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CN105400532B - 一种以煤热解为先导的多联产系统及方法 - Google Patents

一种以煤热解为先导的多联产系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种以煤热解为先导的多联产系统及方法，该系统包括能够各自独立运行的煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元；煤炭热解单元包括依次连接的干燥器、预热器、热解窑、高温气体过滤器、热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器和焦油电捕器，以及与热解窑连接的沸腾炉；半焦燃烧发电单元包括与热解窑连接的循环流化床锅炉，与循环流化床锅炉连接的余热回收锅炉和冷渣器，与循环流化床锅炉和余热回收锅炉连接的汽轮机，以及与汽轮机连接的发电机；热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器均与干燥器连接，用于向干燥器提供热烟气；本发明还提供了多联产方法，以实现煤气及焦油的先行提取，之后再利用半焦进行燃烧发电，且热解和发电两个系统可相互独立运行。

Description

一种以煤热解为先导的多联产系统及方法
技术领域
本发明属煤化工技术领域，具体为一种以煤热解为先导的油、气、热、电多联产系统及方法。
背景技术
传统的发电是将煤磨成煤粉送入锅炉燃烧，进而产生蒸汽驱动汽轮机，再带动发电机来完成的。对许多煤种，如长焰煤、不粘煤及褐煤等，由于这些煤中通常含有较高的挥发分及焦油，如直接燃烧，这些宝贵的资源则被白白烧掉。最合理高效的煤炭资源利用方式是，应首先将这些物质通过热解技术进行提取，之后再采用热解后的半焦来燃烧发电。
多年来，人们已进行了多种形式的煤炭综合利用多联产技术的开发及试验，其中较为典型的工艺，还多是基于气化技术或半气化技术的循环流化床燃烧发电多联产工艺，而且多采用热态流化床灰渣为气化单元提供热源。即是以煤热解为核心的循环流化床燃烧发电技术，也均是采用以循环流化床灰渣为热载体的热解工艺，热解装置也多采用流化床形式，直接导致产生的热解气品质不高。
上述这些煤炭综合利用多联产技术，由于存在发电及气化或热解两个单元无法独立运行而相互干扰，设备规格难以放大等难题，一直无法进入工业化应用阶段。为保证发电设备的安全、可靠、长周期运行，对现阶段还无法做到长周期可靠运行的热解及气化单元，设计成相对独立的系统，这样在任一单元发生故障或检修时，可切断耦合环节，使另一单元仍能独立进行，同时采用能进行规模化热解的处理装置，无疑更具有实际应用价值和前景。
发明内容
鉴于现有多联产工艺技术的不足，本发明提出了一种以煤热解为先导的多联产系统及方法，以实现煤气及焦油的先行提取，之后再利用半焦进行燃烧发电，且热解和发电两个系统可相互独立运行。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以煤热解为先导的多联产系统，其特征在于：包括能够各自独立运行的煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元；
所述煤炭热解单元包括依次连接的干燥器、预热器、热解窑、高温气体过滤器、热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器和焦油电捕器，以及与热解窑连接的沸腾炉；
所述半焦燃烧发电单元包括与热解窑连接的循环流化床锅炉，与循环流化床锅炉连接的余热回收锅炉和冷渣器，与循环流化床锅炉和余热回收锅炉连接的汽轮机，以及与汽轮机连接的发电机；
所述热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器均与干燥器连接，用于向干燥器提供热烟气；
由煤炭热解单元热解后产生的热态半焦，一大部分直接进入循环流化床锅炉燃烧发电，另一小部分则进入沸腾炉，产生供热解所需的热烟气；当煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元中的一个发生故障时，切断耦合环节，其中的另一个单元仍能够独立运行。
所述干燥器采用多加热管回转式干燥器，采用热烟气间接传热方式对颗粒煤进行预干燥，用于干燥的热烟气由来自预热器、热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器的热气体混合而成；排出干燥器的烟气温度为80～100℃，部分返回沸腾炉作为混风使用，另一部分进入热解气冷却和余热回收装置作为冷却介质，其它多余部分烟气外排。
