CN107557041B - 立式双向加热低阶煤快速热解装置 - Google Patents

Abstract

立式双向加热低阶煤快速热解装置，该装置的外筒体、内筒和上下端盖之间形成密闭的热解空间；其外筒外周有螺旋盘管作为加热气体通道，外筒上部侧壁连接热解气体导出装置；其内筒内壁上设有螺旋板，从而在内筒内部形成一个加热气体螺旋通道，内筒外壁上设有多个桨片；上端盖设有与进料器连接的进料口，内筒由变频电机驱动；下端盖对称设有两个出料口，一开一备用，开的一个连接冷料器。本发明充分利用加热气体的流动性质，设计出物料热解的内、外两大加热热源，保证物料快速、连续、绝氧热解，大大增加了加热面积，增加了进入气体停留时间，可以充分释放热量，热烟气与被加热物料是逆向间壁接触，传热温差大，炭残渣加热温度高，热解充分。

Description

立式双向加热低阶煤快速热解装置

技术领域

本发明涉及立式双向加热低阶煤快速热解装置，属于煤炭裂解领域，用于低阶煤粉和固体有机物快速热解、炭化或干燥。

背景技术

我国能源结构的特点是富煤、贫油、少气，2016年我国原煤产量为34.1亿吨，根据国务院《“十三五”节能减排综合工作方案》，到2020年我国煤炭消费比重控制在58％以内，所以煤炭仍将是我国的主要能源。我国煤炭中55％属于低阶、高挥发分煤，低阶、高挥发分煤主要有褐煤、长焰煤等，如果这部分煤直接燃烧或气化，有用的煤焦油和煤气资源得不到回收利用。为此国家能源局《煤炭清洁高效利用行动计划(2015‐2020年)》中鼓励“煤炭分质分级利用新型煤化工技术路线”，以实现煤炭清洁高效利用。把低阶煤快速热解，先提取焦油和煤气，然后再把提质煤(半焦)燃烧或气化是煤炭分质分级梯级利用的有效方法，早在建国初我国许多煤炭工作者就开始研究这个问题，到目前为止有煤炭快速热解方法30多种，但是由于技术方法的原因，这些方法始终得不到很好地推广和应用。

低阶煤快速热解一般是指温度在500‐600℃的绝氧裂解，这些方法按照煤料加热方式可分为直接加热方式和间壁加热式两种，即所谓的内热式和外热式。直接加热方式就是加热介质与煤料直接接触，因加热介质不同，又可以分为气体热载体和固体热载体法两种方法，气体热载体又可分为烟气加热和气化气加热两种；间接加热方式就是加热介质与煤料不直接接触，热量由间壁传入。此外，快速热解按照炉料状态分还可以分为固定床、流化床、气流床等。

直接加热方式热解装置在我国西北地区普遍被采用，由于煤料与热载体直接接触，当用气体热载体时，烟气与煤料比例大约为500:1；当用固体热载体时，灰渣与煤料比例大约为5:1。因此这种方法的主要问题是热解出来的焦油和煤气粉尘含量都很高，焦油与粉尘、煤气与粉尘分离困难，焦油和煤气产率低、品质差，特别是不能用于面煤或末煤的快速热解。

间接加热方式快速热解装置具有焦油、煤气产率高，品质好等优点。由于煤料与热载体不直接接触，往往加热面积不足，煤料热阻大，传热效率低等，间接加热方式快速热解装置生产能力一般都低。卧式回转窑快速热解装置较多被采用，回转窑快速热解装置筒体卧式旋转加热，煤料只能装满下半筒，有效加热面积也只有筒体面积的一半，上半筒停留的热解气体受热产生二次热解，焦油产率低，重质组分含量高，生产能力低；特别是炉体不停地转动，热解装置进料、出渣、出气，以及密封等存在安全环保问题。

