一种流化床煤焦粉余热利用方法与流程

本发明属于粉煤流化床热解干馏领域，特别涉及一种流化床煤焦粉余热利用方法。

背景技术

煤炭干馏是在惰性气氛下，通过加热的方式将煤炭转化为半焦、煤焦油和煤气三态产品。根据加热温度的不同，煤炭干馏可分为低温干馏、中温干馏和高温干馏。加热温度在500～600℃为低温干馏，700～900℃为中温干馏，900～1100℃位高温干馏。目前，煤炭干馏技术较多，在加热温度和加热方式等方面存在较大差异。煤碳干馏产品主要由煤焦油和半焦。半焦是一种高固定碳、高发热量、低馏分、低挥发分的产品，粒度组成较复杂，10～8mm左右的粒煤，粒度较小的粉煤。干馏焦冷却也会因焦粉不同有不同的方法，粒度对粉煤冷却的影响主要通过传热和传质实现，煤粒大小直接影响煤的比表面积、密度、孔隙结构等，对煤粒的传热会产生很大的影响，因此流化床干馏仅适用于粒径较小的煤粉。但煤粉与大多数气固反应的催化剂颗粒相差甚远，这是因为无论是材料比重(密度)、颗粒形状，还是颗粒分布，和普通催化剂完全不一样，煤粉冷却不能按照常规的流态化进行。

粉煤热解之后的煤焦粉(也称粉焦)温度较高，低温干馏温度500～600℃，但是煤焦粉可直接装袋的要求温度小于60℃，经济性的利用好焦粉的余热同时实现焦粉的深度冷却，对冷却系统的设计提出了较大的挑战。另外，干馏后的煤焦粉通常含有焦油，低温后煤焦粉容易结团，影响输送和换热。所以，煤焦粉的冷却无论是传热方面还是温度方面都比常规化工过程的换热困难的多。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种流化床焦粉余热利用方法，并使干馏后的高温煤焦粉冷却到安全的包装温度，并实现煤焦粉余热的利用。

本发明的目的在于提供一种流化床煤焦粉余热利用方法，该煤焦粉余热利用方法采用多级串联方式，分成高温产汽、冷却介质预热部分，在冷却器中进行煤焦粉冷却，冷却器设有产汽部分壳体、冷却介质预热部分壳体和底部封头；高温煤焦粉的热量分级利用，高温部分用来产生蒸汽，蒸汽在水汽分离器(又称水汽分离区)与水分离，产汽后的低温部分即低温煤焦粉用来加热循环水；高温煤焦粉先进入产汽部分(又称产汽区)，在产汽放热降低温度后，煤焦粉再进入冷却介质预热部分，在冷却介质预热部分冷却到要求的温度后流出；产汽部分内设置蒸发管，高温煤焦粉通过蒸发管把热量传递给蒸发管内的产汽部分供水，产生蒸汽；冷却介质预热部分设置循环水换热管，循环水在管内，煤焦粉在管外；产汽部分和冷却介质预热部分用流化介质流化控制煤焦粉的温度和产汽量。

本发明中，高温煤焦粉先进入产汽部分，产汽部分通过产汽流化介质使煤焦粉形成流态化条件实现煤焦粉向蒸发管的传热，该流化介质来自冷却介质预热部分或独立设置，或该流化介质来自冷却介质预热部分和产汽部分补充的流化介质；高温煤焦粉由产汽流化介质流化，使煤焦粉与产汽部分的蒸发管进行换热，产汽放热降低温度后煤焦粉进入冷却介质预热部分，煤焦粉冷却介质预热部分设置冷却流化介质，煤焦粉由冷却流化介质流化，使煤焦粉与冷却介质预热部分循环水换热管内的循环水进行换热继续降温，达到冷却要求后流出冷却介质预热部分。

所述高温并没有原则定义，可以根据具体产汽的温度要求调整。一般情况高温煤焦粉指温度高于200℃的情况。

所述的流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，产汽部分供水与产汽部分的高温煤焦粉换热后，产生蒸汽，在所述产汽部分上方直接进行水汽分离，水汽分离器与产汽部分用分体管板或隔板分开，蒸发管连接在该分体管板或隔板上，蒸发管采用套管形式，竖向设置，设有内管和蒸发管外管，蒸发管外管连接在该分体管板或隔板上，产汽部分供水从顶部入口进入内管，向下流动到蒸发管底部转向进入内管和外管的环隙，蒸汽在内管和蒸发管外管间的环隙向上流动进入水汽分离器,与水分离后产生蒸汽。

所述的流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，所述冷却介质预热部分和产汽部分为上下一体形式，冷却介质预热部分直接设在产汽部分下部，产汽部分的煤焦粉与蒸发管换热后直接沉降进入冷却介质预热部分；冷却介质预热部分设置冷却流化介质，该冷却流化介质控制冷却介质预热部分煤焦粉的冷却温度；该冷却流化介质向上流出冷却介质预热部分后，进入产汽部分，继续进行产汽部分煤焦粉的流化；产汽部分可以补充产汽流化介质，此时产汽流化介质与冷却流化介质混合共同使产汽部分的煤焦粉流化，控制产汽部分的换热。

