CN204939395U

CN204939395U - 一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统

Info

Publication number: CN204939395U
Application number: CN201520500117.6U
Authority: CN
Inventors: 雷晓平; 侯傲; 霍锡臣; 冯娜
Original assignee: BEIJING LEIHAO ENVIRONMENTAL PROTECTION ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING LEIHAO ENVIRONMENTAL PROTECTION ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2025-07-10

Abstract

本实用新型公开了一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，该系统由热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV有机连接而成。该系统耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，实现了气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料，用以加热热载体，为气化过程提供热量，热解过程和燃烧过程未消耗高品位热解煤气，避免采用高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，有效利用中高热值热解气，提高了煤气热值。

Description

一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统

技术领域

本实用新型涉及煤炭利用领域，特别是涉及一种煤炭分质分级梯级利用系统。

背景技术

我国的能源消耗目前以及今后很长一段时间都是以煤炭为主。我国煤炭贮藏和开采的品种有大约50％属于低阶煤，主要包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等。伴随中国机械化采煤技术发展，开采出的煤炭中含碎煤率高达70％～80％，块煤所占比例极少，碎煤量越来越大，而且碎煤价格比块煤要便宜的多。这一客观条件造成当前许多单位都在大力开发适合低阶碎煤利用的新技术。传统碎煤利用技术往往只重视于单一热转化过程(如碎煤气化技术、碎煤热解技术或碎煤燃烧技术)，造成低阶碎煤资源利用极大浪费。

中国专利CN101611123B，CN1754945A，CN1958742A提出了碎煤气化耦合燃烧技术，如图1所示，它将传统单一煤气化过程中同时存在的燃烧和热解气化过程完全分开，在两个反应器内完成上述两个过程，通过两个反应器间循环的热载体为气化过程提供热量获取中高热值煤气和高压过热蒸汽。但该技术实施过程中会直接导致碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850℃)下发生热裂解，影响焦油产率(视热解气停留时间确定，焦油产率在3.5～8.0wt/％)，造成煤炭资源利用浪费。

中国专利CN101781583A提出了煤热解耦合气化技术，如图2所示，它的反应器由流化床和输送床耦合为一体，通过将煤的进料位置固定在流化床上部实现煤热解和气化过程在单一反应器内耦合，热解气和气化煤气混合形成气化煤气。但该技术存在高价值热解焦油在高温度气化气下发生热裂解，影响焦油产率等不利因素，而且存在输送床中高操作气速会夹带大量热解的焦粉，为后续焦油和焦粉分离造成困难。

中国专利CN101294092A提出了煤热解气化耦合燃烧技术，该技术由热解反应器、气化反应器和燃烧反应器组成，如图3所示，它主要通过燃烧反应器内循环热载体为气化反应器气化过程和热解反应器热解过程供热，同时气化反应器通过供给氧气引起内部燃烧可弥补热载体不足以提供气化反应热。但是该技术工艺，首先未解决后续加工焦油和焦粉分离问题，亦未充分考虑气化过程煤气余热回收利用，且热解过程和燃烧过程燃用中高热值的热解气体，造成高品位产品浪费；其次，燃烧过程用于为气化过程和热解过程供热的热载体通过气固分离装置的料腿直接返料至气化反应器和热解反应器的浓相床层，存在操作浓相床层突然消失，热解气和气化煤气进入气固分离器与热烟气混合易造成爆燃或者爆炸隐患。

实用新型内容

基于上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，解决碎煤分质分级梯级利用过程中普遍存在的：碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850℃)下发生热裂解造成焦油产率低，高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难，热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用不好以及循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性低等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，包括：

热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV；其中,

所述热解反应器的浓相段设置碎煤入口，该热解反应器上部设置所述颗粒除尘器，所述颗粒除尘器与所述换热器和所述水洗塔依次连接；所述换热器设有重质焦油出口，所述水洗塔设有轻质焦油和热解气与煤气出口；

所述热解反应器的半焦和热载体出口经所述返料机构III与所述气化反应器的半焦和热载体入口相连；

所述气化反应器的气化煤气出口与所述气固分离器II的进口相连，所述气固分离器II的半焦出料口与所述气化反应器的半焦入口相连，所述气固分离器II的煤气出口与所述余热锅炉相连；

所述气化反应器的半焦和热载体出口一经所述返料机构IV与所述热解反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口二经所述返料机构II与所述燃烧反应器的半焦和热载体入口相连；

