一種內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及煤干餾設(shè)備及工藝，具體說是一種內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法，所述內(nèi)熱式煤干餾爐包括爐體，所述爐體設(shè)有若干并排的炭化室，從高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣，經(jīng)過立煙道直接送入各炭化室，使炭化室內(nèi)的煤料與高溫乏氧煙氣直接接觸進(jìn)行煤干餾。炭化室的左右兩側(cè)墻壁為煙氣通透墻，墻體上設(shè)有煙氣孔，高溫乏氧煙氣能通過煙氣孔自由的從立煙道進(jìn)入炭化室。本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法，效率高，能耗低，污染小，實現(xiàn)了煤干餾效率的最大化以降低能耗和縮短煉焦時間。
【專利說明】一種內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤干餾設(shè)備及工藝，具體說是一種內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法。煤干餾爐亦稱為煉焦?fàn)t或炭化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]煤干餾(即煤焦化)，是指煤(煤炭)在隔絕空氣的條件下被加熱而產(chǎn)生熱解生成煤氣、焦油、粗苯和焦炭的過程。煤焦化技術(shù)大規(guī)模用于工業(yè)生產(chǎn)始于18世紀(jì)，用以生產(chǎn)煉鐵所需的焦炭。
[0003]鑒于煤炭本身的燃燒特性，煤焦化需要在與空氣隔絕的條件下完成，以避免空氣中的氧氣在焦化過程中與熾熱的煤炭直接接觸產(chǎn)生燃燒或氧化反應(yīng)，達(dá)到將煤炭高效率地轉(zhuǎn)化為焦炭的目的。經(jīng)過長期不斷的改進(jìn)，現(xiàn)代煤焦化過程中，加熱所采用的主要燃料為諸如高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等低熱值過程氣。
[0004]煤干餾工藝根據(jù)其所采用的加熱方式，一般可以分為外熱式和內(nèi)熱式。另外，根據(jù)煤炭被加熱的最終溫度(煤干餾溫度)的高低，煤干餾工藝一般可以分為低溫干餾(500°C~600°C)、中溫干餾(700°C~900°C)和高溫干餾(900°C~1100°C)。根據(jù)不同煤炭的煤質(zhì)和不同煤種的配比，可以通過不同的干餾工藝獲得不同的產(chǎn)品，其中高溫干餾是將煤炭焦化成鋼鐵冶煉過程所需焦炭的工藝過程。 [0005]現(xiàn)代煤焦化過程大致如下:
[0006]I)煤干燥:當(dāng)煤料的溫度高于100°C時，煤料中的水分蒸發(fā)出；溫度升高到200°C以上時，煤料中結(jié)晶水釋出；
[0007]2)煤改性:至350°C以上時，煤料開始出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)和物理特性的改變；粘結(jié)性煤開始軟化，并進(jìn)一步形成粘稠的膠質(zhì)體(泥煤、褐煤等不發(fā)生此現(xiàn)象)，煤氣(主要成分是甲烷)和焦油(煤焦油)開始析出；
[0008]3)低溫煤干餾:至500~600°C時，煤料開始低溫干餾，大部分煤氣和焦油析出，此即一次熱分解產(chǎn)物；殘留物逐漸變稠并固化形成半焦；
[0009]4)中溫煤干餾:至700°C~900°C時，半焦繼續(xù)分解析出余下的揮發(fā)物(主要成分是氫氣)，半焦失重同時進(jìn)行收縮，形成裂紋；
[0010]5)高溫煤干餾:至900°C~1100°c時，半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。
[0011]由上述過程可見，由于煤炭干餾過程是一個連續(xù)加溫的過程，無論是采用什么加熱方式完成什么干餾工藝過程，煤干餾的產(chǎn)物都是煤半焦或焦炭、煤氣和焦油等多種煉焦產(chǎn)物。而且，這些產(chǎn)物的屬性和成分因所用煤料的屬性和所經(jīng)過的煤干餾工藝和過程而會有所不同。
[0012]外熱式煤干餾
