CN115449389B - 一种内热式低温热解炉及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内热式低温热解炉及其工作方法，该干馏炉包括炉体、加料仓、集气布料装置、布气装置、推焦车以及预燃装置。炉体设置有热解室顶部连接集气布料装置、热解室下部设置布气装置，炉体呈圆柱状；集气布料装置顶部有放煤阀，在放煤阀的顶部是加料仓；布气装置的底部设置排焦仓，排焦仓底部与推焦机相连；布气装置与设置的预燃装置相连接。本发明解决了现有技术中存在的温度分布不均匀，存在温度、物料死角，导致兰炭质量不稳定，焦油质量不高的问题。本发明具有生产能力大、温度分布均匀、焦油产率高、节能环保的优点。
Description
技术领域
本发明属于煤化工的低温干馏领域，涉及一种煤热解装置，特别是涉及一种内热式低温热解炉及其工作方法。
背景技术
对于有些种类煤炭资源(如陕北地区的煤炭资源)具有“低灰分，低硫，低磷，高热值”的独特性质，低温干馏是实现该煤种清洁生产的不错选择。
低温干馏是在隔绝空气的条件下，在终温为773K～1023K时受热分解，制取兰炭、煤气、煤焦油等一系列过程。兰炭不仅是一种高热值的清洁燃料，还是一种良好的工业原料；煤气可作为气体燃料，可用于发电，还可用于生产氨和甲醇等产品；煤焦油可以制取化学制品，此外煤焦油可以部分代替石油，优化石油化工产业的能源配置。
目前对于陕北地区的煤炭资源主要应用的干馏炉进行热解，存在温度分布不均匀、存在温度死角、煤颗粒直径要求过大以及能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种内热式低温热解炉及其工作方法，本发明的热解炉对颗粒直径要求不高、能够使得温度分布更加均匀、热解效率较高。
本发明采用的技术方案如下：
一种内热式低温热解炉，包括炉体、加料仓、集气布料装置和布气装置，所述炉体采用圆柱体结构，炉体的顶部设有进料口，加料仓设置于所述进料口处，集气布料装置包括上升管、集气支管和若干集气布料盘，集气布料盘的顶部较高、四周较低，集气布料盘的顶部开设有气体收集孔，若干集气布料盘设置于炉体内腔的上部并位于炉体的进料口下方，若干集气布料盘均匀布满炉体内腔的横截面；所有集气布料盘的气体收集孔通过集气支管与上升管的一端连通，上升管的另一端延伸至炉体的外部；
炉体的底部设置排焦仓，布气装置设置于炉体的底部并位于炉体的排焦仓的上方。
优选的，所述集气布料盘的形状采用倒漏斗形。
优选的，若干集气布料盘在炉体内腔的布置方式包括第一层集气布料盘和设置于第一层集气布料盘下方的第二层集气布料盘，第一层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，第二层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，第一层集气布料盘的径向尺寸大于第二层集气布料盘的径向尺寸，第二层集气布料盘中的集气布料盘位于第一层集气布料盘中相邻的集气布料盘之间的间隙的下方。
优选的，上升管的一端位于炉体的轴心并与所有集气支管连通，上升管的另一端从炉体的进料口的中心以及加料仓延伸至炉体的外部。
优选的，集气支管包括水平段和竖直段，竖直段与炉体的轴线平行，水平段沿炉体的径向设置，竖直段的下端与集气布料盘的气体收集孔连接，竖直段的上端与水平段的外端连接，水平段的内端与上升管连通。
优选的，所述的炉体中部设置有若干测温孔，测温孔内设有用于检测炉体内腔温度的热电偶。
优选的，布气装置包括气体分配腔、气体总管和若干气体支管，气体分配腔位于炉体内腔底部的中心，气体分配腔的周向均匀设有若干气体出口，若干气体支管设置于炉体外部的底部且沿炉体的周向均匀分布，气体支管的一端贯穿炉体的侧壁并与炉体的内腔连通，气体支管的另一端与气体总管连通，气体分配腔通过管路与气体总管连通，布气装置的气体入口布置在气体总管上。
优选的，本发明内热式低温热解炉还包括预燃装置，预燃装置设有进气管、窥火孔和点火孔，预燃装置的出气管与布气装置的气体入口连接。
优选的，所述加料仓包括煤斗和放煤阀，煤斗设置于炉体的进料口处，放煤阀设置于煤斗的底部。
