一种高氯煤的火法提质装置及方法与流程

1.本发明属于煤清洁燃烧技术领域，特别涉及一种高氯煤的火法提质装置及方法。


背景技术：

2.由mt/t 597-1996煤中氯含量分级国家标准可知，当煤中氯含量大于0.3％时即称为高氯煤。高氯煤中硫含量和灰含量都很低且挥发分高达30％以上，有着良好的燃烧特性；但是由于煤中有极高含量的氯和碱金属(氯含量占比为原煤质量的1％以上)，在燃用高氯煤的过程中，腐蚀沾污及积灰情况极为严重。
3.现有的水洗预处理是炉前脱氯和碱金属的有效方法之一，然而水洗预处理需要用到大量的水资源且废水处理较为复杂，会造成水资源严重浪费。
4.另外，高氯煤燃烧及热解过程中，易挥发的碱金属元素钠往往会与氯元素结合生成nacl，然后形成气溶胶，这使得热解高氯煤然后将热解产物同氯盐分离成为一种理论上可行的处理高氯煤的办法，但热解高氯煤产生的热解气与氯盐并不好分离，且如果将混有氯盐的热解气进行燃烧，依然会存在受热面腐蚀的问题。
5.综上，如何使高氯煤清洁高效安全地燃烧成为一个亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种高氯煤的火法提质装置及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的高氯煤的火法提质装置或方法，能够实现高氯煤的清洁高效安全地燃烧利用。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明提供的一种高氯煤的火法提质装置，包括：
9.回转热解炉，所述回转热解炉包括内筒和外筒，所述内筒可转动的设置于所述外筒内，所述外筒的内壁与所述内筒的外壁形成密闭腔室；所述内筒用于输入待处理高氯煤，进行中低温热解处理，输出含氯焦炭和不含氯盐热解气；所述外筒用于通入高温烟气为所述中低温热解处理提供热量，通出换热后的烟气；
10.气固分离装置，用于输入所述回转热解炉输出的含氯焦炭和不含氯盐热解气，进行气固分离处理，分别输出不含氯盐热解气和含氯焦炭；
11.热解气燃烧炉，用于输入空气和所述气固分离装置输出的不含氯盐热解气，通过不含氯盐热解气燃烧输出高温烟气；
12.混合换热室，用于输入高温烟气和所述气固分离装置输出的含氯焦炭，通过高温烟气提供热量对含氯焦炭进行高温热解处理，输出不含氯高温焦炭和含氯盐余热烟气；
13.凝渣换热器，用于输入所述混合换热室输出的含氯盐余热烟气，通过冷却介质与之换热，将含氯盐余热烟气中的氯盐冷凝，输出处理后的余热烟气；
14.其中，所述中低温热解处理的温度范围为300℃～600℃；所述高温热解处理的温度范围为大于等于850℃；所述外筒与所述混合换热室通入的高温烟气为所述热解气燃烧
炉输出的高温烟气。
15.本发明的进一步改进在于，所述内筒设置有进口和出口；所述内筒的进口用于输入预设粒径范围的待处理高氯煤，所述内筒的出口用于输出中低温热解处理获得含氯焦炭和不含氯盐热解气；
16.所述外筒设置有进口和出口；所述外筒的进口用于输入为所述中低温热解处理提供热量的高温烟气，所述外筒的出口用于通出换热后的烟气；
17.所述内筒设置进口的一端靠近所述外筒设置出口的一端，所述内筒设置出口的一端靠近所述外筒设置进口的一端。
18.本发明的进一步改进在于，所述气固分离装置设置有进口、气体出口和固体出口；所述热解气燃烧炉设置有热解气进口、空气进口和烟气出口；所述混合换热室设置有焦炭进口、焦炭出口、烟气进口和烟气出口；所述混合换热室的焦炭进口与烟气进口之间设置有布风板；
19.所述气固分离装置的进口与所述内筒的出口相连通，所述气固分离装置的气体出口与所述热解气燃烧炉的热解气进口相连通；
20.所述混合换热室的焦炭进口与所述气固分离装置的固体出口相连通，所述混合换热室的烟气进口与所述热解气燃烧炉的烟气出口相连通。
21.本发明的进一步改进在于，所述外筒的进口包括第一进口和第二进口；
22.所述外筒的第一进口与所述热解气燃烧炉的烟气出口相连通；所述外筒的第二进口与所述外筒的出口相连通。
23.本发明的进一步改进在于，所述凝渣换热器设置有冷流进口、冷流出口、热流进口和热流出口；
24.所述冷流进口用于通入换热用冷却介质，所述冷流出口用于通出换热后的冷却介质；所述热流进口与所述混合换热室的烟气出口相连通，所述热流出口用于通出处理后的余热烟气；
