專利名稱：一種大型低階褐煤提質(zhì)塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種干餾技術(shù)，特別是用于對低階褐煤進(jìn)行提質(zhì)處理的大型低階褐煤提質(zhì)塔。
背景技術(shù)：
近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和自然資源的持續(xù)消耗，煤炭資源出現(xiàn)了嚴(yán)重短缺，僅以2008年為例，全球煤炭短缺2500萬到3500萬噸，而到2009年底，這一數(shù)字達(dá)到7000萬噸。地球上褐煤地質(zhì)儲量約為4萬億噸，約占煤炭儲量的40%，面對日益加劇的煤炭資源短缺問題，褐煤這一不被人們提及的低階煤炭資源的利用問題如今被人們逐漸提上日程。褐煤煤化程度低、水分高、在空氣中易風(fēng)化碎裂、發(fā)熱量低、不便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，因而必須找到一種合理、經(jīng)濟(jì)的方式對這一煤種加以利用。從上世紀(jì)70年代開始，褐煤等低階煤的低溫干餾技術(shù)逐漸被人們重視起來，迄今為止在不斷探索的數(shù)十年里，曾有過小范圍的工業(yè)示范工程出現(xiàn)過，但由于技術(shù)方面的原因，褐煤低溫干餾至今仍未實(shí)現(xiàn)真正意義上的工業(yè)化。國內(nèi)外典型的褐煤熱解工藝包括美國的Toscoal工藝、ENCOAL工藝、德國的LR工藝、澳大利亞的流化床快速熱解工藝、前蘇聯(lián) 3TX(ETCh) —175工藝、中國的多段回轉(zhuǎn)爐工藝、中國固體熱載體新法干餾工藝等。以上褐煤熱解工藝從加熱方式上可分為外熱式、內(nèi)熱式熱解工藝。其中內(nèi)熱式工藝若再從熱載體物性方面細(xì)分，可以劃分為氣體熱載體內(nèi)熱式熱解工藝和固體熱載體內(nèi)熱式熱解工藝。以煙氣為載體的內(nèi)熱式熱解工藝為例，煤熱解析出的揮發(fā)產(chǎn)物被煙氣稀釋，降低了煤氣質(zhì)量， 增大了粗煤氣分離凈化設(shè)備和動力消耗；同時，煙氣加熱易發(fā)生褐煤氧化，設(shè)備腐蝕情況也比較嚴(yán)重；煙氣作為含氧熱介質(zhì)干餾，如果出現(xiàn)局部氧化放熱所導(dǎo)致的過熱問題，容易引起揮發(fā)份燃燒甚至爆炸，影響系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。對于褐煤這類高水分的煤種，干餾提質(zhì)的第一步是進(jìn)行干燥。若干燥過程采用水蒸汽進(jìn)行，由于潛熱的排放損失，容易造成較大的能源浪費(fèi)?；剞D(zhuǎn)窯工藝由于其供入風(fēng)量以及窯體直徑的限制，很難進(jìn)行大型化應(yīng)用。干餾提質(zhì)的第二步則是無氧環(huán)境下的煤的干餾過程。若提質(zhì)設(shè)備的熱載體采用固體載熱，則系統(tǒng)存在不易密封、旋轉(zhuǎn)提升設(shè)備復(fù)雜、熱載體磨損導(dǎo)致半焦灰分過大等問題；工業(yè)化階段若采用市場成熟的密封系統(tǒng)則會造成明顯的系統(tǒng)投資過大，影響產(chǎn)品的銷售和市場占有率。以上現(xiàn)有技術(shù)的各種工藝缺陷，使褐煤干燥提質(zhì)工藝處于規(guī)模示范階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于大規(guī)模安全生產(chǎn)且能得到高品質(zhì)產(chǎn)品的大型低階褐煤提質(zhì)塔。本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的
