CN105131994A - 碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，将碎煤、秸秆、垃圾或污泥原料加水渗透达到15-30%水分，初步碾压、糅合、挤出基本成型粉泥颗粒，输入成型柱体颗粒机再次碾压、糅合、挤出柱体或菱形颗粒,用机械密闭方式输入导料筒，或将颗粒机设置在兰炭炉盖上端，挤出的颗粒经导料筒直接落入炉中干馏膛，经干馏后成为含焦油、挥发分极低兰炭，在生产流程使煤炭中硫含量下降成为洁净的无烟、无焦油、低硫兰炭的块煤，替代资源极少的块煤和昂贵的焦炭。本发明的方法即保持干馏释放出兰炭燃气，又增加无氮热气在炉中与高温兰炭还原中和100-300m³/吨煤的无氮燃气，减少干馏炉消耗自身释放的燃气，降低兰炭生产成本。

Description

碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法

技术领域

本发明涉及采用碎烟煤、秸秆制备颗粒无氮热气干馏、冷却兰炭设备及方法属洁净煤、节能、环保领域，是一种碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法。

背景技术

兰炭炉主要分为外热式、内热式两种。外热式产量低，间歇的工作方式致使耗能高。内热式通过燃气与空气产生热风干馏，热风中氮气含量高与半焦释放煤气质量下降利用价值低，另外半焦（兰炭）用水、蒸汽急冷却（熄焦）、再烘干损耗能量太大，污水治理也需要成本，造成兰炭生产成本高。

为了使碎烟煤燃烧达到环保要求，做成各种加由无烟煤、褐煤、粘合剂的型煤或干馏提取焦油、脱硫成为洁净炭，生产工艺、技术正在发展中，本发明人发明了专利：ZL201210082054.8《一种制备柱体颗粒燃料的滚轮挤压机》、ZL201210082056.7《一种制备燃气的方法及设备》、ZL201210082057.1《一种柱体颗粒燃料及其制备方法和设备》、ZL201010572913.2《一种煤炭、木枝、植物杆茎与氧制造无氮煤燃气的反应装置》、ZL201210215367.6《一种褐煤制备燃气的方法及其设备》、ZL201210082055.2《一种制备燃气轮——蒸汽轮联合循环发电用的燃气的设备》、ZL201210215366.1《一种秸秆制备燃气的方法及设备》，以上多项发明专利技术设备碾压、糅合、挤压成柱体颗粒替代块煤投入煤气发生炉既产煤气，又回收焦油、硫、苯、酚等，取得经济、社会、环保、节能甚佳效益，不足之处；做成柱体颗粒储存、运输、防水效果不佳，在煤气发生炉中净化焦油代价高、复杂，限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，它采用碎煤、污泥、粉碎秸秆、垃圾经掺入15-30%的水分，再碾压、糅合、挤出各种形状柱体颗粒输入和直接投入干馏炉，经干馏后成为含焦油、挥发分极低兰炭，在生产流程使煤炭中硫含量下降30-60%而成为洁净的无烟、无焦油、低硫兰炭的块煤，替代资源极少的块煤和昂贵的焦炭。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，将碎煤、秸秆、垃圾或污泥原料加水渗透达到15-30%水分，初步碾压、糅合、挤出基本成型粉泥颗粒，输入成型柱体颗粒机再次碾压、糅合、挤出Φ15-30mm、长度30-200mm柱体或菱形颗粒,用机械密闭方式输入导料筒，或将颗粒机设置在兰炭炉盖上端，挤出的颗粒经导料筒直接落入炉中干馏膛，干馏膛下端链接无氮热气室，热气室将无氮燃气与氧气经燃烧机产生稳定550-1150℃热气，用热气导管口在热气室均布几十个热气导孔，或直接用十几个烧嘴布置在热气导孔原有位置喷射和吹入兰炭干馏膛，干馏膛始终充满待焦化颗粒，热气导孔或烧嘴吹入550-1150℃热无氮热气贯穿干馏膛内的待干馏焦化颗粒，干馏膛内0.3-1.5m厚待焦化颗粒作为干馏层，干馏层往上为预热层、厚度保持0.3-3m,干馏层、预热层内颗粒为碎烟煤或秸秆、垃圾、污泥碾压、糅合挤出的柱体、菱形颗粒，在干馏膛、热气室下部为待冷却膛，待冷却膛是将干馏膛连续平稳下沉的焦化颗粒兰炭进入冷却交接段，该段厚度为0.3-1.0m，往下为较厚层1.0-4.0m无氮煤气冷却带，由煤气吸热而升温使兰炭降温，同时防止过多煤气进入上层干馏膛，设置热气排放室、热气排放导管、热气排放孔，将下层上升煤气作为冷却介质已增温到550-850℃，用引风机按上升气量控制在50-90%引出热气排放室再输入冷却介质煤气泄气管，使用阀门控制。剩余10-50%可进入干馏膛与热气室550-1150℃无氮热气混合用于干馏颗粒，限制冷却介质煤气进入干馏膛，冷煤气室、输冷管、通过冷煤气孔或冷却罐体开通炉箅通气,将温度≦400℃无氮煤气或燃烧后无氮冷气掺入适量二氧化碳或蒸汽作为惰性介质吹入冷却膛，从冷却膛开始往上吹入冷却介质至到高温干馏层、兰炭高温滞留膛，这时冷煤气介质吸热上升温度达到550-1150℃，而冷却膛开始段兰炭温度降至≦300-400℃；由冷却介质泄出管、引风机作用，控制50-90%冷变热的介质被引走，只剩余10-50%进入干馏膛。从冷却膛下沉的兰炭温度逐步降到300-400℃后进入冷却兰炭下料层，冷却兰炭下料层有炉箅，冷却罐体旋转控制兰炭下沉速度，冷却炉体夹套、冷却介质、冷却罐体内冷却介质水或气通过输冷介质管、排热气介质管实现第二次冷却将兰炭温度降至≦300℃，经排兰炭器、排兰炭通用设备、在驱动齿轮、驱动机连续转动拨料盘将兰炭拨进兰炭出口进入排兰炭器，兰炭泄出与上端投料匹配保持同步。无氮煤气或燃烧后的无氮冷气、适量掺入二氧化碳作为惰性冷却介质，从冷煤气室进入后吸热到排放室后50-90%被吸出输入冷却介质气泄出管、经引风机一部分送入颗粒预热层；对导料筒内颗粒预热、将待热颗粒内水分蒸发带入冷却煤气回收管，其中用一部分经热气管加温颗粒机内腔用，而颗粒水分蒸发后构成蜂窝，冷却煤气回收管是冷却膛排出的气体控制在50-90%被吸出进入待料筒将颗粒预热蒸发水分，同时再次通过微压控制额定气量，使干馏膛产生的煤焦气从煤气出口输出，通过引风机吸引气时造成的微压比炉膛压力差50-400mm水柱即可正常运行，排出煤气经冷却、除水、除尘、除焦油后继续作为煤气和化工原料使用。