所述燃烧反应器的出口与所述气固分离器I的进口相连，所述气固分离器I的热载体出口经所述返料机构I与所述气化反应器的热载体入口相连，所述气固分离器I的烟气出口依次与所述空气预热器II和空气预热器I连接，所述空气预热器II的热空气出口与所述气化反应器连接，所述空气预热器I的热空气出口与所述燃烧反应器相连；

所述余热锅炉的煤气出口与所述热解反应器连接，所述余热锅炉的热蒸汽出口与所述气化反应器相连；

所述颗粒除尘器的含半焦颗粒出口与所述燃烧反应器连接；

所述换热器的热水出口连接至所述余热锅炉。

本实用新型的有益效果为：通过利用多个返料装置将热解反应器和燃烧反应器与气化反应器有机连接，耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，实现了气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料用以加热热载体为气化过程提供热量，热解过程和燃烧过程未消耗高品位热解煤气，避免采用高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，有效利用中高热值热解气，提高了煤气热值；解决了碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(>850℃)下发生热裂解造成焦油产率低(3.5％～8.0％)问题，煤焦油产率可达9.5％～10.1wt％；解决和缓解了热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难以及解决了循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性的问题。通过设置余热锅炉解决了热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用问题，有效提高工艺过程热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有技术的碎煤气化耦合燃烧技术示意图；

图2为现有技术的煤热解耦合气化技术示意图；

图3为现有技术的煤热解气化耦合燃烧技术示意图；

图4为本实用新型实施例的低阶碎煤分质分级梯级利用系统示意图；

图51为本实用新型实施例的低阶碎煤分质分级梯级利用系统的热解反应器示意图；

图52为本实用新型实施例的低阶碎煤分质分级梯级利用系统的第二种热解反应器示意图；

图53为本实用新型实施例的低阶碎煤分质分级梯级利用系统的第三种热解反应器示意图；

图1中：1-烟气；2-热载体；3-中热值煤气；4-碎煤；5-热载体+半焦；6-燃烧；7-热解气化；8-过热蒸汽；9、10-空气；

图2中：21-煤气+焦油；22-热解；23-气化；24-碎煤；25-空气；26-过热蒸汽；

图3中：31-烟气；32-热载体；33-中热值煤气；34-焦油；35-热解气；36-热解；37-碎煤；38、310-热载体+半焦；39-气化；311-空气/氧气；312-过热蒸汽；313-燃烧；314-空气；

图4中：41-空气预热器I；42-空气预热器II；43-气固分离器I；44-燃烧反应器；45-返料机构I；46-返料机构II；47-气化反应器；48-气固分离器II；49-余热锅炉；410-返料机构IV；411-返料机构III；412-热解反应器；413-颗粒除尘器；414-换热器；415-水洗塔；416-烟气；417、419-空气；418-外供；420、435-过热空气；421-过热蒸汽；422-煤气；423-热载体；424、426、427-半焦+热载体；425-半焦；428-含半焦颗粒；429-碎煤；430-煤气；431-水；432-重质焦油；433-轻质焦油；434-热解气+煤气。

图51-53中：51-去颗粒除尘器；52-来自返料机构IV(半焦+热载体)；53-去返料机构III(半焦+热载体)；54-碎煤；55-煤气。

具体实施方式

下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

如图4所示，本实用新型实施例提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，该系统包括：热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV；

其中，热解反应器的浓相段设置碎煤入口，该热解反应器上部设置颗粒除尘器，颗粒除尘器与换热器和水洗塔依次连接；换热器设有重质焦油出口，水洗塔设有轻质焦油和热解气与煤气出口；

热解反应器的半焦和热载体出口经返料机构III与气化反应器的半焦和热载体入口相连；

气化反应器的气化煤气出口与气固分离器II的进口相连，气固分离器II的半焦出料口与气化反应器的半焦入口相连，气固分离器II的煤气出口与余热锅炉相连；

气化反应器的半焦和热载体出口一经返料机构IV与热解反应器的半焦和热载体入口相连；气化反应器的半焦和热载体出口二经返料机构II与燃烧反应器的半焦和热载体入口相连；

燃烧反应器的出口与气固分离器I的进口相连，气固分离器I的热载体出口经返料机构I与气化反应器的热载体入口相连，气固分离器I的烟气出口依次与空气预热器II和空气预热器I连接，空气预热器II的热空气出口与气化反应器连接，空气预热器I的热空气出口与燃烧反应器相连；

