CN108531201B - 外热式热解炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外热式热解炉，包括热解炉箱体；热解炉箱体自上而下依次分为热解段、余热回收段以及冷却段；热解炉箱体内部设置有第一气体分布管、热解段换热列管、第一气体收集管、余热回收段换热列管、第二气体分布管、第二气体收集管、冷却段换热列管、第三气体分布管以及热解炉内下煤通道；第三气体分布管通过冷却段换热列管与第二气体收集管相贯通；第二气体分布管通过余热回收段换热列管与第一气体收集管相贯通；第一气体分布管通过热解段换热列管与顶部气体收集管相贯通。本发明提供了一种具备原料适应性强、煤气热值高、煤焦油的杂质少、半焦质量好以及运行费用低的外热式热解炉。

Description

外热式热解炉
技术领域
本发明属于煤化工技术领域，涉及一种外热式热解炉，尤其涉及一种立式炉低阶煤热解制取煤焦油煤气过程中所采用的外热式热解炉。
背景技术
低阶煤热解是煤炭分质分级利用的关键一步，通过热解可对低阶煤，梯级、分质利用，提高产品的附加值，同时使煤更洁净。
低阶煤热解的方式多样，按形式有立式炉热解工艺、转窑热解工艺、流化床热解工艺以及气流床热解工艺。按加热的方式有直接加热热解工艺以及间接加热热解工艺，其中，直接加热的有气体热载体、固体热载体以及气固热载体；间接加热的有采用耐火材料砌筑的以及采用耐高温的合金的。但无论采用那种方式那种工艺，原料的适应性、产品的品质、产品产量、装置运行费用、装置投资以及装置的综合能耗等都是衡量一种工艺的先进性和可实施性的重要指标。直接加热热解工艺的气体热载体立式炉由于投资少，能耗较低，产品能满足后续关联产业的要求，有着广泛的市场占有率，但对原料要求高，使用块煤，焦油收率低、煤气质量差，污染严重；直接加热的气流床、流化床热效率高，油收率高、煤气质量好、可控性较好，但投资大、原料适应性差，能耗高，特别是高温荒煤气的除尘问题至今未得到解决，所以至今无法广泛应用。转窑的煤气质量好、焦油的收率适中，但由于整体采用耐热钢，投资巨大，且仍未解决荒煤气的除尘问题。利用高温焦化衍生的外热式直立炉进行煤热解，原料的适应性强、煤气半焦产品质量好，焦油收率适中，运行费用低，很好的解决了高温荒煤气的除尘问题，但采用大量的耐火材料造成投资巨大，耐火材料膨胀裂缝等问题不能很好的解决，热效率有待于进一步提高。
中冶焦耐工程技术有限公司的申请号为201410153775.2的一种用于低阶煤干馏的直立炉炭化室就是外热式直立炉的代表，采用燃烧室与热解室(碳化室)间隔布置，旁边设置蓄热换热室，均采用高品质的耐火砖砌筑而成，该装置的原料的适应性好、煤气热值高、煤焦油的杂质低、产品半焦质量好，运行费用低，但投资过大，耐火材料的膨胀裂缝串气问题无法很好的解决。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种具备原料适应性强、煤气热值高、煤焦油的杂质少、半焦质量好以及运行费用低的外热式热解炉。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种外热式热解炉，其特征在于：所述外热式热解炉包括热解炉箱体；所述热解炉箱体自上而下依次分为热解段、余热回收段以及冷却段；所述热解段的顶部设置有干煤进料口以及气体收集管；所述冷却段的底部设置有底部排料口；所述热解炉箱体内部设置有第一气体分布管、热解段换热列管、第一气体收集管、余热回收段换热列管、第二气体分布管、第二气体收集管、冷却段换热列管、第三气体分布管以及自上而下依次贯穿热解段、余热回收段以及冷却段的热解炉内下煤通道；所述热解段换热列管、余热回收段换热列管以及冷却段换热列管自上而下环绕设置在热解炉内下煤通道两侧；所述第三气体分布管通过冷却段换热列管与第二气体收集管相贯通；所述第二气体分布管通过余热回收段换热列管与第一气体收集管相贯通；所述第一气体分布管通过热解段换热列管与顶部气体收集管相贯通；原料粉煤通过干煤进料口进入热解炉内下煤通道；原料粉煤经过热解炉内下煤通道的同时分别与经过热解段换热列管内部的高温烟气进行换热、与经过余热回收段换热列管内部的冷却空气进行换热以及与经过冷却段换热列管内部的冷却空气进行换热；原料粉煤与经过热解段换热列管内部的高温烟气进行换热热解后产生的荒煤气并经由荒煤气导出口导出，热解后的半焦与经过余热回收段换热列管内部的冷却空气换热以及与经过冷却段换热列管内部的冷却空气换热降温后由底部排料口排出。