本发明在兰炭炉中设置热气室、热气排放室、冷煤气室分段结构组合，分为干馏膛、干馏膛有高温干馏层，热气排放室有兰炭高温滞留膛，冷却膛有炉箅，冷却兰炭下料层、冷却罐、冷却介质，其步骤如下：

①热气室：用无氮燃气与氧气在燃烧机产生550-1150℃温度热气输入经热气导管进入热气室，热气室几十个热气导孔或十几个烧嘴直接将热气吹入干馏膛，运行中产生热气温度850-1150℃是无氮燃气与氧气燃烧产生的蒸汽和二氧化碳，与干馏膛的已经达到750-1150℃兰炭对流产生二氧化碳转一氧化碳、蒸汽与热碳再中和分解释放氢气和一氧化碳，等于干馏消耗用的燃气利用热能850-1150℃温度又还原回来，与干馏兰炭释放的焦煤气混合是无氮燃气，热值≧2400kcal/m³；关键是：解决并能用于化工原料、推动燃气机的气体燃料；

②步骤所述干馏过程进入热气室的消耗燃气，消耗无氮燃气量控制在120-300m³/吨煤和相应蒸汽，而干馏成兰炭产出率在850-1150℃时，低于64-74%，干馏过程颗粒释放出无氮兰炭焦煤燃气300-700m³/吨煤；

③热气排放室：将用无氮煤气、燃烧后无氮气作为惰性气体由下而上冷却，吸热形成的热气应与热气室出入的热气截流，截流方式通过引风机或用多个吸嘴替代热气排放室将冷却煤气50-90%经热气排放室、热气排放导管、热气排放导孔、或多个吸嘴吸出送入冷却气泄出管，而剩余10-50%冷煤气进入兰炭滞留膛，冷却煤气中的氢和二氧化碳在850-1150℃温度的兰炭中反应产生甲烷、还原一氧化碳、少量硫化氢；

④冷煤气室将≦400℃无氮煤气、少量二氧化碳、蒸汽经输冷煤气管、冷煤气孔或开通冷却罐体上部炉箅进行通气替代冷煤气室往上流动直接吹入冷却膛，由下而上以≧600m³/吨煤冷煤气量在冷却膛吸入兰炭热量而逐步升温到兰炭高温滞留膛，10-50%冷却煤气进入高温干馏层，剩余50-90%冷却煤气被引风机截流吸走，而兰炭温度下沉底部再经冷却罐体、冷却介质已经降到300℃内，成为低温兰炭产品连续不断泄出，输入冷煤气只有10-50%进入干馏膛，使这部分煤气中的氢、二氧化碳在高温滞留膛就与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢进入高温干馏层。无氮煤气与氧气匹配蒸汽混合燃烧出高温热气和一部分无氮冷煤气进入干馏膛内850-1150℃温度与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢借以交换吸收大量热能量，在净化系统再分离3-10%焦油、硫、苯、酚、萘后，煤气净化程度达到焦油≦50mg/m³,硫≦20mg/m³,主要组分H₂≧35%,CO≧30%,CH₄≧3-13%,CO₂≦25%。

所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏方法，产出的兰炭：硫在750-1000℃挥发性硫不再释出，煤挥发分≦3%，热值保留原煤95%以上，硬度高于所用原料块煤，投入煤气发生炉时可提高气化温度，使煤气出口温度在400-500℃，借助将气化剂经各种废热交换产生高温蒸汽、高温气化用空气或氧气进入气化炉膛更利于发生反应，产出氢气、一氧化碳。高温干馏膛使用无氮热气，冷却膛使用无氮煤气或少量二氧化碳、蒸汽实现热能交换方法是：

①无氮热气在干馏膛850-1150℃温度下，二氧化碳与热碳还原一氧化碳，高温蒸汽与热碳中和分解释放氢气、一氧化碳和硫化氢，使得热气在干馏煤炭颗粒的同时，自身还原成部分燃气组分；