为了使我国丰富的低阶煤资源能够得到分质分级清洁高效利用，有效地回收煤中宝贵的焦油和煤气等化工原料，降低提质煤中的有害物质，我们开发出立式双向加热低阶煤快速热解装置，这种装置内外间壁加热，加热面积大，装煤量大，生产能力高；热解装置固定位置进料、出渣、出气，整个生产过程连续密闭生产操作，没有污染；热解焦油和煤气含尘量低、品质好，产油和产气率高；提质煤用于锅炉生产或散煤燃烧排放气体污染物含量低，用于生产气化合成气，杂质含量低，易于进一步净化处理。

发明内容

本发明的目的是改变国内现有直接加热低阶煤快速热解装置焦油和煤气粉尘含量高，品质差，焦油和煤气产率低；或间接加热低阶煤快速热解装置加热面积小、生产能力低，装料、出渣、排气、密封存在缺欠等问题，开发出一种立式双向加热低阶煤快速热解装置。这种装置内外间壁加热，加热面积大，装煤量大，生产能力高，加热均匀，传热效率高，工艺过程环保、安全可靠，可广泛用于低阶煤分质分级清洁高效利用。

为了实现上述目的，开发的立式双向加热低阶煤快速热解装置，由内筒体、外筒体、连接和固定内筒体与外筒体的上、下两个端盖，以及进料器，冷料器，热解气导出装置组成。其中，内筒体、外筒体和上、下两个端盖构成了热解装置的本体，内筒体与外筒体的环柱和上、下两个端盖之间形构成了热解装置的有效空间。

外筒体是由一个立式外筒，和盘旋焊接在外筒外壁上的矩形(或圆形)盘管构成，螺旋盘管上下各有一个出口和进口，从而形成了一条上升的螺旋通道，螺旋通道的垂直高度短于外筒高度。这段盘旋在外筒上的螺旋通道，构成了热解装置的外加热热源。

外筒立式固定不动。在外筒上部侧壁留有一个热解气的出气口。在外筒的上、下两段上都焊接有热解装置的固定部件。在热解装置的本体的外表面，按要求做保温防护。

在外筒的上、下两端，各焊接有一个法兰盘，用螺栓连接着上下两个端盖。在每个端盖中心各有一个环形轴套，内筒立式同轴穿越环形轴套，上、下两个环形轴套用于同轴定位、支撑和密封内筒，密封采用填料密封。这样就形成一个由外筒‐内筒‐上、下两个端盖之间的环柱形热解空间。在端盖上环形轴套外缘与端盖螺栓内缘之间，留有一个进料口，在其对称位置安装一套带动内筒转动的变频电动机和减速机。在下端盖上的环形轴套外缘与端盖螺栓内缘之间对称设有两个出料口，一开一备用。

内筒体是一个长的内筒，其中，中间段的内壁焊接有螺旋板，称之为螺旋板段，螺旋板段位于外筒体上、下两个端盖之间，其高度与外筒体的螺旋通道高度相近；螺旋板段的外壁焊接有多个桨片。内筒体立式同轴在外筒体中，内筒连续旋转，起加热和搅拌物料的作用，内筒的螺旋板段形成了热解装置的内加热热源。

内筒体上下贯穿与外筒体上下两个端盖的轴套，内筒体在上下两个端盖轴套的位置上，上下各有一个轴瓦，其中下轴瓦是一个轴瓦盘，直径较大，上下两个轴瓦嵌入安装在外筒体上下两个端盖的轴套中，用于同轴定位、支撑和密封内筒。内筒螺旋板段以下为入口段，入口段伸出下端盖，与固定导入管相连，固定导入管伸入旋转的内筒入口中，填料密封；内筒螺旋板段以上为出口段，出口段伸出上端盖，与固定导出管相连，旋转的内筒出口伸入固定导出管，填料密封。

进料器安装在进料口，进料器由大圆台筒、圆柱筒、小圆台筒连接而成，在小圆台筒下端焊接有法兰，用螺栓与进料口相连，在大圆台筒与圆柱筒连接处、圆柱筒与小圆台筒连接处分别设有上、下两个插板阀。两个插板阀起到料锁的作用，保证进料时热解装置的密封。

