CN202610207U - 一种新型外热式褐煤热解提质系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型外热式褐煤热解提质系统。热解炉进料口接干燥机出料口，出料口接半焦冷却室；半焦冷却室出料口与燃烧器等装置连接；热解炉尾气出口与除尘装置等装置依次连接，脱硫装置尾气出口接半焦冷却室，半焦冷却室尾气口经高温煤气加压风机接热解炉；热解炉内置换热器烟气入口接燃烧器烟气出口，烟气出口接废锅，废锅蒸汽出口接干燥机蒸汽进口，,废锅进水口与余热回收装置和干燥机冷凝水出口连接，干燥机尾气出口经除尘装置与干燥机蒸汽进口等装置连接。本实用新型采用过热蒸汽干燥和外热式流化床热解两段工艺提质，提高热效率、焦油产率和煤气热值；降低半焦中的硫含量和废水处理量，资源综合利用水平高，可大规模生产。

Description

一种新型外热式褐煤热解提质系统

技术领域

本实用新型公布了一种新型外热式褐煤热解提质系统，用于褐煤提质。

背景技术

在煤炭价格大幅上涨之际，对价格相对低廉的褐煤资源进行热解提质，不但可以得到热值高、性质稳定的半焦，解决褐煤高水、高灰引起的运输问题，而且可以副产优质焦油和煤气，解决我国油、气资源紧张问题，提高了褐煤利用效率，最大程度增加效益，完全符合我国发展洁净煤技术能源多元化的战略。

按供热方式的不同，褐煤热解工艺分为外热式和内热式两种。外热式代表性工艺为英国开发的伍德炉褐煤热解提质工艺和中国煤炭科学研究总院北京煤化所开发的外热式多段回转褐煤热解提质工艺。该方法的主要目标是制备优质半焦，煤气经净化后，可外供民用或作工业燃气，但存在着褐煤的粒度及煤质要求较高，单台处理能力小，热效率低等问题。

内热式褐煤热解工艺根据供热介质不同，煤粉快速热解可分为气体热载体工艺和固体热载体工艺。①气体热载体工艺。代表性工艺有日本气流床粉煤快速热解工艺和美国的多级流化床COED工艺。这两种工艺对煤种的适应性强，总热效率高，但由于整个系统的稳定运行需要兼顾温度、压力、流化状态和半焦的排出等因素，实际运转操作的难度高，工艺放大的难度大。②固体热载体工艺。有代表性的有Garrett工艺、TOSCOAL工艺、LR工艺以及大连理工开发的DG工艺。对于固体热载体煤热解工艺，国内外进行了大量的研究工作，而且大部分已进行了工业性试验，但至今没有商业化，主要原因在于固体热载体的半焦（陶瓷球）等均需要额外的燃料燃烧对其供热，整个过程的热效率较低，另外还存在固体产品利用价值低等问题。

随着循环流化床燃烧技术的发展和煤炭综合利用的要求，基于循环流化床燃烧的固体热载体煤热解工艺，英国的Cranfield大学、浙江大学、济南锅炉厂、中科院过程所、中科院山西煤化所等单位相继开发了以循环热灰作为固体热载体将燃煤进行炉前热解产生煤气和焦油，热解后的半焦用作锅炉燃料送入炉内燃烧以生产蒸汽发电和供热，实现热、电、油、气的多联产工艺。这些工艺不需要专门的热载体加热设备就可获得稳定的高温热载体来源，热解半焦直接用于循环流化床的燃烧，充分利用了半焦的显热，整个系统的热利用率高；被热载体稀释的热解半焦无需分离直接返回锅炉燃烧，从而克服了传统固体热载体热解工艺固体产物利用价值低的问题；在污染物脱除方面，由于煤中的部分含硫含氮化合物在热解过程中富集脱除，使得循环流化床脱硫脱氮负荷显著降低，但在工业化方面仍存在很多问题，主要原因在于过程开发中普遍遇到了一些技术问题，如固体物料混合、含尘热解气的净化及热解后半焦（或陶瓷球）与灰的返送等，阻碍了该工艺的进一步开发。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种具有系统简单可靠、可以大型化、投资省、节能高效、焦油产率高、废水处理量小等优点的新型外热式褐煤热解提质系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型外热式褐煤热解提质系统，内加热流化床热解炉进料口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机出料口连接；内加热流化床热解炉出料口与半焦冷却室进料口连接，半焦冷却室出料口与燃烧器、成品区分别连接；

内加热流化床热解炉尾气出口与第二除尘装置、焦油收集、脱硫装置依次连接，脱硫装置尾气出口与半焦冷却室连接，半焦冷却室的尾气口经高温煤气加压风机与内加热流化床热解炉连接；

