一种火电厂制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法与流程

本发明涉及轨道的生产领域，具体涉及一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法。

背景技术：

随着研究发现，煤炭中赋存着较高的油气资源。因此煤炭热解技术能够提高煤炭的品质和利用效率，并且热解产物煤焦油和热解煤气能够作为石油和天然气的补充。而常规燃煤火力发电厂由于近几年煤炭价格上涨，进入电站锅炉的煤炭品质逐年下降，使得燃煤锅炉燃烧效率、锅炉效率都有所下降。利用原煤进行清洁化处理，生产高附加值的兰炭、焦炭、活性焦、活性炭及焦油、煤气，甚至更高附加值的化工产品成为煤化工行业发展的一个新的方向。

近年来，大气污染物排放标准对so2排放限值要求愈加严格。但目前钙基湿法脱硫的技术成熟可靠，脱硫效率高，原料易得，但是存在耗水量大、二次污染、投资高等缺陷。随着湿法及半干法脱硫技术的推广，需要开采大量石灰石作为脱硫剂，造成了当地大量的山体岩石被过度开采，需要更到远地方寻找新的石灰石资源，这样不仅增加了脱硫成本，而且对当地的生态环境造成严重破坏。

活性焦烟气脱硫技术是一种先进的干法烟气脱硫技术，脱硫过程中不使用水，无废水、废渣等二次污染问题，而且可实现硫的资源化回收利用。因此，活性焦干法脱硫技术是一种绿色的、可实现硫的资源化利用的脱硫技术。目前，活性炭(焦)移动床吸附脱硫－加热再生法已发展为成熟的工业应用技术。工业应用的活性焦为直径为5-9mm的成型柱状活性焦，但是存在内扩散阻力大、内表面利用率低、制造工艺复杂、价格昂贵、机械强度较低和损耗大等问题，严重限制了活性焦脱硫技术在我国的应用。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的缺陷和不足，本发明公开了一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统，包括电站锅炉和煤粉焦化活化一体炉，所述电站锅炉的出口和所述煤粉焦化活化一体炉的入口相连，所述煤粉焦化活化一体炉中设有电加热器，所述煤粉焦化活化一体炉的加热热源为电站锅炉的烟气和/或电加热器，所述煤粉在焦化活化一体炉的活化剂来源为电站锅炉的水蒸汽。本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统利用电站锅炉的烟气、电加热器中的至少一种将煤粉进行焦化，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺；利用电站锅炉的水蒸汽，作为低成本的焦化煤粉的活化剂，从而高效实现煤粉的焦化后的活化工艺。

进一步的，所述火电厂煤粉制取活性焦粉的系统还包括旋风分离器，所述煤粉焦化活化一体炉的出口连接旋风分离器的入口，所述旋风分离器的一侧出口与活性焦粉冷却器的入口相连，所述旋风分离器的另一侧出口与煤气焦油净化分离装置的入口相连，所述活性焦粉冷却器的出口与活性焦粉储仓的入口相连通，所述煤气焦油净化分离装置的出口与补热燃烧室的入口相连，所述补热燃烧室的出口与所电煤粉焦化活化一体炉的入口相连通，所述补热燃烧室的烟气也能够做为所述煤粉焦化活化一体炉的加热热源。

进一步的，所述煤气焦油净化分离装置还包括焦油储罐和煤气储罐。煤气焦油净化分离装置对煤粉焦化活化产生的煤气或净化处理产生的废气、废水、废渣进行无害化处理，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资。

进一步的，所述电站锅炉的出口和所述煤粉焦化活化一体炉的入口通过管道相连，所述管道包括烟气管道和水蒸汽输送管道，所述烟气管道包括支撑层，在两个所述支撑层之间设置耐火层，在靠外的所述支撑层的外围设置保温层，在所述保温层的外围设置外包材料层，所述烟气管道横截面为方形或圆形。管道的设置保证了管道长期稳定使用和管道附近员工的人身安全，降低了管道外表面温度和管道的散热损失。

更进一步的，所述保温层中还设有冷却水管，所述冷却水管的轴向与所述烟气管道的轴向平行，所述冷却水管设置为多根，多根冷却水管沿所述保温层的圆周侧分布。冷却水管的设置可以收集热量，从而用于对外供热或余热回收。

进一步的，所述电站锅炉还包括制粉系统，所述制粉系统包括磨煤机和风粉输送系统，所述制粉系统的一侧与所述煤粉焦化活化一体炉相连。制粉系统的设置为煤粉焦化活化一体炉提供了原料。

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的工艺，所述工艺使用上述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统，所述工艺包括步骤：

