粉煤熱解裝置的製作方法

2023-10-05 02:55:54 1

本發明涉及粉煤熱解技術領域，具體而言，涉及一種粉煤熱解裝置。

背景技術：

粉煤(又稱沫煤，或低階煤)是在煤炭開採過程中產生的必須副產品，尤其是現代綜合採煤設備的使用更加大了沫煤的產量。而我國對煤炭資源的依賴性較強，目前對粉煤資源開發和清潔利用逐漸重視，這是維持我國經濟可持續發展，保證能源安全發展的重要舉措。

在目前已公開的技術中，如煤制油，煤制天然氣，煤制甲醇等技術，或是採用低溫、中溫和高溫制焦炭、氣的技術，採用的原煤的顆粒基本在25mm以上，而對於粒徑小於25mm的粉煤則較難處理。同時，現有的熱解技術處理能力小，無法滿足大工業化生產，經濟效益及環保性差，社會效益不顯著。上述種種原因造成了粉煤大量堆積，無法產生經濟效益，同時造成新的環保問題。因此，粉煤的清潔利用已成為一個亟需解決的難題。

現有技術對於粉煤的處理工藝中，粉煤熱解工藝能實現對粉煤的清潔高效利用，其熱解產物有焦油，熱解煤氣，高熱值半焦等。當前已知有多種煤炭熱解技術，如內熱式直立爐，固體熱載體快速熱解技術，循環流化床鍋爐與熱解耦合技術，間接加熱熱解技術等，然而，各技術的加熱工藝均存在一定的缺點：

固體熱載體快速熱解技術屬於典型的熱解技術，最早在國外發展起來，國內大連理工大學對其進行研究並推廣。常用熱載體有陶瓷球，石英砂，半焦等。熱載體加熱主要工藝主要如下：從反應器出來的煤氣經過淨化後，然後回送到熱風爐內燃燒，通過產生的煙氣對熱載體進行加熱，一般通過煙氣換熱器，流化床或者提升管進行加熱，以對粉煤進行熱解。此加熱技術系統複雜，操作複雜，能耗高，同時煤氣加熱必然浪費高熱值煤氣。而採用半高溫煙氣加熱，煙氣灰和熱載體分離的旋風分離器效率低，容易導致灰進入到荒煤氣。

氣體直接加熱技術中最典型的是立式爐技術，目前在國內項目較多。其主要工藝如下：從立式爐出來的淨煤氣與空氣發生強烈氧化還原反應釋放出熱量，該熱量傳遞給粉煤後，將粉煤加熱到500℃進行熱解。生成的煙氣與熱解產生的氣體混合後，向上流動，與粉煤逆相而行。在荒煤氣上升過程中，與下降的粉煤進行換熱，以將熱量傳遞給粉煤。在氣體出口處，荒煤氣溫度一般為100℃左右。該爐型生產能力受加熱工藝的限制，即靠淨煤氣與空氣產生的高溫煙氣對煤進行加熱，必然會造成加熱不均，同時產生的煤氣熱值低，不能作為化工原料使用，僅能作為低熱值燃料使用。

循環流化床鍋爐與熱解耦合系統技術有大型試驗項目，但基本沒有工業化推廣。其主要是採用高溫鍋爐煤灰對粉煤進行加熱，在反應器內高溫煤灰與粉煤快速混合，傳熱，完成熱解反應。該技術與高溫熱載體技術類似，但一般需要將熱解設備建在電廠或者有大型硫化床鍋爐附近，限制技術推廣。

中國專利CN201010153412.0公布了一種外熱式臥置迴轉炭化爐熱裂解原煤製備蘭炭的方法，迴轉炭化爐加熱採用淨化後煤氣進行在燃燒室內進行燃燒。此技術生成煤氣熱值高，然而用高熱值煤氣產生的高溫煙氣給迴轉炭化爐進行加熱，經濟性差。

