CN114717017B - 用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法 - Google Patents

用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法，所述一体炉包括炉体，所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；所述上部流化区上部设置有上部空气极箱，流化区内设置与所述上部空气极箱联通的多个风帽；所述中部流化区内设置有中部空气极箱，所述中部空气极箱上部设有与所述空气极箱联通的多个风帽。本发明的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，可制得固定碳含量高，低挥发分，无水，高品质的颗粒及粉状兰炭；利用流化床传质传热快的特点，极大缩短热解时间，两级流化避免了固定碳的烧失，同时能制备高品质的颗粒及粉状兰炭，提升了兰炭生产的经济性。

Description

用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法
技术领域
本发明涉及热解炭化炉技术领域，具体涉及一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法。
背景技术
目前，低阶煤具有含水量高、煤化程度低、热值低等特点，直接燃烧或气化效率低，潜在价值不能充分利用。根据低阶煤在不同转化阶段反应性不同的特点，以煤热解转化为核心可实现低阶煤分级转化、分质利用，在制得高固定碳含量的半焦(兰炭)的同时提取煤中油气资源，是实现低阶煤高效综合利用的有效途径。兰炭以固定碳高、比电阻高、化学活性高、含灰分低、磷低、硫低等特点，已逐步取代冶金焦而广泛应用于电石、铁合金、硅铁等产品的生产，成为一种不可替代的碳材料。兰炭粉的气化活性优于焦粉和无烟煤粉，可作为含碳球团还原剂，还原过程中可利用低品位的热源。
煤热解制备兰炭的技术主要有鲁奇斯皮尔盖斯气体热载体内热式低温干馏炉、外加热式伍德炉及上下交替加热的外热式考伯斯炉。国内用于生产兰炭的设备多为在鲁奇三段炉基础上开发的气燃内热式直立炉，实现工业化应用的主要有SJ-IV型直立炉、ZNZL3082型直立炉、SH2007直立炉等。这些设备采用气体热载体加热，为减小气体通过床层的阻力只能使用粒径20mm的块煤或粒煤，无法使用碎煤。而且存在着固定碳无效烧失，兰炭制备成本高的缺陷，亟待进一步改进。
发明内容
为此，本发明提供一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉及方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，所述一体炉包括炉体，所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；
所述上部流化区上部设置有上部空气极箱、流化区内设置与所述上部空气极箱联通的多个风帽；
所述中部流化区内设置有中部空气极箱，所述中部空气极箱上部设有与所述中部空气极箱联通的多个风帽；
所述下部流化区设有环形可燃气体极箱，所述环形可燃气体极箱呈环形，所述环形可燃气体极箱上部设有多个风帽，所述环形可燃气体极箱上设有多个出渣口，所述出渣口设为贯穿所述环形可燃气体极箱出渣管道，所述出渣管道上环设有空气夹套，所述空气夹套与所述环形可燃气体极箱连通，通过所述夹套往极箱连续输送燃气。
本发明的一个实施例中，所述出渣口设置为4个或4个以上，所述出渣口在所述环形可燃气体极箱上对称设置。
本发明的一个实施例中，所述中部空气极箱的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与所述环形可燃气体极箱的上部连接。
本发明的一个实施例中，所述下部流化区的炉体内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜结构的底部与所述环形可燃气体极箱的上部连接。
本发明的一个实施例中，所述一体炉的上部还设有料仓；
所述出渣管道与冷渣机连接，从冷渣机输送出冷却后的颗粒兰炭。
本发明的一个实施例中，所用低阶原煤粒径0-10毫米；物料热解时间小于10分钟；
所述兰炭及粉状兰炭皆采取间接冷却方式，无液废产生，环保无污染。
本发明还提供一种两级流化热解制备兰炭的系统，其包括旋风分离器、空气煤气换热器、余热蒸汽锅炉、煤气间接降温冷却塔、煤气布袋除尘器、低温煤气储罐、以及上述所述的两级流化热解一体炉；
