CN105062529A - 一种喷动流化床粉煤热解装置及方法 - Google Patents

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佘焱
董芳儒
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Abstract

本发明公开了一种喷动流化床粉煤热解装置及方法，包括上部扩大段、中部床体和下部锥体；中部床体上部设置有上部扩大段，下部设置有下部锥体，上部扩大段上设有荒煤气出口管，荒煤气出口管靠上部扩大段内部的一端端口处设置有除尘罩，中部床体内部通过导流管支撑杆设有导流管，中部床体中上部设有固体热载体入口管，固体热载体入口管内设有螺旋混合器，固体热载体入口管外部设有粉煤入口管，中部床体的右下侧设有半焦出口管，下部锥体中部设有流化煤气进口管，下部锥体的底端设有喷动煤气进口管喷动煤气进口管的上端设有喷嘴，下部锥体顶部设有分布板。该装置及方法，结构简单、传热效率高、热解温度均匀、产物收率高、易操作。

Description

一种喷动流化床粉煤热解装置及方法
技术领域
本发明属于煤热解领域，具体涉及一种喷动流化床粉煤热解装置及方法。
背景技术
近20年来，我国以褐煤或长焰煤为原料，经热解反应生产半焦、煤焦油和煤气的产业得到迅速发展。
目前以褐煤或长焰煤的粉煤(粒径≤8mm)，为原料的热解技术，已公知的有固体热载体移动床粉煤热解和固体热载体流化床粉煤热解(流化载体为煤气)技术工艺，在其煤热解过程中，采用的固体热载体是高温热半焦或高温热灰。
由于固体热载体移动床粉煤热解技术，属固-固体导热，在实际运行中不仅传热效率低，易产生二次反应，影响热解产率的提高，同时还会出现结焦现象。而固体热载体流化床热解技术，因流化载体气泡的作用，易在床层内产生分层和节涌现象，并出现结焦现象，不仅使热解产率难以提高，严重时会影响正常操作。
为了满足固体热载体粉煤热解技术工艺发展需要，应提供一种结构简单、传热效率高、热解温度均匀、产物收率高、易操作的方法和装置。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、传热效率高、热解温度均匀、产物收率高、易操作的喷动流化床粉煤热解装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种喷动流化床粉煤热解装置，包括上部扩大段、中部床体和下部锥体；中部床体上部设置有上部扩大段，下部设置有下部锥体，上部扩大段上设有荒煤气出口管，荒煤气出口管靠上部扩大段内部的一端端口处设置有除尘罩，中部床体内部通过导流管支撑杆设有导流管，中部床体中上部设有固体热载体入口管，固体热载体入口管内设有螺旋混合器，固体热载体入口管外部设有粉煤入口管，中部床体的右下侧设有半焦出口管，下部锥体中部设有流化煤气进口管，下部锥体的底端设有喷动煤气进口管喷动煤气进口管的上端设有喷嘴，下部锥体顶部设有分布板。
所述的上部扩大段内设有除尘折流挡板。
所述的上部扩大段内设有四块除尘折流挡板。
所述的上部扩大段与中部床体用上部法兰连接，中部床体与下部锥体用下部法兰连接。
所述的中部床体内部通过三个导流管支撑杆设有导流管。
所述的中部床体的内径为D，中部床体的高度H为D的3～10倍，导流管的直径d为D的0.1～0.3倍，导流管的高度H1为中部床体高度H的0.15～0.3倍；导流管的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，分布板的开孔率为15％～35％。
所述的中部床体的高度H为D的3.5～8倍，导流管的直径d为D的0.15～0.25倍，导流管的高度H1为中部床体高度H的0.2～0.25倍，导流管的下端与喷嘴A的距离为50～100mm，分布板的开孔率为20％～25％。
所述的上部扩大段内的除尘罩与荒煤气出口管用三个拉杆固定。
一种喷动流化床粉煤热解方法，包括以下步骤：
1)将经固体热载体入口管来的高温半焦与经粉煤入口管来的粒径≤8mm的粉煤，按任意质量比在螺旋混合器中充分混合后，送入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体内；
2)将经喷动煤气进口管送入的喷动煤气送入喷嘴中，在喷嘴的喷射作用下，煤气流进入导流管中，在导流管中形成喷射区，在导流管上端形成悬浮区，在导流管周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管进入的流化荒煤气作用下，使固体物料呈现流化状态，并使其在热解温度稳定的条件下发生热分解反应，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段，通过除尘罩经由荒煤气出口管送出装置，热解产生的半焦经半焦出口管排出装置；其中，所述的中部床体的内径为D，中部床体的高度H为D的3～10倍，导流管的直径d为D的0.1～0.3倍，导流管的高度H1为中部床体高度H的0.15～0.3倍；导流管的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，分布板的开孔率为15％～35％。
反应生成的荒煤气上升至上部扩大段，经过除尘折流板脱除携带的粉尘颗粒后，通过除尘罩经由荒煤气出口管送出装置，并经由公知的荒煤气冷凝回收工艺处理后得到煤焦油和煤气；热解产生的半焦经半焦出口管排出装置，经由公知的热半焦冷却方法进行冷却存储；