余热锅炉的煤气出口与热解反应器连接，余热锅炉的热蒸汽出口与气化反应器相连；

颗粒除尘器的含半焦颗粒出口与燃烧反应器连接；

换热器的热水出口连接至余热锅炉。

上述系统中，热解反应器采用低流化数的鼓泡床或下行床；优选的，下行床可采用折流板下行床或非折流板下行床(参见图51～53)。

气化反应器和燃烧反应器均采用低流化数的鼓泡床或快速输送床。

上述系统中，颗粒除尘器采用轻质金属滤网过滤器、轻质颗粒过滤器、轻质过滤球中的任一种；

返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV均采用非机械阀，优选的，非机械阀采用L阀、双锥V型阀、U阀中的任一种。

本实用新型实施例还提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用方法，采用上述的系统，包括以下步骤：

将碎煤经碎煤入口送入热解反应器中，在余热锅炉换热的热气化煤气和返料机构IV返料至热解反应器的半焦和热载体的作用下进行热解反应；

热解反应器上部的颗粒除尘器去除热解反应器输出的由热解气与气化煤气形成的混合煤气中的焦粉，分离出的焦粉输送至燃烧反应器燃烧，分离焦粉后的混合煤气经换热器与水换热后进入水洗塔降温分离成干混合煤气和高纯度煤焦油输出；

热解反应器中热解半焦和热载体通过返料装置III进入气化反应器作为气化反应的气化原料；

气化反应器内半焦和热载体经返料装置II进入燃烧反应器燃烧，被加热的热载体经气固分离器I与热烟气分离，气固分离器I分离的热载体经返料装置I进入气化反应器为气化反应供热；

气固分离器I分离出的热烟气通过空气预热器II对气化反应器所用的空气进行预热，通过空气预热器I对燃烧反应器所用的空气进行预热；

气化反应器产生的热气化煤气经气固分离器II进入余热锅炉与来自换热器的预热水进行换热生成过热蒸汽，过热蒸汽部分进入气化反应器作为气化剂参与气化反应，一部分用于外供；

气固分离器II分离的半焦颗粒返料至气化反应器浓相床进一步参与气化反应。

上述方法中，热解反应器的操作气速为1～2m/s，热解温度为600～650℃，压力为常压，其内碎煤颗粒平均停留时间为3～5s；

气化反应器的操作气速为1～6m/s，操作温度为850～920℃；

燃烧反应器的操作气速为3.5～8.0m/s，操作温度为930～980℃。

上述方法中，由热解气与气化煤气形成的混合煤气为600～650℃的低温混合煤气，该混合煤气按体积百分比组成为：CO11.1～13.2％、CO₂5.5～6.7％、H₂42.0～43.4％、CH₄1.8～2.5％、N₂30.5～32.5％、其余为C2～C4烃类。

上述方法中，余热锅炉与来自换热器的预热水进行换热采用火管换热或者管束换热。

上述方法中，气化反应器内的气化煤气按体积百分比组成为：CO22.0～24.0％、CO₂8.0～12.0％、H₂18.0～22.0％、CH₄0.5～0.8％、N₂40.0～45.5％。

下面结合具体实施例对本发明的系统作进一步说明。

如图4所示，本实用新型的低阶碎煤分质分级梯级利用系统由热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器I、空气预热器II、返料机构I、返料机构II、返料机构III、返料机构IV等组成。

其中，碎煤入口设在热解反应器下部浓相段，热解反应器的半焦和热载体出口与返料机构III进口相连，返料机构III出口与气化反应器半焦和热载体入口相连，气化反应器的气化煤气出口与气固分离器II的进口相连，气固分离器II分离出的半焦直接返料至气化反应器的半焦入口，气化反应器内半焦和热载体出口之一与返料机构IV进口相连，返料机构IV出口与热解反应器半焦和热载体入口相连。气化反应器内半焦和热载体出口之二与返料机构II进口相连，返料机构II出口与燃烧反应器半焦和热载体入口相连，燃烧反应器出口与气固分离器I相连，气固分离器分离出的热载体经返料机构I进入气化反应器热载体入口，其余各相关设备通过管线进行连接。该系统突出的特点是气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料用以加热热载体为气化过程提供热量。

