CN207659390U - 一种煤热解和流化制气耦合的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种煤热解和流化制气耦合的系统，包括热解反应器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；热解反应器包括燃料气入口、热解气出口、烟气出口、多管束布料器和热焦出口；气力输送装置包括加压烟气入口和热焦输送管线；炉前旋风分离器包括气相出口、固相出口；流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，流化床分为稀相区和密相区；炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口、燃尽灰尘出口以及燃料气出口。本实用新型提出的方案使得高温半焦的输送更为安全，炉前的旋风分离器解决了输送气体对流化床燃烧的干扰问题，保护了流化床制气炉的安全稳定，提高了流化床的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤炭分阶梯级利用技术领域，具体为一种煤热解和流化制气耦合的系统。
背景技术
在我国煤炭资源中，挥发分较高的年轻煤所占比例较大，干燥基挥发分含量在28％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的3/4左右，干燥基挥发分含量在35％以上的年轻煤约占全国煤炭储量的50％。中国直接燃烧的煤约占总煤量的80％，而直接燃烧煤的一半以上用于发电，很多年轻煤中的化学能全部转化为热能，浪费了年轻煤中潜在的具有高附加值的油、气和化学品。
若能充分考虑煤炭分子结构组成的不均一性以及不同组分转化特性的差异，进而实施分级转化，则对于提高我国年轻煤炭综合利用率具有重大意义。基于此，中国科学院郭慕孙院士提出了以年轻煤热解为基础的油、气、热、电等联产的煤拔头工艺，即在利用年轻煤炭前，首先将年轻煤炭经过简单且条件温和的工艺进行处理获得液体和气体产品去化工作为化工原料，剩余的固体残留物半焦再送去燃烧或制气，则可在大大提高年轻煤炭综合利用率的同时，得到社会急需的和气体产品和化工产品。
现有技术公开了一种高温半焦埋刮板输送的煤热解工艺，如图1，其工艺流程为：从热解炉1出来的800℃高温半焦经旋转给料机2输送至封闭式高温埋刮板3入口。进过高温埋刮板3输送到流化床锅炉入料口，高温埋刮板出口进入到锅炉流化区入口4。同时一次风从一次风入口51进入通过锅炉风机8输送至锅炉流化区5，一次风使半焦颗粒进入流化状态并燃烧。小颗粒及CO等气体通过床层向上流动进入燃烧区6。二次风从二次风入口61进入，作为燃烧区6的燃料气与之混合进一步燃烧，随后焦粉和烟气进入锅炉旋风分离器9进行气固分离。未燃尽的焦粉通过返料口返回到流花流化区继续燃烧。燃尽的灰尘随烟气排出锅炉，并通过蒸汽发生器10加热水蒸气。
但上述技术存在如下缺陷：(1)热解炉内，伴随着高温半焦的产生，同时产生热解气，热解气内含有CO比例超过20％，属于有毒易燃易爆气体；(2)采用高温埋刮板输送高温半焦，热解气会随着高温半焦共同进入高温埋刮板内部，但高温埋刮板由于结构特点，在驱动端和尾轮部分很难完全密封，尤其在生产状态下，温度大幅度变化，造成各个密封面更加困难，并且会造成环境污染；(3)高温埋刮板内部和锅炉进料区也难以完全隔断，锅炉内的明火容易进入埋刮板内部，引起热解气爆炸，也是个安全隐患。
实用新型内容
面临上述技术问题，本实用新型旨在提出针对中低阶粉煤的一种热解制气联合化工的系统，采用热解炉、流化床制气炉、高温半焦气力输送和旋风分离耦合的方式，实现提高能源利用效率且保证系统的安全性的目的。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种煤热解和流化制气耦合的系统，其特征在于，包括热解反应器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，
所述热解反应器包括燃料气入口、热解气出口、烟气出口、以及设置在顶部的多管束布料器和底部的热焦出口；
