粉煤制焦設備及制焦方法

2023-07-19 04:40:16

專利名稱：粉煤制焦設備及制焦方法
技術領域：
本發明涉及一種將煤炭制焦技術領域，特別涉及一種粉煤制焦設備及制焦方法。
背景技術：
半焦又稱蘭炭，是由原煤低溫乾餾所得的可燃固體產物。原煤在快速熱解過程中脫除熱解水、焦油、部分的硫和煤氣。原煤制半焦的產率約為原料煤質量的50% -70%。半焦色黑多孔，主要成分是碳、灰分和揮發分。其灰分含量取決於原料煤質，揮發分含量約5%-20% (質量)。與焦炭相比，揮發分含量高，孔隙率大而機械強度低。與一氧化碳、蒸汽或氧相比，具有較強的反應活性。半焦是很好的高熱值無煙燃料，主要用作工業或民用燃料，也用於合成氣、電石生產等，少量用作銅礦或磷礦等冶煉時的還原劑，此外也用作煉焦配煤。半焦含有比煤體較高的熱值。半焦的可磨性、反應性及燃燒性都比煤好，因此，半焦可代替無煙煤用作鋼鐵廠和電廠高爐理想的噴吹燃料，以及鋼鐵廠的燒結用料。現有的煤半焦熱解爐，無論是內熱式還是外熱式，對使用的原煤的粒度都要求在20mm-80mm之間，而20mm以下粉煤，由於間隙小、透氣性差、火焰穿透力不足、或熱能傳導不暢等原因，用於制焦會導致同一煤層不同部位的溫度不均衡，熱解不均勻，造成部分產品過燒、部分產品欠燒，質量不穩定；同時，熱解後的煤氣也無法順利排出。另外，煤氣夾帶粉塵溢出，導致焦油和粉塵無法脫離，影響焦油品質。

發明內容
本發明需要解決的技術問題就在於克服現有技術的缺陷，提供一種粉煤制焦方法，以便對粒徑在20mm以下的粉煤進行制焦，並且可以實現粉煤熱交換均衡，從而產生粉狀半焦、煤氣和煤焦油。 本發明的另一目的是提供一種實現上述粉煤制焦方法的粉煤制焦設備。根據本發明第一方面，提供了一種粉煤制焦方法，包括以下步驟:在用於粉煤制焦的炭化室內逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板；利用所述多個粉煤承載板構成相互連通的多層熱交換單元，其每層熱交換單元均具有基於粉煤承載板上的粉煤堆積區域和氣體流動區域，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境；將粉煤從上至下布入各層熱交換單元中，使得每層熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積斜向分布的粉煤層；利用各層的氣體流動區域將通過燃燒或者加熱產生的熱載體氣體從下向上流動到各層熱交換單元，使熱載體氣體分別與各個熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換。優選地，當所述炭化室為內熱式結構時，炭化室分為預熱乾燥區、熱解乾餾區、燃燒焦化區和半焦冷卻區；其中:
預熱乾燥區包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥；熱解乾餾區包含位於炭化室中上部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行低溫熱解，乾餾出粉煤中揮發份；燃燒焦化區包含位於炭化室中下部的若干個熱交換單元，用於產生熱載體氣體，並對經熱解乾餾區熱解的粉煤進行進一步中溫熱解，乾餾出粉煤中殘留的揮發份，生產出粉狀半焦；半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。優選地，當所述炭化室為外熱式結構，炭化室分為預熱乾燥區、熱解乾餾區和半焦冷卻區；其中:預熱乾燥區包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥；熱解乾餾區包含位於炭化室中部和下部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行熱解，乾餾出粉煤中揮發份，生產出粉狀半焦；半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。優選地，所述 的逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟包括:在炭化室內逐層安裝多個帶有通氣氣隙的三角形或弧形等形狀的粉煤承載板；其中，布入粉煤時，在所述粉煤承載板的作用下粉煤下行，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域；其中，所述粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙，其作用在於，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。優選地，所述的逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟包括:在炭化室內側逐層相對交錯地安裝多個向下傾斜的帶有通氣氣隙的粉煤承載板，使任意兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部；其中，每個粉煤承載板的下端部均開有用於粉煤向下流動的開口 ；其中，粉煤承載板與炭化室內側的夾角為20度至70度之間；其中，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。