煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置的製作方法

2023-07-18 21:39:36

專利名稱：煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及煤矸石熱解氣化的技術，特別是煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置。
背景技術：
煤矸石——從原煤中選出的石頭，是選煤廠的廢渣，不好處理，中國每年有上億噸的煤矸石不能利用，並且每年仍繼續排放約lOOMt，不僅堆積佔地，而且還能自燃汙染空氣或引起火災，造成嚴重的環境汙染。由於億萬年的煤化作用，煤矸石中含有20-30%的碳、油、氣物質，其中油氣佔11-15%、碳佔7-15%。把煤矸石熱解氣化，得到油氣產品和70-80%的固體產物(成份為二氧化娃、三氧化二招、三氧化二鐵、二氧化鈦、氧化韓、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉、五氧化二磷、氧化錳、三氧化硫等組成，是矽鋁質耐火材料的熟料)，有經濟價值，更有社會效益。本發明人長期對煤矸石的物理特性和高溫煤熱解氣化工藝的研究，創新一套全新的煤矸石高溫熱解氣化綜合工藝及裝置。

發明內容
本發明提供煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，該裝置利用自煤矸石熱解氣化後的固體產物的餘熱產生水蒸汽，再利用水蒸汽與固體產物直接接觸產生過熱水蒸汽，促進水煤氣反應更加充分，同時節省能耗，降低固體產物溫度，便利固體產物的排料。實現上述目的所採取的技術方案是:煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，包括熱解氣化室、物料降溫裝置、蒸汽產生裝置；所述的熱解氣化室 與煤矸石熱解裝置的熱解氣化室為同一室，熱解氣化室位於中心支撐弓上方；所述的物料降溫裝置、蒸汽產生裝置位於中心支撐弓下方，所述的物料降溫裝置包括高溫降溫室、低溫降溫室、降溫室橋弓，高溫降溫室的頂部與熱解氣化室底部相通，高溫降溫室與低溫降溫室上下設置，降溫室橋弓設置在高溫降溫室與低溫降溫室之間，所述的降溫室橋弓包括橋弓、集汽室、蒸汽進入通管；橋弓中部形成集汽室，集汽室的下部開口朝向低溫降溫室，蒸汽進入通管設置在橋弓中，蒸汽進入通管一端通向集汽室，另一端伸出爐外；所述的蒸汽產生裝置包括環形空心金屬箱體、蒸汽包及汽包輸入管、汽包輸出管，環形空心金屬箱體安裝在爐體底部，環形空心金屬箱體的內環空腔接於物料降溫裝置的低溫降溫室下部，環形空心金屬箱體箱內形成相對密封用於存儲水的爐體水包，爐體水包接有進水管和汽包輸入管，進水管與儲水箱相通，汽包輸入管與蒸汽包相接通，蒸汽包的汽包輸出管與物料降溫裝置的蒸汽進入通管另一端相通。所述的物料降溫裝置的降溫室橋弓以高溫降溫室和低溫降溫室軸中心呈一定角度間隔成輻形布置。所述的物料降溫裝置的降溫室橋弓的集汽室為一個柱形腔室，集汽室的頂部設置有半球形風帽。所述的蒸汽產生裝置的環形空心金屬箱體的內環空腔呈上大下小漏鬥狀。
本發明利用自煤矸石熱解氣化後的溫度相對較低的固體產物的餘熱進行熱傳遞產生水蒸汽，再利用水蒸汽與溫度較高的固體產物直接接觸產生過熱水蒸汽，達到水煤氣反應的所需溫度，促進水煤氣反應更加充分，同時節省能耗，降低固體產物溫度，方便固體產物的排料，防止相關設備損壞。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是本發明的煤矸石熱解氣化爐示意圖；圖2是本發明的氣體換向器示意圖；圖3是本發明的氣體換向器上盤示意圖；圖4是本發明的氣體換向器下盤示意圖；圖5是圖3中c-c處剖視示 意圖；圖6是本發明的氣體換向器與燃氣加熱器管網連接示意圖；圖7是圖1中t_t處截面示意圖；圖8是圖1中u-u處截面示意圖；圖9是圖1中v-v處截面示意圖；圖10是本發明的中心支撐弓示意圖(圖1中x-x處截面示意圖);圖11是本發明的蒸汽通道意圖(圖1中y_y處截面示意圖)；圖12是本發明的蒸汽包管線示意圖(圖1中z-z處截面示意圖)；圖13是本發明的工控中心電氣連接示意圖。
