EA027789B1

EA027789B1 - Устройство для пиролиза угольного материала

Info

Publication number: EA027789B1
Application number: EA201300241A
Authority: EA
Inventors: Шучэн Чжу; Сибинь Ван; Сианюнь Хуан; Гочао Цао; Вэй ЛЮ
Original assignee: Сися Дрегон Инту Спешиал Матириал Ко., Лтд.
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-09-19
Publication date: 2017-09-29
Also published as: WO2012022061A1; EA201300241A1; EP2607453A4; ZA201300642B; AU2010359256B2; US8864947B2; CN101985564A; CA2806928C; US20130126330A1; EP2607453B1; EP2607453A1; CN101985564B; PL2607453T3; CA2806928A1; AU2010359256A1

Abstract

В изобретении представлено устройство для пиролиза угольного материала, которое содержит закрытую вертикальную печь с загрузочным отверстием и выпускным отверстием, нагревательный трубопровод горючего газа, находящийся внутри печи, канал продвижения и пиролиза угольного материала, сформированный между нагревательным трубопроводом горючего газа и внутренней стенкой печи, коллектор угольного пирогаза, сообщающийся с каналом продвижения и пиролиза угольного материала и установленный на печи. Тепло, генерируемое нагревательным трубопроводом горючего газа, переносится и отдается пылевидному углю в канале продвижения и пиролиза угольного материала. Пылевидный уголь в достаточной степени поглощает тепло, и в канале продвижения и пиролиза угольного материала происходит его пиролиз с образованием топливного газа, газообразной каменноугольной смолы и угля с высокой теплотворной способностью. Топливный пирогаз и газообразная каменноугольная смола через коллектор угольного пирогаза поступают в механизм для удаления пыли и ожижения снаружи печи для сбора, удаления пыли, сепарирования и ожижения под высоким давлением.

Description

Изобретение относится к комплексной утилизации угольного материала в целях энергосбережения и уменьшения выбросов, более точно, к устройству для пиролиза угольного материала.

Предпосылки создания изобретения

Согласно традиционной технологии уголь используется для получения угольного газа, природного газа или для получения газа путем коксования при высокой температуре, средней температуре или низкой температуре. Тем не менее, упомянутая технология необходима при формировании кусков из пылевидного угля или просеивании кускового угля, что увеличивает стоимость сырья или приводит к получению газа, который не обладает высокой теплотворной способностью, не имеет большой дополнительной ценности и не приносит значительной экономической и общественной выгоды.

Режим нагрева печи можно подразделить на режим внешнего нагрева, режим внутреннего нагрева и режим гибридного нагрева. Теплоноситель в печи с внешним нагревом непосредственно не контактирует с исходным материалом, и перенос тепла осуществляется стенкой печи. Теплоноситель в печи с внутренним нагревом непосредственно контактирует с исходным материалом, при этом способы нагрева делятся на твердотельный нагрев и газовый нагрев в зависимости от различных теплоносителей.

Способ в режиме внутреннего газового нагрева является типичным способом, используемым в промышленности. В нем используется вертикальная печь непрерывного действия в режиме внутреннего газового нагрева, которая содержит три части сверху вниз: сушильную секцию, секцию разложения и секцию охлаждения. Бурый уголь или его прессованные блоки (около 25-60 мм) перемещаются сверху вниз и вступают в противоточный контакт непосредственно с дымовым газом, который нагревает их с целью разложения при низкой температуре. Когда содержание влаги в исходном материале в районе свода печи составляет около 15%, исходный материал должен быть высушен в сушильной секции для обеспечения содержания влаги менее 1,0%, а находящийся выше по потоку горячий дымовой газ при температуре около 250°С охлаждают до температуры 80-100°С. Затем высушенный исходный материал нагревают в секции разложения до температуры около 500°С бескислородным дымовым газом при температуре 600~700°С с целью разложения. Горячий газ охлаждают до температуры около 250°С, и полученный полукокс перемещают в секцию охлаждения и охлаждают холодным газом. После этого полукокс выгружают и дополнительно охлаждают водой и воздухом. Летучие компоненты, выходящие из секции разложения, подвергают стадиям конденсации и охлаждения и т.д. с получением смолы и пиролизной воды. Печи этого типа сооружены в Германии, США, СССР, Чехословакии, Новой Зеландии и Японии.