優選地，每層熱交換單元均由兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板下表面和下層粉煤承載板上表面及其周圍的炭化室內壁圍成，在布入粉煤時，利用粉煤之間的擠壓支撐作用，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域。優選地，每層熱交換單元的粉煤承載板上設有與其氣體流動區域連通的氣道，每層熱交換單元的氣體流動區域通過位於其上的上氣道與位於其上層熱交換單元的氣體流動區域相連通，通過位於其下的下氣道與位於其下層熱交換單元的氣體流動區域相連通，所述氣道使熱載體氣體逐層上行與各層熱交換單元的粉煤層熱交換，最後從上方排氣口外排。優選地，預熱乾燥區中的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，當待排放氣體夾帶許多粉塵時，關閉一個或幾個氣道閥門，強迫熱載體氣體從粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，利用粉煤承載板上堆積的未乾燥的粉煤層對待排放的氣體中的粉塵進行過濾。優選地，燃燒焦化區中的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，用於根據進入炭化室內的煤氣和空氣的壓力大小，關閉一個或幾個氣道，迫使熱載體氣體從上方粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，使熱載體氣體和粉煤熱交換更充分，提高生產效率。優選地，所述的熱載體氣體分別與各個熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換的步驟包括:進入燃燒焦化區內的煤氣和空氣經燃燒或加熱後產生熱載體氣體，熱載體氣體通過上方粉煤層或粉煤承載板一側的氣道上行進入熱解乾餾區的各個熱交換單元並充滿其氣體流動區域；

每個熱交換單元的氣體流動區域的熱載體氣體通過其上的粉煤承載板及其氣隙的傳導對位於其上層的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份，並直接對位於其下的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份；乾餾出的揮發份和熱載體氣體通過各熱解乾餾區的氣體流動區域繼續上行，對粉煤預熱乾燥區的粉煤進行預熱乾燥。優選地，本發明方法的氣體流動的過程為:煤氣和空氣從進氣口進入，通過相鄰半焦出料通道之間形成的氣體流動通道上行，在半焦冷卻區利用高溫半焦進行預熱，從氣體通道進入氣體噴出裝置，噴入燃燒焦化區燃燒產生熱載體氣體，熱載體氣體上行穿過熱解乾餾區各熱交換單元內的氣體流動區域，對上下層粉煤進行熱解，乾餾出揮發份，煤氣氣體再往上穿行，通過預熱乾燥區蒸發出水蒸汽，最後通過排氣口外排。優選地，本發明方法的氣體流動的過程為:煤氣和空氣通過相鄰半焦出料通道之間形成的氣體流動通道上行，在半焦冷卻區利用高溫半焦進行預熱，從進氣口進入燃燒室，經燃燒產生熱載體氣體，熱載體氣體的熱能通過隔牆傳導到各熱交換單元內的氣體流動區域並上行，對上下層粉煤進行熱解，乾餾出揮發份，煤氣氣體再往上穿行，通過預熱乾燥區蒸發出水蒸汽，最後通過排氣口外排。優選地，本發明方法中的將粉煤製成半焦的過程為:粉煤入爐，進入預熱乾燥區，經預熱蒸發掉水份，乾粉煤下行流入熱解乾餾區和燃燒焦化區，經低、中溫熱解，乾餾出揮發份，最後經空氣冷卻後通過排焦口排出，生產出半焦。優選地，本發明將粉煤製成半焦的過程為:粉煤入爐，進入預熱乾燥區，經預熱蒸發掉水份，乾粉煤下行流入熱解乾餾區熱解，乾餾出揮發份，最後經空氣冷卻後通過排焦口排出，生產出半焦。本發明方法可生產出半焦、煤氣和焦油，從而解決了粉煤制焦的最大難題。根據本發明第二方面，提供了一種粉煤制焦設備，包括多個炭化室，其每個炭化室包括:逐層向下傾斜安裝的多個粉煤承載板；利用所述多個粉煤承載板構成的相互連通的多層熱交換單元，其每層熱交換單元均具有基於粉煤承載板上的粉煤堆積區域和氣體流動區域，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境；設置於炭化室頂端的布料口，用於將粉煤從上至下布入各層熱交換單元中，使得每層熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積有斜向分布的粉煤層；
