專利名稱：鍋爐前置煤氣發(fā)生的工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐前置煤氣發(fā)生的工藝和設(shè)備，主要用于中小城市的煤氣化以對及煤炭資源的合理、高效和清潔利用。在新建或現(xiàn)有熱電站的循環(huán)流化床鍋爐的基礎(chǔ)上，加裝煤氣發(fā)生裝置，就可做到電、熱、煤氣的聯(lián)合生產(chǎn)和供應(yīng)。
1994年8月3日公告了“一種生產(chǎn)干餾煤氣的方法及裝置”，授權(quán)公告號為CN1025568C，專利號為92100912.7，參見圖7。其目的是實現(xiàn)煤氣、電力和熱力“三聯(lián)產(chǎn)”，其方法是以循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)熱灰為熱源加熱煤生產(chǎn)干餾煤氣;其主要構(gòu)成是循環(huán)流化床鍋爐1、流化床干燥器21、干餾器14、氣力輸送管12、輸送風(fēng)機13及有關(guān)附屬設(shè)備。其不足之處在于①干餾器14(即熱裂解器)沒有混勻設(shè)施，不能保證熱灰與煤混合均勻，造成煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量不穩(wěn)定;煤氣產(chǎn)量低;對煤粒度的要求較嚴(yán)格;在設(shè)備放大以后，混合不均勻?qū)⒏鼮閲?yán)重;②沒有實現(xiàn)自動控制。
圖7中的件號代表1、循環(huán)流化床鍋爐 2、鍋爐分離器 3、鍋爐返料管 4、干餾器熱灰管 5、灰量調(diào)節(jié)門 6、鍋爐返料器 7、干餾器熱灰返料器 8、鍋爐煤斗 9、鍋爐給煤機 10、鍋爐一次風(fēng)機 11、鍋爐放渣管 12、輸送管 13、輸送風(fēng)機 14、干餾器 15、干餾器內(nèi)置分離器 16、煤氣管 17、落煤管 18、煤斗 19、干燥器分離器 20、引風(fēng)機 21、流化床干燥器 22、給煤機 23、干燥器煤斗 24、空氣管 25、抽煙機 26、排料管。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種在熱裂解器內(nèi)采用流化措施和實現(xiàn)了自動控制的鍋爐前置煤氣發(fā)生的工藝和設(shè)備。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來實現(xiàn)本發(fā)明的工藝是以循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)熱灰為熱源來加熱煤以生產(chǎn)干餾煤氣，用部分凈化加壓和升溫過的煤氣作為流化氣，對熱裂解器內(nèi)的熱灰與布料均勻的煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，干餾產(chǎn)生的半焦、煤氣中冷凝出的和電捕的焦油送回循環(huán)流化床鍋爐作為燃料燃燒。本發(fā)明的設(shè)備包括循環(huán)流化床鍋爐、旋風(fēng)分離器、熱裂解器、振動給料斗和分配器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調(diào)速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器，流化換熱器側(cè)部與熱裂解器底部連通，另側(cè)與冷煤氣連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通，上部有主管在熱裂解器內(nèi)或器外的兩種結(jié)構(gòu)，熱裂解器內(nèi)的分管有三層環(huán)管或三層直管，分管上方有出氣口和擋板。本發(fā)明的操作采用自動控制，由一臺管理計算機、多臺現(xiàn)場監(jiān)控計算機、檢測元件和執(zhí)行器件組成。其邏輯控制按表3和表4執(zhí)行。