所述预热器采用卧式或立式间壁预热器，本申请人已开发有此类产品并已申报专利，公开号为CN201510044187.X。采用热烟气间接传热方式，用以将待热解的煤进一步升温至200～250℃。
所述热解窑采用多加热管回转式热解窑，热解所需热量由沸腾炉提供，600～800℃的热烟气经由热解窑内多组加热管的内部,通过管壁加热管外煤料，进而产生热解。本产品已由专利申请人开发并已申报专利，公开号为CN201420273668.9。
所述高温气体过滤器为金属基滤管式过滤器，能够对800℃以下的热解气进行粉尘过滤处理，以保证后续收得焦油的纯净度。本装置亦由专利申请人开发已申报专利，公开号为CN201420273573.7。
所述热解气冷却和余热回收装置为采用直接—间接组合式换热，将450～500℃的热解气降温到80～100℃。在此过程中，通过间接换热，加热热风至200～250℃，用于煤料干燥；冷却介质采用水或导热油，加热后用于其它目的；为消除间接换热体外表面的沉积焦油，定期对外壁用洗油冲洗，同时还能够进一步降低热解气温度。
所述第二冷却器采用冷却水管间接冷却，热解气降至25～50℃，之后进入焦油电捕器，对焦油进行进一步的捕集。
所述冷渣机采用流化床式冷渣机或气垫式冷渣机，用以将循环流化床锅炉排出的炉渣冷却到80～150℃；冷却过程中产生的热风一部分返回锅炉炉膛，另一部分用于煤干燥；冷却后的炉渣用于生产砖瓦制品，或者用于水泥生产的混合材。
所述焦油电捕器、循环流化床锅炉、余热锅炉、汽轮机、发电机、沸腾炉及冷焦机均可采用已经成熟的现有产品。
所述由热解气冷却和余热回收装置及第二冷却器与电捕器收焦的焦油，定期送往焦油槽。
上述所述的以煤热解为先导的多联产系统的多联产方法，经过筛分除杂处理，粒径为0～15mm，含水率低于20％的粉煤，首先进入干燥器进行干燥，水分减少至5％以下，再进入后端预热器，预热至200～250℃，进入热解窑，在热解窑内500～650℃的温度下进行热解，产生热解气和半焦；
来自热解窑450～500℃的热解气进入高温气体过滤器，滤除掉≤1μm的固体颗粒物，然后依次进入热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器及焦油电捕器；在此过程中，热解气温度降至25～50℃，绝大部分焦油已进行了收集；冷却后的热解气转入后续处理环节，冷凝析出的焦油集中送至焦油池，等待进一步的深加工；
由热解产生的热态温度达500℃左右的半焦，一路直接进入循环流化床锅炉燃烧，产生的蒸汽驱动汽轮机发电；由循环流化床锅炉排出的温度为800～980℃的烟气进入余热回收锅炉，进行冷却及余热回收，回收的蒸汽并入发电蒸汽系统；由余热回收锅炉排出的烟气温度为120～200℃，供给干燥器使用；由循环流化床锅炉排出的炉渣，温度800～950℃左右，进入冷渣器冷却降温，产生的热风温度为200～400℃，一部分回到循环流化床锅炉炉膛，其余部分送至干燥器，用于煤的干燥；冷却后的炉渣可用于制取建材制品，或用于水泥混合材；
进入沸腾炉的半焦，燃烧产生700～800℃的热烟气，进入热解窑，提供热解所需热量；热解后由热解窑排出温度为250～350℃的热烟气，进入预热器将煤料预热至200～250℃；排出预热器的热烟气温度150～180℃，进入干燥器干燥煤料；排出干燥器的烟气温度为80～100℃，部分返回沸腾炉作为混风使用，另一部分进入热解气冷却和余热回收装置作为冷却介质，升温至200℃～250℃后，送至干燥器作为干燥热源；其它多余部分烟气外排；
当煤炭热解单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭来自热解窑的半焦通道，开启预先设置的供煤或半焦通道，用预先准备的煤或半焦，供给循环流化床锅炉燃烧发电；此时由余热回收锅炉产生的热烟气，可继续供给干燥机干燥或直接外排；
当半焦燃烧发电单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭进入循环流化床锅炉的半焦通道，改为经由冷焦机冷却后运至堆场备用；此时，干燥热源不足时，则降低干燥机的处理量；当有其它干燥热源补充时，仍按正常处理量干燥。
和现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
1、通过热解，可将煤中的焦油及煤气先行提取，充分利用了煤炭的价值，实现了高效综合利用。
2、热解后的热态半焦直接用于燃烧发电及供热风，充分利用了半焦的余热，提高了系统能效。