所述气力输送装置包括加压烟气入口和热焦输送管线；所述热焦输送管线一端连接所述加压烟气入口以及所述热焦出口，另一端连接所述炉前旋风分离器；进一步地，所述加压烟气入口连接烟气加压装置；
所述炉前旋风分离器包括设在顶部的气相出口以及底部的固相出口；
所述流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，其中，
所述流化床分为稀相区和密相区；所述稀相区设有气相入口、二次风入口以及焦粉烟气出口，所述二次风入口位置优选高于所述气相入口，所述气相入口和所述气相出口相连；所述密相区设有固相入口、粉煤入口、一次风入口、回料入口以及燃烧器，所述固相入口和所述固相出口通过斜管相连；进一步地，所述流化床上部三分之二高度部分为所述稀相区，下部三分之一高度部分为所述密相区；
所述炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口、燃尽灰尘出口以及燃料气出口，所述焦粉烟气入口连接所述焦粉烟气出口，所述回料出口连接所述回料入口；进一步地，所述燃尽灰尘出口连接换热装置。
优选地，所述炉前旋风分离器的高度位置在所述二次风入口和所述密相区之间。
进一步地，所述系统还包括相互连接的净化装置和喷淋装置；所述净化装置包括热解气入口，所述喷淋装置包括净化气出口和煤焦油出口，所述热解气入口和所述热解气出口相连。
具体地，所述煤焦油出口分为第一煤焦油出口和第二煤焦油出口；其中，所述第二煤焦油出口和所述流化床的燃烧器相连。
进一步地，所述热解反应器包括辐射管加热器，多个所述辐射管加热器从上往下布置在所述热解反应器内的加热区域；
所述热解气出口、所述烟气出口和所述燃料气入口均具有多个，且从上往下布置在所述热解反应器的侧壁上。
优选地，所述燃料气入口和所述燃料气出口相连。
进一步地，所述系统包括螺旋输送机、烘干提升管以及料斗；其中，
所述螺旋输送机和所述多管束布料器相连；
所述烘干提升管下部设有煤粉进料口和烘干气入口，上部设有煤粉出料口；
所述料斗和所述煤粉出料口连接，且所述料斗的下部和所述螺旋输送机连接。
优选地，所述烘干气入口和所述烟气出口相连。
本实用新型的技术方案主要优势在于：
(1)利用气力输送，解决了半焦密封的密封问题和安全问题；在气力输送过程中，相关的半焦输送管道都为静态密封，杜绝了热解气在输送过程中的泄漏问题，同时使用惰性气体输送能保证输送的安全性。
(2)炉前的旋风分离器解决了输送气体对流化床燃烧的干扰问题；气力输送的半焦首先进入流化床炉前的旋风除尘器，通过旋风除尘器后，粗颗粒半焦和输送气体分离，粗颗粒半焦经过落料管(斜管)进入密相区，一方面保证了稳定的供料，另一方面，避免的输送气体对稀相区的干扰，输送气体和细颗粒焦粉通过随二次风进入上部燃烧器，焦粉随二次风燃烧，保证的燃烧效果。
(3)利用热解炉烟气风降低半焦温度，通过控制固气比，保证了系统的安全；
(4)流化床制气炉产生的低品位气体作为热解反应器的燃料气，提高了能量的综合利用率。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
图1为本实用新型的高温半焦埋刮板输送工艺流程简图；
图2为本实用新型的煤热解和流化制气耦合的系统简图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
本实用新型提出了一种煤热解和流化制气耦合的系统，如图2，其特征在于，包括热解反应1、气力输送装置2、炉前旋风分离器3和流化床制气炉4；其中，
所述热解反应器1包括燃料气入口11、热解气出口12、烟气出口13、以及设置在顶部的多管束布料器14和底部的热焦出口15；
所述气力输送装置2包括加压烟气入口21和热焦输送管线22；所述热焦输送管线22一端连接所述加压烟气入口21以及所述热焦出口15，另一端连接所述炉前旋风分离器3；进一步地，所述加压烟气入口21连接烟气加压装置(图未示出)；
所述炉前旋风分离器3包括设在顶部的气相出口31以及底部的固相出口32；
所述流化床制气炉4包括流化床41和炉后旋风分离器42，其中，