熱載體氣體產生裝置，用於通過燃燒或者加熱產生熱載體氣體，熱載體氣體利用各層的氣體流動區域，從下向上流動到各層熱交換單元，分別與各熱交換單元的粉煤層進行熱交換；設置於炭化室下方的曲線式半焦出料通道。優選地，位於炭化室下方的半焦出料通道設置為曲線形狀，在同樣的高度下，增加了半焦出料通道長度，增加炭化室氣體下行的阻力，延長半焦下行時間，使半焦有更長的被冷卻時間。其中，兩個相鄰炭化室的半焦出料通道間設置為氣體通道，煤氣和空氣從該氣體通道通過，對高溫半焦進行強行冷卻，實現幹熄焦目的；同時利用半焦餘熱對氣體進行預熱，起到節能減排作用。優選地，所述粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙；並且每個粉煤承載板下端部均開有用於粉煤向下流動的開口 ；其中，任意兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部；其中，粉煤承載板與炭化室內側的夾角為20度至70度之間；其中，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。優選地，所述的熱交換單元均由兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板下表面和下層粉煤承載板上表面及其周圍的炭化室內壁圍成；其中，在布入粉煤時，每層熱交換單元利用其傾斜的粉煤承載板 在其上堆積傾斜粉煤層，並形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域。優選地，每層熱交換單元的氣體流動區域通過位於其上的上氣道與位於其上層熱交換單元的氣體流動區域相連通，通過位於其下的下氣道與位於其下層熱交換單元的氣體流動區域相連通。優選地，位於炭化室上部的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，當待排放氣體夾帶許多粉塵時，關閉一個或幾個氣道閥門，強迫熱載體氣體從粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，利用粉煤承載板上堆積的未乾燥的粉煤層對待排放的氣體中的粉塵進行過濾。優選地，位於炭化室中下部的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，用於根據進入炭化室內的煤氣和空氣的壓力大小，關閉一個或幾個氣道，迫使熱載體氣體從上方粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，使熱載體氣體和粉煤熱交換更充分。根據本發明第三方面，提供了一種利用上述制焦方法對粉煤或粉狀物進行烘乾的方法。根據本發明的第四方面，提供了一種利用上述制焦方法對粉狀(20mm以下)的油頁巖進行熱解乾餾的方法。根據本發明的第五方面，提供了一種粉煤制氣方法，對粉煤進行制氣處理。相對於現有技術，本發明的有益技術效果是:對於粒徑在20mm以下的粉煤，本發明可以從根本上保證了粉煤制焦過程中粉煤均衡加溫、熱交換，煤氣粉塵過濾，及煤氣溢出通道通暢，從而能使粉煤制焦順利進行。此外，本發明通過利用上行的熱載體氣體對粉煤進行預熱，及下行的半焦對冷空氣和煤氣進行預熱，使熱能充分利用，達到節能減排的目的。


圖1是本發明的一種內熱式粉煤制焦設備的示意圖；圖2是本發明的一種外熱式粉煤制焦設備的示意圖；圖3是圖1和2所示的 粉煤半焦炭化室的示意圖；圖4是圖3的左視圖；圖5是圖3的C向視圖；圖6是粉煤半焦炭化室布入粉煤後的示意圖；圖7a是粉煤半焦炭化室的粉煤承載板上的氣隙的一種結構和分布示意圖；圖7b是粉煤半焦炭化室的粉煤承載板上的氣隙的另一種結構和分布示意圖；圖7c是粉煤半焦炭化室的粉煤承載板上的氣隙的另一種結構和分布示意圖。
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發明提供了一種粉煤制焦設備，包括粉煤制焦爐I，所述粉煤制焦爐I自上而下分別為布料口 2、排氣口 10、多個粉煤制焦炭化室8、出焦口 9、半焦出料通道5、氣體流動通道6以及空氣和煤氣進氣口 7。圖1顯示了本發明的內熱式粉煤制焦設備。其中粉煤制焦爐I頂部為布料口 2，布料口 2上有用於布料的加料車。粉煤制焦爐I下方為出焦口 9和排焦機19，用於收集並推出粉狀半焦。粉煤制焦爐I具有外隔牆和多個內隔牆21，每個粉煤制焦炭化室8均由隔牆圍成，例如外側粉煤制焦炭化室8由外隔牆和內隔牆圍成，位於內部的粉煤制焦炭化室8由兩個內隔牆圍成。每個粉煤制焦炭化室8內左右兩個隔牆上逐層相對交錯地設立多個粉煤承載板18，從而在粉煤制焦炭化室8內形成了多層熱交換單元81 (參見圖3)。此外，每個粉煤制焦炭化室8下方設置有內熱式加熱裝置(噴嘴16以及連通噴嘴16的氣體通道15)。圖2顯示了本發明的外熱式粉煤制焦設備。其中粉煤制焦爐I頂部為布料口 2，布料口 2上有用於布料的加料車。粉煤制焦爐I下方為出焦口 9和排焦機19，用於收集並推出粉狀半焦。粉煤制焦爐I具有外隔牆和多個內隔牆21，每個粉煤制焦炭化室8均由隔牆圍成，例如外側粉煤制焦炭化室8由外隔牆和內隔牆圍成，位於內部的粉煤制焦炭化室8由兩個內隔牆圍成。每個粉煤制焦炭化室8內左右兩個隔牆上逐層相對交錯地設立多個粉煤承載板18，從而在粉煤制焦炭化室8內形成了多層熱交換單元81 (參見圖3)。此外，粉煤制焦炭化室8之間設置有外熱式加熱裝置20，如隔牆燃燒室。