附圖的圖面說明如下

圖1為本發(fā)明的流程總圖;
圖2為熱裂解器及其相關(guān)裝置的總圖;
圖3為圖2的A-A視圖;
圖4為熱裂解器的局部視圖，表示主管在熱裂解器內(nèi)的煤氣流化裝置;
圖5為圖4的B向視圖，表示主管和分管布置的頂視圖;
圖6為本發(fā)明自動控制系統(tǒng)中檢測元件和執(zhí)行器件的布置圖;
圖7為現(xiàn)有技術(shù)的流程總圖。
本發(fā)明附圖中的件號代表27、流化換熱器煤氣進口 28、流化換熱器煤氣出口 29、流化換熱器的熱灰和半焦排出口 30、流化換熱器的熱灰和半焦進口 31、循環(huán)流化床鍋爐 32、旋風(fēng)分離器 33、輸灰管 34、將熱灰輸入熱裂解器的螺旋給料器 35、旋風(fēng)分離器的煙氣出口 36、熱裂解器 37、分配器 38、振動給料斗 39、干餾煤煤斗 40、干餾煤氣出口 41、初冷器 42、電捕焦油器 43、終冷器 44、焦油 45、煤氣加壓機 46、流化換熱器 47、貯氣柜 48、熱裂解器的熱灰與半焦排出口 49、氣力輸送管 50、熱灰與半焦排出用螺旋給料器 51、一次風(fēng)機 52、補充燃煤煤斗 53、補充燃煤用螺旋給料器 54、二次風(fēng)機 55、鍋爐排灰渣口 56、鍋爐熱灰與半焦入口 57、熱裂解器器體 58、熱裂解器內(nèi)襯 59、熱裂解器內(nèi)正常料位高度面 60、熱裂解器的熱灰進口 61、環(huán)形分管 62、出氣口 63、角形擋板 64、主管 65、直分管末端擋板 66、流化換熱器筒形器體 67、流化換熱器內(nèi)襯 68、管 69、直分管 70、旋風(fēng)分離器排灰渣口。
下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述圖1表示本發(fā)明的流程總圖。來自循環(huán)流化床鍋爐31并經(jīng)過旋風(fēng)分離器32分離出的熱灰，由輸灰管33送至螺旋給料器34，分離出熱灰的煙氣由出口35送回循環(huán)流化床鍋爐31的后部受熱面。干餾煤煤斗39中的煤經(jīng)過振動給料斗38和分配器37，均勻落入熱裂解器36中。冷卻和凈化后的煤氣，經(jīng)加壓機45加壓后，其中一小部分經(jīng)過流化換熱器46，被排出的熱灰和半焦混合物加熱分層進入熱裂解器36，對煤與熱灰進行流化，使熱裂解器內(nèi)煤與熱灰混合均勻。被加熱的煤釋放出的揮發(fā)份即為干餾煤氣，從出口40排出，經(jīng)過分離器除塵并經(jīng)初冷器41、電捕焦油器42和終冷器43，熱煤氣被冷卻和凈化，冷煤氣經(jīng)加壓機45加壓，大部分經(jīng)貯氣柜47送到用戶管網(wǎng)，一小部分送回?zé)崃呀馄髯髁骰瘹庥谩＝?jīng)冷凝和電捕的焦油44經(jīng)焦油泵、焦油輸送管、循環(huán)流化床鍋爐的焦油進口和燃燒器(圖上均未表示)送回循環(huán)流化床鍋爐31，作燃料用;冷卻器內(nèi)冷卻熱煤氣所得的熱水可供應(yīng)用。煤釋放出揮發(fā)份后成為半焦，半焦和放熱后的熱灰自熱裂解器下部排出管48進入流化換熱器46，與進入的冷煤氣進行熱交換，既提高了流化用煤氣的溫度，又降低了半焦和熱灰混合物的溫度。本發(fā)明采用冷卻的凈煤氣經(jīng)加壓加溫后作為流化氣送回?zé)崃呀馄鳌＜訅汉蟮臒崦簹獬芎芎玫仄鸬搅骰旌献饔猛?