、L1和F1，这些符号的含义如下
T1将进入热裂解器的热灰的温度，T2热裂解器内热灰与干馏煤混合物的初始温度，T3热裂解器内热灰与干馏煤混合物的终了温度，T4将进入热裂解器的流化煤气的温度，T5从热裂解器排出的干馏煤气的温度，T6将返回锅炉的热灰和半焦混合物的温度，T7将进入热裂解器的干馏煤的温度，上述的温度值T1-T6均采用热电偶温度变送器进行检测，T7采用铂电阻温度变送器检测。
P1从热裂解器排出的干馏煤气压强，P2热裂解器内流化点的压强，P3流化换热器输出的流化煤气的压强，P4将进入流化换热器的流化煤气的压强，以上压强均采用压力变送器检测。
F1从热裂解器排出的干馏煤气的流量，采用孔板及差压变送器检测。
L1热裂解器内物料的料位，采用核子料位计检测。
保持料位的稳定是本装置稳定生产的关键一环，因此采用两套方案进行监测和控制。采集到的P1、P2值经计算机处理后，通过压差P2-P1的数值可反映出料位的变化，通过控制执行机构D1、D2、D3，可对料位进行调整。核子料位计可直观地监测到料位的位置，给出报警信号，同时通过控制执行机构D1、D2、D3对料位进行调整。
根据上述检测出的数据，经过下位机计算处理后，对下述执行器件D1-D6进行调控，以改变Q1-Q6物料的输送量，从而达到对本发明进行自动控制。详述于下：
Q1进入热裂解器36的热灰量，由调速电机D1驱动螺旋给料器34进行调控;Q2进入热裂解器的干馏煤量，由调速电机D2驱动振动给料斗38进行调控;Q3从流化换热器46底部排出的热灰和半焦混合物的量，由调速电机D3驱动螺旋给料器50进行调控;Q4从热裂解器排出的干馏煤气量，由调速电机D4驱动加压机进行调控;Q5进入循环流化床锅炉31的一次风量，由调速电机D5驱动一次风机进行调控;Q6进入循环流化床锅炉的二次风量，由调速电机D6驱动二次风机进行调控。
为了确保本发明热裂解器的正常运行，先给出正常料位高度面59和予先设定A、B、C三个数值（或范围）。A代表P1的正常值，即检测出从热裂解器排出的干馏煤气的压强＝A时表明生产正常，当检测出P1＞A时表明干馏煤气产量过多，P1＜A时表明干馏煤气产量不足。B代表P2-P1的正常值，由于流化点上有料层，所以热裂解器内流化点的压强P2比P1大，当P2-P1＝B时，表明生产正常，当P2-P1＞B时，表明热裂解器内料层高度过高即物料太多，当P2-P1＜B时，表明物料不足。C代表T2-T3的正常值，热灰与干馏煤混合物的初始温度-终了温度＝C时表明生产正常，T2-T3＞C时，表明温度过高，T2-T3＜C时，表明温度过低。表3列举出计算机自动控制系统根据检测出的上述各值，经过处理和计算，然后通过控制调速电机D1-D5以调控流量Q1-Q5，使系统达到平衡，维持正常生产。表中+Q1表示需增加Q1量，-Q2表示需降低Q2量，余依此类推。调控方法见表3：
表3
T2-T3=C T2-T3〉C T2-T3〈C
P2-P1=B P1=A 正常运转 -Q1,   -Q3 -Q1,   +Q3
P1〉A -Q1,-Q2,-Q3,+Q4 -Q1, -Q3+Q4 -Q2,-Q3,+Q4
P1〈A +Q1,+Q2,+Q3,-Q4 +Q2,+Q3,-Q4 +Q1,+12,+Q3,-Q4
P2-P1〉B P1=A +Q3 -Q1,  +Q3 +Q1,   +Q3
P1〉A -Q1,-Q2,+Q3,+Q4 -Q1,  +Q3,+Q4 +Q1,-Q2,+Q3,-Q4
P1〈A +Q1,+Q2,+Q3,-Q4 +Q2,+Q3,-Q4 +Q1,   +Q3,-Q4
P2-P1〈B P1=A -Q3 +Q2,-Q3,+Q4 +Q1,   -Q3
P1〉A -Q1,-Q2,-Q3,+Q4 +Q2,-Q3,+Q4 +Q1,-Q2,-Q3,+Q4
P1〈A +Q1,+Q2,-Q3,-Q4 +Q2,-Q3,-Q4 +Q1,+Q2,-Q3,-Q4
为了确保流化换热器的正常运行，设定D值，当P4-P3＝D时表明运转正常，当P4-P3＞D时，表明流化换热器内物料存储过多，P4-P3＜D时，表明物料存储过少，调控方法见表4：
表4
P4-P3 = D 正常运转
P4-P3 〉 D ＋Q3
P4-P3 〈 D -Q3
