一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统。该系统包括：煤热解反应器、制粉系统、煤粉锅炉；所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉系统的半焦入口连接；所述制粉系统的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。本实用新型在反应器本体上部内置旋风分离器和颗粒移动床除尘，热解油气穿过旋风分离器和颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，重质焦油收率降低。产生热解半焦与原料煤一起进入制粉系统制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了能源利用率。
【专利说明】
一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及煤炭分阶梯利用技术领域，尤其涉及一种煤热解反应器与煤粉锅 炉联用系统。
【背景技术】
[0002] 煤本身的结构特点，决定了低阶煤挥发分高、活性强，由于水分和氧含量高而热值 低，直接利用(燃烧或气化)效率低，经济价值远不如高阶煤，因此，大规模开发利用的低阶 煤必须先对其进行加工提质才能用于生活生产。最为科学和常用的加工方法之一是热解， 也称"干馏"或"热分解"。热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度 时，所发生的一系列物理变化和化学反应，在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二 次反应，最终得到气体(煤气）、液体(焦油）、及固体(半焦)等产物。焦油中含有目前尚无法 人工合成的多种稠环芳香烃类化合物及杂环化合物。与直接燃烧相比，热解实现了煤中不 同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，可减少燃煤造成的环境污染，提高低阶 煤资源综合利用价值的优势，创造显著的经济社会效益。
[0003] 煤热解后产生的半焦可以作为燃料燃烧。现有的系统都是采取较复杂的固体或气 体作为热载体的煤热解拔头工艺。如现有的一种炉前煤拔头方法，该工艺热解系统采取燃 烧系统来的热灰作为载体，涉及到载体的燃烧和流化，工艺较繁琐，系统复杂，造价高。目前 以半焦作为热载体的工艺中，工艺流程包括半焦的加热、提升、分离、混合等工艺，导致系统 流程增加，大大提高了系统故障率。
[0004] 煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规 贝1J，需要后续设置复杂的热解油气处理系统才可得到可燃气和高品质焦油。热解工艺中除 尘技术已成为低阶煤热解工业化过程急需解决的问题之一。 【实用新型内容】
[0005] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，针 对煤粉锅炉设置了一种新型煤拔头工艺系统，制取高附加值产品，并利用现有煤粉锅炉的 输送系统，实现半焦热送，保障半焦的燃烧，并降低煤拔头工艺成本。
[0006] 煤拔头，旨在常压、中低温、无催化剂和氢气的条件下，用温和热解的方式提取煤 中的气体、液体燃料和精细化学品，并借此工艺脱硫脱硝，从而实现油、煤气、热、电的多联 产。
[0007] 本实用新型的目的提供一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，该系统包括煤热 解反应器、制粉系统、煤粉锅炉，
[0008] 所述煤热解反应器为蓄热式下行床反应器，包括:反应器本体、内置于所述反应器 本体的上部的旋风分离器、颗粒移动床，所述颗粒移动床包括:侧面板、固定在所述反应器 本体的侧壁上的两个壁板、布置在所述侧面板上的多个进气口和抽拉式阀门，由此所述侧 面板、所述两个壁板和所述侧壁围成上开口的腔体，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部， 在所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口；其中，所述旋风分离器连通至 所述颗粒移动床的进气口；
[0009] 所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉系统的半焦入口连接；
[0010] 所述制粉系统的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。
[0011] 本实用新型中，所述煤热解反应器还包括设置在所述反应器本体内部的集气装 置，集气装置能够快速收集反应器本体内部的热解油气，所述集气装置连接所述旋风分离 器，将收集到的热解油气输送到旋风分离器。
[0012] 本实用新型中，所述颗粒移动床进一步包括隔板，所述隔板为多孔板，所述隔板布 置在所述两个壁板之间并且与所述侧面板相对，由此在所述隔板、所述两个壁板和所述侧 面板之间形成第一气室。从旋风分离器中出来的热解油气，先进入第一气室，充满第一气室 后经过隔板进入颗粒移动床，这样，隔板的全部都参与了透气的工作，避免仅部分透气，其 上的孔过早地被焦油堵塞，缩短隔板的使用寿命;同时，隔板将颗粒移动床内的煤粉颗粒隔 离，避免由侧面板的进气口进入旋风分离装置。