，還能不降低熱裂解器內(nèi)的溫度，同時熱灰和半焦混合物在流化換熱器內(nèi)經(jīng)過降溫后還可提高其后輸送裝置的使用壽命。換熱后的半焦和熱灰混合物從流化換熱器底部出口29進入螺旋給料器50，與一次風(fēng)機51一起將半焦和熱灰混合物以稀相氣力輸送法送回鍋爐34燃燒，這是鍋爐的主要燃料源。為了穩(wěn)定燃燒，煤斗52中的補充燃煤經(jīng)過螺旋給料器53送入鍋爐31內(nèi)，作為輔助燃料之用，二次風(fēng)機54鼓風(fēng)供鍋爐用。
本發(fā)明所屬設(shè)備中的鍋爐為現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐31，燃燒室一側(cè)有補充燃煤的煤斗52、螺旋給料器53和調(diào)速電機D7，下部有二次風(fēng)機54、調(diào)速電機D6和排灰渣口55，另側(cè)有熱灰和半焦混合物入口56，上部連接有旋風(fēng)分離器32，分離器32上部有煙氣出口35，下部有輸灰管33連通螺旋給料器34。
圖2-圖5表示熱裂解器及其相關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)。
熱裂解器36為鋼制筒形器體57，內(nèi)有耐火及保溫磚內(nèi)襯58，頂部有干餾煤煤斗39、由調(diào)速電機D2帶動的振動給料斗38和分配器37，振動給料斗38可破拱以保證煤下落通暢，并可無級調(diào)節(jié)給煤量。分配器37由上下兩個錐體件構(gòu)成，錐體件外圍用幾根本實施例為三根拉桿焊于管68上，以保證煤粒均勻散落于料面59上。熱裂解器36兩側(cè)分別有熱灰進口60和干餾煤氣出口40。參見圖4和圖5，煤氣流化裝置包括供熱煤氣進入的多層環(huán)形分管61和主管64，本實施例的分管為三層，布設(shè)于熱裂解器內(nèi)腔的中部和上部，以對熱裂解器內(nèi)中、上部的煤粒和熱灰進行不同層次的充分流化混合。每根分管上方有多個出氣口62，本實施例為20個，出氣口上有個環(huán)形的角形擋板63，可參見圖2和圖3，其作用是使熱煤氣流離開分管后向兩側(cè)分流，以取得更好的流化效果，同時還可不使熱灰和煤粒進入分管61內(nèi)，分管前有主管64連于流化換熱器46的出口28上，分管還可以是三層直管69參考圖2。另外，還可以按圖2和圖3的方式，主管在熱裂解器36外，分管仍為環(huán)狀或直管式，直分管69末端有擋板65。熱裂解器36下部有半焦和熱灰混合物排出口48，排出口48與進口30連通。流化換熱器46為鋼制筒形器體66，內(nèi)有內(nèi)襯67，底部有半焦和熱灰混合物排出口29與螺旋給料器50連通，螺旋給料器50由調(diào)速電機D3帶動，一次風(fēng)機51由調(diào)速電機D5帶動，從螺旋給料器50排出的熱灰和半焦混合物，由來自一次風(fēng)機51的氣流，經(jīng)氣力輸送管68送回鍋爐31內(nèi)參與燃燒。流化換熱器46側(cè)下部有煤氣進口27，頂部有升溫后的煤氣出口28。流化換熱器既可以流化的方式進行熱交換，又可穩(wěn)定熱灰和半焦混合物的排放。熱裂解器上側(cè)有干餾煤氣出口40，熱裂解器另側(cè)上部與螺旋給料器34排出口連通，給料器34由調(diào)速電機D1帶動。螺旋給料器34和50均采用變螺距的，即近調(diào)速電機端的螺距比另端的螺距大，這樣，可使給料量穩(wěn)定，還有利于在螺距小的另端存滿物料以確保密封，從而防止熱裂解器36內(nèi)的煤氣竄入旋風(fēng)分離器32和氣力輸送管49內(nèi)而影響煤氣產(chǎn)量。