專利名稱：鍋爐前置煤氣發生的工藝和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍋爐前置煤氣發生的工藝和設備，主要用于中小城市的煤氣化以對及煤炭資源的合理、高效和清潔利用。在新建或現有熱電站的循環流化床鍋爐的基礎上，加裝煤氣發生裝置，就可做到電、熱、煤氣的聯合生產和供應。
1994年8月3日公告了“一種生產干餾煤氣的方法及裝置”，授權公告號為CN1025568C，專利號為92100912.7，參見圖7。其目的是實現煤氣、電力和熱力“三聯產”，其方法是以循環流化床鍋爐循環熱灰為熱源加熱煤生產干餾煤氣;其主要構成是循環流化床鍋爐1、流化床干燥器21、干餾器14、氣力輸送管12、輸送風機13及有關附屬設備。其不足之處在于①干餾器14(即熱裂解器)沒有混勻設施，不能保證熱灰與煤混合均勻，造成煤氣的產量和質量不穩定;煤氣產量低;對煤粒度的要求較嚴格;在設備放大以后，混合不均勻將更為嚴重;②沒有實現自動控制。
圖7中的件號代表1、循環流化床鍋爐 2、鍋爐分離器 3、鍋爐返料管 4、干餾器熱灰管 5、灰量調節門 6、鍋爐返料器 7、干餾器熱灰返料器 8、鍋爐煤斗 9、鍋爐給煤機 10、鍋爐一次風機 11、鍋爐放渣管 12、輸送管 13、輸送風機 14、干餾器 15、干餾器內置分離器 16、煤氣管 17、落煤管 18、煤斗 19、干燥器分離器 20、引風機 21、流化床干燥器 22、給煤機 23、干燥器煤斗 24、空氣管 25、抽煙機 26、排料管。
本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足之處而提供一種在熱裂解器內采用流化措施和實現了自動控制的鍋爐前置煤氣發生的工藝和設備。
本發明的目的可以通過以下措施來實現本發明的工藝是以循環流化床鍋爐的循環熱灰為熱源來加熱煤以生產干餾煤氣，用部分凈化加壓和升溫過的煤氣作為流化氣，對熱裂解器內的熱灰與布料均勻的煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，干餾產生的半焦、煤氣中冷凝出的和電捕的焦油送回循環流化床鍋爐作為燃料燃燒。本發明的設備包括循環流化床鍋爐、旋風分離器、熱裂解器、振動給料斗和分配器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器，流化換熱器側部與熱裂解器底部連通，另側與冷煤氣連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通，上部有主管在熱裂解器內或器外的兩種結構，熱裂解器內的分管有三層環管或三層直管，分管上方有出氣口和擋板。本發明的操作采用自動控制，由一臺管理計算機、多臺現場監控計算機、檢測元件和執行器件組成。其邏輯控制按表3和表4執行。
附圖的圖面說明如下
圖1為本發明的流程總圖;
圖2為熱裂解器及其相關裝置的總圖;
圖3為圖2的A-A視圖;
圖4為熱裂解器的局部視圖，表示主管在熱裂解器內的煤氣流化裝置;
圖5為圖4的B向視圖，表示主管和分管布置的頂視圖;
圖6為本發明自動控制系統中檢測元件和執行器件的布置圖;
圖7為現有技術的流程總圖。
本發明附圖中的件號代表27、流化換熱器煤氣進口 28、流化換熱器煤氣出口 29、流化換熱器的熱灰和半焦排出口 30、流化換熱器的熱灰和半焦進口 31、循環流化床鍋爐 32、旋風分離器 33、輸灰管 34、將熱灰輸入熱裂解器的螺旋給料器 35、旋風分離器的煙氣出口 36、熱裂解器 37、分配器 38、振動給料斗 39、干餾煤煤斗 40、干餾煤氣出口 41、初冷器 42、電捕焦油器 43、終冷器 44、焦油 45、煤氣加壓機 46、流化換熱器 47、貯氣柜 48、熱裂解器的熱灰與半焦排出口 49、氣力輸送管 50、熱灰與半焦排出用螺旋給料器 51、一次風機 52、補充燃煤煤斗 53、補充燃煤用螺旋給料器 54、二次風機 55、鍋爐排灰渣口 56、鍋爐熱灰與半焦入口 57、熱裂解器器體 58、熱裂解器內襯 59、熱裂解器內正常料位高度面 60、熱裂解器的熱灰進口 61、環形分管 62、出氣口 63、角形擋板 64、主管 65、直分管末端擋板 66、流化換熱器筒形器體 67、流化換熱器內襯 68、管 69、直分管 70、旋風分離器排灰渣口。
