CN105219409A - 一种管式间接加热煤热解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤热解装置，特别是一种管式间接加热煤热解装置，包括半焦出口、热解段、粉煤入口、承压外壳、绝热层、热解气出口，所述半焦出口位于所述热解装置底端，所述粉煤入口位于所述热解装置顶端，并且还包括预热段，所述预热段位于所述热解段上方，所述预热段直径小于所述热解段直径。本热解装置结构简单，换热效率高，实现了对煤炭资源的清洁高效利用。
Description
技术领域
本发明提供了一种煤热解装置，具体涉及一种管式间接加热煤热解装置。
背景技术
我国是世界产煤大国，也是煤炭消费大国。就资源禀赋而言，我国一次能源具有“贫油、少气、富煤”的特征。2010年我国煤炭资源探明储量占我国化石能源的93.3％，煤炭是目前保障我国能源安全供应的最可靠能源，同时也是现阶段最廉价的可利用能源。中国的能源储量、生产和消费结构决定了煤炭在今后一段时期内依然是我国的主要能源。
在煤炭资源利用技术多种多样，有直接燃烧、制焦、气化、热解等等，随着煤炭资源利用技术的发展与进步，煤炭分质利用技术由于其环保、高效、经济性好，越来越成为技术发展的方向以及煤炭转化技术的热点，煤炭分质利用利用技术中最为关键的就是煤炭热解技术。
煤热解通常是指原煤在隔绝空气或惰性气氛条件下，进行持续的加热升温并且保证没有催化作用，在这一过程中发生的一系列物理和化学的变化。煤经过热解反应，生产的化工产品包括热解的煤气、焦油或酚类产物、焦炭或者半焦(兰炭)。
纵观国内外多种煤热解技术，特别是实际应用的工程技术，始终没有很好解决能耗高、环境污染较大、煤适应性不好等技术难点。因此研究出一种效率高、污染小、经济性好的煤炭热解技术及核心设备成为技术领域的迫切需求。
煤炭热解是吸热的过程，按其加热方式一般可以分为直接加热与间接加热两种方式，间接加热方式由于煤在被加热过程中不需要与加热直接进行接触与混合，热解完成以后分离难度小，因此被广泛采用。
然而，在间接加热煤热解过程中，热解温度及热解产物难于控制，换热效率也有待提高。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的一个目的在于提供一种管式间接加热煤热解装置，这种间接换热的形式，在热解组分中没有增加其他物质，有效降低焦油分离、热解气分离的强度与难度的同时，方便控制热解温度及煤热解产物。
本发明的第二个目的在于提供一种管式间接加热煤热解装置，上部换热管束与下部换热管束采用环管进行气体分布，采用环管式承压能力高，制造方便，避免了使用高温管板，简化了结构，降低材料使用量，并且上部换热管束与下部换热管束由于控制各换热段温度不同，可采用不同材料的换热管，低温段选用价格便宜的管材，高温段选用价格较高的管材，减少高温管材的应用可以节约装置整体投资。
本发明的第三个目的在于提供一种管式间接加热煤热解装置，采用流化床形式，并在预热段与热解段之间设置内锥分布器，使煤粉分布均匀，以达到较好的换热效果。
为达此目的，本发明提供如下的技术方案：
本发明提供了一种管式间接加热煤热解装置，包括半焦出口、热解段、粉煤入口、承压外壳、热解气出口，所述半焦出口位于所述热解装置底端，所述粉煤入口位于所述热解装置顶端，并且还包括预热段，所述预热段位于所述热解段上方，所述预热段直径小于所述热解段直径。这种间接换热的形式，在热解组分中没有增加其他物质，有效降低焦油分离、热解气分离的强度与难度的同时，方便控制各个加热段的热解温度及煤热解产物。装置上下腔体直径不同，主要目的是保证装置中一个稳定的流化床层，控制两路流化气量可以达到所需的流化态。
热解段可以为一个或多个。热解段分为若干个独立的单元时，便于每个单元均设置气固分离结构与独立的换热管束。
在一个具体的技术方案中，所述预热段内设置有上部换热管束。粉煤在热解装置中可实现低温快速热解，装置采用间接换热，热解固体产物与气体产物在装置内实现较好地分离，热解气中煤粉含量低，方便后续焦油分离。
在一个具体的技术方案中，所述预热段内设置有合成气出口，所述合成气出口位于所述预热段上方，所述合成气出口和所述上部换热管束之间通过管道例如用弯管连接，弯管可以吸收换热管束升温后的热膨胀。
