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煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法
申请号	CN201610431821.X	申请日	2016-06-16	公开(公告)号	CN105861012A	公开(公告)日	2016-08-17
申请人	北京神雾环境能源科技集团股份有限公司;			发明人	梅磊; 陈水渺; 肖磊; 薛逊; 姜朝兴; 吴道洪;
摘要	本发明提出了煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法。所述煤热解装置与煤粉锅炉联用系统包括快速热解反应器、煤粉锅炉以及热解油气处理系统，所述快速热解反应器包括多层蓄热式辐射管、半焦出口、颗粒移动床以及热解气出口，所述颗粒移动床包括壳体以及插板阀，所述壳体与所述反应器本体内壁相连接，由此限定所述颗粒移动床的内部空间，所述煤粉锅炉通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通，所述热解油气处理系统通过所述热解气出口与所述快速热解反应器相通。通过使用本发明提出煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法，能够有效去除热解气中存在的粉尘，降低焦油重质组分含量，降低后续焦油的处理成本，同时，合理利用热解产物，降低发电成本。
权利要求	1.煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，包括：快速热解反应器、煤粉锅炉以及热解油气处理系统，所述快速热解反应器包括反应器本体，所述反应器本体限定出反应空间，所述反应空间自上而下分为进料区、热解区以及出料区；所述热解区设有多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管；所述出料区设有半焦出口、颗粒移动床以及热解气出口；所述半焦出口位于所述反应器本体的底部，将热解后的半焦排出所述反应器本体；所述颗粒移动床包括壳体以及插板阀，所述壳体与所述反应器本体内壁相连接，由此限定所述颗粒移动床的内部空间，所述壳体的顶端和底端开口，所述插板阀位于所述壳体的底部，所述插板阀的手轮由所述反应器本体外部穿过内壁，由此使所述插板阀的插板作为所述壳体的底部；所述热解气出口位于所述壳体所对应的所述反应器本体的侧壁上；所述煤粉锅炉通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通；所述热解油气处理系统通过所述热解气出口与所述快速热解反应器相通。 2.根据权利要求1所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述热解油气处理系统进一步包括油气分离系统、热解气净化系统以及焦油精制系统，其中，所述热解气出口与所述油气分离系统相连接，所述油气分离系统的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述油气分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连接。 3.根据权利要求1所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，进一步包括制粉系统，所述煤粉锅炉通过所述制粉系统与所述半焦出口相通连接。 4.根据权利要求1所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的本体高度方向上错开分布。 5.根据权利要求1所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括第一隔层，所述第一隔层位于所述壳体内部，与所述反应器本体内壁限定出空间，所述第一隔层表面具有多孔结构。 6.根据权利要求5所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述第一隔层与所述反应器本体之间的距离小于5cm。 7.根据权利要求1所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述颗粒移动床进一步包括第二隔层，所述第二隔层与所述第一隔层相互平行设置，所述第二隔层与所述壳体内壁限定出空间，所述第二隔层表面具有多孔结构。 8.用权利要求1-7任一项所述煤热解装置与煤粉锅炉联用系统处理煤的方法，包括以下步骤： A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气； B、将所述半焦送往煤粉锅炉，使所述半焦与所述煤粉锅炉中的煤粉进行混合燃烧，得到热烟气； C、将所述热解气通过所述出料区的所述热解气出口送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。 9.根据权利要求8所述的方法，所述半焦和原料煤在进入煤粉锅炉前进一步包括步骤D，所述步骤D包括：将所述半焦和原料煤投入到制粉系统中进行粉碎，得到细小颗粒的半焦和煤的混合粉末。 10.根据权利要求8所述的方法，所述热解气通过所述热解气出口送往所述热解油气处理系统后进一步包括步骤E，所述步骤E包括：所述热解气进入油气分离系统，得到气液分离后的气体和液体，所述液体经焦油精炼系统处理后得到焦油，所述气体经热解气净化系统处理后得到热解气。
