CN216378072U - 一种固体燃料分级转化多联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体燃料分级转化多联供系统，其特包括流化床热解炉、流化床气化炉、循环流化床燃烧炉、快速冷凝装置、背压式汽轮机、减压器、高压给水加热装置、一号旋风分离器、二号旋风分离器、三号旋风分离器、一号返料器、二号返料器、三号返料器、四号返料器、五号返料器。本系统通过热解、气化、燃烧三者的解耦，利用高温循环灰为固体热载体，在三个反应器中对煤/生物质等固体燃料进行分级利用，实现了热解煤气、焦油、合成气、热量和电力的联产；通过调节系统中各产品的比例，提高了煤/生物质等固体燃料的转化效率和利用效率，减少了投资，降低了成本。

Description

一种固体燃料分级转化多联供系统

技术领域

本实用新型涉及固体燃料分级转化利用领域，特别是涉及一种固体燃料分级转化多联供系统，该系统通过固体燃料的分级转化来联产热解煤气、焦油、合成气、热量和电力。

背景技术

我国煤和生物质等固体燃料资源丰富，但是石油和天然气资源相对短缺。2020年我国生物质资源可获得量高达5.38亿吨标准煤，截止到2016年年末我国煤炭查明资源储量为15980.01亿吨，石油剩余技术可采储量为35.01亿吨，天然气剩余技术可采储量为5.44万亿立方米。我国煤和生物质等固体燃料资源基本能满足国内需求，但油气资源的相对匮乏导致我国每年都需要大量进口石油和天然气。2020年上半年我国石油对外依存度高达73.4%，天然气的对外依存度超过40%。因此，将储量相对丰富的煤/生物质等固体燃料资源转化为替代油品和气品以及化工产品，这对于缓解我国石油和天然气的进口压力，保障我国的能源安全，具有非常重要的意义。

目前我国煤/生物质等固体燃料资源的利用方式还比较单一，仍以直接燃烧为主，效率较低，污染也比较严重；而将煤/生物质等固体燃料完全气化、液化，则存在操作条件高、设备投资大、运行成本高以及对煤/生物质等固体燃料的品质要求比较高等问题。现有煤/生物质等固体燃料的燃烧和气化技术都是将煤/生物质等视为单一物质加以转化，燃烧是把煤/生物质等固体燃料中所含的各种组分作为燃料来利用，没有有效利用其中具有更高利用价值的组分，而气化虽然可以高效低污染的利用煤/生物质等固体燃料资源，但气化过程中固定碳反应速度随转化程度增加而减慢，如果要在单一气化过程中获得完全或很高的转化率，则需要通过高温、高压、长停留时间来获得，这样就导致气化系统复杂庞大，成本增加，而且对煤/生物质等固体燃料的品质要求很高。

因此，有必要设计一种新型的固体燃料分级转化多联供系统，来提高固体燃料的利用率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种利用率高的固体燃料分级转化多联供系统。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种固体燃料分级转化多联供系统，其特征在于：包括流化床热解炉、流化床气化炉、循环流化床燃烧炉、快速冷凝装置、背压式汽轮机、减压器、高压给水加热装置、一号旋风分离器、二号旋风分离器、三号旋风分离器、一号返料器、二号返料器、三号返料器、四号返料器、五号返料器；所述流化床热解炉具有固体燃料给料口、再循环热解煤气入口、热解半焦溢流口、一号高温循环灰入口和气态挥发分出口；所述流化床气化炉具有热解半焦入口、蒸汽入口、未完全气化半焦溢流口和合成气出口；所述循环流化床燃烧炉具有未完全气化半焦入口、一号粉尘入口、二号粉尘入口、二号高温循环灰入口和半焦燃烧产生物出口；所述热解半焦溢流口与二号返料器的进口接通，二号返料器的出口与热解半焦入口接通；所述未完全气化半焦溢流口与四号返料器的进口接通，四号返料器的出口与未完全气化半焦入口接通；所述气态挥发分出口与一号旋风分离器的进口接通，一号旋风分离器分离出的粉尘进入到一号返料器中，一号返料器的出口与一号粉尘入口接通，一号旋风分离器分离出的焦油和煤气进入到快速冷凝装置中，所述快速冷凝装置具有热解煤气出口和焦油出口，其中热解煤气出口与再循环热解煤气入口接通；所述合成气出口与二号旋风分离器的进口接通，二号旋风分离器分离出的粉尘进入到三号返料器中，三号返料器的出口与二号粉尘入口接通，二号旋风分离器具有洁净合成气出口，二号旋风分离器分离出的洁净合成气通过洁净合成气出口向外排出；所述半焦燃烧产生物出口与三号旋风分离器的进口接通，三号旋风分离器分离出的粉尘进入到五号返料器中，五号返料器的出口与一号高温循环灰入口、二号高温循环灰入口均接通；三号旋风分离器分离出的高温烟气进入到高压给水加热装置中，所述高压给水加热装置具有烟气出口和高压给水入口，高温烟气对高压给水加热装置中的水进行加热产生的过热蒸汽进入到背压式汽轮机中做功发电，背压式汽轮机具有外供蒸汽出口，背压式汽轮机的排汽一部分经过外供蒸汽出口向外排出，另一部分排汽进入到减压器减压后再通过蒸汽入口进入到流化床气化炉中。