原料进入热解装置后，靠重力自然下降，同时吸收外筒体、内筒体传递过来的热量而热解，热解后的气体在桨片的翻腾作用下，由外筒上热解气的出气口排出。热解气通过密闭管道及其设备与热解装置外的引风机相连通，物料在热解装置内微负压热解，在热解装置外热解气通过冷凝冷却回收焦油，煤气经过净化去除有害物质，一部分用于热风炉燃烧，另一部分作为燃料气或原料气利用。在热解气出其口连接一个热解气导出装置，这个装置主要是电机带动的螺旋板构成，热解气通过旋转的螺旋板连续排出，螺旋板不断地把热解气中的粉尘、油泥捕集，并推回到热解装置中。

冷料器立式安装在下端盖其中的一个出料口。冷料器是一个中间直径大、上进口、下出口直径小的“鼓形”罐体，在腰鼓的上下分别安装有水雾汽和水蒸气两种介质冷却盘管；在冷料器下出口的下部焊接一个圆筒体，在圆筒体的上下分别安装有一个插板阀，保证出料时热解装置的密封。

加热气体即热烟气来自于热风炉，经过调温后的热烟气分两路进入外筒体和内筒体，其中的一路由外筒体底部的螺旋通道入口进入，经过螺旋通道释放热量，再由螺旋通道顶部出口排出。另一路是由内筒体的入口段进入螺旋板段释放热量，由出口段排出。热解装置整个加热流体都是从下部进入，从上部排出；而被加热物料都是从上部进入，从下部排出。整体上加热流体与被加热物料是逆向间壁接触，这种热解装置传热温差大，提质煤加热温度高，热解充分；冷烟排出温度低，热效率高，节约能量。

本发明优点：充分利用加热气体的流动性质，固体有机物料热解过程中的特点，研发出保证物料热解的内、外两大加热热源，保证物料快速、连续、绝氧热解装置。利用加热气体在热解装置的外筒体的螺旋通道和内筒体螺旋板段盘旋上升，大大增加了加热面积，增加了进入气体停留时间，可以充分释放热量，提高了生产能力。

物料在立式固定的快速热解装置中，通过上部加料器进料，通过下部冷料器出渣，依靠自身重力下降，整个生产过程实现了连续、绝氧操作。煤料充满热解装置环柱形空间双向加热，在内筒体上桨片起搅拌作用下，受热均匀，降低了物料热阻，提高了热传导效率，有利于热解气体导出，防止二次热热解，焦油产率高。在热解气导出装置的作用下，可以及时除去热解气体中的粉尘颗粒，油气品质好。出口阀可调节下降速度，调整热解时间，控制热解程度，提质煤用作锅炉散煤燃烧或气化原料，可以实现煤炭分质分级利用。

立式双向加热低阶煤快速热解装置整个热烟气都是从下部进入，从上部排出；而被加热物料都是从上部进入，从下部排出。整体上热烟气与被加热物料是逆向间壁接触，这种热解装置传热温差大，炭残渣加热温度高，热解充分；冷烟气排出温度低，热效率高。

附图说明

图1是立式双向加热低阶煤快速热解装置结构示意图。

图2是进料器5结构示意图

图3是冷料器6结构示意图

图4是热解气导出装置7结构示意图

图5是立式双向加热低阶煤快速热解装置立体示意图

图6是内筒体立体1立体剖视图。

图7是外筒体立体2立体剖视图。

其中：1、内筒体，2、外筒体，3、上端盖，4、下端盖，5、进料器与进料口，6、冷料器与出料口，7、热解气导出装置与出气口，8、内筒，9、外筒，10、螺旋板，11、螺旋盘管，12、桨片，13、上环形轴套，14、下环形轴套，15上轴瓦，16、下轴瓦，17、变频电机；