在另一个具体的技术方案中，所述上部换热管束包括换热管、环形管板和环管，所述换热管数量至少为1，例如12根或24根，所述换热管由所述环形管板固定并由所述环管，优选半管，相互连通，以避免使用高温管板，简化了结构，降低材料使用量。优选地，所述半管为环形半管。
在另一个具体的技术方案中，所述热解段内设置有下部换热管束。
在另一个具体的技术方案中，所述热解段内设置有合成气入口，所述合成气入口位于所述热解段下方，所述合成气入口和所述下部换热管束之间通过管道例如用弯管连接，这种间接换热的形式，在热解组分中没有增加其他物质，有效降低焦油分离、热解气分离的强度与难度。
在另一个具体的技术方案中，所述下部换热管束包括换热管、环形管板和环管，所述换热管数量至少为1，例如18或36根，所述换热管由所述环形管板固定并由所述环管，优选半管，相互连通。优选地，所述半管为环形半管。
在另一个具体的技术方案中，还包括连接管，所述连接管将所述下部换热管束与所述上部换热管束或管道相连通。如果不存在上部换热管束，则下部换热管束与管道或其他间接换热管相连通，再连接到合成气出口。
在另一个具体的技术方案中，所述连接管为弯管，弯管可以吸收换热管束升温后的热膨胀。
在另一个具体的技术方案中，还包括内锥分布器，所述内锥分布器位于所述预热段和所述热解段之间。内锥分布器可与装置筒体可以形成一个天然的空间，粉煤经过内锥分布器重新分布后进入热解段。内锥分布器的作用是：a收集及再分布煤粉，使得预热后的煤粉被收集，然后进行重新再分布，均匀进入热解段；b由于是锥形设计，所以内锥分布器与装置筒体可以形成一个天然的空间，热解气带着一部分煤粉进入其中后，由于速度的降低，气体与煤粉进行了初步的分离，减轻了后续气固分离单元的负荷。
在另一个具体的技术方案中，所述内锥分布器中间直径小于所述内锥分布器上下两端开口直径。
在另一个具体的技术方案中，还包括下部流化气入口，所述下部流化气入口位于所述热解段下方。
在另一个具体的技术方案中，还包括上部流化气入口，所述上部流化气入口位于所述预热段上方。
在另一个具体的技术方案中，所述热解气出口位于所述预热段和所述热解段之间。热解气出口用于及时排出装置内产生的热解气，防止装置内热解气影响床程稳定性。
在另一个具体的技术方案中，所述装置还包括绝热层。
本发明提供的管式间接加热煤热解装置具有下面特点和优点：
1.设置预热段，并优选内置上部换热管束，与设置在下方热解段内的下部换热管束相互独立，可单独控温的形式；
2.上部换热管束与下部换热管束采用环管进行气体分布；装置采用环管分布高温气体。在高温高压下，传统的管板设计、加工制造难度高，材料选择困难，采用环管式承压能力高，制造方便；
3.采用流化床形式，换热效果好。所需流化气量少，流化速度低，对换热结构的冲刷腐蚀作用小，后续单元气固分离难度小；
4.在预热段与热解段之间设置内锥分布器，内锥分布器与装置筒体可以形成一个天然的空间，热解气带着一部分煤粉进入其中后，由于速度的降低，气体与煤粉进行了初步的分离，减轻了后续气固分离单元的负荷。
从而具有以下优点：结构简单，热解组分中没有增加其他物质，热解温度及热解产物控制方便，换热效率高，实现了对煤炭资源的清洁高效利用。
附图说明
图1为管式间接加热煤热解装置的结构示意图；
图2为管式间接加热煤热解装置的上部换热管束局部示意图和下部换热管束局部示意图。
图3为管式间接加热煤热解装置的上部换热管束三维示意图和下部换热管束三维示意图。
图中：
1、半焦出口；2、下部流化气入口；3、热解段；4、下部换热管束；5、内锥分布器；6、连接管；7、预热段；8、上部换热管束；9、合成气出口；10、粉煤入口；11、上部流化气入口；12、承压外壳；13、绝热层；14、热解气出口；15、合成气入口；481、
具体实施方式
下面结合附图1～3对本发明做出进一步详细的说明，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对于本发明的保护范围有任何限制作用。