具體實施例方式本發明的煤矸石熱解氣化的綜合利用的具體實施例主要在以下予以詳細介紹。第一部分煤矸石粒度控制將煤矸石加工破碎成O 20mm粒度，在這個粒度範圍內對煤矸石碎料進行脫水乾燥，乾燥充分，脫水效率高，但這不構成對本發明對所需要的煤矸石的限制。第二部分煤矸石調溼脫水將煤矸石高溫熱解及水煤氣反應產生的荒煤氣化產回收淨化後的淨煤氣燃燒後產生的熱廢氣用於破碎後的煤矸石粒料在入爐前進行調溼脫水。為了保持環境的乾淨整潔，調溼脫水後尾氣通過水沐淨化後達標排放。第三部分煤矸石高溫熱解氣化(熱解加熱、水煤氣發應)第一節煤矸石的高溫熱解加熱如圖1所示，煤矸石熱解裝置6設置在爐體91中部，主要包括熱解氣化室61、夕卜燃氣加熱裝置64、內燃氣加熱裝置67、氣體換向裝置66、中心支撐弓65構成；如圖8、圖9所示:熱解氣化室61由耐火導熱材料內、外環牆612、611構成一個環狀空間，圍繞在熱解氣化室外牆611環外周為外燃氣加熱裝置64，熱解氣化室內環牆612環內為內燃氣加熱裝置67，其中外燃氣加熱裝置64主要為若干組(本例9組)結構相同關聯的第一燃氣加熱器62、第二燃氣加熱器60構成(見圖1、圖2)，如圖1、圖8、圖9所示:因為熱解氣化室61高度較高，其中外燃氣加熱裝置64主要分成上、中、下三段式加熱，每段有9組結構相同關聯的第一燃氣加熱器62、第二燃氣加熱器60構成，內燃氣加熱裝置67主要分成上、下二段式加熱，每段有6組結構相同聯相第三燃氣加熱器68、第四燃氣加熱器69構成。如圖1、圖9示，所述的第一燃氣加熱器62主要包括第一燃燒室621、第一煤氣進入支管622和第一蓄熱換熱器624，第一煤氣進入支管622穿過爐體91外牆通到第一燃燒室621中。如圖1、圖9所示:第一燃燒室621由耐火材料製成的爐體91外牆、和耐火導熱材料製成熱解氣化室外環牆611和外火道隔牆625圍成一個相對封閉的煤氣燃燒火道。如圖1、圖9所不,第一蓄熱換熱器624包括第一蓄熱腔626、第一蓄熱體623、第一空氣進入支管627和第一燃燒廢氣排出支管628 ;第一蓄熱腔626設置在爐體91外牆中，第一蓄熱體623設置第一蓄熱腔626中，第一蓄熱腔626 —端通向第一燃燒室621底部,另一端分別接有第一空氣進入支管627和第一燃燒廢氣排出支管628。如圖9所示，在第一空氣進入支管627與第一蓄熱腔626之間設置有第一單向空氣閥門629，第一單向空氣閥門629允許空氣從第一空氣進入管627和第一蓄熱腔626流入第一燃燒室621 ;在第一燃燒廢氣排出支管628與第一蓄熱腔626之間設置有第一單向廢氣閥門620，第一單向廢氣閥門620允許煤氣燃燒廢氣從第一燃燒室621流經第一蓄熱腔626，最後從第一燃燒廢氣排出支管628排出(當然，採用如下所述的氣體換向裝置66，當空氣主管667與第一空氣分管6671接通，空氣主管667與第二空氣分管6673處於切斷；與此同時，燃燒廢氣主管669與第一燃燒廢氣分管6691亦相切斷，而相應燃燒廢氣主管669與第二燃燒廢氣分管6693處於相接通，可以起到代替第一單向空氣閥門629及第一單向廢氣閥門620的作用)。同理，如圖9所示:結構相同第二燃氣加熱器60主要包括第二燃燒室601、第二煤氣進入支管602和第二蓄熱換熱器604。如圖9所示:第二燃燒室601由耐火材料製成的爐體91外牆、和耐火導熱材料製成熱解氣化室外環牆611和外火道隔牆625圍成一個相對封閉的煤氣燃燒火道。如圖1、圖9所示:第二煤氣進入支管602穿過爐體91外牆通到第一燃燒室601中。如圖9所示:第二蓄熱換熱器604包括第二蓄熱腔606、第二蓄熱體603、第二空氣進入支管607和第二燃燒廢氣排出支管608，第二蓄熱腔606設置在爐體91外牆中，第二蓄熱體603設置第二蓄熱腔606中，第二蓄熱腔606 —端通向第二燃燒室601底部,另一端分別接有第二空氣進入支管607和第二燃燒廢氣排出支管608，在第二空氣進入支管607與第二蓄熱腔606之間設置有第二單向空氣閥門609，第二單向空氣閥門609允許空氣從第二空氣進入管607和第二蓄熱腔606流入第二燃燒室601 ;在第二燃燒廢氣排出支管608與第二蓄熱腔606之間設置有第二單向廢氣閥門600，第二單向廢氣閥門600允許煤氣燃燒廢氣從第二燃燒室601流經第二蓄熱腔606，最後從第二燃燒廢氣排出支管608排出(當然，採用如下所述的氣體換向裝置66，當空氣主管667與第一空氣分管6671切斷，空氣主管667與第二空氣分管6673處於接通，與此同時，燃燒廢氣主管669和第一燃燒廢氣分管6691亦相接通，而相應燃燒廢氣主管669和第二燃燒廢氣分管6693亦相切斷；可以起到代替第二單向空氣閥門609及第二單向廢氣閥門600的作用)。