上述热解炉箱体上设置有荒煤气收集管；所述荒煤气收集管上设置有煤气导出孔；原料粉煤与经过热解段换热列管内部的高温烟气进行换热热解产生的荒煤气依次通过煤气导出孔与荒煤气收集管相贯通；所述荒煤气收集管顶部设置有氨水进入口。
上述热解段换热列管、余热回收段换热列管以及冷却段换热列管内部均设置有螺旋导流叶片。
上述热解段换热列管是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用弧形板片焊接而成，每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温烟气管。
上述余热回收段列管是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接片片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接片焊接；每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入预热空气管。
上述冷却段段列管是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接片片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接片焊接；每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温空气管。
上述热解炉内热解段下煤通道的工作宽度是250～450mm；余热回收段和冷却段下煤通道工作宽度是150～300mm。
上述热解炉箱体内部自外而内依次设置有保温层以及耐磨浇注料层。
上述保温层是保温隔热浇注料层或耐火砖。
本发明的优点是：
本发明提供了一种外热式热解炉，包括热解炉箱体；热解炉箱体自上而下依次分为热解段、余热回收段以及冷却段；热解段的顶部设置有干煤进料口以及气体收集管；冷却段的底部设置有底部排料口；热解炉箱体内部设置有第一气体分布管、热解段换热列管、第一气体收集管、余热回收段换热列管、第二气体分布管、第二气体收集管、冷却段换热列管、第三气体分布管以及自上而下依次贯穿热解段、余热回收段以及冷却段的热解炉内下煤通道；热解段换热列管、余热回收段换热列管以及冷却段换热列管自上而下环绕设置在热解炉内下煤通道两侧；第三气体分布管通过冷却段换热列管与第二气体收集管相贯通；第二气体分布管通过余热回收段换热列管与第一气体收集管相贯通；第一气体分布管通过热解段换热列管与顶部气体收集管相贯通；原料粉煤通过干煤进料口进入热解炉内下煤通道；原料粉煤经过热解炉内下煤通道的同时分别与经过热解段换热列管内部的高温烟气进行换热、与经过余热回收段换热列管内部的冷却空气进行换热以及与经过冷却段换热列管内部的冷却空气进行换热；原料粉煤与经过热解段换热列管内部的高温烟气进行换热热解产生的荒煤气并经由荒煤气导出口导出，热解产生的半焦与经过余热回收段换热列管内部的冷却空气换热以及与经过冷却段换热列管内部的冷却空气换热降温后由底部排料口排出。本发明用耐热合金为热辐射管，并通过波浪式连接为一排，然后水平间隔布置，传热效率高，避免了壁效应引起荒煤气沿高温壁导出裂解，荒煤气快速穿过煤层直喷冷却，避免了荒煤气的二次裂解降低焦油的收率，同时采用冷却半焦的气体作为干燥介质，大大提高的热效率，整个装置大幅降低投资的情况下，提高了热效率，同时避免了热应力导致炉体膨胀裂缝串气，该装置开停方便。
附图说明
图1是本发明所提供的外热式热解炉结构示意图；
图2是图1的C-C向视图；
图3是图1的D-D向视图；
图4是基于本发明所提供的外热式热解炉所形成的低阶粉煤热解系统的流程示意图；
具体实施方式