②冷煤气做惰性冷却介质直接对高温兰炭冷却，使冷煤气中的氢、二氧化碳与热炭发生反应交换热能转燃气，同时吸收热炭中的氢与硫强制对流构成再次脱硫；

③冷煤气冷却吸热后温度达到500-700℃时，通过引风机，阀门控制吹入一部分待干馏颗粒层预热、干燥，借以回收利用热能量。

所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏方法，兰炭炉盖中心有导料筒（2），导料筒上部设置机械密闭投料，或用颗粒机连接，将颗粒机挤出的柱体颗粒直接落入导料筒，导料筒接纳颗粒料层厚度为1.0-3.0m，利于回热冷却煤气从导料筒底中部吹入，预热、干燥颗粒经上部煤气回收管排出流动，炉盖下端连接钢板制作干馏炉体、干馏炉体砌有耐火层合成干馏膛，干馏膛容纳颗粒干馏层0.3-1.5m，预热干燥层0.3-3.0m，干馏膛下端热气室用耐火材料浇筑出热气导管、热气室、几十个均布热气导孔或用十几个烧嘴取代热气室、热气导管，无氮燃气与氧气燃烧所需用热气温度控制在1150℃左右，用耐火材料浇铸或持久耐用高温烧嘴，热气室下部设兰炭高温滞留膛、厚度层1.0-1.5m，高温干馏层兰炭下沉脱离热气室后进入高温滞留膛，为无氮热气、冷煤气设置缓冲即兰炭高温滞留膛，下端用钢板制作耐火材料浇铸的热气排放室将由下而上的冷却煤气通过引风机吸引截流50-90%的气量送入泄气管，实现排热气室掌控冷煤气进入干馏膛的给量，同时也控制干馏膛煤气不得往下流动。所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏方法，用钢板制作的冷煤气室采用无氮煤气作为惰性热交换介质，通过压力进入输冷管、煤气导孔吹入冷却膛，冷却膛厚度为1.0-4.0m兰炭颗粒达到充分冷却，在这一过程冷煤气上升吸热，兰炭降温冷热交换温度基本相等时到达排热气室被吸出50-90%冷却煤气经冷却气泄管、引风机送出，10-50%冷煤气按量控制进入干馏膛，冷煤气室下端有钢板制作冷却炉体、冷却罐体再次冷却使兰炭低于300℃排出，或开通炉箅、直接将冷煤气输入冷却膛。所述的无氮热气、冷却煤气是使用氧气与煤气燃烧，或氧气与碳气化，或二氧化碳气体作为冷却介质；所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏方法，秸秆、垃圾和污泥颗粒干馏过程为：

①秸秆颗粒干馏最佳温度750-1150℃，干馏无氮热气加入少量多余氧气，利用干馏过程将秸秆中燃气成分分解释放出来，增加少量氧气进一步与秸秆碳成分反应、消化，过度用余氧干馏秸秆多产出燃气，少产出木炭；

②垃圾、污泥颗粒干馏温度控制在850-1150℃，增加氧气将颗粒有效成分分解释放出来，在密闭管路输送中经净化系统除毒、除污，成为清洁燃气、回收符合标准的燃油；

③掺入适量焦煤时，干馏温度≧1050℃产出颗粒均匀、碎粉少、硬度高、低成本的焦炭，可用于冶金。

本发明优点在于：用无氮燃气与氧气燃烧产生无氮热气干馏碎煤制成颗粒，在750-1150℃干流过程中，热气中的二氧化碳、高温蒸汽与热碳又还原一氧化碳和分解、中和释放氢气、一氧化碳、用于干馏兰炭耗用燃气基本上又还原回来。这是降低兰炭生产成本的基础。干馏产生的兰炭；使用无氮煤气作为惰性介质冷却兰炭，冷却兰炭煤气在750-1150℃温度中煤气中的氢气、二氧化碳又起反应热交换产生甲烷、还原一氧化碳、硫化氢、热能升温的冷却煤气再进入导料筒预热、干燥燃料颗粒。整个过程在密闭中循环，无污水、无烟气泄漏，所产生的热能、热量层层交换回收，使兰炭生产成本显著下降。

本发明所述碎煤、秸秆做成柱体颗粒在炉内经干燥、预热段，水分蒸发连续不断平稳下沉到干馏层，干馏层设有始终保持无氮燃气与氧气在燃气机或烧嘴内发生550-1150℃温度的无氮热气，直接对柱体颗粒加热形成干馏，碎煤颗粒干馏自身放出200-600m³/吨煤以上优质兰炭燃气。在干馏过程中；由于热气无氮、在温度750-1150℃时，热气中的二氧化碳和保持气状的高温蒸汽与热碳中和，使热能转换还原一部分氢气和一氧化碳100-300m³/吨煤，因此干馏产出的煤气无氮，而含氢、甲烷量高，一氧化碳、二氧化碳低，热值达到1800-3000kcal/m³，经净化系统回收焦油、脱硫后能推动燃气机发电和做城市、工业、化工用煤气，经干馏后成为含焦油、挥发分极低兰炭，在生产流程使煤炭中硫含量下降30-60%而成为洁净的无烟、无焦油、低硫兰炭的块煤，替代资源极少的块煤和昂贵的焦炭。

本发明所述经干馏后成为半焦（以下称兰炭）下沉采用到无氮煤气形成冷却层，用低温高氢无氮煤气由下往上在高温兰炭段流动吸收带走热量作为惰性气体实现干燥式降温、冷却回收兰炭热能目的，利用高氢进入干馏层下沉550-1150℃热兰炭碰撞强制冷却，燃气中的氢气与550-1150℃兰炭中和，产生一定量甲烷增加热能交换提高燃气热值和强制性与热碳中硫发生硫化氢，致使有效再次降低兰炭挥发性硫20-40%的含硫量。经过第一次高温无氮燃气干馏过程脱硫20-40%，第二次高氢含量无氮燃气冷却使煤炭再降硫10-40%，使炭中含硫量只剩固体硫，使炭中含硫量降低50%以上目标，从燃料内里降低挥发硫达到洁净煤更高的要求。

本发明通过纯氧气化和半焦炉产出的煤气中含氮气低于5%，氢气达到30-60%，与氧气产生550-1150℃高温热气经热气室孔或烧嘴均布导入干馏层，使无氮热气中蒸汽、二氧化碳与550-1150℃热兰炭发生中和、还原反应一部分氢气、一氧化碳，本发明即保持干馏释放出的200-600m³/吨兰炭燃气，又增加无氮热气在炉中与高温兰炭还原中和100-300m³/吨煤的无氮燃气，减少干馏炉消耗自身释放的燃气，降低兰炭生产成本。