下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述圖1表示本發明的流程總圖。來自循環流化床鍋爐31并經過旋風分離器32分離出的熱灰，由輸灰管33送至螺旋給料器34，分離出熱灰的煙氣由出口35送回循環流化床鍋爐31的后部受熱面。干餾煤煤斗39中的煤經過振動給料斗38和分配器37，均勻落入熱裂解器36中。冷卻和凈化后的煤氣，經加壓機45加壓后，其中一小部分經過流化換熱器46，被排出的熱灰和半焦混合物加熱分層進入熱裂解器36，對煤與熱灰進行流化，使熱裂解器內煤與熱灰混合均勻。被加熱的煤釋放出的揮發份即為干餾煤氣，從出口40排出，經過分離器除塵并經初冷器41、電捕焦油器42和終冷器43，熱煤氣被冷卻和凈化，冷煤氣經加壓機45加壓，大部分經貯氣柜47送到用戶管網，一小部分送回熱裂解器作流化氣用。經冷凝和電捕的焦油44經焦油泵、焦油輸送管、循環流化床鍋爐的焦油進口和燃燒器(圖上均未表示)送回循環流化床鍋爐31，作燃料用;冷卻器內冷卻熱煤氣所得的熱水可供應用。煤釋放出揮發份后成為半焦，半焦和放熱后的熱灰自熱裂解器下部排出管48進入流化換熱器46，與進入的冷煤氣進行熱交換，既提高了流化用煤氣的溫度，又降低了半焦和熱灰混合物的溫度。本發明采用冷卻的凈煤氣經加壓加溫后作為流化氣送回熱裂解器。加壓后的熱煤氣除能很好地起到流化混合作用外，還能不降低熱裂解器內的溫度，同時熱灰和半焦混合物在流化換熱器內經過降溫后還可提高其后輸送裝置的使用壽命。換熱后的半焦和熱灰混合物從流化換熱器底部出口29進入螺旋給料器50，與一次風機51一起將半焦和熱灰混合物以稀相氣力輸送法送回鍋爐34燃燒，這是鍋爐的主要燃料源。為了穩定燃燒，煤斗52中的補充燃煤經過螺旋給料器53送入鍋爐31內，作為輔助燃料之用，二次風機54鼓風供鍋爐用。
本發明所屬設備中的鍋爐為現有循環流化床鍋爐31，燃燒室一側有補充燃煤的煤斗52、螺旋給料器53和調速電機D7，下部有二次風機54、調速電機D6和排灰渣口55，另側有熱灰和半焦混合物入口56，上部連接有旋風分離器32，分離器32上部有煙氣出口35，下部有輸灰管33連通螺旋給料器34。
圖2-圖5表示熱裂解器及其相關裝置的結構。
熱裂解器36為鋼制筒形器體57，內有耐火及保溫磚內襯58，頂部有干餾煤煤斗39、由調速電機D2帶動的振動給料斗38和分配器37，振動給料斗38可破拱以保證煤下落通暢，并可無級調節給煤量。分配器37由上下兩個錐體件構成，錐體件外圍用幾根本實施例為三根拉桿焊于管68上，以保證煤粒均勻散落于料面59上。熱裂解器36兩側分別有熱灰進口60和干餾煤氣出口40。參見圖4和圖5，煤氣流化裝置包括供熱煤氣進入的多層環形分管61和主管64，本實施例的分管為三層，布設于熱裂解器內腔的中部和上部，以對熱裂解器內中、上部的煤粒和熱灰進行不同層次的充分流化混合。每根分管上方有多個出氣口62，本實施例為20個，出氣口上有個環形的角形擋板63，可參見圖2和圖3，其作用是使熱煤氣流離開分管后向兩側分流，以取得更好的流化效果，同時還可不使熱灰和煤粒進入分管61內，分管前有主管64連于流化換熱器46的出口28上，分管還可以是三層直管69參考圖2。另外，還可以按圖2和圖3的方式，主管在熱裂解器36外，分管仍為環狀或直管式，直分管69末端有擋板65。熱裂解器36下部有半焦和熱灰混合物排出口48，排出口48與進口30連通。流化換熱器46為鋼制筒形器體66，內有內襯67，底部有半焦和熱灰混合物排出口29與螺旋給料器50連通，螺旋給料器50由調速電機D3帶動，一次風機51由調速電機D5帶動，從螺旋給料器50排出的熱灰和半焦混合物，由來自一次風機51的氣流，經氣力輸送管68送回鍋爐31內參與燃燒。流化換熱器46側下部有煤氣進口27，頂部有升溫后的煤氣出口28。流化換熱器既可以流化的方式進行熱交換，又可穩定熱灰和半焦混合物的排放。熱裂解器上側有干餾煤氣出口40，熱裂解器另側上部與螺旋給料器34排出口連通，給料器34由調速電機D1帶動。