粉煤低溫快速熱解系統及工藝的制作方法

本發明涉及粉煤熱解技術領域，具體涉及一種整體回轉式固體熱載體粉煤低溫快速熱解系統及工藝。

背景技術：

煤炭是中國儲量最豐富的化石燃料，占中國化石能源儲量的96％，其中低品質煤占煤炭資源總量的40％左右。

煤的熱解是指煤在隔絕空氣條件下加熱，形成煤氣、焦油和半焦(或焦炭)產物的化學過程。按照熱解溫度分為500～650℃的低溫熱解、650～800℃的中溫熱解、900～1000℃的高溫熱解和大于1200℃的超高溫熱解。按照加熱速度分為3～5℃/min的慢速熱解，5～100℃/min的中速熱解，50～105℃/min的快速熱解和大于106℃的閃裂解。

煤的熱解最廣泛的工業應用是生產焦炭，屬于典型的高溫慢速熱解工藝，以生產焦炭為目的的傳統熱解技術，一般用于處理塊度為15～50mm的塊煤。隨著采煤機械化程度的提高，6mm以下的粉煤產率達到50％以上。由于運輸困難和價格偏低等原因，造成大量的粉煤積壓。用快速熱解方法將低階粉煤提質，能提取出高產率的焦油和煤氣，同時產生的半焦既是優質的無煙燃料，也是優質的鐵合金用焦、氣化原料和吸附材料。粉煤低溫快速熱解是潔凈、高效利用低階煤資源提高煤炭產品附加值的有效途徑。

經過30多年的發展，國內外相繼開發了多種粉煤熱解技術和關鍵設備，其中固體熱載體工藝因其升溫快速能獲得更高的收油率而被重點關注，但現有流化床固體熱載體工藝由于煤粉和半焦采用氣流輸送，存在高溫氣固分離效果差，系統難以長期穩定運行的問題。近幾年發展起來的回轉式熱解工藝普遍采用間接加熱方式，雖然很好地解決了干餾氣中粉塵含量偏高的問題，但間接加熱效率低，使其存在難以實現單系列大型化的局限性。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提供一種粉煤低溫快速熱解系統，其能夠使粉煤快速升溫熱解、避免焦油二次分解。

本發明的另一個目的在于提供一種粉煤低溫快速熱解工藝，其能夠有效回收粉煤熱解過程中產生的各種熱量。

為達此目的，本發明一方面提出一種粉煤低溫快速熱解系統，其包括粉煤干燥-煙氣余熱回收單元、回轉爐干餾單元、干餾氣油洗單元、輕油-重油分離單元、油氣冷凝分離單元以及干法熄焦-空氣預熱單元，所述回轉爐干餾單元包括整體回轉式干餾爐，所述干餾爐包括外筒和與所述外筒固接的內筒，所述外筒內設有依次串聯的預熱室、干餾室和燃燒室；所述預熱室內設置有連接所述外筒與所述內筒的至少一根預熱管；所述內筒上靠近所述至少一根預熱管的一端連接第一返料通道，而另一端連接第二返料通道，所述第一返料通道和所述第二返料通道的另一端分別與所述燃燒室連通，其中，粉煤進入到干燥塔的頂部，在重力作用下經過設置在所述干燥塔中的螺旋下料板向所述干燥塔的底部流動，從所述干餾爐的爐頭排出的經過一次降溫的煙氣從所述干燥塔的下部向上流動，與自上而下運動的所述粉煤直接接觸換熱，使所述粉煤升溫到120℃以上，以脫除粉煤中所含的水分；干燥后進入所述預熱室的預熱管內的所述粉煤被流經管外的高溫煙氣和高溫半焦間接換熱到200～300℃；預熱后的所述粉煤進入干餾室，一方面通過所述干餾室外部的煙氣和高溫半焦間接加熱，另一方面通過與所述燃燒室返回的800～900℃高溫半焦直接混合加熱而迅速升溫到500～650℃，實現快速熱解，產物干餾氣從所述干餾室尾部的中心管排出所述干餾爐；從所述干餾爐排出的干餾氣經除塵后進入所述洗滌塔，用所述分餾塔處理過的重油在所述洗滌塔內與所述干餾氣逆流接觸，將所述干餾氣中夾帶的粉塵去除形成油泥，所述油泥一部分進入廢熱鍋爐，回收熱量降溫后返回到所述洗滌塔，另一部分返回所述干餾爐進行二次分解；熱解半焦經所述第一返料通道輸送至所述燃燒室，其中，1～3％的半焦在所述燃燒室內與從所述干餾爐尾端鼓入的預熱空氣燃燒將半焦升溫到800～900℃成為高溫半焦；50～80％的高溫半焦經所述第二返料通道送到所述干餾室的前端部，作為固體熱載體與預熱的所述粉煤直接混兌，實現所述粉煤的快速升溫；其余的高溫半焦反向輸送回所述干餾爐的爐頭方向；所述燃燒室燃燒所述半焦產生的高溫煙氣在負壓作用下，沿所述干餾室、所述預熱室的預熱管與所述外筒間形成的通道向所述爐頭運動，同時與所述預熱管中的干燥粉煤間接換熱，使煙氣溫度降到450～550℃，并從所述爐頭上部排出進入到所述干燥塔中，以進一步降溫。