具體地，本發明主要是開發了一種適於粉煤制焦的粉煤制焦炭化室8，以及利用該粉煤制焦炭化室8將粉煤制焦的方法。下面主要結合圖1至圖7對本發明的包括多個粉煤制焦炭化室8的粉煤制焦設備以及在炭化室內進行制焦的方法進行詳細說明。圖3顯示了圖1和圖2所示的粉煤制焦炭化室8的具體結構示意圖。如圖3所示，本發明粉煤制焦炭化室8包括:逐層向下傾斜安裝的多個粉煤承載板18 ；利用所述多個粉煤承載板18構成的相互連通的多層熱交換單元81，其每層熱交換單元81均具有基於粉煤承載板18上的粉煤堆積區域(對應於圖6所示的粉煤層811)和氣體流動區域812，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境；設置於炭化室頂端的布料口 82，用於將粉煤從上至下布入各層熱交換單元81中，在布入粉煤時，利用粉煤之間的擠壓支撐作用，使得每層熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積有斜向分布的粉煤層811 (如圖6所示)，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域812 (如圖6所示)；熱載體氣體產生裝置，用於通過燃燒或者加熱產生熱載體氣體，熱載體氣體利用各層的氣體流動區域，從下向上流動到各層熱交換單元81，分別與各熱交換單元的粉煤層811進行熱交換；設置於炭化室下方的曲線式半焦出料通道5，曲線式的半焦出料通道5在同樣的垂直高度下，增加了半焦出料通道5的長度，增加炭化室氣體下行的阻力，延長半焦下行時間，使半焦有更長的被冷卻時間。如圖1所示，相鄰兩個炭化室的出料通道5之間設置氣體流動通道6，煤氣和空氣穿過氣體流動通道6進入內熱式加熱裝置前對高溫半焦進行強行冷卻，實現幹熄焦目的；同時煤氣或空氣本身利用半焦餘熱獲得了預熱，起到節能減排作用。如圖2所示，相鄰兩個炭化室之間設置有隔牆燃燒室20，且相鄰兩個炭化室的出料通道5之間設置氣體流動通道6，煤氣和空氣穿過氣體流動通道6進入隔牆燃燒室20前對高溫半焦進行強行冷卻，實現幹熄焦目的；同時煤氣或空氣本身利用半焦餘熱獲得了預熱，起到節能減排作用。下面對粉煤制焦炭化室8內的各組成部分進行詳細說明。如圖3至6所示，各個粉煤承載板18上均開有多個用於從其下方對其上的粉煤層811進行粉煤熱解的通氣氣隙181。如圖7a所示，通氣氣隙181優選為貫通粉煤承載板18的長條形通孔；也可以是如圖7b所示的短條形通孔；也可以是如圖7c所示的圓通孔，並且最好按照三角形分布在粉煤承載板18上。其中，粉煤在下行過程中不能通過氣隙181下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過氣隙181上行。
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如圖3或6所示，每個粉煤承載板18下端部均開有用於粉煤向下流動的開口 182，並且任意兩個相鄰粉煤承載板18的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部，且粉煤承載板18與炭化室內側的夾角為20度至70度之間。如圖3或6所示，本發明的每層熱交換單元81均由兩個相鄰粉煤承載板18的上層粉煤承載板下表面和下層粉煤承載板上表面及其周圍的炭化室內壁圍成；在布入粉煤時，每層熱交換單元81利用其傾斜的粉煤承載板18在其上堆積傾斜粉煤層811，並形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域812。如圖4所示，本發明每層熱交換單元81的粉煤承載板18上設有與其氣體流動區域812連通的氣道80，每層熱交換單元81的氣體流動區域812通過位於其上的上氣道與位於其上層熱交換單元的氣體流動區域相連通，通過位於其下的下氣道與位於其下層熱交換單元的氣體流動區域相連通。除圖3至圖5所示氣道之外，本發明還可設置從上至下依次穿過各粉煤承載板18的多個氣道，相鄰粉煤承載板18之間的氣道部分均開設有與該層熱交換單元81的氣體流動區域812相連通的通氣口，熱載體氣體通過該氣道從下向上流動到各層熱交換單元，並通過該通氣口與各熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換。此外，當粉煤制焦炭化室8為內熱式結構時，粉煤制焦炭化室8分為預熱乾燥區31、熱解乾餾區32、燃燒焦化區33和半焦冷卻區34 ;當粉煤制焦炭化室8為外熱式結構時，粉煤制焦炭化室8分為預熱乾燥區31、熱解乾餾區32和半焦冷卻區34，其預熱乾燥區31中的一個或多個熱交換單元81的氣道設置氣道閥門，當待排放氣體夾帶許多粉塵時，關閉一個或幾個氣道閥門，強迫熱載體氣體從粉煤承載板18的氣隙181和粉煤中穿過，利用粉煤承載板18上堆積的未乾燥的粉煤層811對待排放的氣體中的粉塵進行過濾。此外，當粉煤制焦炭化室8為內熱式結構時，其燃燒焦化區的一個或多個熱交換單元81的氣道設置氣道閥門，用於根據進入炭化室內的煤氣和空氣的壓力大小，關閉一個或幾個氣道，迫使熱載體氣體從上方粉煤承載板18的通氣氣隙181和粉煤中穿過，使熱載體氣體和粉煤熱交換更充分，提高生產效率。