对于循环流化床锅炉的调控，本发明只列举了对一次风机和二次风机的调控，当上述表3和表4中需增大或降低Q3量即+Q3或-Q3时，相应地需增大或降低一次风机和二次风机的流量，即增大或降低调速电机D5和D6的转数。锅炉的另一个调控量即补充燃煤螺旋给料器53及其调速电机D7的调控，除与一次风量和二次风量有关外，还与诸如本发明以外的循环流化床锅炉的过热蒸汽温度、汽包水位、炉膛负压、温度和料位等因素有关，这里不作进一步描述。
每台循环流化床锅炉和每台煤气发生装置的技术产数如下：
循环流化床锅炉：
锅炉投煤量    1t/h
蒸汽发生量    35t/h
热灰循环量    40t/h
热裂解器：
投煤量    5t/h
煤气产量 大约1000Nm3/h
煤气发热值 4000kcal/Nm3（16720kJ/m3
一氧化碳含量    ＜10%
灰煤比  8∶1
返烧焦油    大约400kg/h
电捕焦油器：
除焦油效率    90%
冷却器：
初冷器煤气温度    500℃-80℃
终冷器煤气温度    80℃-25℃
本发明对比现有技术具有下述优点：1、用热煤气对热裂解器内的热灰与煤进行多层次的流化，使煤与热灰混合均匀，因而达到：①所得干馏煤气产量高且产量与质量稳定;②可减小热裂解器的几何尺寸;③可用粘结性较高的煤即煤的适用性宽广，从而省去现有技术所设置的干燥、破粘的过程和设备;④可用粒度较大的煤达到相同的干馏效果，现有技术煤粒0-8毫米，本发明为0-15毫米。2、进入热裂解器的干馏煤由振动给料斗输送，可以破拱，使送煤量稳定，并可无级调节给煤量;采用分配器，可使煤的布料均匀。3、采用变螺距的螺旋给料器，可使给料量稳定，还可对气体起密封作用，防止煤气从热裂解器中外溢至其他容器而降低煤气产量。4、设有流化换热器，既可进行热交换，又可稳定热灰和半焦混合物的排放，同时，热灰和半焦混合物也被降温，可提高输送装置的寿命。5、采用间接冷却器对煤气进行冷却，不产生含酚污水，因而不污染环境。6、焦油送回锅炉燃烧，提高了热效率。7、用计算机进行监测和控制，使生产过程实现自动化，生产更加稳定。

Claims (3)

1、一种锅炉前置煤气发生的工艺，以循环流化床锅炉循环热灰为热源加热煤生产干馏煤气，干馏产生的半焦和放热后的热灰送回循环流化床锅炉作为燃料燃烧，其特征在于，煤布料均匀，用部分净化加压并经升温过的干馏煤气作为流化气，对热裂解器内的热灰与煤进行多层次的流化，使煤与热灰混合均匀，煤气冷凝出的和电捕的焦油送回循环流化床锅炉作为燃料燃烧。
2、一种锅炉前置煤气发生的设备，包括循环流化床锅炉、旋风分离器和热裂解器，其特征在于，由振动给料斗和分配器、流化换热器和煤气流化装置、变螺距的螺旋给料器和调速电机、间接式冷却器和电捕焦油器组成，流化换热器侧部与热裂解器底部连通，另侧与冷煤气连通，煤气流化装置下端与流化换热器连通，上部有主管在热裂解器内或器外的两种结构，热裂解器内的分管有三层环管或三层直管两种结构，分管上方有出气口和挡板。
3、根据权利要求1和2所述的锅炉前置煤气发生的工艺和设备，其特征在于，操作采用计算机自动控制，由管理计算机、现场监控计算机、检测元件和执行器件组成，热裂解器和流化换热器的逻辑控制按表3和表4进行，
表3 T2-T3=C T2-T3〉C T2-T3〈C P2-P1=B P1=A 正常运转 -Q1,   -Q3 -Q1,   +Q3 P1〉A -Q1,-Q2,-Q3,+Q4 -Q1, -Q3+Q4 -Q2,-Q3,+Q4 P1〈A +Q1,+Q2,+Q3,-Q4 +Q2,+Q3,-Q4 +Q1,+12,+Q3,-Q4 P2-P1〉B P1=A +Q3 -Q1,  +Q3 +Q1,   +Q3 P1〉A -Q1,-Q2,+Q3,+Q4 -Q1,  +Q3,+Q4 +Q1,-Q2,+Q3,-Q4 P1〈A +Q1,+Q2,+Q3,-Q4 +Q2,+Q3,-Q4 +Q1,   +Q3,-Q4 P2-P1〈B P1=A -Q3 +Q2,-Q3,+Q4 +Q1,   -Q3 P1〉A -Q1,-Q2,-Q3,+Q4 +Q2,-Q3,+Q4 +Q1,-Q2,-Q3,+Q4 P1〈A +Q1,+Q2,-Q3,-Q4 +Q2,-Q3,-Q4 +Q1,+Q2,-Q3,-Q4
表4 P4-P3 = D 正常运转 P4-P3 〉 D ＋Q3 P4-P3 〈 D -Q3
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