煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統及處理煤的方法
【專利摘要】本發明公開一種煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統及處理煤的方法。該系統包括煤熱解反應器和循環流化床鍋爐，所述煤熱解反應器的半焦出口與所述循環流化床鍋爐的半焦入口連接。本發明在反應器本體上部內置設置旋風分離器和顆粒移動床除塵，入爐熱解煤部分進入顆粒移動床，熱解油氣穿過旋風分離器和顆粒移動床有效降低了熱解氣中的含塵量，同時通過除塵系統降低了煤熱解油氣溫度，降低重質焦油收率。產生的半焦熱態輸送至循環流化床鍋爐直接燃燒，可有效利用了熱解半焦自身攜帶的顯熱。
【專利說明】
煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統及處理煤的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于煤炭分階梯級利用技術領域，尤其涉及針對長焰煤、褐煤等中低階粉 煤的一種煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統及處理煤的方法。
【背景技術】
[0002] 煤本身的結構特點，決定了低階煤揮發分高、活性強，由于水分和氧含量高而熱值 低，直接利用(燃燒或氣化)效率低，經濟價值遠不如高階煤，因此，大規模開發利用的低階 煤必須先對其進行加工提質才能用于生活生產。最為科學和常用的加工方法之一是熱解， 也稱"干餾"或"熱分解"。熱解是指煤在隔絕空氣或在惰性氣體條件下持續加熱至較高溫度 時，所發生的一系列物理變化和化學反應，在此過程中煤會發生交聯鍵斷裂、產物重組和二 次反應，最終得到氣體(煤氣）、液體(焦油）、及固體(半焦)等產物。焦油中含有目前尚無法 人工合成的多種稠環芳香烴類化合物及雜環化合物。與直接燃燒相比，熱解實現了煤中不 同成分的梯級轉化，是一種資源高效綜合利用方法，可減少燃煤造成的環境污染，提高低階 煤資源綜合利用價值的優勢，創造顯著的經濟社會效益。
[0003] 煤熱解后產生的半焦可以作為燃料燃燒。現有的系統都是采取較復雜的固體或氣 體作為熱載體的煤熱解拔頭工藝。如現有的一種爐前煤拔頭方法，該工藝熱解系統采取燃 燒系統來的熱灰作為載體，涉及到載體的燃燒和流化，工藝較繁瑣，系統復雜，造價高。目前 以半焦作為熱載體的工藝中，工藝流程包括半焦的加熱、提升、分離、混合等工藝，導致系統 流程增加，大大提高了系統故障率。
[0004] 煤熱解產生的熱解油氣，成分復雜、重質焦油組分多，粉塵含量大、粉塵形狀不規 貝1J，需要后續設置復雜的熱解油氣處理系統才可得到可燃氣和高品質焦油。熱解工藝中除 塵技術已成為低階煤熱解工業化過程急需解決的問題之一。
【發明內容】
[0005] 為了解決上述問題，本發明提供一種煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統及 處理煤的方法，采取蓄熱式下行床反應器，只需要把產生的半焦熱態輸送至循環流化床鍋 爐直接燃燒，可有效利用了熱解半焦自身攜帶的顯熱，同時產生可燃氣和高附加值焦油，實 現煤拔頭的經濟效益。
[0006] 煤拔頭，旨在常壓、中低溫、無催化劑和氫氣的條件下，用溫和熱解的方式提取煤 中的氣體、液體燃料和精細化學品，并借此工藝脫硫脫硝，從而實現油、煤氣、熱、電的多聯 產。
[0007] 本發明的目的之一提供一種煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，該系統包 括煤熱解反應器和循環流化床鍋爐，
