CN101775294A

CN101775294A - 一种煤干馏炉

Info

Publication number: CN101775294A
Application number: CN201010101419A
Authority: CN
Inventors: 张永发; 杨力; 梁言; 王磊
Original assignee: SHANXI ZHONGYUAN COAL CLEANING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANXI ZHONGYUAN COAL CLEANING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-07-14

Abstract

一种煤干馏炉依次由煤料预存段、混合煤气收集段、干燥干馏段、干馏段、过渡段、热冷却气体收集段、冷却段和排焦机构连通构成炉体。本发明用低含氧气体为载热介质对煤料进行干馏，同时用煤气对干馏产物进行冷却，回收热半焦的热能，实现了煤干馏和干馏产物冷却的一体化，实现了热能的高效利用，节约了大量的能源，减少了气体、粉尘和污水对环境的污染。

Description

一种煤干馏炉

技术领域

本发明涉及一种煤干馏炉，尤其是一种包括煤料预存段、混合煤气收集段、干燥干馏段、干馏段、过渡段、热冷却气体收集段、冷却段和排焦机构的直立式煤干馏炉。

背景技术

现有CN2229455Y中公开了“煤干馏炉”，其干馏釜是圆筒状，与地面有一定倾斜角度。釜底设有加热燃烧室，加热燃烧室连通有通风装置。干馏煤料所需热量由燃烧室提供，所以消耗大量的能源，并且燃烧后的废气直接排空，显热没有得到有效利用，同时也造成了烟气和粉尘等污染。干馏釜两端设有由轴承支撑的轴，轴上固定有多个隔离盘和搅拌臂，隔离盘上布满筛孔，隔离盘间装有金属球或瓷球等固体热载体。轴在电机驱动下带动搅拌臂翻搅固体热载体，从釜底均匀获得热量，达到一定温度，通过送煤机构将煤料加入釜内，煤料与热载体充分接触，迅速升温，实现闪热干馏，析出的挥发分由出口排出。由于干馏釜与地面倾斜，煤料在重力和搅拌臂作用下，自上而下通过隔离盘上的筛孔经过干馏釜，半焦通过除渣机构排除；由于筛孔的孔径小于热载体的直径，使得热载体与煤料分离。当煤料到达干馏釜最下端时，大部分挥发分已经析出。该煤干馏炉体积小，产量低，污染较大，需要燃烧燃料，消耗了大量的能源，总体热效率低。

现有CN2649592Y公开了一种“碎煤的干馏炉”，其布煤器位于干馏炉的顶部，布煤器底部设有干燥室，干燥室连通有放散管和安装有燃烧器的热风器，该结构增加了热能消耗。在干燥室下部通过导料管与干馏室相连通，干馏室内设有多个连有燃烧器的火墙，燃烧室的火墙提供热量干馏，能耗较高，且加热不均匀。干馏室上部设有煤气出口，干馏室下部是带水套的框架和熄焦室，熄焦室下部连接有出焦机。该专利采用湿法熄焦，需要消耗大量水资源，产生较难处理的废水。

现有CN1827749A公开了“一种热管式自熄焦面煤干馏炉”，包括煤气燃烧室、加热室、干馏室、冷却室、熄焦室和热管。加热室、干馏室、冷却室和熄焦室为同心圆环形布置。干馏室和熄焦室为内外两层，加热室和冷却室分别在内外干馏室和熄焦室中间，在加热室和干馏室之间以及冷却室和熄焦室之间布置有热管。该干馏炉结构复杂，建炉和维护较为困难。燃烧室中燃烧燃料，燃烧后的热烟气进入加热室，利用热管向干馏室中的煤进行热量的快速传递，实现了对小块度的，弱粘结性面煤的快速连续干馏。由于必须燃烧燃料才能提供煤干馏所需的热量，生产过程中的能耗较大，而且产生了大量含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和粉尘的废气，造成了严重的大气污染。干馏后的半焦下行到熄焦室，热量通过热管由熄焦室向冷却室传递。冷却室设有冷空气入口和冷却气出口，利用冷空气将热量带出，实现半焦的冷却。该干馏炉在熄焦过程中没有利用热半焦的大量热能，反而在熄焦过程中需要大量的冷空气，增加了额外的功耗。