所述流化热解一体炉上部流化区的煤气出口通过所述旋风分离器与所述空气煤气换热器连接；
所述旋风分离器下端设置有粉状兰炭收集料罐，收集粉状兰炭；
所述空气煤气换热器分别与所述余热蒸汽锅炉、中部空气极箱连接；
所述余热蒸汽锅炉通过所述布袋除尘器与所述煤气降温冷却塔连接；
所述煤气降温冷却塔与所述低温煤气储罐连接；
所述低温煤气储罐与所述环形可燃气体极箱的空气夹套连接。
本发明的一个实施例中，所述低温煤气储罐还连接有引风机；
所述低温煤气储罐和环形可燃气体极箱之间设有煤气加压风机。
本发明的一个实施例中，所述上部空气极箱连接有第一罗茨风机；
所述空气煤气换热器连接有第二罗茨风机。
本发明还提供利用上述所述系统制备兰炭的方法。
本发明具有如下优点：
本发明的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，可制得固定碳含量高，无水，低挥发份，低灰的高品质兰炭，以粉状及粒径小于10毫米颗粒兰炭为主。工艺流程中无液废产生，环保无污染；流化床传质传热快，热解时间短，产量大，兰炭品质均匀，极大减少了固定碳的烧失，节能的同时也降低了兰炭的制备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的碎煤两级流化热解制备兰炭系统的组成示意图；
图中：100-炉体；110-上部空气极箱；111-风帽；120-环形可燃气体极箱；121-出渣管；122-空气夹套；130-中部空气极箱；140-冷渣机；200-料仓；312-第一罗茨风机；313-第二罗茨风机；400-空气煤气换热器；600-粉状兰炭收集料罐；700-余热蒸汽锅炉；900-煤气布袋除尘器；910-引风机；920-加压风机；930-旋风分离器。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，如图1和图2所示，该一体炉包括炉体100，炉体100包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；上部流化区上部设置有上部空气极箱110、上部流化区内设置多个风帽111，风帽111与上部空气极箱110连通；中部流化区内设置有中部空气极箱130，中部空气极箱130上部设置多个风帽111；下部流化区设有环形可燃气体极箱120，环形可燃气体极箱120呈环形，环形可燃气体极箱120上部设有多个风帽111，煤气通入到炉体100内的环形可燃气体极箱120，通过环形可燃气体极箱120的风帽给炉体补充煤气，煤气与热空气中的氧气放热，提供流化热解的能量，避免固定碳的无效烧蚀，同时高温的烟气作为流化介质，让物料高温下流化热解。环形可燃气体极箱120上设有多个出渣口，出渣口为贯穿环形可燃气体极箱120出渣管121，在出渣管121环设有空气夹套122，经换热后的空气通过中部空气极箱130进入到炉体100内。
较佳的，出渣口设置为4个或4个以上，出渣口在环形可燃气体极箱120上对称设置。中部空气极箱130的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与环形可燃气体极箱120的上部连接。下部流化区的炉体100内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜结构的底部与环形可燃气体极箱120的上部连接，在下部流化区内环形可燃气体极箱120上风帽111的常温煤气作用下，可使得高温炭料充分冷却，而中部空气极箱130的外缘和下部流化区的炉体100内侧壁的倾斜结构，使得炭料可以充分与煤气接触，使得冷却进行的更充分亦均匀，给煤气升温的同时节约了能量。
本发明的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉的上部还设有料仓200，通过料仓200向炉体100内加入物料低阶碎煤(粒径小于10厘米)，出渣管121与冷渣机140连接，经过处理后的颗粒兰炭经出渣管121进入到冷渣机140中排出。
本发明还提供一种低阶碎煤两级流化热解制备兰炭的系统，其包括旋风分离器930、空气煤气换热器400、余热蒸汽锅炉700、煤气间接降温冷却塔、煤气布袋除尘器900、低温煤气储罐、以及两级流化热解一体炉；热解一体炉上部流化区的煤气出口通过旋风分离器930与空气煤气换热器400连接；空气煤气换热器400分别与余热蒸汽锅炉700、中部空气极箱130连接；余热蒸汽锅炉700通过煤气布袋除尘器900与煤气降温冷却塔连接；煤气降温冷却塔与低温煤气储罐连接；低温煤气储罐与环形可燃气体极箱120的空气夹套122连接。