上述系统中，热解反应器可采用低流化数的鼓泡床(I)、下行床(包括折流板(II)和非折流板(III)，虚线表示半焦、热载体和碎煤混合流动的方向)，如图51-53所示；气化反应器和燃烧反应器可采用低流化数的鼓泡床或快速输送床等。

颗粒除尘器可采用轻质金属滤网过滤器、轻质颗粒过滤器、轻质过滤球等过滤混合煤气中的焦粉，以减少颗粒除尘器在应用上1用1备，在颗粒除尘器阻力降超过某数值时，切换备用设备，维护设备在操作方式上可采用脉冲反吹扫或过滤器清洗等措施予以恢复。

返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV采用非机械阀，如L阀、双锥V型阀、U阀等，应用非机械阀内形成的固体物料料封实现不同气氛反应器间的返料问题，可直接避免热解气和气化煤气进入气固分离器I与热烟气混合易造成爆燃或者爆炸隐患。

上述的低阶碎煤分质分级梯级利用系统中，经余热锅炉换热后的中温煤气(700～750℃)和气化反应器经返料机构IV返料的高温半焦和热载体为热解反应器内热解反应提供热源，未消耗高品位热解煤气；经余热锅炉与高温气化煤气换热产生的过热蒸汽、经空气预热器II与烟气换热的预热空气和燃烧反应器经返料机构I返料的高温热载体为气化反应器内气化反应提供热源；经空气预热器I与烟气换热的预热空气、气化反应器经返料机构II返料的高温热载体和半焦和颗粒除尘器经脉冲气力输送的含半焦颗粒为燃烧反应提供助燃风和燃料，实现有效利用余热。

利用本实用新型系统的低阶碎煤分质分级梯级利用方法为：碎煤通过进料设备(如螺旋进料器等)进入热解反应器下部浓相段的碎煤入口，在经过余热锅炉换热的热气化煤气和返料机构IV返料至热解反应器的半焦和热载体的作用下进行热解反应并控制热解温度。热解反应器内煤颗粒平均停留时间在3～5s，与通常的方法相比，缩短了焦油热裂解时间，提高了煤焦油产率，热解温度控制在600～650℃(在此温度下煤热解焦油产率最高)，压力为常压。混合煤气(热解气+气化煤气)经颗粒除尘器除去混合煤气中的焦粉，被分离焦粉经气力输送脉冲进入燃烧炉燃尽，600～650℃低温混合煤气经换热器与水换热后进入水洗塔降温分离干混合煤气和高纯度煤焦油。热解反应器中热解半焦和热载体通过返料装置III进入气化反应器为气化反应提供气化原料。

上述利用方法中，气化反应器内半焦和热载体经返料装置II进入燃烧反应器燃烧，被加热的热载体经气固分离器I与热烟气分离，气固分离器I分离的热载体经返料装置I进入气化反应器为气化反应提供热量。气固分离器I分离热烟气经空气预热器II和空气预热器I分别用于预热气化反应器和燃烧反应器所用空气，充分回收利用热烟气的余热。

上述利用方法中，气化反应器生产热气化煤气经气固分离器II进入余热锅炉与来自换热器的预热水进行火管换热或者管束换热，生产中压过热蒸汽(1.6MPa，～550℃)，部分进入气化反应器作为气化剂参与气化反应，一部分用于外供。气固分离器II分离的半焦颗粒经返料管道返料至气化反应器浓相床进一步参与气化反应，提高气化过程碳转化率；

上述利用方法中，热解反应器操作气速在1～2m/s，操作温度在600～650℃，气化反应器操作气速在1～6m/s，操作温度在850～920℃，燃烧反应器操作气速在3.5～8.0m/s，操作温度在930～980℃。碎煤在热解反应器内热解，实现气化煤气与热解煤气混合，混合煤气组成为：CO(11.1～13.2％)、CO2(5.5～6.7％)、H2(42.0～43.4％)、CH4(1.8～2.5％)、N2(30.5～32.5％)、其余为C2～C4烃类；热解半焦在气化反应器内与来自空气预热器I的预热空气、余热锅炉的过热蒸汽和经返料机构I返料的热载体混合发生气化反应，其气化煤气组成：CO(22.0～24.0％)、CO2(8.0～12.0％)、H2(18.0～22.0％)、CH4(0.5～0.8％)、N2(40.0～45.5％)。