總之，目前的粉煤熱解技術均存在一定的缺陷。基於此，有必要提供一種換熱效率較高、設備簡單且經濟性較高的粉煤熱解裝置。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供一種粉煤熱解裝置，以解決現有的粉煤熱解技術中高換熱效率、設備簡化及高經濟性難以兼得的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種粉煤熱解裝置，其包括：轉式輻射床，轉式輻射床上設置有粉煤進料口、熱介質進口、熱介質出口、半焦出口及荒煤氣排氣口；熱風爐，熱風爐上設置有半焦進口和熱風排氣口，半焦進口和轉式輻射床上的半焦出口相連通；以及除塵器，除塵器上設置有熱風進氣口和淨化風排氣口，熱風進氣口與熱風爐上的熱風排氣口相連通，淨化風排氣口和轉式輻射床上的熱介質進口相連通。

進一步地，上述熱風爐包括：燃燒室，燃燒室上設置有燒嘴、點火器、助燃風進口及半焦進口；以及沉降室，沉降室與燃燒室相連通，沉降室上設置有集灰鬥和熱風排氣口。

進一步地，上述燃燒室與沉降室的底部相連通，且熱風排氣口位於沉降室的頂部，集灰鬥位於沉降室的底部；或者燃燒室與沉降室的頂部相連通，沉降室中設置有一個或多個擋風板，擋風板和沉降室的內壁之間形成彎折的導風通道，且熱風排氣口位於沉降室的遠離燃燒室的一側。

進一步地，上述沉降室中設置有多個擋風板，擋風板具有連接端和自由端，多個擋風板包括設置在沉降室的頂壁上的多個第一擋風板及設置在沉降室的底壁上第二擋風板，相鄰的兩個第一擋風板之間設置有第二擋風板，並且第一擋風板和第二擋風板在氣流流動方向上重疊設置，以使彎折的導風通道呈W型。

進一步地，上述轉式輻射床包括可轉動的第一殼體和位於第一殼體中的輻射管，輻射管的進口與熱介質進口相連通，輻射管的出口與熱介質出口相連通，粉煤進料口、半焦出口及荒煤氣排氣口均位於第一殼體上。

進一步地，上述轉式輻射床的第一殼體包括進料端和出料端，粉煤進料口設置在進料端上，半焦出口和荒煤氣排氣口均設置在出料端上，轉式輻射床沿進料端至出料端向下傾斜設置。

進一步地，上述除塵器為顆粒床除塵器或太棉過濾除塵器。

進一步地，上述除塵器為顆粒床除塵器，顆粒床除塵器包括：顆粒床除塵器本體，顆粒床除塵器本體包括第二殼體和位於第二殼體內部的多層過濾層，第二殼體的內壁上設置有保溫層，熱風進氣口位於第二殼體的頂部，淨化風排氣口位於第二殼體的下部側壁上；以及反吹氣供應裝置，反吹氣供應裝置用於向顆粒床除塵器本體的第二殼體內部供應反吹氣。

進一步地，上述轉式輻射床上還設置有熱介質出風管路，熱介質出風管路上設置有進風口，進風口和熱介質出口相連通；熱風爐上還設置有調節風進氣口，調節風進氣口和熱介質出風管路相連通。

進一步地，上述熱風爐中，燃燒室和沉降室之間的通路上還設置有混合室，混合室上設置有調節風進氣口。

本發明提供的粉煤熱解裝置中，是將粉煤熱解產生的難以處理的半焦直接在熱風爐內進行燃燒，並將燃燒產生的高溫煙氣返回至轉式輻射床供應粉煤熱解的熱量。這樣的設置方式有利於充分利用半焦的熱量，解決半焦處理難的問題。同時，利用除塵器對半焦燃燒生成的高溫煙氣進行淨化，能夠避免含塵量過高導致的換熱效率較差的問題。此外，該粉煤熱解裝置的設備簡單、節能環保，經濟性好。總之，本法明提供的上述粉煤熱解裝置，其換熱效率高、設備簡單且經濟性好，非常適用於粉煤的熱解處理，為實現煤、油、氣的多聯產工藝創造了條件。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據本發明的一種實施例中粉煤熱解裝置示意圖；

圖2示出了根據本發明一種實施例中熱風爐的結構示意圖；

圖3示出了根據本發明另一種實施例中熱風爐的結構示意圖；

圖4示出了根據本發明又一種實施例中熱風爐的結構示意圖；

圖5示出了根據本發明一種實施例中熱風爐的燃燒室的結構示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。