一種大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特別之處是，它包括塔體、燃燒室、煤倉和螺旋給料機(jī)，所述煤倉和螺旋給料機(jī)位于塔體頂部，塔體下部設(shè)有半焦出口，所述塔體由數(shù)個縱向疊層設(shè)置的單元塔組成，各單元塔內(nèi)由上至下設(shè)置均布板、防磨瓦、加熱管，由燃燒室送出的高溫?zé)煔饨?jīng)S形高溫?zé)煹?，自下而上依次進(jìn)入各單元塔內(nèi)的加熱管，各單元塔設(shè)有氣體引出管， 弓I出管上設(shè)煤氣閥門，位于最上部的單元塔設(shè)有排煙道。上述大型低階褐煤提質(zhì)塔，所述各單元塔內(nèi)的加熱管分層設(shè)置，各層加熱管錯列排布，加熱管直徑為10 — 100mm，各加熱管間橫向間距為10_200mm，縱向間距為10_300mm。上述大型低階褐煤提質(zhì)塔，所述各單元塔下部設(shè)有鎖氣器。上述大型低階褐煤提質(zhì)塔，所述加熱管和單元塔的內(nèi)壁間設(shè)有數(shù)排梳形管，各排梳形管位于兩層加熱管之間。上述大型低階褐煤提質(zhì)塔，所述防磨瓦設(shè)置3-8層，各層防磨瓦錯列排布。本發(fā)明提供的大型低階褐煤提質(zhì)塔，用于對低階褐煤進(jìn)行提質(zhì)處理，得到半焦、焦油和高純煤氣。所述提質(zhì)塔由多個單元塔組合而成，高溫?zé)煔饨?jīng)加熱管由最下層單元塔自下而上呈“S”形進(jìn)入各單元塔，釋放出熱量加熱塔內(nèi)的煤粒，煤粒由上而下在塔內(nèi)不斷下落，碰撞到加熱管通過導(dǎo)熱及接受塔內(nèi)輻射熱而快速升溫，從而，同時完成水分和揮發(fā)份的析出，實(shí)現(xiàn)干餾過程。本發(fā)明單元塔的模塊化設(shè)計便于制造、安裝，易于形成定型產(chǎn)品，當(dāng)處理煤種或生產(chǎn)量變化時，只需改變組成塔的單元的個數(shù)來調(diào)整。本發(fā)明采用連續(xù)式生產(chǎn)方式，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)備簡單，易于實(shí)施，為低階褐煤利用提供了有效的途徑。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2是單元塔示意圖。附圖中各標(biāo)號表示如下1.燃燒室，2.高溫?zé)煹溃?.半焦出口，4.鎖氣器，5.單元塔，6.螺旋給料機(jī)，7.煤倉，8.煤氣閥門，9.捕焦裝置，10.均布板，11.防磨瓦，12.加熱管，13.梳形管，14.排煙道。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本發(fā)明包括塔體、燃燒室1、煤倉7、螺旋給料機(jī)6，煤倉和螺旋給料位于塔體頂部，塔體下部設(shè)有半焦出口 3。塔體由數(shù)個縱向疊層設(shè)置的單元塔5組成，根據(jù)煤種和生產(chǎn)要求設(shè)定單元塔的個數(shù)靈活組裝，通常單元塔設(shè)置3—5個。由燃燒室1送出的高溫?zé)煔饨?jīng)S形高溫?zé)煹?，自下而上依次進(jìn)入各單元塔內(nèi)的加熱管，各單元塔設(shè)有氣體引出管，引出管上設(shè)煤氣閥門8，位于最上部的單元塔設(shè)有排煙道14。參看圖2，各單元塔5內(nèi)由上至下設(shè)置均布板10、防磨瓦11、加熱管12。加熱管 12分層設(shè)置，各層加熱管錯列排布，加熱管直徑為10 — 100mm，各加熱管間橫向凈間距為 10-200mm，縱向凈間距為10_300mm。