上述发明的煤干馏炉都设计有燃烧机构，消耗了大量的煤气，增加了能耗；同时产生了大量的粉尘和二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等废气，造成了严重的大气污染；燃烧的废气稀释了干馏煤气，降低了干馏煤气的单位热值；而且大部分煤干馏炉采用湿法熄焦，造成了大量难处理的废水，消耗了水资源，污染环境并且半焦的大量热能没有利用，造成热量的大量浪费。

发明内容

本发明要解决的问题是通过对煤干馏炉的结构改进，将熄焦过程中的大量热能用于煤的干馏过程，将干馏后的冷却气体用于半焦的熄焦过程，实现煤干馏和干馏产物冷却的一体化，进而提供一种煤干馏炉。

为了实现上述目的，本发明对煤干馏炉改进所采取的措施是用吸收热半焦热能的热冷却气体对煤料进行干燥和部分干馏，用输入的高温载热气体对煤料进行干馏；将炉顶部混合煤气收集并输出和部分用于对半焦的冷却。

本发明上述所述的干馏炉是在其顶部设有煤料预存段，下端部依次连通有干燥干馏段、干馏段、过渡段和冷却段，混合煤气收集段位于煤料预存段和干燥干馏段间，热冷却气体收集段位于过渡段和冷却段间，在干馏段的下部设有高温载热气体入口，干燥干馏段通过热冷却气体通道与热冷却气体收集段连通，混合煤气收集段设有混合煤气出口，冷却段下部设有冷却气体入口，冷却段连通有排焦机构。

其中，所述的煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤，所述的褐煤是原料褐煤或是温度低于330℃条件下干燥的褐煤；所述的混合煤气通过除尘净化和冷却回收，一部分由冷却气体入口输入冷却段下部，另一部分由煤气输出管道输出；所述的高温载热气体入口输入的高温载热气体是含氧量小于1.5％(v/v)的低含氧气体。

本发明的优点与积极效果：(1)以低含氧气体(氧气体积百分数小于1.5％)载热气体，携带热能(例如高温焦炭释放的大量热能)，用于煤的干馏过程，无需燃烧燃料以提供煤干馏所需的热量，节约了大量能源，同时实现了热能的合理配置和有效利用。(2)在干燥干馏段对煤料进行干燥，无需加设燃气或用电加热干燥装置，简化了设备，降低设备投资和能耗。(3)本发明设计有煤料预存段，由于积存在煤料预存段的煤料会对下部形成料封，处于混合煤气收集段的80-250℃混合煤气由混合煤气出口进入除尘净化和冷却回收，避免了直接排放造成的大气污染，同时也回收了混合煤气用于对热半焦进行冷却。(4)本发明设计有过渡段，由于部分半焦会积存在过渡段，半焦在此充分释放挥发分。同时半焦对热冷却气体收集段的热冷却气体形成较大压力，所以约600℃热冷却气体不会通过热冷却气体收集段，而是通过热冷却气体通道进入干燥干馏段下部。(5)本发明设计有热冷却气体通道，温度约600℃的热冷却气体由热冷却气体通道通入干燥干馏段下部，而不是经过过渡段和干馏段上行到达干燥干馏段，避免了热冷却气体经过干馏段时，吸收煤料、半焦和650℃-1000℃的高温载热气体的热量，高温载热气体携带的热能完全用于干馏煤料，热能利用率高。(6)由于热冷却气体和高温载热气体存在较大温差，本发明煤干馏炉将约600℃热冷却气体和650-1000℃高温载热气体分别通入干燥干馏段和干馏段，实现能量的充分利用，大大提高了热能利用率。(7)由于采用低含氧气体(氧气体积含量小于1.5％)作为载热气体，并且载热气体和煤料直接接触逆流换热，热量交换均匀快速，并且换热效率高，能够生产质量稳定的产品。(8)与煤料充分换热的一部分混合煤气经过除尘净化和冷却回收后进入冷却段，对半焦进行冷却，实现了煤干馏和干馏产物冷却的一体化，能够保证生产过程稳定，易于管理和维护。

与现有技术相比，本发明使用低含氧气体作为载热气体，携带大量热能进行煤的干馏，生产半焦、煤气和焦油，热能利用率高，并且节约了大量煤炭和水等资源，避免了废气、粉尘和水污染。