参见图1、图2以及图3，本发明所采用的外热式热解炉4包括热解炉箱体41；热解炉箱体41自上而下依次分为热解段417、余热回收段415以及冷却段416；热解炉箱体41内部自外而内依次设置有保温层以及耐磨浇注料层43。保温层是保温隔热浇注料层42或耐火砖。热解段417的顶部设置有干煤进料口4a以及气体收集管418；气体收集管418的端部设置有与顶部气体收集管418相贯通的烟气导出口4b；热解炉箱体41的侧壁上设置有荒煤气导出口4c、热解烟气进口4d、预热空气进口4f、预热空气出口4e、冷却空气进口4h以及冷却空气出口4g；冷却段416的底部设置有底部排料口4i；热解炉箱体41内部设置有第一气体分布管45、热解段换热列管44、第一气体收集管46、余热回收段换热列管47、第二气体分布管48、第二气体收集管49、冷却段换热列管410、第三气体分布管411以及自上而下依次贯穿热解段417、余热回收段415以及冷却段416的热解炉内下煤通道；热解段换热列管44、余热回收段换热列管47以及冷却段换热列管410自上而下环绕设置在热解炉内下煤通道两侧；空气鼓风机12与冷却空气进口4h相贯通并向冷却空气进口4h输送冷却空气；冷却空气依次通过冷却空气进口4h、第三气体分布管411、冷却段换热列管410、第二气体收集管49以及冷却空气出口4g后形成高温空气；冷却空气出口4g与干燥系统相连通；空气鼓风机12与预热空气进口4f相贯通并向预热空气进口4f输送冷却空气；冷却空气依次通过预热空气进口4f、第二气体分布管48、余热回收段换热列管47、第一气体收集管46以及预热空气出口4e后形成高温空气；预热空气出口4e接入烟气发生炉11；烟气发生炉11产生高温烟气；烟气发生炉11与热解烟气进口4d相贯通；烟气发生炉11所产生的高温烟气依次通过热解烟气进口4d、第一气体分布管45、热解段换热列管44、顶部气体收集管418以及烟气导出口4b；烟气导出口4b与干燥系统相连通；经过干煤缓冲仓3的原料粉煤通过干煤进料口4a进入热解炉内下煤通道；原料粉煤经过热解炉内下煤通道的同时分别与经过热解段换热列管44内部的高温烟气进行换热、与经过余热回收段换热列管47内部的冷却空气换热以及与经过冷却段换热列管410内部的冷却空气换热；原料粉煤与经过热解段换热列管44内部的高温烟气进行换热产生的荒煤气由荒煤气导出口4c导出，荒煤气导出口4c接入冷鼓系统；热解产生的半焦进入余热回收段，与经过余热回收段换热列管47内部的冷却空气换热以及与经过冷却段换热列管410内部的冷却空气换热后由底部排料口4i排出。
热解炉箱体41上设置有荒煤气收集管412；荒煤气收集管412上设置有煤气导出孔419；原料粉煤与经过热解段换热列管44内部的高温烟气进行换热热解产生的荒煤气依次通过煤气导出孔419以及荒煤气收集管412与荒煤气导出口4c相贯通；荒煤气收集管412顶部设置有氨水进入口。
热解段换热列管44、余热回收段换热列管47以及冷却段换热列管410内部均设置有螺旋导流叶片420；热解段换热列管44是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用弧形板片焊接而成，每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温烟气管。
余热回收段列管47是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接片片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接片焊接；每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入预热空气管。
冷却段段列管410是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接片片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接片414焊接；每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温空气管。
热解炉内热解段下煤通道的工作宽度是250～450mm；余热回收段和冷却段下煤通道工作宽度是150～300mm。