优选的，所述流化床气化炉还设置有氧气入口。

优选的，所述循环流化床燃烧炉还设置有空气入口

优选的，所述流化床热解炉的运行温度为450～750℃，运行压力为0.1～4MPa。

优选的，所述流化床气化炉的运行温度为800～1000℃，运行压力为0.1～4Mpa。

优选的，所述循环流化床燃烧炉的运行温度为800～1100℃，运行压力为0.1～4Mpa。

本实用新型固体燃料分级转化多联供系统的运行过程为：

煤/生物质等固体燃料经给固体燃料给料口加入到流化床热解炉中，由循环流化床燃烧炉产生的高温循环灰则经一号高温循环灰入口进入到流化床热解炉中，在流化床热解炉中煤/生物质等固体燃料与高温循环灰混合，发生热解，析出气态挥发分，并产生热解半焦；

气态挥发分通过气态挥发分出口进入到一号旋风分离器除尘后最后进入快速冷凝装置，完成气液分离，获得液态焦油和中高热值的热解煤气，得到的液态焦油先通过加工提取芳香烃、酚类等高附加值的化学品，再通过加氢制取汽油、柴油等替代液体燃料；得到的中高热值的热解煤气，一部分通过再循环热解煤气入口再循环回流化床热解炉作流化气，另一部分经净化后作化工合成的原料或作工业或民用的洁净燃料；

流化床热解炉中的煤/生物质等固体燃料热解产生的热解半焦，则通过二号返料器输送至流化床气化炉，与鼓入的蒸汽和氧气发生气化反应，产生合成气，携带有粉尘的合成气经合成气出口进入到二号旋风分离器除尘后，再进一步净化后用作化工合成原料；

流化床气化炉中的未被完全气化的半焦再进一步通过四号返料器输送至循环流化床燃烧炉，在循环流化床燃烧炉中鼓入空气对这部分半焦进行燃烧，半焦燃烧产生高温烟气和固体热载体高温循环灰，二者的混合物经半焦燃烧产生物出口进入到三号旋风分离器中分离，分离出的高温烟气进入到高压给水加热装置中，对高压给水加热装置中的水进行加热，水加热后产生的过热蒸汽进入到背压式汽轮机中做功发电，背压式汽轮机的排汽一部分对外供热给热用户，另一部分则经减压器减压后送入流化床气化炉中，用作半焦部分气化所需的气化剂；

半焦燃烧得到的高温循环灰中，一部分通过五号返料器输送至流化床热解炉用作固体热载体，为流化床热解炉中煤/生物质等固体燃料热解提供所需热量，另一部分则回送至循环流化床燃烧炉参与物料循环；另外，一号旋风分离器分离下来的粉尘经一号返料器，二号旋风分离器分离下来的粉尘经三号返料器，最终也均输送至循环流化床燃烧炉中参与燃烧与物料循环。这样，通过煤/生物质等固体燃料分级利用过程的解耦和装置的集成，最终实现了热解煤气、焦油、合成气、热量和电力的联产。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）本系统通过热解、气化、燃烧三者的解耦，利用高温循环灰为固体热载体，在三个反应器中对煤/生物质等固体燃料进行分级利用，实现了热解煤气、焦油、合成气、热量和电力的联产；通过调节系统中各产品的比例，提高了煤/生物质等固体燃料的转化效率和利用效率，减少了投资，降低了成本；

