CN105885895A - 煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法 - Google Patents

煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法。该***包括：煤热解反应器、制粉***、煤粉锅炉；所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉***的半焦入口连接；所述制粉***的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。本发明在反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘***降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，降低重质焦油收率。产生热解半焦与原料煤一起进入制粉***制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了发电效率。

Description

煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法
技术领域
本发明属于煤炭分阶梯级利用技术领域，尤其涉及针对长焰煤、褐煤等中低阶粉煤的一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法。
背景技术
随着液体燃料、气体燃料和化工原料在能源消费总量中比重的逐步提高，以煤炭的化工转化保障关键能源领域中自给率的能源发展路线取得了显著的进步。煤热解是一类弱吸热反应，反应本身的能量消耗仅相当于原料热值的3-5％。在绝氧工作条件，温度的增加将会导致煤的大分子逐步解构，通过氢转移、脱氢和缩合反应，芳核逐步缩聚，从单环芳烃－稠环芳烃－多环芳烃－半焦，直至焦炭。煤的热解过程通常可以形成可燃气、焦油和半焦(或焦炭)等三类产出物。
煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧。现有的***都是采取较复杂的固体或气体作为热载体的煤热解拔头工艺。如现有的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解***采取燃烧***来的热灰作为载体，涉及到载体的燃烧和流化，工艺较繁琐，***复杂，造价高。目前以半焦作为热载体的工艺中，工艺流程包括半焦的加热、提升、分离、混合等工艺，导致***流程增加，大大提高了***故障率。
煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规则，需要后续设置复杂的热解油气处理***才可得到可燃气和高品质焦油。热解工艺中除尘技术已成为低阶煤热解工业化过程急需解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用***及处理煤的方法，针对煤粉锅炉设置了一种新型煤拔头工艺，制取高附加值产品，并利用现有煤粉锅炉的输送***，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。
煤拔头，旨在常压、中低温、无催化剂和氢气的条件下，用温和热解的方式提取煤中的气体、液体燃料和精细化学品，并借此工艺脱硫脱硝，从而实现油、煤气、热、电的多联产。
本发明的目的之一提供一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，包括：煤热解反应器、制粉***、煤粉锅炉，
所述煤热解反应器包括：反应器本体和颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板和可伸缩的阀门，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁围成上开口的腔体，所述侧面板为多孔板，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口；
所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉***的半焦入口连接；
所述制粉***的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。
本发明中，所述阀门为板状体，在所述壁板的固定部位之间的侧壁之下设有长孔，所述阀门可伸缩的安装于所述长孔。
本发明中，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板为多孔板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室。热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。
另一种方案，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板设置在所述热解油气出口处，所述滤板为多孔板。一般来说，反应器的热解油气出口带有一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。
本发明的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***进一步包括热解油气处理***；
所述热解油气处理***与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。
本发明中，所述热解油气处理***包括：气液分离***，热解气净化***，焦油精制***；
所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离***连接，所述气液分离***的气体出口与所述热解气净化***连接，所述气液分离***的液体出口与所述焦油精制***连接。
本发明中，所述热解气净化***具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口，热解气净化***产生的部分可燃气作为燃料，为热解反应提供能量。
本发明的另一目的是提供一种使用上述煤热解反应器与煤粉锅炉联用***处理煤的方法，包括如下步骤：
将破碎后的原料(低阶煤)加入到煤热解反应器，使原料发生热解反应，产生热解油气和热解半焦；
产生的所述热解油气经所述颗粒移动床除尘、降温后排出所述煤热解反应器；
将400-600℃的所述热解半焦从所述煤热解反应器的半焦出口排出；