如图1所示，本发明提出的管式间接加热煤热解装置，包括：半焦出口1、下部流化气入口2、热解段3、下部换热管束4、内锥分布器5、连接管6、预热段7、上部换热管束8、合成气出口9、粉煤入口10、上部流化气入口11、承压外壳12、绝热层13、热解气出口14、合成气入口15，其中预热段7位于热解段3上方，预热段7直径为2600mm，热解段3直径为3100mm，以保证装置中有一个稳定的流化床层。
具体地，预热段7内设置有上部换热管束8，热解段3内设置有下部换热管束4，上部换热管束8与下部换热管束4之间由连接管6连接，其中连接管6为弯管。两段的设计可以实现不同段采用不同的操作温度，从而可以控制各换热段的不同的煤热解产物；各段管束可选用不同的材料，低温段选用价格便宜的管材，如15CrMo，高温段选用价格较高的管材，如800HT，减少高温管材的应用可以节约装置整体投资。预热段7和热解段3之间设置有热解气出口14，以及时排出产生的热解气，防止热解气影响床程稳定性。
具体地，所述上部和下部换热管束包括换热管、环形管板和半管，所述上部换热管数量为18根，所述上部换热管数量为36根，所述换热管由所述环形管板固定并由所述半管相互连通，所述半管为环形。
其中，上部换热管束8与下部换热管束4之间设置有内锥分布器5，优选地，所述内锥分布器(5)中间直径小于所述内锥分布器(5)上下两端开口直径；内锥分布器5与本发明管式间接加热煤热解装置的筒体形成一个气固分离的空间，粉煤经过内锥分布器5重新分布后进入热解段3。内锥分布器5的作用为：a.收集及再分布煤粉，使得预热后的煤粉被收集，然后进行重新再分布，均匀进入热解段；b.由于是锥形设计，所以内锥分布器5与装置筒体可以形成一个天然的空间，热解气带着一部分尘进入其中后，由于速度的降低，气体与尘进行了初步的分离，减轻了后续气固分离单元的负荷。
具体地，合成气出口9位于预热段7上端，并且与上部换热管束8之间采用弯管连接；合成气入口15位于热解段3下端并且与下部换热管束4之间采用弯管连接。合成气入口15处和合成气出口9处，以及连接管6采用的弯管连接，可以吸收换热管束升温后的热膨胀。由于装置在高温下操作，换热管避免不了会因为温差而产生膨胀，如果不能消除这些膨胀，会造成换热管内应力太大而导致换热管失稳。
具体地，所述装置还包括下部流化气入口2，所述下部流化气入口2位于所述热解段3下方。
具体地，所述装置还包括上部流化气入口11，所述上部流化气入口11位于所述预热段7上方。
所述热解气出口14位于所述预热段7和所述热解段3之间。
所述装置还包括流化气出口，其中，该出口与所述热解气出口14为同一出口。
整个煤热解装置置于承压外壳12内，并通过绝热层13绝热。
本发明提出的管式间接加热煤热解装置作为低温热解气化多联产工艺流程的关键设备，其操作过程为：加压后的粉煤经过位于顶端的粉煤入口10通过机械输送的形式连续进入预热段7，在预热段7被上部换热管束8预热，预热后的煤粉经过内锥分布器5收集及再分布进入热解段3，在热解段3被下部换热管束4加热并热解析出焦油和挥发份。热解后的半焦从位于装置底端的半焦出口1离开本热解装置进入气化单元；焦油、挥发份在内锥分布器5与本装置筒体形成的空间进行初步的气固分离后从热解气出口14去气固分离单元。预热及热解的热源来自于气化炉气化生成的合成气，合成气被循环气激冷后由合成气入口15进入下部换热管束4，通过连接管6进入上部换热管束8，最后从合成气出口9离开本热解装置。合成气在上部换热管束8和下部换热管束4中由环管分布与收集。为使整个热解装置中的操作状态为流化态，从位于热解段3下端的下部流化气入口2及位于预热段7上端的上部流化气入口11通入流化气，流化气与热解气一同流出装置。
煤床程中通入少量流化气，使换热床程流化，达到较好的换热效果。所需流化气量少，流化速度低，对换热结构的冲刷腐蚀作用小，后续单元气固分离难度小。
本发明管式间接加热煤热解装置下部为热解段3，热解段3内有热解气生成，上下腔体直径不同的设计，主要目的是保证装置中一个稳定的流化床层，可控制两路流化气量以达到所设计的流化态，最后流化气与热解气一同出本热解装置。