说明书全文	煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法技术领域 [0001] 本发明属于煤炭分阶梯级利用技术领域，具体涉及煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法。背景技术 [0002] 煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧发电，而现有的煤热解拔头工艺主要针对循环流化床发电机组。如中科院过程所和浙江大学利用循环流化床锅炉产生的热灰作为热载体，并利用下行床工艺实现了对煤热解，并把油气回收。现有的系统由于采取较复杂的固体或气体热载体的煤热解拔头工艺，并且通过煤热解工艺产生的油气资源，对于发电系统来说，需要配备相应油气处理系统。因此现有的系统配置繁多，造价昂贵。发明专利CN101435574A提到的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解系统采取燃烧系统来的热灰作为载体。涉及到载体的燃烧和流化，相当于又增加了一套循环流化床系统，工艺较繁琐。实用新型专利CN203048897U提到了一种采取炉前煤拔头的IGCC工艺。IGCC，即整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电。该系统包括热解和气化多个单元，产品既有油，又有可燃气，还需配置燃气发电机组，系统复杂、造价高。 [0003] 我国发电系统中煤粉锅炉比重很高。由于煤粉炉燃烧对煤挥发分和粒径要求较高，因此煤拔头针对煤粉炉的工艺目前很少。 [0004] 煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态(此时为蒸汽状态)和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样质量的分数成为挥发分产率或简称为挥发分。 [0005] 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。发明内容 [0006] 针对以上现有技术存在的问题，本发明提出煤热解装置与煤粉锅炉联用系统及处理煤的方法，能够有效去除热解气中存在的粉尘，提高焦油品质高，降低煤热解工艺的复杂性，降低后续焦油的处理成本，同时，合理利用热解产物，降低发电成本。 [0007] 本发明提出煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，包括：快速热解反应器、煤粉锅炉以及热解油气处理系统， [0008] 所述快速热解反应器包括反应器本体，所述反应器本体限定出反应空间，所述反应空间自上而下分为进料区、热解区以及出料区； [0009] 所述热解区设有多层蓄热式辐射管，所述多层蓄热式辐射管在所述热解区中沿所述反应器本体高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管； [0010] 所述出料区设有半焦出口、颗粒移动床以及热解气出口；所述半焦出口位于所述反应器本体的底部，将热解后的半焦排出所述反应器本体；所述颗粒移动床包括壳体以及插板阀，所述壳体与所述反应器本体内壁相连接，由此限定所述颗粒移动床的内部空间，所述壳体的顶端和底端开口，所述插板阀位于所述壳体的底部，所述插板阀的手轮由所述反应器本体外部穿过内壁，由此使所述插板阀的插板作为所述壳体的底部；所述热解气出口位于所述壳体所对应的所述反应器本体的侧壁上； [0011] 所述煤粉锅炉通过所述半焦出口与所述快速热解反应器相通； [0012] 所述热解油气处理系统通过所述热解气出口与所述快速热解反应器相通。 [0013] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，所述热解油气处理系统进一步包括油气分离系统、热解气净化系统以及焦油精制系统，其中，所述热解气出口与所述油气分离系统相连接，所述油气分离系统的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述油气分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连接。 [0014] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，进一步包括制粉系统，所述煤粉锅炉通过所述制粉系统与所述半焦出口相通连接。 [0015] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，每层所述蓄热式辐射管包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管，且每个所述蓄热式辐射管与相邻上下两层蓄热式辐射管中的每一个蓄热式辐射管平行并且沿所述煤热解反应器的本体高度方向上错开分布。 [0016] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，所述颗粒移动床进一步包括第一隔层，所述第一隔层位于所述壳体内部，与所述反应器本体内壁限定出空间，所述第一隔层表面具有多孔结构。 [0017] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，所述第一隔层与所述反应器本体之间的距离小于5cm。 [0018] 如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统，其中，所述颗粒移动床进一步包括第二隔层，所述第二隔层与所述第一隔层相互平行设置，所述第二隔层与所述壳体内壁限定出空间，所述第二隔层表面具有多孔结构。 [0019] 用如上所述煤热解装置与煤粉锅炉联用系统处理煤的方法，包括以下步骤： [0020] A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气； [0021] B、将所述半焦送往煤粉锅炉，使所述半焦与所述煤粉锅炉中的煤粉进行混合燃烧，得到热烟气； [0022] C、将所述热解气通过所述出料区的所述热解气出口送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。 [0023] 如上所述的方法，所述半焦和原料煤在进入煤粉锅炉前进一步包括步骤D，所述步骤D包括： [0024] 将所述半焦和原料煤投入到制粉系统中进行粉碎，得到细小颗粒的半焦和煤的混合粉末。 [0025] 如上所述的方法，所述热解气通过所述热解气出口送往所述热解油气处理系统后进一步包括步骤E，所述步骤E包括：所述热解气进入油气分离系统，得到气液分离后的气体和液体，所述液体经焦油精炼系统处理后得到焦油，所述气体经热解气净化系统处理后得到热解气。 [0026] 通过使用本发明所述的快速热解反应器，采用蓄热式辐射管式下行床处理粉煤，能够有效的热解粒径小于3mm的粉煤。 [0027] 通过采用蓄热式辐射管式下行床，热解油气资源经底部颗粒移动床除去热解气中存在的粉尘，热解气中的含尘量下降，热解气和焦油的品质提高，焦油精制处理的预处理成本降低。高温半焦对高温热解油气中的重质焦油组分有二次裂解效果，使得热解气产率增加。总焦油产率下降，焦油中轻质组分产率上升，重质组分产率下降。 [0028] 通过采用蓄热式辐射管结合下行式反应器，属于间接加热，实现煤炭的快速热解，保留部分原煤挥发份，这样的热解反应器允许与现有的煤粉锅炉直接联用，而无需对现有的煤粉锅炉进行大范围改造。 [0029] 通过设置半焦出口，将热解半焦送入煤粉锅炉，提高发电系统的能量利用率。附图说明 [0030] 通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解，其中： [0031] 图1为本发明煤热解装置与煤粉锅炉联用系统的结构示意图； [0032] 图2为本发明煤热解装置与煤粉锅炉联用系统的工艺流程图； [0033] 图3为本发明中快速热解反应器的结构示意图； [0034] 图4为本发明中快速热解反应器的颗粒移动床的主视图； [0035] 图5为本发明中快速热解反应器的颗粒移动床俯视图； [0036] 图6为本发明中快速热解反应器的插板阀的结构示意图。 [0037] 附图中各标号表示如下： [0038] 100：快速热解反应器； [0039] 1：反应器本体、11：进料区、12：热解区、13：出料区； [0040] 2：蓄热式辐射管； [0041] 3：颗粒移动床、31：壳体、32：插板阀、321：手轮、322：插板、[0042] 33：第一隔层、34：第二隔层； [0043] 4：热解气出口； [0044] 5：半焦； [0045] 6：物料入口； [0046] 7：半焦出口； [0047] 200：煤粉锅炉； [0048] 300：热解油气处理系统； [0049] 301：油气分离系统、302：热解气净化系统、303：焦油精制系统； [0050] 400：煤粉锅炉。具体实施方式 [0051] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。 [0052] 在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。 [0053] 图1为本发明煤热解装置与煤粉锅炉联用系统的结构示意图。如图1所示，本发明所提出的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统包括快速热解反应器100、煤粉锅炉200以及热解油气处理系统300。 [0054] 图3为本发明中快速热解反应器100的结构示意图。如图3所示，本发明提出的快速热解反应器100包括反应器本体1。 [0055] 所述反应器本体1限定出反应空间，所述反应空间至上而下可分为进料区11、热解区12以及出料区13。 [0056] 所述进料区11包括物料入口6。所述物料入口6位于所述反应器本体1的顶端。 [0057] 具体的，所述物料入口6可尽可能布置在所述反应器本体1顶端的中心位置，便于从所述物料口6进入到反应器内的物料能够均匀的散落在所述热解区12内部。 [0058] 进一步的，反应器本体1内的反应温度为500℃～700℃，压力小于8kPa。进入到所述热解区12内的物料粒径应小于3mm。 [0059] 所述热解区12包括多层蓄热式辐射管2。所述多层蓄热式辐射管2在所述热解区12中沿所述反应器本体1高度方向间隔分布，并且每层所述蓄热式辐射管2包括多个沿水平方向间隔分布的蓄热式辐射管2。 [0060] 进一步的，每层所述蓄热式辐射管2包括多个平行并且均匀分布的蓄热式辐射管2，且每层蓄热式辐射管2与上下两层蓄热式辐射管2平行，并且沿反应器本体1高度方向交错分布。 [0061] 具体的，如图1所示，所述蓄热式辐射管2的外径为200～300mm。相邻所述蓄热式辐射管2外壁间的水平距离为200～500mm，竖直距离200～700mm。所述多层蓄热式辐射管2的层数可以为10～25层。经发明人发现，该种结构布置可以使得热解区中温度场分布均匀，从而可以显著提高物料的快速热解效率，进而提高焦油的产率。 [0062] 本发明中，蓄热式辐射管2为蓄热式燃气辐射管，即通过辐射管管体将燃烧燃气产生的热量以辐射的方式进行供热。由此，可以通过调整通入蓄热式辐射管2内的燃气的流量来实现对热解过程的温度控制，从而可以显著提高物料的快速热解效率，进而提高焦油的产率。 [0063] 本发明中，所述蓄热式辐射管2还可以由燃烧器或其他供热装置代替，其技术方案不仅仅局限于此。 [0064] 如图1所示，所述出料区13包括半焦出口7。所述半焦出口7位于所述反应器本体1的底部，用于将热解后的热解半焦5排出所述反应器本体1。 [0065] 具体的，所述出料区13可以呈倒锥形。由此，可以使得热解生成的半焦5顺利排出出料区13。所述半焦出口7应尽可能布置在所述反应器本体1底端的中心位置，便于出料区13内的半焦5顺利的排出反应器外。 [0066] 颗粒移动床3用于除去热解气中存在的粉尘。如图4所示，所述颗粒移动床3包括壳体31以及插板阀32。所述壳体31与所述反应器本体1内壁相连接，由此限定所述颗粒移动床3的内部空间。所述壳体31的顶端和底端开口，所述插板阀32位于所述壳体31的底部。如图6所示，所述插板阀32的手轮321由所述反应器本体1外部穿过内壁，由此使所述插板阀32的插板322作为所述壳体31的底部。 [0067] 热解产生的半焦5落入颗粒移动床3的内部。高温热解气穿过颗粒移动床3内部的半焦5，热解气中的粉尘被去除。通过控制颗粒移动床3底部的插板阀32控制颗粒移动床3内的半焦5的移动速度。颗粒移动床内部颗粒移动速度宜小于1m/s(米/秒)。 [0068] 热解气出口4位于所述壳体31所对应的所述反应器本体1的侧壁上。 [0069] 进一步的，所述粉煤快速热解装置还包括第一隔层33。如图5所示，所述第一隔层33位于所述壳体31的内部，与所述反应器本体1内壁限定出空间，所述第一隔层33表面具有多孔结构。 [0070] 所述第一隔层33表面的多孔结构，有助于产生的热解气通过第一隔层33进入到热解气出口4。同时，所述第一隔层33具有过滤作用，能够有效去除热解气中存在的粉尘，提高热解气质量。 [0071] 具体的，所述第一隔层33与所述反应器本体1之间的距离小于5cm。 [0072] 进一步的，所述粉煤快速热解装置还包括第二隔层34。所述第二隔层34与所述第一隔层33相互平行设置。所述第二隔层34与所述壳体31内壁限定出空间，所述第二隔层34表面具有多孔结构。 [0073] 所述第二隔层34表面的多孔结构，有助于产生的热解气通过第二隔层34进入到热解气出口4。同时，所述第二隔层34具有过滤作用，能够有效去除热解气中存在的粉尘，提高热解气质量。 [0074] 具体的，所述第二隔层34与所述反应器本体1之间的距离小于5cm。 [0075] 如图1所示，所述煤粉锅炉200通过所述半焦出口7与所述快速热解反应器100相通。 [0076] 所述煤粉锅炉200保留了原先煤粉锅炉的燃烧系统。通过将所述半焦5通入煤粉锅炉200中，实现了热解半焦5与煤粉锅炉200中的煤的掺烧，保障煤粉锅炉燃烧的稳定性，提高了热解半焦的利用率，降低了发电成本。 [0077] 进一步的，所述煤热解装置与煤粉锅炉联用系统还包括制粉系统400。所述煤粉锅炉200通过制粉系统400与所述半焦出口7相通连接。 [0078] 在煤粉锅炉200和半焦出口7间设置制粉系统400，可以将热解半焦5和发电用的原料煤进行粉碎。制得的煤粉粒度约为200um。将颗粒经一次风送至煤粉锅炉燃烧器，并发生燃烧发电。经过粉碎后形成颗粒的半焦和原料煤，燃烧更加充分，提高了热解半焦的利用率，减低了发电成本。 [0079] 进一步的，所述煤粉锅炉200还包括空气入口。 [0080] 空气通过空气入口进入到煤粉锅炉200内部，支持粉碎后的热解半焦和原料煤颗粒充分燃烧，进行发电。 [0081] 如图1所示，所述热解油气处理系统300通过所述热解气出口4与所述快速热解反应器100相通。 [0082] 进一步的，所述热解油气处理系统300包括油气分离系统301、热解气净化系统302以及焦油精制系统303。其中，所述热解气出口4与所述油气分离系统301相连接。所述油气分离系统301的气体出口与所述热解气净化系统302连接。所述油气分离系统301的液体出口与所述焦油精制系统303连接。 [0083] 具体的，所述热解气经过颗粒移动床3除尘后，通过热解气出口4进入到油气分离系统301。热解气经过油气分离系统301的作用后形成部分气体和液体。气体即热解气，液体即焦油。产生的热解气进入到热解气净化系统302，通过脱硫、脱氨等工序得纯净可燃气。产生的焦油进入到焦油精制系统303，经加氢精制可得高附加值油品。 [0084] 图2为本发明煤热解装置与煤粉锅炉联用系统的工艺流程图。如图2所示，用如上所述的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统处理煤的方法，包括以下步骤： [0085] A、利用所述快速热解反应器对原料煤进行热解处理，得到半焦和热解气。 [0086] 将粉煤经物料入口6投入到反应器本体1内部。粉煤在蓄热式辐射管2的作用下热解形成热解气，并产生热解半焦5。 [0087] B、将所述半焦送往煤粉锅炉，使所述半焦与所述煤粉锅炉中的煤粉进行混合燃烧，得到热烟气。 [0088] 将产生的热解半焦5通过半焦出口7送至煤粉锅炉200内部，与其中的煤粉进行充分混合燃烧。利用热解半焦进行燃烧发电，提高了热解半焦的利用率，并且降低了发电成本。 [0089] C、将所述热解气通过出料区的所述热解气出口送往所述热解油气处理系统，从而对所述热解油气进行处理，得到可燃气。 [0090] 将热解产生的热解气通过热解气出口4送至热解油气处理系统300，对热解气进行进一步处理。 [0091] 所述半焦5和原料煤在进入煤粉锅炉200前进一步包括步骤D。所述步骤D包括： [0092] 将所述半焦和原料煤投入到制粉系统中进行粉碎，得到细小颗粒的半焦和煤的混合粉末。 [0093] 将热解半焦5和发电用原料煤共同投入到制粉系统400中进行粉碎处理。经过处理后获得的煤粉粒度约为200um。经一次风送至煤粉锅炉燃烧器，进行燃烧发电。 [0094] 所述热解气通过所述热解气出口4送往所述热解油气处理系统300后进一步包括步骤E，所述步骤E包括：所述热解气进入油气分离系统301，得到气液分离后的气体和液体。所述液体经焦油精炼系统303处理后得到焦油。所述气体经热解气净化系统302处理后得到热解气。 [0095] 将热解后产生的热解气通过热解气出口4送入到油气分离系统301。热解气经过油气分离系统301的作用后形成部分气体和液体。气体即热解气，液体即焦油。产生的热解气进入到热解气净化系统302，通过脱硫、脱氨等工序得纯净可燃气。产生的焦油进入到焦油精制系统303，经加氢精制可得高附加值油品。 [0096] 应用例 [0097] 本应用例利用如图1所示的煤热解装置与煤粉锅炉联用系统对粉煤进行热解，并获得可燃气。将待热解原料褐煤粉碎到粒径3mm以下。其褐煤分析数据见表1。热解产物数据如图2所示。 [0098] 表1：印尼褐煤分析数据。 [0099] [0100] 表2：热解产物数据。 [0101]项目热解气热解焦油半焦产率％ 15.42 9.68 63.39 [0102] 与煤粉锅炉的燃料全部为发电原料煤的情况相比，从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，整个系统能量利用效率提高了3.7％，把净煤气和煤焦油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约5.87％，焦油预处理成本降低6.2％。 [0103] 上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其他组合，以实现本发明之目的为准。

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