所述的中部床体的高度H为D的3.5～8倍，导流管的直径d为D的0.15～0.25倍，导流管的高度H1为中部床体高度H的0.2～0.25倍，导流管的下端与喷嘴A的距离为50～100mm，分布板的开孔率为20％～25％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的喷动流化床粉煤热解装置及方法，是通过将粉煤与固体热载体(高温热半焦或高温热灰)送入中部床体内，在喷动煤气进口管处在经喷嘴进入的喷动煤气作用下，在导流管中形成喷射区，在导流管上端为悬浮区，在导流管周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管进入的流化煤气作用下，使固体物料呈现流化状态，由于喷动煤气与流化煤气相互作用，增强了固体热载体和粉煤的传热和传质效率，并使热解温度均匀，有效的提高了热解效果。且该方法和装置，结构简单、传热效率高、热解温度均匀、产物收率高、易操作。
附图说明
图1为喷动流化床粉煤热解装置示意图。
图2为图1的A－A附视图。
图3为图1的B－B附视图。
图4为喷嘴A的结构示意图。
图中的序号1为荒煤气出口管，2为除尘罩，3为除尘折流板，4为上部扩大段，5为上部法兰，6为中部床体，7为导流管，8为导流管支撑杆，9为半焦出口管，10为分布板，11为下部法兰，12为流化煤气进口管，13为喷动煤气进口管，14为下部锥体，15固体热载体入口管，16为螺旋混合器，17为粉煤入口管。
图中的A为喷嘴。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
结合附图1、图2、图3、图4和实施例对本发明做进一步详细说明：
参见图1至图4，一种喷动流化床粉煤热解装置，包括上部扩大段4、中部床体6和下部锥体14；中部床体6上部用上部法兰5连接有上部扩大段4，下部用下部法兰11连接有下部锥体14，上部扩大段4的右侧上设有荒煤气出口管1，荒煤气出口管1靠上部扩大段4内部的一端端口处用三个拉杆固定设置有除尘罩2，所述的上部扩大段4内设有四块除尘折流挡板3，所述中部床体内设有导流管7，导流管7用三个导流管支撑杆8与中部床体连接，中部床体6左侧中上部设有固体热载体入口管15，固体热载体入口管15内设有螺旋混合器16，固体热载体入口管15外部设有粉煤入口管17，中部床体6的右下侧设有半焦出口管9，下部锥体14右侧中部设有流化煤气进口管12，下部锥体14的底端设有喷动煤气进口管13，喷动煤气进口管13的上端设有喷嘴A，下部锥体14顶部设有分布板10。
所述中部床体6的内径为D，中部床体6的高度H为D的3～10倍，优化的为3.5～8倍。导流管7的直径d为D的0.1～0.3倍，优化的为0.15～0.25倍。导流管7的高度H1为中部床体6高度H的0.15～0.3倍，优化的为0.2～0.25倍。导流管7的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，优化的50～100mm。分布板10的开孔率15％～35％，优化的为20％～25％。
喷动流化床粉煤热解装置的原理是：粉煤与固体热载体(高温热半焦或高温热灰)按一定比例进入中部床体内，在喷动煤气进口管处在经喷嘴进入的喷动煤气作用下，在导流管中形成喷射区，在导流管上端为悬浮区，在导流管周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管进入的流化煤气作用下，使固体物料呈现流化状态，由于喷动煤气与流化煤气相互作用，增强了固体热载体和粉煤的传热和传质效率，并使热解温度均匀，有效的提高了热解效果。
一种喷动流化床粉煤热解方法，包括以下步骤：
1)将经固体热载体入口管15来的高温半焦与经粉煤入口管17来的粒径≤8mm的粉煤，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，送入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内；
2)将经喷动煤气进口管13送入的喷动煤气送入喷嘴A中，在喷嘴A的喷射作用下，煤气流进入导流管7中，在导流管7中形成喷射区，在导流管7上端形成悬浮区，在导流管7周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管12进入的流化荒煤气作用下，使固体物料呈现流化状态，并使其在热解温度稳定的条件下发生热分解反应，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段4，通过除尘罩2经由荒煤气出口管1送出装置，热解产生的半焦经半焦出口管9排出装置；其中，所述的中部床体6的内径为D，中部床体6的高度H为D的3～10倍，导流管7的直径d为D的0.1～0.3倍，导流管7的高度H1为中部床体6高度H的0.15～0.3倍；导流管7的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，分布板10的开孔率为15％～35％。优选的，所述的中部床体6的高度H为D的3.5～8倍，导流管7的直径d为D的0.15～0.25倍，导流管7的高度H1为中部床体6高度H的0.2～0.25倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为50～100mm，分布板10的开孔率为20％～25％。
具体的，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段4，经过除尘折流板3脱除携带的粉尘颗粒后，通过除尘罩2经由荒煤气出口管1送出装置，并经由公知的荒煤气冷凝回收工艺处理后得到煤焦油和煤气；热解产生的半焦经半焦出口管9排出装置，经由公知的热半焦冷却方法进行冷却存储。
所述荒煤气经公知的净化方法脱水脱渣后，所得到的为煤气。粉煤热解后所得产物为半焦。以半焦为燃料经常规流化床锅炉燃烧后得到的为高温热灰。半焦经常规的加热炉升温后为高温半焦。