[0013]現(xiàn)代煉焦工藝(即高溫?zé)捊构に?，均為外熱式煉焦；其采用的外熱式煤干餾爐(外熱式煉焦?fàn)t)的爐體由炭化室、燃燒室和蓄熱室三個主要部分構(gòu)成。一般，炭化室寬0.4~0.5m、長10~17m、高4~7.5m，炭化室的頂部設(shè)有加煤孔和煤氣上升管(在機側(cè)或焦側(cè))，炭化室的兩端用爐門封閉。焦煤經(jīng)加煤車倒入炭化室后即與空氣隔絕，被炭化室兩側(cè)的燃燒室加熱。燃燒室由許多立火道構(gòu)成，煤氣和空氣在立火道中燃燒。蓄熱室位于爐體下部，分空氣蓄熱室和煤氣蓄熱室。[0014]外熱式煤干餾爐的主要部分用硅磚砌筑，火道溫度可達(dá)到1400°C。成焦時間因炭化室寬度和火道溫度不同，一般為13~18h。外熱式煤干餾爐的配套機械有裝煤車、推焦車、導(dǎo)焦車和熄焦車等。其中:裝煤車把煤裝入炭化室，煉成的焦炭用推焦車推出，赤熱的焦炭經(jīng)導(dǎo)焦車落入熄焦車內(nèi)，經(jīng)水熄或回收熱能的干法熄焦。熄過的焦炭放到焦臺上。
[0015]為了改善煉焦生產(chǎn)條件，外熱式煤干餾爐除了操作機械化、自動化之外，還建有防治煙塵和處理污水裝置。電子計算機也已開始用于外熱式煤干餾爐操作。外熱式煤干餾爐向大型化發(fā)展，炭化室有效容積增加到50立方米。為了提高焦?fàn)t生產(chǎn)能力，采取降低爐墻厚度和選用導(dǎo)熱性能好的爐墻磚等措施，被認(rèn)為是未來發(fā)展的趨勢。
[0016]外熱式煉焦工藝通過炭化室和燃燒室之間的爐壁進(jìn)行導(dǎo)熱，煤氣和空氣在燃燒室立火道內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量，熱量再由外向內(nèi)經(jīng)炭化室和燃燒室之間的爐壁傳導(dǎo)到炭化室，完成對炭化室內(nèi)焦煤的加熱。由于其燃燒和加熱方式，外熱式煉焦工藝存在以下幾個主要缺
占-
^ \\\.[0017]I)炭化室墻壁在綜合考慮和平衡強度和導(dǎo)熱性能的情況下一般采用100毫米厚的硅磚砌成，其導(dǎo)熱性能和效率嚴(yán)重影響和限制了煉焦過程和效率；
[0018]2)在燃燒室立火道內(nèi)形成的煤氣燃燒為典型的蓄熱式燃燒，表現(xiàn)為燃燒效率低和溫度分布不均勻，因而近一步降低了現(xiàn)代煉焦工藝的能源效率；
[0019]3)炭化室內(nèi)的煉焦溫度一般為950°C -1050 °C，燃燒室立火道的平均溫度在1300°C或更高；而且，由于煤氣和空氣所形成導(dǎo)致局部高溫的大火焰過氧燃燒，因而產(chǎn)生大量的氮氧化物和氧化硫，造成嚴(yán)重的大氣污染和排放；
[0020]4)煤干餾爐的炭化室由于需要利用大量的具有耐高溫和具有比較好導(dǎo)熱性能的硅磚砌筑而成，因而煤干餾爐的建造成本高；
[0021]5)為使煤氣和空氣在燃燒室即立火道內(nèi)進(jìn)行比較有效的燃燒，立火道占用煤干餾爐爐體的大量空間，減少了煤干餾爐的有效煉焦空間。而且，由于立火道系統(tǒng)、煤氣和空氣預(yù)熱和輸送系統(tǒng)復(fù)雜，極大地增加了設(shè)計、施工、材料和運行等成本。
[0022]內(nèi)熱式煤干餾
[0023]現(xiàn)有技術(shù)中，內(nèi)熱式煤干餾工藝目前還僅在小型的中低溫煤干餾中有所嘗試，還沒有在高溫?zé)捊怪杏绕涫谴笾行偷母邷責(zé)捊怪杏兴鶓?yīng)用。
[0024]內(nèi)熱式煤干餾工藝的一種常見應(yīng)用形式即為內(nèi)熱式直立煤干餾爐(內(nèi)熱式直立炭化爐)。其工藝流程和工作原理是:
[0025]煤料(粒徑為15~200mm，亦稱為塊煤)定時從內(nèi)熱式直立煤干餾爐的頂部加入爐內(nèi)的炭化室，完成連續(xù)加料運行；加入爐內(nèi)的塊煤由于重力作用，自上而下移落，并與燃燒室送入的高溫氣體(高溫氣體自下而上流動)逆流接觸。炭化室的上部為預(yù)熱段，塊煤在此段被加熱到400°C左右，完成干燥和干餾前的煤改性；接著進(jìn)入炭化室中部的干餾段，塊煤在此段被加熱到700°C左右，并被炭化為半焦；之后，半焦通過炭化室下部的冷卻段先被冷卻至150°C左右，最后被冷卻到50°C左右成為半焦即最終產(chǎn)品。[0026]為了解決外熱式煤干餾所存在的高能耗和低效率問題，和為了進(jìn)一步降低煤干餾爐的制造成本，內(nèi)熱式煤干餾工藝采用和嘗試內(nèi)熱式直立煤干餾爐。然而，由于其原理和結(jié)構(gòu)上的缺陷，內(nèi)熱式煤干餾工藝存在明顯的三大主要缺點:
[0027]I)在燃燒室利用燃燒煤炭或其它燃料形成的高溫?zé)煔狻Ｒ蚱渚捎贸Ｒ?guī)固體或氣體燃料燃燒技術(shù)而需要通過過量吹風(fēng)使燃料盡可能燃燒，導(dǎo)致所產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵泻羞^多的氧氣；其必將與炭化室內(nèi)的部分煤炭發(fā)生燃燒氧化，因而消耗煤炭和降低產(chǎn)品半焦的出品率；
[0028]2)常規(guī)的固體或氣體燃料燃燒技術(shù)存在明顯的燃燒效率低和因燃燒不充分而造成的污染排放問題；因而，通常需要采用過量吹風(fēng)的燃燒方式。但是這種燃燒方式降低了燃燒室的燃燒和熱效率，以及這種內(nèi)熱式炭化工藝的整體能源效率；
[0029]3)雖然，炭化室內(nèi)的煉焦溫度為700°C左右；但在燃燒室內(nèi)因其燃燒方式而必然存在局部高溫。而且，由于過量吹風(fēng)，在燃燒室內(nèi)形成的燃燒為大火焰過氧燃燒。這種燃燒會產(chǎn)生大量的氮氧化物和氧化硫，造成嚴(yán)重的大氣污染和排放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0030]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法，效率高，能耗低，污染小，實現(xiàn)了煤干餾效率的最大化以降低能耗和縮短煉焦時間。
[0031]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是: [0032]一種內(nèi)熱式煤干餾爐，包括爐體，其特征在于:
[0033]所述爐體設(shè)有若干并排的炭化室4，炭化室4用于填裝待進(jìn)行煤干餾的煤料，
[0034]從高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣，經(jīng)過立煙道6直接送入各炭化室4，使炭化室4內(nèi)的煤料與高溫乏氧煙氣直接接觸進(jìn)行煤干餾。
[0035]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述炭化室4的左右兩側(cè)墻壁均為煙氣通透墻7，所述煙氣通透墻7上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5，
[0036]在煙氣通透墻7外側(cè)，沿?zé)煔馔ㄍ笁?長度方向設(shè)有若干間隔設(shè)置的立煙道6，每條立煙道6沿炭化室4的高度方向設(shè)置，
[0037]高溫乏氧煙氣能通過煙氣孔5自由的從立煙道6進(jìn)入炭化室4。
[0038]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述煙氣通透墻7采用高溫耐火磚砌成，且耐火磚在堆砌時預(yù)留縫隙構(gòu)成煙氣孔5 ；
[0039]或所述煙氣通透墻7采用孔型高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5 ；
[0040]或所述煙氣通透墻7采用孔型高溫耐火磚和高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5。
[0041]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，每塊孔型高溫耐火磚上，所述煙氣孔5在豎直方向上，由上至下至少設(shè)有一排，每排在水平方向上，至少設(shè)置一個。
[0042]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，煙氣孔5在炭化室側(cè)的煙氣孔出氣口 22的水平位置低于立煙道側(cè)的煙氣孔進(jìn)氣口 21。
[0043]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述煙氣孔出氣口 22的開口方向朝向斜下方。[0044]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述煙氣孔出氣口 22為廣口。
[0045]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，每個立煙道6的底部均與立煙道分配管路3連接，頂部封閉，所述立煙道分配管路3和煙氣輸配管道2連接，煙氣輸配管道2和高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I連接。
[0046]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置1，為能產(chǎn)生含氧量小于