上述利用方法中，混合煤气(热解气+煤气)经颗粒除尘器去除焦粉后，中温混合煤气(550～600℃)经换热器与水换热回收余热，换热器换热过程黏附在管束的重质焦油可通过余热锅炉外供中压过热蒸汽进行吹扫去除，换热后的混合煤气(150～200℃)进一步进入水洗塔冷却降温，分离出混合煤气和轻质焦油。

上述利用方法中，气化反应器的气化介质可采用空气、富氧空气、纯氧和水蒸汽，或者它们的混合物。

上述利用方法中，原料除可采用碎煤之外，还可采用生物质、垃圾、塑料、污泥等。

上述利用方法中，碎煤依据不同阶段反应特性在热解反应器、气化反应器和燃烧反应器中实现热解气化和燃烧过程的耦合。以气化反应器为核心，采用非机械阀实现半焦和热载体在热解反应器和燃烧反应器的循环，保证了各个反应器间运行安全性；在充分利用气化煤气和燃烧热烟气余热的基础上，提高了碎煤热解过程高品质焦油产率和气化过程气化煤气热值，降低了焦油含焦粉量，实现煤气、焦油和过热蒸汽三联产。

实施例1

(1)碎煤热解：

碎煤通过螺旋进料器进入低流化数鼓泡床热解反应器与返料机构IV返料热载体和半焦混合，在余热锅炉换热的720℃的气化煤气作为流化风的条件下进行热解反应，热解反应器温度在620℃，混合煤气在热解反应器内的停留时间3.8s，压力为常压。混合煤气组成为：CO：12.6％、CO2：6.2％、H2：42.4％、CH4：2.3％、N2：31.7％、其余为C2～C4烃类。混合煤气(热解气+煤气)经轻质颗粒过滤器去除焦粉后，570℃混合煤气经换热器与水换热回收余热，换热混合煤气176℃，水预热的温度78℃，中压550℃过热蒸汽吹扫去除余热锅炉黏附重质焦油，混合煤气进一步进入水洗塔冷却降温，分离出混合煤气和轻质焦油，热解过程焦油产率在10.1wt％；

(2)热解半焦气化：

热解反应器内半焦和热载体通过返料机构III进入气化反应器，在经余热锅炉与880℃气化煤气换热产生的中压过热蒸汽(1.6MPa，550℃)、经空气预热器II与烟气换热的450℃预热空气和经返料机构I返料的960℃热载体的作用下进行半焦气化反应，气化反应温度在880℃，其气化煤气组成：CO：23.5％、CO2：10.6％、H2：21.5％、CH4：0.60％、N2：43.8％；气化煤气经余热锅炉换热降温至720℃作为热解反应的流化风，在换热器中预热至78℃的水经余热锅炉生产中压过热蒸汽(1.6MPa，550℃)，部分外供用于换热器重质焦油吹扫，部分用于气化反应；

(3)气化半焦燃烧：

燃烧反应器助燃空气经空气预热器I与烟气换热的预热空气温度至387℃、气化反应器经返料机构II返料的880℃的热载体和半焦和经脉冲气力输送至燃烧反应器的颗粒除尘器收集的含碳颗粒作为燃料进行燃烧产生热烟气，燃烧反应温度在960℃，燃烧过程中循环的960℃热载体经气固分离器I和返料机构I返料至气化反应器为气化过程提供热量，960℃的热烟气经气固分离器I、空气预热器II、空气预热器I进行余热回收，换热得到进入燃烧反应器387℃的热空气和进入气化反应器450℃的热空气，排烟温度在160℃。

通过上述碎煤分质分级梯级利用系统进行碎煤分质分级利用后，产品质量组成为：～1.20kg混合煤气/kg碎煤(煤气热值～2000kcal/Nm³)、～0.101kg热解焦油/kg碎煤，～0.12kg过热蒸汽/kg碎煤，其中经颗粒除尘器后混合煤气含尘量为18mg/Nm³。

实施例2

(1)碎煤热解：

碎煤通过螺旋进料器进入无折流板下行床热解反应器与返料机构IV返料热载体和半焦混合，在余热锅炉换热的750℃的气化煤气作为流化风的条件下进行热解反应，热解反应器温度在646℃，混合煤气在热解反应器内的停留时间3.2s，压力为常压。混合煤气组成为：CO：13.8％、CO2：7.2％、H2：43.1％、CH4：2.1％、N2：32.1％、其余为C2～C4烃类。混合煤气(热解气+煤气)经轻质颗粒过滤器去除焦粉后，601℃混合煤气经换热器与水换热回收余热，换热混合煤气189℃，水预热的温度86℃，中压550℃过热蒸汽吹扫去除余热锅炉黏附重质焦油，混合煤气进一步进入水洗塔冷却降温，分离出混合煤气和轻质焦油，热解过程焦油产率在9.5wt％；

