CN102627976B - 一种用于粉煤干馏的炭化室 - Google Patents

Abstract

一种用于粉煤干馏的炭化室是由至少两层或两层以上的气体导向砖和至少两层或两层以上的标砖隔置砌筑构成至少两个或两个以上的荒煤气通道连通于集气通道；还包括有由气体导向砖和标砖构成的至少两个或两个以上的渐扩段和相应的渐缩段。本发明气体导向砖锐角部分的下方构成荒煤气通道，该通道减短了荒煤气在炭化室的停留时间，提高了煤焦油的产率，缩短了荒煤气在炭化室内的流经路程，减小了荒煤气在炭化室内的流动阻力，使本发明适用于原煤的干馏，特别是粒径小于5mm的粉煤干馏。

Description

一种用于粉煤干馏的炭化室

技术领域

本发明涉及一种粉煤干馏的炭化室，具体地说是一种采用能够导出荒煤气的气体导向砖和标砖砌筑而构成的用于粉煤干馏的多段导出荒煤气的炭化室。

背景技术

煤的热解，亦称为干馏，即煤在隔绝空气的条件下受热分解生成煤气、煤焦油、焦炭（或半焦）等产物的过程。按加热终温的不同分为：低温干馏、中温干馏和高温干馏。适于低温干馏的煤一般为低阶煤，而低阶煤的储量较大，约占煤炭储量的42%以上，因此，低温干馏技术能够有效地利用低阶煤资源。

煤干馏生成焦油的产率受很多因素的影响，其主要影响因素有煤的种类、加热温度和荒煤气停留时间。采用粉煤干馏时，由于生成的荒煤气需穿过较厚的煤层克服较大的阻力，在炭化室内停留时间较长，致使产物煤焦油的产率显著降低。

CN201071352Y公开了一种“封闭干馏分层炭化管状立式焦炉”。该焦炉的炭化室采用锥体管式结构，每个炭化室从上到下依次分为烘干段、挥发段、干馏段、炭化段和夹套水冷干熄焦室，各段采用锥体管状炭化管，段与段之间设有煤气排气孔。焦炉本体内设有多组锥体管式炭化室，每组锥体管式炭化室之间密封隔开，每组内的多个锥体管式炭化室沿径向平行均布，在螺旋给煤机末端和螺旋分煤机始端之间设有缓冲流煤管，螺旋分煤机末端和斗式提升机之间设有余煤溢流管，从斗式提升机到余煤溢流管之间封闭且相通。该焦炉的整个操作过程全封闭，煤气循环利用。此焦炉的不足之处为：锥体管状炭化管结构复杂，设备材质要求高；炭化室各段中部产生的荒煤气不能及时导出，煤焦油的产率低。

CN 2775053Y公开了“一种连续生产具有立管式焦化室的焦炉”。该炭化室是炉体内贯通炉顶与炉底的立管式炭化室，立管式炭化室顶部为加料口，底部为焦炭出口；炉体内至少装有一个立管式炭化室，炭化室与炉体外壁之间的空腔，由上而下采用隔离板分别形成湿气室、荒煤气收集室、氢气收集室、燃烧室及熄焦冷却室。按不同的温度将炭化室分成干燥段、预热段、干馏段、热焖段和熄焦冷却段。物料在炭化室呈分层结构，两层间夹装一层密封层，密封层由焦煤与白云石或石灰石构成。该焦炉的不足之处为：炭化室管壁上设置的若干个通气孔，降低了炭化室的结构强度，缩短了炭化室的使用寿命；立管式炭化室要求金属材料耐高温、传热效果好，材质的要求较高。

CN 201442914 U公开了“一种外热式斜底炭化焦炉”。 该炭化焦炉每组均由一至多个单孔炉组成，每个单孔炉包括炭化室、燃烧室、装煤炉门、出焦炉门、炉门框、配风装置和烟道。所述的炭化室底部为倾斜结构，由装煤侧至出焦侧向下倾斜；炭化室拱顶为180°半圆形拱顶，拱顶与炭化室的倾斜方向相同进行阶梯型砌筑。该焦炉结构简单、砖型少，无烟尘装煤，所产煤气不出炉，自给自足，投资少；燃烧室的蛇形设置结构，使加热速度快，结焦时间短，成焦率高，节能、环保。该焦炉不足之处为：这种炉体燃烧室位于炭化室下方，从底部加热，易造成炉底温度过高，炉内温度分布不均，从而使焦炭成熟程度不同，影响焦炭质量。