Способ в режиме внутреннего газового нагрева является одним из типичных способов внутреннего нагрева. Исходным материалом является бурый уголь, некоксующийся уголь, слабококсующийся угол и нефтеносный сланец. В 50-е годы в Дорстене (ФРГ) была создана промежуточная испытательная установка с пропускной способностью 10 тысяч тонн угля в час, в которой в качестве теплоносителя использовались твердые частицы (небольшие керамические шарики, песчинки или полукокс). Поскольку получаемый газ не содержит отработавший газ, оборудование для системы последующей обработки имеет меньший размер, а газ имеет более высокую теплотворная способность до 20,5-40,6 МДж/м³. Способ обеспечивает высокую пропускную способность за счет большой разности температур, мелких частиц и быстрой теплопередачи. Большую часть составляют получаемые жидкие продукты, выход которых может достигать 30% при переработке угля с высоким содержанием летучих компонентов. Технология низкотемпературного разложения угля предусматривает сначала смешивание предварительно нагретых небольших блоков сырого угля с горячим полукоксом из сепаратора в смесителе, чтобы инициировать термическое разложение. Затем смесь попадает в буфер, в котором она остается некоторое время до завершения термического разложения. Из буфера полукокс поступает на дно стояка, переносится горячим воздухом, и из него одновременно выжигается остающийся в нем углерод, чтобы повысить температуру, после чего полукокс подается в сепаратор с целью сепарации газа и твердых частиц. После этого полукокс возвращают в смеситель и тем самым осуществляют его циркуляцию. Из летучих компонентов, выходящих из смесителя, может быть получен газ с высокой теплотворной способностью после удаления пыли, конденсации, охлаждения и рециркуляции масел.

В настоящее время существуют традиционные установки для разложения угля двух типов, одна из которых имеет конструкцию типа печи с верхней тягой. Конструкция типа печи с верхней тягой используется для сжигания топочного газа и горючих газов, которые образуются из угля, и обеспечивает низкую степень очистки газа и низкую дополнительную ценность, а также в ней происходит частичный выход газа. Это приводит к значительному непроизводительному расходу ресурсов и загрязнению окружающей среды. Оборудование для разложения угля другого типа имеет конструкцию типа шахтной печи. В этой конструкции куски угля помещают на обшивку с отверстиями, и используют нагреватель над кусками угля. Поскольку куски угля на обшивке накапливаются до определенной толщины, они не могут равномерно нагреваться и разлагаться, и их требуется циклически нагревать и разлагать газом разложения, при этом куски угля разлагаются с меньшей скоростью, чем пылевидный уголь. Что важнее, из-за большого количества отверстий в обшивке для обеспечения функции вентиляции и циркуляции, через них может просачиваться пылевидный уголь. Во избежание этого пылевидный уголь необходимо перерабатывать в угольный брикет для его загрузки в шахтную печь. Соответственно повысится стоимость

- 1 027789 разложения пылевидного угля, и снизятся экономические выгоды, поскольку пылевидный уголь не может непосредственно использоваться для разложения угля в печи с верхней тягой.

Краткое изложение сущности изобретения

С целью преодоления описанных недостатков известного уровня техники в основу настоящего изобретения положена задача создания вертикального оборудования для пиролиза угольного материала, позволяющего непосредственно отделять пылевидный уголь и тем самым повышать общий коэффициент использования, экономить энергию и увеличивать экономическую и общественную выгоду.

В одном из вариантов осуществления изобретения предложено устройство для пиролиза угольного материала, содержащее вертикальную закрытую печь с верхним загрузочным отверстием и нижним выпускным отверстием; нагревательные трубопроводы горючего газа, расположенные внутри шахтной печи и установленные вдоль оси этой печи, при этом нагревательные трубопроводы горючего газа и внутренняя стенка печи образуют канал для продвижения и пиролиза угольного материала; коллектор угольного пирогаза, расположенный в верхней части печи и сообщающийся с каналом продвижения и пиролиза угольного материала, при этом коллектор угольного пирогаза соединен с устройством для удаления пыли и ожижения газа, которое находится снаружи печи, и при этом нагревательные трубопроводы установлены с возможностью поворота относительно оси печи, а на внутренней стенке печи находится вращающийся скребок.