25.所述热流进口与所述热流出口之间的热流管道的内壁设置有防腐层。
26.本发明的进一步改进在于，还包括：
27.过滤装置，所述过滤装置设置于所述热流进口与所述混合换热室的烟气出口之间的连通管道。
28.本发明的进一步改进在于，还包括：
29.炉膛，所述炉膛设置有燃料进口和烟气出口；所述炉膛的燃料进口与所述混合换热室的焦炭出口相连通。
30.本发明的进一步改进在于，所述内筒内设置有螺旋送料装置。
31.本发明提供的一种高氯煤的火法提质方法，包括以下步骤：
32.内筒输入待处理高氯煤，进行中低温热解处理，输出含氯焦炭和不含氯盐的热解气；外筒输入来自热解气燃烧炉的高温烟气，给内筒中的中低温热解处理提供热量，输出余热烟气；所述中低温热解处理的温度范围为300℃～600℃；
33.气固分离装置输入所述回转热解炉输出的含氯焦炭和不含氯盐热解气，进行气固分离处理，分别输出不含氯盐热解气和含氯焦炭；
34.热解气燃烧炉输入所述不含氯盐的热解气和空气，通过热解气燃烧输出高温烟
气；
35.混合换热室输入来自热解气燃烧炉的高温烟气和所述气固分离装置输出的含氯焦炭，通过高温烟气提供热量对含氯焦炭进行高温热解处理，输出不含氯高温焦炭和含氯盐余热烟气；所述高温热解处理的温度范围为大于等于850℃；
36.凝渣换热器输入所述混合换热室输出的含氯盐余热烟气，通过冷却介质与之换热，将含氯盐余热烟气中的氯盐冷凝，输出处理后的余热烟气。
37.其中，所述待处理高氯煤的粒径在1cm以下；中低温热解处理的时间为30～40min。
38.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
39.本发明的装置设置有回转热解炉，利用低温热解析出不含氯盐的热解气，再利用该热解气燃烧产生的高温热烟气加热焦炭从而分离焦炭中的nacl，最终获得低氯的油气和焦炭燃料，实现锅炉的安全、清洁和高效的燃烧；本发明的装置设置有热解气燃烧炉，充分利用热解气燃烧产生的高温烟气，实现了高温烟气的余热利用和清洁排放；本发明设置有混合换热室和凝渣换热器，可有效防止由氯引起的受热面腐蚀和沾污问题，同时也可减少直排到大气中的由气溶胶产生的pm
2.5
，防止污染环境，保护人体健康。
40.本发明中，针对高氯煤的清洁高效安全利用，同时避免水资源的浪费，基于本发明提供的装置公开了一种可行的火法提质方法，利用两段热解提升煤的品质并将nacl分离出去的技术，更适合高氯煤利用的实际情况。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
42.图1是本发明实施例的一种高氯煤的火法提质装置的示意图；
43.图2是不同温度下高氯煤中氯和钠的释放量的示意图；
44.图1中，1、回转热解炉；2、内筒；3、外筒；4、气固分离装置；5、热解气燃烧炉；6、混合换热室；7、第一旋风分离器；8、布风板；9、过滤装置；10、凝渣换热器；11、空气进口；12、第一引风机；13、第二引风机；15、第三引风机；16、第四引风机；17、余热烟气进口；18、炉膛；19、第二旋风分离器；20、高温过热器；21、低温过热器；22、省煤器；23、锅炉烟气管道。
具体实施方式
45.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
46.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或
描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
47.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
48.实施例1
49.本发明实施例的一种高氯煤的火法提质装置，包括：
50.回转热解炉1，所述回转热解炉1包括内筒2和外筒3；内筒2用于输入粒径为1cm以下的高氯煤，进行中低温热解处理，输出含氯焦炭和不含氯盐的热解气。其外筒3用于输入高温烟气，给内筒2中的煤提供热量，输出余热烟气。解释性的，中低温热解可将氯盐留在固体中，挥发分为干净的不会造成腐蚀危害的热解气，该装置内的热解可称为第一段热解；优选的，所述回转热解炉1的内筒2的中低温热解处理的温度在300～600℃；