1).原煤进入电站锅炉内燃烧，产生蒸汽驱动发电装置运行，将产生的电力输送至电网；

2).电站锅炉内的烟气、电加热器和补热燃烧室的烟气中的至少一种作为煤粉焦化活化一体炉的加热热源对煤粉进行焦化处理；

3).焦化后的煤粉利用电站锅炉的水蒸汽作为活化剂进行活化；

4).煤粉焦化活化一体炉产生的荒煤气与活性焦粉混合物进入旋风分离器进行分离，分离的固体颗粒进入活性焦粉冷却器中冷却，所述旋风分离器分离的荒煤气进入煤气焦油净化与分离装置；

5).荒煤气输送至煤气焦油净化分离装置内处理，得到洁净的煤气及焦油，焦油进入焦油储罐，煤气进入煤气储罐或者进入补热燃烧室中燃烧；

6).活性焦粉进入活性焦粉冷却器冷却后，送入活性焦粉储仓储存。

本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的工艺，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺和高效实现煤粉的焦化后的活化工艺，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资。

进一步的，所述烟气的温度范围为800℃～1400℃。烟气的温度设置在800℃～1400℃，为煤粉焦化提供了热源。

进一步的，所述电加热器采用电加热管、电磁加热、电极放电加热或高压电弧加热方式中的任意一种或组合。电加热器的设置在800℃～1400℃，为煤粉焦化提供了热源。

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的调峰控制方法，所述调峰控制方法使用上述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺，所述调峰控制方法包括步骤：

1).电网调度下达下一时段对火电厂的负荷需求数据，火电厂依据电网调峰需求下达控制指令，然后利用电站锅炉抽取烟气调峰的技术手段或一体化炉的电加热器调峰手段中的至少一种实现火电厂负荷调峰控制；

2).所述控制指令直接要求电站锅炉负荷降低，则通过控制烟气管道上挡板的开度和引风机的功率，控制从电站锅炉引出的烟气流量，进而减少电站锅炉水蒸汽的蒸发量，从而实现电站锅炉负荷降低到控制指令要求值；

3).如果火电厂电站锅炉负荷降低到锅炉安全运行的最低负荷值，或电网调度要求火电厂快速响应降负荷要求，则启动煤粉焦化活化一体化炉的电加热器，利用增加电加热器的耗电量，满足火电厂快速降低上网电量的调峰需求。

所述负荷调峰控制方法利用抽取电站锅炉烟气和投入电加热器，实现电站锅炉及整个火电厂的调峰稳定运行，增加火电厂的调峰收入。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用电站锅炉的烟气、电加热器、补热燃烧室的烟气中的至少一种将煤粉进行焦化，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺；

2)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用电站锅炉的水蒸汽，作为低成本的焦化煤粉的活化剂，从而高效实现煤粉的焦化后的活化工艺；

3)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，煤粉焦化活化产生的煤气或净化处理产生的废气、废水、废渣，直接利用火电厂内的处理设施进行无害化处理，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资；

4)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用抽取电站锅炉烟气和投入电加热器，实现电站锅炉及整个火电厂的调峰稳定运行，增加火电厂的调峰收入。

附图说明

图1为本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的示意图；

图2为本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的另一实施例的示意图；

图3为本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的另一实施例的示意图；

图4为本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的烟气管道的结构示意图；

图5为本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的烟气管道的另一结构示意图。

1-电站锅炉，11-制粉系统，111-磨煤机，112-风粉输送系统，2-煤粉焦化活化一体炉，21-电加热器，3-管道，31-烟气管道，311-耐火层，312-支撑层，313-保温层，314-冷却水管，32-水蒸汽输送管道，4-旋风分离器，5-活性焦粉冷却器，6-活性焦粉储仓，7-煤气焦油净化分离装置，71-焦油储罐，72-煤气储罐，8-补热燃烧室。

具体实施方式

实施例1

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统，如图1所示，包括电站锅炉1，电站锅炉1用来燃烧原煤产生蒸汽驱动发电装置运行，将产生的电力输送至电网；还包括煤粉焦化活化一体炉2，煤粉焦化活化一体炉2用来将煤粉进行焦化活化，所述电站锅炉1的出口和所述煤粉焦化活化一体炉2的入口相连，所述煤粉焦化活化一体炉2中设有电加热器21，所述煤粉焦化活化一体炉1的加热热源为电站锅炉1的烟气或电加热器21，所述煤粉在焦化活化一体炉2的活化剂来源为电站锅炉1的水蒸汽。本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统利用电站锅炉的烟气、电加热器中的至少一种将煤粉进行焦化，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺；利用电站锅炉的水蒸汽，作为低成本的焦化煤粉的活化剂，从而高效实现煤粉的焦化后的活化工艺。

