一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统的制作方法

本实用新型涉及煤分级分质利用技术领域，具体涉及一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统。

背景技术：

传统的电力生产中，通过锅炉中煤的直接燃烧产生高温烟气，从而生产蒸汽驱动蒸汽轮机发电。在煤的燃烧过程中，煤热解生成的可燃气体和焦油也发生燃烧反应被消耗，造成了资源的浪费。对煤中的挥发组分进行回收，得到燃气和焦油资源，并将剩余的焦炭再进行燃烧发电，可以提高煤的资源化利用率，特别是对于使用褐煤和挥发分较高的烟煤等煤种的燃煤电厂，可以提高电厂的经济效益。

我国大量燃煤发电锅炉为煤粉锅炉，在煤粉锅炉前增加煤热解反应器，可以有效回收煤热解产物中的燃气和焦油。中国专利申请号为CN200810240945的专利文献公开了一种煤粉锅炉炉前煤拔头方法，采用固体热载体热解气化装置回收含焦油的热解气，固体热载体经历与煤粉混合、回收、加热、分离循环，但是这种热解系统流程复杂。中国专利申请号为CN201610204699的专利文献公开了一种煤热解反应器和煤粉锅炉联用系统，采用蓄热式下行床反应器回收燃气和焦油，热解反应器分层布置多根蓄热式辐射管，其结构复杂，为了实现精确控温需要控制每个辐射管的燃气流量，操作控制要求高，而且需要额外的制粉装置处理原料煤和半焦，以使其粒径符合煤粉锅炉的使用要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统及方法，用以解决现有的煤粉利用技术存在资源浪费、热解系统和系统工作流程复杂、及装置控制不便的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统，所述用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统包括夹套式下行床热解反应器、半焦分离装置、高温过滤器、油气分离装置、锅炉和多个半焦燃烧器，所述夹套式下行床热解反应器包括内管和套设于所述内管外周的外管，所述内管的顶部设置有第一煤粉入口，所述内管的底部设置有第一热解气和半焦出口，所述外管设置有高温烟气入口和低温烟气出口；所述半焦分离装置设置有第一热解气和半焦入口、第一半焦出口、及第一热解气出口，所述第一热解气和半焦入口与所述第一热解气和半焦出口连接，所述第一热解气出口通过所述高温过滤器与所述油气分离装置连接，所述第一半焦出口与一次风管道连接，多个所述半焦燃烧器均匀布置于所述锅炉的侧壁上，每个所述半焦燃烧器的第一半焦入口与一次风管道连接。

优选的，所述用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统还包括螺旋输送机，所述螺旋输送机设置有第一煤粉出口和第二煤粉入口，所述第一煤粉出口与所述内管的第一煤粉入口连接。

优选的，所述用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统还包括煤粉仓，所述煤粉仓的底部设置有第二煤粉出口，所述第二煤粉出口与所述螺旋输送机的第二煤粉入口连接。

优选的，所述外管的高温烟气入口与所述锅炉炉膛出口连接。

优选的，所述用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统还包括燃气燃烧器，所述燃气燃烧器设置有空气入口、燃气入口和高温烟气出口，所述燃气燃烧器的燃气入口与所述油气分离装置的第一燃气出口连接，所述燃气燃烧器的高温烟气出口与所述外管的高温烟气入口连接。

优选的，所述外管的低温烟气出口与所述锅炉的尾部烟道连接。

相对应的，本实用新型还提供一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法，包括以下步骤：

步骤a1，将所述煤粉仓中的煤粉通过所述螺旋输送机以一定的速率输送至所述内管中，将高温烟气通过所述高温烟气入口通入所述外管中，所述煤粉在所述内管中发生热解反应产生热解气和半焦颗粒；

步骤a2，将所述热解气和所述半焦颗粒通入所述半焦分离装置中，所述热解气和所述半焦颗粒在所述半焦分离装置中发生分离，将分离出的所述热解气通入所述高温过滤器中，将分离出的所述半焦颗粒通过一次风管道通入所述锅炉炉膛中燃烧；

步骤a3，所述高温过滤器对所述热解气中的细半焦粉末进行过滤，再将过滤的后所述热解气通入所述油气分离装置；

步骤a4，所述热解气中的燃气和焦油蒸汽在所述油气分离装置中发生分离，获得燃气和焦油。

优选的，在执行步骤a4之后还执行以下步骤：将部分所述燃气通入所述燃气燃烧器中，所述燃气和空气在所述燃气燃烧器中发生燃烧反应产生高温烟气，将所述燃气燃烧器产生的部分高温烟气通过所述高温烟气入口通入所述外管中。