（2）本系统在流化床气化炉中不追求对半焦进行条件较为严苛的完全气化，而是将反应活性较低、未被完全气化的那部分半焦送入循环流化床燃烧炉进行燃烧，并将燃烧产生的高温循环灰作为固体热载体，为流化床热解炉中固体燃料热解提供所需要的热量，这样就有效地降低了投资和运行成本，具有很好的经济效益；

（3）本系统采用煤/生物质等固体燃料热解、气化、燃烧分级转化，能够实现硫、氮污染物的耦合抑制和有效脱除，从而用最经济的方法解决了煤/生物质等固体燃料利用过程中污染物的控制问题，实现了系统整体效益最优化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

附图标记说明：固体燃料给料口1；再循环热解煤气入口2；一号高温循环灰入口3；流化床热解炉4；热解半焦溢流口5；一号旋风分离器6；快速冷凝装置7；热解煤气出口8；焦油出口9；一号返料器10；二号返料器11；热解半焦入口12；蒸汽入口13；氧气入口14；未完全气化半焦溢流口15；流化床气化炉16；三号返料器17；二号旋风分离器18；洁净合成气出口19；四号返料器20；未完全气化半焦入口21；空气入口22；循环流化床燃烧炉23；三号旋风分离器24；五号返料器25；二号高温循环灰入口26；高压给水入口27；背压式汽轮机28；外供蒸汽出口29；减压器30；烟气出口31；一号粉尘入口32；二号粉尘入口33；高压给水加热装置34；气态挥发分出口35；合成气出口36；半焦燃烧产生物出口37。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1。

本实施例公开了一种固体燃料分级转化多联供系统，其包括流化床热解炉4、流化床气化炉16、循环流化床燃烧炉23、快速冷凝装置7、背压式汽轮机28、减压器30、高压给水加热装置34、一号旋风分离器6、二号旋风分离器18、三号旋风分离器24、一号返料器10、二号返料器11、三号返料器17、四号返料器20、五号返料器25。

本实施例中，流化床热解炉4具有固体燃料给料口1、再循环热解煤气入口2、热解半焦溢流口5、一号高温循环灰入口3和气态挥发分出口35。流化床热解炉4的运行温度为450～750℃，运行压力为0.1～4MPa。

本实施例中，流化床气化炉16具有热解半焦入口12、蒸汽入口13、氧气入口14、未完全气化半焦溢流口15和合成气出口36。流化床气化炉16的运行温度为800～1000℃，运行压力为0.1～4Mpa。

本实施例中，循环流化床燃烧炉23具有未完全气化半焦入口21、空气入口22、一号粉尘入口32、二号粉尘入口33、二号高温循环灰入口26和半焦燃烧产生物出口37。循环流化床燃烧炉23的运行温度为800～1100℃，运行压力为0.1～4Mpa。

本实施例中，热解半焦溢流口5与二号返料器11的进口接通，二号返料器11的出口与热解半焦入口12接通；未完全气化半焦溢流口15与四号返料器20的进口接通，四号返料器20的出口与未完全气化半焦入口21接通。

本实施例中，气态挥发分出口35与一号旋风分离器6的进口接通，一号旋风分离器6分离出的粉尘进入到一号返料器10中，一号返料器10的出口与一号粉尘入口32接通，一号旋风分离器6分离出的焦油和煤气进入到快速冷凝装置7中，快速冷凝装置7具有热解煤气出口8和焦油出口9，其中热解煤气出口8与再循环热解煤气入口2接通。

本实施例中，合成气出口36与二号旋风分离器18的进口接通，二号旋风分离器18分离出的粉尘进入到三号返料器17中，三号返料器17的出口与二号粉尘入口33接通，二号旋风分离器18具有洁净合成气出口19，二号旋风分离器18分离出的洁净合成气通过洁净合成气出口19向外排出。