所述火电厂煤粉制取活性焦粉的系统还包括旋风分离器4，所述煤粉焦化活化一体炉2的出口连接旋风分离器4的入口，所述旋风分离器4将煤粉焦化活化一体炉2产生的荒煤气与活性焦粉混合物进行分离；所述旋风分离器4的一侧出口与活性焦粉冷却器5的入口相连，所述活性焦粉冷却器5用来冷却活化焦粉，所述活性焦粉冷却器5连接火电厂一次风或二次风或锅炉给水或凝结水或供热管网循环水，利用热态活性焦粉余热加热一次风、二次风、锅炉给水、凝结水或热网循环水；所述旋风分离器4的另一侧出口与煤气焦油净化分离装置7的入口相连，煤气焦油净化分离装置7对煤粉焦化活化产生的荒煤气净化处理，所述活性焦粉冷却器5的出口与活性焦粉储仓6的入口相连通，所述煤气焦油净化分离装置7的出口与补热燃烧室8的入口相连，所述补热燃烧室8将净化后的煤气进行燃烧，所述补热燃烧室8的出口通过与所电煤粉焦化活化一体炉2的入口相连通，所述补热燃烧室8的烟气也能够做为所述煤粉焦化活化一体炉2的加热热源。本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资。

具体的，所述煤气焦油净化分离装置7还包括焦油储罐71和煤气储罐72。所述煤气焦油净化分离装置7对煤粉焦化活化产生的荒煤气净化处理，处理后得到的焦油通入到焦油储罐71进行储藏，处理后得到的一部分煤气通入到煤气储罐72进行储藏或外送，处理后得到的另一部分煤气通入到煤气储罐72补热燃烧室8进行燃烧。煤气焦油净化分离装置7对煤粉焦化活化产生的煤气或净化处理产生的废气、废水、废渣进行无害化处理，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资。

此外，煤气焦油净化分离装置7还包括依次相连的直冷塔、间冷塔、澄清池、捕雾器和电捕器(图中未显示)。

具体的，所述电站锅炉1的出口和所述煤粉焦化活化一体炉2的入口通过管道3相连，所述管道3包括烟气管道31和水蒸汽输送管道32，所述烟气管道31包括耐火层311、支撑层312、保温层313和外包材料层315，所述烟气管道31包括支撑层312，在两个所述支撑层312之间设置耐火层311，在靠外的所述支撑层312的外围设置保温层313，在所述保温层313的外围设置外包材料层315；如图4和图5所示，所述烟气管道31横截面为圆形或方形；更具体的，所述烟气管道31上设有挡板(图中未显示)，用于控制引流电站锅炉1烟气的流量。

更具体的，所述烟气管道31为耐高温烟气管道，耐高温烟气管道的设置保证了管道长期稳定使用和管道附近员工的人身安全，降低了管道外表面温度和管道的散热损失。

更具体的，所述水蒸汽输送管道32将电站锅炉1的水蒸汽或汽轮机(图中未显示)抽汽将水蒸汽引入所述煤粉焦化活化一体炉2，水蒸汽作为活化剂在一体炉内对焦化后的煤粉进行活化。利用水蒸汽做活化剂比较清洁，无杂质，不会对输送管道造成阻塞。

更具体的，所述保温层313中还设有冷却水管314。所述冷却水管314的轴向与所述烟气管道31的轴向平行，所述冷却水管314设置为多根，多根冷却水管314沿所述保温层313的圆周侧分布。所述冷却水管314内的冷却水来自火电厂汽水系统或冷却水系统或热网循环水系统。冷却水管的设置可以收集热量，从而用于对外供热或余热回收。

具体的，所述电站锅炉1还包括制粉系统11，所述制粉系统11包括磨煤机111和风粉输送系统112，所述制粉系统11的一侧与所述煤粉焦化活化一体炉2相连。

更具体的，所述制粉系统11利用磨煤机111控制煤粉的粒度，所述制粉系统11利用风粉输送系统112来控制送入煤粉焦化活化一体炉2内的煤粉流量。

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的工艺，所述工艺使用上述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统，所述工艺包括步骤：

1).原煤进入电站锅炉1内燃烧，产生蒸汽驱动发电装置运行，将产生的电力输送至电网；

2).电站锅炉1内的烟气、电加热器21和补热燃烧室8的烟气中的至少一种作为煤粉焦化活化一体炉2的加热热源对煤粉进行焦化处理；

3).焦化后的煤粉利用电站锅炉1的水蒸汽作为活化剂进行活化；

4).煤粉焦化活化一体炉2产生的荒煤气与活性焦粉混合物进入旋风分离器4进行分离，分离的固体颗粒进入活性焦粉冷却器5中冷却，所述旋风分离器4分离的荒煤气进入煤气焦油净化与分离装置7；

