一种粉煤/生物质热解系统及方法

技术领域

本发明涉及煤/生物质热解技术领域，具体而言，是一种粉煤/生物质热解系统及方 法。

背景技术

随着我国采煤机械化程度的提高，粉煤的数量越来越多，因此对低变质粉煤的热解 利用将日趋重要。但现有的煤热解工艺主要以块煤为主(一般煤粒度>20mm)，大多使 用直立方形炉，生产规模小，同时煤炭开采产生的大量粉煤无法处理，导致开采成本高， 并且存在一定的污染。同时，生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解是生物 质利用的重要途径。

煤/生物质热解是将煤/生物质在惰性气氛下加热,制取半焦、热解气、焦油等产品。 煤/生物质热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类。外热式热效率低,物料加热 不均,挥发产物的二次分解严重；内热式工艺借助热载体把热量直接传递给煤料,受热后的煤/生物质发生热解反应。气体热载体热解工艺通常是将燃料燃烧的烟气引入热解室,代表性的有美国的COED工艺、ENCOAL工艺和波兰的双沸腾床工艺等；固体热载体热 解工艺则利用高温半焦或其他的高温固体物料与煤在热解室内混合,利用热载体的显 热将煤热解。传统的固体热载体煤/生物质热解工艺存在工艺流程长，处理量低，过程热 效率低，半焦产品利用价值低，对原料煤/生物质粒度有限制，半焦细粒子与重质焦油在 旋风分离器内壁凝集等技术问题。

目前低温热解技术已日趋成熟，新技术层出不穷，国外典型的煤热解工艺有Lurgi-Spuelgas法、Disco法、Lurgi-Ruhrgas法、固体热载快速热解法等。国内的煤 热解工艺有内热式低温(块煤)干馏工艺、固体热载体法粉煤快速热解工艺以及循环流 化床固体热载体炭化工艺、蓄热式无热载体热解工艺等。其中核心的热解装置主要包括 内热立式方形炉、外热立式方形炉、回转炉、国富炉、带式炉、双循环快速热解炉、固 体热载体热解炉等。如国内采用的内热式低温(块煤)干馏炉是以空气作为助燃物，致 使热解气中含有大量的氮气，导致热解气热值降低，直接影响到热解气的综合利用价值； 另外，该技术要求原料为块煤，而其筛分下来的粉煤无法合理、高效利用。随着我国采 煤机械化程度的提高，粉煤的数量越来越多，因此对低变质粉煤的热解利用将日趋重要。 为此，开发一种粉煤/生物质热解系统可极大促进我国粉煤/生物质热解技术的发展。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的是提供一种粉煤/生物质热解系统，以粉煤/生物质为原料进行热解， 采用富氧助燃，热效率高，热解炉内气固、固固之间换热充分。

为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

本发明提供了两种并列的粉煤/生物质热解系统，第一种粉煤/生物质热解系统包括 依次连接的干燥装置、煤仓、热解装置、分离单元和热解气净化冷却装置，所述分离单元包括沉降装置和/或分离装置；所述分离单元和热解气净化冷却装置之间还连接有过滤装置。

优选地，所述分离装置为旋风分离器。

作为进一步的技术方案，所述热解装置上游还连接有燃烧器，为热解提供高温环境， 燃烧器中生成的高温气体温度在1000℃～2000℃。

所述热解装置为与水平面呈一定角度倾斜的热解炉，所述热解炉的入口高于出口， 以便粉煤/生物质或者半焦向下流动；

所述热解炉与水平面夹角在0～90°，优选为20～70°。

优选地，所述热解炉具有多个进料口；粉煤/生物质从不同进料口送入热解炉有利于 气固、固固之间的充分换热。

优选地，所述多个进料口均匀间隔设置，其上游连接所述煤仓，下游连接所述沉降装置。

多个进料口进料可以实现充分换热的效果，但是靠近沉降装置的进料可能会反应不 充分，另外如果水平设置热解炉而单纯依靠燃烧器的高温气体介质吹入的话，可能导致物料沉积在热解炉内，因而热解炉的倾斜设置和多个进料口的设置两者结合，能够在充 分换热的基础上，有效推动物料进入沉降装置并在后续沉降装置中继续反应完全。

所述粉煤/生物质热解系统还包括分别与所述沉降装置和所述过滤装置连接的半焦 冷装置。

本发明还提供并列的第二种粉煤/生物质热解系统，包括依次连接的干燥装置、煤仓、 热解装置、分离单元和热解气净化冷却装置，所述分离单元包括分离装置；所述分离装置和热解气净化冷却装置之间还连接有过滤装置。