3、实现了热解单元和燃烧发电单元的各自独立运行，避免了一个单元因故障或检修而影响另一系统的运行，尤其保证了发电设备的安全运行。
4、实现了工艺系统能量的梯级合理利用，减少了排放和污染，提高了系统整体的能量转化效率。
附图说明
图1是本发明的系统及方法流程简图。
具体实施方式
结合图1，下面对本发明的工作过程及具体实施方式予以进一步的说明。
本发明共包括了两个单元，即采用多加热管回转式热解窑的煤热解单元和循环流化床锅炉的燃烧发电单元。系统由干燥器、预热器、热解窑、高温气体过滤器、热解气冷却和余热回收装置，第二冷却器、焦油电捕器、冷焦机、循环流化床锅炉、余热回收锅炉、汽轮机、发电机、冷渣机、沸腾炉等装置构成。
经过筛分除杂处理，粒径为0～15mm，含水率低于20％的粉煤，首先进入干燥器进行干燥，水分减少至5％以下，再进入后端预热器，预热至200～250℃，进入热解窑，在热解窑内约500～650℃的温度下进行热解，产生热解气和半焦。
来自热解窑450～500℃的热解气进入高温气体过滤器，滤除掉≤1μm的固体颗粒物，然后依次进入冷却和余热回收装置、第二冷却器及电捕器。在此过程中，热解气温度降至25～50℃，绝大部分焦油已进行了收集。冷却后的热解气转入后续处理环节，冷凝析出的焦油集中送至焦油槽，等待进一步的深加工。
由热解产生的热态温度达450～500℃的半焦，一路直接进入循环流化床锅炉燃烧，产生的蒸汽驱动汽轮机发电。由循环流化床锅炉排出的温度为800～980℃的烟气进入余热回收锅炉，进行冷却及余热回收，回收的蒸汽并入发电蒸汽系统。由余热回收锅炉排出的烟气温度为120～200℃，可供给干燥器使用。由循环流化床锅炉排出的炉渣，温度800～950℃，进入冷渣器冷却降温，产生的热风温度为200～400℃，一部分回到循环流化床锅炉炉膛，其余部分送至干燥器，用于煤的干燥。冷却后的炉渣可用于制取建材制品，或用于水泥混合材。
进入沸腾炉的半焦，燃烧产生700～800℃的热烟气，进入热解窑，提供热解所需热量。热解后由热解窑排出温度为250～350℃的热烟气，进入预热器将煤料预热至200～250℃左右。排出预热器的热烟气温度150～180℃，进入干燥器干燥煤料。排出干燥器的烟气温度约为80～100℃，部分返回沸腾炉作为混风使用，另一部分进入热解气冷却和余热回收装置作为冷却介质，升温至200℃～250℃左右后，送至干燥器作为干燥热源。其它多余部分烟气外排。
当热解单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭来自热解窑的半焦通道，开启预先设置的供煤(或半焦)通道，用预先准备的煤或半焦，供给循环流化床锅炉燃烧发电。此时由余热回收锅炉产生的热烟气，可继续供给干燥机干燥或直接外排。
当发电单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭进入循环流化床锅炉的半焦通道，改为经由冷焦机冷却后运至堆场备用。此时，干燥热源不足时，可降低干燥机的处理量。当有其它干燥热源补充时，仍可按正常处理量干燥。
本发明不只限于前述实施例，可进行多种变化实施，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质所进行的任何简单修改，仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种以煤热解为先导的多联产系统的多联产方法，所述多联产系统包括能够各自独立运行的煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元；
所述煤炭热解单元包括依次连接的干燥器、预热器、热解窑、高温气体过滤器、热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器和焦油电捕器，以及与热解窑连接的沸腾炉；
所述半焦燃烧发电单元包括与热解窑连接的循环流化床锅炉，与循环流化床锅炉连接的余热回收锅炉和冷渣器，与循环流化床锅炉和余热回收锅炉连接的汽轮机，以及与汽轮机连接的发电机；
所述热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器均与干燥器连接，用于向干燥器提供热烟气；
由煤炭热解单元热解后产生的热态半焦，一大部分直接进入循环流化床锅炉燃烧发电，另一小部分则进入沸腾炉，产生供热解所需的热烟气；当煤炭热解单元和半焦燃烧发电单元中的一个发生故障时，切断耦合环节，其中的另一个单元仍能够独立运行；