[0008] 所述煤熱解反應器包括:反應器本體、內置于所述反應器本體上部的旋風分離器、 顆粒移動床，所述顆粒移動床包括:側面板、固定在所述反應器本體的側壁上的兩個壁板、 布置在所述側面板上的多個進氣口和抽拉式閥門，由此所述側面板、所述兩個壁板和所述 側壁圍成上開口的腔體，所述閥門位于所述顆粒移動床的底部，在所述壁板的固定部位之 間的側壁上設有熱解油氣出口；其中，所述旋風分離器連通至所述顆粒移動床的進氣口；
[0009] 所述煤熱解反應器的半焦出口與所述循環流化床鍋爐的半焦入口連接。
[0010] 本發明中，所述煤熱解反應器還包括設置在所述反應器本體內部的集氣裝置，所 述集氣裝置連接所述旋風分離器。
[0011] 本發明中，所述顆粒移動床進一步包括隔板，所述隔板為多孔板，所述隔板布置在 所述兩個壁板之間并且與所述側面板相對，由此在所述隔板、所述兩個壁板和所述側面板 之間形成第一氣室。從旋風分離器中出來的熱解油氣，先進入第一氣室，充滿第一氣室后經 過隔板進入顆粒移動床，這樣，隔板的全部都參與了透氣的工作，避免僅部分透氣，其上的 孔過早地被焦油堵塞，縮短隔板的使用壽命；同時，隔板將顆粒移動床內的煤粉顆粒隔離， 避免由側面板的進氣口進入旋風分離裝置。
[0012] 本發明中，所述顆粒移動床進一步包括濾板，所述濾板為多孔板，所述濾板布置在 所述兩個壁板之間并且與所述熱解油氣出口相對，由此在所述濾板、所述兩個壁板和所述 壁板的固定部位之間的側壁之間限定出第二氣室。熱解油氣由顆粒移動床的腔體進入第二 氣室時，濾板的全部都參與工作，避免濾板因僅對應熱解油氣出口的部分通氣，使用頻率過 大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報廢，延長了濾板的使用壽命，減小了停工更 換濾板的頻率，提尚了生廣效率。
[0013] 本發明的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統進一步包括熱解油氣處理系 統；
[0014] 所述熱解油氣處理系統與所述煤熱解反應器的熱解油氣出口連接。
[0015] 作為較佳的實施方式，本發明所述熱解油氣處理系統包括:氣液分離系統，熱解氣 凈化系統，焦油精制系統；
[0016] 所述煤熱解反應器的熱解油氣出口與所述氣液分離系統連接，所述氣液分離系統 的氣體出口與所述熱解氣凈化系統連接，所述氣液分離系統的液體出口與所述焦油精制系 統連接。
[0017] 本發明中，所述熱解氣凈化系統具有連接至所述煤熱解反應器的可燃氣出口。
[0018] 本發明的另一目的一種使用上述煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統處理 煤的方法，包括如下步驟：
[0019] 將破碎后的原料(低階煤)加入所述煤熱解反應器，使原料發生熱解反應，產生熱 解油氣和熱解半焦；
[0020] 產生的所述熱解油氣收集至所述旋風分離器，然后通過所述顆粒移動床除塵、降 溫后排出所述煤熱解反應器；
[0021 ]將400-600°C的所述熱解半焦從所述煤熱解反應器的半焦出口排出；
[0022] 將排出所述煤熱解反應器外的所述熱解半焦由所述循環流化床鍋爐半焦入口進 入所述循環流化床鍋爐進行燃燒。
[0023] 在將原料加入煤熱解反應器之前，將所述原料破碎至粒徑6~8_。
[0024] 所述處理煤的方法還包括熱解油氣的分離步驟:將排出所述煤熱解反應器的所述 熱解油氣送入油氣分離系統，得到熱解氣和熱解焦油，將所述熱解氣送入所述熱解氣凈化 系統得到可燃氣，將所述熱解焦油送入所述焦油精制系統得到高品質焦油。
[0025] 本發明采用蓄熱式下行床反應器作為煤熱解反應器。反應器本體上部內置旋風分 離器和顆粒移動床除塵，入爐熱解煤部分進入顆粒移動床，熱解油氣穿過旋風分離器和顆 粒移動床有效降低了熱解氣中的含塵量，降低了后續焦油預處理成本，同時通過除塵系統 降低了煤熱解油氣溫度，使部分重質焦油冷凝，降低重質焦油收率。產生的半焦熱態輸送至 循環流化床鍋爐直接燃燒，可有效利用了熱解半焦自身攜帶的顯熱。