正如背景技術部分所描述的，現有的粉煤熱解技術中存在高換熱效率、設備簡化及高經濟性難以兼得的問題。為了解決這一問題，本發明提供了一種粉煤熱解裝置，如圖1所示，其包括轉式輻射床10、熱風爐20以及除塵器30；轉式輻射床10上設置有粉煤進料口101、熱介質進口102、熱介質出口103、半焦出口104及荒煤氣排氣口105；熱風爐20上設置有半焦進口201和熱風排氣口202，半焦進口201和轉式輻射床10上的半焦出口104相連通；除塵器30上設置有熱風進氣口301和淨化風排氣口302，熱風進氣口301與熱風爐20上的熱風排氣口202相連通，淨化風排氣口302和轉式輻射床10上的熱介質進口102相連通。

本發明提供的上述粉煤熱解裝置中，包括轉式輻射床10、熱風爐20以及除塵器30。其中轉式輻射床10中粉煤熱解產生的半焦從半焦出口104出來後，進入到熱風爐20中直接進行半焦燃燒。半焦燃燒生成的高溫煙氣經過除塵器30後，其中的含塵量能夠得到大幅減少。從除塵器30的淨化風排氣口302出來的淨化高溫煙氣又進入轉式輻射床10的熱介質進口102，為粉煤的熱解提供熱量。

相比於對半焦進行氣化、氣化氣熱回收、氣化氣燃燒、燃燒氣供應熱解的複雜工序而言，本發明上述的粉煤熱解裝置中，是將粉煤熱解產生的難以處理的半焦直接在熱風爐20內進行燃燒，並將燃燒產生的高溫煙氣返回至轉式輻射床10供應粉煤熱解的熱量。這樣的設置方式有利於充分利用半焦的熱量，解決半焦處理難的問題。同時，利用除塵器30對半焦燃燒生成的高溫煙氣進行淨化，能夠避免含塵量過高導致的換熱效率較差的問題。此外，該粉煤熱解裝置的設備簡單、節能環保，經濟性好。總之，本法明提供的上述粉煤熱解裝置，其換熱效率高、設備簡單且經濟性好，非常適用於粉煤的熱解處理，為實現煤、油、氣的多聯產工藝創造了條件。

優選本發明上述的熱風爐20為燃燒2mm以下半焦沫，或燃燒半焦粉或燃燒25mm以下粉焦的熱風爐。在一種優選的實施例中，如圖2和3所示，熱風爐20包括燃燒室21和沉降室22；燃燒室21上設置有燒嘴211、點火器212、助燃風進口213及半焦進口201；沉降室22與燃燒室21相連通，沉降室22上設置有集灰鬥221和熱風排氣口202。在熱風爐20中設置燃燒室21，能夠為半焦燃燒提供反應場所。而設置沉降室22，能夠使半焦燃燒生成的高溫煙氣在進入後續除塵器30之前先進行一部分顆粒沉降，去除高溫煙氣中粒徑較大的顆粒，從而有利於進一步降低高溫煙氣中的含塵量，提高轉式輻射床10中的換熱效率。

在實際操作過程中，具體的工藝可以如下：25mm以下粉煤通過進料系統被送進轉式輻射床10內，在轉式輻射床轉動時，粉煤在窯內向前移動，在移動過程中與來自熱風爐20的高溫煙氣逐漸換熱，粉煤的溫度逐漸升高，直到煤被加熱到500～550℃時，粉煤完成熱解反應，生成550～630℃半焦和500℃左右的荒煤氣(包括焦油蒸汽和煤氣)，荒煤氣從荒煤氣排氣口105流出，高溫半焦從半焦出口104下落。

熱風爐20出來的800～1000℃的高溫煙氣含塵量比較大，含塵量約5～10g/Nm3，需要將其含塵量降低到潔淨氣體標準。因而，高溫煙氣從熱風爐20出來後直接進入到除塵器30內，經過濾層後，將灰塵濾下來，乾淨的煙氣匯集後從除塵器30出來直接進入到轉式輻射床10內，進行換熱。