如圖1、圖8所示，第一燃燒室621和緊鄰的第二燃燒室601之間外火道隔牆625的頂部設有燃燒室通孔6251，燃燒室通孔6251將第一燃燒室621和緊鄰的第二燃燒室601接通構成關聯一組，本例中，外燃氣加熱裝置64共設有18道外火道隔牆625隔牆，形成9組關聯燃燒組；另外，如圖1所示；因為熱解氣化室61高度較高，其中外燃氣加熱裝置64主要分成上、中、下三段式加熱，每段有9組結構相同並關聯第一燃氣加熱器62、第二燃氣加熱器60構成。如圖1所示:在爐體91外牆上每個燃燒室還設置有燃燒室溫度監測孔6201和燃燒室觀測孔6202，燃燒室觀測孔6202便於技術人員直觀觀察每個燃燒室的煤氣燃燒情況，燃燒室溫度監測孔6201中設置有燃燒室溫度表6203用於對燃燒室的溫度監測，以便於對煤熱解進程的評估。如圖13所示:燃燒室溫度表6203與工控中心90相聯，由工控中心90自動採集燃燒室溫度表6203的溫度數據。如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，氣體換向裝置66包括上盤661、下盤662、旋轉換向電機663、空氣風機664、煤氣風機665、廢氣風機666,下盤662分別接有一個空氣主管667和第一空氣分管6671、第二空氣分管6673，一個煤氣主管668和第一煤氣分管6681、第二煤氣分管6683，一個燃燒廢氣主管669和第二燃燒廢氣分管6693、第一燃燒廢氣分管6691，其中，第二燃燒廢氣分管6693和第一燃燒廢氣分管6691與第一空氣分管6671和第二空氣分管6673及第一煤氣分管6681和第二煤氣分管6683的設置剛好對調(圖3、圖4、圖6所示)O如圖3、圖4、圖5、 圖6所示:上盤661貼合在下盤662上方，上盤661分別對應設置有空氣連接管6672、煤氣連接管6682、燃燒廢氣連接管6692，旋轉換向電機663帶動上盤661在下盤662上往復轉動從而實現空氣主管667不斷與第一空氣分管6671和第二空氣分管6673進行接通和切斷轉換，煤氣主管668不斷與第一煤氣分管6681和第二煤氣分管6683進行接通和切斷轉換，燃燒廢氣主管669不斷與第二燃燒廢氣分管6693和第一燃燒廢氣分管6691進行接通和切斷轉換(與第一空氣分管6671和第二空氣分管6673及第一煤氣分管6681和第二煤氣分管6683的切換剛好相反)。如圖1、圖6所示，在爐體91的外周還設有兩組圍管，包括第一空氣圍管6674，第一煤氣圍管6684，第一燃燒廢氣圍管6694 ;第二空氣圍管6675、第二煤氣圍管6685，第二燃燒廢氣圍管6695。如圖1、圖6所示，第一空氣圍管6674將第一空氣分管6671和第一空氣進入支管627聯接起來，將第一空氣分管6671、第一空氣圍管6674、第一空氣進入支管627、第一蓄熱腔626與第一燃燒室621構成同一通路；與此同時，第一煤氣圍管6684將第一煤氣分管6681和第一煤氣進入支管622聯接起來，將第一煤氣分管6681、第一煤氣圍管6684、第一煤氣進入支管622與第一燃燒室621構成同一通路；此時同時，第一燃燒廢氣圍管6694是將第一燃燒廢氣分管6691與第一燃燒廢氣排出支管628聯接起來，將第一燃燒廢氣分管6691、第一燃燒廢氣圍管6694、第一燃燒廢氣排出支管628、第一蓄熱腔626與燃燒室621構成同一通路。同理，第二空氣圍管6675將第二空氣分管6673和第二空氣進入支管607聯接起來，將第二空氣分管6673、第二空氣圍管6675、第二空氣進入支管607、第二蓄熱腔606與第二燃燒室601構成同一通路；與此同時，第二煤氣圍管6685將第二煤氣分管6683和第二煤氣進入支管602聯接起來，將第二煤氣分管6683、第二煤氣圍管6685、第二煤氣進入支管602和第二燃燒室601構成同一通路；與此同時，第二燃燒廢氣圍管6695將第二燃燒氣分管6693與第二燃燒廢氣排出支管608聯接起來，將第二燃燒廢氣分管6693、第二燃燒廢氣圍管6695、第二燃燒廢氣排出支管608、第二蓄熱腔606與第二燃燒室601構成同一通路。另外，如圖13所示，本例還包括氣體換向裝置控制器906用於對旋轉換向電機663、空氣風機664、煤氣風機665、廢氣風機666控制，氣體換向裝置電氣控制器906又與上位工控中心90相聯，當然從電氣控制原理來講，本例中旋轉換向電機663、空氣風機664、煤氣風機665、廢氣風機666亦可直接受工控中心90控制，所以此處設置氣體換向裝置控制器906並不構成對本例保護範圍的限制。