煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统及工艺的制作方法

本发明涉及煤化工领域，尤其涉及煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统及工艺。

背景技术

针对粉状焦炭、兰炭制备工艺，本申请发明人在申请号为201711039704.x的专利中提供了一种粉状兰炭制备装置及工艺，然而该工艺中主要以天然气并辅以兰炭制备过程中产生的热解气经过净化后的煤气作为燃烧段的燃料，而该工艺不仅需要煤作为产品原料，而且还需要天然气作为燃料原料，对于原料的种类数量要求较高。本申请发明人在申请号为201710671922.9的专利中提供了一种分级分段式粉焦制备系统与工艺，仅采用一种原料通过煤粉粒径分级可以实现对活性焦制备燃烧段燃料原料的供给和制焦段产品原料的供给，对于原料的种类数量需求较低。因而本申请拟利用分级分段式的制备系统和工艺应用于粉状焦炭或兰炭的制备，以克服申请号为201711039704.x的专利中工艺对原料种类数量要求较高的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统，无需采用天然气作为燃烧段的燃料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统，包括制粉装置、粉状焦炭/兰炭制备装置、粉状焦炭/兰炭收集装置，所述粉状焦炭/兰炭收集装置包括旋风分离器；

所述制粉装置包括碎煤机、碎煤仓、磨煤机、粗煤粉分离器、细煤粉收集器、粗煤粉仓、粗煤粉称重给料机、细煤粉仓、细煤粉称重给料机，碎煤机、碎煤仓、磨煤机、粗煤粉分离器依次连接，粗煤粉分离器的粗煤粉出口连接粗煤粉仓，粗煤粉仓的出口连接粗煤粉称重给料机的进口，粗煤粉分离器的细煤粉出口连接细煤粉收集器，细煤粉收集器的细煤粉出口连接细煤粉仓，细煤粉仓的出口连接细煤粉称重给料机的进口；

所述粉状焦炭/兰炭制备装置由燃烧段和制备段呈u型构成，燃烧段的进口和出口分别设置在燃烧段的顶部和底部，制备段的进口和出口分别设置在制备段的底部和顶部，燃烧段的出口与制备段的进口连接，燃烧段的进口设有燃烧器，燃烧段进口的下部侧壁开设空气进口，燃烧段出口处的侧壁开设水和/或水蒸气喷口，制备段的进口上部侧壁开设粗煤粉进口；

所述细煤粉称重给料机的出口连接燃烧器的燃料进口，所述粗煤粉称重给料机的出口连接制备段的粗煤粉进口，制备段出口连接旋风分离器的进口。

首先，由于粉状焦炭/兰炭对于灰分的含量要求较高，因而申请号为201711039704.x的专利中天然气以及煤气作为燃烧段的燃料，目的是为了降低产品中的灰分。若采用(细)煤粉进行燃烧，则会产生大量的飞灰，影响产品的质量。而本发明中在燃烧段出口处的侧壁开设水或水蒸气喷口，既能够通过水或水蒸气进行调温，而且能够对燃烧后产生的飞灰具有良好的去除作用，从而保证了产品的质量。

其次，在申请号为201711039704.x的专利中采用的是分割粒径控制细煤粉和粗煤粉的质量比，而分割粒径只能通过磨煤机和粗煤粉分离器来控制，但是直接利用磨煤机和粗煤粉分离器通过分割粒径，对磨煤机和粗煤粉分离器的设备性能要求极高，而且难以控制细煤粉和粗煤粉的质量比，从而影响系统运行生产粉状焦炭/兰炭的稳定性。因而本发明为了提供系统运行生产粉状焦炭/兰炭的稳定性，增加了粗煤粉仓、粗煤粉称重给料机、细煤粉仓、细煤粉称重给料机，通过称重给料机限定细煤粉和粗煤粉的质量比，既降低设备的性能要求，又能保证生产粉状焦炭/兰炭的稳定运行。