其中，低温煤气储罐还连接有引风机910，在低温煤气储罐和环形可燃气体极箱120之间设有煤气加压风机920，可使得有充足的煤气通入到环形可燃气体极箱120内，可使得煤气在炉体100内与高温空气中的氧气充分放热，使得固体物料高温流化热解，避免固定碳的烧蚀。上部空气极箱110连接有第一罗茨风机312，罗茨风机312提供的空气通过上部空气极箱110的风帽111，进入到炉体100内，使得中部上升的热解气体与空气中的氧气放热反应，维持上部流化热解的温度，避免烧蚀固定碳；同时控制旋风分离器930分离出来的粉状兰炭的挥发份含量，制备优质的粉状兰炭，粉状兰炭由旋风分离器930下方连接的粉状兰炭收集料罐600收集。
空气煤气换热器400连接有第二罗茨风机313，第二罗茨风机313输出的空气经过空气煤气换热器400与煤气进行热交换后，被加热后的空气经中部空气极箱130的风帽111进入到炉体100内。
进一步地，大于100微米的颗粒碎煤从进入炉内直至从冷渣机排出的停留时间小于10分钟。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，所述一体炉包括炉体，所述炉体包括上部流化区、中部流化区以及下部流化区；
所述上部流化区上部设置有上部空气极箱、流化区内设置与所述上部空气极箱联通的多个风帽；
所述中部流化区内设置有中部空气极箱，所述中部空气极箱上部设有与所述中部空气极箱联通的多个风帽；
所述下部流化区设有环形可燃气体极箱，所述环形可燃气体极箱呈环形，所述环形可燃气体极箱上部设有多个风帽，所述环形可燃气体极箱上设有多个出渣口，所述出渣口设为贯穿所述环形可燃气体极箱出渣管道，所述出渣管道上环设有空气夹套，所述空气夹套与所述环形可燃气体极箱连通，通过所述空气夹套往极箱连续输送燃气。
2.如权利要求1所述的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，
所述出渣口设置为4个以上，所述出渣口在所述环形可燃气体极箱上对称设置。
3.如权利要求1所述的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，
所述中部空气极箱的侧壁外缘呈倾斜结构，底部与所述环形可燃气体极箱的上部连接。
4.如权利要求1所述的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，
所述下部流化区的炉体内侧壁具有一倾斜结构，该倾斜结构的底部与所述环形可燃气体极箱的上部连接。
5.如权利要求1所述的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，
所述一体炉的上部还设有料仓；
所述出渣管道与冷渣机连接，从冷渣机输送出冷却后的颗粒兰炭。
6.如权利要求1所述的用于低阶碎煤制备兰炭的两级流化热解一体炉，其特征在于，
所用低阶原煤粒径0-10毫米；物料热解时间小于10分钟；
所述兰炭及粉状兰炭皆采取间接冷却方式，无液废产生，环保无污染。
7.一种两级流化热解制备兰炭的系统，其包括旋风分离器、空气煤气换热器、余热蒸汽锅炉、煤气间接降温冷却塔、煤气布袋除尘器、低温煤气储罐、以及权利要求1-6中任一所述的两级流化热解一体炉；
所述流化热解一体炉上部流化区的煤气出口通过所述旋风分离器与所述空气煤气换热器连接；
所述旋风分离器下端设置有粉状兰炭收集料罐，收集粉状兰炭；
所述空气煤气换热器分别与所述余热蒸汽锅炉、中部空气极箱连接；
所述余热蒸汽锅炉通过所述布袋除尘器与所述煤气间接降温冷却塔连接；
所述煤气间接降温冷却塔与所述低温煤气储罐连接；
所述低温煤气储罐与所述环形可燃气体极箱的空气夹套连接。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述低温煤气储罐还连接有引风机；
所述低温煤气储罐和环形可燃气体极箱之间设有煤气加压风机。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述上部空气极箱连接有第一罗茨风机；
所述空气煤气换热器连接有第二罗茨风机。
10.利用权利要求7-9中任一所述系统制备兰炭的方法。
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