51、大圆台筒，52、圆柱筒，53、小圆台筒，54、插板阀；

61、圆柱筒，62、圆台筒，63、倒圆台筒，64、水雾汽冷却盘管，65、水蒸气冷却盘管，66、圆筒体，67、插板阀；

71、水平导出管，72、螺旋板，73、热解气导出口。

具体实施方式

如附图1‐7所示，立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于包括内筒体1，套在内筒体1外周的外筒体2，连接和固定内筒体1与外筒体2体的上端盖3与下端盖4，以及进料器5，冷料器6，热解气导出装置7；内筒8、外筒9和上、下两个端盖(3、4)之间形成的密闭空间构成了热解装置的有效空间；

其中，外体筒2包括一个外筒9，外筒9外周盘旋焊接有螺旋盘管11(截面通常采用矩形或圆形)，螺旋盘管11上下各留有一个加热气体的出口和进口，从而形成一条盘旋于外筒9外侧的加热气体螺旋通道，该螺旋通道的垂直高度小于外筒体2的上、下两个端盖(3、4)之间的高度；在外筒9上部侧壁留有一个热解气的出气口，该出气口设置热解气体导出装置7；

内筒体1包括一个与所述外筒9同轴的圆柱形内筒8，内筒8中间段的内壁上焊接有螺旋板10，从而在内筒8的内部形成一个加热气体螺旋通道，内筒8内壁上焊接有螺旋板10的中间段也称之为螺旋板段，螺旋板段的外壁上焊接有多个径向的桨片12，

上端盖3和下端盖4分别安装在外筒体2的上下两端，且内筒8上下两端分别贯穿上端盖3和下端盖4，内筒8与所述上下端盖(3、4)之间分别设有上下环形轴套(13、14)，内筒8立式同轴穿越上下环形轴套(13、14)，上、下环形轴套(13、14)用于同轴定位、支撑和密封内筒8；这样就形成一个由外筒体‐内筒体‐外筒体的上、下两个端盖之间的环柱形热解空间；

在上端盖3上，位于其外缘与上环形轴套13之间的位置，留有一个进料口，该进料口并与进料器5连接；在上端盖3上与所述进料口相对的另一侧位置，安装一套带动内筒转动的带有减速机的变频电机17；

在下端盖4上，位于其外缘与下环形轴套14之间的位置，对称设有两个出料口，一开一备用，开的一个用于连接冷料器(6)。

进料器5由大圆台筒51、圆柱筒52、小圆台筒53自上而下顺次连接而成，在小圆台筒53下端焊接有法兰，用于通过螺栓与进料口相连，在大圆台筒51与圆柱筒52连接处、圆柱筒52与小圆台筒53连接处分别设有一个插板阀54。两个插板阀54起到料锁的作用，保证进料时热解装置的密封。

冷料器6立式安装在下端盖2其中的一个出料口；冷料器6是一个中间直径大，上进口、下出口直径小的“鼓形”罐体，它包括位于中部的一个圆柱筒61，在圆柱筒61上部连接圆台筒62，下部连接倒圆台筒63，在圆柱筒61与圆台筒62的结合部设有水雾汽冷却盘管64，在圆柱筒61与倒圆台筒63的结合部设有水蒸气冷却盘管65，在倒圆台筒63的下部出口焊接一个圆筒体66，在圆筒体66内分别安装上下两个插板阀67，保证出料时热解装置的密封。

热解气体导出装置7包括水平导出管71，和安装在水平导出管71中的螺旋板72，在水平导出管71的内侧一端安装有法兰，通过法兰与热解装置的出气口连接，在水平导出管71的另一端上部，留有一个热解气导出口73。该热解气导出口73通过密闭管道与热解装置外的引风机相连通导出热解气，物料在热解装置内微负压热解，在热解装置外热解气通过冷凝冷却回收焦油，煤气经过净化去除有害物质，一部分用于热风炉燃烧，另一部分作为燃料气或原料气利用。