如图4，本发明提供了一种立式炉低阶煤热解制取煤焦油煤气的系统，立式炉低阶煤热解制取煤焦油煤气的系统包括干燥系统、热解炉系统以及冷鼓系统；干燥系统与热解炉系统相贯通；热解炉系统分别与冷鼓系统以及干燥系统相连通；原料粉煤通过干燥系统后进入热解炉系统进行热解并产生高温烟气、荒煤气以及高温半焦；热解所产生的荒煤气直接注入冷鼓系统并形成煤气以及焦油氨水；空气经过空气鼓风机后注入外热式热解炉并产生高温空气；高温空气与来自冷鼓系统所产的部分煤气一起注入烟气发生炉燃烧并产生高温烟气；高温烟气注入外热式热解炉参与热解过程并最终注入干燥系统；热解所产生的高温半焦从外热式热解炉底部排出。
干燥系统包括原料煤仓1、原料煤干燥器2、干煤缓冲仓3、旋风除尘器5、布袋除尘器6以及风机7；原料煤仓1通过原料煤干燥器2与干煤缓冲仓3相连通；原料煤干燥器2通过旋风除尘器5以及布袋除尘器6与风机7相连通；干煤缓冲仓3与热解炉系统相连通；热解炉系统所排出的高温烟气以及高温空气分别接入原料煤干燥器2；原料粉煤通过原料煤仓1进入原料煤干燥器2干燥后进入干煤缓冲仓3；干燥后的烟气依次通过旋风除尘器5、布袋除尘器6以及风机7后排出。
热解炉系统包括外热式热解炉4、烟气发生炉11以及空气鼓风机12；干煤缓冲仓3与外热式热解炉4相贯通；烟气发生炉11以及空气鼓风机12分别接入外热式热解炉4；外热式热解炉4与冷鼓系统相连通；经过干煤缓冲仓3进入外热式热解炉4的原料粉煤被热解并产生高温烟气、荒煤气以及高温半焦；热解所产生的荒煤气直接注入冷鼓系统并形成煤气以及焦油氨水；空气经过空气鼓风机后注入外热式热解炉并产生高温空气；高温空气与来自冷鼓系统所产的部分煤气一起注入烟气发生炉燃烧并产生高温烟气；高温烟气注入外热式热解炉参与热解过程并最终注入干燥系统；热解所产生的高温半焦从外热式热解炉底部排出。
来自原料煤仓1的0～30mm的原料粉煤进入原料煤干燥器2，与来自热解炉燃烧室的300～350℃的高温烟气直接换热，同时与来自热解炉冷却段416的300～380℃的高温空气间接换热；原料粉煤靠重力自上而下从原料煤干燥器底部干煤出料口流出；换热后的烟气经过旋风除尘器5除尘后经布袋除尘器6净化后排空；换热后的空气直接与净化后的烟气混合后排空；经干燥后130～200℃的干煤仓储于干煤缓冲仓3中；干煤缓冲仓3底部出口与外热式热解炉4的粉煤进料口连接；
直接换热的具体实现方式是：来自热解炉的300～350℃的高温烟气通过干燥烟气进口进入角状布气管后自下而上通过原料粉煤层，和原料粉煤直接换热后与原煤中析出的水蒸气一同进入角状集气管得到100～150℃的烟气，通过干燥烟气出口排出；间接换热的具体实现方式是：来自自热解炉冷却段416的300～380℃的高温空气通过干燥空气进口进入气体分布管后通过各列管与粉煤间接换热，换热后得到的150～180℃的空气从顶部的气体收集管以及干燥空气出口排出。
来自余热回收段415与高温半焦换热后的温度为450～550℃的空气通过烟气发生炉11燃烧器的空气进口进入燃烧器，与来自热解段417水洗后的部分煤气进入烟气发生炉11燃烧器燃烧产生600～750℃高温烟气，高温烟气通过热解烟气进口4d进入第一气体分布管45后进入热解段换热列管44，与干煤换热后通过烟气导出口4b排出；排出的高温烟气进一步去干燥器进行原煤干燥；干煤热解后产生的荒煤气通过煤气导出孔419进入荒煤气收集管412收集后，被来自集气管顶部的氨水喷洒洗涤降温后从荒煤气导出口4c导出，去冷鼓系统；来自空气鼓风机12的空气一部分通过预热空气进口4f进入余热回收段，与热解段下来的高温半焦换热，换热后的450～550℃的高温空气进入烟气发生炉11助燃；另一部分通过冷却空气进口4h进入冷却段，与余热回收段下来的高温半焦进一步换热，换热后的300～380℃的高温空气去干燥段；冷却后的半焦由热解炉底部排料口4i排出。

Claims (9)