進一步地，所述干餾爐的所述外筒的內壁上設置有揚料板，所述燃燒室升溫后反向輸送回所述爐頭方向的高溫半焦，在經過所述預熱室時被所述揚料板揚起而落到帶有外翅片的所述預熱管外部，與所述預熱管內的所述粉煤間接換熱，使半焦溫度降低到450～550℃，并從所述爐頭底部排出。

進一步地，所述干法熄焦-空氣預熱單元包括粉體流冷卻器和空氣預熱器，所述粉體流冷卻器設置為半焊式板式換熱器，所述換熱器由一對焊接并膨脹形成中空的板片組成，所述板片之間為所述高溫半焦，所述板片內為導熱油，從所述爐頭底部排出的所述成品半焦進入所述粉體流冷卻器中，通過與導熱油間接換熱，使所述高溫半焦降溫到100℃以下排出，間接換熱后排出的高溫導熱油，通過所述空氣預熱器將從所述干餾爐尾端進入所述燃燒室的空氣預熱。

進一步地，所述干燥塔的煙氣入口的下部設置有緩沖料倉，干燥后的所述粉煤進入到所述緩沖料倉，并在所述緩沖料倉內維持一定的料位高度，一方面維持進入所述干餾爐的粉煤的穩定性，另一方面防止經所述預熱管返回的干餾氣泄漏。

進一步地，所述第一返料通道的出口端和所述第二返料通道的出口端分別安裝有重力密封機構。

本發明另一方面還提供了一種利用如上所述的粉煤低溫快速熱解系統的粉煤低溫快速熱解工藝，其包括如下步驟：干燥步驟，利用半焦燃燒產生煙氣余熱對原煤進行干燥：粉煤進入到干燥塔的頂部，在重力作用下流經設置在塔內的螺旋下料板向所述干燥塔的底部流動，從干餾爐的爐頭排出的經過一次降溫的煙氣從所述干燥塔的下部向上流動，與自上而下運動的所述粉煤直接接觸換熱，使所述粉煤升溫到120℃以上，以脫除粉煤中所含的水分；干餾步驟，干燥后進入所述預熱室的預熱管內的所述粉煤被流經管外的高溫煙氣和高溫半焦間接換熱到200～300℃；預熱后的所述粉煤進入干餾室，一方面通過所述干餾室外部的煙氣和高溫半焦間接加熱，另一方面通過與所述燃燒室返回的800～900℃高溫半焦直接混合加熱而迅速升溫到500～650℃，實現快速熱解，產物干餾氣從所述干餾室尾部的中心管排出所述干餾爐；熱解半焦輸送至所述燃燒室，其中，1～3％的半焦在所述燃燒室內與從所述干餾爐尾端鼓入的預熱空氣燃燒將半焦升溫到800～900℃成為高溫半焦；50～80％的高溫半焦送到所述干餾室的前端部，作為固體熱載體與預熱的所述粉煤直接混兌，實現所述粉煤的快速升溫；其余的高溫半焦反向輸送回所述干餾爐的爐頭方向；油洗步驟，從所述干餾室導出的干餾氣經除塵后進入洗滌塔，用分餾塔處理過的重油在所述洗滌塔內與所述干餾氣逆流接觸，以將所述干餾氣中夾帶的粉塵去除形成油泥；分餾步驟，經重油洗滌后的所述干餾氣再經所述分餾塔分離后進入冷凝器，經油水分離器分離得到煤氣和輕油。

進一步地，所述干餾步驟中，所述燃燒室升溫后反向輸送回所述爐頭方向的高溫半焦，在經過所述預熱室時被揚料板揚起而落到帶有外翅片的所述預熱管外部，與所述預熱管內的所述粉煤間接換熱，使半焦溫度降低到450～550℃，并從所述爐頭底部排出。