附图说明

图1是本发明煤干馏炉炉体的结构示意图

图2是本发明煤干馏炉冷却段、过渡段和干馏段气体压力关系图

图中：1：煤料入口；2：煤料预存段；3：混合煤气收集段；4：干燥干馏段；5：干馏段；6：过渡段；7：热冷却气体收集段；8：冷却段；9：排焦机构；10：混合煤气出口；11：高温载热气体入口；12：冷却气体入口；13：热冷却气体通道；14：除尘净化和冷却回收；15：煤气输出管道。

具体实施方式

下面结合附图用具体实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明，本领域的技术人员在阅读了本具体实施例后，能够实现本发明所述的技术方案，本发明的所述效果同时也能够得到体现。

实施例1

本实施例采用的煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤，其中，褐煤是原料褐煤或是温度低于330℃条件下干燥的褐煤。如图1所述，将上述煤料从煤料入口1加入煤料预存段2，煤料预存段2下端依次与混合煤气收集段3、干燥干馏段4、干馏段5和过渡段6相连。混合煤气收集段3一侧设有混合煤气出口10，混合煤气出口10与除尘净化和冷却回收14连接。在干燥干馏段4和干馏段5生成的热解煤气与换热后的载热气体混合，形成80-250℃的混合煤气。混合煤气上行到混合煤气收集段3。由于部分煤料会积存在在煤料预存段2，对下方的混合煤气形成料封，混合煤气由混合煤气出口10进入除尘净化和冷却回收14，避免了混合煤气直接排放造成大气污染。煤料在重力作用下下行到达混合煤气收集段3，混合煤气对处在混合煤气收集段3的煤料进行预干燥。煤料在重力作用下继续下行到达干燥干馏段4，干燥干馏段4下部与热冷却气体通道13连通。约600℃的热冷却气体由热冷却气体通道13进入干燥干馏段4下部，煤料与约600℃的热冷却气体直接接触逆流换热，煤料首先被充分干燥，其中部分煤料受热干馏，释放出热解煤气和焦油，生成半焦。半焦和其余未完全干馏煤料在重力作用下继续下行到干馏段5。干馏段5下部设有高温载热气体入口11。650-1000℃的高温载热气体从高温载热气体入口11通入，与到达干馏段5的半焦和其余未完全干馏煤料逆流换热，煤料干馏释放出热解煤气和焦油，全部入炉的煤料完全干馏。上述650-1000℃的高温载热气体为低含氧气体(其中氧气体积百分数小于1.5％)。例如在冶金焦干法熄焦过程，使用低温焦炉煤气与出炉的冶金焦换热后，焦炉煤气温度升高到大约650-1000℃成为高温载热气体。半焦继续下行进入过渡段6，过渡段6下端与热冷却气体收集段7相连，热冷却气体收集段7一侧与热冷却气体通道13一段连通，热冷却气体通道13另一端与干燥干馏段4连通。由于上方过渡段6积存的半焦的存在，使得在冷却段8上方形成较大压差，通过计算Δp_料＞Δp_通道，来自冷却段8的热冷却气体不会通过热冷却气体收集段7，而是通过热冷却气体通道13进入干燥干馏段4，与上方的煤料逆流换热，使部分煤料干馏。积存于过渡段6的半焦下行到达冷却段8，冷却段8上端与热冷却气体收集段7相连，冷却段8下部设有冷却气体入口12。经过除尘净化和冷却回收14的混合煤气一部分作为产品气通过煤气输出管道15输出；另一部分作为冷却气体通过管道由冷却气体入口12通入冷却段8的下部，与热半焦逆流换热，使高温半焦冷却到约80-100℃，由排焦机构9排出；换热后的冷却气体成为温度约600℃的热冷却气体，通过热冷却气体通道13进入干燥干馏段4，与煤料逆流换热，使部分煤料干馏。冷却段8下部连通有排焦机构9，冷却后的半焦由排焦机构(9)排出。

热冷却气体由冷却段8进入热冷却气体收集段7后，应该被热冷却气体收集段7收集，之后通过热冷却气体通道13通入干燥干馏段4的下部，而不是通过热冷却气体收集段7进入过渡段6。过渡段6作用是积存部分半焦，形成较大压力，使得热载体气体不会通过热冷却气体收集段7，而是进入热冷却气体通道13。为了证明此结论，以一个确定尺寸的煤干馏炉体为例进行计算。