如圖2所示，在炭化室內逐層安裝的多個帶有通氣氣隙的粉煤承載板也可以為三角形或弧形。其中，布入粉煤時，在所述粉煤承載板的作用下粉煤下行，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域，也就是說，每個粉煤承載板之上堆積有傾斜粉煤層，之下分布有氣體流動區域；其中，粉煤承載板上開有多個用於從下方 對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。下面主要對本發明在粉煤制焦炭化室8內進行制焦的方法詳細說明。下面結合圖6詳細說明本發明的粉煤制焦方法，一般來說，本發明的粉煤制焦方法包括以下步驟:在用於粉煤制焦的炭化室8內逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板18 ；利用多個粉煤承載板18形成相互連通的多層熱交換單元81，其每層熱交換單元81均具有基於粉煤承載板18上的粉煤堆積區域(對應於圖6所示的粉煤層811)和氣體流動區域812，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境；將粉煤從上至下布入各層熱交換單元81中，使得每層熱交換單元81的粉煤堆積區域上分別堆積斜向分布的粉煤層811 ；利用各層的氣體流動區域812將通過燃燒或者加熱產生的熱載體氣體從下向上流動到各層熱交換單元，使熱載體氣體分別與各熱交換單元81從上而下流動的粉煤層進行熱交換。具體地，在本發明制焦方法中，逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟包括:如圖3或6所示，在炭化室8內側逐層相對交錯地安裝多個向下傾斜的帶有通氣氣隙181的粉煤承載板18，使任意兩個相鄰粉煤承載板18的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部；其中，每個粉煤承載板18的下端部均開有用於粉煤向下流動的開口 ；其中，粉煤承載板18與炭化室內側的夾角為20度至70度之間；其中，粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。此外，本發明逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟還包括:在炭化室內逐層安裝多個帶有通氣氣隙的三角形或弧形等形狀的粉煤承載板；其中，布入粉煤時，在所述粉煤承載板的作用下粉煤下行，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域，也就是說，每個粉煤承載板之上堆積有傾斜粉煤層，之下分布有氣體流動區域；其中，所述粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙，其作用在於，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。具體地，在本發明制焦方法中，熱載體氣體分別與各個熱交換單元81從上而下流動的粉煤層進行熱交換的步驟包括:煤氣和空氣經燃燒或加熱後產生熱載體氣體，熱載體氣體通過上層粉煤層或粉煤承載板一側的氣道上行進入熱解乾餾區的各個熱交換單元並充滿其氣體流動區域；每個熱交換單元的氣體流動區域的熱載體氣體通過其上的粉煤承載板及其氣隙的傳導對位於其上層的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份，並直接對位於其下的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份；乾餾出的揮發份和熱載體氣體通過各熱解乾餾區的氣體流動區域繼續上行，對粉煤預熱乾燥區31的粉煤進行預熱乾燥。實施例1內熱式結構的粉煤制焦炭化室8的制焦方法如圖1所示，當粉煤制焦炭化室8為內熱式結構時，粉煤制焦炭化室8分為預熱乾燥區31、熱解乾餾區32、燃燒焦化區33和半焦冷卻區34，其中:預熱乾燥區31包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥；熱解乾餾區包含位於炭化室中上部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行低溫熱解，乾餾出粉煤中揮發份；燃燒焦化區包含位於炭化室中下部的若干個熱交換單元，用於產生熱載體氣體，並對經熱解乾餾區熱解的粉煤進行進一步中溫熱解，乾餾出粉煤中殘留的揮發份，生產出粉狀半焦；半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。在本發明制焦方法中，熱載體氣體分別與各熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換的步驟包括:進入燃燒焦化區內的煤氣和空氣經燃燒後產生熱載體氣體，熱載體氣體通過上層粉煤層或粉煤承載板一側的氣道上行進入熱解乾餾區的各個熱交換單元並充滿各個熱解乾餾區的各個氣體流動區域；每個熱交換單元的氣體流動區域的熱載體氣體穿過其上的粉煤承載板及其氣隙對位於其上層的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份，並直接對位於其下的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份；乾餾出的揮發份和熱載體氣體通過各熱解乾餾區的氣體流動區域繼續上行，對粉煤預熱乾燥區31的粉煤進行預熱乾燥。