進一步地，所述干餾步驟中，從所述爐頭底部排出的所述成品半焦進入到粉體流冷卻器中，通過與導熱油間接換熱，使所述高溫半焦降溫到100℃以下排出，同時間接換熱后排出的高溫導熱油，通過空氣預熱器將從所述干餾爐尾端進入所述燃燒室的空氣預熱。

進一步地，所述干餾步驟中，所述燃燒室燃燒所述半焦產生的高溫煙氣在負壓作用下，沿所述干餾室、所述預熱室的預熱管與外筒間形成的通道向所述爐頭運動，同時與所述粉煤間接換熱，使煙氣溫度降到450～550℃，并從所述爐頭上部排出進入到所述干燥塔中，以進一步降溫。

進一步地，所述油洗步驟中，所述油泥分成兩部分：一部分進入廢熱鍋爐，回收熱量降溫后返回到所述洗滌塔的中部，另一部分返回所述干餾爐進行二次分解。

本發明具有以下有益效果：

(1)以高溫半焦為固體熱載體，粉煤在干餾室內通過與高溫半焦直接混兌而實現快速升溫，熱解時間短，避免焦油二次分解，提高收油率；

(2)熱解半焦從干餾室輸送到燃燒室以及高溫半焦返料循環均采用返料通道的方式，返料通道的底部形成的固體料封和設置在返料通道兩出口端的重力密封機構，有效地防止了煙氣和干餾氣的泄漏，一方面提高收油率，另一方面減輕煙氣凈化和干餾氣凈化的負荷，提高煤氣和焦油質量；

(3)通過部分燃燒半焦為熱解提供所需熱量，與其他工藝相比，不消耗熱解煤氣和煤焦油，使本工藝能獲得更高的收油率；

(4)本發明采用干法熄焦，一方面回收高溫半焦熱量，另一方面減少廢水量；

(5)本發明采用重油洗滌干餾氣的工藝，回收干餾氣中的粉塵后形成的油泥再次返回干餾爐進行二次分解，減少了系統的廢液排放，同時進一步回收夾帶的揮發熱量，提高收油率；

(6)本發明采用分餾塔將熱解得到的焦油分離為輕油和重油，加大二者與水的比重差，使油水分離更徹底，降低廢水處理難度；

(7)整個工藝采用了有效的熱回收措施，提高了本工藝的經濟性。

首先是燃燒室燃燒半焦產生的高溫煙氣經過干餾室和預熱管與外筒之間的空間時，通過間接換熱，由粉煤部分地回收了高溫煙氣余熱；其次經過一次降溫的煙氣從爐頭引出后，再經干燥塔，與含水粉煤直接接觸，利用煙氣余熱高效干燥粉煤，同時降低煙氣溫度，為后續的煙氣除塵提供良好條件；熱解半焦在爐內經設置在外筒內壁上的揚料板揚起，落到帶有存料和擴展表面積功能的外翅片的預熱管上，與管內粉煤間接高效換熱回收熱量，成品半焦出爐后，采用粉體流冷卻器，用導熱油回收高溫半焦余熱，并預熱進入燃燒室的空氣。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種粉煤低溫快速熱解系統的結構示意圖；

圖2為圖1所示的干餾爐的結構示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種粉煤低溫快速熱解工藝的流程框圖。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。應當理解，此處所描述的內容僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明實施例提供的一種粉煤低溫快速熱解系統，包括粉煤干燥-煙氣余熱回收單元、回轉爐干餾單元、干餾氣油洗單元、輕油-重油分離單元、油氣冷凝分離單元以及干法熄焦-空氣預熱單元。

粉煤干燥-煙氣余熱回收單元包括干燥塔10，從皮帶輸送來的粉煤b經分配器進入到干燥塔10的頂部，在重力作用下經設置在干燥塔內的螺旋下料板向干燥塔10的底部流動，從干餾爐20的爐頭排出的經過一次降溫的煙氣y從干燥塔10的下部向上流動，與自上而下運動的粉煤b直接接觸換熱，使粉煤b升溫到120℃以上，以脫除粉煤b中所含的水分。

干燥塔10的煙氣入口的下部設置有緩沖料倉(圖中未示出)，干燥后的粉煤b進入到緩沖料倉，并在緩沖料倉內維持一定的料位高度,一方面維持進入干餾爐20內的物料的穩定性，另一方面起到料封作用，防止經預熱管22a返回的干餾氣c泄漏。