优选地，所述分离装置为旋风分离器。

作为进一步的技术方案，所述热解装置上游还连接有燃烧器，为热解提供高温环境， 燃烧器中生成的高温气体温度在1000℃～2000℃。

所述热解装置为流化床热解炉，所述流化床热解炉下部连接所述煤仓，底部设有半 焦出口，顶部连接所述分离装置。

所述粉煤/生物质热解系统还包括分别与流化床热解炉、分离装置和过滤装置连接的 半焦冷却装置。

本发明同时还提供基于以上两种粉煤/生物质热解系统技术方案的粉煤/生物质热解 方法：

基于第一种粉煤/生物质热解系统的粉煤/生物质热解方法，包括以下步骤：

(1)粉煤/生物质经干燥装置干燥后暂存在煤仓内，富氧气体和/或热解气发生燃烧 反应放热，为热解炉提供高温环境，将煤仓内的粉煤/生物质送入热解炉进行热解，粉煤/生物质粒度<10mm，热解温度在500～700℃，富氧气体氧含量在30％～100％；

(2)热解产生的半焦、焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经热解炉出口进入沉降装置沉降，沉降后的半焦进入与所述沉降装置连接的半焦冷却装置，焦油蒸汽、热解气 及粉尘的混合物经沉降装置分离后由沉降装置顶部连接的过滤装置进行高温过滤，过滤 出大部分粉尘；

(3)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入与所述过滤装置连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气 为步骤(1)中所述热解炉反应供热，其余热解气作为煤/生物质热解产品；

(4)沉降装置、过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥装置中，为步骤(1)所述干燥供热。

基于第一种粉煤/生物质热解系统的进一步的粉煤/生物质热解方法，包括以下步骤：

(1)将富氧气体和/或热解气通入燃烧器反应燃烧反应，燃烧生成高温气体后进入所述热解炉，为热解炉提供高温环境，高温气体温度在1000℃～2000℃，燃烧生成的高 温气体中氧含量极低，有效避免热解炉内局部高温，从而避免结焦风险；

(2)粉煤/生物质经干燥装置干燥后送入热解炉进行热解，粉煤/生物质粒度<10mm， 热解温度在500～700℃，富氧气体氧含量在30％～100％；

(3)热解产生的半焦、焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经热解炉出口进入沉降装置沉降，沉降后的半焦进入与所述沉降装置连接的半焦冷却装置，焦油蒸汽、热解气 及粉尘的混合物经沉降装置分离后由沉降装置顶部连接的过滤装置进行高温过滤，过滤 出大部分粉尘；

(4)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入与所述过滤装置连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气 输送回燃烧器为步骤(1)中热解反应供热，其余热解气作为煤/生物质热解产品；

(5)沉降装置、过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥装置中，为步骤(2)所述干燥供热。

本发明基于第二种粉煤/生物质热解系统的粉煤/生物质热解方法，此方法提出了以 流化床为热解炉，粉煤/生物质为原料，富氧气体和净化后的热解气作为流化介质和反应 介质，分离单元和过滤装置均在焦油冷凝温度以上操作，降低产品焦油中粉尘含量。具体包括以下步骤：

(1)经干燥后的粉煤/生物质送入由富氧气体和/或热解气反应供热的流化床热解炉进行热解；

(2)热解产生的半焦经流化床热解炉底部的半焦出口排出，进入与所述流化床解热炉连接的半焦冷却装置；热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物由流化床热解 炉顶部进入分离装置分离，后进入过滤装置进行高温过滤；

(3)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入与所述过滤装置连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气 为步骤(1)中所述流化床热解炉反应供热，其余热解气作为热解产品；

(4)流化床热解炉、分离装置和过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为热解产品，换热后的换热介质输送到干燥装置中， 为步骤(1)所述干燥供热。

基于第二种粉煤/生物质热解系统的进一步的粉煤/生物质热解方法，包括以下步骤：

(1)将富氧气体和/或热解气通入燃烧器反应，生成高温气体后进入所述流化床热解炉，为流化床热解炉提供高温环境；

(2)经干燥后的粉煤/生物质送入流化床热解炉进行热解；

(3)热解产生的半焦经流化床热解炉底部的半焦出口排出，进入与所述流化床解热炉连接的半焦冷却装置；热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物由流化床热解 炉顶部进入分离装置分离，后进入过滤装置进行高温过滤；

(4)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入与所述过滤装置连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气 输送回燃烧器为步骤(1)中热解反应供热，其余热解气作为煤热解产品；

(5)流化床热解炉、分离装置和过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥 装置中，为步骤(2)所述干燥供热。

本发明的技术优点在于，

1)热解炉设置多个进料口，粉煤/生物质从不同进料口送入热解炉有利于气固、固固之间的充分换热。

2)使用富氧气体和净化后的热解气作为流化介质和反应介质，并同时与热解装置内的半焦或气体发生氧化反应，从而提供煤/生物质热解所需热量。

3)粒度<10mm的粉煤/生物质均适用于本发明提供的系统和方法，粉煤/生物质在热解装置中与固体和气体直接接触，换热速率快，反应时间短，处理量大。

4)本发明的分离单元和过滤装置均可在焦油冷凝温度以上操作，降低产品焦油中粉尘含量。

5)富氧气体和净化后的热解气在燃烧器内燃烧，生成的高温气体中氧含量极低，可以有效的避免热解装置内局部高温，避免热解装置内的结焦风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一种粉煤/生物质热解系统工艺流程图；