[0013] 本实用新型中，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板为多孔板，所述滤板布 置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和 所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出第二气室。热解油气由颗粒移动床的腔体进入 第二气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频 率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停 工更换滤板的频率，提高了生产效率。
[0014] 本实用新型的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统进一步包括热解油气处理系统， 对热解油气进行处理；
[0015] 所述热解油气处理系统与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。
[0016] 作为较佳的实施方式，本实用新型所述热解油气处理系统包括:气液分离系统，热 解气净化系统，焦油精制系统；
[0017]所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分尚系统连接，所述气液分尚系统 的气体出口与所述热解气净化系统连接，所述气液分离系统的液体出口与所述焦油精制系 统连接。
[0018] 本实用新型中，所述热解气净化系统具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出 口，热解气净化系统产生的部分可燃气作为燃料，为热解反应提供能量。
[0019] 本实用新型采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置旋 风分离器和颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过旋风分离器 和颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘 系统降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，重质焦油收率降低。产生热解半焦与原料煤 一起进入制粉系统制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了能源利用率。
[0020] 为了便于描述，在本文中，术语"煤快速热解反应器"、"蓄热式下行床反应器"、"热 解炉"可互换使用。
【附图说明】
[0021 ]图1是本实用新型煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统的结构示意图；
[0022] 图2是本实用新型使用煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统处理煤的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】进行更加详细的说明，以 便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方 式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
[0024] 本实用新型实施例公开了煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，用于处理低阶煤。 如图1所示，系统包括煤热解反应器100、制粉系统200、煤粉锅炉300和热解油气处理系统 400。原料(低阶煤)在煤热解反应器100中发生热解反应，产生热解半焦和热解油气。热解半 焦与原料煤一起进入制粉系统200制得煤粉，将所述煤粉送至所述煤粉锅炉300以进行燃 烧。热解油气进入热解油气处理系统400进行后续处理得到可燃气和焦油。
[0025] 煤热解反应器100为蓄热式下行床反应器，包括反应器本体和内置于反应器本体 内部的集气装置、蓄热式辐射管、旋风分离器、颗粒移动床。
[0026] 反应器本体为热解反应容器。一般在热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁 上设置有热解油气出口，在热解反应器的底部设置半焦出口。
[0027] 蓄热式辐射管设置在反应器本体内，蓄热式辐射管沿反应器本体的高度方向多层 布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管。由于采用多层蓄热式辐射管供 热，反应系统结构简单，操作方便，加热效果好，温度分布均匀。每层蓄热式辐射管与相邻上 下两层的蓄热式辐射管互相平行且沿反应器本体的高度方向交错分布。由此，可显著提高 反应器的热解效率，从而提尚广品的广出率。
[0028] 集气装置设置在反应器杯体内部，用于快速收集热解油气，集气装置连接旋风分 离器。
[0029] 集气花纹管设置在反应器本体的内部，集气花纹管沿反应器本体的高度方向多层 布置，每层具有多根彼此平行的集气花纹管。集气花纹管与蓄热式辐射管平行布置，且在蓄 热式辐射管各自的左右两侧对称布置有两根集气花纹管。集气花纹管与集气管连接。
[0030] 集气管为多根，设置在反应器本体的内部，沿反应器本体的高度方向多层布置，每 根所述集气管连接两层所述集气花纹管。
[0031] 集气管均连接到集气总管。集气总管设置在反应器本体内部，集气总管沿反应器 本体的内壁高度方向布置。集气总管连接旋风分离器。集气装置可将产生的热解油气快速 导入旋风分离器，有效的提高了经济效益。
[0032] 旋风分离器内置于反应器本体的上部，作为一级除尘设备与集气总管连接。
[0033] 颗粒移动床固定热解反应容器本体的侧壁上，并将热解油气出口罩住，本实用新 型所述的罩住，是指颗粒移动床将热解油气出口与反应器内腔隔离。颗粒移动床与旋风分 离器连通，使得热解油气可以由集气装置经旋风分离器进入颗粒移动床，由热解油气出口 排出反应容器本体外。