更进一步地，在产汽部分和冷却介质预热部分之间设置多通道隔板，该通道隔板上设置一个或多个煤焦粉下降通道和多个流化介质上升通道，使产汽部分的煤焦粉通过该隔板的煤焦粉下降通道流到下方的冷却介质预热部分，冷却介质预热部分的冷却流化介质通过该隔板的流化介质上升通道进入产汽部分。具体实施时，该通道隔板一般横向连接在壳体上，该通道隔板的流化介质上升通道一般为圆孔型，该通道隔板可以是椎体型或弧形，该通道隔板的设备结构技术人员能够根据具体工况设计。

所述的流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，冷却介质预热部分设在产汽部分外部，在产汽部分降温后的煤焦粉通过输送管再进入冷却介质预热部分降温；冷却介质预热部分设置冷却流化介质，该冷却流化介质控制冷却介质预热部分煤焦粉的冷却温度。

所述的流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，冷却介质预热部分的循环水采用以下方式循环：

或者循环水换热管分组直接通过冷却介质预热部分壳体或底部封头进出冷却介质预热部分；循环水分别在各组循环水换热管内独立循环；

或者在冷却介质预热部分底部设置冷却管板或隔板，循环水换热管下端连接在该冷却管板或隔板上，在冷却介质预热部分壳体位于冷却管板或隔板下方的部分或底部封头上设置循环水进出口，循环水从进出口在循环水换热管循环；

或者循环水换热管采用内外套管形式，在冷却介质预热部分底部设置两个管板或隔板，分别为上管板或隔板和下管板或隔板；换热管的内管下端安装在下管板上，外管下端安装在上管板上；循环水在循环水换热管底部进入外管和内管的环隙，循环水在该环隙向上流动并被加热，在循环水换热管顶部转向进入内管向下流动，从内管底部流出换热管；在冷却介质预热部分壳体位于上下管板或隔板之间部分设置循环水进口；在冷却介质预热部分壳体位于下管板或隔板下方的部分或底部封头上设置循环水出口，循环水从进出口进出冷却介质预热部分。

更进一步地，循环水换热管采用内外套管形式，在上管板或下管板设置分区隔板，把循环水换热管分成1～6个区，在冷却介质预热部分壳体位于上管板和下管板间的部分设置1～6个进水口，在冷却介质预热部分壳体位于下管板下方的部分或底部封头设置1～6个水出口，循环水分别独立的在各区循环预热，在各区中循环水从内外管间的环隙内进入循环水换热管，从内管流出。

所述的流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，采用蒸汽、氮气或含氧少于2％的烟气(所述烟气为空气中的氧气燃烧反应后的气体，粉煤干馏过程焦粉燃烧形成的烟气或其他烟气)为流化介质，该流化介质在实现煤焦粉流化及换热的同时，使煤焦粉携带来的煤焦油气随流化介质流出或返回干馏反应器，提高干馏产品的收率，并避免冷却后的产品煤焦粉燃烧，或者降低冷却后的产品煤焦粉燃烧的机会。所述作为流化介质的烟气为来自干馏装置烧焦后的烟气经余热锅炉等余热回收后降温烟气或来自其他装置的余热回收后的烟气。

更进一步地，在产汽部分使用蒸汽或烟气作为流化介质，在冷却介质预热部分冷却后的煤焦粉流出口前采用氮气对煤焦粉进行流化；或者在产汽部分和冷却介质预热部分使用蒸汽或烟气作为流化介质，在冷却介质预热部分煤焦粉流出前用氮气作为流化介质，对煤焦粉携带的气体进行置换。具体实施时，当煤焦粉冷却温度低于100℃时，在冷却介质预热部分煤焦粉流出前用氮气作为流化介质，对煤焦粉携带的气体进行置换。

上述流化床煤焦粉余热利用方法，进一步地，具体实施时，循环水在冷却介质预热部分加热后作为产汽部分的供水。

本发明有效地解决了煤干馏后高温煤焦粉流化和传热的问题，使干馏后的高温煤焦粉冷却到安全的包装温度，并实现煤焦粉余热的利用。

附图说明

图1是本发明的煤焦粉余热利用方法实施方式一示意图；

图2是图1中蒸发管局部放大图；

图3是本发明的煤焦粉余热利用方法实施方式二示意图。

图中编号说明：1冷却器；11产汽部分，12冷却介质预热部分,13水汽分离器，14产汽部分壳体，14-1冷却介质预热部分壳体，15分体管板或隔板，111煤焦粉进口管，112产汽流化介质进入管，113流化气体排出管，114输送管；121煤焦粉出口管,122冷却流化介质进入管，123冷却介质预热部分取热介质进入管，124冷却介质预热部分取热介质流出管，125第二流化气体排出管；131产汽部分供水入口管，132蒸汽出口管；2蒸发管，21蒸发管外管，22内管；3循环水换热管；4底部封头；5高温煤焦粉；6冷却后的煤焦粉；7冷却流化介质，71产汽流化介质；8温度计；9出口流化气体；10流量计；a循环水，b升温后的循环水，c产汽部分供水，d蒸汽。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图仅是对该方法的示意说明，具体实施不限于提供的附图。