在一種優選的實施例中，如圖2所示，燃燒室21與沉降室22的底部相連通，且熱風排氣口202位於沉降室22的頂部，集灰鬥221位於沉降室22的底部。這樣的臥式熱風爐中，從燃燒室21中產生的高溫煙氣能夠從沉降室22的底部進入，呈旋向向上運行至沉降室22頂部的熱風排氣口202。在旋向向上運行的過程中，高溫煙氣中的大顆粒能夠更容易落下，從而能夠進一步提高高溫煙氣的淨化率。或者，如圖3和圖4所示，燃燒室21與沉降室22的頂部相連通，沉降室22中設置有一個或多個擋風板222，擋風板222和沉降室22的內壁之間形成彎折的導風通道，且熱風排氣口202位於沉降室22的遠離燃燒室21的一側。這樣的設置方式中，利用擋風板222和沉降室22的內壁之間形成彎折的導風通道，能夠使燃燒室21中產生的高溫煙氣在沉降室22中曲向前進至熱風排氣口202，在曲向前進及擋風板222的阻擋作用下，更有利於使高溫煙氣中的大顆粒沉降下來，以進一步降低煙氣中的含塵量，提高後續轉式輻射床10的換熱效率。優選地，圖4中所示的熱風爐用於燃燒25mm以下粉焦，圖2和圖3中所示的熱風爐用於燃燒2mm以下的焦沫或焦粉。

在一種優選的實施例中，如圖4所示，沉降室22中設置有多個擋風板222，擋風板222具有連接端和自由端，多個擋風板222包括設置在沉降室22的頂壁上的多個第一擋風板及設置在沉降室22的底壁上第二擋風板，相鄰的兩個第一擋風板之間設置有第二擋風板，並且第一擋風板和第二擋風板在氣流流動方向上重疊設置，以使彎折的導風通道呈W型。這樣的設置方式能夠進一步降低高溫煙氣中的含塵量，提高後續轉式輻射床10的換熱效率。

在一種優選的實施例中，燃燒室21的底部設置有一個或多個排渣口214，沉降室22的集灰鬥221底部設置有一個或多個第一排灰口。

在一種優選的實施方式中，如圖4所示，可以在燃燒室21中的半焦進口201下方設置鏈排，以承接半焦進口201中進入的半焦，從而提高半焦的燃燒率。

除此之外，燃燒室21中可以設置多個燒嘴211和與之相匹配的多個點火器212、助燃風進口213及半焦進口201。且多個燒嘴211的分布可以是不同方向的，例如可以沿燃燒室21的徑向排列或軸向排列。具體的燒嘴211的火焰朝向也可以進行調整，例如徑向噴火燃燒或者如圖5所示的切向噴火燃燒。

在一種優選的實施例中，轉式輻射床10包括可轉動的第一殼體和位於第一殼體中的輻射管，輻射管的進口與熱介質進口102相連通，輻射管的出口與熱介質出口103相連通，粉煤進料口101、半焦出口104及荒煤氣排氣口105均位於第一殼體上。利用該轉式輻射床10進行粉煤熱解，淨化後的高溫煙氣走輻射管內部，粉煤在輻射管外的第一殼體內部，為間接加熱。利用輻射管進行間接加熱，尤其是多組輻射管進行間接加熱，能夠使粉煤更充分地熱解，生成的煤氣熱值高，半焦質量穩定，焦油品味較高。具體的輻射管設置方式可以是利用窯頭和窯尾的多孔板支撐設置。

在一種優選的實施例中，轉式輻射床10的第一殼體包括進料端和出料端，粉煤進料口101設置在進料端上，半焦出口104和荒煤氣排氣口105均設置在出料端上，轉式輻射床10沿進料端至出料端向下傾斜設置。這樣的設置方式更有利於使粉煤充分熱解。優選地，進料端至出料端的傾斜度是1～5°。

在一種優選的實施例中，除塵器30為顆粒床除塵器或太棉過濾除塵器。顆粒床除塵器或太棉過濾除塵器的除塵效率較高，能夠進一步降低高溫煙氣中的含塵量，提高轉式輻射床10的換熱效率。優選地，顆粒床除塵器或太棉過濾除塵器中的濾料耐溫1300℃以上，使淨化後的高溫煙氣的含塵量低於30mg/Nm3。

