CN107227165A - 一种干燥‑热解一体化的立式炉 - Google Patents

Abstract

一种干燥‑热解一体化的立式炉，其以3～30节立体空间内折流式(形似于连续的S型)运行的传送带为物料输送装置，该立式炉利用高温气体(或高温烟气)作为气体热载体与物料煤或生物质多次交错逆流的方式实现换热，利用气体热载体由下至上的温度梯度逐步实现物料煤或生物质由上至下的干燥、低温热解和中高温热解。该立式炉的物料粒径适用范围广，可在同一炉内实现物料煤或生物质的干燥‑热解一体化，可有效利用物料煤或生物质热解产生的烟气冷却立式炉出口的热态半焦，或用于调控所述气体热载体的温度，进而提高了立式炉的热能利用率。它设计简单、操作灵活且简便，投资成本低，便于工业化应用。

Description

一种干燥-热解一体化的立式炉

技术领域

本发明属于煤化工领域，具体涉及一种干燥-热解一体化的立式炉。

背景技术

我国“富煤、贫油、少气”的能源状况决定了我国在今后相当长的时间内仍将以煤炭作为能源消费的主体。煤热解能够生成气(煤气)、液(焦油)和固(半焦或焦炭)三个相态的产品，可实现煤炭资源洁净、高效地综合利用，是发展高附加值煤化工的有效途径。

许多国家均在开发各有特色的煤炭热解工艺技术，如美国的Garrett工艺和Toscoal工艺、德国的LR工艺、日本的煤快速热解工艺、澳大利亚的流化床煤快速热解工艺、前苏联的ETCH-175工艺、国内的内热式低温块煤干馏工艺和固体热载体法粉煤快速热解工艺等。其中，煤热解炉均是煤热解工艺技术的核心设备。然而，各个热解炉均对煤的粒径有严格的要求，不适用于处理多粒径的煤(粉煤、粒煤和块煤)。通常情况下，原煤在进入热解炉进行热解反应之前需要事先预热干燥的装置，除了德国的LR工艺外，鲜有在同一炉内同时实现原煤干燥-热解一体化的装置。但是LR工艺在煤颗粒尺寸方面有一定的局限性(适用粒径范围为20～80mm)，对于粉状褐煤和烟煤均需要预先压块，且其热解炉装置设计复杂、投资较大。此外，鲜有利用煤或生物质热解产生的热解气携带的热量来干燥原料煤或生物质方面的装置或设备报道。

发明内容

为弥补上述缺陷，本发明的目的是提出一种适用于处理多粒径的物料干燥-热解一体化的立式炉，设计简单、投资成本低，便于工业化应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种干燥-热解一体化的立式炉，包括物料输送装置和炉体，炉体顶部开设有压力平衡口，炉体上部开设有气体出口，炉体底部均匀开设有若干气体热载体入口；物料输送装置包括物料入口以及3～30层使物料在立式炉体内折流式运行的传送带；物料入口设置在炉体上部；炉体内中下部设置有液体折流板，液体折流板位于相邻两层传送带之间，炉体上开设有液体出口，液体折流板上汇集的液体经液体出口排出。

本发明进一步的改进在于，炉体为长方体型，顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的始端与炉体之间的间隙宽度小于物料的最小粒径；顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的末端与炉体之间预留有间隙，此间隙宽度为物料最大粒径的5～10倍。

本发明进一步的改进在于，每一层传送带由两根转动轴和数根承重轴辅助传动和支撑；转动轴和数根承重轴均设置在一个水平面上，且数根承重轴设置在两根转动轴之间。

本发明进一步的改进在于，两根转动轴和数根承重轴均设置在炉炉体上。

本发明进一步的改进在于，物料为煤或生物质，并且粒径为3～100mm。

本发明进一步的改进在于，气体出口所处位置的上一层传送带，顺着运动方向的传送带末端底面设置有物料遮挡板。

本发明进一步的改进在于，物料遮挡板向物料下落的一侧炉体倾斜，并且物料遮挡板与竖直方向的夹角为0～60°。

本发明进一步的改进在于，气体出口所处位置的下一层传送带，顺着运动方向的末端上方设置有气体热载体的折流板，气体热载体的折流板固定在炉体上，并且折流板底端位于气体出口的下方；所述气体热载体的折流板为弧形，并且弧度为30°～90°。

