CN105238426A - 一种可拆卸板式间接加热煤热解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤的热解装置，属于煤提质技术领域，是一种可拆卸板式间接加热煤热解装置，包括壳体，所述壳体的顶部设有煤进料口和热解气出口，底部设有半焦出料口，壳体内煤进料口下方设有可拆卸模块化的换热系统，包括一个或多个依次串联的换热模块，每个换热模块包括板束、管板、支持板，板束圆周上沿轴向设有至少一个支持板，板束的两端固定在管板上。板束与管板间采用耐高温膨胀材料进行连接，随环境温度的变化，板束和管板实现紧固和分开，换热模块乃至整个换热系统都是可拆卸更换的。煤与高温气在板片两侧逆流进行间接式换热实现煤的热解，从而有利于得到高品质的热解气，降低净化系统能耗。

Description

一种可拆卸板式间接加热煤热解装置

技术领域

本发明涉及一种煤的热解装置，属于煤提质技术领域，具体的说，是一种可拆卸板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。2010年我国煤炭资源探明储量占我国化石能源的93.3％，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。

目前，我国的煤炭行业存在的环境污染严重、煤炭利用率不高，能量利用不合理等问题。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)。

煤热解过程比较复杂，产物众多，该过程中煤炭极易破碎粉化，形成粉状半焦。焦油、半焦(粉)在一定的条件下有粘附在换热装置表面的趋势，特别是煤中有较为复杂盐份与碱组分，在高温熔融状态下极易粘附，从而造成煤热解装置换热结构的沾污，煤粉聚集甚至堵塞，且影响换热过程。

煤热解的温度较高，一般处于600～1000℃，在高温下，金属材料的组织稳定性、耐腐蚀性能急剧下降。间接式煤热解工艺需要高效的换热系统，换热系统对材料的耐高温、耐磨、耐压、传热系数等有较高要求，对整个系统的结构设计要求换热性能稳定，方便拆装，便于清洗和更换。

在现有技术中，间接式煤热解换热系统通常采用列管式换热结构，由于大量的焊接连接，导致换热结构不易拆卸，管易堵，维护周期短，维护成本高。

公开号为CN102911677A公开了一种载热气体用于煤的热解装置，该装置采用载热气体通过金属传热管间接加热煤料进行热解，其不足之处在于：(1)传热管内的挡板仅仅增加了载热气体的湍流，但气固传热系数是由管外固相介质的传热决定的，煤料侧吸热效率没有得到改善，整个系统传热效率提升不明显；(2)载热气体传热系统构成复杂，焊点太多，对运行安全造成很大隐患；(3)煤料从装煤孔进入干馏室较困难，且在室内分布不均，影响换热效率；(4)装置仅适用于常压热解，高温半焦联产天然气、合成气等还需提压，影响整个工艺装置的经济性。(5)该装置实现结构可拆很困难，用螺栓密封漏点多不好检测。

公开号为CN203048876U公开了一种粉煤热解炉，通过布料器和气体分布器配合使用，使粉煤和热解气充分直接接触换热，提高换热效率。该热解炉的不足在于：(1)对管内的气体热载体纯净度有一定要求，否则气体分布器上的气孔易堵；(2)高温气体与煤直接接触，随热解气一起排出，加大下游气体净化量，增加除尘能耗和难度，影响产品品质；(3)所述布料器中锥形面下可能无煤粉，存在换热死区，且可能会使热解气压降很高。

发明内容

基于现有技术中的不足，本发明的第一个目的是，提供一种高效环保，可拆卸板式间接换热的煤热解装置。

本发明的第二个目的在于，提供一种带新型布料器的煤热解装置，使原料煤在热解装置中均匀分布，使粉煤和热解气充分换热，以提高系统的换热效率。

本发明的第三个目的在于，提供一种带飞灰分离器的煤热解装置，初步实现热解气的气固分离。

本发明的第四个目的在于，提供一种高温高压的煤热解装置，方便与其它煤的转化工艺技术结合实现上下游产物的互相衔接和能量的合理利用。

为达到上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种可拆卸板式间接加热煤热解装置，包括壳体，所述壳体的顶部设有煤进料口和热解气出口，底部设有半焦出料口，所述壳体内煤进料口下方设有可拆卸模块化的换热系统，所述可拆卸模块化的换热系统包括一个或多个依次串联的换热模块，每个换热模块包括板束、管板、支持板，板束圆周上沿轴向设有至少一个支持板，板束的两端固定在管板上。优选多个换热模块，例如2个或3个，实现逐级换热；每一个换热模块做为换热系统的单元都是可以单独更换的。

在进一步的技术方案中，板束由至少一个板管按一定的间距平行叠放，板管由两片有凹槽的金属板构成，其凹槽相对应，以两片金属板间形成空腔的方式对扣焊接，其中一片金属板的凹槽内点焊有筋板。