[0026] 為了便于描述，在本文中，術語"煤快速熱解反應器"、"蓄熱式下行床反應器"、"熱 解爐"可互換使用。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統的結構示意圖；
[0028] 圖2是本發明使用煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統處理煤的方法的流程 圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】進行更加詳細的說明，以便能 夠更好地理解本發明的方案及其各個方面的優點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施 例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。
[0030] 本發明實施例公開了煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，用于處理低階 煤。如圖1所示，系統包括煤熱解反應器100、循環流化床鍋爐200和熱解油氣處理系統300。 原料(低階煤)在煤熱解反應器100中發生熱解反應，產生熱解半焦和熱解油氣。熱解半焦進 入循環流化床鍋爐200進行燃燒。熱解油氣進入熱解油氣處理系統300進行后續處理得到可 燃氣和焦油。
[0031] 煤熱解反應器100為蓄熱式下行床反應器，包括反應器本體和內置于反應器本體 內部的集氣裝置、蓄熱式輻射管、旋風分離器、顆粒移動床。
[0032] 反應器本體為熱解反應容器。一般在熱解反應容器的頂部開設原料入口，在側壁 上設置有熱解油氣出口，在熱解反應器的底部設置半焦出口。
[0033] 蓄熱式輻射管設置在反應器本體內，蓄熱式輻射管沿反應器本體的高度方向多層 布置，每層布置多根在水平方向彼此平行的蓄熱式輻射管。由于采用多層蓄熱式輻射管供 熱，反應系統結構簡單，操作方便，加熱效果好，溫度分布均勻。每層蓄熱式輻射管與相鄰上 下兩層的蓄熱式輻射管互相平行且沿反應器本體的高度方向交錯分布。由此，可顯著提高 反應器的熱解效率，從而提尚廣品的廣出率。
[0034] 集氣裝置設置在反應器杯體內部，用于快速收集熱解油氣，集氣裝置連接旋風分 離器。
[0035] 集氣花紋管設置在反應器本體的內部，集氣花紋管沿反應器本體的高度方向多層 布置，每層具有多根彼此平行的集氣花紋管。集氣花紋管與蓄熱式輻射管平行布置，且在蓄 熱式輻射管各自的左右兩側對稱布置有兩根集氣花紋管。集氣花紋管與集氣管連接。
[0036] 集氣管為多根，設置在反應器本體的內部，沿反應器本體的高度方向多層布置，每 根所述集氣管連接兩層所述集氣花紋管。
[0037]集氣管均連接到集氣總管。集氣總管設置在反應器本體內部，集氣總管沿反應器 本體的內壁高度方向布置。集氣總管連接旋風分離器。集氣裝置可將產生的熱解油氣快速 導入旋風分離器，有效的提高了經濟效益。
[0038] 旋風分離器內置于反應器本體的上部，作為一級除塵設備與集氣總管連接。
[0039] 顆粒移動床固定熱解反應容器本體的側壁上，并將熱解油氣出口罩住，本發明所 述的罩住，是指顆粒移動床將熱解油氣出口與反應器內腔隔離。顆粒移動床與旋風分離器 連通，使得熱解油氣可以由集氣裝置經旋風分離器進入顆粒移動床，由熱解油氣出口排出 反應容器本體外。
[0040] 顆粒移動床設置在反應器本體的側壁上。在本實施例中，顆粒移動床包括壁板、側 面板、隔板、進氣口、濾板、和閥門。