褐煤自單元塔頂部落入單元塔內(nèi)，經(jīng)均布板3，均勻?yàn)⒙洹Ｊ紫?，煤粒和防磨?1碰撞接觸，以降低速度，減輕對加熱管的磨損；而后煤粒自上而下在塔內(nèi)下落過程中，不斷和加熱管12接觸碰撞，同時受到強(qiáng)烈的氣固傳熱。煤粒在下降過程中，不斷受熱釋放出煤氣，通過調(diào)整各單元煤氣閥門8，控制煤氣引出速度，即可控制住塔內(nèi)的煤氣流動速度，進(jìn)而調(diào)整煤粒的下降速度。為延長干餾時間、保持干餾煤氣純度，在每個單元塔下部設(shè)置一個鎖氣器4。為避免因錯列布置的加熱管和塔壁面的空隙出現(xiàn)的“氣體短路”現(xiàn)象，在加熱管和單元塔的內(nèi)壁間設(shè)有數(shù)排梳形管13，各排梳形管位于兩層加熱管之間。
仍參看圖1，由各單元塔引出的煤氣經(jīng)過捕焦裝置9進(jìn)行焦油捕集，經(jīng)捕焦裝置分離的水、煤氣、焦油分別送出，部分煤氣引入燃燒室1進(jìn)行燃燒。煤粒流經(jīng)各單元塔后，從塔體下部出塔即為半焦。本發(fā)明的具體工作過程如下粒徑30mm以下的褐煤自塔體頂部煤倉，由螺旋給料機(jī)送入塔內(nèi)。煤粒自上而下在塔內(nèi)下落過程中，不斷和塔內(nèi)密布的加熱管接觸碰撞。塔內(nèi)溫度為500-800°C，加熱管內(nèi)煙氣溫度為800-1000°C。煤粒的受熱來自于幾方面加熱管的高溫輻射熱和流動過程中的氣固對流傳熱以及固-固導(dǎo)熱，因此，其溫度得以迅速升高。煤粒下落過程中，塔內(nèi)的停留時間對其干餾程度影響巨大，本發(fā)明中，煤粒的下落速度通過三個環(huán)節(jié)控制一是設(shè)計加熱管錯列布置方式，保證煤粒下降過程中不斷和其發(fā)生碰撞，阻滯其快速下落；二是通過控制各單元煤氣閥門的引出量，可有效控制住塔內(nèi)氣流向上的流動速度；三是在每個干餾塔體下部設(shè)置單獨(dú)的一個鎖氣器，煤粒下落到鎖氣器上被暫時阻滯，使得煤粒在塔體內(nèi)停留的時間得以大幅度的延長，干餾過程進(jìn)行的更加徹底。這樣可保證干餾煤在塔內(nèi)停留時間在幾分鐘到幾十分鐘間可調(diào)。為防止大量煤粒以過大的速度撞擊加熱管造成管壁磨穿，在煤粒撞擊到首排加熱管之前，安裝有3-8排防磨瓦，以降低煤粒速度， 減小加熱管的磨損程度。經(jīng)防磨瓦阻滯后，煤粒的下降速度大大降低，對后面加熱管的磨損幾乎可以不考慮。生產(chǎn)一段時間后，只需更換防磨瓦而不用更換加熱管，使設(shè)備易于維護(hù)。 靠近塔內(nèi)壁的加熱管和塔內(nèi)壁面之間考慮熱膨脹都會留有一定的空隙。為避免這種因加熱管和塔內(nèi)壁面的空隙出現(xiàn)的“氣體短路”現(xiàn)象，設(shè)置了若干排梳形管，該梳形管可有效的將滑落到邊壁的煤粒，重新引導(dǎo)回塔內(nèi)部，保證其傳熱效果和足夠的下落時間。隨著干餾過程的進(jìn)行，不斷聚集的揮發(fā)份需要有路徑引出，該提質(zhì)塔每層單元均設(shè)煤氣引出管，引出管上設(shè)煤氣閥門，以控制自每層單元塔引出的煤氣量。煤氣閥門起到兩個作用一是可控制塔內(nèi)煤氣自下而上流動的速度；二是自不同單元引出煤氣，相當(dāng)于褐煤干餾的時間有所差異，從而可根據(jù)需要，調(diào)整引出煤氣的成分。所有單元煤氣引出后匯集一起，經(jīng)過捕焦裝置捕焦后得到焦油。部分煤氣引回燃燒室，供燃燒用，剩余煤氣可進(jìn)煤氣柜儲存或他用。在每個單元塔下部設(shè)置單獨(dú)的一個鎖氣器，鎖氣器的作用主要有兩個1、延長干餾時間。煤粒下落到鎖氣器上，混合后進(jìn)入下一箱體繼續(xù)干餾，一方面使不同干餾程度的煤粒得以充分接觸，利用不同煤粒之間的溫差，直接接觸得以進(jìn)一步充分干餾；另一方面，煤粒下落到鎖氣器上使得煤粒在塔體內(nèi)停留的時間得以大幅度的延長，干餾過程進(jìn)行的更加徹底；2、保持干餾煤氣純度。現(xiàn)場設(shè)備是通過數(shù)個模塊化塔體的連接完成的，位于最上部靠近塔頂煤倉的單元塔內(nèi)析出的主要是水分，通過鎖氣器的分隔，可以將析出的水分和下層數(shù)個單元塔干餾過程析出的揮發(fā)份分離開來，保持了干餾煤氣的純度，減輕了后續(xù)冷凝設(shè)備的負(fù)荷、降低設(shè)備投資。