螺旋板72的一端通过密封轴套安装在水平导出管71留有热解气导出口73的一端，并通过电动机带动旋转，螺旋板72的一端则伸向热解装置的出气口，热解气通过旋转的螺旋板72连续排出，螺旋板72不断地把热解气中的粉尘、油泥捕集，并推回到热解装置中。

本发明的使用方法

立式双向加热低阶煤快速热解装置适合面煤或末煤的快速热解，首先在热解装置内加入部分焦粉底料，开启内筒的电动机和减速机，让内筒处于旋转搅拌状态，开启出渣器水平推料螺旋，使底料充满水平螺旋套管，停止水平推料螺旋转动，起到密封出料口的作用。

然后开启自热风炉，把热烟气调整到合适的温度，热烟气分两路进入热解装置，第一路热烟气从外筒体下部侧向进入，经过外筒体的螺旋通道放出热量，形成外筒体的外热源，冷烟气则从外筒体上部排出。第二路热烟气由内筒体底部进入，热烟气通过内筒体的螺旋板段释放热量，形成内筒的内热源。当热解装置温度达到80‐100℃时，就可以正式投入煤粉。由于煤粉的粒度和停留时间不同，热解的温度就不同，一般来说粒度小于10mm、时间在50‐60分钟的煤粉热解温度在500‐600℃比较合适，而进入热解装置的热烟气温度要高于热解温度150℃左右。释放热量的冷烟气通过引风机抽吸经过烟囱高空排放，另一部分冷烟气回到热风炉用于调节热烟气温度，实现低氮燃烧排放。引风机还可以使热解装置的加热烟气负压流动，有利于密封。

当热解装置达到合适的温度时，首先关闭加料斗的下插板阀，加入需要热解的面煤或末煤，然后关闭上插板阀，打开加料斗的下插板阀，煤料落入热解装置，反复不断地重复以上动作，使煤料源源不断地进入热解装置，两个插板阀起到封闭热解气的作用，保证进料时热解装置的密闭进料。

煤粉进入热解装置后，吸收外筒，内筒的中间段传递过来的热量，受重力作用逐步下降而产生热解，另外受桨片不断搅拌作用，使物料受热均匀，降低热阻而加快热解。热解析出的气体由外筒上热解气体导出口排出，热解气体导出口通过管道和设备与热解装置外的引风机相连通，物料在热解装置内微负压热解，在热解装置外热解气通过冷凝冷却回收焦油；煤气经过净化去除有害物质，一部分进入热风炉燃烧生成热烟气用于回炉加热，另一部分作为燃气用于燃料或化工原料。热解气通过热解气体导出装置旋转螺旋的间隙连续排出，带出的粉尘、油泥等通过螺旋不断地被捕集并推回热解装置中。

当煤料在热解装置内达到一定高度和一定热解时间后，煤料中挥发分受热热解并析出，不能热解的提质煤，受重力和搅拌作用不断下降，最后进入冷料器。当热解温度达到600℃的提质煤，靠重力和搅拌作用通过冷料器的上进口进入冷料器后，开启水蒸气下盘管，喷洒水蒸气，在冷料器中首先发生水煤气反应，高温的C和水蒸气H2O生成CO2和H2，水煤气反应是个吸热反应，提质煤被迅速冷却到150℃左右；然后开启水雾汽上盘管，喷洒水雾，进一步将提质煤冷却到80℃左右。开启在圆筒体上的上插板阀，提质煤落入圆筒体，关闭上插板阀、开启下插板阀，提质煤排出。通过重复以上过程，保证出料时热解装置的密封。煤料经过热解装置的热解，煤中的挥发分热解析出，有用的煤焦油和煤气作为资源得到回收进一步利用，生产出的提质煤可用作动力、民用燃料或化工气化原料，有助于煤炭清洁高效利用。

Claims (5)

1.立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于包括内筒体（1），套在内筒体（1）外周的外筒体（2），连接和固定内筒体（1）与外筒体（2）体的上端盖（3）与下端盖（4），以及进料器（5），冷料器（6），热解气导出装置（7）；内筒体（1）、外筒体（2）和上、下两个端盖（3、4）之间形成的密闭空间构成了热解装置的有效空间；