如圖1、圖2 圖5、圖6、圖13所示:本外燃氣加熱裝置64的加熱方法是:(I)工控中心90啟動旋轉換向電機663帶動上盤661在下盤662上轉動，空氣主管667與第一空氣分管6671接通，空氣主管667與第二空氣分管6673處於切斷狀態；同時，煤氣主管668與第一煤氣分管6681亦相接通，煤氣主管668與第二煤氣分管6683處於切斷狀態；與此同時，燃燒廢氣主管669與第一燃燒廢氣分管6691亦相切斷，而相應燃燒廢氣主管669與第二燃燒廢氣分管6693處於相接通狀態；(2)工控中心90啟動空氣風機664、煤氣風機665、廢氣風機666 ;空氣風機664將空氣鼓入空氣主管667、空氣依次進入經過空氣連接管6672、第一空氣分管6671、第一空氣圍管6674、第一空氣進入支管627進入到第一蓄熱腔626，利用第一蓄熱體623釋放的熱量對空氣進行加熱後進入第一燃燒室621中；同時，煤氣風機665將荒煤氣經過化產回收淨化後得到淨煤氣鼓入煤氣主管668,煤氣依次`進入煤氣連接管6682、第一煤氣分管6681、第一煤氣圍管6684、第一煤氣進入支管622進入第一燃燒室621中進行燃燒，與此同時，因為燃燒廢氣主管669與第一燃燒廢氣分管6691處於相切斷狀態，而相應燃燒廢氣主管669和第二燃燒廢氣分管6693處於相接通狀態，所以第一燃燒室621中煤氣燃燒後的廢氣只能通過外火道隔牆625上部的燃燒室通孔6251進入到第二燃燒室601中，再經過第二蓄熱腔606中，經第二蓄熱腔606中的第二蓄熱體603進行吸熱降溫後從第二燃燒廢氣排出支管608、第二燃燒廢氣圍管6695、第二燃燒廢氣分管6693、燃燒廢氣主管669通過廢氣風機666排出；(3)達到設定燃燒時間，工控中心90啟動旋轉換向電機663帶動上盤661在下盤662上反向轉動，空氣主管667與第一空氣分管6671切斷，空氣主管667與第二空氣分管6673處於接通狀態，同時，煤氣主管668和第一煤氣分管6681亦相切斷，煤氣主管668與第二煤氣分管6683接通狀態，與此同時，燃燒廢氣主管669和第一燃燒廢氣分管6691亦相接通，而相應燃燒廢氣主管669和第二燃燒廢氣分管6693亦相切斷狀態；(4)空氣風機664將空氣鼓入空氣主管667、空氣依次進入經過空氣連接管6672、第二空氣分管6673、第二空氣圍管6675、第二空氣進入支管607進入到第二蓄熱腔606，利用第二蓄熱腔606中的第二蓄熱體603釋放的熱量對空氣進行加熱後進入第二燃燒室601中；同時，煤氣風機665將荒煤氣經過回收淨後得到淨煤氣鼓入煤氣主管668，煤氣依次進入煤氣連接管6682、第二煤氣分管6683、第二煤氣圍管6685、第二煤氣進入支管602進入第二燃燒室601中進行燃燒，與此同時，因為燃燒廢氣主管669和第一燃燒廢氣分管6691相接通，而相應燃燒廢氣主管669和第二燃燒廢氣分管6693處於相切斷狀態，所以第二燃燒室601中煤氣燃燒後的廢氣只能通過外火道隔牆625上部的燃燒室通孔6251進入第一燃燒室621中，再經過第一蓄熱腔626,經第一蓄熱腔626中的第一蓄熱體603進行吸熱降溫後，最後從第一燃燒廢氣排出支管628、第一燃燒廢氣圍管6694、第一燃燒廢氣分管6691、燃燒廢氣主管669通過廢氣風機666排出，所以外燃氣加熱裝置64燃燒原理在於當第一燃燒室621中煤氣燃燒後生成的廢氣從燃燒室通孔6251進入第二燃燒室601，經第二燃燒室601及第二蓄熱腔606中第二蓄熱體603對其餘熱吸收降溫後排出，反之，當第二燃燒室601中煤氣燃燒後生成的廢氣從燃燒室通孔6251進入第一燃燒室621，經第一燃燒室621及第一蓄熱腔606中第一蓄熱體603對其餘熱吸收降溫後排出。
綜上所述，這種通過氣體換向裝置的氣體兩進一出的工作方式和蓄熱換熱器的蓄熱換熱的工作方式，實現兩組關聯的燃氣加熱器交替燃燒，即氣體換向裝置向第一燃氣加熱器的燃燒室送入空氣、淨煤氣燃燒，同時從第二燃氣加熱器的燃燒室中吸出燃燒後的熱廢氣，熱廢氣經第二燃氣加熱器的第二蓄熱換熱器中的第二蓄熱體吸熱降溫變為溫度相對較低的低溫廢氣排出；同理，氣體換向裝置向第二燃氣加熱器的燃燒室送入空氣、淨煤氣燃燒，同時從第一燃氣加熱器的燃燒室中吸出燃燒後的熱廢氣，熱廢氣經第一燃氣加熱器的第一蓄熱換熱器中的第一蓄熱體吸熱降溫變為溫度相對較低的低溫廢氣排出；這種相互利用煤氣燃燒後的廢氣餘熱進行加熱空氣的方法，既起到了對煤氣燃燒後的廢氣餘熱充分利用，提高燃燒室中的煤氣的燃燒效率，又能對煤氣燃燒後的廢氣進行一定程度的降溫，不用消耗外來能源，起到節能降耗的目的，節省煤矸石熱解氣化成本。通過對外燃氣加熱裝置64的加熱自動控制，降低人力成本，提高了對煤熱解過程的控制精度，實現自動化。如圖1、圖10所示，內燃氣加熱裝置67主要由若干組(本例6組)結構相同的燃氣加熱器68、69，因為熱解氣化室61高度較高內燃氣加熱裝置67主要由主要分成上、下二段式加熱，每段有6組結構相同的關聯第三燃氣加熱器68、第四燃氣加熱器69，其組成結構和燃燒原理與以上介紹的關聯第一燃燒加熱器62、第二燃燒加熱器60幾乎完全相同,第三燃氣加熱器68也包括第三燃燒室681、第三煤氣進入支管682、第三蓄熱腔686、第三蓄熱體