本发明的目的之二是提供一种煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产工艺，提供上述生产系统，原料煤经过碎煤机进行初步破碎后进入碎煤仓，碎煤仓中的碎煤进入磨煤机后产生煤粉，煤粉经过粗煤粉分离器分离后粗煤粉由粗煤粉分离器的固相出口进入粗煤粉仓，细煤粉由粗煤粉分离器的气相出口经过细煤粉收集器收集后进入细煤粉仓，细煤粉称重给料机将细煤粉仓中的细煤粉输送至燃烧器并在燃烧段中燃烧，粗煤粉称重给料机将粗煤粉仓中的粗煤粉输送至制备段入口与燃烧段产生的热烟气混合上行，在制备段经3～10s时间完成热解反应，再经旋风分离器分离获得粉状焦炭/兰炭，细煤粉与粗煤粉的质量比为1/6～1/3，总的煤粉粒径范围为20～1000μm，分离器分割粒径(dp)范围为50～200μm。

本发明的有益效果为：

1.本发明可实现煤粉分级利用制备粉状焦炭/兰炭，通过称重给料机限定了粗煤粉和细煤粉的质量比，既降低设备的性能要求，又能保证生产粉状焦炭/兰炭的稳定运行。

2.本发明中添加了粗煤粉仓、细煤粉仓，若其中一种煤粉不足，可采用另一种煤粉进行替代，从而进一步保证系统和工艺的稳定运行。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明系统的结构示意图；

1、原煤仓；2、碎煤机；3、碎煤仓；4、磨煤机；5、粗煤粉分离器；6、粗煤粉仓；7、粗煤粉称重给料机；8、粗煤粉输送管道；9、粗煤粉上升管；10、细煤粉下降管；11、细煤粉收集器；12、细煤粉仓；13、细煤粉称重给料机；14、细煤粉输送管道；15、旋流燃烧器；16、空气喷口；17、燃烧段；18、水/水蒸气喷口；19、灰斗；20、渣池；21、捞渣机；22、煤粉喷口；23、制备段；24、粉状焦炭/兰炭分离器；5、粉状焦炭/兰炭冷却器；26、粉状焦炭/兰炭仓；27、粉状焦炭/兰炭；28、热解气燃烧器；29、助燃风喷口；30、绝热燃烧段；31、螺旋管式水冷壁；32、过热器；33、省煤器；34、空气预热器；35、冷空气；36、布袋除尘器；37、汽轮机；38、过热蒸汽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在粉状焦炭或兰炭的制备工艺中对对原料种类数量要求较高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统及工艺。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产系统，包括制粉装置、粉状焦炭/兰炭制备装置、粉状焦炭/兰炭收集装置，所述粉状焦炭/兰炭收集装置包括旋风分离器；

所述制粉装置包括碎煤机、碎煤仓、磨煤机、粗煤粉分离器、细煤粉收集器、粗煤粉仓、粗煤粉称重给料机、细煤粉仓、细煤粉称重给料机，碎煤机、碎煤仓、磨煤机、粗煤粉分离器依次连接，粗煤粉分离器的粗煤粉出口连接粗煤粉仓，粗煤粉仓的出口连接粗煤粉称重给料机的进口，粗煤粉分离器的细煤粉出口连接细煤粉收集器，细煤粉收集器的细煤粉出口连接细煤粉仓，细煤粉仓的出口连接细煤粉称重给料机的进口；

所述粉状焦炭/兰炭制备装置由燃烧段和制备段呈u型构成，燃烧段的进口和出口分别设置在燃烧段的顶部和底部，制备段的进口和出口分别设置在制备段的底部和顶部，燃烧段的出口与制备段的进口连接，燃烧段的进口设有燃烧器，燃烧段进口的下部侧壁开设空气进口，燃烧段出口处的侧壁开设水和/或水蒸气喷口，制备段的进口上部侧壁开设粗煤粉进口；

所述细煤粉称重给料机的出口连接燃烧器的燃料进口，所述粗煤粉称重给料机的出口连接制备段的粗煤粉进口，制备段出口连接旋风分离器的进口。

首先，由于粉状焦炭/兰炭对于灰分的含量要求较高，因而申请号为201711039704.x的专利中天然气以及煤气作为燃烧段的燃料，目的是为了降低产品中的灰分。若采用(细)煤粉进行燃烧，则会产生大量的飞灰，影响产品的质量。而本申请中在燃烧段出口处的侧壁开设水或水蒸气喷口，既能够通过水或水蒸气进行调温，而且能够对燃烧后产生的飞灰具有良好的去除作用，从而保证了产品的质量。