本实施例中，半焦燃烧产生物出口37与三号旋风分离器24的进口接通，三号旋风分离器24分离出的粉尘进入到五号返料器25中，五号返料器25的出口与一号高温循环灰入口3、二号高温循环灰入口26均接通；三号旋风分离器24分离出的高温烟气进入到高压给水加热装置34中，高压给水加热装置34具有烟气出口31和高压给水入口27，高温烟气对高压给水加热装置34中的水进行加热产生的过热蒸汽进入到背压式汽轮机28中做功发电，背压式汽轮机28具有外供蒸汽出口29，背压式汽轮机28的排汽一部分经过外供蒸汽出口29向外排出，另一部分排汽进入到减压器30减压后再通过蒸汽入口13进入到流化床气化炉16中。

本固体燃料分级转化多联供系统的运行过程为：

煤/生物质等固体燃料经给固体燃料给料口1加入到流化床热解炉4中，由循环流化床燃烧炉23产生的高温循环灰则经一号高温循环灰入口3进入到流化床热解炉4中，在流化床热解炉4中煤/生物质等固体燃料与高温循环灰混合，发生热解，析出气态挥发分，并产生热解半焦；

气态挥发分通过气态挥发分出口35进入到一号旋风分离器6除尘后最后进入快速冷凝装置7，完成气液分离，获得液态焦油和中高热值的热解煤气，得到的液态焦油先通过加工提取芳香烃、酚类等高附加值的化学品，再通过加氢制取汽油、柴油等替代液体燃料；得到的中高热值的热解煤气，一部分通过再循环热解煤气入口2再循环回流化床热解炉4作流化气，另一部分经净化后作化工合成的原料或作工业或民用的洁净燃料；

流化床热解炉4中的煤/生物质等固体燃料热解产生的热解半焦，则通过二号返料器11输送至流化床气化炉16，与鼓入的蒸汽和氧气发生气化反应，产生合成气，携带有粉尘的合成气经合成气出口36进入到二号旋风分离器18除尘后，再进一步净化后用作化工合成原料；

流化床气化炉16中的未被完全气化的半焦再进一步通过四号返料器20输送至循环流化床燃烧炉23，在循环流化床燃烧炉23中鼓入空气对这部分半焦进行燃烧，半焦燃烧产生高温烟气和固体热载体高温循环灰，二者的混合物经半焦燃烧产生物出口37进入到三号旋风分离器24中分离，分离出的高温烟气进入到高压给水加热装置34中，对高压给水加热装置34中的水进行加热，水加热后产生的过热蒸汽进入到背压式汽轮机28中做功发电，背压式汽轮机28的排汽一部分对外供热给热用户，另一部分则经减压器30减压后送入流化床气化炉16中，用作半焦部分气化所需的气化剂；

半焦燃烧得到的高温循环灰中，一部分通过五号返料器25输送至流化床热解炉4用作固体热载体，为流化床热解炉4中煤/生物质等固体燃料热解提供所需热量，另一部分则回送至循环流化床燃烧炉23参与物料循环；另外，一号旋风分离器6分离下来的粉尘经一号返料器10，二号旋风分离器18分离下来的粉尘经三号返料器17，最终也均输送至循环流化床燃烧炉23中参与燃烧与物料循环。这样，通过煤/生物质等固体燃料分级利用过程的解耦和装置的集成，最终实现了热解煤气、焦油、合成气、热量和电力的联产。