内加热流化床热解炉内置换热器的烟气出口一路与燃烧器的烟气出口连接后送回内加热流化床热解炉的烟气进口，另一路与废锅连接，废锅的蒸汽出口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机的蒸汽进口连接；废锅的进水口与余热回收装置和环管分体式过热蒸汽回转干燥机的冷凝水出口连接；

环管分体式过热蒸汽回转干燥机的尾气出口一路经第一除尘装置与环管分体式过热蒸汽回转干燥机蒸汽进口连接，另一路与余热回收装置连接。

所述内加热流化床热解炉为穿流床形式，包括炉体，炉体上部设有出风口与第二除尘装置连接；在炉体内设有至少一组烟气集箱，各烟气集箱首尾连接，整个管程为S形，在首尾的烟气集箱处分别设有烟气进口和烟气出口，相邻烟气集箱内设有若干个换热管，各换热管两端垂直方向设有管板；在炉体下部是喷射排管式布风装置，被半焦预热的煤气经过布风装置进入床层，使物料松动并携挥发分。

所述第一除尘装置包括旋风除尘器I、电除尘器I，环管分体式过热蒸汽回转干燥机的尾气经旋风除尘器I、电除尘器I与环管分体式过热蒸汽回转干燥机蒸汽进口连接，旋风除尘器I收集的物料送入内加热流化床热解炉进料口。

所述第二除尘装置包括依次设置的旋风除尘器II、陶瓷多管除尘器，陶瓷多管除尘器与焦油收集、脱硫装置连接，旋风除尘器II收集的物料送入半焦冷却室。

所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机进料口通过螺旋输送机I与料仓连接；环管分体式过热蒸汽回转干燥机出料口以及旋风除尘器I收集的物料通过干煤仓、螺旋输送机II与内加热流化床热解炉进料口连接，内加热流化床热解炉内置换热器的烟气出口中的一路经干煤仓送入废锅；环管分体式过热蒸汽回转干燥机的热源一部分来自废热锅炉，一部分来自其自身的尾气。

所述高温煤气加压风机，安装在半焦冷却室之后最近的地方，保证进入高温煤气加压风机的烟气温度不低于350℃；在高温煤气加压风机进出口前应加置膨胀节，密封结构为“气流密封”，密封内无易损件。

所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机干燥后的煤粉温度为100～120℃，环管分体式过热蒸汽回转干燥机内蒸汽温度为180℃。

所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机的尾气中60～90%的蒸汽循环利用，10～40%的蒸汽排出环管分体式过热蒸汽回转干燥机。

所述内加热流化床热解炉的内置换热器通750～900℃高温烟气，热半焦排料温度在550～600℃。

所述焦油收集、脱硫装置流出的煤气60～80%进入半焦冷却室冷却半焦；20～40%进入气柜加压外送。

一种采用新型外热式褐煤热解提质系统的工艺，它将褐煤干燥热解提质一体化，具体步骤如下：

（1）湿褐煤输送至环管分体式过热蒸汽回转干燥机，干燥至要求的水分后，由环管分体式过热蒸汽回转干燥机尾部的出料口排出，与第一除尘装置的旋风除尘器I收集的干粉一起输送至内加热流化床热解炉进料口；

干燥时析出的水分及部分物料由环管分体式过热蒸汽回转干燥机内的过热蒸汽携带，一路经第一除尘装置的旋风除尘器I、电除尘器I除尘后，返回环管分体式过热蒸汽回转干燥机循环利用，另一路进余热回收装置回收利用其热能；干燥机冷凝水和经余热回收装置换热后的水一起进入废锅；

（2）干燥后的褐煤进入内加热流化床热解炉内进行快速热解段，生成的半焦排出，与第二除尘装置的旋风除尘器II收集的干粉一起输送至半焦冷却室；冷却后的半焦一部分进入燃烧器燃烧，一部分输送至成品区外送；

（3）褐煤析出的挥发份经第二除尘装置除尘后，冷凝析出焦油和酚类聚合物后，进入焦油收集、脱硫装置脱硫，脱硫后的煤气一部分进入半焦冷却室冷却，与高温半焦换热后，经高温煤气加压风机进入内加热流化床热解炉使褐煤维持流态化，另一部分进入气柜加压外送；脱硫后的焦油外送；

（4）内加热流化床热解炉的内置换热器换热后的烟气一路与半焦燃烧后的烟气一起混合调节后，再返回内加热流化床热解炉内置换热器内加热褐煤，另一路进入废锅，产生的过热蒸汽作为干燥系统的热源和载气。