權(quán)利要求
1.一種大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特征在于，它包括塔體、燃燒室(1)、煤倉(7)和螺旋給料機(jī)(6)，所述煤倉和螺旋給料機(jī)位于塔體頂部，塔體下部設(shè)有半焦出口(3)，所述塔體由數(shù)個縱向疊層設(shè)置的單元塔(5)組成，各單元塔內(nèi)由上至下設(shè)置均布板(10)、防磨瓦(11)、 加熱管(12)，由燃燒室送出的高溫?zé)煔饨?jīng)S形高溫?zé)煹?2)，自下而上依次進(jìn)入各單元塔內(nèi)的加熱管，各單元塔設(shè)有氣體引出管，引出管上設(shè)煤氣閥門(8)，位于最上部的單元塔設(shè)有排煙道(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特征在于所述各單元塔(5)內(nèi)的加熱管(12)分層設(shè)置，各層加熱管錯列排布，加熱管直徑為10 — 100mm，各加熱管間橫向間距為10-200mm，縱向間距為10_300mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特征在于所述各單元塔下部設(shè)有鎖氣器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特征在于所述加熱管和單元塔的內(nèi)壁間設(shè)有數(shù)排梳形管(13)，各排梳形管位于兩層加熱管之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型低階褐煤提質(zhì)塔，其特征在于所述防磨瓦(11)設(shè)置 3-8層，各層防磨瓦錯列排布。
全文摘要
一種大型低階褐煤提質(zhì)塔，用于解決低階褐煤工業(yè)化干餾問題。它包括塔體、燃燒室、煤倉和螺旋給料機(jī)，所述煤倉和螺旋給料機(jī)位于塔體頂部，塔體下部設(shè)有半焦出口，所述塔體由數(shù)個縱向疊層設(shè)置的單元塔組成，各單元塔內(nèi)由上至下設(shè)置均布板、防磨瓦、加熱管，由燃燒室送出的高溫?zé)煔饨?jīng)S形高溫?zé)煹?，自下而上依次進(jìn)入各單元塔內(nèi)的加熱管，各單元塔設(shè)有氣體引出管，引出管上設(shè)煤氣閥門，位于最上部的單元塔設(shè)有排煙道。本發(fā)明所述提質(zhì)塔由數(shù)個單元塔組成，該結(jié)構(gòu)便于制造、安裝，易于形成定型產(chǎn)品，本發(fā)明采用連續(xù)式生產(chǎn)方式，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，設(shè)備簡單，易于實(shí)施，為低階褐煤利用提供了有效的途徑。
文檔編號C10B49/04GK102199437SQ20111010234
公開日2011年9月28日 申請日期2011年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月23日
發(fā)明者王子兵, 王春波, 馬曉飛 申請人:華北電力大學(xué)(保定)