图2为本发明第一种粉煤/生物质热解系统的进一步方案的工艺流程图；

图3为本发明提供的第一种粉煤/生物质热解系统局部结构示意图；

图4为本发明第二种粉煤/生物质热解系统进一步方案的工艺流程图。

图中：1-干燥装置；2-煤仓；3-进料口；4-燃烧器；5-热解炉；6-过滤装置；7-沉降装置；8-半焦冷却装置；9-热解气净化冷却装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本 发明保护的范围。

实施例1

一种粉煤/生物质热解系统，包括依次连接的干燥装置、煤仓、热解炉、沉降装置、过滤装置和热解气净化冷却装置。

热解炉与水平面呈45°向下倾斜，热解炉的入口高于出口，以便粉煤/生物质或者半焦向下流动；

热解炉具有多个进料口；粉煤/生物质从不同进料口送入热解炉有利于气固、固固之 间的充分换热，其上游连接煤仓，下游连接沉降装置。

沉降装置和过滤装置分别连接半焦冷装置。

基本上述粉煤/生物质热解系统的粉煤/生物质热解方法，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：

1)粉煤/生物质经干燥装置干燥后暂存在煤仓内，富氧气体和热解气进入热解炉，与热解炉内物料发生燃烧反应放热，将煤仓内的粉煤/生物质送入热解炉进行热解；

2)热解产生的半焦、焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经热解炉出口进入沉降装置沉降，沉降后的半焦进入相连接的半焦冷却装置，焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物 经沉降装置分离后进入过滤装置进行高温过滤，过滤出大部分粉尘；

3)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入相连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气输送回燃烧器； 其余热解气作为煤/生物质热解产品。

4)沉降装置和过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥装置中供热。

实施例2

如图3所示，一种粉煤/生物质热解系统，包括依次连接的干燥装置1、煤仓2、热 解炉5、沉降装置7、过滤装置6和热解气净化冷却装置9，还包括与沉降装置7连接半 焦冷却装置8，热解炉5的上游连接燃烧器4；过滤装置6的固体出口也连接至半焦冷 却装置8，热解炉5上设置多个进料口3。

富氧气体和/或燃气通入燃烧器4中，燃烧生成氧含量极低的高温气体，高温气体进 入热解炉5为热解提供高温环境。

热解炉5倾斜向下，与水平面呈45°夹角，以便粉煤/生物质或者半焦向下流动进入沉降装置7。

基于图3所示的粉煤/生物质热解系统进行粉煤/生物质热解的方法，工艺流程如图2所示，包括以下步骤：

(1)将富氧气体和/或热解气通入燃烧器4反应，生成高温气体后进入热解炉5， 为热解炉5提供高温环境；

(2)粉煤/生物质经干燥装置1干燥后暂存在煤仓2内，然后送入热解炉5进行热解；

(3)热解产生的半焦经热解炉5的半焦出口排出，进入相连接的半焦冷却装置8；热解产生的焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物进入沉降装置7分离粉尘后进入过滤装置 6进行高温过滤；

(4)过滤装置6过滤出的半焦粉尘通过管路进入半焦冷却装置8，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置9回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的 高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气输送回燃 烧器4；其余热解气作为煤/生物质热解产品；

(5)沉降装置7和过滤装置6排出的半焦在半焦冷却装置8中与换热介质换热， 半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥装置1中 供热。

实施例3

一种粉煤/生物质热解系统，如图4所示，包括依次连接的干燥装置、煤仓、流化床热解炉、分离装置、过滤装置和热解气净化冷却装置。同时，流化床热解炉上游连接有 燃烧器。

流化床热解炉、分离装置和过滤装置分别连接半焦冷却装置。

基本上述粉煤/生物质热解系统的粉煤/生物质热解方法，包括以下步骤：

(1)将富氧气体和热解气通入燃烧器反应燃烧反应，燃烧生成高温气体后进入流化床热解炉，为流化床热解炉提供高温环境，高温气体温度在1000℃～2000℃；

(2)粉煤/生物质经干燥装置干燥后暂存在煤仓内，然后送入流化床热解炉进行热解；

(3)热解产生的半焦、焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物进入分离装置，分离后 的半焦进入相连接的半焦冷却装置，焦油蒸汽、热解气及粉尘的混合物经分离装置分离 后进入过滤装置进行高温深度过滤，过滤出大部分粉尘；

(4)过滤装置过滤出的半焦粉尘进入相连接的半焦冷却装置，过滤后的气体进入热解气净化冷却装置回收焦油和热解气，部分热解气可经过换热器与高温除尘后的高温热解气换热，提高温度后，一部分用于高温除尘气反吹，另一部分热解气输送回燃烧器； 其余热解气作为煤/生物质热解产品；

(5)流化床热解炉、分离装置和过滤装置排出的半焦在半焦冷却装置中与换热介质换热，半焦冷却到100℃以下作为煤/生物质热解产品，换热后的换热介质输送到干燥 装置中供热。