CN105219410B - 一种盘管式煤热解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤热解装置，特别是一种盘管式煤热解装置，包括烟气入口、内绝热层、环形狭腔、外绝热层、壳体、烟气出口，所述环形狭腔为所述内绝热层和所述外绝热层围成，并且还包括换热盘管组、盘管入口、盘管出口，所述换热盘管组位于所述环形狭腔内，且与所述盘管入口及所述盘管出口相连通。绝热层内环形狭腔设置换热盘管组的设计以及采用的间接换热形式，使热解生成的产物不与高温烟气进行直接接触或混合，因此热解产生的高温半焦与热解气态产物便于分离，气态产物中焦油、氢气、甲烷浓度高，具有很高经济效益。
Description
技术领域
本发明提供了一种煤热解装置，具体涉及一种盘管式煤热解装置。
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。
煤气化技术的发展已有百余年的历史，逐渐形成了固定床、气流床、流化床等多种技术流派，气流床煤气化技术因其气化温度高，气化压力大，床程流速快，而具有效率高、规模大、煤种适应性好，碳转化率高等优点，逐步成为煤炭转化的优选技术。但是其也存在冷煤气效率低，合成气显热利用不充分等缺点。尤其是煤炭特别是长焰煤、褐煤中，本就含有大量高热值的化学物质，如甲烷、焦油以及一氧化碳、氢气等，这些物质在高温气化过程中全部转化为一氧化碳、氢气、二氧化碳等物质基础化学组分，经过净化、合成为更为复杂的物质，甲醇、二甲醚、乙醇以及烯烃类化学品，浪费巨大的能量且伴随大量废气的排放。
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、环境污染大、煤适应性不好等技术难点。
近年来煤炭分级转化技术由于其整体热效率高，便于脱除煤种污染物等优点，逐渐成为新型煤转化技术的热点。
间接换热煤热解装置由于其气固分离效果好，热解产物纯度及浓度高，在技术领域受到广泛关注。但是其换热效果差也是不争的事实。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种盘管式煤热解装置，通过在内绝热层和外绝热层形成的环形狭腔内设置换热盘管组，使粉煤及输送气体在换热盘管组内高速输送的同时与管外高温气体间接换热，实现热解。
为达此目的，本发明提供如下的技术方案：
本发明提供了一种盘管式煤热解装置，包括：烟气入口、内绝热层、环形狭腔、外绝热层、壳体、烟气出口，所述环形狭腔为所述内绝热层和所述外绝热层围成，并且还包括换热盘管组、盘管入口、盘管出口，所述换热盘管组位于所述环形狭腔内，且与所述盘管入口及所述盘管出口相连通。粉煤及输送气体在换热盘管组内高速输送的同时与管外高温气体间接换热，实现热解。
在一个具体的技术方案中，所述换热盘管组包括n组换热盘管且环绕在所述环形狭腔内，n≥1。n为正整数。本领域技术人员会根据实际工作需要选择使用多少组换热盘管，例如3，6，9等等。
在另一个具体的技术方案中，所述换热盘管的回转半径为所述换热盘管直径的50～100倍，大的回转半径的设计是为了避免粉煤在管内沉积。此处回转半径是指换热盘管绕煤热解装置的大圆半径。
在另一个具体的技术方案中，所述换热盘管内的粉煤与输送气体的质量比为5～20，优选10～20，粉煤通过气力输送的方式，与输送气体充分混合，经过加压在所述换热盘管内高速运动。
在另一个具体的技术方案中，输送气体与粉煤或粉煤热解生成的混合物在盘管内高速输送，速度范围为5～20m/s。
在另一个具体的技术方案中，煤的颗粒度为≤6mm。
在另一个具体的技术方案中，所述盘管入口位于所述煤热解装置下端。
在另一个具体的技术方案中，所述盘管出口位于所述煤热解装置上端。
在另一个具体的技术方案中，所述烟气入口位于所述煤热解装置上端，所述烟气出口位于所述煤热解装置下端；优选地，所述烟气入口和所述烟气出口与盘管入口和盘管出口的进出方向相反，以保证换热的充分。
本技术方案提供的一种盘管式煤热解装置，通过采用了：在内绝热层和外绝热层形成的环形狭腔内设置换热盘管组；换热盘管组采用大回转半径；粉煤和输送气体在换热盘管组内高速运动；控制粉煤颗粒度；烟气进出口与换热盘管进出口逆向设置，从而具有以下优点：换热管两侧压力高于常压，使粉煤流速高；高压也导致气体密度大，雷诺数提高，从而换热系数大幅提高，换热效果好，同时节省大量换热面积；通过该结构实现了粉煤与高温烟气的间接换热，结构简单，无死角(区)，粉煤通过成熟的技术均匀分配至有限的管线中。由于间接换热，热解产生的高温半焦与热解气态产物便于分离，气态产物中焦油、氢气、甲烷浓度高，具有很高经济效益；粉煤与高温烟气逆向运动，充分换热，排烟温度低，能耗小。