选取截面1，2，3，如图2所示

对于不可压缩的实际流体运动，有如下公式(1)：

P₁+Z₁ρ₁g+ρ₁V₁ ²/2＝P₂+Z₂ρ₂g+ρ₂V₂ ²/2

以如下炉体及操作条件为例：Z₁＝0m，Z₂＝1m，Z₃＝3m，T₁＝600℃，T₂＝925℃，T₃＝750℃，V₁＝0m/s，V₂＝1m/s，V₃＝1.3m/s

由于干馏炉运行过程中，载热气体的流量大大多于热解气体流量，且过程中连续循环运转，可以认为气体组成是一定的，按照实验提供数据，气体组成为：CO₂3.48％，CO 25.27％，H₂43.45％，CH₄20.28％，N₂1.40％，H₂O 5.82％.混合气体分子量计算得14.157。

计算各截面气体密度如下：

ρ₁＝14.159/22.4×(273+T₁)/273＝2.021kg/m³

ρ₂＝14.157/22.4×(273+T₂)/273＝2.773kg/m³

ρ₃＝14.157/22.4×(273+T₃)/273＝2.337kg/m³

按照公式(1)，计算截面间压力差ΔP_料如下：

ΔP_1-2＝Z₂ρ₂g-Z₁ρ₁g+ρ₂V₂ ²/2-ρ₁V₁ ²/2＝28.57KPa

ΔP_2-3＝Z₃ρ₃g-Z₂ρ₂g+ρ₃V₃ ²/2-ρ₂V₂ ²/2＝42.12KPa

ΔP_料＝ΔP_1-2+ΔP_2-3＝70.69KPa

选取热冷却气体通道13内截面1上一点1’，截面3上一点3’

对于不可压缩的实际流体运动，有如下公式(2)：

P_1’+Z_1’ρ_1’g+ρ_1’V_1’ ²/2＝P_3’+Z_3’ρ_3’g+ρ_3’V_3’ ²/2

在热冷却气体通道13内截面1点1’与截面3的点3’的气体流速相等，即V_1’＝V_3’，ρ_1’＝ρ_3’＝ρ₃＝2.337kg/m³

所以计算得出：ΔP_通道＝ΔP_1’-_3’＝P_1’-P_3’＝Z_3’ρ_3’g+ρ_3’V_3’ ²/2-Z_1’ρ_1’g-ρ_1’V_1’ ²/2＝68.708KPa

得出结论：Δp_料＞Δp_通道，所以热冷却气体由冷却段进8入热冷却气体收集段7后，会被热冷却气体收集段7所收集，通过热冷却气体通道13通入干燥干馏段4的下部，而不会通过热冷却气体收集段7进入过渡段6。

在上述实施例的基础上，本领域普通技术人员能够实施本发明所述的技术方案是显而易见的，说明书中未涉及到的技术内容、科技术语以及零部件设置，是本领域普通技术人员熟知的公知常识，并根据分析推理采用惯用手段进行科学设置，其合理的改变零部件的设置并不违背本发明的设计方案。

Claims

1.一种煤干馏炉，含有用吸收热半焦热能的热冷却气体对煤料进行干燥和部分干馏，用输入的高温载热气体对煤料进行干馏；含有炉顶部混合煤气收集并输出和部分用于对半焦的冷却。

2.如权利要求1所述的煤干馏炉，其干馏炉顶部设有煤料预存段(2)，下端部依次连通有干燥干馏段(4)、干馏段(5)、过渡段(6)和冷却段(8)，混合煤气收集段(3)位于煤料预存段(2)和干燥干馏段(4)间，热冷却气体收集段(7)位于过渡段(6)和冷却段(8)间，在干馏段(5)的下部设有高温载热气体入口(11)，干燥干馏段(4)通过热冷却气体通道(13)与热冷却气体收集段(7)连通，混合煤气收集段(3)设有混合煤气出口(10)，冷却段(8)下部设有冷却气体入口(12)，冷却段(8)连通有排焦机构(9)。

3.如权利要求1或2所述的煤干馏炉，煤料是干基挥发分大于28％的气煤、长焰煤或褐煤，其中，所述的褐煤是原料褐煤或是温度低于330℃条件下干燥的褐煤。

4.如权利要求1或2所述的煤干馏炉，其混合煤气通过除尘净化和冷却回收(14)，一部分由冷却气体入口(12)输入冷却段(8)下部，另一部分由煤气输出管道(15)输出。

5.如权利要求1或2所述的煤干馏炉，其高温载热气体入口(11)输入的高温载热气体是含氧量小于1.5％(v/v)的低含氧气体。