在进一步的技术方案中，板管之间的间距和板管内间距可根据壳体尺寸，换热量和煤颗粒大小调节。

本发明采用板式作为传热方式，与现有技术中的管式传热相比，具有热量利用率高，可拆卸，结构紧凑占地面积小，重量轻防污垢性能好，成本低等特点，筋板不仅增加了板管的耐压能力，也对板管内的煤起到了扰动作用，增强了煤的湍动程度，显著增加了间接换热系统的整体换热效率，提高煤的转化效率。

在进一步的技术方案中，板管中一片金属板片的凹槽内点焊有至少一列筋板，例如3或5列；优选每列为折线形布置，增加煤在板管中流道的长度，提高换热效率。

在进一步的技术方案中，板束两端与和管板的固定方式也是可拆卸式的，板束两端涂有耐高温膨胀材料，所述管板上开有与板束端面相对应的孔，板束插入到管板中。优选地，所述耐高温膨胀材料为高温无机材料，其PH值为中性，粘合强度高，耐压抗冲刷能力强，而且对涂刷物体没有任何腐蚀，可以在高温下保持良好的粘接性能和抗腐蚀性，硬度高，无任何挥发物产生，线膨胀率高，随环境温度的变化，板束和管板实现紧固和分开。综上可知，除了换热模块可单独拆卸和更换外，换热模块中的零件板束和管板也可方便的实现拆卸和更换。

在进一步的技术方案中，壳体上部具有筒体扩大段，扩大段上具有设备拆卸法兰和热解气出口，可拆卸模块化换热系统能整体地从设备拆卸法兰处吊装进出壳体。

综上可知，换热系统中，从板束和管板这样的零件，到换热模块部件，再到整个换热系统都是可拆卸和更换的。因为煤热解过程中会产生焦油、粉尘等物质沾污换热结构，导致换热系统的换热效率降低，需要定期清理，同时换热系统长期在气固两相较高温度下工作，局部零部件需要检测与更换。本发明拆装方便，制造、维护成本低，便于清洗与更换，能保证该热解装置换热性能的高效性和可持续性。另外，热解气的出口设在筒体的扩大段上，热解气自下而上的流动过程中，流通面积增大，气流速度变缓，有利于气流中携带的粉尘重力沉降回落。

在进一步的技术方案中，所述煤进料口下方设置有用于煤分流和均布的煤布料器。

在进一步的技术方案中，煤布料器结构外形为金字塔式，由至少一层不同半径的圆形角板构成，每一层由不同半径的至少一个角板圈组成，层与层之间的角板圈相互错开，自上而下，相邻两层，下层角板的半径大于上层角板的半径。煤从布料器顶部先经过角板顶部打散，随重力下移层层分散和分流，并消除堆积角，最后达到均布于壳体内，克服了现有技术中用锥形面和漏斗面组合布料器达不到煤均布的缺点。

在进一步的技术方案中，热解气出口处壳体内设有飞灰分离器，实现对热解气初步气固分离。

在进一步的技术方案中，飞灰分离器内有一系列平行排列且与来流气体呈一定角度的叶栅。煤热解气气流绕流过叶片时，气流中的尘料因惯性作用撞在叶栅表面并反弹与气流脱离，实现对热解气初步气固分离。

在进一步的技术方案中，壳体内衬耐火料，所述壳体为压力壳，可承受0～6Mp的压力。

在进一步的技术方案中，所述壳体上对应于可拆卸板式换热系统处设有人孔，用于换热模块的检修。

附图说明

图1是本发明煤热解装置的结构示意图。

图2是本发明煤热解装置中板束结构示意图。

图3是本发明板束结构中加筋板片示意图。

图4是本发明板束结构中板管示意图。

图5是本发明板束结构中管板示意图。

图6是本发明热解装置中煤布料器结构示意图。

图7是本发明中板管端与管板用高温膨胀材料连接结构示意图。

图中：1-半焦出料口，2-下封头，3-下部筒体，4-耐火料，5-设备支座，6-板束，7-高温气出口，8-上部筒体，9-煤布料器，10-设备拆卸法兰，11-上封头，12-煤进料口，13-飞灰分离器，14-热解气出口，15-人孔，16-高温气入口，17-支撑圈，18-管板，19-支持板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚，详细描述。本部分的描述仅是示范性的解释性的，不应对于本发明的保护范围有任何限制作用。