本发明进一步的改进在于，所述气体热载体的折流板的上边缘高于物料遮挡板的下边缘。

本发明进一步的改进在于，液体折流板设置在炉体上，液体折流板与其上部炉体之间夹角为50～80°。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

(1)本发明提供的一种干燥-热解一体化的立式炉，利用折流式(形似于连续的S型)运行的传送带为物料输送装置，可实现多粒径物料(煤或生物质)的干燥和热解；通过气体热载体与物料之间多次交错逆流的方式实现换热，利用气体热载体由下至上的温度梯度逐步实现物料(煤或生物质)由上至下的干燥、低温热解和中高温热解；同时可利用物料(煤或生物质)热解所产生气体冷却立式炉出口的热态半焦，或用于调控气体热载体的温度，进而提高了立式炉的热能利用率。本发明提供的一种干燥-热解一体化的立式炉解决了传统热解炉无法在同一炉内利用热解气来干燥物料的工艺技术，还拓宽了这种炉型装置或设备可处理物料的有效粒径范围，并且设计简单、操作灵活且简便、实用性强，便于工业化应用。

(2)本发明利用气体热载体与物料(煤或生物质)多次交错逆流的方式实现换热，利用气体热载体由下至上的温度梯度逐步实现物料(煤或生物质)由上至下的干燥、低温热解和中高温热解，即在同一炉内实现了物料的干燥和热解操作。此外，煤或生物质、或煤焦、或高热值烟气燃烧所产生的高温烟气，或者煤或生物质、或煤焦气化所产生的高温气体，或者煤炼焦系统产生的高温焦炉煤气均可作为本发明立式炉的气体热载体。

(3)本发明通过干燥-热解一体化立式炉的设计，减少了气体热载体与外界的接触和换热，同时可利用物料(煤或生物质)热解产生的烟气来冷却立式炉出口的热态半焦，或用于调控所述气体热载体的温度，提高了立式炉的热能利用率。

(4)本发明的炉体内设置3～30节折流式(形似于连续的S型)运行的传送带，可根据气体热载体的潜热量或者现实需要增加或者减少传送带的面积或数量，设计简单、操作灵活且简便，投资成本低，便于工业化应用。

(5)本发明提供的一种干燥-热解一体化的立式炉的立式炉气体出口排出的气体可用于冷却立式炉出口的热态半焦，或用于调控所述气体热载体的温度，使得该装置便于与煤(或煤焦，或生物质)的气化系统，或高温炼焦炉，或高温锅炉连用或耦合，从而提高热能的利用率、实现规模效益、降低成本。

进一步的，传送带承载物料的始端与炉体之间的间隙宽度小于物料的最小粒径，用于防止物料垂直落下和减少由下至上的气体热载体由此缝隙穿过；顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的末端与炉体之间预留有间隙，此间隙宽度为物料最大粒径的5～10倍，以便于物料垂直落下和由下至上的气体热载体由此间隙穿过。

进一步的，物料遮挡板凸向于物料下落的一侧炉体。用于减少下落物料的扬尘程度并降低气体热载体上升气流的无效透过量。

进一步的，气体出口所处位置的下一层传送带，顺着运动方向的末端上方设置有气体热载体的折流板，以增强气体热载体的折流和换热效果。

进一步的，折流板的上边缘高于物料遮挡板的底部边缘，用于降低气体出口排出气体的含尘量。

进一步的，本发明可在一个炉内实现物料粒径为3～100mm的物料(煤或生物质)的干燥、低温热解和中高温热解，即物料粒径适用范围广，进而可简化物料预处理系统的处理工序，降低工程作业强度，减少了人工或机械经费的投资。

附图说明

图1是本发明提供的干燥-热解一体化的立式炉结构示意图；

图2是沿图1中A-A线的横截面结构示意图；

图中，1-压力平衡口；2-物料输送装置；3-支撑体；4-物料遮挡板；5-气体热载体的折流板；6-气体出口；7-液体出口；8-液体折流板；9-9’-炉体图示的省略部分；10-第一气体热载体入口；11-第二气体热载体入口；12-转动轮；13-炉体；14-转动轴；15-承重轴。