參見圖1，煤氣出口40與初冷器41連通，初冷器采用間接冷卻方式，即冷卻水與待冷卻的煤氣不直接接觸，本實施例為列管式冷卻器，列管內(nèi)走水，列管外走煤氣，不產(chǎn)生污染環(huán)境的含酚污水。初冷器與熱裂解器之間安裝有分離器(圖上未表示)，可對煤氣進行除塵凈化。初冷器后連接電捕焦油器42、終冷器43和煤氣加壓機45。終冷器也是采用間接冷卻方式。加壓機45后有貯氣柜47和流化換熱器46，加壓機由調(diào)速電機D4帶動。一次風(fēng)機51由調(diào)帶電機D5帶動，二次風(fēng)機54由調(diào)速電機D6帶動。
本發(fā)明的自動控制系統(tǒng)是由一臺管理計算機、多臺現(xiàn)場監(jiān)控計算機、檢測元件和執(zhí)行器件組成的集散型計算機控制系統(tǒng)，其作用是穩(wěn)定各生產(chǎn)參數(shù)、保證生產(chǎn)穩(wěn)定和安全。本實施例中共有四臺循環(huán)流化床鍋爐31、四臺熱裂解器36及其附屬裝置，所以，由一臺管理計算機即PC386工業(yè)控制計算機簡稱上位機和八臺現(xiàn)場監(jiān)控計算機簡稱下位機組成。每臺鍋爐及其前置熱裂解器設(shè)兩臺現(xiàn)場監(jiān)控機，該機直接參與鍋爐、熱裂解器及附屬裝置的監(jiān)測與控制。在沒有上位機參與的情況下，下位機能獨立完成對機組的監(jiān)控任務(wù)。上位機框圖見表1，下位機結(jié)構(gòu)及連線圖見表2。


檢測元件有T1-T7、P1-P4、L1和F1，這些符號的含義如下T1將進入熱裂解器的熱灰的溫度，T2熱裂解器內(nèi)熱灰與干餾煤混合物的初始溫度，T3熱裂解器內(nèi)熱灰與干餾煤混合物的終了溫度，T4將進入熱裂解器的流化煤氣的溫度，T5從熱裂解器排出的干餾煤氣的溫度，T6將返回鍋爐的熱灰和半焦混合物的溫度，T7將進入熱裂解器的干餾煤的溫度，上述的溫度值T1-T6均采用熱電偶溫度變送器進行檢測，T7采用鉑電阻溫度變送器檢測。
P1從熱裂解器排出的干餾煤氣壓強，P2熱裂解器內(nèi)流化點的壓強，P3流化換熱器輸出的流化煤氣的壓強，P4將進入流化換熱器的流化煤氣的壓強，以上壓強均采用壓力變送器檢測。
F1從熱裂解器排出的干餾煤氣的流量，采用孔板及差壓變送器檢測。
L1熱裂解器內(nèi)物料的料位，采用核子料位計檢測。
保持料位的穩(wěn)定是本裝置穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵一環(huán)，因此采用兩套方案進行監(jiān)測和控制。采集到的P1、P2值經(jīng)計算機處理后，通過壓差P2-P1的數(shù)值可反映出料位的變化，通過控制執(zhí)行機構(gòu)D1、D2、D3，可對料位進行調(diào)整。核子料位計可直觀地監(jiān)測到料位的位置，給出報警信號，同時通過控制執(zhí)行機構(gòu)D1、D2、D3對料位進行調(diào)整。
根據(jù)上述檢測出的數(shù)據(jù)，經(jīng)過下位機計算處理后，對下述執(zhí)行器件D1-D6進行調(diào)控，以改變Q1-Q6物料的輸送量，從而達到對本發(fā)明進行自動控制。詳述于下
Q1進入熱裂解器36的熱灰量，由調(diào)速電機D1驅(qū)動螺旋給料器34進行調(diào)控;Q2進入熱裂解器的干餾煤量，由調(diào)速電機D2驅(qū)動振動給料斗38進行調(diào)控;Q3從流化換熱器46底部排出的熱灰和半焦混合物的量，由調(diào)速電機D3驅(qū)動螺旋給料器50進行調(diào)控;Q4從熱裂解器排出的干餾煤氣量，由調(diào)速電機D4驅(qū)動加壓機進行調(diào)控;Q5進入循環(huán)流化床鍋爐31的一次風(fēng)量，由調(diào)速電機D5驅(qū)動一次風(fēng)機進行調(diào)控;Q6進入循環(huán)流化床鍋爐的二次風(fēng)量，由調(diào)速電機D6驅(qū)動二次風(fēng)機進行調(diào)控。
為了確保本發(fā)明熱裂解器的正常運行，先給出正常料位高度面59和予先設(shè)定A、B、C三個數(shù)值(或范圍)。A代表P1的正常值，即檢測出從熱裂解器排出的干餾煤氣的壓強＝A時表明生產(chǎn)正常，當(dāng)檢測出P1＞A時表明干餾煤氣產(chǎn)量過多，P1＜A時表明干餾煤氣產(chǎn)量不足。B代表P2-P1的正常值，由于流化點上有料層，所以熱裂解器內(nèi)流化點的壓強P2比P1大，當(dāng)P2-P1＝B時，表明生產(chǎn)正常，當(dāng)P2-P1＞B時，表明熱裂解器內(nèi)料層高度過高即物料太多，當(dāng)P2-P1＜B時，表明物料不足。C代表T2-T3的正常值，熱灰與干餾煤混合物的初始溫度-終了溫度＝C時表明生產(chǎn)正常，T2-T3＞C時，表明溫度過高，T2-T3＜C時，表明溫度過低。表3列舉出計算機自動控制系統(tǒng)根據(jù)檢測出的上述各值，經(jīng)過處理和計算，然后通過控制調(diào)速電機D1-D5以調(diào)控流量Q1-Q5，使系統(tǒng)達到平衡，維持正常生產(chǎn)。表中+Q1表示需增加Q1量，-Q2表示需降低Q2量，余依此類推。調(diào)控方法見表3
表3<
>為了確保流化換熱器的正常運行，設(shè)定D值，當(dāng)P4-P3＝D時表明運轉(zhuǎn)正常，當(dāng)P4-P3＞D時，表明流化換熱器內(nèi)物料存儲過多，P4-P3＜D時，表明物料存儲過少，調(diào)控方法見表4表4<
<p>對于循環(huán)流化床鍋爐的調(diào)控，本發(fā)明只列舉了對一次風(fēng)機和二次風(fēng)機的調(diào)控，當(dāng)上述表3和表4中需增大或降低Q3量即+Q3或-Q3時，相應(yīng)地需增大或降低一次風(fēng)機和二次風(fēng)機的流量，即增大或降低調(diào)速電機D5和D6的轉(zhuǎn)數(shù)。鍋爐的另一個調(diào)控量即補充燃煤螺旋給料器53及其調(diào)速電機D7的調(diào)控，除與一次風(fēng)量和二次風(fēng)量有關(guān)外，還與諸如本發(fā)明以外的循環(huán)流化床鍋爐的過熱蒸汽溫度、汽包水位、爐膛負(fù)壓、溫度和料位等因素有關(guān)，這里不作進一步描述。
每臺循環(huán)流化床鍋爐和每臺煤氣發(fā)生裝置的技術(shù)產(chǎn)數(shù)如下循環(huán)流化床鍋爐鍋爐投煤量1t/h蒸汽發(fā)生量35t/h熱灰循環(huán)量40t/h熱裂解器投煤量5t/h煤氣產(chǎn)量大約1000Nm3/h煤氣發(fā)熱值 4000kcal/Nm3(16720kJ/m3一氧化碳含量＜10%灰煤比 8∶1返燒焦油大約400kg/h電捕焦油器除焦油效率90%
冷卻器初冷器煤氣溫度500℃-80℃終冷器煤氣溫度80℃-25℃本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)具有下述優(yōu)點1、用熱煤氣對熱裂解器內(nèi)的熱灰與煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，因而達到①所得干餾煤氣產(chǎn)量高且產(chǎn)量與質(zhì)量穩(wěn)定;②可減小熱裂解器的幾何尺寸;③可用粘結(jié)性較高的煤即煤的適用性寬廣，從而省去現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)置的干燥、破粘的過程和設(shè)備;④可用粒度較大的煤達到相同的干餾效果，現(xiàn)有技術(shù)煤粒0-8毫米，本發(fā)明為0-15毫米。