[发明专利]一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭利用领域，特别是涉及一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法。

背景技术

我国的能源消耗目前以及今后很长一段时间都是以煤炭为主。我国煤炭贮藏和开采的品种有大约50％属于低阶煤，主要包括褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤等。伴随中国机械化采煤技术发展，开采出的煤炭中含碎煤率高达70％～80％，块煤所占比例极少，碎煤量越来越大，而且碎煤价格比块煤要便宜的多。这一客观条件造成当前许多单位都在大力开发适合低阶碎煤利用的新技术。传统碎煤利用技术往往只重视于单一热转化过程(如碎煤气化技术、碎煤热解技术或碎煤燃烧技术)，造成低阶碎煤资源利用极大浪费。

中国专利CN101611123B，CN1754945A，CN1958742A提出了碎煤气化耦合燃烧技术，如图1所示，它将传统单一煤气化过程中同时存在的燃烧和热解气化过程完全分开，在两个反应器内完成上述两个过程，通过两个反应器间循环的热载体为气化过程提供热量获取中高热值煤气和高压过热蒸汽。但该技术实施过程中会直接导致碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850℃)下发生热裂解，影响焦油产率(视热解气停留时间确定，焦油产率在3.5～8.0wt/％)，造成煤炭资源利用浪费。

中国专利CN101781583A提出了煤热解耦合气化技术，如图2所示，它的反应器由流化床和输送床耦合为一体，通过将煤的进料位置固定在流化床上部实现煤热解和气化过程在单一反应器内耦合，热解气和气化煤气混合形成气化煤气。但该技术存在高价值热解焦油在高温度气化气下发生热裂解，影响焦油产率等不利因素，而且存在输送床中高操作气速会夹带大量热解的焦粉，为后续焦油和焦粉分离造成困难。

中国专利CN101294092A提出了煤热解气化耦合燃烧技术，该技术由热解反应器、气化反应器和燃烧反应器组成，如图3所示，它主要通过燃烧反应器内循环热载体为气化反应器气化过程和热解反应器热解过程供热，同时气化反应器通过供给氧气引起内部燃烧可弥补热载体不足以提供气化反应热。但是该技术工艺，首先未解决后续加工焦油和焦粉分离问题，亦未充分考虑气化过程煤气余热回收利用，且热解过程和燃烧过程燃用中高热值的热解气体，造成高品位产品浪费；其次，燃烧过程用于为气化过程和热解过程供热的热载体通过气固分离装置的料腿直接返料至气化反应器和热解反应器的浓相床层，存在操作浓相床层突然消失，热解气和气化煤气进入气固分离器与热烟气混合易造成爆燃或者爆炸隐患。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统及方法，解决碎煤分质分级梯级利用过程中普遍存在的：碎煤中高价值热解焦油在较高气化温度(大于850℃)下发生热裂解造成焦油产率低，高热值的热解煤气因参与燃烧过程而浪费，热解焦油中焦粉含量高，后续加工焦油和焦粉分离难，热烟气、气化煤气和热解煤气余热回收利用不好以及循环热载体在还原性和氧化性气氛不同的反应器间循环过程返料安全性低等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低阶碎煤分质分级梯级利用系统，包括：

热解反应器、气化反应器、燃烧反应器、颗粒除尘器、气固分离器I、气固分离器II、余热锅炉、换热器、水洗塔、空气预热器II、空气预热器I、返料机构I、返料机构II、返料机构III和返料机构IV；其中，

所述热解反应器的浓相段设置碎煤入口，该热解反应器上部设置所述颗粒除尘器，所述颗粒除尘器与所述换热器和所述水洗塔依次连接；所述换热器设有重质焦油出口，所述水洗塔设有轻质焦油和热解气与煤气出口；

所述热解反应器的半焦和热载体出口经所述返料机构III与所述气化反应器的半焦和热载体入口相连；

所述气化反应器的气化煤气出口与所述气固分离器II的进口相连，所述气固分离器II的半焦出料口与所述气化反应器的半焦入口相连，所述气固分离器II的煤气出口与所述余热锅炉相连；

所述气化反应器的半焦和热载体出口一经所述返料机构IV与所述热解反应器的半焦和热载体入口相连；所述气化反应器的半焦和热载体出口二经所述返料机构II与所述燃烧反应器的半焦和热载体入口相连；

所述燃烧反应器的出口与所述气固分离器I的进口相连，所述气固分离器I的热载体出口经所述返料机构I与所述气化反应器的热载体入口相连，所述气固分离器I的烟气出口依次与所述空气预热器II和空气预热器I连接，所述空气预热器II的热空气出口与所述气化反应器连接，所述空气预热器I的热空气出口与所述燃烧反应器相连；