所述步骤（1）中，所述干燥后的煤粉温度为100～120℃。

所述步骤（1）中，环管分体式过热蒸汽回转干燥机内通如的蒸汽温度为180℃。

所述步骤（1）中，所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机尾气中60～90%的蒸汽循环利用，10～40%的蒸汽排出干燥机。

所述步骤（1）中，所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机冷凝排出的70～80℃水和经余热回收装置加热的40～60℃水一起进入废锅。

所述步骤（2）中，内加热流化床热解炉内置换热器内高温烟气为750～900℃。

所述步骤（2）中，所述热解炉中热半焦排料温度控制在550～600℃。

所述步骤（3）中，从焦油收集、脱硫装置排出的煤气60～80%进入半焦冷却室冷却半焦；20～40%进入气柜加压外送。

本实用新型采用回转干燥机和流化床串联工艺，将干燥和热解分两步进行，采用两个温度等级工艺，并可将热解完的烟气经过废锅产生蒸汽，作为褐煤干燥的热源，褐煤中蒸发出来的水全部回收利用，使得系统热效率大大提高。

褐煤热解所用热解炉为穿流床，多层换热器沿床层布置，热解所需的热量全部由内置换热器提供，被半焦预热的煤气仅起使物料松动和携挥发分的作用。一方面该装置操作气速比常规流化床低，所需气量大大降低，可有效地降低流化床内的物料夹带、扬析损失，相应降低了除尘系统的负荷、系统电耗及排气热损失，减轻了环保压力；另一方面，内加热流化床用于褐煤热解要求流化气体不能含有氧气，将熄焦产生的热煤气回送到内加热流化床热解反应器，使得热解过程是一个无氧热解过程，无煤粉燃烧和爆炸危险，安全可靠。

采用冷煤气作为冷焦介质，将热解得到的高温半焦在冷却室换热后，增压回送到热解炉，可回收利用半焦热量，另外，煤气具有良好的传热性能和较大热容，有利于降低冷焦的气料比，降低系统动力消耗；煤气中的H2又有利于煤中硫和焦油的析出，有利于提高半焦质量和焦油产率，不仅可以有效的冷却半焦，还提高了系统中不同品味能量的利用效率，减少了能源消耗和环境污染。

采用本技术进行褐煤提质，可节约水资源，有效提高热效率、焦油产率和煤气热值，降低半焦中的硫含量和废水处理量，资源综合利用水平高，实现大规模生产。

本实用新型的有益效果是：

（1）系统可以大型化，占地面积小，投资省。将内加热流化床作为热解的主要设备，系统节能高效，占地面积小，投资省，可以大型化，目前生产的70平方米的内加热流化床可以满足200万吨褐煤的年处理能力，对中大型企业生产规模效益明显。

（2）节能高效。由于热解大部分热量是由换热效率高的内置热交换装置提供，热煤气仅作为保证正常流态化的动力媒体，其操作气速比常规流化床低，可有效地降低流化床内的物料夹带和扬析损失，相应降低了除尘系统的负荷，其系统电耗及排气热损失也相应减少70%，热效率高。

（3）焦油产率高。由于热解所用的内加热流化床是在普通流化床的基础上设置多层内置换热器，换热效率高，可以使褐煤以较快的速度升到终温，有利于焦油析出；同时以含有大量H2的热煤气为流化动力媒体，H2的存在也有利于焦油析出。

（4）废水处理量小，环保压力低。通过褐煤过热蒸汽干燥和低温热解两段工艺进行褐煤提质，过热蒸汽干燥过程可将褐煤中蒸发出来的水全部回收利用，节能效果显著；热解过程废水量小，环保压力低，是环境友好型、水资源节约型清洁煤技术。

（5）系统安全可靠。干燥过程和热解过程分别采用出口未冷凝的蒸汽及经净化后的煤气为流体，两个过程均是一个无氧过程，无煤粉燃烧和爆炸危险，系统安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的工艺流程图。

图2内加热流化床热解炉。

其中，1.料仓，2.螺旋输送机I，3.环管分体式过热蒸汽回转干燥机，4.旋风除尘器I，5.电除尘器I，6.干煤仓，7.螺旋输送机II，8.内加热流化床热解炉，9.旋风除尘器II，10.陶瓷多管除尘器，11.高温煤气加压风机，12.半焦冷却室，13.烟气进口，14.烟气集箱，15.导流板，16.管板，17.换热管，18.烟气出口，19.出风口，20.燃烧器，21.焦油收集，22.脱硫装置，23.废锅，24.余热回收。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