51.气固分离装置4，所述气固分离装置4设置有进口、气体出口和固体出口；所述气固分离装置4的进口与所述内筒2的出口相连通，用于输入含氯焦炭和不含氯盐的热解气，所述气固分离装置4的气体出口用于输出不含氯盐的热解气，所述气固分离装置4的固体出口用于输出含氯焦炭；
52.热解气燃烧炉5，设置有热解气进口和空气进口11，分别用于输入所述不含氯盐的热解气和空气，通过热解气燃烧输出高温烟气；解释性的，高温烟气至回转热解炉1的外筒3和混合换热室6，用于提供热量；
53.混合换热室6，用于输入含氯焦炭和高温烟气，进行换热处理，输出不含氯高温焦炭和含氯盐余热烟气；解释性的，该装置进行的热解为第二段高温热解，主要是利用nacl在高温下气化的原理，将nacl与焦炭分离；
54.凝渣换热器10，用于输入含氯盐余热烟气和常温水，进行管壁换热处理，使常温水升温并将余热烟气中的氯盐冷凝在涂有防腐涂层的管壁上，输出不含氯盐/含少量氯盐的余热烟气和干净水蒸气；解释性的，凝渣换热器10中凝渣管涂上防腐涂层，并利用低温下熔盐氯腐蚀不严重的特点凝取氯盐。
55.可选的，还包括：锅炉尾部受热面换热系统，由混合换热室6输出的不含氯高温焦炭进入炉膛18进行燃烧，由凝渣换热器10及回转热解炉1的外筒3输出的余热烟气进入锅炉尾部受热面继续换热，实现能量的清洁利用。示例性的，热解气燃烧炉5产生的烟气经过换热后进入锅炉尾部受热面进行烟气余热利用，进入尾部受热面的具体位置可以为低温过热器21、省煤器22和空预器附近位置。
56.本发明实施例优选的，回转热解炉1的外筒3设置有烟气循环，可基于第三引风机15实现。
57.本发明实施例优选的，混合换热室6进口烟气温度高于850℃。
58.本发明实施例的装置设置有回转热解炉，利用低温热解析出不含氯盐的热解气，再利用该热解气燃烧产生的高温热烟气加热焦炭从而分离焦炭中的nacl，最终获得低氯的油气和焦炭燃料，实现锅炉的安全、清洁和高效的燃烧；本发明实施例的装置设置有热解气燃烧炉，充分利用热解气燃烧产生的高温烟气，实现了高温烟气的余热利用和清洁排放；本发明实施例的装置设置有混合换热室和凝渣换热器，可有效防止由氯引起的受热面腐蚀和
沾污问题，同时也可减少直排到大气中的由气溶胶产生的pm
2.5
，防止污染环境，保护人体健康。本发明实施例提供的装置，通过回转热解炉和混合换热室进行了中低温及高温两步梯级提质，使回转热解炉热解产生的热解气不含氯盐，产生的含氯焦炭经过混合换热室再次升温提质除去焦炭中的90％以上的氯元素和钠元素。
59.实施例2
60.请参阅图1，本发明提供一种高氯煤的火法提质系统，包括回转热解炉1、气固分离装置4、热解气燃烧炉5、混合换热室6、凝渣换热器10和锅炉尾部受热面换热系统。
61.原料进入回转热解炉1的内筒2，内筒2出口与气固分离装置4的进口相连通，回转热解炉1中内筒2与外筒3不连通，气固分离装置4的气体出口与热解气燃烧炉5的热解气进口相连通，气固分离装置4的焦炭出口与混合换热室6的焦炭进口相连通，热解气燃烧炉5的烟气出口与第一引风机12和第二引风机13的进口相连通，第一引风机12的出口与回转热解炉1的外筒3的进口相连通，第二引风机13的出口与混合换热室6的烟气进口相连通，混合换热室6的烟气出口与过滤装置9的进口相连通，过滤装置9的出口与凝渣换热器10的热流进口相连通，混合换热室6的焦炭出口与炉膛18的燃料进口相连通，凝渣换热器10的热流出口、回转热解炉1的外筒3的出口均与第四引风机16的进口相连通，第四引风机16的出口与锅炉尾部受热面省煤器22上方的余热烟气进口17相连通。
62.解释性的，回转热解炉1主要由内筒2和外筒3构成。其主要作用为充分地低温热解提质高氯煤，使高氯煤化为两部分：不含氯盐的热解气与含氯焦炭。
63.解释性的，气固分离器的主要作用为将不含氯盐的热解气与含氯焦炭分离。
64.解释性的，热解气燃烧炉5主要作用为燃烧热解气产生高温烟气，为回转热解炉1的内筒2内的高氯煤低温热解以及混合换热室6的焦炭升温提供能量。
65.解释性的，混合换热室6主要作用是将含氯焦炭升温，使氯盐与焦炭分离。含氯盐的烟气从混合换热室6气体出口排出，进入凝渣换热器10，烟气中大部分氯盐冷凝在凝渣管外壁上。其中，所述混合换热室6内设置有第一旋风分离器7；混合换热室6的烟气进口和焦炭进口之间设置有布风板8。