[0041] 兩個壁板分別固定在反應器本體的側壁上。為了方便說明，特指位于兩個壁板的 在側壁的固定位置之間的側壁稱之為"部分側壁"。熱解油氣出口設置在該"部分側壁"上， 即于壁板的固定部位之間的側壁上設置有熱解油氣出口。側面板固定在兩個壁板中間。兩 個壁板、側面板和反應器本體的部分側壁呈兩端開口的筒狀體，圍繞形成了顆粒移動床的 腔體。該腔體上下開放，形成原料下落的通道。換句話說，顆粒移動床的頂部是開放的上開 口，作為顆粒入口。在顆粒移動床的底部設置有可伸縮的閥門，通過控制閥門的開度，來控 制出料速度。
[0042] 閥門為一板狀體，在前述反應器本體的"部分側壁"下的合適位置設置長孔，閥門 可伸縮的安裝于長孔內。向反應器本體外的方向拉閥門，可加快顆粒移動床腔體內的原料 下落速度；向反應器本體內的方向推閥門，可減緩顆粒移動床腔體內的原料下落速度。操作 人員可依據生產需要進行自主操作。
[0043] 在側面板上布置多個進氣口，進氣口與旋風分離器連接。旋風分離器從集氣裝置 收集到的熱解油氣，由進氣口進入到顆粒移動床的腔體內，經其內的原料過濾后由熱解油 氣出口排出反應器本體外。
[0044] 顆粒移動床進一步包括隔板，隔板布置在兩個壁板之間，并與側面板相對。隔板將 進氣口與顆粒移動床的腔體隔離。熱解油氣進入進氣口，通過隔板進入顆粒移動床的腔體。 隔板為多孔板，隔板的孔徑為〇~0.05mm，孔的密度為面積孔數不少于500~5000個/cm 2。隔 板既能通氣，使得熱解油氣進入顆粒移動床的腔體內與原料接觸，又能阻擋原料由進氣口 進入到旋風分離器中。
[0045] 進一步地，隔板和側面板間隔設置，由隔板、兩個壁板和側面板形成第一氣室。這 樣，從進氣口進入的熱解油氣先進入第一氣室，充滿第一氣室，熱解油氣能夠與隔板均勻接 觸進入顆粒移動床的腔體。第一氣室的設置充分利用隔板，使得隔板的全部參與通氣-隔離 工作，避免隔板因僅對應進氣口的部分通氣，使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被 焦油堵塞而報廢，延長了隔板的使用壽命，減小了停工更換隔板的頻率，提高了生產效率。
[0046] 顆粒移動床進一步包括濾板，濾板布置兩個壁板之間并且與熱解油氣出口相對， 濾板將熱解油氣出□與顆粒移動床的腔體隔離。濾板為多孔板。濾板的孔徑為〇~0.1mm，孔 的密度為面積孔數不少于50~5000個/cm 2。熱解油氣通過濾板，由熱解油氣出口排出反應 器本體體外。
[0047] 濾板和反應器本體的側壁間隔設置，由濾板、兩個壁板和側壁圍成第二氣室。這 樣，熱解油氣由顆粒移動床的腔體進入第二氣室時，濾板的全部都參與工作，避免濾板因僅 對應熱解油氣出口的部分通氣，使用頻率過大造成該部分分布的氣孔過早被焦油堵塞而報 廢，延長了濾板的使用壽命，減小了停工更換濾板的頻率，提高了生產效率。
[0048] 濾板和隔板還有另外一種設置方式:濾板設置在熱解油氣出口處，隔板置在進氣 口處，將熱解油氣出口與顆粒移動床隔離。一般來說，反應器的熱解油氣出口、進氣口帶有 一段管接頭，方便與傳輸氣體的管道連接，本發明的隔板就可以設置在顆粒移動床的進氣 口管接頭內，濾板設置在熱解油氣出口的管接頭內，可以減少濾板、隔板的材料消耗。
[0049] 煤熱解反應器100的半焦出口與循環流化床鍋爐200的半焦入口連接。循環流化床 鍋爐200作為燃燒器，半焦經循環流化床鍋爐200的半焦入口進入。燃燒半焦可有多種用途， 如用于發電。
[0050] 本發明還包括熱解油氣處理系統300,對煤熱解反應器產生的熱解油氣進行處理。 熱解油氣處理系統300包括氣液分離系統301、熱解氣凈化系統302和焦油精制系統303。熱 解油氣處理系統300與所述煤熱解反應器100的熱解油氣出口連接。