实施例1
以内蒙古赤峰市平庄褐煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温半焦，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。经喷动煤气进口管13送入的喷动煤气进入喷嘴A，在喷嘴A的喷射作用下，煤气流进入导流管7中，在导流管7中形成喷射区，在导流管上端形成悬浮区，在导流管周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管12进入的流化荒煤气作用下，使物料呈现流化状态，由于喷动煤气与流化煤气相互作用，增强了固体热载体和粉煤的传热和传质效率，并使热解温度稳定的发生热分解反应，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段4，经过除尘折流板3脱除携带的粉尘颗粒后，通过除尘罩2经由荒煤气出口管1送出装置后，经由公知的荒煤气冷凝回收工艺处理后得到煤焦油和煤气。热解产生的半焦经半焦出口管9排出装置，经由公知的热半焦冷却方法进行冷却存储。
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的3.5倍，导流管7的直径d为D的0.15倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.2倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为50mm，分布板10的开孔率20％。
实施例2
在本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的4倍，导流管7的直径d为D的0.2倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.22倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为60mm，分布板10的开孔率22％。
以内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗长焰煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温热灰，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
实施例3
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的4.5倍，导流管7的直径d为D的0.3倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.23倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为70mm，分布板10的开孔率25％。
以陕西榆林市神木西沟长焰煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温半焦，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
实施例4
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的5.2倍，导流管7的直径d为D的0.25倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.25倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为73mm，分布板10的开孔率25％。
以云南小龙潭褐煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温热灰，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
实施例5
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的10倍，导流管7的直径d为D的0.3倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.3倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为150mm，分布板10的开孔率35％。
以陕西榆林市神木西沟长焰煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温半焦，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
实施例6
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的3倍，导流管7的直径d为D的0.1倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.15倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为100mm，分布板10的开孔率15％。
以云南小龙潭褐煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温热灰，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
实施例7