本发明所述无氮干馏兰炭形成后在下部用煤气干式冷却方式形成对干馏层下沉的兰炭冷却，保持整个兰炭生产过程无氮气混入和热能高效转换利用，利用冷无氮燃气中的高氢含量与550-1150℃热碳冷却中部分氢气、二氧化碳产生甲烷、一氧化碳反应，同时一部分氢与热碳中和成硫化氢随煤气排出，硫化氢与煤气在净化系统中被裂解、吸收脱硫，即实现减少兰炭中含硫量的目的，又增加冷煤气中氢、二氧化碳与热兰炭中和吸收热能转换一部分甲烷、一氧化碳和少量硫化氢，兰炭经无氮煤气冷却≦100℃，通过机械密闭将冷却后兰炭逐步给量泄出。干馏层所使用550-1150℃热气，主要是使用无氮煤气、或天然气，油燃料、醇类燃料与氧气燃烧，控制好所需一定温度通过热气室各孔或烧嘴导入干馏层，550-1150℃无氮高温热气在干馏层与热碳接触能够使部分二氧化碳还原成一氧化碳。高温气状的蒸汽能中和分解氢气和一氧化碳及少量硫化氢，高温热气温度越高，越利于提高还原、中和、分解、裂解率。干馏过程温度越高，产出兰炭率相对低，正在实际运行的兰炭炉在850℃时产生兰炭率只有65-75%，热值5000-6900kcl/kg，但是产出的煤气甲烷含量达到13%，实际产气量达到500-1200m³/吨煤以上，热值≧1800kcal/m³，优质、高热值燃气能较好利用，产生的价值和回收焦油后价值合计可抵消大部分兰炭生产成本60%。

附图说明

附图1为本发明碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备结构示意图；附图2是附图1干馏设备中的干馏段结构示意图；附图3是附图1中干馏设备的干式排渣结构示意图；附图4是附图1中干馏设备的湿式排渣结构示意图；附图5是附图4中的A-A剖视结构示意图，主要显示附图1、附图2中干馏热气室、热气排放室、冷却室结构示意图。

图中：1颗粒机2导料筒3炉盖4煤气出口5干馏炉体6干馏炉体耐火层7干馏膛8热气室9热气导管10热气导孔或烧嘴11热气排放室12热气排放导管13热气排放导孔14兰炭高温滞留膛15高温干馏层16待冷却膛17待冷炉体18待冷炉体耐火层19冷煤气室或炉箅20输冷气管21冷煤气孔22冷却膛23炉箅24冷却炉体25冷却兰炭下料层26冷却罐体27冷却介质28输冷却介质29排热介质30驱动轴31排兰炭32排兰炭设备33驱动齿轮34驱动机35冷却气泄出管36引风机37冷却煤气回收管38颗粒待料预热层39热气管40拨料盘41兰炭出口。

具体实施方式

本发明的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，将碎煤、秸秆、垃圾、污泥等原料渗透15-30%水分，初步碾压、糅合、挤出基本成型粉泥颗粒，即可输入成型柱体颗粒机1再次碾压、糅合、挤出Φ15-30mm、长度30-200mm柱体、球形、菱形颗粒用机械密闭方式输入导料筒2，或将颗粒机1设置在兰炭炉盖3上端、挤出的颗粒经导料筒2直接落入炉中干馏膛7，干馏膛7下端链接无氮热气室8，热气室8将无氮燃气与氧气经燃烧机产生稳定550-1150℃热气，经热气导管口9在热气室8均布几十个热气导孔10或烧嘴取代热气室8、热气导管9直接吹入兰炭干馏膛7，干馏膛7始终充满待焦化颗粒，热气导孔10或烧嘴吹入550-1150℃热无氮热气贯穿干馏膛7内待干馏焦化颗粒，干馏膛7内0.3-1.5m厚待焦化颗粒作为干馏层，干馏层往上为预热层、厚度保持0.3-3m最佳。在干馏膛7、热气室8下部为待冷却膛15，待冷却膛15是将干馏膛7连续平稳下沉的焦化颗粒（兰炭）进入冷却交接段，该段厚度优选0.3-1.0m最佳，往下为无氮煤气冷却带（段）厚度1.5-4m，吸热而升温使兰炭降温，同时防止过多煤气进入上层干馏膛7，因此设置热气排放室11，热气排放导管12、热气排放孔13，将下层上升煤气作为冷却介质并已增温到550-850℃，用引风机36按上升气量控制在50-90%引出热气排放室11再输入冷却介质煤气泄气管35，使用阀门39控制。剩余20-50%可进入干馏膛7与热气室8无氮550-1150℃热气混合干馏颗粒，限制冷却介质煤气进入干馏膛7是限制过多冷煤气进入干馏膛7与干馏释放出焦煤气混合影响优质焦煤气品质。保证干馏膛7产出的焦煤气热值达到1800-3000kcal/m³以上，否则经济价值受影响，造成兰炭生产费用增高。所述冷煤气室19、输冷管20通过冷煤气21或冷却罐体26开通炉箅23后将温度≦400℃无氮煤气或燃烧后无氮冷气掺入适量二氧化碳或蒸汽作为惰性介质吹入冷却膛22，从冷却膛22开始往上吹入冷却介质至到高温干馏层15、兰炭高温滞留膛14，这时冷煤气介质吸热上升温度达到550-1150℃。而冷却膛22开始段兰炭温度一般能降≦300-400℃,由冷却介质泄出管35、引风机36作用，控制50-90%冷变热的介质被引走，只剩余10-50%根据实际需要才能进入干馏膛7。从冷却膛16下沉的兰炭温度逐步降到300-400℃后进入冷却兰炭下料层25，冷却兰炭下料层25有炉箅23，冷却罐体26旋转控制兰炭下沉速度，冷却炉体夹套、冷却介质24、冷却罐体26内冷却介质（水或气）27通过输冷介质28、排热气介质29实现第二次冷却将兰炭温度降至≦300℃经排兰炭器31、排兰炭罐32、在驱动齿轮33、驱动机34连续转动拨料盘40不断将兰炭拨进兰炭出口41进入各种型号排兰炭器31，兰炭泄出与上端投料匹配保持同步。