[0051 ]氣液分離系統301用于將熱解油氣分離為氣體和液體，設置有氣體出口和液體出 口。氣液分離系統301與煤熱解反應器100的熱解油氣出口連接，氣體出口與熱解氣凈化系 統302連接，液體出口與焦油精制系統303連接。
[0052]氣液分離系統301分離的氣體經氣體出口進入熱解氣凈化系統302,由熱解氣凈化 系統302處理后產生可燃氣。熱解氣凈化系統302具有連接至所述煤熱解反應器100的可燃 氣出口。熱解氣凈化系統302產生部分可燃氣送至煤熱解反應器100燃燒，為熱解反應提供 熱能，實現了系統所需能量的部分自給。
[0053]氣液分離系統301分離的液體經液體出口進入焦油精制系統303,經焦油精制系統 303處理得到高品質焦油。
[0054] 如圖2所示，本發明使用上述煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統處理煤的 方法包括如下步驟：
[0055] 1、原料破碎至粒徑6~8mm。
[0056] 2、將破碎后的原料加入煤熱解反應器中，使原料發生熱解反應，熱解反應產生熱 解油氣和熱解半焦。
[0057] 3、產生的熱解油氣經集氣裝置收集至旋風分離器，然后通過顆粒移動床除塵、降 溫后排出煤熱解反應器。
[0058] 4、將400-600°C的熱解半焦從煤熱解反應器的半焦出口排出，進入循環流化床側 部，燃燒用空氣通過底部的布風板，與半焦燃燒。將排出煤熱解反應器的熱解油氣送入氣液 分離系統，得到熱解氣和熱解焦油。將熱解氣送入熱解氣凈化系統，通過脫硫、脫氨等工序 得到可燃氣，將熱解焦油送入焦油精制系統，經加氫精制得到高品質焦油。
[0059] 本發明采用蓄熱式下行床反應器作為煤熱解反應器。反應器本體上部內置旋風分 離器和顆粒移動床除塵，入爐熱解煤部分進入顆粒移動床，熱解油氣穿過旋風分離器和顆 粒移動床有效降低了熱解氣中的含塵量，降低了后續焦油預處理成本，同時通過除塵系統 降低了煤熱解油氣溫度，使部分重質焦油冷凝，降低重質焦油收率。產生的半焦熱態輸送至 循環流化床鍋爐直接燃燒，可有效利用了熱解半焦自身攜帶的顯熱。
[0060] 實施例
[0061] 將印尼褐煤粉碎到粒徑6~8_，送入煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統的 煤熱解反應器，煤熱解反應器設置了多層加熱輻射管、集氣裝置、旋風分離器和顆粒床移動 床。煤熱解反應器產生的熱解油氣經氣液分離系統、熱解氣凈化系統和焦油精制系統后，得 到可燃氣和高品質焦油。可燃氣中組成如下表1所示，產生的熱解半焦溫度為510°c，熱態進 循環流化床鍋爐燃燒發電。表2為各項目產率。
[0062]表1可燃氣中組成成份
[0066]與傳統循環流化床鍋爐相比，從煤熱解反應器排出的熱態熱解半焦直接進循環流 化床鍋爐，整個系統能量利用效率提高了 2.3%，把可燃氣和煤焦油的收益折算到發電成本 中，發電成本降低了約5.8%，焦油預處理成本降低了6.7%。
[0067]需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發明而非限制本 發明的范圍，本領域的普通技術人員應當理解，在不脫離本發明的精神和范圍的前提下對 本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的范圍之內。此外，除上下文另有所指 外，以單數形式出現的詞包括復數形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的 全部或一部分可結合任何其它實施例的全部或一部分來使用。
【主權項】
