低階煤梯級利用的多聯產工藝的制作方法
【專利摘要】低階煤梯級利用的多聯產工藝，以循環流化床燃燒鍋爐、循環流化床干餾反應器、循環流化床氣化反應器為核心，串聯發電裝置實現低變質煤梯級循環利用。低階煤經破碎、干燥后首先進行褐煤蠟提取，然后進入褐煤熱解反應器，采用氣化反應器的粗煤氣作為流化介質，經干餾后得到焦油、粗煤氣，半焦進入氣化反應器進行部分氣化，產生部分煤氣作為干餾反應器的流化介質，未完全氣化的半焦進入燃燒鍋爐作為燃料，通過燃燒產生熱量產生蒸汽用于發電，副產低壓蒸汽可作為氣化反應器原料，燃燒所得高溫半焦及熱灰進入干餾反應器和氣化反應器作為熱載體，從而完成一個循環。本發明可明顯提高低階煤的經濟價值，梯級循環利用可顯著降低污染物的排放，安全可靠。
【專利說明】低階煤梯級利用的多聯產工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種低階梯級利用多聯產工藝，可用于褐煤等低質煤綜合高效利用【技術領域】，特別涉及以褐煤梯級循環利用聯產電、蒸汽、煤氣、焦油和半焦的工藝。
【背景技術】
[0002]我國以煤炭為主要能源資源，近年來，在內蒙、云南、新疆等地連續發現了大規模煤田，主要以低階煤為主(褐煤占絕大多數)，褐煤等煤種因水分高、灰分高、揮發分高、熱值低，常被當做低質燃料動力煤；加之易氧化和自燃，不宜長途運輸，因此成為難以異地加工利用的煤資源。如何高效利用這些資源，同時最大限度地減輕對環境的污染，日益引起了眾多專家學者的關注。
[0003]目前我國煤炭資源的利用，大部分是以單一生產過程的利用效率極低的直接燃燒為主，其他氣化、液化也是以單一過程為主。為了使轉化過程取得較高的轉化效率，往往需要復雜的工藝和較高運行條件，從而導致轉化工藝技術復雜，設備龐大，投資及生產成本高，而且即使在單個生產工藝中取得高效率，其能源總體利用效率也不會很高。此外，單一生產過程往往會造成資源的很大浪費。煤的直接燃燒就是把煤所含的各種組分都作為燃料來利用，而沒有利用其中具有更高利用價值的組分，如揮發分等。所以，如果把以煤為資源的多個生產工藝作為一個系統來考慮，即煤的多聯產系統，從整體利用效率的角度來提高煤炭資源利用率，可以更好地解決所面臨的資源與環境問題。[0004]目前多聯產的主要技術方向可分為3類:①以煤熱解為基礎的熱電氣多聯產技術以煤部分氣化為基礎的熱電氣多聯產技術；③以煤完全氣化為基礎的熱電氣多聯產技術。
[0005]根據反應裝置、熱載體性質的不同，該技術目前主要可分為:①以流化床煤熱解為基礎的熱電氣多聯產技術；②以移動床煤熱解為基礎的熱電氣多聯產技術；③以焦熱載體煤熱解為基礎的熱電氣多聯產技術。
[0006]目前的多聯產工藝主要偏重于煤的氣化/燃燒的熱電氣聯產，或者干餾/燃燒組合的熱電氣聯產，往往沒有干餾/氣化/燃燒組合的熱電聯產。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服現有褐煤多聯產技術的缺點，提供一種基于褐煤梯級利用的熱、電、氣、焦油及半焦的多聯產工藝，實現褐煤的梯級利用，具有能耗低、投資省、褐煤利用率高、系統整體熱利用高等優點。
[0008]本發明采用的技術方案是:
低階煤梯級利用多聯產工藝，包括原煤預處理系統、褐煤蠟提取系統、干餾系統、氣化系統、燃燒系統、發電系統和除塵系統；所述原煤預處理系統包括破碎篩分裝置、干燥裝置；干餾系統包括流化床干餾裝置、干餾氣固分離裝置和焦灰分離裝置，其特征在于:
1)啟動時，低階原料煤在原煤預處理系統中破碎、篩分后，粒徑在(T20mm的原料煤進入燃燒系統燃燒，產生的熱灰隨氣體揚析進入燃燒床旋風分離器，旋風分離器分離下的熱灰送到流化床干餾裝置作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元換熱，將換熱單元內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入到干燥裝置干燥破碎篩分后的原料煤，然后經過除塵系統除塵后排放；