0.5%的高溫乏氧煙氣的燃燒器。
[0047]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述炭化室4的數(shù)量根據(jù)煤干餾的種類和要求不同為I~90個，或更多，
[0048]在每個炭化室的煙氣通透墻外側(cè)，沿長度方向根據(jù)需要均勻分布30~50個與其相鄰炭化室共享的立煙道。
[0049]內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0050]上述的內(nèi)熱式煤干餾爐32，
[0051]高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I通過煙氣輸配管道2連接到與內(nèi)熱式煤干餾爐32配套的立煙道分配管路3，
[0052]內(nèi)熱式煤干餾爐32的炭化室4設(shè)有尾氣出口，尾氣出口通過管路連接到焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)，
[0053]焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)產(chǎn)生干餾爐煤氣，所述干餾爐煤氣通過管路輸送回高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I作為氣體燃·料或用于其它用途。
[0054]采用上述的內(nèi)熱式煤干餾爐的煤干餾工藝方法，其特征在于，煤干餾過程如下:
[0055]步驟I，在完成煤料裝填工序后，高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I開始向煤干餾爐輸送高溫乏氧煙氣，高溫乏氧煙氣經(jīng)煙氣輸配管道2、立煙道分配管路3進(jìn)入各個炭化室兩側(cè)煙氣通透墻外側(cè)的立煙道后，通過煙氣通透墻上的煙氣孔進(jìn)入炭化室，使炭化室內(nèi)煤料逐漸升溫開始煤干燥工序；
[0056]步驟2，炭化室中煤料的溫度由環(huán)境溫度升至高于100°C時，煤料中的水分蒸發(fā)出；溫度繼續(xù)升高到200°C以上時，煤料中結(jié)晶水釋出，焦?fàn)t尾氣含水量接近于零，完成煤料的干燥工序；
[0057]步驟3，在干燥工序結(jié)束前，可以開始將焦?fàn)t尾氣回收，隨著炭化室溫度的繼續(xù)升高，尤其是達(dá)到至約350°C以上時，對所回收的焦?fàn)t尾氣進(jìn)行除塵和煤氣與焦油的分離和回收處理；煤氣作為氣體燃料，焦油作為化工原料；
[0058]步驟4，煤干餾:根據(jù)不同煤干餾工藝的需要和最終產(chǎn)品的要求，炭化室由高溫乏氧煙氣加熱到相應(yīng)溫度范圍而完成以下低、中、高溫干餾三種干餾工藝中的一種:
[0059]步驟4.1，炭化室內(nèi)煤料溫度約為500~600°C時，完成低溫煤干餾；大部分煤氣和焦油析出，并逐漸有半焦固化形成；
[0060]步驟4.2，炭化室內(nèi)煤料溫度約為700°C~900°C時，完成中溫煤干餾；半焦繼續(xù)分解析出余下的揮發(fā)物，半焦失重同時進(jìn)行收縮，形成裂紋；
[0061]步驟4.3，炭化室內(nèi)煤料溫度約為950°C~1050°C時，完成高溫煤干餾；半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。
[0062]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)及煤干餾工藝方法，效率高，能耗低，污染小，實現(xiàn)了煤干餾效率的最大化以降低能耗和縮短煉焦時間。[0063]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐及內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，為了提高煉焦所需氣體燃料的燃燒效率和系統(tǒng)熱效率，并最大限度地降低氮氧化物和硫氧化物等污染物的排放，采用高效清潔的氣體燃料燃燒技術(shù)作為產(chǎn)生高溫乏氧煙氣技術(shù)和發(fā)生裝置，利用氣體燃料的高效清潔燃燒所產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣作為煤料的直接加熱介質(zhì)；通過壓力差使高溫乏氧煙氣從高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I經(jīng)煙氣輸配管道2、立煙道分配管路3、立煙道6和設(shè)有煙氣孔5的煙氣通透墻7，直接進(jìn)入炭化室對煤料進(jìn)行高效的直接加熱。