图1中，一种新型外热式褐煤热解提质系统，内加热流化床热解炉8进料口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机3出料口连接；内加热流化床热解炉8出料口与半焦冷却室12进料口连接，半焦冷却室12出料口与燃烧器20、成品区分别连接；

内加热流化床热解炉8尾气出口与第二除尘装置、焦油收集21、脱硫装置22连接，脱硫装置22尾气出口与半焦冷却室12连接，半焦冷却室12的尾气口经高温煤气加压风机11与内加热流化床热解炉8连接；

内加热流化床热解炉8内置换热器的烟气出口一路与燃烧器20的烟气出口连接后送回内加热流化床热解炉8的烟气进口，另一路与废锅23连接，废锅23的蒸汽出口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机3的蒸汽进口连接；废锅23进水口分别与余热回收装置24和环管分体式过热蒸汽回转干燥机3冷凝水出口连接；

环管分体式过热蒸汽回转干燥机3的尾气出口一路经第一除尘装置除尘后与环管分体式过热蒸汽回转干燥机3蒸汽进口连接，另一路与余热回收装置24连接。

其中，内加热流化床热解炉8为穿流床形式，如图2所示，包括炉体，炉体上部设有出风口19与第二除尘装置连接；在炉体内设有至少一组烟气集箱14，各烟气集箱14首尾连接，整个管程为S形，在首尾的烟气集箱14处分别设有烟气进口13和烟气出口18，相邻烟气集箱14内设有若干个换热管17，各换热管17两端垂直方向设有管板16；在炉体内还设有导流板15；在炉体下部是喷射排管式布风装置，被半焦预热的煤气经过布风装置进入床层，使物料松动并携挥发分。

第一除尘装置包括旋风除尘器I4、电除尘器I5，环管分体式过热蒸汽回转干燥机3的尾气经旋风除尘器I4、电除尘器I5与环管分体式过热蒸汽回转干燥机3蒸汽进口连接，旋风除尘器I4收集的物料送入内加热流化床热解炉8进料口。

第二除尘装置包括依次设置的旋风除尘器II9、陶瓷多管除尘器10，陶瓷多管除尘器10与焦油收集、脱硫装置21连接，旋风除尘器II9收集的物料送入半焦冷却室12。

环管分体式过热蒸汽回转干燥机3进料口通过螺旋输送机I2与料仓1连接；环管分体式过热蒸汽回转干燥机3出料口以及旋风除尘器I4收集的物料通过干煤仓6、螺旋输送机II7与内加热流化床热解炉8进料口连接，内加热流化床热解炉8内置换热器的烟气出口中的一路经干煤仓6送入废锅23；环管分体式过热蒸汽回转干燥机3的热源一部分来自废锅23（废热锅炉），一部分来自其自身的尾气。

高温煤气加压风机11，安装在半焦冷却室12之后最近的地方，保证进入高温煤气加压风机11的烟气温度不低于350℃；在高温煤气加压风机11进出口前应加置膨胀节，密封结构为“气流密封”，密封内无易损件。

本实用新型的具体实施步骤如下：

（1）含水30%～50%的湿褐煤由螺旋输送机I2输送至环管分体式过热蒸汽回转干燥机3，褐煤走管程，过热蒸汽走壳程。在环管分体式过热蒸汽回转干燥机3内褐煤随着筒体的转动被抄板提升、扬洒，利用对流、传导、辐射等多种换热方式对褐煤进行干燥，通过控制褐煤在环管分体式过热蒸汽回转干燥机3内的停留时间，干燥至要求的水分后，由环管分体式过热蒸汽回转干燥机3尾部的出料口安装的卸料阀排出，与旋风除尘器I4的卸料阀收集的100～120℃褐煤一起输送至干煤仓7，经螺旋输送机II7送入内加热流化床热解炉8。

同时，褐煤干燥析出水分及部分物料由环管分体式过热蒸汽回转干燥机3内的过热蒸汽携带，经旋风除尘器I4和电除尘器I5除尘后，被风机抽引，一部分返回环管分体式过热蒸汽回转干燥机3循环利用，另一部分进余热回收装置24回收利用其热能。

（2）干燥后的含水5%褐煤由内加热流化床热解炉8进料口的卸料阀落入炉内，热解所需的热量由内置换热器提供，被半焦预热的煤气经过喷射排管式布风装置进入床层，在这个过程中进入床层的流化介质被有效地控制，因而使床内物料维持稳定的流态化。通过控制床层高度、流化速度、操作温度、床内的停留时间等使褐煤快速析出挥发分，得到的550～600℃热半焦，由内加热流化床热解炉8的出料口安装的卸料阀排出，与旋风除尘器II9卸料阀收集的干粉一起输送至半焦冷却室12冷却，冷却后的半焦一部分进入燃烧器20燃烧，一部分输送至成品区外送。