将排出所述煤热解反应器外的所述热解半焦，与原料煤一起送入制粉***制得煤粉，将所述煤粉送入所述煤粉锅炉进行燃烧。
在将原料加入煤热解反应器之前，将所述原料破碎至粒径3mm以下。
所述处理煤的方法还包括热解油气的分离步骤：将排出所述煤热解反应器的所述热解油气送入油气分离***，得到热解气和热解焦油，将所述热解气送入所述热解气净化***得到可燃气，将所述热解焦油送入所述焦油精制***得到高品质焦油。
本发明技术方案是有益效果：
本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，同时通过除尘***降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，降低了后续焦油预处理成本，降低重质焦油收率。产生热解半焦与原料煤一起进入制粉***制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了能源利用率。
为了便于描述，在本文中，术语“煤快速热解反应器”、“蓄热式下行床反应器”、“热解炉”可互换使用。
附图说明
图1是本发明煤热解反应器与煤粉锅炉联用***的结构示意图；
图2是本发明使用煤热解反应器与煤粉锅炉联用***处理煤的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明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发明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，而不是对本发明的限制。
本发明实施例公开了煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，用于处理低阶煤。如图1所示，***包括煤热解反应器100、制粉***200、煤粉锅炉300和热解油气处理***400。原料(低阶煤)在煤热解反应器100中发生热解反应，产生热解半焦和热解油气。热解半焦与原料煤一起进入所述制粉***200制得煤粉，将所述煤粉送至所述煤粉锅炉300以进行燃烧。热解油气进入热解油气处理***400进行后续处理得到可燃气和焦油。
煤热解反应器100为蓄热式下行床反应器，包括：反应器本体、蓄热式辐射管、颗粒移动床。
反应器本体为热解反应容器。热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁上设置有热解油气出口。
蓄热式辐射管设置在反应器本体内，蓄热式辐射管沿反应器本体的高度方向多层布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管。由于采用多层蓄热式辐射管供热，反应***结构简单，操作方便，加热效果好，温度分布均匀。每层蓄热式辐射管与相邻上下两层的蓄热式辐射管互相平行且沿反应器本体的高度方向交错分布。由此，可显著提高反应器的热解效率，从而提高产品的产出率。
颗粒移动床固定热解反应容器本体的侧壁上，并将热解油气出口罩住，本发明所述的罩住，是指颗粒移动床将热解油气出口与反应器内腔隔离。热解油气经颗粒移动床除尘后，由热解油气出口排出反应容器本体外。
颗粒移动床设置在反应器本体的侧壁上。在本实施例中，颗粒移动床包括壁板，侧面板，滤板和阀门。
两个壁板分别固定在反应器本体的侧壁上。为了方便说明，特指位于两个壁板的在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为“部分侧壁”。热解油气出口设置在该“部分侧壁”上，即于壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。
侧面板固定在两个壁板中间。两个壁板、侧面板和反应器本体的部分侧壁呈两端开口的筒状体，围绕形成了颗粒移动床的腔体。该腔体上下开放，形成原料下落的通道。换句话说，颗粒移动床的顶部是开放的上开口，作为颗粒入口。在颗粒移动床的底部设置有可伸缩的阀门，通过控制阀门的开度，来控制出料速度。
阀门为一板状体，在前述反应器本体的“部分侧壁”下的合适位置设置长孔，阀门可伸缩的安装于长孔内。向反应器本体外的方向拉阀门，可加快颗粒移动床腔体内的原料下落速度；向反应器本体内的方向推阀门，可减缓颗粒移动床腔体内的原料下落速度。操作人员可依据生产需要进行自主操作。
侧面板为多孔板，侧面板孔径为0～0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500～5000个/cm2。热解油气经侧面板进入颗粒移动床的腔体内，经其内的原料过滤后由热解油气出口排出反应器本体外。
颗粒移动床进一步包括滤板，滤板布置两个壁板之间并且与热解油气出口相对，滤板将热解油气出口与颗粒移动床的腔体隔离。滤板为多孔板，滤板的孔径为0～0.1mm，孔的密度为面积孔数不少于50～5000个/cm2。热解油气通过滤板，由热解油气出口排出反应器本体体外。
滤板和反应器本体的侧壁间隔设置，由滤板、两个壁板和侧壁围成气室。这样，热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。
滤板还有另外一种设置方式：滤板设置在热解油气出口处，将热解油气出口与颗粒移动床隔离。一般来说，反应器的热解油气出口带有一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本发明的滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。
制粉***200用于将半焦和原料煤粉碎为煤粉，以便煤粉锅炉燃烧。制粉***200的半焦入口与煤热解反应器的半焦出口相连。制粉***200还包括原料煤入口和煤粉出口，煤粉出口与煤粉锅炉煤粉入口相连。热解半焦通过制粉***的半焦入口进入制粉***200，原料煤通过原料煤入口进入制粉***200。热解半焦和原料煤一起被破碎为煤粉，煤粉经煤粉出口排出。
煤粉锅炉300作为煤粉的燃烧器，煤粉经煤粉入口进入煤粉锅炉。煤粉锅炉300保留原有的煤燃烧***，无需进行改造。燃烧煤粉可有多种用途，如用于发电。
本发明还包括热解油气处理***400，对热解炉产生的热解油气进行处理。热解油气处理***400包括气液分离***401、热解气净化***402和焦油精制***403。热解油气处理***400与所述煤热解反应器100的热解油气出口连接。
气液分离***401用于将热解油气分离为气体和液体，设置有气体出口和液体出口。气液分离***401与煤热解反应器100的热解油气出口连接，气体出口与热解气净化***402连接，液体出口与焦油精制***403连接。