所述流化床41分为稀相区411和密相区412；所述稀相区411设有气相入口4111、二次风入口(图未示出)以及焦粉烟气出口4112，所述二次风入口位置优选高于所述气相入口4111，所述气相入口4111和所述气相出口31相连；所述密相区412设有固相入口4121(流化口)、粉煤入口4122、底部的一次风入口(图未示出)、回料入口4123以及燃烧器4124，所述固相入口4121和所述固相出口32优选通过斜管5相连；
进一步地，所述流化床41下部三分之一高度部分(流化口到流化床锅炉燃烧腔三分之一高度部分)为所述密相区412，该区间主要是颗粒煤的燃烧和流化，为厌氧低温燃烧，颗粒煤燃烧到一定地步后，由于重量减轻，同时部分原煤(半焦)颗粒燃烧过程中发生粉化，相关小颗粒和部分粉化后的煤粉随气流进入上部稀相燃烧区；上部三分之二高度部分(锅炉燃烧腔三分之一高度到焦粉烟气出口)为所述稀相区411，燃烧性质为过氧高温燃烧。
所述炉后旋风分离器42包括焦粉烟气入口421、回料出口422、燃尽灰尘出口423以及燃料气出口424，所述焦粉烟气入口421连接所述焦粉烟气出口4112，所述回料出口422连接所述回料入口4123；进一步地，所述燃尽灰尘出口423连接换热装置。
优选地，所述炉前旋风分离器3的高度位置在所述二次风入口和所述密相区412之间。
进一步地，所述系统还包括相互连接的净化装置6和喷淋装置7；所述净化装置6包括热解气入口61，所述喷淋装置7包括净化气出口71和煤焦油出口，所述热解气入口61和所述热解气出口12相连。
具体地，所述煤焦油出口分为第一煤焦油出口72和第二煤焦油出口73；其中，所述第二煤焦油出口722和所述流化床41的燃烧器4124相连。
进一步地，所述热解反应器1包括辐射管加热器16，多个所述辐射管加热器16从上往下布置在所述热解反应器内的加热区域；
所述热解气出口12、所述烟气出口13和所述燃料气入口11均具有多个，且从上往下布置在所述热解反应器1的侧壁上。
优选地，所述燃料气入口11和所述燃料气出口424相连。
进一步地，所述系统包括螺旋输送机8、烘干提升管9以及料斗10；其中，
所述螺旋输送机8和所述多管束布料器14相连；
所述烘干提升管9下部设有煤粉进料口91和烘干气入口92，上部设有煤粉出料口93；
所述料斗10和所述煤粉出料口93连接，且所述料斗10的下部和所述螺旋输送机8连接。
优选地，所述烘干气入口92和所述烟气出口13相连。
本实用新型还提出了一种耦合煤热解和流化制气的方法，其特征在于，包括：
A.煤热解：煤粉在烘干提升管烘干后从顶部加入热解反应器发生热解，得到热焦、烟气(150-200℃)和热解气；所述煤粉的粒径优选小于10mm；
B.气力输送及炉前分离：在气力输送装置，通过U型阀的压缩空气作用将所述热焦送至炉前旋风分离器进行气固分离，得到的烟气和细焦粉输送至流化床的稀相区，粗焦粉通过斜管流入流化床的密相区；进入稀相区的烟气和细焦粉，同进入密相区的粗焦粉的输送量之比优选为1:5～10；通过旋风分离器，能够把输送风和半焦颗粒分离，减少了输送风对流化床的干扰，同时旋风分离器也作为缓冲，使半焦颗粒进入流化床制气炉更加均匀稳定；
C.流化制气：在流化床内，利用一次风的助燃和流化，使所述粗焦粉在所述密相区部分燃烧后进入所述稀相区，然后连同所述稀相区的烟气和细焦粉通过二次风的助燃进一步燃烧，得到焦粉烟气；
D.粗焦回收：所述焦粉烟气进入炉后旋风分离器后分离，得到的未燃尽的焦颗粒通过回料入口重新进入所述密相区，得到的燃料气从燃料气出口排出。
进一步地，该方法还包括，将步骤A得到的所述热解气依次经过净化装置去除热解蒸汽中携带的细尘后，再进入喷淋装置，得到净化气和煤焦油，该净化气进入化工系统作为化工原料；优选地，将所述煤焦油一部分输送至所述流化床作为制气燃料。
具体地，该方法还包括：将步骤D得到的所述燃料气输送至所述热解反应器作为热解燃料。
进一步地，该方法还包括：利用步骤A得到的所述烟气对所述煤粉进行烘干，煤粉经烘干、提升送至料斗。料斗中的煤粉经热解反应器顶部的多管束布料器分布后，均匀进入热解反应器后自由下落，再经反应器的多层辐射管加热热解。