[0034] 颗粒移动床设置在反应器本体的侧壁上。在本实施例中，颗粒移动床包括壁板、侧 面板、隔板、进气口、滤板、和阀门。
[0035] 两个壁板分别固定在反应器本体的侧壁上。为了方便说明，特指位于两个壁板的 在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为"部分侧壁"。热解油气出口设置在该"部分侧壁"上， 即于壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口。侧面板固定在两个壁板中间。两 个壁板、侧面板和反应器本体的部分侧壁呈两端开口的筒状体，围绕形成了颗粒移动床的 腔体。该腔体上下开放，形成原料下落的通道。换句话说，颗粒移动床的顶部是开放的上开 口，作为颗粒入口。在颗粒移动床的底部设置有可伸缩的阀门，通过控制阀门的开度，来控 制出料速度。
[0036]阀门为一板状体，在前述反应器本体的"部分侧壁"下的合适位置设置长孔，阀门 可伸缩的安装于长孔内。向反应器本体外的方向拉阀门，可加快颗粒移动床腔体内的原料 下落速度；向反应器本体内的方向推阀门，可减缓颗粒移动床腔体内的原料下落速度。操作 人员可依据生产需要进行自主操作。
[0037]在侧面板上布置多个进气口，进气口与旋风分离器连接。旋风分离器从集气装置 收集到的热解油气，由进气口进入到颗粒移动床的腔体内，经其内的原料过滤后由热解油 气出口排出反应器本体外。
[0038] 颗粒移动床进一步包括隔板，隔板布置在两个壁板之间，并与侧面板相对。隔板将 进气口与颗粒移动床的腔体隔离。热解油气进入进气口，通过隔板进入颗粒移动床的腔体。 隔板为多孔板，隔板的孔径为〇~0.05mm，孔的密度为面积孔数不少于500~5000个/cm 2。隔 板既能通气，使得热解油气进入颗粒移动床的腔体内与原料接触，又能阻挡原料由进气口 进入到旋风分离器中。
[0039] 进一步地，隔板和侧面板间隔设置，由隔板、两个壁板和侧面板形成第一气室。这 样，从进气口进入的热解油气先进入第一气室，充满第一气室，热解油气能够与隔板均匀接 触进入颗粒移动床的腔体。第一气室的设置充分利用隔板，使得隔板的全部参与通气-隔离 工作，避免隔板因仅对应进气口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被 焦油堵塞而报废，延长了隔板的使用寿命，减小了停工更换隔板的频率，提高了生产效率。
[0040] 颗粒移动床进一步包括滤板，滤板布置两个壁板之间并且与热解油气出口相对， 滤板将热解油气出□与颗粒移动床的腔体隔离。滤板为多孔板。滤板的孔径为〇~0.1mm，孔 的密度为面积孔数不少于50~5000个/cm 2。热解油气通过滤板，由热解油气出口排出反应 器本体体外。
[0041] 滤板和反应器本体的侧壁间隔设置，由滤板、两个壁板和侧壁围成第二气室。这 样，热解油气由颗粒移动床的腔体进入第二气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅 对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报 废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。
[0042] 滤板和隔板还有另外一种设置方式:滤板设置在热解油气出口处，隔板置在进气 口处，将热解油气出口与颗粒移动床隔离。一般来说，反应器的热解油气出口、进气口带有 一段管接头，方便与传输气体的管道连接，本实用新型的隔板就可以设置在颗粒移动床的 进气口管接头内，滤板设置在热解油气出口的管接头内，可以减少滤板、隔板的材料消耗。 [0043]制粉系统200用于将半焦和原料煤粉碎为煤粉，以便煤粉锅炉燃烧。制粉系统200 的半焦入口与煤热解反应器的半焦出口相连。制粉系统200还包括原料煤入口和煤粉出口， 煤粉出口与煤粉锅炉煤粉入口相连。热解半焦通过制粉系统200的半焦入口进入制粉系统， 原料煤通过原料煤入口进入制粉系统200。热解半焦和原料煤一起被破碎为煤粉，煤粉经煤 粉出口排出。
[0044]煤粉锅炉作300为煤粉的燃烧器，煤粉经煤粉入口进入煤粉锅炉300。煤粉锅炉300 保留原有的煤燃烧系统，无需进行改造。燃烧煤粉可有多种用途，如用于发电。
[0045]本实用新型还包括热解油气处理系统400,对热解炉产生的热解油气进行处理。热 解油气处理系统包括气液分离系统401、热解气净化系统402和焦油精制系统403。热解油气 处理系统400与所述煤热解反应器100的热解油气出口连接。
[0046] 气液分离系统4 01用于将热解油气分离为气体和液体，设置有气体出口和液体出 口。气液分离系统401与煤热解反应器100的热解油气出口连接，气体出口与热解气净化系 统402连接，液体出口与焦油精制系统403连接。
[0047] 气液分离系统401分离的气体经气体出口进入热解气净化系统402,由热解气净化 系统402处理后产生可燃气。热解气净化系402统具有连接至所述煤热解反应器100的可燃 气出口。热解气净化系统402产生部分可燃气送至煤热解反应器燃烧，为热解反应提供热 能，实现了系统所需能量的部分自给。
[0048]气液分离系统分离401的液体经液体出口进入焦油精制系统403,经焦油精制系统 403处理得到高品质焦油。
[0049]如图2所示，本实用新型使用上述煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统处理煤的流 程包括如下步骤：
[0050] 1、原料破碎至粒径3mm以下。
[0051] 2、将破碎后的原料加入煤热解反应器中，使原料发生热解反应，热解反应产生热 解油气和热解半焦。