具体实施方式

结合附图，对本发明的详细描述如下。

参见图1，本发明提出的立式炉包括物料输送装置2和炉体13，炉体13为长方体型，炉体13下部设置有与炉体13相连通的锥体状腔体。炉体13顶部开设有压力平衡口1，可根据实际操作过程中的压力变化，来调节或平衡压力。炉体13上部开设有气体出口6，炉体13下方为与炉体相连通的锥体状腔体，锥体状腔体的中部周向均匀开设有四个气体热载体入口，具体为第一气体热载体入口10、第二气体热载体入口11、第三气体热载体入口和第四气体热载体入口，由于第一气体热载体入口10与第三气体热载体入口对称设置，第二气体热载体入口11和第四气体热载体入口对称设置，所以从图1上只能够看到第一气体热载体入口10和第二气体热载体入口11，气体热载体从立式炉底端锥体状腔体的四个气体热载体入口同时进入立式炉。所述立式炉底端的四个气体热载体入口均匀分布在立式炉底端锥体半腰附近的圆周上，这样设置的目的是为了促使气体热载体在炉体内形成气旋、减缓对炉壁的磨损程度；还可促使各股气体充分对流，进而使底层传送带上的物料充分、均匀地受热。利用气体热载体与物料煤或生物质多次交错逆流的方式实现换热，利用气体热载体由下至上的温度梯度逐步实现物料煤或生物质由上至下的干燥、低温热解和中高温热解。

物料输送装置2包括物料入口以及3～30层使物料在立式炉体内折流式运行的传送带；物料入口设置在炉体13上部并且物料入口下方设置有用于运送物料的传送带，传送带穿出炉体13，并且穿出炉体13的传送带由设置在炉体13上的支撑板3支撑。粒径为3～100mm的物料煤或生物质通过物料入口进入炉体内；炉体13内中下部设置有液体折流板8，液体折流板8位于两层传送带之间，炉体13设置有液体出口7，液体折流板8上汇集的液体经液体出口7排出；液体折流板8和液体出口7设置的个数可根据立式炉的传送带层数或者高度适当增加，以提高液体(主要是焦油和水)的回收率。9-9’是炉体图示的省略部分，表示这一区域内炉体的内部结构与炉体主体构造的图示相类似。

物料顺着图1中标注方向顺着传送带运动方向向前传送。

顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的始端与炉体之间的间隙宽度小于物料的最小粒径，用于防止物料垂直落下和减少由下至上的气体热载体由此缝隙穿过；顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的末端与炉体之间预留有间隙，此间隙宽度范围为物料最大粒径的5～10倍，以便于物料垂直落下和由下至上的气体热载体由此间隙穿过。

参见图2，每一层传送带由两根转动轴14和数根承重轴15辅助传动和支撑；转动轴14和数根承重轴15均设置在一个水平面上，且数根承重轴15设置在两根转动轴14之间。两根转动轴14和数根承重轴15均设置在炉炉体13上。

所用物料为煤或生物质，并且粒径为3～100mm。

对于气体出口6所处位置的上一层传送带，顺着运动方向的传送带末端底面设置有物料遮挡板4，物料遮挡板4向物料下落的一侧炉体倾斜，并且物料遮挡板4与竖直方向的夹角为0°～60°，其目的在于减少下落物料的扬尘程度并降低气体热载体上升气流的无效透过量。

对于气体出口6所处位置的下一层传送带，顺着运动方向的末端上方设置有气体热载体的折流板5，气体热载体的折流板5固定在炉体13上，并且折流板5底端位于气体出口6的下方；所述气体热载体的折流板5为圆弧形，并且弧度为30°～90°，圆弧的圆心位于圆弧下方，这样能够增强气体热载体的折流和换热效果。

所述气体热载体的折流板5的上边缘高于物料遮挡板4的底部边缘，用于降低气体出口6排出气体的含尘量。

液体折流板8设置在炉体上，所述液体折流板8与其上部炉体之间夹角的范围为50°～80°。即液体折流板8固定在炉体上，并且向上倾斜，与炉体的夹角为50°～80°，这样能够引导液体，液体折流板8上汇集的液体经液体出口7流向炉体外。