在一種優選的實施例中，顆粒床除塵器包括顆粒床除塵器本體和反吹氣供應裝置；顆粒床除塵器本體包括第二殼體和位於第二殼體內部的多層過濾層，第二殼體的內壁上設置有保溫層，熱風進氣口301位於第二殼體的頂部，淨化風排氣口302位於第二殼體的下部側壁上；反吹氣供應裝置用於向顆粒床除塵器本體的第二殼體內部供應反吹氣。利用保溫層可以對顆粒床除塵器內部進行保溫，防止高溫煙氣進入除塵器30進行淨化後的溫度大幅降低，從而進一步保證對轉式輻射床10的熱量供應。同時，設置反吹氣供應裝置能夠將顆粒床除塵器本體中過濾下來的顆粒反吹至第二殼體底部，以提高顆粒床除塵器的除塵效果。

太棉過濾除塵器的結構與布袋除塵器結構相似，內部塗有耐高溫保溫材料。

在一種優選的實施例中，顆粒床除塵器本體中，每一層過濾層下方的第二殼體的側壁上均設置有一個或多個反吹氣進氣口，反吹氣供應裝置上設置有反吹氣排氣口，反吹氣排氣口和顆粒床除塵器本體上的反吹氣進氣口相連通。這樣的設置能夠進一步提高顆粒床除塵器的除塵效果。具體的反吹氣可以採用廢煙氣反吹或壓縮空氣反吹。

更優選地，第二殼體的底部設置有第二排灰口303。以對反吹下來的顆粒進行定期排灰。

在一種優選的實施例中，轉式輻射床10上還設置有熱介質出風管路，熱介質出風管路上設置有進風口，進風口和熱介質出口103相連通；熱風爐20上還設置有調節風進氣口203，調節風進氣口203和熱介質出風管路相連通。從轉式輻射床10的熱介質出口103出來的部分煙氣，通過調節風進氣口203進入熱風爐20內，能夠調節高溫煙氣的溫度至合適範圍，並將煙氣中的氧氣含量調整至更加安全的範圍。此外，從轉式輻射床10的熱介質出口103出來的部分煙氣循環到熱風爐20內調整煙氣，還有利於進一步提高煙氣熱量的利用率。

在一種優選的實施例中，熱風爐20中，燃燒室21和沉降室22之間的通路上還設置有混合室，混合室上設置有調節風進氣口203。在燃燒室21和沉降室22之間的通路上設置混合室，能夠使高溫煙氣與調節風進氣口203進入的調節風進行混合，從而進一步提高設備的安全性。

在一種優選的實施例中，熱介質出風管路和調節風進氣口之間的流路上設置有第一風機11。優選該第一風機11為臥式結構，風機耐溫250℃～350℃，將從轉式輻射床10的熱介質出口103出來的部分煙氣送到熱風爐20中進行熱風調溫，將煙氣溫度降至800～1000℃。

在一種優選的實施例中，熱介質出風管路還具有出風口，出風口處連接有第二風機12。

系統內的高溫煙氣可以在第二風機12的負壓驅動下，在各個設備內部流動。且上述設置中，從轉式輻射床10的熱介質出口103出來的煙氣分為兩路，一路在第一風機11的驅動下進入到熱風爐20內進行調溫，另一路排放淨化。

從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：本發明上述的粉煤熱解裝置中，是將粉煤熱解產生的難以處理的半焦直接在熱風爐內進行燃燒，並將燃燒產生的高溫煙氣返迴轉式輻射床供應粉煤熱解的熱量。這樣的設置方式有利於充分利用半焦的熱量，解決半焦處理難的問題。同時，利用除塵器對半焦燃燒生成的高溫煙氣進行淨化，能夠避免含塵量過高導致的換熱效率較差的問題。此外，該粉煤熱解裝置的設備簡單、節能環保，經濟性好。總之，本法明提供的上述粉煤熱解裝置，其換熱效率高、設備簡單且經濟性好，非常適用於粉煤的熱解處理，為實現煤、油、氣的多聯產工藝創造了條件。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。