本发明所述无氮煤气或燃烧后的无氮冷气、适量掺入二氧化碳作为惰性冷却介质27，从冷煤气室19进入后吸热到排放室11后50-90%被吸入冷却介质气泄出管35、经引风机36送入颗粒预热层38；对导料筒2内颗粒预热、将待热颗粒内水分蒸发带入冷却煤气回收管37，其中用一部分经热气管39加温颗粒机内腔用。而颗粒水分蒸发后构成蜂窝，利于干馏时焦油、硫、苯、酚、萘等充分释放出来。冷却煤气回收管37是冷却膛22排出的气体有效控制在50-80%被吸出进入待料筒2将颗粒预热蒸发水分，同时再次通过微压控制额定气量，防止该气体与干馏膛7气体混合，使纯氧气化产生的优质煤焦气从煤气出口4顺利输出。通过引风机36吸引气时造成的微压比炉膛压力高50-400mm水柱即可正常运行，排出煤气经冷却、除水、除尘、除焦油后继续作为煤气和化工原料使用，消耗的冷却煤气用干馏膛煤焦气保持补充平衡。

本发明所述无氮热气干馏、煤气惰性冷却兰炭的方法：所述碎煤、秸秆制备颗粒无氮热气干馏、煤气冷却兰炭设备及方法：在兰炭炉中设置热气室8、热气排放室11、冷煤气室19分段结构组合，分为干馏膛7、干馏膛7有高温干馏层15，热气排放室11有兰炭高温滞留膛14，冷却膛22有炉箅23，冷却兰炭下料层25、冷却罐26、冷却介质27，其步骤如下：

①热气室8：用无氮燃气与氧气在燃烧机产生550-1150℃温度热气输入经热气导管9进入热气室8，热气室8几十个热气导孔10或十几个烧嘴直接将热气吹入干馏膛7，运行中产生热气温度850-1150℃是无氮燃气与氧气燃烧产生的蒸汽和二氧化碳，与干馏膛7的已经达到750-1150℃兰炭对流产生二氧化碳转一氧化碳、蒸汽与热碳再中和分解释放氢气和一氧化碳，等于干馏消耗用的燃气利用热能850-1150℃温度又还原回来，与干馏兰炭释放的焦煤气混合是无氮燃气，热值≧2400kcal/m³；关键是：解决并能用于化工原料、推动燃气机的气体燃料；

②步骤所述干馏过程进入热气室8的消耗燃气，消耗无氮燃气量控制在120-300m³/吨煤和相应蒸汽，而干馏成兰炭产出率在850-1150℃时，低于64-74%，干馏过程颗粒释放出无氮兰炭焦煤燃气300-700m³/吨煤，按售价0.6元/m³，计算可回收资金360元/吨煤以上.

③热气排放室11：将用无氮煤气、燃烧后无氮气作为惰性气体由下而上冷却，吸热形成的热气应与热气室8出入的热气截流，截流方式通过引风机36或用多个吸嘴替代热气排放室11将冷却煤气50-90%经热气排放室11、热气排放导管12、热气排放导孔13、或多个吸嘴吸出送入冷却气泄出管35，而剩余10-50%冷煤气进入兰炭滞留膛14，冷却煤气中的氢和二氧化碳在850-1150℃温度的兰炭中反应产生甲烷、还原一氧化碳、少量硫化氢。根据兰炭温度一般控制100-160m³/吨煤气进入干馏膛7、也就是10-50%范围。使干馏膛7煤气量产量又增加100-160m³/吨煤。

④冷煤气室19或冷却罐体26上部开通炉箅23流通将≦400℃无氮煤气、少量二氧化碳、蒸汽经输冷煤气管20、冷煤气孔21或开通冷却罐体26上部炉箅23进行通气替代冷煤气室19往上流动直接吹入冷却膛22，由下而上以≧600m³/吨煤冷煤气量在冷却膛22吸入兰炭热量而逐步升温到兰炭高温滞留膛14，10-50%冷却煤气进入高温干馏层，剩余50-90%冷却煤气被引风机36截流吸走，而兰炭温度下沉底部再经冷却罐体26、冷却介质27已经降到300℃内，成为低温兰炭产品连续不断泄出，输入冷煤气只有10-50%进入干馏膛7，使这部分煤气中的氢、二氧化碳在高温滞留膛14就与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢进入高温干馏层15。

本发明所述干馏兰炭产出煤气价值：无氮煤气与氧气匹配蒸汽混合燃烧出高温热气和一部分无氮冷煤气进入干馏膛7内850-1150℃温度与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢借以交换吸收大量热能量，在净化系统再分离3-10%焦油、硫、苯、酚、萘后，煤气净化程度达到焦油≦50mg/m³,硫≦20mg/m³,主要组分H₂≧35%,CO≧30%,CH₄≧3-13%,CO₂≦25%。这种成分的煤气极利于作为化工的原料气，工业煤气。一氧化碳在中和分解H₂和CO₂也可以作为城市煤气使用。热值都在2400kcal/m³，价值不低于0.6元/m³，因此产出煤气、回收焦油价值：煤气0.6元/m³×600m³=360元/吨煤，焦油2元/kg×60kg/吨煤=120元/吨煤。合计480元/吨煤。每吨煤（5700kcal/kg），挥发分≧27%时干馏产出兰炭720kg/吨煤计算（作为原料的煤炭价格500元/吨）：每吨兰炭产出成本20元÷0.72吨=28元/吨。

本发明所述兰炭的使用：碎烟煤、秸秆制备颗粒无氮热气干馏冷却兰炭设备及方法产出兰炭经化验：硫在750-1000℃挥发性硫不再释出，煤挥发分≦3%，热值保留原煤95%以上（见表1、表2），硬度高于所用原料块煤，使用这种兰炭作用的意义在于；投入煤气发生炉时提高气化温度，使煤气出口温度在400-500℃，借助将气化剂经各种废热交换产生高温蒸汽、高温气化用空气或氧气进入气化炉膛更利于发生反应，多产出氢气、一氧化碳，以6000kcal/kg煤气产出兰炭为例：空气、蒸汽加废热交换后温度达到300-500℃气化剂，产出煤气3.5m³/kg以上，热值1400kcal/m³，转化热值效率80-90%。氧气、蒸汽加废热交换温度达到400℃以上的气化剂，产出无氮煤气2.4m³/kg以上。热值2600kcal/m³，转化热值效率95-105%。由于兰炭挥发硫、挥发分极低，用在煤气发生炉减少无效降温而为电捕焦、脱硫、脱硝的环节，将煤气出口300-500℃煤气经保温旋离除尘可直接送入锅炉、燃气机、炉窑烧嘴，仅此一项可节省煤炭15-20%。因此使用兰炭意义在于；无焦油、无硫在煤气发生炉高温气化，使蒸汽更好与热兰炭中和、还原，达到提高转换热值效率，同时利用煤气出口无需电捕焦、脱硫、脱硝更利于热交换，这是兰炭替代块煤提高能效的特征。