显然，所描述的实施例仅仅是一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

请参考图1，图1是本发明煤热解装置的结构示意图。

本发明所提供了一种可拆卸板式间接加热煤热解装置，包括壳体，煤布料器9和可拆卸模块化换热系统。

壳体由下封头2，下部筒体3，上部筒体8和上封头11组成。其中，下封头2为漏斗形，下部筒体3为圆柱体，下封头2与下部筒体3按压力容器的要求焊接成一体，下封头2漏斗最细直径处焊接有半焦出料口1，下部筒体3的下部设有高温气入口16，上部设有高温气出口7及人孔15。上部筒体8具有扩大段，扩大段的直径大于下部筒体3的直径，上封头11为椭圆形，上部筒体8与上封头11通过设备拆卸法兰10联接紧固，上封头11顶部设有煤进料口12，上部筒体8的扩大段上设有热解气出口14，热解气出口14的壳体内侧具有飞灰分离器13。煤布料器9置于上部筒体8壳体内，煤进料口12的正下方。可拆卸模块化换热系统置于下部筒体3壳体内，煤布料器9的下方。

本发明提供的煤热解装置中的可拆卸模块化换热系统由至少一个换热模块串联而成，本实施例中为两个，实现逐级换热。每一个换热模块由板束6，管板18和支持板19组成。请参考图2。

图2是本发明煤热解装置中板束结构示意图。板束6圆周上沿轴向设有至少一个支持板19，板束6的两端固定在管板18上。请参考图3，图4和图5，图3是本发明板束结构中加筋板片示意图，图4是本发明板束结构中板管示意图，图5是本发明板束结构中管板示意图。板束6由至少一个板管按一定的间距叠放而成，作为传热单元的板管由一片具有凹槽的金属板和一片在凹槽点焊有筋板的金属板构成，它们的凹槽相对应，以两片金属板间形成空腔的方式对扣焊接而成，金属板片由薄板冲压成型。板管中一片金属板片的凹槽内点焊有至少一列筋板，例如3或5列；优选每列为折线形布置，增加煤在板管中流道的长度，提高换热效率。板管之间的间距和板管内间距根据壳体尺寸，换热量和煤颗粒大小调节。请参考图7，图7是本发明中板管端与管板用高温膨胀材料连接结构示意图，其中板管两端涂有耐高温膨胀材料，优选高温无机材料，如硅和磷酸盐等混合溶液间反应制取的膨胀材料，其PH值为中性，粘合强度高，耐压抗冲刷能力强，而且对涂刷物体没有任何腐蚀，可以在高温下保持良好的粘接性能和抗腐蚀性，硬度高、无任何挥发物产生，使用寿命长，线膨胀率达到12％。由至少一个这样的板管构成的板束6插入到开有相对应板管孔的管板18中，随着装置运行达到一定温度后，板管两端涂料开始膨胀，实现板束6与管板18的紧固和密封，温度降低后，可以容易的实现板束6与管板18的分离和拆卸。综上可知，可拆卸板式间接换热系统的零件板管与管板18拆卸简单，换热模块单元通过串联构成换热系统，每一个换热模块均可容易地实现单独更换，同时，板式间接换热系统本身能整体地从设备拆卸法兰处吊装进出壳体，实现板式间接换热系统的可拆卸功能。

请参考图6，图6是本发明热解装置中煤布料器结构示意图。煤布料器9的结构呈金字塔式，由至少一层，例如8层，不同半径的圆形角板构成，每一层由不同半径的至少一角板圈组成，层与层之间的角板圈相互错开，自上而下，相邻两层，下层角板的半径大于上层角板的半径。煤从布料器顶部先经过角板顶部打散，随重力下移层层分散和分流，并消除堆积角，最后达到均布于壳体内。原料煤在壳体内分布的均匀性影响系统的换热效率和煤的转化程度，对装置的稳定运行至关重要。

煤从设备顶部的煤进料口12流入，经过煤布料器9均布于壳体后流入构成板束6的管板中，沿至少一个平行排列的板管内的流道自上而下流动，板管内有至少一列折线形筋板，筋板不仅增加了板管的耐压能力，也对板管内的煤起到扰动作用，增强煤的湍流程度，最终高温半焦在下封头2处进行收集，从半焦出料口1排出。高温气从下部筒体3下部的高温气入口16进入各板管间的流道，这种结构本身各板间的气体分布就很均匀，省去了高温气体分布器的设计，之后高温气体沿板管间自下而上从下部筒体3上部的高温气体出口7流出。在板片两侧煤与高温气体纯逆流流动过程中，实现了两介质的热量交换，被加热的煤会热解产生热解气，热解气沿每个板管上升，从上部筒体8的扩大段筒体经飞灰分离器13进入热解气出口14排出。

实施例2

本发明优选的实施例是对褐煤热解气化多联产工艺，主要是把干煤粉气化产生的合成气作为褐煤热解的热源，褐煤热解产生的高温高压半焦直接送入气化炉作为气化原料。干燥后褐煤煤粉经过提压到4.5MPa左右从设备顶部的煤进料口12进入本发明的热解装置，经过煤布料器9进入到平行排列的板管内，煤粉按一定速度向下移动。干煤粉气化炉所产4.5MPa、800℃左右的合成气从下部筒体3高温气入口16进入各板管间的流道，将板片另一侧的褐煤间接加热到550℃左右发生热解反应，热解气沿着每个板管上升，从上部筒体8中热解气出口14排出，送往下游净化系统副产焦油，高温高压的热半焦在下封头2处进行收集，最终经过半焦出料口1直接送到干煤粉气化炉做气化原料。

本发明中，在热解气出口14处设有飞灰分离器13，所述分离器内有一系列平行排列且与来流气体呈一定角度例如30度的叶栅，煤热解产生热解气气流绕流过叶栅时，气流中的尘粒因惯性作用撞在叶栅表面并反弹与气流脱离，实现对热解气初步气固分离，最大限度的降低热解气中含尘量。同时，上部筒体8的扩大段设有热解气出口，由于热解气自下而上流动过程中流通面积发生变化，气流速度变缓，有利于气流中携带的粉尘重力沉降回落。

本发明的煤热解装置壳体作为压力壳可承受0～6MPa压力，壳体内衬耐火料4可承受高温。板管采用高温耐磨材料，按压差进行设计，板管内筋板和外侧支持板19增强了板片的刚性，使较薄的板片可以承受较高的工作压力。

本发明的煤热解装置具有热量利用率高、可拆卸、传热系数高、结构紧凑占地面积小、重量轻、防污垢性能好、成本低等特点。尤其适合于煤转化过程中热解多联产工艺路线及对热解气产品品质有较高要求的场合。

Claims (13)

1.一种可拆卸板式间接加热的煤热解装置，包括壳体，所述壳体的顶部设有煤进料口(12)和热解气出口(14)，底部设有半焦出料口(1)，其特征在于，所述壳体内煤进料口(12)下方设有可拆卸模块化的换热系统，所述可拆卸模块化的换热系统包括一个或多个依次串联的换热模块，每个换热模块包括板束(6)、管板(18)、支持板(19)，板束(6)圆周上沿轴向设有至少一个支持板(19)，板束(6)的两端固定在管板(18)上。

2.根据权利要求1所述的煤热解装置，其特征在于，所述板束(6)由至少一个板管按一定的间距平行叠放，所述板管由两片有凹槽的金属板构成，其凹槽相对应，以两片金属板间形成空腔的方式对扣焊接，其中一片金属板的凹槽内点焊有至少一列筋板。

3.根据权利要求2所述的煤热解装置，其特征在于，所述板管之间的间距和板管内间距可根据壳体尺寸，换热量和煤颗粒大小调节。

4.根据权利要求2所述的煤热解装置，板管中一片金属板片的凹槽内点焊的筋板为折线形。

5.根据权利要求1所述的煤热解装置，其特征在于，所述板束(6)两端与和管板(18)的固定方式是可拆卸式的，所述板束(6)两端涂有耐高温膨胀材料，所述管板(18)上开有与板束(6)端面相对应的孔，所述板束(6)插入到管板(18)中。

6.根据权利要求5所述的煤热解装置，其特征在于，所述板束(6)两端所涂的耐高温膨胀材料为高温无机材料，其PH值为中性，粘合强度高，耐压抗冲刷能力强，高温下硬度高，无任何挥发物产生，使用寿命长，线膨胀率高，随环境温度的变化，板束(6)和管板(18)实现紧固和分开。

7.根据权利要求1所述的煤热解装置，其特征在于，所述壳体上部具有筒体扩大段，扩大段上具有设备拆卸法兰(10)，热解气出口(14)开在筒体的扩大段上，所述可拆卸模块化换热系统能整体的从设备拆卸法兰(10)处吊装进出壳体。

8.根据权利要求1‐7任一项所述的煤热解装置，其特征在于，所述煤进料口下方设置有用于煤分流和均布的煤布料器(9)。

9.根据权利要求8所述的煤热解装置，其特征在于，所述煤布料器(9)结构外形为金字塔式，由至少一层不同半径的圆形角板构成，每一层由不同半径的至少一个角板圈组成，层与层之间的角板圈相互错开，自上而下，相邻两层，下层角板的半径大于上层角板的半径。

10.根据权利要求1‐9任一项所述的煤热解装置，其特征在于，所述热解气出口(14)处壳体内设有飞灰分离器(13)，实现对热解气初步气固分离。

11.根据权利要求10所述的煤热解装置，其特征在于，所述飞灰分离器(13)内有一系列平行排列且与来流气体呈一定角度的叶栅。

12.根据权利要求1所述的煤热解装置，其特征在于，所述壳体内衬耐火料，所述壳体为压力壳，可承受0～6Mp的压力。

13.根据权利要求1所述的煤热解装置，其特征在于，所述壳体上对应于可拆卸板式换热系统处设有人孔(15)。