其次，在申请号为201711039704.x的专利中采用的是分割粒径控制细煤粉和粗煤粉的质量比，而分割粒径只能通过磨煤机和粗煤粉分离器来控制，但是直接利用磨煤机和粗煤粉分离器通过分割粒径，对磨煤机和粗煤粉分离器的设备性能要求极高，而且难以控制细煤粉和粗煤粉的质量比，从而影响系统运行生产粉状焦炭/兰炭的稳定性。因而本申请为了提供系统运行生产粉状焦炭/兰炭的稳定性，增加了粗煤粉仓、粗煤粉称重给料机、细煤粉仓、细煤粉称重给料机，通过称重给料机限定细煤粉和粗煤粉的质量比，既降低设备的性能要求，又能保证生产粉状焦炭/兰炭的稳定运行。

优选的，所述制粉装置包括粗煤粉上升管、细煤粉下降管，所述粗煤粉上升管的进口连接在粗煤粉仓的底部，粗煤粉上升管的出口连接在细煤粉仓的上部，所述细煤粉下降管的进口连接在细煤粉仓的底部，所述细煤粉下降管的出口连接在粗煤粉仓的上部。若其中一种煤粉不足，可采用另一种煤粉进行替代，从而进一步保证系统和工艺的温度运行。

优选的，燃烧段和制备段共用一个灰斗，燃烧段的出口与制备段的进口通过灰斗连通，灰斗底部设有渣池，渣池内设有捞渣机。

优选的，所述粉状焦炭/兰炭收集装置包括粉状焦炭/兰炭冷却器、粉状焦炭/兰炭收集仓，旋风分离器分离出的粉状焦炭/兰炭经过粉状焦炭/兰炭冷却器冷却后进入粉状焦炭/兰炭收集仓。

进一步优选的，包括热解气焚烧余热利用装置，所述热解气焚烧余热利用装置包括焚烧炉，所述焚烧炉底部按照焚烧炉产生烟气的流向依次安装螺旋管式水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器及布袋除尘器。经过旋风分离器分离的热解气，温度较高，进入焚烧炉后与助燃风混合，能够充分燃烧。

更进一步优选的，空气预热器的空气出口连接燃烧器的空气进口和焚烧炉的空气进口。

更进一步优选的，包括汽轮机，汽轮机的冷却水出口分别连接粉状焦炭/兰炭冷却器的冷却水进口和省煤器的冷却水进口，粉状焦炭/兰炭冷却器的冷却水出口和省煤器的冷却水出口同时连接螺旋管式水冷壁的冷却水进口，螺旋管式水冷壁的冷却水出口连接过热器的冷却水进口，过热器的冷却水出口为汽轮机提供过热蒸汽。所述螺旋管式水冷壁换热壁、过热器、省煤器、空气预热器为现有常用设备。

本申请的另一种实施方式，提供了一种煤粉粒径分级利用的粉状焦炭/兰炭的生产工艺，提供上述生产系统，原料煤经过碎煤机进行初步破碎后进入碎煤仓，碎煤仓中的碎煤进入磨煤机后产生煤粉，煤粉经过粗煤粉分离器分离后粗煤粉由粗煤粉分离器的固相出口进入粗煤粉仓，细煤粉由粗煤粉分离器的气相出口经过细煤粉收集器收集后进入细煤粉仓，细煤粉称重给料机将细煤粉仓中的细煤粉输送至燃烧器并在燃烧段中燃烧，燃烧后的物料经过水或水蒸气喷口喷水或水蒸气降温并去除飞灰，粗煤粉称重给料机将粗煤粉仓中的粗煤粉输送至制备段入口与降温去除飞灰的物料混合，然后在制备段中进行热解反应，再经旋风分离器分离获得粉状焦炭/兰炭，细煤粉与粗煤粉的质量比为1/6～1/3，总的煤粉粒径范围为20～500μm，分离器分割粒径范围为50～200μm。