683、第三空氣進入支管687和第三燃燒廢氣排出支管688。如圖1、圖9、圖10所示，第三燃燒室681由耐火導熱材料製成熱解氣化室內環牆612和內火道隔牆635圍成一個相對封閉的煤氣燃燒火道。如圖1、圖10所示，下段的第三煤氣進入支管682從中心支撐弓65的條弓651的下面穿過向上通向第三燃燒室681，第三蓄熱腔686設置在條弓651下方的爐體91上，第三蓄熱體683置於第三蓄熱腔686中，第三蓄熱腔686 —端通過延伸通道6861從中心支撐弓65的條弓651的下面穿過向上延伸通向第三燃燒室681底部，第三蓄熱腔686另一端分別接有第三空氣進入支管687和第三燃燒廢氣排出支管688。如圖1、圖9、圖10所示，上段的第三煤氣進入支管682從中心支撐弓65的條弓651的下面穿過向上經火道隔牆635通向第三燃燒室681，第三蓄熱腔686設置在條弓651下方的爐體91上，第三蓄熱體683置於第三蓄熱腔686中，第三蓄熱腔686 —端通過延伸通道6861從中心支撐弓65的條弓651的下面穿過向上經火道隔牆635延伸通向第三燃燒室681底部，第三蓄熱腔686另一端分別接有第三空氣進入支管687和第三燃燒廢氣排出支管688。同理，如圖9、圖10所示，第四燃氣加熱器69結構與第三燃氣加熱器68完相同，這裡不再贅述，其中第四燃燒室691與第三燃燒室681通過燃燒室通道6305接通構成關聯一組(圖1、圖8所示)。其中，如圖6所示，第三燃燒加熱器68的第三燃燒室681的第三煤氣進入支管682、第三空氣進入支管687和第三燃燒廢氣排出支管688分別通過第一煤氣圍管6684、第一空氣圍管6674，第一燃燒廢氣圍管6694與第一煤氣分管6681、第一空氣分管6671、第一燃燒廢氣分管6691相通。如圖1、圖6、圖10所示，第四燃燒加熱器69的第四燃燒室691的第四煤氣進入支管692、第四空氣進入支管697和第四燃燒廢氣排出支管698分別通過第二煤氣圍管6685、第二空氣圍管6675、第二燃燒廢氣圍管6695與第二煤氣分管6683、第二空氣分管6673、第二燃燒廢氣分管6693相通。綜上所述，第三燃燒加熱器68、第四燃氣加熱器69燃燒原理與以上第一燃燒加熱器62、第二燃燒加熱器60幾乎完全相同，這裡不再贅述。如圖1、圖10所示，中心支撐弓65，因為熱解氣化室內環牆612以及內燃燒加熱裝置67的火道隔牆635都設置在爐腔中，需要中心支撐弓65為其提供支撐，同時又給內燃燒加熱裝置67提供各種管道的鋪設。如圖1、圖10所示，中心支 撐弓65設置在熱解氣化室61、內燃燒加熱裝置67下方的爐腔中，主要包括若干條的條弓651、火弓中心環牆652，條弓651 —端固定在火弓中心環牆652上，另一端固定在爐體91上，條弓651圍繞火弓中心環牆652中心以一定角度間隔輻射狀散開布置，本例中的火弓651為12條弓，數量與內燃燒加熱裝置67的相互關聯的第三燃燒加熱器68第四燃燒加熱器69總數一致。如圖1、圖10所示，一條火弓651的牆體中設置第三煤氣進入支管682和第三蓄熱腔686的延伸通道6861，緊相鄰的另一條火弓651的牆體中設置的第四煤氣進入支管692和第四蓄熱腔696的延伸通道6961，給內燃燒加熱裝置67的管道鋪設提供了便利，使內燃燒加熱裝置67的各種管道排列有序，不至於幹涉。第二節水煤氣反應由於煤矸石在熱解氣化室中溫度較高，再給煤矸石通入水蒸汽，煤矸石熱解後產物中的炭與過熱水蒸汽相遇進行水煤氣反應生成水煤氣(一氧化碳和氫氣)。如圖1、圖10、圖11所示，水煤氣反應裝置7包括熱解氣化室61、物料降溫裝置70、蒸汽產生裝置75。如圖1所示，熱解氣化室61位於中心支撐弓65上方，物料降溫裝置70、蒸汽產生裝置75位於中心支撐弓65下方。如圖1、圖11所示，物料降溫裝置70設置在伸出爐體91下部，包括高溫降溫室701、低溫降溫室702、降溫室橋弓703 ;高溫降溫室701的頂部與熱解氣化室61底部相通；高溫降溫室701與低溫降溫室702上下設置，降溫室橋弓703設置在高溫降溫室701與低溫降溫室702之間，降溫室橋弓703包括橋弓7031、集汽室704、蒸汽進入通管707 ；4條橋弓7031以高溫降溫室701和低溫降溫室702軸中心呈一定角度間隔成輻形布置，橋弓7031中部形成集汽室704，集汽室704為一個柱形腔室，集汽室704的頂部設置有半球形風帽708，集汽室704的下部開口朝向低溫降溫室702 ;蒸汽進入通管707設置在橋弓7031中，蒸汽進入通管707 —端通向集汽室704，另一端伸出爐體91外。