2)正常運行時，低階原料煤在原煤預處理系統中被破碎并篩分后，粒度在(T20mm的原料煤進入干燥裝置，利用來自燃燒系統的熱煙氣進行干燥；干燥后的低階煤進入進入褐煤蠟提取系統，提取產品褐煤蠟后，進入流化床干餾裝置進行低溫快速干餾(500~650°C);流化床干餾裝置以熱灰作為載熱體，干餾后的固體半焦和熱灰混合物進入焦灰分離裝置，焦灰分離裝置分離下的半焦直接送入氣化系統，干餾熱灰進入灰倉；干餾后的氣固混合物進入干餾氣固分離裝置，分離下來的粉塵進入灰倉；經干餾氣固分離裝置分離后的氣體進入焦油冷凝回收裝置回收焦油，從焦油冷凝回收裝置排出的粗煤氣一部分繼續循環進入流化床干餾裝置內作為流化介質，另一部分經凈化后送往粗煤氣儲氣罐貯藏；
3)進入氣化系統的半焦一部分與水蒸汽、氧氣發生氣化反應，氣化產物煤氣從氣化爐頂部排出進入氣化段煤氣換熱器，換熱器內的水吸收熱量產生水蒸氣，換熱后煤氣溫度降低進入油氣回收系統，凈化處理后的煤氣送往儲氣罐貯藏；另一部分半焦在氣化系統內吸熱溫度進一步升高，高溫半焦排出氣化系統進入燃燒系統燃燒；
4)燃燒系統包括流化床鍋爐、燃燒床旋風分離器和換熱單元，灰倉中的灰送入流化床鍋爐，高溫半焦燃燒過程產生的熱量加熱這部分灰形成熱灰，燃燒產生的煙氣攜帶著熱灰進入燃燒床旋風分離器，旋風分離器分離下的熱灰送回流化床干餾裝置作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元換熱，將換熱單元內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入干燥裝置干燥破碎后的煤樣，然后經過除塵系統除塵排放。
[0009]上述技術方 案中，從干餾系統的焦油冷凝回收裝置排出的粗煤氣，在循環進入流化床干餾裝置作為流化介質前，先經過煤氣預熱器換熱，將粗煤氣預熱到200-350°C，再送入流化床干餾裝置。
[0010]上述技術方案中，換熱單元產生的高中壓蒸汽用于發電系統發電，低壓蒸汽送到氣化系統作為氣化劑，氣化系統產生的煙氣循環回到干燥裝置作為熱源干燥破碎篩分后的煤樣。
[0011]本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:本發明將低階煤梯級開發使用，大大提高了低階煤的附加值；耦合了流化床干餾、氣化技術、固體載熱技術及循環流化床燃燒技術，系統整體熱利用效率較高、污染物排放較少；同時該工藝將低階煤進行梯級開發，對各工藝單元設備要求較低，生產操作簡單，具有較好的經濟效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是一種基于褐煤梯級利用的熱、電、氣、焦油及半焦的多聯產工藝流程圖。
[0013]圖中:1_原煤預處理系統；2-褐煤蠟提取系統；3-干餾系統；4-氣化系統；5 -燃燒系統；6 -破碎篩分裝置；7 -干燥裝置；8 -流化床干餾裝置；9 -干餾氣固分離裝置；10 -焦灰分離裝置；11 -焦油冷凝回收裝置；12 -氣化段煤氣換熱器；13 -燃燒床旋風分離器；14 -流化床鍋爐；15 -換熱單元；16 -發電系統；17 -除塵系統；18 -灰倉；19 -粗煤氣儲氣罐；20 -油氣回收系統。【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖詳細描述本發明的具體工藝及運行流程:
低階煤梯級利用多聯產工藝，包括原煤預處理系統1、褐煤蠟提取系統2、干餾系統3、氣化系統4、燃燒系統5、發電系統16和除塵系統17。原煤預處理系統1包括破碎篩分裝置6、干燥裝置7。干餾系統3包括流化床干餾裝置8、干餾氣固分離裝置9和焦灰分離裝置10。低階煤梯級利用多聯產工藝包括如下步驟:
啟動時，低階原料煤在原煤預處理系統中破碎、篩分后，粒徑在(T20mm的原料煤進入燃燒系統5燃燒，產生的熱灰隨氣體揚析進入燃燒床旋風分離器13,旋風分離器分離下的熱灰送到流化床干餾裝置8作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元15換熱，將換熱單元15內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入到干燥裝置7干燥破碎篩分后的原料煤，然后經過除塵系統17除塵后排放。
[0015]啟動后正常運行時，低階原料煤在原煤預處理系統中被破碎并篩分后，粒度在(T20mm的原料煤進入干燥裝置7，利用來自燃燒系統5的約150°C的高溫尾氣作為熱源對褐煤進行干燥，將褐煤水分降至10%左右，干燥后的褐煤進入褐煤蠟提取系統2首先進行褐煤蠟的提取。提取產品褐煤蠟后，進入流化床干餾裝置8進行低溫快速干餾(500~650°C)；流化床干餾裝置7以來自燃燒系統的約900°C的熱灰作為載熱體，干餾后的固體半焦和熱灰混合物進入焦灰分離裝置10，焦灰分離裝置分離下的半焦直接送入氣化系統3，干餾熱灰進入灰倉18 ;干餾后的氣固混合物進入干餾氣固分離裝置9，分離下來的粉塵也進入灰倉18 ;經干餾氣固分離裝置分離后的氣體進入焦油冷凝回收裝置11回收焦油，從焦油冷凝回收裝置排出的粗煤氣一部分繼續循環進入流化床干餾裝置8內作為流化介質，另一部分經凈化后送往粗煤氣儲氣罐19貯藏。
[0016]干餾產生的半焦(約·500°C~600°C )進入氣化系統4，與水蒸汽(約0.6MPa、165°C )、氧氣發生氣化反應。水蒸氣來自于燃燒系統所產生的低壓蒸汽。氣化系統可以設計為常壓、流化床形式、溫度900°C左右。水蒸氣和氧氣一方面作為主要反應物與半焦混合在爐內進行氣化反應，另一方面起到流化介質載氣的作用。在氣化系統內，部分半焦和水蒸汽、氧氣發生氣化反應被消耗掉，氣化產物煤氣從氣化爐頂部排出進入氣化段煤氣換熱器12，換熱器內的水吸收熱量產生水蒸氣，換熱后煤氣溫度降低進入油氣回收系統20，凈化處理后的煤氣送往儲氣罐貯藏。另一部分未被消耗的半焦在氣化系統內吸熱升溫后(900°C左右)作為高溫半焦排出氣化系統進入燃燒系統5燃燒。
[0017]燃燒系統5包括流化床鍋爐14、燃燒床旋風分離器13和換熱單元15，灰倉18中的灰送入流化床鍋爐14，高溫半焦燃燒過程產生的熱量加熱這部分灰形成熱灰，燃燒產生的煙氣攜帶著熱灰進入燃燒床旋風分離器13，旋風分離器分離下的熱灰送回流化床干餾裝置8作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元15換熱，將換熱單元15內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入干燥裝置7干燥破碎后的煤樣，然后經過除塵系統17除塵排放。考慮整個系統物料、能量平衡調節，燃燒床旋風分離器13分離下來的熱灰，在輸送管道上留有旁路，多余的熱灰不進干餾塔從旁路直接排放至冷卻裝置，冷卻后進入灰渣儲槽。
[0018]在流化床干餾裝置8的循環煤氣進氣管道上可以增設了煤氣預熱器，將煤氣溫度預熱到將粗煤氣預熱到200-350°C左右，可增強對干餾裝置內反應溫度的控制，使干餾裝置內溫度的控制、調節更加靈敏、及時。
[0019]換熱單元15產生的高中壓蒸汽用于發電系統16發電，低壓蒸汽送到氣化系統4作為氣化劑，氣化系統4產生的煙氣循環回到干燥裝置7作為熱源干燥破碎篩分后的煤樣。