[0052] 3、产生的热解油气经集气装置收集至旋风分离器，然后通过颗粒移动床除尘、降 温后排出煤热解反应器。
[0053] 4、将400-600°C的热解半焦从煤热解反应器的半焦出口排出，与用原料煤一起进 入制粉系统，制得的煤粉粒度约为200um，将煤粉送至煤粉锅炉以进行燃烧。将排出煤热解 反应器的热解油气送入气液分离系统，得到热解气和热解焦油。将热解气送入热解气净化 系统，通过脱硫、脱氨等工序得到可燃气，将热解焦油送入焦油精制系统，经加氢精制得到 尚品质焦油。
[0054] 本实用新型采用蓄热式下行床反应器作为煤热解反应器。反应器本体上部内置旋 风分离器和颗粒移动床除尘，入炉热解煤部分进入颗粒移动床，热解油气穿过旋风分离器 和颗粒移动床有效降低了热解气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘 系统降低了煤热解油气温度，使部分焦油冷凝，重质焦油收率降低。产生热解半焦与原料煤 一起进入制粉系统制得煤粉，将煤粉送至所述煤粉锅炉进行燃烧，提高了能源利用率。
[0055] 实施例
[0056] 将印尼褐煤粉碎到粒径3mm以下，送入煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统的煤热 解反应器，煤热解反应器设置了多层加热辐射管、集气装置、旋风分离器和颗粒床移动床。 煤热解反应器产生的热解油气经气液分离系统、热解气净化系统和焦油精制系统后，得到 可燃气和高品质焦油。可燃气中组成如下表1所示，产生的热解半焦温度为510°C，通过与发 电煤混合进制粉系统，得200um煤粉直接送入煤粉炉燃烧发电。表2为此系统各项目产率。 [0057]表1可燃气中组成成份
[0061] 与煤粉锅炉的燃料全部为发电原料煤的情况相比，从煤热解反应器排出的热解半 焦占煤粉锅炉燃料总重量的50%时，整个系统能量利用效率提高了 3.9%，把可燃气和煤焦 油的收益折算到发电成本中，发电成本降低了约5.1%，焦油后续成本降低6.7%。
[0062] 需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限 制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范 围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。 此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别 说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，包括:煤热解反应器、制粉系统、煤粉锅炉， 其特征在于， 所述煤热解反应器为蓄热式下行床反应器，包括:反应器本体、内置于所述反应器本体 的上部的旋风分离器、颗粒移动床，所述颗粒移动床包括:侧面板、固定在所述反应器本体 的侧壁上的两个壁板、布置在所述侧面板上的多个进气口和抽拉式阀门，由此所述侧面板、 所述两个壁板和所述侧壁围成上开口的腔体，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所 述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口；其中，所述旋风分离器连通至所述 颗粒移动床的进气口； 所述煤热解反应器的半焦出口与所述制粉系统的半焦入口连接； 所述制粉系统的煤粉出口与所述煤粉锅炉的煤粉入口连接。2. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述煤热解 反应器还包括设置在所述反应器本体内部的集气装置，所述集气装置连接所述旋风分离 器。3. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述颗粒移 动床进一步包括隔板，所述隔板布置在所述两个壁板之间并且与所述侧面板相对，由此在 所述隔板、所述两个壁板和所述侧面板之间形成第一气室，所述隔板为多孔板。4. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述颗粒移 动床进一步包括滤板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对， 由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出第二气室， 所述滤板为多孔板。5. 根据权利要求1所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述系统进 一步包括热解油气处理系统； 所述热解油气处理系统与所述煤热解反应器的热解油气出口连接。6. 根据权利要求5所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述热解油 气处理系统包括:气液分离系统，热解气净化系统，焦油精制系统； 所述煤热解反应器的热解油气出口与所述气液分离系统连接，所述气液分离系统的气 体出口与所述热解气净化系统连接，所述气液分离系统的液体出口与所述焦油精制系统连 接。7. 如权利要求6所述的煤热解反应器与煤粉锅炉联用系统，其特征在于，所述热解气净 化系统具有连接至所述煤热解反应器的可燃气出口。
【文档编号】C10B57/18GK205710594SQ201620590543
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】梅磊, 陈水渺, 肖磊, 薛逊, 姜朝兴, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司