其特征在于：所述多联产方法为：经过筛分除杂处理，粒径为0～15mm，含水率低于20％的粉煤，首先进入干燥器进行干燥，水分减少至5％以下，再进入后端预热器，预热至200～250℃，进入热解窑，在热解窑内500～650℃的温度下进行热解，产生热解气和半焦；
来自热解窑450～500℃的热解气进入高温气体过滤器，滤除掉≤1μm的固体颗粒物，然后依次进入热解气冷却和余热回收装置、第二冷却器及焦油电捕器；在此过程中，热解气温度降至25～50℃，绝大部分焦油已进行了收集；冷却后的热解气转入后续处理环节，冷凝析出的焦油集中送至焦油池，等待进一步的深加工；
由热解产生的热态温度达450～500℃的半焦，一路直接进入循环流化床锅炉燃烧，产生的蒸汽驱动汽轮机发电；由循环流化床锅炉排出的温度为800～980℃的烟气进入余热回收锅炉，进行冷却及余热回收，回收的蒸汽并入发电蒸汽系统；由余热回收锅炉排出的烟气温度为120～200℃，供给干燥器使用；由循环流化床锅炉排出的炉渣，温度800～950℃，进入冷渣器冷却降温，产生的热风温度为200～400℃，一部分回到循环流化床锅炉炉膛，其余部分送至干燥器，用于煤的干燥；冷却后的炉渣可用于制取建材制品，或用于水泥混合材；
进入沸腾炉的半焦，燃烧产生700～800℃的热烟气，进入热解窑，提供热解所需热量；热解后由热解窑排出温度为250～350℃的热烟气，进入预热器将煤料预热至200～250℃；排出预热器的热烟气温度150～180℃，进入干燥器干燥煤料；排出干燥器的烟气温度80～100℃，部分返回沸腾炉作为混风使用，另一部分进入热解气冷却和余热回收装置作为冷却介质，升温至200℃～250℃后，送至干燥器作为干燥热源；其它多余部分烟气外排；
当煤炭热解单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭来自热解窑的半焦通道，开启预先设置的供煤或半焦通道，用预先准备的煤或半焦，供给循环流化床锅炉燃烧发电；此时由余热回收锅炉产生的热烟气，可继续供给干燥机干燥或直接外排；
当半焦燃烧发电单元检修或发生故障无法运行时，此时关闭进入循环流化床锅炉的半焦通道，改为经由冷焦机冷却后运至堆场备用；此时，干燥热源不足时，则降低干燥机的处理量；当有其它干燥热源补充时，仍按正常处理量干燥。
2.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述干燥器采用多加热管回转式干燥器，采用热烟气间接传热方式对颗粒煤进行预干燥，用于干燥的热烟气由来自预热器、热解气冷却和余热回收装置、余热回收锅炉及冷渣器的热气体混合而成；排出干燥器的烟气温度为80～100℃，部分返回沸腾炉作为混风使用，另一部分进入热解气冷却和余热回收装置作为冷却介质，其它多余部分烟气外排。
3.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述预热器采用卧式或立式间壁预热器，采用热烟气间接传热方式，用以将待热解的煤进一步升温至200～250℃。
4.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述热解窑采用多加热管回转式热解窑，热解所需热量由沸腾炉提供，600～800℃的热烟气经由热解窑内多组加热管的内部,通过管壁加热管外煤料，进而产生热解。
5.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述高温气体过滤器为金属基滤管式过滤器，能够对800℃以下的热解气进行粉尘过滤处理，以保证后续收得焦油的纯净度。
6.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述热解气冷却和余热回收装置为采用直接—间接组合式换热，将450～500℃的热解气降温到80～100℃；在此过程中，通过间接换热，加热热风至200～250℃，用于煤料干燥；冷却介质采用水或导热油，加热后用于其它目的；为消除间接换热体外表面的沉积焦油，定期对外壁用洗油冲洗，同时还能够进一步降低热解气温度。
7.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述第二冷却器采用冷却水管间接冷却，热解气降至25～50℃，之后进入焦油电捕器，对焦油进行进一步的捕集。
8.根据权利要求1所述的多联产方法，其特征在于：所述冷渣机采用流化床式冷渣机或气垫式冷渣机，用以将循环流化床锅炉排出的炉渣冷却到80～150℃；冷却过程中产生的热风一部分返回锅炉炉膛，另一部分用于煤干燥；冷却后的炉渣用于生产砖瓦制品，或者用于水泥生产的混合材。
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