5).荒煤气输送至煤气焦油净化分离装置7内处理，得到洁净的煤气及焦油，焦油进入焦油储罐71，煤气进入煤气储罐72或者进入补热燃烧室8中燃烧；

6).活性焦粉进入活性焦粉冷却器5冷却后，送入活性焦粉储仓6储存。

所述工艺直接利用电站锅炉烟气将煤粉进行焦化，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺；所述工艺利用电站锅炉的水蒸汽，作为低成本的焦化煤粉的活化剂，从而高效实现煤粉的焦化后的活化工艺。

具体的，所述烟气的温度范围为800℃～1400℃。烟气的温度设置在800℃～1400℃，为煤粉焦化提供了热源。

具体的，所述电加热器采用电加热管、电磁加热、电极放电加热或高压电弧加热方式中的任意一种或组合。电加热器的设置在800℃～1400℃，为煤粉焦化提供了热源。

具体的，所述活性焦粉冷却器5连接火电厂一次风或二次风或锅炉给水或凝结水或供热管网循环水，利用热态活性焦粉余热加热一次风、二次风、锅炉给水、凝结水或热网循环水。

一种火电厂煤粉制取活性焦粉的系统的调峰控制方法，所述调峰控制方法使用上述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺，所述调峰控制方法包括步骤：

1).电网调度下达下一时段对火电厂的负荷需求数据，火电厂依据电网调峰需求下达控制指令，然后利用电站锅炉抽取烟气调峰的技术手段或一体化炉的电加热器21调峰手段中的至少一种实现火电厂负荷调峰控制；

2).所述控制指令直接要求电站锅炉1负荷降低，则通过控制烟气管道31上挡板的开度和引风机的功率，控制从电站锅炉1引出的烟气流量，进而减少电站锅炉1水蒸汽的蒸发量，从而实现电站锅炉1负荷降低到控制指令要求值；

3).如果火电厂电站锅炉1负荷降低到锅炉安全运行的最低负荷值，或电网调度要求火电厂快速响应降负荷要求，则启动煤粉焦化活化一体化炉2的电加热器21，利用增加电加热器21的耗电量，满足火电厂快速降低上网电量的调峰需求。

所述负荷调峰控制方法利用抽取电站锅炉烟气和投入电加热器，实现电站锅炉及整个火电厂的调峰稳定运行，增加火电厂的调峰收入。

实施例2

与实施例1不同的是，如图2所示，煤粉焦化的热源为电加热器21和补热燃烧室8的烟气，其中主要热源为电加热器21，补热燃烧室8的烟气为辅助热源，热源不包括电站锅炉1的烟气。

主要热源为电加热器21，热源清洁，不污染环境；补热燃烧室8的烟气为辅助热源，重新利用了废煤气。

实施例3

与实施例1不同的是，如图3所示，煤粉焦化的热源为电站锅炉1的烟气和补热燃烧室8的烟气，热源不包括电加热器21。

利用电站锅炉1的烟气和补热燃烧室8的烟气中将煤粉进行焦化，不仅实现低能耗的煤的热解和焦化工艺，将电站锅炉1的烟气达到了最大利用化，还将重新利用了废煤气。

实施例4

与实施例1不同的是，煤粉焦化的热源为电站锅炉1的烟气，热源不包括电加热器21和补热燃烧室8的烟气。

利用电站锅炉1的烟气和补热燃烧室8的烟气中将煤粉进行焦化，不仅实现低能耗的煤的热解和焦化工艺，将电站锅炉1的烟气达到了最大利用化。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用电站锅炉的烟气、电加热器、补热燃烧室的烟气中的至少一种将煤粉进行焦化，实现低能耗的煤的热解和焦化工艺；

2)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用电站锅炉的水蒸汽，作为低成本的焦化煤粉的活化剂，从而高效实现煤粉的焦化后的活化工艺；

3)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，煤粉焦化活化产生的煤气或净化处理产生的废气、废水、废渣，直接利用火电厂内的处理设施进行无害化处理，降低了项目的烟气处理及废水废渣处理设施的投资；

4)本发明所述的火电厂煤粉制取活性焦粉的系统及工艺、调峰控制方法，利用抽取电站锅炉烟气和投入电加热器，实现电站锅炉及整个火电厂的调峰稳定运行，增加火电厂的调峰收入。

显然，上述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。