1. 一種煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，包括煤熱解反應器和循環流化床鍋 爐，其特征在于， 所述煤熱解反應器包括:反應器本體、內置于所述反應器本體上部的旋風分離器、顆粒 移動床，所述顆粒移動床包括:側面板、固定在所述反應器本體的側壁上的兩個壁板、布置 在所述側面板上的多個進氣口和抽拉式閥門，由此所述側面板、所述兩個壁板和所述側壁 圍成上開口的腔體，所述閥門位于所述顆粒移動床的底部，在所述壁板的固定部位之間的 側壁上設有熱解油氣出口；其中，所述旋風分離器連通至所述顆粒移動床的進氣口； 所述煤熱解反應器的半焦出口與所述循環流化床鍋爐的半焦入口連接。2. 根據權利要求1所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 煤熱解反應器還包括設置在所述反應器本體內部的集氣裝置，所述集氣裝置連接所述旋風 分離器。3. 根據權利要求1所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 顆粒移動床進一步包括隔板，所述隔板布置在所述兩個壁板之間并且與所述側面板相對， 由此在所述隔板、所述兩個壁板和所述側面板之間形成第一氣室，所述隔板為多孔板。4. 根據權利要求1所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 顆粒移動床進一步包括濾板，所述濾板布置在所述兩個壁板之間并且與所述熱解油氣出口 相對，由此在所述濾板、所述兩個壁板和所述壁板的固定部位之間的側壁之間限定出第二 氣室，所述濾板為多孔板。5. 根據權利要求1所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 系統進一步包括熱解油氣處理系統； 所述熱解油氣處理系統與所述煤熱解反應器的熱解油氣出口連接。6. 根據權利要求5所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 熱解油氣處理系統包括:氣液分離系統，熱解氣凈化系統，焦油精制系統； 所述煤熱解反應器的熱解油氣出口與所述氣液分離系統連接，所述氣液分離系統的氣 體出口與所述熱解氣凈化系統連接，所述氣液分離系統的液體出口與所述焦油精制系統連 接。7. 根據權利要求6所述的煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統，其特征在于，所述 熱解氣凈化系統具有連接至所述煤熱解反應器的可燃氣出口。8. -種使用權利要求5至7任一所述煤熱解反應器與循環流化床鍋爐聯用系統處理煤 的方法，其特征在于，包括如下步驟： 將破碎后的原料加入所述煤熱解反應器，使原料發生熱解反應，產生熱解油氣和熱解 半隹. I V?、、， 產生的所述熱解油氣收集至所述旋風分離器，然后通過所述顆粒移動床除塵、降溫后 排出所述煤熱解反應器； 將400-600 °C的所述熱解半焦從所述煤熱解反應器的半焦出口排出； 將排出所述煤熱解反應器外的所述熱解半焦由所述循環流化床鍋爐半焦入口進入所 述循環流化床鍋爐進行燃燒。9. 根據權利要求8所述處理煤的方法，其特征在于，還包括步驟:在將原料加入煤熱解 反應器之前，將所述原料破碎至粒徑6~8_。10.根據權利要求8所述處理煤的方法，其特征在于，還包括熱解油氣的分離步驟:將排 出所述煤熱解反應器的所述熱解油氣送入油氣分離系統，得到熱解氣和熱解焦油，將所述 熱解氣送入所述熱解氣凈化系統得到可燃氣，將所述熱解焦油送入所述焦油精制系統得到 1?品質焦油D
【文檔編號】C10C1/00GK105861010SQ201610430263
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】梅磊, 陳水渺, 肖磊, 薛遜, 姜朝興, 吳道洪
【申請人】北京神霧環境能源科技集團股份有限公司