其中，外体筒（2）包括一个外筒（9），外筒（9）外周盘旋焊接有螺旋盘管（11），盘旋绕于外筒（9）外壁的螺旋盘管（11）形成了外筒体（2）外侧的螺旋加热通道；螺旋盘管（11）上下各留有一个加热气体的出口和进口，从而形成一条盘旋于外筒（9）外侧的加热气体螺旋通道，该螺旋通道的垂直高度小于外筒体（2）的上、下两个端盖（3、4）之间的高度；在外筒（9）上部侧壁留有一个热解气的出气口，该出气口设置热解气体导出装置（7）；

内筒体（1）包括一个与所述外筒（9）同轴的圆柱形内筒（8），内筒（8）中间段的内壁上焊接有螺旋板（10），从而在内筒（8）的内部形成一个加热气体螺旋通道，内筒（8）内壁上焊接有螺旋板（10）的中间段也称为螺旋板段，螺旋板段的外壁上焊接有多个径向的桨片（12），

上端盖（3）和下端盖（4）分别安装在外筒体（2）的上下两端，且内筒（8）上下两端分别贯穿上端盖（3）和下端盖（4），内筒（8）与所述上、下两个端盖（3、4）之间分别设有上、下环形轴套（13、14），内筒（8）立式同轴穿越上、下环形轴套（13、14），上、下环形轴套（13、14）用于同轴定位、支撑和密封内筒（8）；这样就形成一个由外筒体-内筒体-外筒体的上、下两个端盖之间的环柱形热解空间；

在上端盖（3）上，位于其外缘与上环形轴套（13）之间的位置，留有一个进料口，该进料口并与进料器（5）连接；在上端盖（3）上与所述进料口相对的另一侧位置，安装一套带动内筒转动的带有减速机的变频电机（17）；

在下端盖（4）上，位于其外缘与下环形轴套（14）之间的位置，对称设有两个出料口，一开一备用，开的一个用于连接冷料器（6）。

2.如权利要求1所述的立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于所述的进料器（5）由大圆台筒（51）、圆柱筒（52）、小圆台筒（53）自上而下顺次连接而成，在小圆台筒（53）下端焊接有法兰，用于通过螺栓与进料口相连，在大圆台筒（51）与圆柱筒（52）连接处、圆柱筒（52）与小圆台筒（53）连接处分别设有一个插板阀（54）。

3.如权利要求1所述的立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于所述的冷料器（6）立式安装在下端盖（4）其中的一个出料口；冷料器（6）是一个中间直径大，上进口、下出口直径小的“鼓形”罐体，它包括位于中部的一个圆柱筒（61），在圆柱筒（61）上部连接圆台筒（62），下部连接倒圆台筒（63），在圆柱筒（61）与圆台筒（62）的结合部设有水雾汽冷却盘管（64），在圆柱筒（61）与倒圆台筒（63）的结合部设有水蒸气冷却盘管（65），在倒圆台筒（63）的下部出口焊接一个圆筒体（66），在圆筒体（66）内分别安装上、下两个插板阀（67），保证出料时热解装置的密封。

4.如权利要求1所述的立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于所述的热解气体导出装置（7）包括水平导出管（71），和安装在水平导出管（71）中的螺旋板（72），在水平导出管（71）的内侧一端安装有法兰，通过法兰与热解装置的出气口连接，在水平导出管（71）的另一端上部，留有一个热解气导出口（73）。

5.如权利要求4所述的立式双向加热低阶煤快速热解装置，其特征在于所述的螺旋板（72）的一端通过密封轴套安装在水平导出管（71）留有热解气导出口（73）的一端，并通过电动机带动旋转，螺旋板（72）的一端则伸向热解装置的出气口，热解气通过旋转的螺旋板（72）连续排出，螺旋板（72）不断地把热解气中的粉尘、油泥捕集，并推回到热解装置中。

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