В одном из вариантов осуществления изобретения трубопроводы горючего газа содержат подающий топливопровод, подающий воздухопровод, камеру сгорания и трубки радиатора для горючего газа, при этом на противоположном конце вдали от камеры сгорания находится огневая коллекторная труба, которая выходит наружу из вертикальной печи.

В одном из вариантов осуществления изобретения трубки радиатора для горючего газа плотно упакованы, подающий воздухопровод сообщается с воздухораспределительным трубопроводом, подающий топливопровод сообщается с топливораспределительным трубопроводом, воздухораспределительный трубопровод проходит параллельно топливораспределительному трубопроводому и вместе с камерой сгорания образует агрегат сгорания, а конец топливораспределительного трубопровода вблизи камеры сгорания сообщается с воздухораспределительным трубопроводом.

В одном из вариантов осуществления изобретения трубопроводы горючего газа выполнены в виде трубок радиатора для горючего газа, которые соединены с камерой сгорания, подающим топливопроводом и подающим воздухопроводом снаружи печи.

В одном из вариантов осуществления изобретения коллектор угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом, расположенным в нижней части вертикальной печи, посредством трубы малого диаметра, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода дополнительно предусмотрен бак с пусковым топливом, также имеющий клапан.

В одном из вариантов осуществления изобретения имеется устройство предварительного нагрева и сушки пылевидного угля, и при этом конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора соединен с устройством предварительного нагрева и сушки пылевидного угля.

В одном из вариантов осуществления изобретения трубки радиатора представляют собой плотно упакованные трубки, образующие цилиндрическую сетку.

В одном из вариантов осуществления изобретения коллектор угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом в нижней части вертикальной печи посредством трубы малого диаметра, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода дополнительно предусмотрен бак с пусковым топливом, имеющий клапан.

В одном из вариантов осуществления изобретения конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора соединен с механизмом предварительного нагрева и сушки пылевидного угля.

В соответствии с настоящим изобретением предложен новый способ нагрева с целью разложения пылевидного угля путем переноса и отдачи пылевидному углю в канале продвижения и пиролиза угольного материала большого количества тепла, вырабатываемого нагревательным трубопроводом горючего газа. Соответственно пылевидный уголь может полностью поглощать тепло, нагреваться и разлагаться в канале на газ, газообразную каменноугольную смолу и уголь с высокой теплотворной способностью. Газ и газообразная каменноугольная смола посредством коллектора газа разложения угля сообщаются со средством удаления пыли и ожижения газа снаружи печи, в котором осуществляется сбор, удаление пыли, сепарирование и ожижение под давлением газа разложения и газообразной каменноугольной смолы. Трубки радиатора для горючего газа представляют собой множество плотно упакованных трубок, образующих цилиндрическую сетку, в результате чего вырабатываемое тепло полностью отдается пылевидному углю. Коллектор угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом, расположенным в нижней части вертикальной печи посредством трубы малого диаметра, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода дополнительно предусмотрен бак с пусковым топливом, также имеющий клапан. В такой конструкции часть образующегося горючего газа может легко подаваться в пылевидный уголь и образовывать автономную систему подачи и расхода топлива, которая может инициировать подачу в печь пускового топлива из бака, когда в печи в период пуска не образуется топливный газ. Конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора для горючего газа соединен с механизмом

- 2 027789 предварительного нагрева и сушки пылевидного угля, в котором после прохождения через коллектор горючего газа пылевидный уголь предварительно поглощает большое количество остаточного тепла, присутствующего в горючем газе, высушивается и нагревается, и улучшается утилизация энергии, в результате чего значительно повышается температура пылевидного угля до его поступления в печь, и снижается содержание воды в пылевидном угле. Описанное в настоящем изобретении устройство для пиролиза угольного материала обеспечивает более быстрое и эффективное разложение и сепарирование пылевидного угля, экономию и полную утилизацию энергии и значительное повышение коэффициента использования угольных ресурсов, что принесет значительные экономические выгоды для всего общества.