對於內熱式粉煤制焦炭化室8，本發明將粉煤製成半焦的過程為:粉煤從布料口 2入爐，在粉煤承載板的作用下，粉煤從上至下依次進入內熱式粉煤制焦炭化室8的預熱乾燥區31，經預熱蒸發掉水份；乾粉煤繼續下行進入熱解乾餾區進行低溫熱解，乾餾出粉煤中揮發份；從熱解乾餾區進入燃燒焦化區中溫熱解，乾餾出揮發份；最後進入半焦冷卻區經空氣和煤氣冷卻後，生產出低溫半焦，通過排焦機19排出。本發明方法的氣體流動的過程為:煤氣和空氣從進氣口 7進入，通過相鄰半焦出料通道5之間形成的氣體流動通道6上行，在半焦冷卻區利用高溫半焦進行預熱，從氣體通道15進入氣體噴出裝置，從噴嘴16噴入燃燒焦化區燃燒產生熱載體氣體，熱載體氣體上行穿過熱解乾餾區各熱交換單元內的氣體流動區域，對上下層粉煤進行熱解，乾餾出揮發份，煤氣氣體再往上穿行，通過預熱乾燥區31蒸發出水蒸汽，最後通過排氣口 10外排。本發明方法可生產出半焦、煤氣和焦油，從而解決了粉煤制焦的最大難題。
實施例2外熱式結構的粉煤制焦炭化室8的制焦方法如圖2所示，當粉煤制焦炭化室8為外熱式結構時，炭化室分為預熱乾燥區31、熱解乾餾區32和半焦冷卻區34，其中:預熱乾燥區31包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥；熱解乾餾區包含位於炭化室中部和下部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行熱解，乾餾出粉煤中揮發份，生產出粉狀半焦；半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。在本發明制焦方法中，熱載體氣體分別與各熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換的步驟包括:煤氣和空氣在隔牆燃燒室內燃燒產生熱載體氣體，該熱載體氣體的熱能經隔牆熱傳導與各熱交換單元的粉煤進行熱交換，粉煤經低、中溫熱解後乾餾出煤氣，同時熱載體煤氣通過上層粉煤層或粉煤承載板一側的氣道上行進入熱解乾餾區的各個熱交換單元並充滿各個熱解乾餾區的各個 氣體流動區域；每個熱交換單元的氣體流動區域的熱載體煤氣穿過其上的粉煤承載板及其氣隙對位於其上層的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份，並直接對位於其下的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份；乾餾出的揮發份和熱載體煤氣通過各熱解乾餾區的氣體流動區域繼續上行，對粉煤預熱乾燥區31的粉煤進行預熱乾燥。對於外熱式粉煤制焦炭化室8，本發明將粉煤製成半焦的過程為:粉煤從布料口 2入爐，在粉煤承載板的作用下，粉煤從上至下依次進入外熱式粉煤制焦炭化室8的預熱乾燥區31，經預熱蒸發掉水份；乾粉煤繼續下行進入熱解乾餾區進行熱解，乾餾出揮發份 』最後從熱解乾餾區進入半焦冷卻區經空氣和煤氣冷卻後，生產出低溫半焦，通過排焦機19排出。本發明方法的氣體流動的過程為:煤氣和空氣通過相鄰半焦出料通道5之間形成的氣體流動通道6上行，在半焦冷卻區利用高溫半焦進行預熱，從進氣口 7進入燃燒室，經燃燒產生熱載體氣體，熱載體氣體的熱能通過隔牆傳導到各熱交換單元內的氣體流動區域並上行，對上下層粉煤進行熱解，乾餾出揮發份，煤氣氣體再往上穿行，通過預熱乾燥區31蒸發出水蒸汽，最後通過排氣口 10外排。本發明方法可生產出半焦、煤氣和焦油，從而解決了粉煤制焦的最大難題。本發明還提供一種利用上述制焦方法對粉煤或粉狀物進行烘乾的方法，用於對含水率高的粉煤進行烘乾處理。本發明還提供一種利用上述制焦方法對粉狀(20_以下)的油頁巖進行熱解乾餾的方法。本發明對粒徑在20mm以下的粉煤進行制焦，並且可以實現粉煤熱交換均衡，從而產生粉狀半焦、煤氣和煤焦油。最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。
權利要求