66.示例性优选的，所述炉膛18的烟气出口与第二旋风分离器19的进口相连通，所述第二旋风分离器19的出口设置有锅炉烟气管道23，所述锅炉烟气管道23沿烟气流动方向依次设置有高温过热器20、低温过热器21、省煤器22；所述低温过热器21和所述省煤器22之间的锅炉烟气管道23上设置有余热烟气进口17，所述余热烟气进口17与所述第四引风机16的出口相连通。
67.实施例3
68.基于本发明上述实施例2的系统，本发明实施例的一种火法提质方法，包括以下步骤：
69.将高氯煤粒径破碎至1cm以下，然后放入回转热解炉1的内筒2中，随着旋转往前推进在回转热解炉1的内筒2中停留30-40min，由热解气燃烧炉5产生的烟气分出部分在回转热解炉1的外筒3给高氯煤均匀加热至500℃，并通过第三引风机15进行烟气循环调节和稳定回转热解炉1温度；
70.经过气固分离装置4把不含氯盐的热解气和含氯的焦炭分开；
71.热解气与空气分别进入热解气燃烧炉5中产生高温烟气，该高温烟气一部分进入
回转热解炉1的外筒3，另一部分进入混合换热室6；
72.从气固分离装置4出来的焦炭进入混合换热室6中，高温烟气经过布风板8与焦炭混合并使焦炭升温，从而将氯盐带走，通过第一旋风分离器7使含氯烟气和低氯、低碱金属的焦炭分离，焦炭从混合换热室6的焦炭出口排出，进一步可投入锅炉炉膛18中清洁高效利用，炉膛18烟气依次经第二旋风分离器19、高温过热器20、低温过热器21和省煤器22通过锅炉烟气管道23排出；含氯盐的烟气从第一旋风分离器7烟气出口排出，经过过滤装置9后进入凝渣换热器10，烟气中大部分氯盐冷凝在凝渣管外壁，而后凝渣换热器10出口的烟气同回转热解炉1的外筒3出口的烟气一起进入锅炉尾部低温受热面，进一步随着锅炉主体烟气进行热量利用，凝渣管内通入常温水，经过凝渣换热器10后，得到一定品质的热水为该地区供热。
73.本发明实施例的装置或方法所利用的两段热解分离nacl同时对高氯煤进行提质的原理如下：
74.第一段低温热解：利用挥发分在中低温下比nacl更容易从煤中析出的原理，将干净不会腐蚀的挥发分(热解气)进行干净燃烧，同时为整个系统提供热量，实现系统的自加热；如图2所示，在500℃下，几乎没有氯和钠析出，可以保证挥发分中不会掺入会导致腐蚀的氯。
75.第二段高温热解：利用nacl在高温下比焦炭更易析出的原理，将nacl分离出去，得到高品质无氯的焦炭。同样如图2所示，在900℃之后会发现高氯煤中氯和钠几乎释放完全，可以保证得到干净的焦炭。
76.实施例4
77.本发明实施例的方法中，与实施例3的区别仅在于，所述中低温热解处理的温度范围为300℃；所述高温热解处理的温度范围为于850℃；所述中低温热解处理的时间为30min。
78.实施例5
79.本发明实施例的方法中，与实施例3的区别仅在于，所述中低温热解处理的温度范围为600℃；所述高温热解处理的温度范围为于950℃；所述中低温热解处理的时间为40min。
80.实施例6
81.本发明实施例的方法中，与实施例3的区别仅在于，所述中低温热解处理的温度范围为550℃；所述高温热解处理的温度范围为于880℃；所述中低温热解处理的时间为35min。
82.综上所述，本发明实施例提供了一种高氯煤的火法提质系统及方法，所述系统包括回转热解炉、气固分离装置、热解气燃烧炉、混合换热室、凝渣换热器和锅炉尾部受热面换热系统。回转热解炉主要作用为低温热解提质高氯煤，使高氯煤分为两部分：不含氯盐的热解气与含氯焦炭；热解气燃烧炉产生的高温烟气为高氯煤低温热解及混合换热室内的焦炭升温提供能量；混合换热室主要将焦炭升温，使氯盐与焦炭分离。凝渣换热器令大部分氯盐冷凝在凝渣管外壁，且凝渣管内通入常温水，经过凝渣换热器后，得到一定品质的热水为该地区供热；凝渣换热器出口和回转热解炉外筒出口的余热烟气通入锅炉尾部受热面，实现了整个系统能量的高效利用。本发明利用低温热解析出除氯盐的热解气，再利用该热解
气产生的热量进行高温提质，并分离焦炭中的nacl，得到了高品质燃料，可用于清洁高效安全的锅炉炉膛燃烧。本发明有效防止了由氯引起的腐蚀和沾污问题，同时也减少了直排到大气中的由气溶胶产生的pm
2.5
，防止污染环境，保护人体健康。
83.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。