本发明的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法中的高温干馏膛7使用无氮热气，冷却膛16使用无氮煤气都是为了热能利用交换：

高温干馏膛7使用无氮热气，冷却膛16使用无氮煤气或少量二氧化碳、蒸汽实现热能交换方法是：

①无氮热气在干馏膛850-1150℃温度下，二氧化碳与热碳还原一氧化碳，高温蒸汽与热碳中和分解释放氢气、一氧化碳和硫化氢，使得热气在干馏煤炭颗粒的同时，自身还原成部分燃气组分；

②冷煤气做惰性冷却介质直接对高温兰炭冷却，使冷煤气中的氢、二氧化碳与热炭发生反应交换热能转燃气，同时吸收热炭中的氢与硫强制对流构成再次脱硫；

③冷煤气冷却吸热后温度达到500-700℃时，通过引风机36，阀门39控制吹入一部分待干馏颗粒层38预热、干燥，借以回收利用热能量。

本发明所述兰炭炉盖3中心有导料筒2，导料筒2上部设置机械密闭投料，或用颗粒机1连接，将颗粒机1挤出的柱体颗粒直接落入导料筒2，这种设置在实现投料功能的同时，又起到密闭的作用，而且直接投料的颗粒完整、成型好，产生碎煤极少。导料筒2接纳颗粒料层厚度为1.0-3.0m，利于回热冷却煤气从导料筒2底中部吹入，预热、干燥颗粒经上部煤气回收管37排出流动，炉盖3下端连接钢板制作干馏炉体5、干馏炉体砌有耐火层6合成干馏膛7，干馏膛7容纳颗粒干馏层0.3-1.5m，预热干燥层0.3-3.0m，干馏膛7下端热气室8用耐火材料浇筑出热气导管9、热气室8、几十个均布热气导孔10或用十几个烧嘴取代热气室8、热气导管9，无氮燃气与氧气燃烧所需用热气温度控制在1150℃左右，用耐火材料浇铸或持久耐用高温烧嘴，热气室8下部设兰炭高温滞留膛14、厚度层1.0-1.5m为佳，高温干馏层15兰炭下沉脱离热气室8后进入高温滞留膛14，目的是为无氮热气、冷煤气设置缓冲即高温兰炭滞留膛14，下端用钢板制作耐火材料浇铸的热气排放室11将由下而上的冷却煤气通过引风机36吸引截流50-80%的气量送入泄气管35，从而实现排热气室11掌控冷煤气进入干馏膛的给量，同时也控制干馏膛7优质煤气不得往下流动，实现本发明关键的生产工艺和流程。

本发明用钢板制作的冷煤气室19采用气体成分：H₂≧40%,CO≧30%,CO₂≈20%。N₄≦3%,采用无氮煤气作为惰性热交换介质，通过压力100-600mmm水柱进入通过输冷管20、煤气导孔21吹入冷却膛22，冷却膛22厚度为1.0-4.0m使兰炭颗粒达到充分冷却，在这一过程冷煤气上升吸热，兰炭降温冷热交换温度基本相等时到达排热气室8被吸出50-90%冷却煤气经冷却气泄管35、引风机36送出。而10-50%冷煤气按量控制进入干馏膛7，防止干馏膛7热气下流。冷煤气室19下端有钢板制作冷却炉体24、冷却罐体26再次冷却使兰炭低于300℃排出。或开通炉箅23、直接将冷煤气输入冷却膛22。

本发明所述方法中无氮热气、冷却煤气是使用氧气与煤气燃烧，或氧气与碳气化，或二氧化碳气体作为冷却介质。氧气是指、富氧、纯氧，也可选用空气效果有差别。

本发明所述碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其秸秆、生活垃圾和污泥颗粒干馏过程：

①秸秆颗粒干馏最佳温度750-1150℃，干馏无氮热气加入少量多余氧气，利用干馏过程将秸秆中燃气成分分解释放出来，增加少量氧气进一步与秸秆碳成分反应、消化，过度用余氧干馏秸秆多产出燃气，少产出木炭；达到每吨秸秆产出无氮燃气900-1300m³，剩余固体（粗杂木炭）作为肥料或其他用途，避免高温焚烧秸秆、秸秆固体结硫，防止秸秆内氮元素生成氮氧化物。

②垃圾、污泥颗粒干馏温度控制在850-1150℃，增加氧气将颗粒有效成分分解释放出来，在密闭管路输送中经净化系统除毒、除污，成为清洁燃气、回收符合标准的燃油；避免焚烧方式出现二噁英等剧毒污染物排入大气。

③掺入适量焦煤时，干馏温度≧1050℃产出颗粒均匀、碎粉少、硬度高、低成本的焦炭，可用于冶金。

Claims (10)