优选的，在执行步骤a2之后还执行以下步骤：将部分所述锅炉炉膛中产生的高温烟气通过所述高温烟气入口通入所述外管中。

优选的，在执行步骤a1之后还执行以下步骤：将所述外管中输出的低温烟气通入所述锅炉的尾部烟道中。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统直接以煤粉锅炉已有的制粉系统生产的煤粉为原料，生产的半焦颗粒着火特性好，煤粉锅炉已有的煤粉燃烧器无需经过改造即可用作半焦燃烧器，因而本系统对现有的煤粉锅炉工艺系统改造小；煤粉锅炉制粉系统生产的煤粉粒度在100μm以下，热解反应速率大，夹套式下行床热解反应器的生产效率高，同时夹套式下行床热解反应器的结构简单、控制方便，以较低的成本回收煤热解产生的燃气和焦油资源，综合经济效益高。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中另一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法的流程图。

图4为本实用新型实施例2中一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，该用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统包括夹套式下行床热解反应器300、半焦分离装置400、高温过滤器500、油气分离装置600、锅炉800和多个半焦燃烧器700。此外，为了保证系统持续和便于对系统工作进行控制。本实施例中的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统还包括螺旋输送机200和煤粉仓100。

煤粉仓100用于存储煤粉，煤粉仓100为常见的燃煤电厂煤粉制备系统中的中间煤粉仓，煤粉仓100的底部设置有第二煤粉出口110。

螺旋输送机200用于将煤粉仓100中的煤粉以一定的速率输送至内管中，螺旋输送机200设置有第一煤粉出口220和第二煤粉入口210，第一煤粉出口220与内管310的第一煤粉入口330连接，煤粉仓100的第二煤粉出口110与螺旋输送机200的第二煤粉入口210连接。

夹套式下行床热解反应器300包括内管310和套设于内管310外周的外管320，内管310的顶部设置有第一煤粉入口330，内管310的底部设置有第一热解气和半焦出口340。外管320设置有高温烟气入口350和低温烟气出口360；其中高温烟气入口350设置于外管320的底部，而低温烟气出口360设置于外管320的顶部。进一步的，如图2所示，在本实施例中，外管320的高温烟气入口350与锅炉800炉膛出口连接。进一步的，外管320的低温烟气出口360与锅炉800的尾部烟道连接。

半焦分离装置400用于将热解气和半焦颗粒分离，半焦分离装置400设置有第一热解气和半焦入口410、第一半焦出口420、及第一热解气出口430，第一热解气和半焦入口410与第一热解气和半焦出口340连接，第一半焦出口420与一次风管道连接。半焦分离装置400在本实施例中为旋风分离器。

高温过滤器500用于对热解气中的细半焦粉末进行过滤，高温过滤器500设置有第一热解气入口510和第二热解气出口520。高温过滤器500的第一热解气入口510与半焦分离装置400的第一热解气出口430连接。

油气分离装置600用于使热解气中的燃气和焦油蒸汽发生分离，油气分离装置600设置有第二热解气入口610、第一燃气出口620和第一焦油出口630。油气分离装置600的第二热解气入口610与高温过滤器500的第二热解气出口520连接。

半焦燃烧器700设置有第一半焦入口710，多个半焦燃烧器700均匀布置于锅炉800的侧壁上，每个半焦燃烧器700的第一半焦入口710与一次风管道连接，接受一次风携带的半焦颗粒，一次风为空气。

工作原理：

系统工作时，煤粉仓100中的煤粉通过螺旋输送机200按照一定的速率将煤粉输送到夹套式下行床热解反应器300的内管310中，高温烟气通过高温烟气入口350通入夹套式下行床热解反应器300的外管320中。煤粉自上而下流过夹套式下行床热解反应器300的内管310，并且与烟气发生间接换热，由于煤粉粒度在100μm以下，煤粉颗粒迅速升温并发生快速热解反应，煤粉颗粒在极短的时间内析出挥发分，生成热解气和半焦颗粒，热解气以CO、H2、CH4等燃气和焦油蒸汽为主，通过控制高温烟气的流量实现对煤粉热解温度的控制，从而控制热解气的产率。热解气和半焦颗粒通入半焦分离装置400中，热解气和半焦颗粒在半焦分离装置400中发生分离，分离出来的热解气通入高温过滤器500中进一步过滤其中的细半焦粉末，经过过滤的热解气通入油气分离装置600，热解气中的燃气和焦油蒸汽在油气分离装置600中发生分离，获得燃气和焦油，燃气和焦油可进一步用于生产化工产品和油品。半焦分离装置400分离出来的半焦颗粒通入一次风管道中，半焦颗粒由一次风携带进入半焦燃烧器700，在锅炉800炉膛中燃烧，由于半焦颗粒粒度较小，而且经过高温热解后生成的半焦颗粒具有一定的温度，因而半焦颗粒较容易点燃，不会改变锅炉800燃烧稳定性。为了直接以煤粉锅炉已有的制粉系统生产的煤粉为原料，将煤粉锅炉煤粉制备系统生产的煤粉存储在煤粉仓100中。为了利用煤粉锅炉已有的高温烟气给夹套式下行床热解反应器300内的热解反应提供热量，将一部分锅炉800的炉膛出口输出的高温烟气通入夹套式下行床热解反应器300的外管320中。为了回收夹套式下行床热解反应器300外管320中温度降低后的低温烟气热量，并利用煤粉锅炉已有烟气系统对低温烟气进行处理，将夹套式下行床热解反应器300的外管320中温度降低后的低温烟气通入锅炉800的尾部烟道中。