2、進入熱裂解器的干餾煤由振動給料斗輸送，可以破拱，使送煤量穩(wěn)定，并可無級調(diào)節(jié)給煤量;采用分配器，可使煤的布料均勻。3、采用變螺距的螺旋給料器，可使給料量穩(wěn)定，還可對氣體起密封作用，防止煤氣從熱裂解器中外溢至其他容器而降低煤氣產(chǎn)量。4、設(shè)有流化換熱器，既可進行熱交換，又可穩(wěn)定熱灰和半焦混合物的排放，同時，熱灰和半焦混合物也被降溫，可提高輸送裝置的壽命。5、采用間接冷卻器對煤氣進行冷卻，不產(chǎn)生含酚污水，因而不污染環(huán)境。6、焦油送回鍋爐燃燒，提高了熱效率。7、用計算機進行監(jiān)測和控制，使生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)更加穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐前置煤氣發(fā)生的工藝，以循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)熱灰為熱源加熱煤生產(chǎn)干餾煤氣，干餾產(chǎn)生的半焦和放熱后的熱灰送回循環(huán)流化床鍋爐作為燃料燃燒，其特征在于，煤布料均勻，用部分凈化加壓并經(jīng)升溫過的干餾煤氣作為流化氣，對熱裂解器內(nèi)的熱灰與煤進行多層次的流化，使煤與熱灰混合均勻，煤氣冷凝出的和電捕的焦油送回循環(huán)流化床鍋爐作為燃料燃燒。
2.一種鍋爐前置煤氣發(fā)生的設(shè)備，包括循環(huán)流化床鍋爐、旋風(fēng)分離器和熱裂解器，其特征在于，由振動給料斗和分配器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調(diào)速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器組成，流化換熱器側(cè)部與熱裂解器底部連通，另側(cè)與冷煤氣連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通，上部有主管在熱裂解器內(nèi)或器外的兩種結(jié)構(gòu)，熱裂解器內(nèi)的分管有三層環(huán)管或三層直管兩種結(jié)構(gòu)，分管上方有出氣口和擋板。
全文摘要
鍋爐前置煤氣發(fā)生的工藝，以循環(huán)流化床鍋爐循環(huán)熱灰加熱煤生產(chǎn)干餾煤氣，用煤氣作流化氣，干餾產(chǎn)生的半焦和焦油送回鍋爐燃燒。設(shè)備包括鍋爐、熱裂解器、流化換熱器和煤氣流化裝置、變螺距的螺旋給料器和調(diào)速電機、間接式冷卻器和電捕焦油器，熱裂解器上有煤斗、振動給料斗和分配器，流化換熱器與熱裂解器連通，煤氣流化裝置下端與流化換熱器連通。操作采用計算機自動控制。干餾煤氣產(chǎn)量高且穩(wěn)定；可用粒度較大和粘性較高的煤，因此煤的適用性寬；實現(xiàn)自動控制。
文檔編號C10B57/00GK1112661SQ9411904
公開日1995年11月29日 申請日期1994年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月27日
發(fā)明者周敏, 王五一, 陳志坤, 曹健, 沙英普 申請人:北京科能達機電新技術(shù)公司