本发明如上所述的内热式低温热解炉的工作方法，包括如下过程：
高温惰性气体经布气装置进入炉体的内腔，高温惰性气体从炉体的底部向炉体的进料口上升流动；
加料仓中的煤颗粒从炉体的进料口进入炉体的内腔并下落，煤颗粒下落过程中经集气布料盘阻挡后在炉体内腔的横截面上均匀分布；
高温惰性气体上升过程中将下落的煤颗粒加热至500-600℃并发生热解反应，热解产生的兰炭下降进入排焦仓，热解产生的热解气与高温惰性气体混合并上升；热解气与高温惰性气体的混合气上升过程中对下落的煤颗粒进行预热干燥，之后流动至集气布料盘并从集气布料盘顶部的气体收集孔、集气支管以及上升管排出，通过控制上升管中热解气与高温惰性气体的混合气的流速，实现粉尘与油的分离。
本发明具有如下有益效果：
本发明内热式低温热解炉中，炉体采用圆柱体结构有助于炉体内温度的均匀分布、避免温度死角；此外，若干集气布料盘均匀布满炉体内腔的横截面，这样利用若干集气布料盘能够尽可能有效收集热解气，进而提高了焦油回收率；集气布料盘的顶部较高、四周较低，这样既有利于煤颗粒的下落，又能够尽可能截留住热解气。煤颗粒经过集气布料盘后，增加了煤颗粒的流动湍流状态，从而有利于气体穿过煤颗粒，从而实现对于直径比较小的煤的热解，因此本发明对颗粒直径要求不高。综上可以看出，本发明的热解炉对颗粒直径要求不高、能够使得温度分布更加均匀、热解效率较高。
进一步的，若干集气布料盘在炉体内腔的布置方式包括上下两层，各层集气布料盘之间具有间隙，由于采用了这种分层结构，每层中布料盘之间可以尽可能大，这样充分保证了煤颗粒的正常下落，提高热解效率。第一层集气布料盘的径向尺寸大于第二层集气布料盘的径向尺寸，第二层集气布料盘中的集气布料盘位于第一层集气布料盘中相邻的集气布料盘之间的间隙的下方，通过这种上下顶空式的布置形式，使得第二层直径较小的集气布料盘能够将第一层集气布料盘中从相邻集气布料盘间隙中下落的煤颗粒进行重新分布，进而使得煤颗粒在炉体径向上分布的更加均匀。
附图说明
图1为本发明内热式低温热解炉的结构示意图；
图2为本发明集气布料装置的局部俯视图；
图3为沿图1中A-A截面的剖视图。
其中：1-上升管；2-放煤阀；3-集气布料装置；3-1-集气布料盘；3-2-集气支管；4-热解室；5-布气装置；5-1-气体分配腔；5-1-1-气体出口；5-2-气体总管；5-3-气体支管；6-排焦仓；7-刮板机；8-推焦机；9-窥火孔；10-点火孔；11-进气管；12-预燃装置；13-保温层；14-测温孔；15-炉体；16-煤斗。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1，本发明内热式低温热解炉，包括炉体15、加料仓、集气布料装置3和布气装置5，所述炉体15采用圆柱体结构，炉体15的顶部设有进料口，加料仓设置于所述进料口处，集气布料装置3包括上升管1、集气支管3-2和若干集气布料盘3-1，集气布料盘3-1的顶部较高、四周较低，集气布料盘3-1的形状可采用常见的倒漏斗形，集气布料盘3-1的顶部开设有气体收集孔，若干集气布料盘3-1设置于炉体15内腔的上部并位于炉体15的进料口下方，若干集气布料盘3-1均匀布满炉体15内腔的横截面；所有集气布料盘3-1的气体收集孔通过集气支管3-2与上升管1的一端连通，上升管1的另一端延伸至炉体15的外部；炉体15的底部设置排焦仓6，布气装置5设置于炉体15的底部并位于炉体15的排焦仓6的上方。
参见图1，本发明上述内热式低温热解炉的工作时，包括如下过程：
高温惰性气体经布气装置5进入炉体15的内腔，高温惰性气体从炉体15的底部向炉体15的进料口上升流动；
加料仓中的煤颗粒从炉体15的进料口进入炉体15的内腔并下落，煤颗粒下落过程中经集气布料盘3-1阻挡后在炉体15内腔的横截面上均匀分布；
高温惰性气体由下至上上升过程中，首先将下落的煤颗粒加热至500-600℃并发生热解反应，热解产生的兰炭下降进入排焦仓6并最终排出，热解产生的热解气与高温惰性气体混合并上升；热解气与高温惰性气体的混合气继续上升过程中，对从集气布料盘3-1下落的煤颗粒进行预热干燥，干燥后的煤颗粒温度可达200℃以上，之后流动至集气布料盘3-1并从集气布料盘3-1顶部的气体收集孔、集气支管3-2以及上升管1排出，通过控制上升管1中热解气与高温惰性气体的混合气的流速，实现粉尘与油的分离。