下面结合具体实施例对本实用新型的煤热解和流化制气耦合的工艺作进一步地具体详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
实施例1
利用本实用新型的系统进行煤粉高温热解和流化制气，其中，涉及热解炉高温半焦生产能力5t/h，其它工艺操作参数见表1-表3。
可供选择的气力输送参数如表1。
表1：气力输送参数
表2：热解后的高温半焦特性
表3：热解后的高温半焦粒度分布
| 粒径(mm) | 0～0.074 | 0.074～1 | 1～2 | 2～3 | 3～10 |
| 重量比例(％) | 5～15 | 5～40 | 5～10 | 5～20 | 5～20 |
当选择表1中序号4的输送参数，通过旋风分离后，得到的烟气和细焦粉(约4.5t/h)输送至流化床的密相区，粗焦粉(约0.5T/H)通过斜管依靠自重流入流化床的稀相区。使用该方案，使得高温半焦的输送更为安全，炉前的旋风分离器解决了输送气体对流化床燃烧的干扰问题，保护了流化床制气炉的安全稳定，提高了流化床的使用寿命。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种煤热解和流化制气耦合的系统，其特征在于，包括热解反应器、气力输送装置、炉前旋风分离器和流化床制气炉；其中，
所述热解反应器包括燃料气入口、热解气出口、烟气出口、以及设置在顶部的多管束布料器和底部的热焦出口；
所述气力输送装置包括加压烟气入口和热焦输送管线；所述热焦输送管线一端连接所述加压烟气入口以及所述热焦出口，另一端连接所述炉前旋风分离器；
所述炉前旋风分离器包括设在顶部的气相出口以及底部的固相出口；
所述流化床制气炉包括流化床和炉后旋风分离器，其中，
所述流化床分为稀相区和密相区；所述稀相区设有气相入口、二次风入口以及焦粉烟气出口，所述气相入口和所述气相出口相连；所述密相区设有固相入口、粉煤入口、一次风入口、回料入口以及燃烧器，所述固相入口和所述固相出口通过斜管相连；
所述炉后旋风分离器包括焦粉烟气入口、回料出口、燃尽灰尘出口以及燃料气出口，所述焦粉烟气入口连接所述焦粉烟气出口，所述回料出口连接所述回料入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述炉前旋风分离器的高度位置在所述二次风入口和所述密相区之间。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括相互连接的净化装置和喷淋装置；所述净化装置包括热解气入口，所述喷淋装置包括净化气出口和煤焦油出口，所述热解气入口和所述热解气出口相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述煤焦油出口分为第一煤焦油出口和第二煤焦油出口；其中，所述第二煤焦油出口和所述流化床的燃烧器相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热解反应器包括辐射管加热器，多个所述辐射管加热器从上往下布置在所述热解反应器内的加热区域；
所述热解气出口、所述烟气出口和所述燃料气入口均具有多个，且从上往下布置在所述热解反应器的侧壁上。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括螺旋输送机、烘干提升管以及料斗；其中，
所述螺旋输送机和所述多管束布料器相连；
所述烘干提升管下部设有煤粉进料口和烘干气入口，上部设有煤粉出料口；
所述料斗和所述煤粉出料口连接，且所述料斗的下部和所述螺旋输送机连接。
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| CN107880918A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-06 | 北京神雾电力科技有限公司 | 一种煤热解和流化制气耦合的系统和方法 |
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