[0020]本發明梯級開發使用低階煤，大大提高了低階煤的附加值。整個工藝耦合了流化床干餾、氣化技術、固體載熱技術及循環流化床燃燒技術，系統整體熱利用效率較高、污染物排放較少，具有較好的 經濟效益。
【權利要求】
1.低階煤梯級利用多聯產工藝，包括原煤預處理系統(1)、褐煤蠟提取系統(2)、干餾系統(3)、氣化系統(4)、燃燒系統(5)、發電系統(16)和除塵系統(17);所述原煤預處理系統(1)包括破碎篩分裝置(6 )、干燥裝置(7 );干餾系統(3 )包括流化床干餾裝置(8 )、干餾氣固分離裝置(9)和焦灰分離裝置(10)，其特征在于:1)啟動時，低階原料煤在原煤預處理系統中破碎、篩分后，粒徑在(T20mm的原料煤進入燃燒系統(5)燃燒，產生的熱灰隨氣體揚析進入燃燒床旋風分離器(13),旋風分離器分離下的熱灰送到流化床干餾裝置(8)作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元(15)換熱，將換熱單元(15)內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入到干燥裝置(7)干燥破碎篩分后的原料煤，然后經過除塵系統(17)除塵后排放；2)低階原料煤在原煤預處理系統中被破碎、篩分后，粒度在(T20mm的原料煤進入干燥裝置(7)，利用來自燃燒系統(5)的熱煙氣進行干燥；干燥后的低階煤進入褐煤蠟提取系統(2)，提取產品褐煤蠟后，進入流化床干餾裝置(8)進行低溫快速干餾(500~650°C);流化床干餾裝置(7)以熱灰作為載熱體，干餾后的固體半焦和熱灰混合物進入焦灰分離裝置(10)，焦灰分離裝置分離下的半焦直接送入氣化系統(3)，干餾熱灰進入灰倉(18);干餾后的氣固混合物進入干餾氣固分離裝置(9)，分離下來的粉塵進入灰倉(18);經干餾氣固分離裝置分離后的氣體進入焦油冷凝回收裝置(11)回收焦油，從焦油冷凝回收裝置排出的粗煤氣一部分繼續循環進入流化床干餾裝置(8)內作為流化介質，另一部分經凈化后送往粗煤氣儲氣罐(19)貯藏；3)進入氣化系統(4)的半焦一部分與水蒸汽、氧氣發生氣化反應，氣化產物煤氣從氣化爐頂部排出進入氣化段煤氣換熱器(12)，換熱器內的水吸收熱量產生水蒸氣，換熱后煤氣溫度降低進入油氣回收系統(20)，凈化處理后的煤氣送往儲氣罐貯藏；另一部分半焦在氣化系統內吸熱溫度進一步升高，高溫半焦排出氣化系統進入燃燒系統(5)燃燒；4)燃燒系統(5)包括流化床鍋爐(14)、燃燒床旋風分離器(13)和換熱單元(15)，灰倉`(18)中的灰送入流化床鍋爐(14)，高`溫半焦燃燒過程產生的熱量加熱這部分灰形成熱灰，燃燒產生的煙氣攜帶著熱灰進入燃燒床旋風分離器(13)，旋風分離器分離下的熱灰送回流化床干餾裝置(8)作為熱載體；旋風分離器分離后的熱煙氣與流化床鍋爐的換熱單元(15)換熱，將換熱單元(15)內的水加熱產生水蒸氣，降溫后的熱煙氣進入干燥裝置(7)干燥破碎后的煤樣，然后經過除塵系統(17)除塵排放。
2.根據權利要求1所述的低階煤梯級利用多聯產工藝，其特征在于:從干餾系統(3)的焦油冷凝回收裝置(11)排出的粗煤氣，在循環進入流化床干餾裝置(8)作為流化介質前，先經過煤氣預熱器換熱，將粗煤氣預熱到200-350 V，再送入流化床干餾裝置(8 )。
3.根據權利要求1所述的低階煤梯級利用多聯產工藝，其特征在于:換熱單元(15)產生的高、中壓蒸汽用于發電系統(16)發電，低壓蒸汽送到氣化系統(4)作為氣化劑，氣化系統(4)產生的煙氣循環回到干燥裝置(7)作為熱源干燥破碎篩分后的煤樣。
【文檔編號】C10B53/04GK103740389SQ201410029216
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】蒙愛紅, 吳洪肖, 蔣景沛 申請人:北京天素陽光低碳技術有限公司