[0064]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐及內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，簡化了現(xiàn)代煤干餾爐復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和工作原理，去除了煤氣和空氣輸配系統(tǒng)和相關(guān)輔助系統(tǒng)，在極大地提高系統(tǒng)熱效率的同時大大地簡化了煤干餾爐的加熱系統(tǒng)，因而大幅度降低了煤干餾爐的設(shè)計和建造成本；同時在相同基座面積的情況下獲得了可以用于擴大炭化室容量的空間，提高了煤干餾爐的有效空間利用率。在保持現(xiàn)代煤干餾爐中諸如炭化室錐度等基本幾何構(gòu)成和工程設(shè)計考慮的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的炭化室體積可以比現(xiàn)在通常結(jié)構(gòu)的煤干餾爐的炭化室體積更大,而且可以有更大和更靈活的設(shè)計空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]本發(fā)明有如下附圖:
[0066]圖1內(nèi)熱式煤干餾爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]圖2孔型高溫耐火磚的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]圖3內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0069]以下結(jié)合附圖對 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0070]本發(fā)明包括內(nèi)熱式煤干餾爐結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝兩個部分。
[0071]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其結(jié)構(gòu)如圖1所示(本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，取消了煤氣和空氣輸配系統(tǒng)和相關(guān)輔助系統(tǒng)。圖1中未顯示的煤干餾爐其它單元、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝技術(shù)和流程均可與現(xiàn)代煤干餾爐相同，采用現(xiàn)有技術(shù)實施，不再詳述。)，包括:
[0072]爐體，所述爐體設(shè)有若干并排的炭化室4，炭化室4用于填裝待進(jìn)行煤干餾的煤料，炭化室4與現(xiàn)代煤干餾爐的炭化室的功能和基本結(jié)構(gòu)相同，用于進(jìn)行焦煤炭化反應(yīng)，炭化室4的頂部設(shè)有3~4個尾氣出口，尾氣出口通過管路連接到焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)，所述焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)采用現(xiàn)有技術(shù)實施，不再詳述，
[0073]從高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣，經(jīng)過立煙道6直接送入各炭化室4，使炭化室4內(nèi)的煤料與高溫乏氧煙氣直接接觸進(jìn)行煤干餾。
[0074]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述炭化室4的左右兩側(cè)墻壁均為煙氣通透墻(亦稱為煙氣輸導(dǎo)墻)7，其前后兩側(cè)的機側(cè)和焦側(cè)墻壁、以及上下兩側(cè)墻壁的結(jié)構(gòu)、功能和砌墻材質(zhì)均采用與現(xiàn)有煤干餾爐相同設(shè)計(采用硅磚砌成)，在此不再詳述，
[0075]所述煙氣通透墻7上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5，