如图1和图2所示，本发明提出的管式间接加热煤热解装置中上部换热管束8和下部换热管束4采用环管分布高温气体。在高温高压下，传统的管板设计和加工制造难度较高，材料选择困难，采用环管形式承压能力更高，制造更方便。如图3所示，换热管481焊接在环形管板482上，然后再与环管483连接，环管483采用为半管，这样可以利用环管承压好的优势达到替代传统大管板的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种管式间接加热煤热解装置，包括：半焦出口(1)、热解段(3)、粉煤入口(10)、承压外壳(12)、热解气出口(14)，所述半焦出口(1)位于所述热解装置底端，所述粉煤入口(10)位于所述热解装置顶端，其特征在于：还包括预热段(7)，所述预热段(7)位于所述热解段(3)上方，所述预热段(7)直径小于所述热解段(3)直径。
2.根据权利要求1所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述预热段(7)内设置有上部换热管束(8)。
3.根据权利要求2所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述装置设有合成气出口(9)，所述合成气出口(9)位于所述预热段(7)上方，所述合成气出口(9)和所述上部换热管束(8)之间通过管道连通。
4.根据权利要求2所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述上部换热管束(8)包括换热管、环形管板和环管，所述换热管数量至少为1，所述换热管由所述环形管板固定并由所述环管例如半管相互连通；优选地，所述半管为环形半管。
5.根据权利要求1-4任一项所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述热解段(3)内设置有下部换热管束(4)。
6.根据权利要求5所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述装置设有合成气入口(15)，所述合成气入口(15)位于所述热解段(3)下方，所述合成气入口(15)和所述下部换热管束(4)之间通过管道连通。
7.根据权利要求5所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述下部换热管束(4)包括换热管、环形管板和环管，所述换热管数量至少为1，所述换热管由所述环形管板固定并由所述环管例如半管相互连通；优选地，所述半管为环形半管。
8.根据权利要求5所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：还包括连接管(6)，所述连接管(6)将所述下部换热管束(4)与所述上部换热管束(8)或管道相连通。
9.根据权利要求8所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述连接管(6)为弯管。
10.根据权利要求1-9任一项所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：还包括内锥分布器(5)，所述内锥分布器(5)位于所述预热段(7)和所述热解段(3)之间。
11.根据权利要求10所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述内锥分布器(5)中间直径小于所述内锥分布器(5)上下两端开口直径。
12.根据权利要求1-11任一项所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：还包括下部流化气入口(2)，所述下部流化气入口(2)位于所述热解段(3)下方。
13.根据权利要求1-12任一项所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：还包括上部流化气入口(11)，所述上部流化气入口(11)位于所述预热段(7)上方。
14.根据权利要求1-13任一项所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：所述热解气出口(14)位于所述预热段(7)和所述热解段(3)之间。
15.根据权利要求1所述的管式间接加热煤热解装置，其特征在于：还包括绝热层(13)。
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