1.一种外热式热解炉，其特征在于：所述外热式热解炉包括热解炉箱体(41)；所述热解炉箱体(41)自上而下依次分为热解段(417)、余热回收段(415)以及冷却段(416)；所述热解段(417)的顶部设置有干煤进料口(4a)以及气体收集管(418)；所述冷却段(416)的底部设置有底部排料口(4i)；所述热解炉箱体(41)内部设置有第一气体分布管(45)、热解段换热列管(44)、第一气体收集管(46)、余热回收段换热列管(47)、第二气体分布管(48)、第二气体收集管(49)、冷却段换热列管(410)、第三气体分布管(411)以及自上而下依次贯穿热解段(417)、余热回收段(415)以及冷却段(416)的热解炉内下煤通道；所述热解段换热列管(44)、余热回收段换热列管(47)以及冷却段换热列管(410)自上而下环绕设置在热解炉内下煤通道两侧；所述第三气体分布管(411)通过冷却段换热列管(410)与第二气体收集管(49)相贯通；所述第二气体分布管(48)通过余热回收段换热列管(47)与第一气体收集管(46)相贯通；所述第一气体分布管(45)通过热解段换热列管(44)与顶部气体收集管(418)相贯通；原料粉煤通过干煤进料口(4a)进入热解炉内下煤通道；原料粉煤经过热解炉内下煤通道的同时分别与经过热解段换热列管(44)内部的高温烟气进行换热、与经过余热回收段换热列管(47)内部的冷却空气进行换热以及与经过冷却段换热列管(410)内部的冷却空气进行换热；原料粉煤与经过热解段换热列管(44)内部的高温烟气进行换热热解产生的荒煤气由荒煤气导出口(4c)导出，热解产生的半焦与经过余热回收段换热列管(47)内部的冷却空气换热以及与经过冷却段换热列管(410)内部的冷却空气换热后形成半焦并经由底部排料口(4i)排出；
所述余热回收段换热列管(47)是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接板片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接板焊接。
2.根据权利要求1所述的外热式热解炉，其特征在于：所述热解炉箱体(41)上设置有荒煤气收集管(412)；所述荒煤气收集管(412)上设置有煤气导出孔(419)；原料粉煤与经过热解段换热列管(44)内部的高温烟气进行换热产生的荒煤气依次通过煤气导出孔(419)与荒煤气收集管(412)相贯通；所述荒煤气收集管(412)顶部设置有氨水进入口。
3.根据权利要求2所述的外热式热解炉，其特征在于：所述热解段换热列管(44)、余热回收段换热列管(47)以及冷却段换热列管(410)内部均设置有螺旋导流叶片(420)。
4.根据权利要求3所述的外热式热解炉，其特征在于：所述热解段换热列管(44)是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用弧形板片焊接而成，每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温烟气管。
5.根据权利要求4所述的外热式热解炉，其特征在于：所述余热回收段列管(47)的每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入预热空气管。
6.根据权利要求5所述的外热式热解炉，其特征在于：所述冷却段换热列管(410)是由多排列管间隔布置，走向垂直向下，相邻两排列管之间是下煤通道，每排列管由多根列管采用连接板片焊接而成，每排列管下煤通道两端及中间纵向方向上也设置有列管与相邻的横排列管采用连接板焊接；每排列管两端焊接板片插入耐火材料固定；列管上下两端分别连接导出和导入高温空气管。
7.根据权利要求6所述的外热式热解炉，其特征在于：所述外热式热解炉内热解段下煤通道的工作宽度是250～450mm；所述余热回收段和冷却段下煤通道工作宽度均是150～300mm。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的外热式热解炉，其特征在于：所述热解炉箱体(41)内部自外而内依次设置有保温层以及耐磨浇注料层(43)。
9.根据权利要求8所述的外热式热解炉，其特征在于：所述保温层是保温隔热浇注料层(42)或耐火砖。
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