（3）褐煤热解析出挥发分及部分物料由床内的热解气携带，从出风口流出内加热流化床热解炉8，经高温旋风除尘器II9和陶瓷多管除尘器10除尘后，经冷凝器冷凝，析出焦油和酚类聚合物，从冷凝器流出的气体经风机加压送至焦油收集21、脱硫装置22（例如脱硫塔）脱硫，脱硫后的煤气经风机加压一路送至半焦冷却室12，与高温半焦换热后，经高温煤气加压风机11由底部风室进入内加热流化床热解炉8，另一部分进入气柜加压外送；

（4）内加热流化床热解炉8内置换热器换热后的烟气一路与半焦燃烧后的烟气一起混合调节后，再进入内加热流化床热解炉8内置换热器内加热褐煤，另一路进入废锅23进行换热，废锅23产生的过热蒸汽经减压阀减压进入环管分体式过热蒸汽回转干燥机3蒸汽分配室，通过其上的分支管进入各加热管内，形成的冷凝水在蒸汽分配室内利用虹吸原理排出环管分体式过热蒸汽回转干燥机3外和余热回收装置24换热后的水一起进入废锅23。

Claims (8)

1. 一种新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，内加热流化床热解炉进料口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机出料口连接；内加热流化床热解炉出料口与半焦冷却室进料口连接，半焦冷却室出料口与燃烧器、成品区分别连接；

内加热流化床热解炉尾气出口与第二除尘装置、焦油收集、脱硫装置依次连接，脱硫装置尾气出口与半焦冷却室连接、气柜分别连接，半焦冷却室的尾气口经高温煤气加压风机与内加热流化床热解炉连接；

内加热流化床热解炉内置换热器的烟气出口一路与燃烧器的烟气出口连接后送回内加热流化床热解炉的烟气进口，另一路与废锅烟气进口连接，废锅的蒸汽出口与环管分体式过热蒸汽回转干燥机的蒸汽进口连接；废锅进水口与余热回收装置和干燥机冷凝水出口分别连接； 

环管分体式过热蒸汽回转干燥机的尾气出口一路经第一除尘装置除尘后与环管分体式过热蒸汽回转干燥机蒸汽进口连接，另一路与余热回收装置连接。

2.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述内加热流化床热解炉为穿流床形式，包括炉体，炉体上部设有出风口与第二除尘装置连接；在炉体内设有至少一组烟气集箱，各烟气集箱首尾连接，整个管程为S形，在首尾的烟气集箱处分别设有烟气进口和烟气出口，相邻烟气集箱内设有若干个换热管，各换热管两端垂直方向设有管板；在炉体下部是喷射排管式布风装置，被半焦预热的煤气经过布风装置进入床层，使物料松动并携带携挥发分。

3.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述第一除尘装置包括旋风除尘器I、电除尘器I，环管分体式过热蒸汽回转干燥机的尾气经旋风除尘器I、电除尘器I与环管分体式过热蒸汽回转干燥机蒸汽进口连接，旋风除尘器I收集的物料送入内加热流化床热解炉进料口。

4.如权利要求1或2所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述第二除尘装置包括依次设置的旋风除尘器II、陶瓷多管除尘器，陶瓷多管除尘器与焦油收集、脱硫装置连接，旋风除尘器II收集的物料送入半焦冷却室。

5.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机进料口通过螺旋输送机I与料仓连接；环管分体式过热蒸汽回转干燥机出料口以及旋风除尘器I收集的物料通过干煤仓、螺旋输送机II与内加热流化床热解炉进料口连接；环管分体式过热蒸汽回转干燥机的热源一部分来自废热锅炉，一部分来自其自身的尾气。

6.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述高温煤气加压风机，安装在半焦冷却室之后最近的地方，保证进入高温煤气加压风机的烟气温度不低于350℃；在高温煤气加压风机进出口前应加置膨胀节，密封结构为“气流密封”，密封内无易损件。

7.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述环管分体式过热蒸汽回转干燥机干燥后的煤粉温度为100～120℃，通入环管分体式过热蒸汽回转干燥机内的蒸汽温度为180℃。

8.如权利要求1所述的新型外热式褐煤热解提质系统，其特征是，所述内加热流化床热解炉的内置换热器通750～900℃高温烟气，热半焦排料温度在550～600℃。

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