实施方式一：

如图1-2所示，本发明的煤焦粉余热利用方法由高温产汽和介质预热部分组成，在冷却器1中进行煤焦粉冷却和余热利用，冷却器1设有产汽部分壳体14、冷却介质预热部分壳体14-1和底部封头4；高温煤焦粉5经煤焦粉进口管111先进入产汽部分11流化，产汽部分11内设置蒸发管2，高温煤焦粉5通过蒸发管2把热量传递给蒸发管内的产汽部分供水c，产生蒸汽d，产汽放热降低温度后的煤焦粉进入冷却介质预热部分12。水汽混合物在产汽部分11上方直接进行水汽分离，水汽分离器13与产汽部分12用分体管板或隔板15分开，蒸发管2连接在该分体管板或隔板15上，如图2所示，蒸发管2采用套管形式，竖向设置，设有内管22和蒸发管外管21，产汽部分供水c由产汽部分供水入口管131引入，从顶部入口进入内管22，向下流动到蒸发管底部转向进入内管和外管的环隙，蒸汽d在内管22和蒸发管外管21间的环隙向上流动进入水汽分离器13，经蒸汽出口管132流出；

本发明，冷却介质预热部分和产汽部分可以设计为一体结构也可设计为分体结构；本实施方式中，冷却介质预热部分12和产汽部分11为上下一体形式，冷却介质预热部分12直接设在产汽部分11下部，与产汽部分11串联一体，产汽部分11的煤焦粉直接沉降进入冷却介质预热部分12，由冷却流化介质进入管122来的冷却流化介质7流化；

冷却介质预热部分12设置循环水换热管3，本发明中，循环水换热管3可以有多种灵活设计，本实施方式中，循环水换热管3分组直接通过底部封头4进出冷却介质预热部分12，循环水分别在各组换热管内独立循环，煤焦粉通过循环水换热管3将热量传递给循环水换热管3内的循环水a，降温冷却后的煤焦粉6从煤焦粉出口管121流出；

循环水a经冷却介质预热部分取热介质进入管123在冷却区12底部进入，升温后的循环水b经冷却介质预热部分取热介质流出管124自冷却介质预热部分12底部流出；在冷却流化介质进入管122上设置流量计10，控制煤焦粉冷却出口温度计8，该冷却流化介质7向上流出冷却介质预热部分12后，进入产汽部分11，继续进行产汽部分煤焦粉的流化；在产气部分经产汽流化介质进入管112补充产汽流化介质71，产汽流化介质71与冷却流化介质7混合，共同使产汽部分的煤焦粉流化，控制产汽部分11的换热，出口流化气体9从流化气体排出管113流出；

循环水a在冷却介质预热部分12内加热的升温后的循环水b流出冷却介质预热部分12后，作为产汽部分的供水c进入产汽部分的蒸发管2，继续发生蒸汽。

具体实施时，还可以在产汽部分11和冷却介质预热部分12之间设置多通道隔板，使产汽部分11的煤焦粉通过该通道隔板流到下方的冷却介质预热部分12，该通道隔板的具体结构设计，能够同时实现煤焦粉单向流动和冷却流化介质进入产汽部分，本领域技术人员能够完成，此处不再详述。

实施方式二：

如图3所示，本发明的煤焦粉余热利用方法由高温产汽和介质预热部分组成，冷却介质预热部分12设在产汽部分11外部产汽部分壳体14与冷却介质预热部分壳体14-1为分体结构设置；产汽部分11降温后的煤焦粉通过输送管114再进入冷却介质预热部分12降温；

冷却介质预热部分12的循环水换热管3分组直接通过底部封头4进出冷却介质预热部分12；冷却介质预热部分12另设置有第二流化气体排出管125；冷却流化介质7进入冷却介质预热部分12，控制冷却介质预热部分12的换热，出口流化气体9从第二流化气体排出管125流出；产汽流化介质71进入产汽部分11，控制产汽部分11的换热，出口流化气体9从流化气体排出管113流出。

其余部分结构同实施方式一。

实施例1

如图1所示的某煤干馏后的煤焦粉余热利用方法，高温煤焦粉入口温度600℃，流量100t/h，出口温度150℃；产汽部分供水即取热介质采用预热部分加热后的循环水(温度65℃)，产1.0mpa蒸汽25t/h；冷却介质预热部分取热介质即循环水采用32℃的循环水，换热后循环水温度为65℃。产汽部分和循环水预热部分流化气体都采用氮气；设备主壳体直径2800mm，总高度20m。

600℃的高温煤焦粉首先进入产汽部分，在蒸汽流化作用下，与蒸发管中的循环水进行换热，产汽后的煤焦粉进入冷却介质预热部分，在氮气流化作用下，与循环水换热管中的循环水进行换热，冷却后的煤焦粉出口温度为150℃。冷却介质预热部分氮气用量约为45nm³/min，产汽部分蒸汽用量约为30nm³/min，冷却介质预热部分氮气用量控制煤焦粉的温度，该部分氮气上行进入产汽区，控制产汽区的传热。