如圖1、圖12所示，蒸汽產生裝置75包括環形空心金屬箱體755、蒸汽包754及汽包輸入管751、汽包輸出管752，環形空心金屬箱體755安裝在爐體91底部，環形空心金屬箱體755的內環空腔758接於物料降溫裝置70的低溫降溫室702下部，內環空腔758環形空腔呈上大下小漏鬥狀，環形空心金屬箱體755箱內形成相對密封用於存儲水的爐體水包753，爐體水包753接有進水管756和汽包輸入管751，進水管756與儲水箱757相通，汽包輸入管751與蒸汽包754相接通，蒸汽包754的汽包輸出管752與物料降溫裝置70的蒸汽進入通管707另一端相通。本發明的水煤氣反應原理方法是:(I)、蒸汽包754中水蒸汽通過汽包輸入管752和蒸汽進入通管707向物料降溫裝置70的低溫降溫室702通入水蒸汽，水蒸汽吹向低溫降溫室702，除給低溫降溫室702中熱解氣化後的固體產物降溫之外，水蒸汽向上串入高溫降溫室701，給從熱解氣化室61落入高溫降溫室701中大量的熱解氣化後的高溫固體產物降溫，水蒸汽在給熱解氣化後的固體進行降溫的同時，提高蒸汽溫度形成過熱水蒸汽；(2)、過熱水蒸汽穿過中·心支撐弓65進入熱解氣化室61，並與熱解氣化室61的高溫煤矸石熱解物料接觸，煤矸石熱解後固體產物中的炭與過熱水蒸汽相遇進行水煤氣反應生成水煤氣(一氧化碳和氫氣)；(3)、煤矸石熱解氣化後的固體產物從熱解氣化室61中落入物料降溫裝置70的高溫降溫室701和低溫降溫室702中，對經過低溫降溫室702和高溫降溫室701向上進入熱解氣化室61的水蒸汽再次加熱成為過熱的高溫水蒸汽，同時又對煤矸石熱解氣化後的固體產物進行降溫，再利用低溫降溫室702中固體產物餘熱給爐體水包753中的水加熱形成水蒸汽，水蒸汽通過汽包輸入管751進入蒸汽包754中，給蒸汽包754中補充因水煤氣反應而消耗的大量水蒸汽，使得水煤氣反應能夠連續不間斷進行。本發明的水煤氣反應大量生成是在熱解氣化室61中下部進行，這是因為在此段熱解氣化室中的煤矸石已經熱解相對充分，溫度也相對較高，此時從熱解氣化室61的底部通入高溫過熱的水蒸汽，過熱的水蒸汽與煤矸石熱解後的固體產物中的炭相激就會產生大量的水煤氣；當然，水蒸汽在給高溫降溫室701和低溫降溫室702中煤矸石熱解氣化後的固體產物降溫過程中，與煤矸石熱解氣化後的固體產物中殘餘的炭也會產生水煤氣，但是產生的量相對較小，這與煤矸石熱解氣化後的固體產物中殘餘的炭本身量不多，水蒸汽溫度也不是太聞有關。本發明利用自煤矸石熱解氣化後的溫度相對較低的固體產物的餘熱進行熱傳遞產生水蒸汽，再利用水蒸汽與溫度較高的固體產物直接接觸產生過熱水蒸汽，達到水煤氣反應的所需溫度，促進水煤氣反應更加充份，既在降低固體產物溫度的同時，又產生水蒸汽和過熱蒸汽，這種不需要消耗額外能源的技術方法符合我們今天倡導的節能降耗，可持續發展的理念。第三節荒煤氣導出裝置
煤矸石在高溫熱解氣化過程中產生含很多有用成份的氣體，煤矸石熱解後產物中的炭與過熱水蒸汽進行水煤氣反應生成水煤氣(一氧化碳和氫氣)，以上統稱荒煤氣，需要對荒煤氣導出以便利用。如圖1、圖8、圖9所示，荒煤氣導出裝置8，包括荒煤氣集中室81、內導出通道82，外導出通道83、導出主通道84，導出環道85 ;荒煤氣集中室81設置在熱解氣化室61的頂部與熱解氣化室61 —體成形；如圖1、圖8所示，6條內導出通道82設置火道隔牆635中，內導出通道入口 821穿過內環牆612中部通向熱解氣化室61，內導出通道出口 822穿過內環牆612通向熱解氣化室頂部的荒煤氣集中室81 ;如圖1、圖8所示，6條外導出通道83設置爐體91的外牆中，下外導出通道入口 831、上外導出通道入口 834穿過外環牆611中部通向熱解氣化室61，外導出通道出口 832穿過外環牆611通向熱解氣化室頂部的荒煤氣集中室81。如圖1、圖7所示，導出主通道84設置在煤熱解爐的爐體91的外牆中，導出主通道入口 841與荒煤氣集中室81相通再向上延伸到設置爐體91的外牆上部導出環道85中，導出環道85設置有荒煤氣導出口 851、荒煤氣導出口 852。