气液分离***401分离的气体经气体出口进入热解气净化***402，由热解气净化***402处理后产生可燃气。热解气净化***402具有连接至所述煤热解反应器100的可燃气出口。热解气净化***402产生部分可燃气送至煤热解反应器燃烧，为热解反应提供热能，实现了***所需能量的部分自给。
气液分离***4010分离的液体经液体出口进入焦油精制***，经焦油精制***403处理得到高品质焦油。
如图2所示，本发明使用上述煤热解反应器与煤粉锅炉联用***处理煤的方法包括如下步骤：
1、原料破碎至粒径3mm以下。
2、将破碎后的原料加入煤热解反应器中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦。
3、产生的热解油气通过颗粒移动床除尘、降温后排出煤热解反应器。
4、将400-600℃的热解半焦从煤热解反应器的半焦出口排出，与用原料煤一起进入制粉***，制得的煤粉粒度约为200um，将煤粉送至煤粉锅炉以进行燃烧。将排出煤热解反应器的热解油气送入气液分离***，得到热解气和热解焦油。将热解气送入热解气净化***，通过脱硫、脱氨等工序得到可燃气，将热解焦油送入焦油精制***，经加氢精制得到高品质焦油。
本发明采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘***降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，降低重质焦油收率。产生热解半焦与原料煤一起进入制粉***制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了发电效率。
实施例
将印尼褐煤粉碎到粒径3mm以下，送入煤热解反应器与煤粉锅炉联用***的煤热解反应器，煤热解反应器设置了多层加热辐射管和颗粒床移动床。煤热解反应器产生的热解油气经气液分离***、热解气净化***和焦油精制***后，得到可燃气和高品质焦油。可燃气中组成如下表1所示。产生的热解半焦温度为505℃，通过与发电原料煤混合进制粉***，得200um煤粉直接送入煤粉锅炉燃烧发电。表2为此***各项目产率。
表1可燃气中组成成份
表2各项目产率
项目 可燃气 热解焦油 半焦
产率/％ 15.42 9.08 65.78
与煤粉锅炉的燃料全部为发电原料煤的情况相比，从煤热解反应器排出的热解半焦占煤粉锅炉燃料总重量的50％时，整个***能量利用效率提高了3.9％，把可燃气和焦油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约5.1％，焦油预处理成本下降6.2％。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，包括：煤热解反应器、制粉***、煤粉锅炉，其特征在于，
所述煤热解反应器包括：反应器本体和颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：侧面板、固定在所述反应器本体的侧壁上的两个壁板和可伸缩的阀门，由此所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁围成上开口的腔体，所述侧面板为多孔板，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口；
所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉***的半焦入口连接；
所述制粉***的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。
2.根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述阀门为板状体，在所述壁板的固定部位之间的侧壁之下设有长孔，所述阀门可伸缩的安装于所述长孔。
3.根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室，所述滤板为多孔板。
4.根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板设置在所述热解油气出口处，所述滤板为多孔板。
5.根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述***进一步包括热解油气处理***；
所述热解油气处理***与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。
6.根据权利要求5所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述热解油气处理***包括：气液分离***，热解气净化***，焦油精制***；
所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离***连接，所述气液分离***的气体出口与所述热解气净化***连接，所述气液分离***的液体出口与所述焦油精制***连接。
7.根据权利要求6所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用***，其特征在于，所述热解气净化***具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口。
8.一种使用权利要求5至7任一所述煤热解反应器与煤粉锅炉联用***处理煤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将破碎后的原料加入到煤热解反应器，使原料发生热解反应，产生热解油气和热解半焦；
产生的所述热解油气经所述颗粒移动床除尘、降温后排出所述煤热解反应器；
将400-600℃的所述热解半焦从所述煤热解反应器的半焦出口排出；
将排出所述煤热解反应器外的所述热解半焦，与原料煤一起送入制粉***制得煤粉，将所述煤粉送入所述煤粉锅炉进行燃烧。
9.根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，还包括步骤：在将原料加入煤热解反应器之前，将所述原料破碎至粒径3mm以下。
10.根据权利要求8所述处理煤的方法，其特征在于，还包括热解油气的分离步骤：将排出所述煤热解反应器的所述热解油气送入油气分离***，得到热解气和热解焦油，将所述热解气送入所述热解气净化***得到可燃气，将所述热解焦油送入所述焦油精制***得到高品质焦油。
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