CN 101314715A公开了“一种斜底双层炭化室型焦炉”。该焦炉从上至下依次由上层燃烧室、上层炭化室、下层燃烧室、下层炭化室、分烟道、总烟道、焦炉基础等组成，由炉头向炉尾呈向下倾斜，横向将焦炉分为预热干燥段、快速干馏段、均热段，并分段控温。各室之间采用高铝齿形顶板砖相隔，既增加了顶板强度，又提高了传热效率。燃烧室由隔墙分为数量不等、功能不同的水平燃烧火道。在预热干燥段通入冷空气，预热空气，同时降低炭化室温度。在快速干馏段炭化室侧墙设置煤气孔和煤气上升道，将煤气导入燃烧室与预热空气混合后燃烧，将热间接传向炭化室，使炭化室四面受热，实现焦坯的“快火猛烧”，提高焦坯结焦性。在均热段由快速干馏段燃烧后的烟气由侧墙水平火道导入燃烧室水平火道，向炭化室传热后经烟气下行道导入分烟道，向下层炭化室传热后汇入总烟道经烟囱高空排出。在炉头、炉尾炭化室设有水平移动的炉门用于控制焦坯入炉和型焦出炉。在炉头燃烧室正面墙设有一次供风孔，在炉头炭化室侧墙还设直接供风孔，在炉尾分烟道侧墙上设有二次空气供风孔。上述焦炉不足之处为：入炉煤料为型煤，对煤的块度和强度要求高；焦炉由炉头向炉尾呈向下倾斜，出焦炉门承压较大，易造成泄漏，污染环境；炭化室和燃烧室之间使用的耐火砖墙既承受高温又承受煤料的重力，对焦炉的结构要求高。

CN 2056158 U公开了“煤低温干馏半焦炉”，该焦炉是一种低温焦油、煤气、半焦联产的煤低温干馏半焦炉。该焦炉燃烧室与炭化室分开，两室之间有异型薄壁硅砖的室壁，通过室壁将燃烧室的热能传给炭化室，控制干馏温度在550-700℃。煤气燃烧后通过集气烟道汇集后，高空排放，废气排放完全符合国家环保标准。炉体结构简单、钢材用量少，护体两侧有自动落料出焦口，不用推焦机。熄焦水和焦油加工废水形成闭路循环系统，不外排、不下渗。吨焦投资额低，包括回收系统在内为25元/吨，仅为伍德炉的十五分之一。该焦炉的不足之处为：原料煤采用块煤或煤粉掺配部分焦煤成型的型煤入炉，对原料煤的块度要求严格；炉底两侧有倒“V”字形的自动落料出焦口，占据了炭化室较大的空间，降低了炉子的生产能力。

发明内容

基于上述现有技术，本发明解决的技术问题首先是现有的炭化炉若采用粉煤干馏时，所产生的荒煤气排出阻力较大，炭化室底部通入回炉煤气冷却时导致气体流动阻力急剧增大，液封槽的液封高度需要增加，难以同时满足气体液封和半焦导出的要求；其次是现有炭化炉采用粉煤干馏时，所产生的荒煤气在炭化室内停留时间较长，不能及时导出，致使煤焦油产率较低，由此本发明提供一种用于粉煤干馏的炭化室。

本发明所提供的一种用于粉煤干馏的炭化室，其所述炭化室的构成是由至少两层或两层以上的气体导向砖和至少两层或两层以上的标砖隔置砌筑构成至少两个或两个以上的荒煤气通道连通于集气通道；还包括有由气体导向砖和标砖构成的至少两个或两个以上的渐扩段和相应的渐缩段。

在上述所设计的炭化室技术方案中，其附加的技术特征在于：所述气体导向砖和标砖的层数比为1:1～1:10；所述气体导向砖是由锐角部分和直角部分构成；其锐角部分的斜面为挡板面，锐角部分的底面设置有导气槽，并增设有增强面和锐角弧；所述挡板面的倾角为45~65°；所述增强面与水平面的夹角为0~45°；所述气体导向砖锐角部分的增强面、导气槽、锐角弧和挡板面的形状是圆、椭圆、多边形、方形或矩形的一部分；所述荒煤气通道是由下行的粉煤与气体导向砖锐角部分下方所形成的空间及其气体导向砖的导气槽构成；所述渐扩段是由炭化室与燃烧室之间炉墙的至少一层相对应的标砖或至少一层相对应的气体导向砖的纯直角部分构成；所述渐缩段是由炭化室与燃烧室之间炉墙的至少一层相对应的气体导向砖锐角部分构成；所述粉煤的粒径小于5mm。