(2)热解半焦气化：

热解反应器内半焦和热载体通过返料机构III进入气化反应器，在经余热锅炉与901℃气化煤气换热产生的中压过热蒸汽(1.6MPa，550℃)、经空气预热器II与烟气换热的428℃预热空气和经返料机构I返料的947℃热载体的作用下进行半焦气化反应，气化反应温度在901℃，其气化煤气组成：CO：21.4％、CO2：12.8％、H2：19.6％、CH4：0.30％、N2：45.9％；气化煤气经余热锅炉换热降温至750℃作为热解反应的流化风，在换热器中预热至86℃的水经余热锅炉生产中压过热蒸汽(1.6MPa，550℃)，部分外供用于换热器重质焦油吹扫，部分用于气化反应；

(3)气化半焦燃烧：

燃烧反应器助燃空气经空气预热器I与烟气换热的预热空气温度至351℃、气化反应器经返料机构II返料的901℃的热载体和半焦和经脉冲气力输送至燃烧反应器的颗粒除尘器收集的含碳颗粒作为燃料进行燃烧产生热烟气，燃烧反应温度在947℃，燃烧过程中循环的947℃热载体经气固分离器I和返料机构I返料至气化反应器为气化过程提供热量，947℃的热烟气经气固分离器I、空气预热器II、空气预热器I进行余热回收，换热得到进入燃烧反应器351℃的热空气和进入气化反应器428℃的热空气，排烟温度在147℃。

通过上述碎煤分质分级梯级利用系统进行碎煤分质分级利用后，产品质量组成为：～1.32kg混合煤气/kg碎煤(煤气热值～1850kcal/Nm³)、～0.095kg热解焦油/kg碎煤，～0.14kg过热蒸汽/kg碎煤，其中经颗粒除尘器后混合煤气含尘量为22mg/Nm³。

本发明的碎煤分质分级梯级利用系统，耦合了碎煤热转化过程中的热解气化和燃烧过程，气化反应器内高温半焦和热载体既可用作热解反应器的热解热源，又可用作燃烧反应器的燃料用以加热热载体为气化过程提供热量，热解过程和燃烧过程未消耗高品位热解煤气，避免采用高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，有效利用中高热值热解气，提高了煤气热值；采用气化反应器高温气化煤气换热生产中压过热蒸汽，降低气化煤气温度，以保证碎煤在热解反应器在低温热解(600～650℃)，解决了碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(>850℃)下发生热裂解造成焦油产率低(3.5％～8.0％)问题，煤焦油产率可达9.5％～10.1wt％，同时耦合颗粒除尘器以获取低含焦粉量、高产率的焦油，焦油产率可达9.5～10.1wt％，混合煤气中含尘量在18～22mg/Nm³，，解决了热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难度问题；实现了碎煤分质分级梯级利用工艺耦合，解决了循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性问题；通过余热锅炉的设置，解决了热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用问题，有效提高工艺过程热效率；该系统实现煤气、高品质焦油和过热蒸汽三联产。本实用新型碎煤分质分级梯级利用不是多种碎煤转化技术任意简单叠加，而是以碎煤资源合理利用为前提，建立在相关技术发展水平基础之上，以煤炭资源利用价值、利用过程效率、经济效益的提高及减少环境污染的最大化为综合目标的新型碎煤综合利用方法。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，包括：

所述颗粒除尘器的含半焦颗粒出口与所述燃烧反应器连接；

所述换热器的热水出口连接至所述余热锅炉。

2.根据权利要求1所述的一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，所述热解反应器采用低流化数的鼓泡床或下行床；

所述气化反应器和燃烧反应器均采用低流化数的鼓泡床或快速输送床。

3.根据权利要求2所述的一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，所述下行床采用折流板下行床或非折流板下行床。

4.根据权利要求1所述的一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，所述颗粒除尘器采用轻质金属滤网过滤器、轻质颗粒过滤器、轻质过滤球中的任一种；

所述返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV均采用非机械阀。

5.根据权利要求4所述的一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，其特征在于，所述非机械阀采用L阀、双锥V型阀、U阀中的任一种。