物料被传送到第一层传送带的末端后，传送带上承载的物料煤或生物质在重力的作用下，下落到第二层传送带上。由于第二层传送带同一时间也在不停的运动，所以可将从第一层传送带上落下的物料煤或生物质及时移走。当物料煤或生物质被传送到第二层传送带的末端后，物料煤或生物质再次在重力的作用下，下落到第三层传送带上。如此循环，传送带上物料可一直运动到立式炉的底端，在此过程中，物料煤或生物质经干燥、低温热解和中高温热解后转变为半焦，排出炉体。由于每一层传送带的运动方向均与上一层传送带的运动方向相反，所以物料煤或生物质呈现出折流式、形似于连续S型的下落方式；由于每一层传送带同一时间均在不停的运动，所以每一层传送带上落下的物料煤或生物质均可被及时移走。

本发明中所述物料经物料输送装置2进入炉体内，所述物料煤或生物质流动方向为由上至下、折流式形似于连续的S型。本发明所述传送带的表面是物料煤或生物质进行干燥和热解反应的场所。

所述立式炉气体出口6排出的气体可用于冷却立式炉出口的热态半焦，或用于调控所述气体热载体的温度。

所述立式炉的液体折流板8和液体出口7设置的个数可根据立式炉的传送带层数或者高度适当增加，以提高液体(主要是焦油和水)的收率。液体折流板8与炉体相连，所述液体折流板8与其上部炉体之间夹角的范围为50°～80°，用于引导液体的流向。液体折流板8上汇集的液体经液体出口7流向炉体外。

煤(或生物质，或煤焦，或高热值烟气)燃烧所产生的高温烟气，或者煤(或生物质，或煤焦)气化所产生的高温气体，或者煤炼焦系统产生的高温焦炉煤气均可作为本发明立式炉的气体热载体。

所述立式炉的炉体底部设置的气体热载体入口共有四个，它们均匀分布在炉体下端锥体半腰附近的四周，这样设置的目的是为了促使气体热载体在炉体内形成气旋、减缓对炉壁的磨损程度；还可促使各股气体充分对流，进而使底层传送带上的物料充分、均匀地受热。利用气体热载体与原料煤或生物质多次交错逆流的方式实现换热，利用气体热载体由下至上的温度梯度逐步实现原料煤或生物质由上至下的干燥、低温热解和中高温热解。

Claims (10)

1.一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：包括物料输送装置和炉体(13)，炉体(13)顶部开设有压力平衡口(1)，炉体(13)上部开设有气体出口(6)，炉体(13)底部均匀开设有若干气体热载体入口；物料输送装置包括物料入口以及3～30层使物料在立式炉体内折流式运行的传送带；物料入口设置在炉体(13)上部；炉体(13)内中下部设置有液体折流板(8)，液体折流板(8)位于相邻两层传送带之间，炉体(13)上开设有液体出口(7)，液体折流板(8)上汇集的液体经液体出口(7)排出。

2.根据权利要求1所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：炉体(13)为长方体型，顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的始端与炉体之间的间隙宽度小于物料的最小粒径；顺着每层传送带运动方向，传送带承载物料的末端与炉体之间预留有间隙，此间隙宽度为物料最大粒径的5～10倍。

3.根据权利要求1所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：每一层传送带由两根转动轴(14)和数根承重轴(15)辅助传动和支撑；转动轴(14)和数根承重轴(15)均设置在一个水平面上，且数根承重轴(15)设置在两根转动轴(14)之间。

4.根据权利要求3所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：两根转动轴(14)和数根承重轴(15)均设置在炉炉体(13)上。

5.根据权利要求1所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：物料为煤或生物质，并且粒径为3～100mm。

6.根据权利要求1所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：气体出口(6)所处位置的上一层传送带，顺着运动方向的传送带末端底面设置有物料遮挡板(4)。

7.根据权利要求6所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：物料遮挡板(4)向物料下落的一侧炉体倾斜，并且物料遮挡板(4)与竖直方向的夹角为0°～60°。

8.根据权利要求6所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：气体出口(6)所处位置的下一层传送带，顺着运动方向的末端上方设置有气体热载体的折流板(5)，气体热载体的折流板(5)固定在炉体(13)上，并且折流板(5)底端位于气体出口(6)的下方；所述气体热载体的折流板(5)为弧形，并且弧度为30°～90°。

9.根据权利要求8所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：所述气体热载体的折流板(5)的上边缘高于物料遮挡板(4)的下边缘。

10.根据权利要求1所述的一种干燥-热解一体化的立式炉，其特征在于：液体折流板(8)设置在炉体上，液体折流板(8)与其上部炉体之间夹角为50°～80°。