本发明所提供的一种用于粉煤干馏的炭化室，其入炉煤是原煤或粒径小于5mm的粉煤；煤料下行过程中在气体导向砖锐角部分的遮挡作用下形成了荒煤气通道；干馏生成的荒煤气及时沿着横向或倾斜向上的多组荒煤气通道进入两端的集气通道，再由煤气输气管导出，该通道减小了荒煤气在炭化室内的流动阻力，缩短了荒煤气在炭化室中的停留时间，提高了煤焦油的产率；在夹套冷却段未设置气体导向砖，这使得回炉煤气充分进行热交换，提高了热能利用率。

本发明所提供的一种用于粉煤干馏的炭化室，其所述炭化室的气体导向砖与标砖通过凹凸结构咬合连接，避免了炭化室和燃烧室之间的漏气现象。气体导向砖的锐角部分是由增强面、导气槽、锐角弧和挡板面构成。气体导向砖的锐角部分下方形成荒煤气通道，锐角部分底面的导气槽增加了荒煤气通道的有效空间。其所述挡板面角度在45~65°之间，一是保证半焦不易粘壁和挂壁，易排出；二是保证荒煤气通道有足够的空间，使炭化室内各部分粉煤干馏产生的荒煤气及时导出，进入集气通道。此结构减小了荒煤气在炭化室内流动阻力，缩短了荒煤气在炭化室内的停留时间，提高了煤焦油的产率。导气槽与气体导向砖的直角部分底面边缘增设一个增强面，增强面与水平面的夹角是0~45°，增加了砖的强度，使得炭化炉结构更加坚固。设置的锐角弧，缩短了气体导向砖锐角部分的延伸长度，减少了粉煤下行过程中对气体导向砖的损坏，从而延长了炭化室的寿命。

附图说明

图1是本发明横向多组荒煤气通道炭化室a的结构示意图。

图2是本发明斜向多组荒煤气通道炭化室b的结构示意图。

图3是本发明炭化炉的俯视结构示意图。

图4是本发明横向多组荒煤气通道炭化室a的局部放大示意图。

图5是本发明斜向多组荒煤气通道炭化室b的一半的侧面结构示意图。

图6是本发明气体导向砖A的结构示意图。

图7是本发明气体导向砖B的结构示意图。

图8是本发明气体导向砖C1的结构示意图。

图9是本发明气体导向砖 C1～C13的多种平面结构示意图。

图10是本发明炭化炉a结构示意图。

图中：1：煤仓；2：旋转给煤机；3：炭化室；4：燃烧室；5：夹套冷却段；6：往复刮板推焦机；7：液封槽；8：刮板出焦机；9：气体导向砖（A/B/C）；10：标砖11：回炉煤气进口；12：冷却水管进口；13：冷却水管出口； 14：荒煤气通道；15：集气通道；16：煤气输气管；17：渐扩段；18：渐缩段 ；19：锐角部分； 20：直角部分；21：增强面；22：导气槽；23：锐角弧；24：挡板面；25、26：气体导向砖C的导气槽；27：气体导向砖C的纯直角部分；28：气体导向砖C的直锐角部分； C1～C13：气体导向砖C的序列号。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

本发明在现有技术的基础上，基于粉煤干馏机理，粉煤在炭化室内形成移动床层，移动床层颗粒间的空隙形成可供气流通过的细小、曲折、互相交联的复杂通道。流体通过复杂通道的流动阻力采用数学模型法进行研究。其中，对于N₂、CO₂气体阻力研究的报道较多，而对于CH₄、H₂和CO气体阻力研究的报道少见，本发明课题组深入研究了热解气主要成分CH₄、H₂和CO等气体的阻力规律，建立了如下计算模型：                                                

，其中，

，β为校正系数。

由上式可知：流体通过床层的压降

与床层高度

成正比。随着床层高度

的增加，压降

也增加。现有的炭化炉若采用粉煤干馏时，其荒煤气顶部导出，荒煤气流动阻力大，加之炭化室底部通入回炉煤气冷却时，导致气体流动阻力急剧增大，液封槽的液封高度不够，难以同时满足气体液封和半焦导出的要求。由于粉煤的孔隙率小，透气性差，荒煤气就在炉腔内集积，停留时间较长，致使煤焦油产率降低。由本发明设计的气体导向砖筑成的炭化室形成了多段荒煤气通道，能够减小炭化室内各部分干馏生成的荒煤气的流动阻力，将荒煤气及时的导出，缩短荒煤气在炭化室内的停留时间，从而提高煤焦油的产率。