1.碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：将碎煤、秸秆、垃圾或污泥原料加水渗透达到15-30%水分，初步碾压、糅合、挤出基本成型粉泥颗粒，输入成型柱体颗粒机（1）再次碾压、糅合、挤出Φ15-30mm、长度30-200mm柱体或菱形颗粒,用机械密闭方式输入导料筒（2），或将颗粒机（1）设置在兰炭炉盖（3）上端，挤出的颗粒经导料筒（2）直接落入炉中干馏膛（7），干馏膛（7）下端链接无氮热气室（8），热气室（8）将无氮燃气与氧气经燃烧机产生稳定550-1150℃热气，用热气导管口（9）在热气室（8）均布几十个热气导孔（10），或直接用十几个烧嘴布置在热气导孔（10）原有位置喷射和吹入兰炭干馏膛（7），干馏膛（7）始终充满待焦化颗粒，热气导孔（10）或烧嘴吹入550-1150℃热无氮热气贯穿干馏膛（7）内的待干馏焦化颗粒，干馏膛（7）内0.3-1.5m厚待焦化颗粒作为干馏层，干馏层往上为预热层、厚度保持0.3-3m,干馏层、预热层内颗粒为碎烟煤或秸秆、垃圾、污泥碾压、糅合挤出的柱体、菱形颗粒，在干馏膛（7）、热气室（8）下部为待冷却膛（15），待冷却膛（15）是将干馏膛（7）连续平稳下沉的焦化颗粒兰炭进入冷却交接段，该段厚度为0.3-1.0m，往下为较厚层1.0-4.0m无氮煤气冷却带，由煤气吸热而升温使兰炭降温，同时防止过多煤气进入上层干馏膛（7），设置热气排放室（11）、热气排放导管（12）、热气排放孔（13），将下层上升煤气作为冷却介质已增温到550-850℃，用引风机（36）按上升气量控制在50-90%引出热气排放室（11）再输入冷却介质煤气泄气管（35），采用阀门（39）控制，剩余10-50%可进入干馏膛（7）与热气室（8）550-1150℃无氮热气混合用于干馏颗粒，限制冷却介质煤气进入干馏膛（7），冷煤气室（19）、输冷管（20）、通过冷煤气孔（21）或冷却罐体（26）开通炉箅（23）通气,将温度≦400℃无氮煤气或燃烧后无氮冷气掺入适量二氧化碳或蒸汽作为惰性介质吹入冷却膛(22)，从冷却膛(22)开始往上吹入冷却介质至到高温干馏层(15)、兰炭高温滞留膛(14)，这时冷煤气介质吸热上升温度达到550-1150℃，而冷却膛(22)开始段兰炭温度降至≦300-400℃；由冷却介质泄出管(35)、引风机（36)作用，控制50-90%冷变热的介质被引走，只剩余10-50%进入干馏膛(7)；从冷却膛(16)下沉的兰炭温度逐步降到300-400℃后进入冷却兰炭下料层(25)，冷却兰炭下料层(25)有炉箅(23)，冷却罐体(26)旋转控制兰炭下沉速度，冷却炉体夹套(24)、冷却介质(27)、冷却罐体(26)内冷却介质水或气通过输冷介质管(28)、排热气介质管(29)实现第二次冷却将兰炭温度降至≦300℃，经排兰炭器(31)、排兰炭通用设备(32)、在驱动齿轮(33)、驱动机(34)连续转动拨料盘(40)将兰炭拨进兰炭出口(41)进入排兰炭器(31)，兰炭泄出与上端投料匹配保持同步。

2.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：无氮煤气或燃烧后的无氮冷气、适量掺入二氧化碳作为惰性冷却介质(27)，从冷煤气室(19)进入后吸热到排放室(11)后50-90%被吸出输入冷却介质气泄出管(35)、经引风机(36)一部分送入颗粒预热层(38)；对导料筒(2)内颗粒预热、将待热颗粒内水分蒸发带入冷却煤气回收管(37)，其中用一部分经热气管(39)加温颗粒机内腔用，而颗粒水分蒸发后构成蜂窝，冷却煤气回收管(37)是冷却膛(22)排出的气体控制在50-90%被吸出进入待料筒(2)将颗粒预热蒸发水分，同时再次通过微压控制额定气量，使干馏膛(7)产生的煤焦气从煤气出口(4)输出，通过引风机(36)吸引气时造成的微压比炉膛压力差50-400mm水柱即可正常运行，排出煤气经冷却、除水、除尘、除焦油后继续作为煤气和化工原料使用。

3.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：在兰炭炉中设置热气室(8)、热气排放室(11)、冷煤气室(19)分段结构组合，分为干馏膛(7)、干馏膛(7)有高温干馏层(15)，热气排放室(11)有兰炭高温滞留膛(14)，冷却膛(22)有炉箅(23)，冷却兰炭下料层(25)、冷却罐(26)、冷却介质(27)，其步骤如下：

热气室(8)：用无氮燃气与氧气在燃烧机产生550-1150℃温度热气输入经热气导管(9)进入热气室(8)，热气室(8)几十个热气导孔(10)或十几个烧嘴直接将热气吹入干馏膛(7)，运行中产生热气温度850-1150℃是无氮燃气与氧气燃烧产生的蒸汽和二氧化碳，与干馏膛(7)的已经达到750-1150℃兰炭对流产生二氧化碳转一氧化碳、蒸汽与热碳再中和分解释放氢气和一氧化碳，等于干馏消耗用的燃气利用热能850-1150℃温度又还原回来，与干馏兰炭释放的焦煤气混合是无氮燃气，热值≧2400kcal/m³；

步骤所述干馏过程进入热气室(8)的消耗燃气，消耗无氮燃气量控制在120-300m³/吨煤和相应蒸汽，而干馏成兰炭产出率在850-1150℃时，低于64-74%，干馏过程颗粒释放出无氮兰炭焦煤燃气300-700m³/吨煤；

热气排放室(11)：将用无氮煤气、燃烧后无氮气作为惰性气体由下而上冷却，吸热形成的热气应与热气室(8)出入的热气截流，截流方式通过引风机(36)或用多个吸嘴替代热气排放室（11）将冷却煤气50-90%经热气排放室（11）、热气排放导管（12）、热气排放导孔（13）、或多个吸嘴吸出送入冷却气泄出管（35），而剩余10-50%冷煤气进入兰炭滞留膛（14），冷却煤气中的氢和二氧化碳在850-1150℃温度的兰炭中反应产生甲烷、还原一氧化碳、少量硫化氢；