Краткое описание чертежей

Различные варианты осуществления изобретения могут быть лучше поняты из сопровождающих чертежей, на которых на фиг. 1 показана блок-схема первого варианта осуществления настоящего изобретения, на фиг. 2 показан вид в разрезе по линии А-А на фиг. 1, на фиг. 3 показана блок-схема второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание

Первый вариант осуществления.

Как показано на фиг. 1 и 2, устройство для пиролиза угольного материала содержит вертикальную закрытую печь 1 с загрузочным отверстием 2 и выпускным отверстием 3, при этом печь 1 является шахтной печью. Внутри печи 1 находится нагревательный трубопровод горючего газа. Между нагревательным трубопроводом горючего газа и внутренней стенкой печи 1 сформирован канал 4 продвижения и пиролиза угольного материала. На печи 1 установлен коллектор 5 угольного пирогаза, сообщающийся с каналом 4 продвижения и пиролиза угольного материала, при этом коллектор 5 угольного пирогаза соединен с устройством 14 для удаления пыли и ожижения, которое находится снаружи печи 1, нагревательный трубопровод горючего газа установлен с возможностью поворота относительно печи 1, а на внутренней стенке печи 1 находится вращающийся скребок 10. Нагревательный трубопровод горючего газа содержит трубки 6 радиатора для горючего газа, камеру 7 сгорания, подающий топливопровод 8 и подающий воздухопровод 9, при этом на конце вдали от камеры 7 сгорания находится огневая коллекторная труба 11, которая выходит наружу из вертикальной печи 1. Трубки 6 радиатора для горючего газа плотно упакованы, подающий воздухопровод 9 сообщается с воздухораспределительным трубопроводом 13, подающий топливопровод 8 сообщается с топливораспределительным трубопроводом 12, воздухораспределительный трубопровод 13 проходит параллельно топливораспределительному трубопроводу 12 и вместе камерой 7 сгорания образует агрегат сгорания, а конец топливораспределительного трубопровода 12 вблизи камеры 7 сгорания сообщается с воздухораспределительным трубопроводом 13. Коллектор 5 угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом 8 в нижней части вертикальной печи 1 посредством трубы малого диаметра 15, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода 8 дополнительно предусмотрен бак 18 с пусковым топливом, имеющий клапан. Конец коллекторной трубы 11 вдали от трубок 6 радиатора для горючего газа соединен с устройством 16 предварительного нагрева и сушки пылевидного угля. Трубки 6 радиатора для горючего газа представляют собой множество плотно упакованных трубок, образующих цилиндрическую сетку, в результате чего вырабатываемое тепло полностью отдается пылевидному углю. Топливо в подающем топливопроводе 8 смешивается в камере 7 сгорания с воздухом из подающего воздухопровода 9, и высокотемпературный горючий газ, образующийся после сгорания, поступает в трубки 6 радиатора, которые отдают тепло пылевидному углю в канале 4 продвижения и пиролиза угольного материала. Соответственно пылевидный уголь может полностью поглощать тепло, нагреваться и разлагаться в канале 4 на газ, газообразную каменноугольную смолу и уголь с высокой теплотворной способностью. Газ и газообразная каменноугольная смола посредством коллектора 5 газа разложения угля сообщаются с устройством удаления пыли и ожижения газа снаружи печи 1.

Второй вариант осуществления.