螺旋給料器34和50均采用變螺距的，即近調速電機端的螺距比另端的螺距大，這樣，可使給料量穩定，還有利于在螺距小的另端存滿物料以確保密封，從而防止熱裂解器36內的煤氣竄入旋風分離器32和氣力輸送管49內而影響煤氣產量。參見圖1，煤氣出口40與初冷器41連通，初冷器采用間接冷卻方式，即冷卻水與待冷卻的煤氣不直接接觸，本實施例為列管式冷卻器，列管內走水，列管外走煤氣，不產生污染環境的含酚污水。初冷器與熱裂解器之間安裝有分離器(圖上未表示)，可對煤氣進行除塵凈化。初冷器后連接電捕焦油器42、終冷器43和煤氣加壓機45。終冷器也是采用間接冷卻方式。加壓機45后有貯氣柜47和流化換熱器46，加壓機由調速電機D4帶動。一次風機51由調帶電機D5帶動，二次風機54由調速電機D6帶動。
本發明的自動控制系統是由一臺管理計算機、多臺現場監控計算機、檢測元件和執行器件組成的集散型計算機控制系統，其作用是穩定各生產參數、保證生產穩定和安全。本實施例中共有四臺循環流化床鍋爐31、四臺熱裂解器36及其附屬裝置，所以，由一臺管理計算機即PC386工業控制計算機簡稱上位機和八臺現場監控計算機簡稱下位機組成。每臺鍋爐及其前置熱裂解器設兩臺現場監控機，該機直接參與鍋爐、熱裂解器及附屬裝置的監測與控制。在沒有上位機參與的情況下，下位機能獨立完成對機組的監控任務。上位機框圖見表1，下位機結構及連線圖見表2。
檢測元件有T1-T7、P1-P4、L1和F1，這些符號的含義如下T1將進入熱裂解器的熱灰的溫度，T2熱裂解器內熱灰與干餾煤混合物的初始溫度，T3熱裂解器內熱灰與干餾煤混合物的終了溫度，T4將進入熱裂解器的流化煤氣的溫度，T5從熱裂解器排出的干餾煤氣的溫度，T6將返回鍋爐的熱灰和半焦混合物的溫度，T7將進入熱裂解器的干餾煤的溫度，上述的溫度值T1-T6均采用熱電偶溫度變送器進行檢測，T7采用鉑電阻溫度變送器檢測。
P1從熱裂解器排出的干餾煤氣壓強，P2熱裂解器內流化點的壓強，P3流化換熱器輸出的流化煤氣的壓強，P4將進入流化換熱器的流化煤氣的壓強，以上壓強均采用壓力變送器檢測。
F1從熱裂解器排出的干餾煤氣的流量，采用孔板及差壓變送器檢測。
L1熱裂解器內物料的料位，采用核子料位計檢測。
保持料位的穩定是本裝置穩定生產的關鍵一環，因此采用兩套方案進行監測和控制。采集到的P1、P2值經計算機處理后，通過壓差P2-P1的數值可反映出料位的變化，通過控制執行機構D1、D2、D3，可對料位進行調整。核子料位計可直觀地監測到料位的位置，給出報警信號，同時通過控制執行機構D1、D2、D3對料位進行調整。
根據上述檢測出的數據，經過下位機計算處理后，對下述執行器件D1-D6進行調控，以改變Q1-Q6物料的輸送量，從而達到對本發明進行自動控制。詳述于下
Q1進入熱裂解器36的熱灰量，由調速電機D1驅動螺旋給料器34進行調控;Q2進入熱裂解器的干餾煤量，由調速電機D2驅動振動給料斗38進行調控;Q3從流化換熱器46底部排出的熱灰和半焦混合物的量，由調速電機D3驅動螺旋給料器50進行調控;Q4從熱裂解器排出的干餾煤氣量，由調速電機D4驅動加壓機進行調控;Q5進入循環流化床鍋爐31的一次風量，由調速電機D5驅動一次風機進行調控;Q6進入循環流化床鍋爐的二次風量，由調速電機D6驅動二次風機進行調控。
為了確保本發明熱裂解器的正常運行，先給出正常料位高度面59和予先設定A、B、C三個數值(或范圍)。A代表P1的正常值，即檢測出從熱裂解器排出的干餾煤氣的壓強＝A時表明生產正常，當檢測出P1＞A時表明干餾煤氣產量過多，P1＜A時表明干餾煤氣產量不足。B代表P2-P1的正常值，由于流化點上有料層，所以熱裂解器內流化點的壓強P2比P1大，當P2-P1＝B時，表明生產正常，當P2-P1＞B時，表明熱裂解器內料層高度過高即物料太多，當P2-P1＜B時，表明物料不足。C代表T2-T3的正常值，熱灰與干餾煤混合物的初始溫度-終了溫度＝C時表明生產正常，T2-T3＞C時，表明溫度過高，T2-T3＜C時，表明溫度過低。表3列舉出計算機自動控制系統根據檢測出的上述各值，經過處理和計算，然后通過控制調速電機D1-D5以調控流量Q1-Q5，使系統達到平衡，維持正常生產。表中+Q1表示需增加Q1量，-Q2表示需降低Q2量，余依此類推。調控方法見表3
表3<