1.一種粉煤制焦方法，其特徵在於，包括下列步驟: 在用於粉煤制焦的炭化室內逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板； 利用所述多個粉煤承載板構成相互連通的多層熱交換單元，其每層熱交換單元均具有基於粉煤承載板上的粉煤堆積區域和氣體流動區域，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境； 將粉煤從上至下布入各層熱交換單元中，使得每層熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積斜向分布的粉煤層； 利用各層的氣體流動區域將通過燃燒或者加熱產生的熱載體氣體從下向上流動到各層熱交換單元，使熱載體氣體分別與各個熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，當所述炭化室為內熱式結構時，炭化室分為預熱乾燥區、熱解乾餾區、燃燒焦化區和半焦冷卻區；其中: 預熱乾燥區包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥； 熱解乾餾區包含位於炭化室中上部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行低溫熱解，乾餾出粉煤中揮發份； 燃燒焦化區包含位於炭化室中下部的若干個熱交換單元，用於產生熱載體氣體，並對經熱解乾餾區熱解的粉煤進行進一步中溫熱解，乾餾出粉煤中殘留的揮發份，生產出粉狀半焦； 半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。
3.根據權利要求1所述的 方法，其特徵在於，當所述炭化室為外熱式結構，炭化室分為預熱乾燥區、熱解乾餾區和半焦冷卻區；其中: 預熱乾燥區包含位於炭化室上部的若干個熱交換單元，用於粉煤預熱和乾燥； 熱解乾餾區包含位於炭化室中部和下部的若干個熱交換單元，用於對預熱和乾燥後的粉煤進行熱解，乾餾出粉煤中揮發份，生產出粉狀半焦； 半焦冷卻區包含位於炭化室下部的若干個熱交換單元和曲線式半焦出料通道，用於利用高溫半焦對外部進入的空氣和煤氣進行預熱，並對半焦進行冷卻，排出低溫半焦。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，所述的逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟包括: 在炭化室內逐層安裝多個帶有通氣氣隙的三角形或弧形等形狀的粉煤承載板； 其中，布入粉煤時，在所述粉煤承載板的作用下粉煤下行，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域； 其中，粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。
5.根據權利要求2或3所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，所述的逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板的步驟包括: 在炭化室內側逐層相對交錯地安裝多個向下傾斜的帶有通氣氣隙的粉煤承載板，使任意兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部； 其中，每個粉煤承載板的下端部均開有用於粉煤向下流動的開口；其中，粉煤承載板與炭化室內側的夾角為20度至70度之間； 其中，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。
6.根據權利要求5所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，每層熱交換單元均由兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板下表面和下層粉煤承載板上表面及其周圍的炭化室內壁圍成，在布入粉煤時，利用粉煤之間的擠壓支撐作用，在每層熱交換單元的粉煤承載板上堆積傾斜粉煤層，並由此形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域。
7.根據權利要求6所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，每層熱交換單元的粉煤承載板上設有與其氣體流動區域連通的氣道，每層熱交換單元的氣體流動區域通過位於其上的上氣道與位於其上層熱交換單元的氣體流動區域相連通，通過位於其下的下氣道與位於其下層熱交換單元的氣體流動區域相連通，所述氣道使熱載體氣體逐層上行與各層熱交換單元的粉煤層熱交換，最後從上方排氣口外排。
8.根據權利要求7所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，預熱乾燥區中的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，當待排放氣體夾帶許多粉塵時，關閉一個或幾個氣道閥門，強迫熱載體氣體從粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，利用粉煤承載板上堆積的未乾燥的粉煤層對待排放的氣體中的粉塵進行過濾。