优选的，控制燃烧段的空气量，使燃烧段燃烧产生的烟气的氧气体积浓度不高于2％。

优选的，粗煤粉在制备段内的停留时间为3～10s。

优选的，制备段内的温度为700～1100℃。

优选的，制备段内气流流速为3～6m/s。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例的系统，如图1所示，包括制粉装置、粉状焦炭/兰炭制备装置、粉状焦炭/兰炭收集装置、热解气焚烧余热利用装置。

具体工艺为：原煤仓1中原煤经破碎机2破碎，进入碎煤仓3，之后进入磨煤机4制粉，制备的煤粉粒径分布为20～500μm，磨煤机4出口风粉混合物进入粗煤粉分离器5，其分割粒径(dp)设计范围为50～200μm，分离下来的较粗煤粉(dp～500μm)进入粗煤粉仓6，粗煤粉经称重给料机7及粗煤粉输送管道8送入制焦段23，输送介质采用焚烧炉尾部烟气或氮气；粗煤粉分离器5的出口乏气进入布袋收集器11，收集的细煤粉(20μm～dp)进入细煤粉仓12，出口乏气送入布袋除尘器36进行深度除尘，细煤粉经称重给料机13及细粉输送管道14由旋流燃烧器15送入燃烧段17，输送介质为经焚烧炉空预器预热的热空气；根据工艺需求，制粉系统需控制粗、细煤粉比例，以保证系统稳定连续运行，本实施例以褐煤为例，应控制粗、细煤粉消耗质量比为1:4，即燃烧段完全燃烧1单位的细煤粉，能为制焦段4单位的粗煤粉完成制焦反应提供所需热量。

煤粉经粒径分级利用，细煤粉充分燃烧，燃烧后烟气中飞灰颗粒粒径更细，燃烧后烟气进入制备段23，与粗煤粉混合完成制备过程，燃烧段产生的飞灰会混在制备段的气固混合物中，因此，粉状焦炭/兰炭分离器24的分割粒径选取与粗煤粉分离器5的相等，经分离后，燃烧段产生的细飞灰及制备段产生的较细粒径产品随热解气进入热解气焚烧炉组织燃烧，燃烧助燃风来自空预器34，风温在300℃左右，在绝热燃烧段30经绝热氧化燃烧，维持燃烧温度在1100℃左右，同时，热解气中的焦油分子及未分离的细焦炭/兰炭颗粒等可燃物在1100℃的高温下也能完全燃烧，而后进入螺旋管式水冷壁换热段31，之后依次经过热器32、省煤器33、空气预热器34完成换热，最后烟温降至180℃左右的焚烧烟气通入布袋除尘器36及后续烟气净化装置。分离的固相产物进入粉状焦炭/兰炭冷却器25，粉状焦炭/兰炭由700～1100℃冷却至80℃左右，而后进入粉焦收集仓26，冷却水由25℃升温至300℃左右，而后进入螺旋管式水冷壁31。

粗煤粉仓6与细煤粉仓12之间由粗煤粉管道9和细煤粉管道10连通；其中，粗煤粉管道9自上而下，内部设斗链，粗煤粉可依靠斗链提升至细煤粉仓12，细煤粉管道10自下而上，细煤粉可依靠自身重力流入粗煤粉仓6，如此设计的目的在于粗、细煤粉比例出现偏差时，为了维持系统稳定运行，作为应急调节措施，可使粗、细煤粉之间实现平衡调节可实现粗、细煤粉间的平衡调节，以保证该系统稳定运行。

冷空气35经空气预热器34加热后分两路，一路接旋流燃燃烧器15用作二次风，另一路接助燃风喷口29用作热解气燃烧的助燃风。

冷凝水分两路，一路经省煤器33预热、另一路经粉状焦炭/兰炭冷却器25预热，在此，粉状焦炭/兰炭冷却器25充当部分省煤器使用，进一步吸收粉状焦炭/兰炭中余热，之后两路混合进入螺旋管式水冷壁31，吸热后进入过热器32，随后过热蒸汽38通入汽轮机33做功，做功后的低品质蒸汽可用于工业生产或民用供暖，最后经冷凝器冷凝循环使用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。