冷煤气室（19）将≦400℃无氮煤气、少量二氧化碳、蒸汽经输冷煤气管（20）、冷煤气孔（21）或开通冷却罐体（26）上部炉箅（23）进行通气替代冷煤气室（19）往上流动直接吹入冷却膛（22），由下而上以≧600m³/吨煤冷煤气量在冷却膛（22）吸入兰炭热量而逐步升温到兰炭高温滞留膛（14），10-50%冷却煤气进入高温干馏层，剩余50-90%冷却煤气被引风机（36）截流吸走，而兰炭温度下沉底部再经冷却罐体（26）、冷却介质（27）已经降到300℃内，成为低温兰炭产品连续不断泄出，输入冷煤气只有10-50%进入干馏膛（7），使这部分煤气中的氢、二氧化碳在高温滞留膛（14）就与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢进入高温干馏层（15）。

4.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：无氮煤气与氧气匹配蒸汽混合燃烧出高温热气和一部分无氮冷煤气进入干馏膛（7）内850-1150℃温度与热碳中和、还原甲烷、一氧化碳、硫化氢借以交换吸收大量热能量，在净化系统再分离3-10%焦油、硫、苯、酚、萘后，煤气净化程度达到焦油≦50mg/m³,硫≦20mg/m³,主要组分H₂≧35%,CO≧30%,CH₄≧3-13%,CO₂≦25%。

5.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：产出的兰炭：硫在750-1000℃挥发性硫不再释出，煤挥发分≦3%，热值保留原煤95%以上，硬度高于所用原料块煤，投入煤气发生炉时可提高气化温度，使煤气出口温度在400-500℃，借助将气化剂经各种废热交换产生高温蒸汽、高温气化用空气或氧气进入气化炉膛更利于发生反应，产出氢气、一氧化碳。

6.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：高温干馏膛（7）使用无氮热气，冷却膛（16）使用无氮煤气或少量二氧化碳、蒸汽实现热能交换方法是：

无氮热气在干馏膛850-1150℃温度下，二氧化碳与热碳还原一氧化碳，高温蒸汽与热碳中和分解释放氢气、一氧化碳和硫化氢，使得热气在干馏煤炭颗粒的同时，自身还原成部分燃气组分；

冷煤气做惰性冷却介质直接对高温兰炭冷却，使冷煤气中的氢、二氧化碳与热炭发生反应交换热能转燃气，同时吸收热炭中的氢与硫强制对流构成再次脱硫；

冷煤气冷却吸热后温度达到500-700℃时，通过引风机（36），阀门（39）控制吹入一部分待干馏颗粒层（38）预热、干燥，借以回收利用热能量。

7.根据权利要求1、2、3任一项所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：兰炭炉盖（3）中心有导料筒（2），导料筒（2）上部设置机械密闭投料，或用颗粒机（1）连接，将颗粒机（1）挤出的柱体颗粒直接落入导料筒(2)，导料筒(2)接纳颗粒料层厚度为1.0-3.0m，利于回热冷却煤气从导料筒(2)底中部吹入，预热、干燥颗粒经上部煤气回收管(37)排出流动，炉盖(3)下端连接钢板制作干馏炉体(5)、干馏炉体砌有耐火层(6)合成干馏膛(7)，干馏膛(7)容纳颗粒干馏层0.3-1.5m，预热干燥层0.3-3.0m，干馏膛(7)下端热气室(8)用耐火材料浇筑出热气导管(9)、热气室(8)、几十个均布热气导孔(10)或用十几个烧嘴取代热气室(8)、热气导管（9），无氮燃气与氧气燃烧所需用热气温度控制在1150℃左右，用耐火材料浇铸或持久耐用高温烧嘴，热气室（8）下部设兰炭高温滞留膛（14）、厚度层1.0-1.5m，高温干馏层（15）兰炭下沉脱离热气室（8）后进入高温滞留膛（14），为无氮热气、冷煤气设置缓冲即兰炭高温滞留膛（14），下端用钢板制作耐火材料浇铸的热气排放室（11）将由下而上的冷却煤气通过引风机（36）吸引截流50-90%的气量送入泄气管（35），实现排热气室（11）掌控冷煤气进入干馏膛的给量，同时也控制干馏膛（7）煤气不得往下流动。

8.根据权利要求7所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：用钢板制作的冷煤气室（19）采用无氮煤气作为惰性热交换介质，通过压力进入输冷管（20）、煤气导孔（21）吹入冷却膛（22），冷却膛（22）厚度为1.0-4.0m兰炭颗粒达到充分冷却，在这一过程冷煤气上升吸热，兰炭降温冷热交换温度基本相等时到达排热气室（8）被吸出50-90%冷却煤气经冷却气泄管（35）、引风机（36）送出，10-50%冷煤气按量控制进入干馏膛（7），冷煤气室（19）下端有钢板制作冷却炉体（24）、冷却罐体（26）再次冷却使兰炭低于300℃排出，或开通炉箅（23）、直接将冷煤气输入冷却膛（22）。

9.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：无氮热气、冷却煤气是使用氧气与煤气燃烧，或氧气与碳气化，或二氧化碳气体作为冷却介质。

10.根据权利要求1所述的碎烟煤秸秆制备颗粒无氮热气干馏设备及方法，其特征在于：秸秆、垃圾和污泥颗粒干馏过程为：

秸秆颗粒干馏最佳温度750-1150℃，干馏无氮热气加入少量多余氧气，利用干馏过程将秸秆中燃气成分分解释放出来，增加少量氧气进一步与秸秆碳成分反应、消化，过度用余氧干馏秸秆多产出燃气，少产出木炭；

垃圾、污泥颗粒干馏温度控制在850-1150℃，增加氧气将颗粒有效成分分解释放出来，在密闭管路输送中经净化系统除毒、除污，成为清洁燃气、回收符合标准的燃油；

掺入适量焦煤时，干馏温度≧1050℃产出颗粒均匀、碎粉少、硬度高、低成本的焦炭，可用于冶金。