本发明利用高温烟气，对煤进行间接式加热并热解，煤在管内通过气力输送的方式在管内高速运行，避免通常煤在管外不规则空间的输送与运送，输送效率高，没有沉积、堵塞等故障风险。管内外在换热过程之前已提高压力，大幅提高换热效率，有效降低换热面积，减少换热管材料的使用。
附图说明
图1为盘管式煤热解装置的结构示意图。
图中：
1、烟气入口；2、盘管入口；3、盘管出口；4、换热盘管组；5、内绝热层；6、环形狭腔；7、外绝热层；8、壳体；9、烟气出口。
具体实施方式
下面结合附图1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，本发明提出的盘管式煤热解装置，包括：烟气入口1、盘管入口2、盘管出口3、换热盘管组4、内绝热层5、环形狭腔6、外绝热层7、壳体8、烟气出口9，内绝热层5和外绝热层7之间形成环形狭腔6，换热盘管组4置于环形狭腔6内，换热盘管组4由3组换热盘管组成，换热盘管环绕本煤热解装置中心线的回转半径为换热盘管管内直径的80倍，并在纵向设有坡度，这样以避免粉煤在换热盘管内沉积，避免堵塞。原煤通过干燥、磨煤制成颗粒度≤6mm的煤粉，经过气体加压装置，提高粉煤的环境压力，通过气力输送的方式，使粉煤与输送气体充分混合。粉煤与输送气体的质量比为18，输送气体和粉煤在热解过程中产生的混合物在换热管内以15m/s的速度高速运动，增加换热效率，避免沉积。
具体地，所述盘管入口2位于所述煤热解装置下端，所述盘管出口3位于所述煤热解装置上端；所述烟气入口1位于所述煤热解装置上端，所述烟气出口9位于所述煤热解装置下端；烟气入口1和烟气出口9进出口位置与盘管入口2和盘管出口3的进出口位置相反。整个煤热解装置都放置在外壳8之内。
本发明的操作过程为：盘管入口2位于本煤热解装置下端，并与换热盘管组4相连接，粉煤与输送气体从盘管入口2，进入换热盘管组4，通过高于大气压的气力输送的方式在换热盘管内运动、换热并伴随着热解的过程，产生的高温半焦、热解气体、焦油与输送气体一并从位于本煤热解装置上端的盘管出口3排出盘管，进行后续的分离与处理工序。
同时，高温烟气由位于本煤热解装置上端的烟气入口1进入环形狭腔6内，在狭腔内运动并与换热盘管组4进行换热。内绝热层5与外绝热层7的作用为对高温烟气进行保温并形成狭小空腔，提高高温烟气的流速，提高换热效果。换热降温后的烟气从位于本煤热解装置下端的烟气出口9排出狭腔，烟气入口1和烟气出口9进出口位置与盘管入口2和盘管出口3的进出口位置相反，这样粉煤与高温烟气呈逆向运动，换热更充分，排烟温度低，能耗小。整个煤热解装置都放置在外壳8之内。
本发明采用了以上诸多创新设计，具有以下优点：粉煤与输送气体在换热盘管内输送并与高温烟气进行换热，继而粉煤热解，产生半焦、焦油、热解气等组分；换热过程为间接换热，高温烟气与粉煤不进行混合，降低了热解组分、焦油、半焦的分离难度；粉煤与输送气体在换热盘管内高速运行，极大提高了系统的换热效果，降低了换热设备的换热面积；管内处于高压状态，有利用甲烷、焦油等高附加值组分的产生与产量。
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 (6)
1.一种盘管式煤热解装置，包括：烟气入口(1)、内绝热层(5)、环形狭腔(6)、外绝热层(7)、壳体(8)、烟气出口(9)，所述环形狭腔(6)为所述内绝热层(5)和所述外绝热层(7)围成，其特征在于：还包括换热盘管组(4)、盘管入口(2)、盘管出口(3)，所述换热盘管组(4)位于所述环形狭腔(6)内，且与所述盘管入口(2)及所述盘管出口(3)相连通；
进一步地，所述换热盘管组(4)包括n组换热盘管且环绕在所述环形狭腔(6)内，n≥1；
进一步地，所述换热盘管的回转半径为所述换热盘管直径的50～100倍；
进一步地，输送气体与粉煤或粉煤热解生成的混合物在盘管内高速输送，速度范围为5～20m/s；
进一步地，煤的颗粒度为≤6mm。
2.根据权利要求1所述的盘管式煤热解装置，其特征在于：所述换热盘管内的粉煤与输送气体的质量比为5～20。
3.根据权利要求1所述的盘管式煤热解装置，其特征在于：所述盘管入口(2)位于所述煤热解装置下端。
4.根据权利要求1所述的盘管式煤热解装置，其特征在于：所述盘管出口(3)位于所述煤热解装置上端。
5.根据权利要求1所述的盘管式煤热解装置，其特征在于：所述烟气入口(1)位于所述煤热解装置上端，所述烟气出口(9)位于所述煤热解装置下端。
6.根据权利要求5所述的盘管式煤热解装置，其特征在于：所述烟气入口(1)和所述烟气出口(9)与盘管入口(2)和盘管出口(3)的进出方向相反。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |