CN106152839B - 一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法，装置包括圆筒换热器和传动装置，圆筒换热器头部装配进料螺旋和进料锥斗，尾部装配双出料锥斗，通过托轮支撑于支架之上，由传动装置驱动绕中心线转动；随换热器的转动，高温半焦和原煤向前输送的同时通过换热管直接传导换热，半焦冷却至200℃以下熄焦，原煤吸热升温，干燥脱水至6％以下含水率；本发明集半焦冷却与原煤干燥于一体，结构简单、设备紧凑、占地小，高温半焦与原煤通过换热管壁直接传导换热，无中间换热介质，热效率高、能耗低、无污染。

Description

一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法

技术领域

本发明属于高温固体颗粒余热利用技术领域，具体涉及一种回转圆筒固体粉料换热装置及方法。

背景技术

煤低温干馏是采用煤炭热解加工技术，在隔绝空气的情况下，将煤炭加热到550℃～600℃，脱除影响煤热值的水、氧和低热值挥发分物质，使煤发热组分富集，形成固体半焦。

干馏技术生产的半焦根据工艺不同主要有块状和粉末状，经干馏炉生产后需要进行熄焦冷却。高温半焦的显热占整个干馏过程的能耗比例较高。因此，冷却半焦的同时回收半焦的显热，可有效降低煤干馏过程的能耗。

当前，煤干馏生产中，多数产地原煤含水率大于10％，为提高干馏炉热效率和减小水蒸汽对煤气净化设备的影响，需在原煤干馏入炉前对其进行干燥。原煤干燥需加热，能耗较大，而半焦冷却为放热工艺段，可回收大量热能，将两工艺段的热能进行交换利用，可大大降低系统能耗。

目前的半焦冷却熄焦技术有干法熄焦和湿法熄焦。干法熄焦技术是采用惰性气体吸收半焦的显热，吸收了半焦显热的惰性气体作为二次能源，在热交换设备中交换热量后惰性气体可重复利用。湿法熄焦技术是通过水对高温焦炭直接冷却。干法熄焦与湿法熄焦相比，具有可回收半焦显热，改善半焦质量和减少环境污染等优点。但当前的气体热载体干熄焦技术处理粉状焦炭时气固分离难度较大，不太适合。有企业利用水冷夹套或余热锅炉对高温固体颗粒直接换热冷却。该系统耗水，需要配置高温输送、提升设备或抬高干馏系统支撑基础，设备投资大，成本高。

高温半焦余热利用采用的工艺方法主要是，通过换热介质，回收半焦冷却时的热量，产生可供原煤干燥加热的热源，将高温换热介质供给干燥设备对原煤进行干燥。使用较多的换热介质为有空气、无氧惰性气体、水、蒸汽、有机热载体等。半焦熄焦到原煤干燥需经历两次换热，工艺复杂，设备投资大，热效率低。

综上所述，如何简便有效地实现对高温粉状半焦的冷却和余热回收，同时将余热有效利用降低系统能耗，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种集半焦冷却与原煤干燥于一体，采用固—固换热的回转圆筒固体粉料换热装置及方法。

为达到上述目的，本发明的装置包括支架以及安装在支架上的托轮及传动装置，还包括圆筒换热器以及设置在圆筒换热器的筒体外侧的辊圏及齿轮，圆筒换热器通过辊圏安装在托轮上，齿轮与传动装置相连，在筒体头部、尾部内分别固定有头部隔板和尾部隔板，在头部隔板和尾部隔板上对应开有圆洞，换热管两端分别穿过头部、尾部隔板的圆洞与头部、尾部隔板固定连接，在换热管内部固定有导料螺旋，头部隔板一侧焊接有锥套，且在锥套外侧的头部隔板上开设有入料口，锥套将筒体头部分为两个物料空间；锥套内侧与换热管内部空间连通为热料空间；锥套外侧经头部隔板的入料口与换热管外侧空间连通为冷料空间，在尾部隔板的左侧沿筒体周向开有多个干燥原煤出料口，出料口正下方安装双出料锥斗，双出料锥斗下料口一侧对应干燥原煤出料口，另一侧对应换热管端部，双出料锥斗安装于支架之上。

所述的筒体外侧的辊圏包括安装在筒体两侧的头部辊圈和尾部辊圈，支架上的托轮包括与头部辊圈、尾部辊圈相对应的头部托轮和托轮，圆筒换热器以托轮组为支撑绕中心线转动；头部托轮有双侧挡边，尾部托轮为光轮，头部托轮和尾托轮均为两只，两只托轮分别置于筒体下部两侧，与筒体中心成60°夹角。

所述的圆筒换热器头部沿回转中心线设置有与锥套内侧腔体相连通的进料螺旋，在进料螺旋的上部设置有与锥套外侧腔体相连通的进料锥斗。

所述的圆筒换热器头部挡板与进料螺旋和进料锥斗的间隙通过头部密封进行封堵，所述头部密封包括密封架体，安装于密封架体之上的耐高温柔性填料，与架体连接内含弹簧的填料压紧装置，且进料螺旋和进料锥斗支撑于头部密封架体上。

所述的支架上部安装面头部高于尾部，圆筒换热器通过托轮支撑于架体之上，进料端高于出料端，其中心线与水平面夹角为3～5度。

本发明的方法如下：

1)根据处理量和换热时间，确定圆筒换热器的回转速率，启动传动装置的电机；

2)待圆筒换热器正常转动后，启动原煤进料程序，粉状原煤经进料锥斗进入换热器头部锥套外侧，经头部隔板外侧入料孔进入圆筒换热器换热区，覆盖换热管；

3)原煤进料10分钟后，启动半焦进料程序，经干馏出炉的高温粉状半焦通过进料螺旋进入圆筒换热器头部锥套内侧，再进入换热管内侧；

4)随圆筒换热器的转动，原煤在筒壁和换热管的带动下，抛起并沿换热器下部空间螺旋输送，换热管内半焦在导料螺旋的作用下向前输送；

5)换热管内侧热半焦通过管壁将热量传至原煤而逐渐降温冷却实现干熄焦，换热管外侧原煤吸收管壁传出的热量，升温并脱出多余水分；

6)冷却熄焦后的半焦由换热管尾部排出，通过双出料锥斗出料，并输送至半焦仓；干燥后原煤经双出料锥斗出料，输送至原料仓。

本发明的有益效果是：

(1)圆筒换热装置集半焦冷却与原煤干燥于一体，无辅助输送设备，结构简单、设备紧凑、占地小。

(2)高温半焦通过换热管壁直接传热至原煤，无中间换热介质，热效率高、能耗低、无污染。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：1、进料螺旋；2、进料锥斗；3、头部密封；4、圆筒换热器；5、筒体；6、锥套；7、头部隔板；8、头部辊圈；9、换热管；10、导料螺旋；11、大齿轮；12、尾部辊圈；13、尾部隔板；14、支架；15、双出料锥斗；16、尾部托轮；17、传动装置；18、头部托轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的装置至少包括圆筒换热器4和传动装置17，圆筒换热器4头部装配进料螺旋1和进料锥斗2，尾部装配双出料锥斗15，通过托轮支撑于支架14之上，由传动装置17驱动绕中心线转动，所述圆筒换热器4包括筒体5，设置于筒体5头部与筒体5内侧焊接的头部隔板7和设置于筒体5尾部与筒体5内侧焊接的尾部隔板13。在头部隔板7和尾部隔板13上对应开有圆洞，换热管9一头穿过圆洞，与头部隔板7焊接，另一头伸出尾部隔板13，换热管9内部焊接有导料螺旋10。在头部隔板7一侧焊接有锥套6，且在锥套外侧的头部隔板7上开设有入料孔，锥套6将筒体5头部分为两个物料空间；锥套6内侧与换热管9内部空间连通，为热料空间；锥套6外侧经头部隔板7的入料孔与换热管9外侧空间连通，为冷料空间。筒体5外侧焊接有头部辊圈8和尾部辊圈12，两辊圈的中部通过螺栓连接有大齿轮11。

所述圆筒换热器4的头部辊圈8支撑于头部托轮18之上，尾部辊圈12支撑于尾部托轮16之上，头部托轮18和尾部托轮16安装于支架14上，圆筒换热器4以托轮组为支撑绕中心线转动；头部托轮18有双侧挡边，尾部托轮16为光轮，头部托轮18、尾托轮16均布置于圆筒换热器4的筒体5两侧下部，与筒体5中心成60°夹角。

所述圆筒换热器4的大齿轮11与传动装置17的小齿轮啮合，通过小齿轮的转动驱动大齿轮11，已实现圆筒换热器4绕中心线的转动，传动装置17位于圆筒换热器4的单侧下部，传动装置17安装于支架之上。

所述圆筒换热器4头部沿回转中心线设置进料螺旋1，在进料螺旋1的上部设置进料锥斗2，进料螺旋1和进料锥斗2支撑于头部密封3架体上，圆筒换热器4头部挡板与进料螺旋1和进料锥斗2的间隙通过头部密封3进行封堵。

所述筒体5尾部开有干燥煤出料口，出料口正下方安装双出料锥斗15，双出料锥斗15下料口一侧对应干燥原煤出料口，另一侧对应换热管端部，双出料锥斗15安装于支架14之上。

所述架体14上部安装面头部高于尾部，圆筒换热器4通过托轮支撑于架体14之上，圆筒换热器4进料端高于出料端，其中心线与水平面夹角为3～5度。

所述传动装置17包括电机，与电机联结的减速器，与减速器输出轴联结的小齿轮和用于支撑小齿轮转动的轴承座。

所述头部密封3包括密封架体，安装于密封架体之上的耐高温柔性填料，与架体连接内含弹簧的填料压紧装置。

回转圆筒固体粉料换热装置的工艺流程为：针对直径20mm以下高温半焦和常温原煤，两种物料进入圆筒换热器4并同向输送，通过换热管9的直接传导换热，以实现半焦的熄焦冷却，温度降至200℃以下出料；原煤通过吸热升温，干燥脱水至6％以下含水率出料。

具体过程如下：

1)根据处理量和换热时间，确定圆筒换热器4的回转速率，启动传动装置17的电机；

2)待圆筒换热器4正常转动后，启动原煤进料程序，粉状原煤经进料锥斗2进入换热器头部锥套6外侧，经头部隔板7外侧入料孔进入圆筒换热器4换热区，覆盖换热管9；

3)原煤进料10分钟后，启动半焦进料程序，经干馏出炉的高温粉状半焦通过进料螺旋1进入圆筒换热器4头部锥套6内侧，再进入换热管9内侧；

4)随圆筒换热器4的转动，原煤在筒壁和换热管9的带动下，抛起并沿换热器下部空间螺旋输送，换热管9内半焦在导料螺旋10的作用下向前输送；

5)换热管9内侧热半焦通过管壁将热量传至原煤而逐渐降温冷却实现干熄焦，换热管9外侧原煤吸收管壁传出的热量，升温并脱出多余水分；

6)冷却熄焦后的半焦由换热管9尾部排出，通过双出料锥斗15出料，并输送至半焦仓；干燥后原煤经双出料锥斗15出料，输送至原料仓。

Claims (6)

1.一种回转圆筒固体粉料换热装置，其特征在于：包括支架(14)以及安装在支架(14)上的托轮及传动装置(17)，还包括圆筒换热器(4)以及设置在圆筒换热器(4)的筒体(5)外侧的辊圏及齿轮(11)，圆筒换热器(4)通过辊圏安装在托轮上，齿轮(11)与传动装置(17)相连，在筒体(5)头部、尾部内分别固定有头部隔板(7)和尾部隔板(13)，在头部隔板(7)和尾部隔板(13)上对应开有圆洞，换热管(9)两端分别穿过头部、尾部隔板的圆洞与头部、尾部隔板固定连接，在换热管(9)内部固定有导料螺旋(10)，头部隔板(7)一侧焊接有锥套(6)，且在锥套外侧的头部隔板(7)上开设有入料孔，锥套(6)将筒体(5)头部分为两个物料空间；锥套(6)内侧与换热管(9)内部空间连通为热料空间；锥套(6)外侧经头部隔板(7)的入料孔与换热管(9)外侧空间连通为冷料空间，在尾部隔板(13)的左侧沿筒体(5)周向开有多个干燥原煤出料口，出料口正下方安装双出料锥斗(15)，双出料锥斗(15)下料口一侧对应干燥原煤出料口，另一侧对应换热管端部，双出料锥斗(15)安装于支架(14)之上。

2.根据权利要求1所述的回转圆筒固体粉料换热装置，其特征在于：所述的筒体(5)外侧的辊圏包括安装在筒体(5)两侧的头部辊圈(8)和尾部辊圈(12)，支架(14)上的托轮包括与头部辊圈(8)、尾部辊圈(12)相对应的头部托轮(18)和尾部托轮(16)，圆筒换热器(4)以托轮组为支撑绕中心线转动；头部托轮(18)有双侧挡边，尾部托轮(16)为光轮，头部托轮(18)和尾部托轮(16)均为两只，两只托轮分别置于筒体(5)下部两侧，与筒体(5)中心成60°夹角。

3.根据权利要求1所述的回转圆筒固体粉料换热装置，其特征在于：所述的圆筒换热器(4)头部沿回转中心线设置有与锥套(6)内侧腔体相连通的进料螺旋(1)，在进料螺旋(1)的上部设置有与锥套(6)外侧腔体相连通的进料锥斗(2)。

4.根据权利要求3所述的回转圆筒固体粉料换热装置，其特征在于：所述的圆筒换热器(4)头部挡板与进料螺旋(1)和进料锥斗(2)的间隙通过头部密封(3)进行封堵，所述头部密封(3)包括密封架体，安装于密封架体之上的耐高温柔性填料，与架体连接内含弹簧的填料压紧装置，且进料螺旋(1)和进料锥斗(2)支撑于头部密封(3)架体上。

5.根据权利要求1所述的回转圆筒固体粉料换热装置，其特征在于：所述的支架(14)上部安装面头部高于尾部，圆筒换热器(4)通过托轮支撑于架体(14)之上，进料端高于出料端，其中心线与水平面夹角为3～5度。

6.一种如权利要求1-5中任意一项回转圆筒固体粉料换热装置的换热方法，其特征在于：

1)根据处理量和换热时间，确定圆筒换热器(4)的回转速率，启动传动装置(17)的电机；

2)待圆筒换热器(4)正常转动后，启动原煤进料程序，粉状原煤经进料锥斗(2)进入换热器头部锥套(6)外侧，经头部隔板(7)外侧入料孔进入圆筒换热器(4)换热区，覆盖换热管(9)；

3)原煤进料10分钟后，启动半焦进料程序，经干馏出炉的高温粉状半焦通过进料螺旋(1)进入圆筒换热器(4)头部锥套(6)内侧，再进入换热管(9)内侧；

4)随圆筒换热器(4)的转动，原煤在筒壁和换热管(9)的带动下，抛起并沿换热器下部空间螺旋输送，换热管(9)内半焦在导料螺旋(10)的作用下向前输送；

5)换热管(9)内侧热半焦通过管壁将热量传至原煤而逐渐降温冷却实现干熄焦，换热管(9)外侧原煤吸收管壁传出的热量，升温并脱出多余水分；

6)冷却熄焦后的半焦由换热管(9)尾部排出，通过双出料锥斗(15)出料，并输送至半焦仓；干燥后原煤经双出料锥斗(15)出料，输送至原料仓。