如圖1、圖7、圖8、圖9所示，本例中因為熱解氣化室61呈環形腔室，所以荒煤氣集中室81亦相應呈環形腔室，6條內導出通道82分別設置在6道火道隔牆635中，穿過內環牆612通向熱解氣化室61，6條外導出通道83分別設置在爐體91外牆中間穿過和外火道隔牆625和外環牆611通向熱解氣化室61，其中，因為熱解氣化室61的圓周較長，所以在熱解氣化室61的內環牆612、外環牆611上分別設置有6個內導出通道入口 821和下外導出通道入口 831、上外導出通道入口 834，又因為熱解氣化室61的高度高，內導出通道入口821和下外導出通道入口 831、上外導出通道入口 834上下錯開設置，如圖1所示，內導出通道入口 821高於下外導出通道入口 831，但低於上外導出通道入口 834處，本例採用此結構可以對熱解氣化室61中不同段產生的荒煤氣可以更好導出，另外圍繞荒煤氣集中室81亦設置有6條截面積較大荒煤氣主通道84通嚮導出環道85，這樣設置的目的可以方便導出荒煤氣集中室81中大量荒煤氣。如圖1所示，在爐體91的外牆上設有通向荒煤氣集中室81的荒煤氣溫度監測孔811，荒煤氣溫度監測孔811中放置荒煤氣溫度表812。如圖13所示，荒煤氣溫度表812與工控中心90電氣連接，工控中心90通過荒煤氣溫度表812監測荒煤氣集中室81中溫度。本例特點將在熱解氣化室61中不同段產生的荒煤氣分別從內導出通道入口 821進入內導出通道82中，和下外導出通道入口 831、上外導出通道入口 834進入外導出通道出83中再匯集荒煤氣集中室81中，當然熱解氣化室61中的大量荒煤氣是直接升入荒煤氣集中室81中，通過導出主通道84進入導出環道85，最後從荒煤氣導出口 851排出。第四節連續熱解氣化綜合上述，本例特點是將煤矸石熱解、氣化(水煤氣反應)、蒸汽產生、荒煤氣導出工藝整合在同一個爐體中 ，使得煤矸石熱解、氣化(水煤氣反應)、蒸汽產生、荒煤氣得以連續實現。如圖1所示，煤矸石熱解氣化爐9包括爐體91、入爐料倉92、煤矸石熱解氣化裝置93、荒煤氣導出裝置8、鉸籠密封排料器96、產品料倉94 ;煤矸石熱解氣化裝置93包括煤矸石熱解裝置6、水煤氣反應裝置7，煤矸石熱解裝置6、水煤氣反應裝置7、荒煤氣導出裝置8的具體結構見以上所述；入爐料倉92設置在爐體91頂部、爐體91頂部設有入爐布料通道921，入爐布料通道921上端與入爐料倉92相通，入爐布料通道921下端與煤矸石熱解裝置6的熱解氣化室61頂部相通，鉸籠密封排料器96設置在水煤氣反應裝置7的蒸汽產生裝置75的環形空心金屬箱體755的內環空腔758底部，產品料倉94置於爐體91底部，產品料倉94上接鉸籠密封排料器96，鉸籠密封排料器96屬現有技術，如市場上的密封排料器、密封回料器、密封下料器等。本例連續熱解氣化的方法是:(I)、通過控制入爐煤矸石皮帶輸送機95將調溼脫水後的入爐煤矸石粒料送入入爐料倉92中，再通過入爐布料通道921進入煤矸石熱解裝置6的熱解氣化室61中；(2)、通過煤矸石熱解裝置6的外燃氣加熱裝置64、內燃氣加熱裝置67中淨化後煤氣燃燒給熱解氣化室61提供熱源，煤矸石在熱解氣化室61中高溫環境下進行熱解；(3)、通過水煤氣反應裝置7從熱解氣化室61下部通入高溫水蒸汽，並與熱解氣化室61的高溫炙熱的煤矸石熱解物料接觸，煤矸石熱解後的固體產物中的炭與過熱水蒸汽相遇進行水煤氣反應生成水煤氣；(4)、煤矸石熱解氣化後的固體產物從熱解氣化室61中落入物料降溫裝置70的高溫降溫室701和低溫降溫室702中，對經過低溫降溫室702和高溫降溫室701向上進入熱解氣化室61的水蒸汽再次加熱成為過熱的高溫水蒸汽，同時又對煤矸石熱解氣化後的固體產物進行降溫，再利用低溫降溫室702中固體產物餘熱給蒸汽產生裝置75的環形空心金屬箱體755的爐體水包753中的水加熱形成水蒸汽，水蒸汽通過汽包輸入管751進入蒸汽包754中，給蒸汽包754中補充因水煤氣反應而消耗的大量水蒸汽；(5)、蒸汽包754通過汽包輸入管752和蒸汽進入通管707再向物料降溫裝置70的低溫降溫室702通入水蒸汽，使得水煤氣反應能夠連續不間斷進行；(6)、煤矸石在高溫熱解過程中產生的氣體和進行水煤氣反應生成水煤氣(一氧化碳和氫氣)，統稱為荒煤氣，荒煤氣通過爐體上設置的荒煤氣導出裝置8導出，以便進行化產回收和利用，同時較高溫度的荒煤氣從熱解氣化室61頂部進入荒煤氣導出裝置的導出主通道84過程又對從入爐布料通道921進入的熱解氣化室61頂部的剛入爐的煤矸石粒料進行預熱；(7)根據煤矸石熱解氣化程度，適時控制鉸籠密封排料器96開啟或關閉，將低溫降溫室702和內環空腔758中煤矸石高溫熱解氣化降溫後的固體產物排入產品料倉中。本例將煤矸石熱解氣化工藝整合在同一個煤熱爐體，實現連續煤矸石熱解氣化，生產效率高，設備所需廠房面小，人力成本低，同時利用熱解氣化後的固體產物中餘熱產生水蒸汽，又利用水蒸汽給高溫熱解氣化後的固體產物進行降溫同時產生水煤氣反應所需要的高溼過熱水蒸汽，具有低耗、環保的特點。第四部分、煤熱解氣體的綜合循環利用第一章荒煤氣的回收淨化利用(化產)第一節荒煤氣冷凝裝置煤矸石熱解氣化排出荒煤氣溫度較高， 為了便於高溫荒煤氣在化產回收前進行輸送，對高溫荒煤氣噴灑氨水進行冷卻。