從緩沖料倉出來的干燥粉煤b進入到回轉爐干餾單元中的干餾爐20。如圖2所示，干餾爐20為整體回轉式結構，其包括外筒和與外筒固接的內筒，外筒內設有依次串聯的預熱室21a、干餾室21b和燃燒室21c,它們之間采用焊接方式連接為整體。預熱室21a內設置有連接外筒與內筒的至少一根預熱管22a；內筒上靠近預熱管22a的一端連接第一返料通道23，而另一端連接第二返料通道24，第一返料通道23和第二返料通道24的另一端分別與燃燒室21c連通。

干燥后進入預熱室21a的預熱管22a內的粉煤b隨著爐體整體回轉，預熱管22a的內表面設置有螺旋推料板25，外表面設有外翅片(圖中未示出)，在螺旋推料板25作用下，粉煤b從預熱管22a的頭部移動到預熱管22a的尾部，在此過程中被流經管外的高溫煙氣y和高溫半焦d間接換熱，由120℃升溫到200～300℃。預熱室21a的預熱管22a越多，單位體積內的比表面積就越大，且螺旋推料板25、外翅片與預熱管22a采用焊接結構，既起到輸送物料的作用，也起到增加預熱管內外表面積的作用，能顯著提高預熱室21a的換熱效率。

預熱后的粉煤b在多根預熱管22a的尾部匯集進入干餾室21b，預熱管22a與干餾室21b采用焊接連接，獲得良好的密封性能，防止煙氣y漏入到干餾氣c中。

預熱后的粉煤b進入干餾室21b，一方面通過干餾室21b外部的煙氣y和高溫半焦d間接加熱，另一方面通過與燃燒室21c返回的800～900℃高溫半焦d直接混合加熱,粉煤b在干餾室10內停留3～8分鐘后,迅速升溫到500～650℃，實現快速熱解，產物干餾氣c從干餾室21b尾部的中心管26排出干餾爐20。

中心管26與干餾室21b采用焊接結構，保證良好的密封性能，防止干餾氣c泄漏到燃燒室21c中。為防止干餾氣c經過燃燒室21c時由于高溫發生二次分解，該中心管26的外部設置有保溫隔熱層27。另外，中心管26與干餾爐20尾端部采用帶隔熱裝置的動態密封件28連接，防止煙氣泄漏。

從干餾爐20排出的干餾氣c中含有一定量的粉塵,經除塵后進入干餾氣油洗單元中的洗滌塔30，用輕油-重油分離單元中的分餾塔40處理過的重油z在洗滌塔30內與干餾氣c逆流接觸，將干餾氣c中夾帶的粉塵去除形成油泥e。油泥e一部分進入廢熱鍋爐31，回收熱量降溫后返回到洗滌塔30，另一部分返回干餾爐20進行二次分解，達到系統平衡。洗滌后的干餾氣c再經分餾塔40分離后進入油氣冷凝分離單元中的冷凝器41，冷凝液在油水分離器42中分離得到煤氣m1和輕油m2，廢水w進入廢水處理系統。

另外，熱解半焦d’在干餾室21b的尾部經第一返料通道輸送至燃燒室21c，第一返料通道的出口端設置的重力密封機構以及在返料通道底部形成的固體料封，能夠阻止干餾氣c隨半焦d’進入燃燒室21c。其中，根據溫度要求，1～3％的半焦d’在燃燒室21c內與從干餾爐20尾端鼓入的預熱空氣a’燃燒將半焦d’在固定于外筒的內壁上的揚料板的作用下，在燃燒室21c區域內形成自上而下的料流，從干餾爐20尾端鼓入經預熱的空氣a’，在熱解半焦d’過量的條件下，通過控制空氣量調整燃燒強度，由500～650℃升溫到800～900℃成為高溫半焦d。

其中，根據干餾室21b的溫升要求,一般為總量的50～80％的高溫半焦d經第二返料通道送到干餾室21b的前端部，作為固體熱載體與預熱的粉煤b直接混兌，實現粉煤b的快速升溫。第二返料通道的出口端設置的重力密封機構以及在返料通道底部形成的固體料封,能夠阻止煙氣c進入到干餾室21b內。在干餾爐20的外筒的內壁上設置有返料螺旋，其余的高溫半焦d沿外筒的內壁反向輸送回干餾爐20的爐頭方向。

干餾爐20的外筒的內壁上設置有揚料板，燃燒室21c升溫后反向輸送回爐頭方向的高溫半焦，在預熱管外部設置有帶存料功能的外翅片，高溫半焦在經過預熱室21a時被揚料板揚起而落到預熱管22a外部的外翅片上，延長了高溫半焦與預熱管的接觸時間，與預熱管22a內的粉煤b實現充分間接換熱，使半焦溫度降低到450～550℃，作為成品半焦m3從所述爐頭底部排出。