本发明上述内热式低温热解炉的工作时，可先经布气装置5向炉体15内输送高温惰性气体，待高温惰性气体正常流动后，再通过加料仓投放煤颗粒，这样煤颗粒在下落过程中就可以依次进行均布、预热干燥以及热解的过程。
作为本发明优选的实施方案，参见图1和图2，本发明可将若干集气布料盘3-1分为上下若干层，当也可以为一层，随着层数的增加，煤颗粒会被分布的愈加均匀，但是考虑到成本问题，一般采用两层即可，以下以将若干集气布料盘3-1分为上下两层为例进行说明，具体的，若干集气布料盘3-1在炉体15内腔的布置方式包括第一层集气布料盘和设置于第一层集气布料盘下方的第二层集气布料盘，第一层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，第二层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，这样保证了煤颗粒在经过各层时有足够的空间下落，保证了煤颗粒下落的流畅性。为了能够使尽可能收集气体，同时可以将煤颗粒从第一层均匀分布到第二层，从而增强煤颗粒的均匀分布，因此设置第一层集气布料盘的径向尺寸(即直径)大于第二层集气布料盘的径向尺寸(即直径)，第二层集气布料盘中的集气布料盘位于第一层集气布料盘中相邻的集气布料盘之间的间隙的下方。结合图2所示的俯视图，在整个炉体15内腔的横截面上，集气布料盘3-1的覆盖率较高，因此热解气回收比较高效，同时各层之间相邻的集气布料盘3-1之间具有足有的间隙，能够保证煤颗粒下落时阻力较小，流动较快、分布较均匀，因此有效的提高了热解效率。
作为本发明优选的实施方案，上升管1的一端位于炉体15的轴心并与所有集气支管3-2连通，这样使得所有集气支管3-2在炉体15的横截面上分布均匀，因此避免了由于集气支管3-2分布的不对称性导致煤颗粒分布不均，上升管1的另一端从炉体15的进料口的中心以及加料仓延伸至炉体15的外部，这种结构比较简单。
作为本发明优选的实施方案，集气支管3-2包括水平段和竖直段，竖直段与炉体15的轴线平行，水平段沿炉体15的径向设置，竖直段的下端与集气布料盘3-1的气体收集孔连接，竖直段的上端与水平段的外端(即靠近炉体15内壁的一端)连接，水平段的内端(即靠近上升管1的一端)与上升管1连通。上述结构设计也是为了防止集气支管3-2影响煤颗粒在炉体15内分布的均匀性。
本发明中，通过在炉体15中部设置若干测温孔14，测温孔14内设有用于检测炉体15内腔温度的热电偶，利用热电偶能够检测炉体15内的温度，可通过该温度反馈可以调节进料速度和/或进混合气的流量、速度，最终保证热解以及预热干燥的效果，具体调节过程可根据现场情况实时动态调整，由于具体情况需具体对待，本发明不再进行赘述。
本发明布气装置5可采用以下形式，参见图1和图3，布气装置5包括气体分配腔5-1、气体总管5-2和若干气体支管5-3，气体分配腔5-1位于炉体15内腔底部的中心，气体分配腔5-1的周向均匀设有若干气体出口5-1-1，若干气体支管5-3设置于炉体15外部的底部且沿炉体15的周向均匀分布，气体支管5-3的一端贯穿炉体15的侧壁并与炉体15的内腔连通，气体支管5-3的另一端与气体总管5-2连通，气体分配腔5-1通过管路与气体总管5-2连通，布气装置5的气体入口布置在气体总管5-2上。本发明布气装置5通过这种结构，能够实现高温惰性气体在炉体15的横截面上均匀、无死角分布，
本发明内热式低温热解炉中，在布气装置5的气体入口连接预燃装置12，预燃装置12设有进气管11、窥火孔9和点火孔10，通过预燃装置12可燃烧形成高温惰性气体，进而使高温惰性气体从布气装置5进入立体15内腔的热解区域。
本发明加料仓的结构包括煤斗16和放煤阀2，煤斗16设置于炉体15的进料口处，放煤阀2设置于煤斗16的底部。通过放煤阀2对煤斗16内煤颗粒的下落进行控制。
实施例