如图3所示，本实用新型还提供一种用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法，该方法包括以下步骤：

步骤a1，将煤粉仓100中的煤粉通过螺旋输送机200以一定的速率输送至内管310中，将高温烟气通过高温烟气入口350通入外管320中，煤粉在内管310中发生热解反应产生热解气和半焦颗粒；

在执行步骤a1之前，还需要执行以下步骤：将煤粉锅炉煤粉制备系统生产的煤粉存储在煤粉仓100中。通过螺旋输送机200将煤粉仓100中的煤粉以一定的速率输送至内管310中，煤粉自上而下流过夹套式下行床热解反应器300的内管310，并且与烟气发生间接换热，由于煤粉粒度在100μm以下，煤粉颗粒迅速升温并发生快速热解反应，煤粉颗粒在极短的时间内析出挥发分，生成热解气和半焦颗粒，热解气以CO、H2、CH4等燃气和焦油蒸汽为主，通过控制高温烟气的流量实现对煤粉热解温度的控制，从而控制热解气的产率。

步骤a2，将热解气和半焦颗粒通入半焦分离装置400中，热解气和半焦颗粒在半焦分离装置400中发生分离，将分离出的热解气通入高温过滤器500中，将分离出的半焦颗粒通过一次风管道通入锅炉800炉膛中燃烧；

半焦颗粒通入一次风管道，半焦颗粒由一次风携带通入半焦燃烧器700，在锅炉800炉膛中燃烧，由于半焦颗粒粒度较小，而且经过高温热解后生成的半焦颗粒具有一定的温度，因而半焦颗粒较容易点燃，不会改变锅炉800燃烧稳定性。

步骤a3，高温过滤器500对热解气中的细半焦粉末进行过滤，再将过滤的后热解气通入油气分离装置600；

步骤a4，热解气中的燃气和焦油蒸汽在油气分离装置600中发生分离，获得燃气和焦油；

燃气和焦油可进一步用于生产化工产品和油品，通过以较低的成本回收煤热解产生的燃气和焦油资源，有效提高经济效益。

进一步的，在执行步骤a2之后还执行以下步骤：将部分锅炉800炉膛中产生的高温烟气通过高温烟气入口350通入外管320中，利用煤粉锅炉已有的高温烟气给夹套式下行床热解反应器300内的热解反应提供热量，通过实施该步骤可有效利用煤粉锅炉已有的高温烟气给夹套式下行床热解反应器300内的热解反应提供热量，提高能源利用率。

进一步的，在执行步骤a1之后还执行以下步骤：将外管320中输出的低温烟气通入锅炉800的尾部烟道中，通过执行该步骤，可有效回收夹套式下行床热解反应器300外管320中温度降低后的低温烟气热量，并利用煤粉锅炉已有烟气系统对低温烟气进行处理。

本实用新型的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法，直接以煤粉锅炉已有的制粉系统生产的煤粉为原料，生产的半焦颗粒着火特性好，煤粉锅炉已有的煤粉燃烧器无需经过改造即可用作半焦燃烧器700，因而本系统对现有的煤粉锅炉工艺系统改造小；煤粉锅炉制粉系统生产的煤粉粒度在100μm以下，热解反应速率大，夹套式下行床热解反应器300的生产效率高，同时夹套式下行床热解反应器300的结构简单、控制方便，以较低的成本回收煤热解产生的燃气和焦油资源，综合经济效益高。

实施例2

如图4所示，本实施例以实施例1为基础，与实施例1不同之处在于，本实施例中的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用系统还包括燃气燃烧器900，燃气燃烧器900设置有空气入口910、燃气入口920和高温烟气出口930，燃气燃烧器900的燃气入口920与油气分离装置600的第一燃气出口620连接，燃气燃烧器900的高温烟气出口930与外管320的高温烟气入口350连接。

相应地，本实施例的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法以实施例1中的方法为基础，与实施例1中的方法不同之处在于，本实施例中的用于煤粉锅炉的煤分级分质利用方法在执行步骤a4之后还执行以下步骤：将部分燃气通入燃气燃烧器900中，燃气和空气在燃气燃烧器900中发生燃烧反应产生高温烟气，将燃气燃烧器900产生的部分高温烟气通过高温烟气入口350通入外管320中。通过实施该步骤可将一部分生产出来的燃气与空气发生燃烧反应产生高温烟气，给夹套式下行床热解反应器300内的热解反应提供热量，提高能源利用率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型做了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。