本实施例中，中部床体6的高度H为中床体6的内径D的8倍，导流管7的直径d为D的0.28倍，导流管的高度H1，为中部床体高度H的0.28倍，导流管7的下端与喷嘴A的距离为30mm，分布板10的开孔率30％。
以云南小龙潭褐煤粉煤(≤8mm)为原料，粉煤经粉煤入口17与固体热载体入口管15来的高温热灰，按任意质量比在螺旋混合器16中充分混合后，进入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体6内。其余叙述与实施例1所述相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，包括上部扩大段(4)、中部床体(6)和下部锥体(14)；中部床体(6)上部设置有上部扩大段(4)，下部设置有下部锥体(14)，上部扩大段(4)上设有荒煤气出口管(1)，荒煤气出口管(1)靠上部扩大段(4)内部的一端端口处设置有除尘罩(2)，中部床体(6)内部通过导流管支撑杆(8)设有导流管(7)，中部床体(6)中上部设有固体热载体入口管(15)，固体热载体入口管(15)内设有螺旋混合器(16)，固体热载体入口管(15)外部设有粉煤入口管(17)，中部床体(6)的右下侧设有半焦出口管(9)，下部锥体(14)中部设有流化煤气进口管(12)，下部锥体(14)的底端设有喷动煤气进口管(13)，喷动煤气进口管(13)的上端设有喷嘴(A)，下部锥体(14)顶部设有分布板(10)。
2.根据权利要求1所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的上部扩大段(4)内设有除尘折流挡板(3)。
3.根据权利要求2所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的上部扩大段(4)内设有四块除尘折流挡板(3)。
4.根据权利要求1所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的上部扩大段(4)与中部床体(6)用上部法兰(5)连接，中部床体(6)与下部锥体(14)用下部法兰(11)连接。
5.根据权利要求1所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的中部床体(6)内部通过三个导流管支撑杆(8)设有导流管(7)。
6.根据权利要求1所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的中部床体(6)的内径为D，中部床体(6)的高度H为D的3～10倍，导流管(7)的直径d为D的0.1～0.3倍，导流管(7)的高度H1为中部床体(6)高度H的0.15～0.3倍；导流管(7)的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，分布板(10)的开孔率为15％～35％。
7.根据权利要求6所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的中部床体(6)的高度H为D的3.5～8倍，导流管(7)的直径d为D的0.15～0.25倍，导流管(7)的高度H1为中部床体(6)高度H的0.2～0.25倍，导流管(7)的下端与喷嘴A的距离为50～100mm，分布板(10)的开孔率为20％～25％。
8.根据权利要求1所述的喷动流化床粉煤热解装置，其特征在于，所述的上部扩大段(4)内的除尘罩(2)与荒煤气出口管(1)用三个拉杆固定。
9.一种基于权利要求1至8所述的装置的喷动流化床粉煤热解方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将经固体热载体入口管(15)来的高温半焦与经粉煤入口管(17)来的粒径≤8mm的粉煤，按任意质量比在螺旋混合器(16)中充分混合后，送入喷动流化床粉煤热解装置的中部床体(6)内；
2)将经喷动煤气进口管(13)送入的喷动煤气送入喷嘴(A)中，在喷嘴(A)的喷射作用下，煤气流进入导流管(7)中，在导流管(7)中形成喷射区，在导流管(7)上端形成悬浮区，在导流管(7)周边形成环隙区，环隙区的固体物料在流化煤气进口管(12)进入的流化荒煤气作用下，使固体物料呈现流化状态，并使其在热解温度稳定的条件下发生热分解反应，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段(4)，通过除尘罩(2)经由荒煤气出口管(1)送出装置，热解产生的半焦经半焦出口管(9)排出装置；其中，所述的中部床体(6)的内径为D，中部床体(6)的高度H为D的3～10倍，导流管(7)的直径d为D的0.1～0.3倍，导流管(7)的高度H1为中部床体(6)高度H的0.15～0.3倍；导流管(7)的下端与喷嘴A的距离为30～150mm，分布板(10)的开孔率为15％～35％。
10.根据权利要求1所述的装置的喷动流化床粉煤热解方法，其特征在于，反应生成的荒煤气上升至上部扩大段(4)，经过除尘折流板(3)脱除携带的粉尘颗粒后，通过除尘罩(2)经由荒煤气出口管(1)送出装置，并经由公知的荒煤气冷凝回收工艺处理后得到煤焦油和煤气；热解产生的半焦经半焦出口管(9)排出装置，经由公知的热半焦冷却方法进行冷却存储；
所述的中部床体(6)的高度H为D的3.5～8倍，导流管(7)的直径d为D的0.15～0.25倍，导流管(7)的高度H1为中部床体(6)高度H的0.2～0.25倍，导流管(7)的下端与喷嘴A的距离为50～100mm，分布板(10)的开孔率为20％～25％。
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