实施本发明所提供的一种用于粉煤干馏的炭化室，是用于粉煤干馏的多段导出荒煤气的炭化室，如图1、图10所示的横向荒煤气通道炭化室a由气体导向砖A（如图6）、气体导向砖B（如图7）和标砖砌筑而成。图2、图5所示的斜向上荒煤气通道炭化室b由气体导向砖C系列和标砖砌筑而成。

如图1所示的横向多组荒煤气通道炭化室a是由气体导向砖9和标砖10以层数比为1:3交替隔置砌筑而成。该炭化室3入炉煤料是原煤或粒径小于5mm的粉煤；炭化室3与燃烧室4之间炉墙的至少一层相对应的标砖10形成了渐扩段17；炭化室3与燃烧室4之间炉墙的一层相对应的气体导向砖9的锐角部分19形成了渐缩段18。粉煤下降过程中依次经过渐扩段17和渐缩段18，形成一种折流式下降方式，并在气体导向砖锐角部分19下方形成横向的荒煤气通道14（如图4）。其中，炭化室下方的气体导向砖B（如图7）中的导气槽、增强面与气体导向砖A（如图6）中的导气槽、增强面相比相对较小，这使得回炉煤气经炭化室3冷却段后的上升过程中所受的阻力大小均衡。

如图2、图5所示的斜向多组荒煤气通道炭化室b是由气体导向砖C系列和标砖10交替隔置砌筑而成，其中气体导向砖9和标砖10的层数比为1:1。该炭化室3入炉煤料是原煤或粒径小于5mm的粉煤；气体导向砖C系列的直角部分20是由纯直角部分27和直锐角部分28构成（如图8、9）。该炭化室3与燃烧室4之间炉墙的一层相对应的标砖10或一层相对应的气体导向砖C的纯直角部分27形成了渐扩段17；炭化室3与燃烧室4之间炉墙的一层相对应的气体导向砖C系列的锐角部分19形成了渐缩段18。粉煤下降过程中依次经过渐扩段17和渐缩段18，形成一种折流式下降方式。如图8、9所示，气体导向砖C系列，随着序列号的增加，气体导向砖锐角部分19与砖直角部分20的底面之间的高度差呈递增数列式增高，且气体导向砖导气槽的高度沿着气体流动方向逐渐增高（图7中导气槽26、25高度差为10mm）。图5为炭化室3与燃烧室4之间炉墙的一半，该炭化室3的气体导向砖9从中间起对称排列，气体导向砖从中间起右侧的排列顺序为C1、C2、C3、…、C12、C13，炭化室3与燃烧室4之间炉墙左侧气体导向砖9的排列顺序与右侧对称，这样砌筑而成的炭化室3形成多组对称的斜向上的荒煤气通道14。斜向上的荒煤气通道14与荒煤气的上升方向相同，显著的减小了荒煤气的流动阻力。

上述构成炭化室a、炭化室b的气体导向砖9和标砖10的层数比为1:1~1:10，均能用于粉煤的干馏；在气体导向砖锐角部分19下方形成多组荒煤气通道14（如图4），减小荒煤气在炭化室内的流动阻力，缩短荒煤气在炭化室内的停留时间，能够提高煤焦油的产率。

上述构成炭化室a、炭化室b的气体导向砖的锐角部分19的斜面是挡板面24，起挡板作用，角度在45~65°之间（图中挡板面的角度为45°），能够保证半焦不挂壁，易排出，同时能够确保荒煤气通道14有足够的空间。气体导向砖锐角部分19底面设置的导气槽22，增加了荒煤气通道14的有效空间。导气槽22与气体导向砖的直角部分20底面边缘增设一个增强面21，增强面21与水平面的夹角是0~45°，增加了砖的强度，使得炭化炉的结构更加坚固。另外，锐角弧23的设计，缩短了气体导向砖锐角部分19的延伸长度，减小了粉煤下降过程中对气体导向砖9的损坏，从而延长了炭化室3的寿命。