9.根據權利要求7所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，燃燒焦化區中的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，用於根據進入炭化室內的煤氣和空氣的壓力大小，關閉一個或幾個氣道，迫使熱載體氣體從上方粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，使熱載體氣體和粉煤熱交換更充分。
10.根據權利要求7所述的粉煤制焦方法，其特徵在於，所述的熱載體氣體分別與各個熱交換單元從上而下流動的粉煤層進行熱交換的步驟包括: 進入燃燒焦化區內的煤氣和空氣經燃燒或加熱後產生熱載體氣體，熱載體氣體通過上方粉煤層或粉煤承載板一側的氣道上行進入熱解乾餾區的各個熱交換單元並充滿其氣體流動區域； 每個熱交換單元的氣體流動區域的熱載體氣體通過其上的粉煤承載板及其氣隙的傳導對位於其上層的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份，並直接對位於其下的粉煤加熱熱解乾餾出揮發份； 乾餾出的揮發份和熱載體氣體通過各熱解乾餾區的氣體流動區域繼續上行，對粉煤預熱乾燥區的粉煤進行預熱乾燥。
11.一種粉煤制焦設備，包括多個炭化室，其特徵在於，炭化室包括: 逐層向下傾斜安裝的多個粉煤承載板； 利用所述多個粉煤承載板構成的相互連通的多層熱交換單元，其每層熱交換單元均具有基於粉煤承載板上的粉煤堆積區域和氣體流動區域，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境； 設置於炭化室頂端的布料口，用於將粉煤從上至下布入各層熱交換單元中，使得每層熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積有斜向分布的粉煤層； 熱載體氣體產生裝置，用於通過燃燒或者加熱產生熱載體氣體，熱載體氣體利用各層的氣體流動區域，從下向上流動到各層熱交換單元，分別與各熱交換單元的粉煤層進行熱交換； 設置於炭化室下方的曲線式半焦出料通道。
12.根據權利要求11所述的粉煤制焦設備，其特徵在於，所述粉煤承載板上開有多個用於從下方對粉煤承載板上的粉煤層進行粉煤加熱熱解的通氣氣隙；並且每個粉煤承載板下端部均開有用於粉煤向下流動的開口； 其中，任意兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板的下端部靠近下層粉煤承載板的上端部； 其中，粉煤承載板與炭化室內側的夾角為20度至70度之間； 其中，粉煤在下行過程中不能通過所述氣隙下行，而從下向上流動的熱載體氣體可以穿過所述氣隙上行。
13.根據權利要求12所述的粉煤制焦設備，其特徵在於，所述的熱交換單元均由兩個相鄰粉煤承載板的上層粉煤承載板下表面和下層粉煤承載板上表面及其周圍的炭化室內壁圍成； 其中，在布入粉煤時，每層熱交換單元利用其傾斜的粉煤承載板在其上堆積傾斜粉煤層，並形成位於傾斜粉煤層之上的氣體流動區域。
14.根據權利要求13所述的粉煤制焦設備，其特徵在於，每層熱交換單元的粉煤承載板上設有與其氣體流動區域連通的氣道，每層熱交換單元的氣體流動區域通過位於其上的上氣道與位於其上層熱交換單元的氣體流動區域相連通，通過位於其下的下氣道與位於其下層熱交換單元的氣體流動區域相連通。
15.根據權利要求14所述的粉煤制焦設備，其特徵在於，位於炭化室上部的一個或多個熱交換單元的氣道設置 氣道閥門，當待排放氣體夾帶許多粉塵時，關閉一個或幾個氣道閥門，強迫熱載體氣體從粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，利用粉煤承載板上堆積的未乾燥的粉煤層對待排放的氣體中的粉塵進行過濾。
16.根據權利要求14所述的粉煤制焦設備，其特徵在於，位於炭化室中下部的一個或多個熱交換單元的氣道設置氣道閥門，用於根據進入炭化室內的煤氣和空氣的壓力大小，關閉一個或幾個氣道，迫使熱載體氣體從上方粉煤承載板的通氣氣隙和粉煤中穿過，使熱載體氣體和粉煤熱交換更充分。
17.一種粉煤烘乾方法，其特徵在於，利用權利要求1至10任一項所述的方法對粉煤進行烘乾處理。
18.一種粉狀油頁巖的熱解乾餾方法，其特徵在於，利用權利要求1至10任一項所述的方法對粉狀油頁巖進行熱解乾餾處理。
19.一種粉煤制氣方法，其特徵在於，利用權利要求1至10任一項所述的方法對粉煤進行制氣處理。
全文摘要
本發明公開了一種粉煤制焦設備和方法，本發明的粉煤制焦方法包括在炭化室內逐層安裝向下傾斜的粉煤承載板；利用多個粉煤承載板形成相互連通的多層熱交換單元，其每層熱交換單元均具有基於粉煤承載板上的粉煤堆積區域和氣體流動區域，以便形成粉煤和氣體可流動的粉煤制焦環境；將粉煤從上至下布入各層熱交換單元中，使得每個熱交換單元的粉煤堆積區域上分別堆積斜向分布的粉煤層；利用各層的氣體流動區域將通過燃燒或者加熱產生的熱載氣體從下向上流動到各層熱交換區域，分別與各熱交換單元的粉煤層進行熱交換，從而產生粉狀半焦、煤氣和煤焦油。
文檔編號C10B17/00GK103160291SQ201210521388
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月9日
發明者陳華金 申請人:新疆美特鎂業有限公司