另外，燃燒室21c燃燒半焦產生的高溫煙氣y在負壓作用下，沿干餾室21b、預熱管22a與外筒間形成的通道向爐頭運動，同時與粉煤b間接換熱，使煙氣溫度降溫到450～550℃，從爐頭上部排出進入到干燥塔中，進一步降溫。

進一步地，干法熄焦-空氣預熱單元包括粉體流冷卻器50和空氣預熱器60，粉體流冷卻器50設置為半焊式板式換熱器，其由一對焊接并膨脹形成中空的板片組成，板片之間為高溫半焦d，板片內為導熱油f。從爐頭底部排出的成品半焦經過一個緩沖料倉，進入到粉體流冷卻器50中，通過與導熱油f間接換熱，使高溫半焦d降溫到100℃以下排出，間接換熱后排出的高溫導熱油f，通過空氣預熱器60將空氣a進行預熱,同時回收熱量。預熱空氣a’再從干餾爐20尾端進入燃燒室21c。

如圖3所示，本發明實施例還提供一種粉煤低溫快速熱解工藝，其采用如上所述的粉煤低溫快速熱解系統來實現，粉煤低溫快速熱解工藝包括如下步驟：

干燥步驟s1，利用半焦燃燒產生煙氣余熱對原煤進行干燥：粉煤進入到干燥塔的頂部，在重力作用下流經設置在干燥塔內的螺旋下料板向所述干燥塔的底部流動，從干餾爐的爐頭排出的經過一次降溫的煙氣從所述干燥塔的下部向上流動，與自上而下運動的所述粉煤直接接觸換熱，使所述粉煤升溫到120℃以上，以脫除粉煤中所含的水分；

干餾步驟s2，干燥后進入所述預熱室的預熱管內的所述粉煤被流經管外的高溫煙氣和高溫半焦間接換熱到200～300℃；預熱后的所述粉煤進入干餾室，一方面通過所述干餾室外部的煙氣和高溫半焦間接加熱，另一方面通過與所述燃燒室返回的800～900℃高溫半焦直接混合加熱而迅速升溫到500～650℃，實現快速熱解，產物干餾氣從所述干餾室尾部的中心管排出所述干餾爐；熱解半焦輸送至所述燃燒室，其中，1～3％的半焦在所述燃燒室內與從所述干餾爐尾端鼓入的預熱空氣燃燒將半焦升溫到800～900℃成為高溫半焦；50～80％的高溫半焦送到所述干餾室的前端部，作為固體熱載體與預熱的所述粉煤直接混兌，實現所述粉煤的快速升溫；其余的高溫半焦反向輸送回所述干餾爐的爐頭方向；

油洗步驟s3，從所述干餾室導出的干餾氣經除塵后進入洗滌塔，用分餾塔處理過的重油在所述洗滌塔內與所述干餾氣逆流接觸，以將所述干餾氣中夾帶的粉塵去除形成油泥；

分餾步驟s4，經重油洗滌后的所述干餾氣再經所述分餾塔分離后進入冷凝器，經油水分離器分離得到煤氣和輕油。

進一步地，干餾步驟s2中，所述燃燒室升溫后反向輸送回所述爐頭方向的高溫半焦，在經過所述預熱室時被揚料板揚起而落到所述預熱管的外部，與所述預熱管內的所述粉煤間接換熱，使半焦溫度降低到450～550℃，并從所述爐頭底部排出。

進一步地，干餾步驟s2中，從所述爐頭底部排出的所述成品半焦進入到粉體流冷卻器中，通過與導熱油間接換熱，使所述高溫半焦降溫到100℃以下排出，同時間接換熱后排出的高溫導熱油，通過空氣預熱器將從所述干餾爐尾端進入所述燃燒室的空氣預熱。

進一步地，干餾步驟s2中，所述燃燒室燃燒所述半焦產生的高溫煙氣在負壓作用下，沿所述干餾室、所述預熱室的預熱管與外筒間形成的通道向所述爐頭運動，同時與所述粉煤間接換熱，使煙氣溫度降到450～550℃，并從所述爐頭上部排出進入到所述干燥塔中，以進一步降溫。

進一步地，油洗步驟s3中，所述油泥分成兩部分：一部分進入廢熱鍋爐，回收熱量降溫后返回到所述洗滌塔的中部，另一部分返回所述干餾爐進行二次分解。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用的技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。