第二節荒煤氣的回收淨化氨水噴灑後的荒煤氣進行氣液分離，氣液分離後的混合液中含有多種有用的有機成份如酚油、萘油、洗油、蒽油等用於工業提煉其它附屬產品，氣液分離後的煤氣經空冷降溫後，經幹法回收淨化回收後成為淨煤氣，淨煤氣可存儲起來用於燃燒。第二章荒煤氣回收淨化後燃燒利用第一節荒煤氣回收淨化後淨煤氣燃燒經過吸附後的淨煤氣用於燃燒給煤矸石熱解氣化提供熱源。第二節利用 淨煤氣燃燒後廢氣對飽和活性焦再生加熱淨煤氣燃燒後的熱廢氣用於因吸附淨化荒煤氣而成飽和活性焦進行蒸發加熱再生為不飽和活性焦。第三節利用淨煤氣燃燒後熱廢氣對入爐煤矸石粒料調溼淨煤氣燃燒後的熱廢氣用於對入爐前的煤矸石粒料進行調溼脫水。第三章熱循環連續煤矸石熱解氣化綜合第一節熱循環連續煤矸石熱解氣化和調溼及尾氣淨化淨煤氣燃燒後的熱廢氣用於對入爐前的煤矸石粒料進行調溼脫水，熱廢氣脫水後再進行水沐淨化和降溫，最後達到乾淨低溫排放。第二節熱循環連續煤矸石熱解氣化綜合工藝綜合以上內容得出一種熱循環連續煤矸石熱解氣化完整的綜合工藝，包括入爐煤矸石熱廢氣調溼脫水、煤矸石熱解氣化、荒煤氣冷凝、荒煤氣回收淨化、尾氣水沐淨化等。第三節熱循環連續煤矸石熱解氣化綜合工藝的控制本發明通過煤矸石熱解氣化、荒煤氣回收淨化、淨煤氣燃燒、燃燒後的熱廢氣的餘熱利用等工藝中使用的各種電器設備予以控制，使得熱循環連續煤矸石熱解氣化得以順利進行。以上內容介紹只是例舉熱循環連續煤矸石熱解氣化綜合裝置及工藝的一個具實施例，並不構成對本案熱循環連續煤矸石熱解氣化綜合裝置及工藝保護範圍的限制。
權利要求
1.煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，其特徵在於:包括熱解氣化室、物料降溫裝置、蒸汽產生裝置；所述的熱解氣化室與煤矸石熱解裝置的熱解氣化室為同一室，熱解氣化室位於中心支撐弓上方；所述的物料降溫裝置、蒸汽產生裝置位於中心支撐弓下方，所述的物料降溫裝置包括高溫降溫室、低溫降溫室、降溫室橋弓，高溫降溫室的頂部與熱解氣化室底部相通，高溫降溫室與低溫降溫室上下設置，降溫室橋弓設置在高溫降溫室與低溫降溫室之間，所述的降溫室橋弓包括橋弓、集汽室、蒸汽進入通管；橋弓中部形成集汽室，集汽室的下部開口朝向低溫降溫室，蒸汽進入通管設置在橋弓中，蒸汽進入通管一端通向集汽室，另一端伸出爐外；所述的蒸汽產生裝置包括環形空心金屬箱體、蒸汽包及汽包輸入管、汽包輸出管，環形空心金屬箱體安裝在爐體底部，環形空心金屬箱體的內環空腔接於物料降溫裝置的低溫降溫室下部，環形空心金屬箱體箱內形成相對密封用於存儲水的爐體水包，爐體水包接有進水管和汽包輸入管，進水管與儲水箱相通，汽包輸入管與蒸汽包相接通，蒸汽包的汽包輸出管與物料降溫裝置的蒸汽進入通管另一端相通。
2.如權利要求1所述的煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，其特徵在於:所述的物料降溫裝置的降溫室橋弓以高溫降溫室和低溫降溫室軸中心呈一定角度間隔成輻形布置。
3.如權利要求 1所述的煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，其特徵在於:所述的物料降溫裝置的降溫室橋弓的集汽室為一個柱形腔室，集汽室的頂部設置有半球形風帽。
4.如權利要求1所述的煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，其特徵在於:所述的蒸汽產生裝置的環形空心金屬箱體的內環空腔呈上大下小漏鬥狀。
全文摘要
本發明公開煤矸石熱解氣化的水煤氣反應裝置，包括熱解氣化室、物料降溫裝置、蒸汽產生裝置；物料降溫裝置包括高溫降溫室、低溫降溫室、降溫室橋弓，高溫降溫室的頂部與熱解氣化室底部相通，降溫室橋弓設置在高溫降溫室與低溫降溫室之間包括橋弓、集汽室、蒸汽進入通管；橋弓中部的集汽室下部開口朝向低溫降溫室，蒸汽進入通管一端通向集汽室；蒸汽產生裝置包括環形空心金屬箱體、蒸汽包及汽包輸入管、汽包輸出管，環形空心金屬箱體箱內形成爐體水包，爐體水包的汽包輸入管與蒸汽包相接通，蒸汽包的汽包輸出管與蒸汽進入通管另一端相通。本發明利用煤矸石熱解氣化後的固體產物的餘熱產生過熱水蒸汽，促進水煤氣反應。
文檔編號C10J3/82GK103194268SQ20131013284
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者王新民 申請人:山西鑫立能源科技有限公司