Как показано на фиг. 3, устройство для пиролиза угольного материала содержит вертикальную закрытую печь 1 с загрузочным отверстием 2 и выпускным отверстием 3, при этом печь 1 является шахтной печью. Внутри печи 1 находится нагревательный трубопровод горючего газа. Между нагревательным трубопроводом горючего газа и внутренней стенкой печи 1 сформирован канал 4 продвижения и пиролиза угольного материала. На печи 1 установлен коллектор 5 угольного пирогаза, сообщающийся с каналом 4 продвижения и пиролиза угольного материала. Нагревательный трубопровод горючего газа установлен с возможностью поворота относительно шахтной печи 1, а на внутренней стенке печи 1 находится вращающийся скребок 10. Нагревательный трубопровод горючего газа содержит трубки 6 радиатора для горючего газа, которые соединены с камерой 7 сгорания подающим топливопроводом 8 и подающим воздухопроводом 9. Трубки 6 радиатора для горючего газа представляют собой множество плотно упакованных трубок, образующих цилиндрическую сетку, в результате чего вырабатываемое тепло полностью отдается пылевидному углю. Топливо в подающем топливопроводе 8 смешивается в камере 7 сгорания с воздухом из подающего воздухопровода 9, и высокотемпературный горючий газ, образующийся после сгорания, поступает в трубки 6 радиатора, которые отдают тепло пылевидному углю в

- 3 027789 канале 4 продвижения и пиролиза угольного материала. Соответственно пылевидный уголь может полностью поглощать тепло, нагреваться и разлагаться в канале 4 на газ, газообразную каменноугольную смолу и уголь с высокой теплотворной способностью. Газ и газообразная каменноугольная смола посредством коллектора 5 газа разложения угля сообщаются со средством удаления пыли и ожижения газа снаружи печи 1.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для пиролиза угольного материала, содержащее вертикальную закрытую печь с верхним загрузочным отверстием и нижним выпускным отверстием;

нагревательные трубопроводы горючего газа, расположенные внутри шахтной печи и установленные вдоль оси этой печи, при этом нагревательные трубопроводы горючего газа и внутренняя стенка печи образуют канал для продвижения и пиролиза угольного материала;

коллектор угольного пирогаза, расположенный в верхней части печи и сообщающийся с каналом продвижения и пиролиза угольного материала, при этом коллектор угольного пирогаза соединен с устройством для удаления пыли и ожижения газа, которое находится снаружи печи, и при этом нагревательные трубопроводы установлены с возможностью поворота относительно оси печи, а на внутренней стенке печи находится вращающийся скребок.
2. Устройство по п.1, в котором нагревательные трубопроводы содержат подающий топливопровод, подающий воздухопровод, камеру сгорания и трубки радиатора, при этом на противоположном конце от камеры сгорания находится огневая коллекторная труба, которая выходит наружу из вертикальной печи.
3. Устройство по п.2, в котором трубки радиатора плотно упакованы, подающий воздухопровод сообщается с воздухораспределительным трубопроводом, подающий топливопровод сообщается с топливораспределительным трубопроводом, воздухораспределительный трубопровод проходит параллельно топливораспределительному трубопроводому и вместе с камерой сгорания образует агрегат сгорания, а конец топливораспределительного трубопровода вблизи камеры сгорания сообщается с воздухораспределительным трубопроводом.
4. Устройство по п.1, в котором нагревательные трубопроводы выполнены в виде трубок радиатора, которые соединены с камерой сгорания, подающим топливопроводом и подающим воздухопроводом снаружи печи.
5. Устройство по любому из пп.1-4, в котором коллектор угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом, расположенным в нижней части вертикальной печи, посредством трубы малого диаметра, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода дополнительно предусмотрен бак с пусковым топливом, также имеющий клапан.
6. Устройство по любому из пп.1-4, в котором имеется устройство предварительного нагрева и сушки пылевидного угля, и при этом конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора соединен с устройством предварительного нагрева и сушки пылевидного угля.
7. Устройство по п.5, в котором имеется устройство предварительного нагрева и сушки пылевидного угля, и при этом конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора соединен с устройством предварительного нагрева и сушки пылевидного угля.
8. Устройство по п.2, в котором трубки радиатора представляют собой плотно упакованные трубки, образующие цилиндрическую сетку.
9. Устройство по п.8, в котором коллектор угольного пирогаза сообщается с подающим топливопроводом в нижней части вертикальной печи посредством трубы малого диаметра, имеющей клапан, а на одной стороне подающего топливопровода дополнительно предусмотрен бак с пусковым топливом, имеющий клапан.
10. Устройство по п.8 или 9, в котором конец огневой коллекторной трубы вдали от трубок радиатора соединен с механизмом предварительного нагрева и сушки пылевидного угля.