本系统根据煤/生物质等固体燃料中不同组分在不同转化阶段的反应性不同的特点，将煤/生物质等固体燃料进行热解、气化、燃烧的分级转化利用，则可以在煤/生物质等固体燃料的利用过程中减少投资，降低成本，也可以实现用最经济的方法解决煤/生物质等固体燃料中污染物的脱除问题。挥发分是煤/生物质等固体燃料组成中最活跃的组分，通常在较低的温度下就会析出，同时挥发分也是煤/生物质等固体燃料中比较容易进行利用的组分。另外有研究表明，煤/生物质等固体燃料在流化床气化过程中由煤/生物质等热解产生的挥发分气氛对半焦进一步的水蒸气气化有较大的抑制作用。因此，结合煤/生物质等固体燃料自身的结构特点及转化特性，把煤/生物质等固体燃料的热解、气化、燃烧等各过程有机结合，即用高温循环灰作为固体热载体，先在流化床热解炉中采用中低温温和热解方法将煤/生物质等固体燃料中容易热解的部分转化为热解煤气和焦油，然后将煤/生物质等固体燃料热解所产生的热解半焦送到流化床气化炉中，脱离开挥发分气氛进行水蒸气气化剂另外还有氧气气化制取合成气，则可以有效提高气化效率。热解半焦在流化床气化炉中进行的只是反应条件比较温和的、较易实现的部分气化，未被完全气化的半焦则进一步送到循环流化床燃烧炉中燃烧放热，一方面可以获取固体热载体高温循环灰，另一方面则可以发电、对外供热以及提供气化炉所需的气化剂蒸汽。这样，通过一个系统就实现了联产热解煤气、焦油、合成气、热量和电力。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种固体燃料分级转化多联供系统，其特征在于：包括流化床热解炉（4）、流化床气化炉（16）、循环流化床燃烧炉（23）、快速冷凝装置（7）、背压式汽轮机（28）、减压器（30）、高压给水加热装置（34）、一号旋风分离器（6）、二号旋风分离器（18）、三号旋风分离器（24）、一号返料器（10）、二号返料器（11）、三号返料器（17）、四号返料器（20）、五号返料器（25）；所述流化床热解炉（4）具有固体燃料给料口（1）、再循环热解煤气入口（2）、热解半焦溢流口（5）、一号高温循环灰入口（3）和气态挥发分出口（35）；所述流化床气化炉（16）具有热解半焦入口（12）、蒸汽入口（13）、未完全气化半焦溢流口（15）和合成气出口（36）；所述循环流化床燃烧炉（23）具有未完全气化半焦入口（21）、一号粉尘入口（32）、二号粉尘入口（33）、二号高温循环灰入口（26）和半焦燃烧产生物出口（37）；所述热解半焦溢流口（5）与二号返料器（11）的进口接通，二号返料器（11）的出口与热解半焦入口（12）接通；所述未完全气化半焦溢流口（15）与四号返料器（20）的进口接通，四号返料器（20）的出口与未完全气化半焦入口（21）接通；所述气态挥发分出口（35）与一号旋风分离器（6）的进口接通，一号旋风分离器（6）分别接通至一号返料器（10）和快速冷凝装置（7），一号返料器（10）的出口与一号粉尘入口（32）接通，所述快速冷凝装置（7）具有热解煤气出口（8）和焦油出口（9），其中热解煤气出口（8）与再循环热解煤气入口（2）接通；所述合成气出口（36）与二号旋风分离器（18）的进口接通，二号旋风分离器（18）分离出的粉尘进入到三号返料器（17）中，三号返料器（17）的出口与二号粉尘入口（33）接通，二号旋风分离器（18）具有洁净合成气出口（19），二号旋风分离器（18）分离出的洁净合成气通过洁净合成气出口（19）向外排出；所述半焦燃烧产生物出口（37）与三号旋风分离器（24）的进口接通，三号旋风分离器（24）分离出的粉尘进入到五号返料器（25）中，五号返料器（25）的出口与一号高温循环灰入口（3）、二号高温循环灰入口（26）均接通；三号旋风分离器（24）分离出的高温烟气进入到高压给水加热装置（34）中，所述高压给水加热装置（34）具有烟气出口（31）和高压给水入口（27），高温烟气对高压给水加热装置（34）中的水进行加热产生的过热蒸汽进入到背压式汽轮机（28）中做功发电，背压式汽轮机（28）具有外供蒸汽出口（29），背压式汽轮机（28）的排汽一部分经过外供蒸汽出口（29）向外排出，另一部分排汽进入到减压器（30）减压后再通过蒸汽入口（13）进入到流化床气化炉（16）中。

2.根据权利要求1所述的固体燃料分级转化多联供系统，其特征在于：所述流化床气化炉（16）还设置有氧气入口（14）。

3.根据权利要求1所述的固体燃料分级转化多联供系统，其特征在于：所述循环流化床燃烧炉（23）还设置有空气入口（22）。

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