如图1所示，本发明实施例内热式低温热解炉的结构主要包括炉体15、加料仓、集气布料装置3、布气装置、推焦机8以及预燃装置12，本实施例的炉体15是将传统的方形改成圆柱形，包护炉铁件、含红砖外墙、膨胀缝、耐火砖内墙，护炉铁件、含红砖外墙、膨胀缝、耐火砖内墙由外向内依次连接；集气布料装置中的集气布料盘3-1采用圆锥形，顶端线上并开口，所有集气布料盘3-1分为如图1和图2所示的两层形式，上层的集气布料盘3-1的直径大，共布置7个集气布料盘3-1，中间一个，其余六个均布在中间的集气布料盘3-1的周向；下层的集气布料盘3-1的直径比上层的集气布料盘3-1的直径小，下层的集气布料盘3-1分布在上层相邻的集气布料盘3-1之间的间隙的正下方，对从上层相邻的集气布料盘3-1之间的间隙流下去的煤颗粒进行重新分布，使得煤颗粒的分布更加均匀；参见图1，炉体15中部设置有四个测温口，测温孔内插热电偶；所述的预燃装置12呈圆筒状设置有点火孔、窥火孔以及保温层。布气装置5共计十二个进口，分为内外两圈，内圈(即气体分配腔5-1上)设置六个进口，气体支管5-3设置六个，气体总管5-2呈圆形并外接在所有气体支管5-3的外围，该结构的布气装置5能够强化温度分布均匀，为方便控制温度，在入口处设置测温点，同时布气装置前设置预燃装置，方便点火。
本实施例内热式低温热解炉的结构在工作时：
煤颗粒先装填进入煤斗16中，煤斗16下方连接放煤阀2，经过放煤阀2，煤颗粒进入到炉15体内腔上部，煤颗粒经过上述集气布料装置3，气布料装置3将煤颗粒均匀分布，进入炉体15的干燥层，经过干燥预热之后温度到达200℃以上，继续下降后进入热解室4，在热解室4煤颗粒被加热至500-600℃，从而发生热解反应，产生出兰炭、热解气，热解产生的兰炭下降进入排焦仓6，兰炭下降至排焦仓6进行干法熄焦，经过初步熄焦后进入推焦机8中排出。
对于气体，回炉气和助燃气混合后进入预燃装置12，预燃装置12设置有点火孔10和窥火孔9，从点火孔10点燃气体，经过燃烧后的高温惰性气体，通过管道进入布气装置5，布置装置均匀的将高温惰性气体分布到热解室4中，热解产生的热解气与惰性气体混合成荒煤气并上升，利用荒煤气余热对煤颗粒进行预热、干燥，到炉体顶部时被集体布料装置3收集，进入上升管1排出，通过控制上升管1中的流速实现粉尘与油的分离，最终可用于提取焦油、兰炭、煤气。
其气体热载体由回炉可燃气与助燃气由进气管进入到预燃装置12中进行燃烧，燃烧后的高温惰性气体进入布气装置5均匀分布在粉煤层中。其可实现煤的低温热加工过程，常压即可产出焦油、煤气和半焦。新型低温干馏炉能够使用颗粒较小的粉煤作为原料，从而使各种煤原料得以充分利用，且能够提高焦油回收率、改善焦油品质和兰炭品质，同时具有安全性能高、能效比高、生产能力大等技术优势。
本发明干馏炉产能增大，规模效益明显；采用圆柱设计以及多项密封保温措施，环保节能；测温孔内插热电偶，可有效观察调节炉内温度；炉体结构合理，高效内燃、低温干馏，半焦、中低温煤焦油和煤气质量有保障。
本发明低温干馏炉能适用于对各种物料的低温热解，特别对粉煤的热解。该低温热解炉处理热解迅速，油气产率高的特点，通过双层集体布料装置收集，焦油回收率高、品质好，有利于获得更多的优质焦油与煤气；灵活性强、运行安全可靠的优点。对热解炼油工业的大规模、工业化，降低单位矿量的设备投资、运行管理成本具有重要意义。
以上例举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内热式低温热解炉，其特征在于，包括炉体(15)、加料仓、集气布料装置(3)和布气装置(5)，所述炉体(15)采用圆柱体结构，炉体(15)的顶部设有进料口，加料仓设置于所述进料口处，集气布料装置(3)包括上升管(1)、集气支管(3-2)和若干集气布料盘(3-1)，集气布料盘(3-1)的顶部较高、四周较低，集气布料盘(3-1)的顶部开设有气体收集孔，若干集气布料盘(3-1)设置于炉体(15)内腔的上部并位于炉体(15)的进料口下方，若干集气布料盘(3-1)均匀布满炉体(15)内腔的横截面；所有集气布料盘(3-1)的气体收集孔通过集气支管(3-2)与上升管(1)的一端连通，上升管(1)的另一端延伸至炉体(15)的外部；