>為了確保流化換熱器的正常運行，設定D值，當P4-P3＝D時表明運轉正常，當P4-P3＞D時，表明流化換熱器內物料存儲過多，P4-P3＜D時，表明物料存儲過少，調控方法見表4表4<
<p>對于循環流化床鍋爐的調控，本發明只列舉了對一次風機和二次風機的調控，當上述表3和表4中需增大或降低Q3量即+Q3或-Q3時，相應地需增大或降低一次風機和二次風機的流量，即增大或降低調速電機D5和D6的轉數。鍋爐的另一個調控量即補充燃煤螺旋給料器53及其調速電機D7的調控，除與一次風量和二次風量有關外，還與諸如本發明以外的循環流化床鍋爐的過熱蒸汽溫度、汽包水位、爐膛負壓、溫度和料位等因素有關，這里不作進一步描述。
每臺循環流化床鍋爐和每臺煤氣發生裝置的技術產數如下循環流化床鍋爐鍋爐投煤量1t/h蒸汽發生量35t/h熱灰循環量40t/h熱裂解器投煤量5t/h煤氣產量大約1000Nm3/h煤氣發熱值 4000kcal/Nm3(16720kJ/m3一氧化碳含量＜10%灰煤比 8∶1返燒焦油大約400kg/h電捕焦油器除焦油效率90%
冷卻器初冷器煤氣溫度500℃-80℃終冷器煤氣溫度80℃-25℃本發明對比現有技術具有下述優點1、用熱煤氣對熱裂解器內的熱灰與煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，因而達到①所得干餾煤氣產量高且產量與質量穩定;②可減小熱裂解器的幾何尺寸;③可用粘結性較高的煤即煤的適用性寬廣，從而省去現有技術所設置的干燥、破粘的過程和設備;④可用粒度較大的煤達到相同的干餾效果，現有技術煤粒0-8毫米，本發明為0-15毫米。2、進入熱裂解器的干餾煤由振動給料斗輸送，可以破拱，使送煤量穩定，并可無級調節給煤量;采用分配器，可使煤的布料均勻。3、采用變螺距的螺旋給料器，可使給料量穩定，還可對氣體起密封作用，防止煤氣從熱裂解器中外溢至其他容器而降低煤氣產量。4、設有流化換熱器，既可進行熱交換，又可穩定熱灰和半焦混合物的排放，同時，熱灰和半焦混合物也被降溫，可提高輸送裝置的壽命。5、采用間接冷卻器對煤氣進行冷卻，不產生含酚污水，因而不污染環境。6、焦油送回鍋爐燃燒，提高了熱效率。7、用計算機進行監測和控制，使生產過程實現自動化，生產更加穩定。
權利要求
1.一種鍋爐前置煤氣發生的工藝，以循環流化床鍋爐循環熱灰為熱源加熱煤生產干餾煤氣，干餾產生的半焦和放熱后的熱灰送回循環流化床鍋爐作為燃料燃燒，其特征在于，煤布料均勻，用部分凈化加壓并經升溫過的干餾煤氣作為流化氣，對熱裂解器內的熱灰與煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，煤氣冷凝出的和電捕的焦油送回循環流化床鍋爐作為燃料燃燒。
2.一種鍋爐前置煤氣發生的設備，包括循環流化床鍋爐、旋風分離器和熱裂解器，其特征在于，由振動給料斗和分配器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器組成，流化換熱器側部與熱裂解器底部連通，另側與冷煤氣連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通，上部有主管在熱裂解器內或器外的兩種結構，熱裂解器內的分管有三層環管或三層直管兩種結構，分管上方有出氣口和擋板。
全文摘要
鍋爐前置煤氣發生的工藝，以循環流化床鍋爐循環熱灰加熱煤生產干餾煤氣，用煤氣作流化氣，干餾產生的半焦和焦油送回鍋爐燃燒。設備包括鍋爐、熱裂解器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器，熱裂解器上有煤斗、振動給料斗和分配器，流化換熱器與熱裂解器連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通。操作采用計算機自動控制。干餾煤氣產量高且穩定；可用粒度較大和粘性較高的煤，因此煤的適用性寬；實現自動控制。
文檔編號C10B57/00GK1112661SQ9411904
公開日1995年11月29日 申請日期1994年12月27日 優先權日1994年12月27日
發明者周敏, 王五一, 陳志坤, 曹健, 沙英普 申請人:北京科能達機電新技術公司