上述构成炭化室a、炭化室b的气体导向砖，其锐角部分的增强面21、导气槽22、锐角弧23、挡板面24的形状是本发明实施方案的形状，或是圆、椭圆、多边形、方形和矩形的一部分。这样的设计同样适用于粉煤的干馏，在锐角部分下方形成多组荒煤气通道14，减小炭化室内荒煤气的流动阻力，缩短荒煤气在炭化室内的停留时间，及时导出荒煤气，提高煤焦油的产率。

下面通过炭化炉的干馏流程对本发明多段导出荒煤气气体炭化室的结构作出进一步说明。

如图10所示：粉煤从炭化室3顶部的煤仓1经旋转给煤机2进入炭化室3，整个装煤过程采用密闭连接，避免了冒黑烟和有害气体的泄露而造成污染环境的问题。粉煤在炭化室3渐扩段17、渐缩段18下降过程中，且在炭化室3两侧燃烧室4的加热下，渐渐变成半焦。赤热的半焦进入炭化炉下部的夹套冷却段5后，由冷却水管进口12将冷却水注入夹套中，吸收赤热的半焦传导来的大量热后，再通过冷却水管出口13排出，通过调整冷却水的注入量来保证半焦的冷却温度；同时，由回炉煤气进口11吹入炭化室3的回炉煤气将半焦进一步冷却。已冷却的半焦落入液封槽7，经往复刮板推焦机6和刮板出焦机8将半焦排出。

该炭化室3的气体流程如图3所示：在炭化炉内干馏生成的荒煤气，从气体导向砖9下方的多组荒煤气通道14进入两端的集气通道15，再由煤气输气管16导出，送去洗涤净化。为了强化生产，从炭化室3下部由回炉煤气进口11吹入回炉煤气，冷却炽热的半焦。吹入的回炉煤气被加热，在上升过程中热量传给冷的煤料，从而强化了传热过程，提高了炉子的生产能力。

由本发明开发的气体导向砖9和标砖10砌筑而成的多段导出荒煤气气体炭化室3，通过荒煤气通道14将生成的荒煤气及时导出，使其进入两端的集气通道15，减小了荒煤气在炭化室3内的流动阻力。本课题组进行了常压阻力实验，实验装置包括常压炉、气瓶、转子流量计、控制阀门和压差计等，其中常压炉炉体直径为80mm、高为0.9m，转子流量计量程为0.16~1.6m³/h。实验采用粒径小于5mm的粉煤，在低温干馏最大体积流量0.32m³/h（每kg煤）的条件下测得炭化室内最大阻力区域M的阻力小于26mm水柱；而4.3m焦炉炭化室的有效高度为4m，在0.32m³/h（每kg煤）气速下计算得其气体阻力约为351mm水柱，是本发明炭化室阻力的13倍以上。本发明的炭化室显著降低了荒煤气的流动阻力，缩短了荒煤气在炭化室内的停留时间，提高了煤焦油的产率；由本发明炭化室构成的炭化炉能够干馏原煤和粒径小于5mm的粉煤。 

Claims (2)

1.一种用于粉煤干馏的炭化室，其特征在于：所述炭化室是由至少两层或两层以上的气体导向砖（9）和至少两层或两层以上的标砖（10）隔置砌筑构成至少两个或两个以上的荒煤气通道（14）连通于集气通道（15）；还包括有由气体导向砖（9）和标砖（10）构成的至少两个或两个以上的渐扩段（17）和相应的渐缩段（18）；

所述气体导向砖（9）和标砖（10）的层数比为1:1～1:10；

所述气体导向砖（9）是由锐角部分（19）和直角部分（20）构成；其锐角部分（19）的斜面为挡板面（24），锐角部分（19）的底面设置有导气槽（22），并增设有增强面（21）和锐角弧（23）；

所述挡板面（24）的倾角为45~65°；

所述增强面（21）与水平面的夹角为0~45°；

所述气体导向砖（9）锐角部分的增强面（21）、导气槽（22）、锐角弧（23）和挡板面（24）的形状是圆、椭圆或多边形的一部分；

所述荒煤气通道（14）是由下行的粉煤与气体导向砖锐角部分（19）下方所形成的空间及其气体导向砖（9）的导气槽（22）构成；

所述渐扩段（17）是由炭化室与燃烧室之间炉墙的至少一层相对应的标砖（10）或至少一层相对应的气体导向砖的纯直角部分（27）构成；

所述渐缩段（18）是由炭化室与燃烧室之间炉墙的至少一层相对应的气体导向砖（9）锐角部分（19）构成。

2.如权利要求1所述的用于粉煤干馏的炭化室，其所述粉煤的粒径小于5mm。

Images