炉体(15)的底部设置排焦仓(6)，布气装置(5)设置于炉体(15)的底部并位于炉体(15)的排焦仓(6)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，所述集气布料盘(3-1)的形状采用倒漏斗形。
3.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，若干集气布料盘(3-1)在炉体(15)内腔的布置方式包括第一层集气布料盘和设置于第一层集气布料盘下方的第二层集气布料盘，第一层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，第二层集气布料盘包括若干个集气布料盘且相邻的集气布料盘之间具有间隙，第一层集气布料盘的径向尺寸大于第二层集气布料盘的径向尺寸，第二层集气布料盘中的集气布料盘位于第一层集气布料盘中相邻的集气布料盘之间的间隙的下方。
4.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，上升管(1)的一端位于炉体(15)的轴心并与所有集气支管(3-2)连通，上升管(1)的另一端从炉体(15)的进料口的中心以及加料仓延伸至炉体(15)的外部。
5.根据权利要求4所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，集气支管(3-2)包括水平段和竖直段，竖直段与炉体(15)的轴线平行，水平段沿炉体(15)的径向设置，竖直段的下端与集气布料盘(3-1)的气体收集孔连接，竖直段的上端与水平段的外端连接，水平段的内端与上升管(1)连通。
6.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，所述的炉体(15)中部设置有若干测温孔(14)，测温孔(14)内设有用于检测炉体(15)内腔温度的热电偶。
7.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，布气装置(5)包括气体分配腔(5-1)、气体总管(5-2)和若干气体支管(5-3)，气体分配腔(5-1)位于炉体(15)内腔底部的中心，气体分配腔(5-1)的周向均匀设有若干气体出口(5-1-1)，若干气体支管(5-3)设置于炉体(15)外部的底部且沿炉体(15)的周向均匀分布，气体支管(5-3)的一端贯穿炉体(15)的侧壁并与炉体(15)的内腔连通，气体支管(5-3)的另一端与气体总管(5-2)连通，气体分配腔(5-1)通过管路与气体总管(5-2)连通，布气装置(5)的气体入口布置在气体总管(5-2)上。
8.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，还包括预燃装置(12)，预燃装置(12)设有进气管(11)、窥火孔(9)和点火孔(10)，预燃装置(12)的出气管与布气装置(5)的气体入口连接。
9.根据权利要求1所述的一种内热式低温热解炉，其特征在于，所述加料仓包括煤斗(16)和放煤阀(2)，煤斗(16)设置于炉体(15)的进料口处，放煤阀(2)设置于煤斗(16)的底部。
10.权利要求1-9任意一项所述的一种内热式低温热解炉的工作方法，其特征在于，包括如下过程：
高温惰性气体经布气装置(5)进入炉体(15)的内腔，高温惰性气体从炉体(15)的底部向炉体(15)的进料口上升流动；
加料仓中的煤颗粒从炉体(15)的进料口进入炉体(15)的内腔并下落，煤颗粒下落过程中经集气布料盘(3-1)阻挡后在炉体(15)内腔的横截面上均匀分布；
高温惰性气体上升过程中将下落的煤颗粒加热至500-600℃并发生热解反应，热解产生的兰炭下降进入排焦仓(6)，热解产生的热解气与高温惰性气体混合并上升；热解气与高温惰性气体的混合气上升过程中对下落的煤颗粒进行预热干燥，之后流动至集气布料盘(3-1)并从集气布料盘(3-1)顶部的气体收集孔、集气支管(3-2)以及上升管(1)排出，通过控制上升管(1)中热解气与高温惰性气体的混合气的流速，实现粉尘与油的分离。
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