[0076]在煙氣通透墻7外側(cè)(外側(cè)指位于炭化室4外面的一側(cè))，沿?zé)煔馔ㄍ笁?長度方向設(shè)有若干間隔設(shè)置的立煙道6，每條立煙道6沿炭化室4的高度方向設(shè)置(參見圖1)，同一側(cè)的若干立煙道6優(yōu)選沿?zé)煔馔ㄍ笁?的長度方向等間隔設(shè)置，具體間隔可參考現(xiàn)有煤干餾爐的立火道的設(shè)置方式，不再詳述，
[0077]高溫乏氧煙氣能通過煙氣孔5自由的從立煙道6進(jìn)入炭化室4。
[0078]本發(fā)明中，在煙氣通透墻7上設(shè)置煙氣孔5，目的是將焦煤與周圍環(huán)境隔絕，只有高溫乏氧煙氣可以通過合理分布的煙氣孔5從立煙道6進(jìn)入炭化室?，F(xiàn)有的煤干餾爐，將炭化室4的墻體改造為本發(fā)明所述煙氣通透墻7，亦可采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案。
[0079]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述煙氣通透墻7采用高溫耐火磚砌成，且耐火磚在堆砌時預(yù)留縫隙構(gòu)成煙氣孔5 ；
[0080]或所述煙氣通透墻7采用孔型高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5 ；
[0081]或所述煙氣通透墻7采用孔型高溫耐火磚和高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔5。
[0082]顯然，根據(jù)上面所述，煙氣孔5還可以采用其他方式設(shè)置在煙氣通透墻7上。例如:磚體上設(shè)有槽體，該槽體為煙氣孔5的一部分，當(dāng)磚體堆砌后，相鄰的磚體上的槽體拼合，構(gòu)成完整的煙氣孔5。
[0083]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖2所示，每塊孔型高溫耐火磚上，所述煙氣孔5在豎直方向上，由上至下至少設(shè)有一排，圖2所示實施例設(shè)置了三排，
[0084]每排在水平方向上，至少設(shè)置一個。
[0085]即:每塊孔型高溫耐火磚上，至少設(shè)置1*1個煙氣孔5，煙氣孔5的設(shè)置數(shù)量還可以是1*2、2*2、2*3、3*2、3*3、2*4、3*4、4*4等，不再列舉。當(dāng)耐火磚在堆砌時預(yù)留縫隙構(gòu)成煙氣孔5時，煙氣孔5的數(shù)量、排`列方式亦可參照孔型高溫耐火磚上煙氣孔5的設(shè)置方式，根據(jù)需要合理設(shè)計。
[0086]煙氣孔5的截面可以是圓形、橢圓形、方形、長方形、棱形、梯形、三角形、梅花形或其他適合的異形孔輪廓。
[0087]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖2所示，煙氣孔5在炭化室側(cè)的煙氣孔出氣口 22的水平位置低于立煙道側(cè)的煙氣孔進(jìn)氣口 21。
[0088]煙氣孔出氣口的開口必須低于煙氣孔進(jìn)氣口，目的是為了確保在炭化室加裝煤料過程中不會發(fā)生碎煤或煤粉進(jìn)入并堵塞煙氣孔，保證煙氣孔的通透性。
[0089]更進(jìn)一步，所述煙氣孔出氣口 22的開口方向朝向斜下方。
[0090]更進(jìn)一步，所述煙氣孔出氣口 22為廣口。例如，所述廣口為喇叭口，且喇叭口大口徑的一端位于炭化室一側(cè)。
[0091]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，每個立煙道6的底部均與立煙道分配管路3連接，頂部封閉，所述立煙道分配管路3和煙氣輸配管道2連接，煙氣輸配管道2和高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I連接。
[0092]高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣，經(jīng)過煙氣輸配管道2 (主管道)高效均勻的輸配到每個立煙道分配管路3 (分支管道)；立煙道分配管路3最后將高溫乏氧煙氣送入立煙道6中。立煙道6、立煙道分配管路3、煙氣輸配管道2和高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I之間的具體管路連接方式，可按現(xiàn)有技術(shù)實施，不再詳述。作為優(yōu)選方案，同一側(cè)的立煙道6連通到一個立煙道分配管路3，以保障輸配管路系統(tǒng)的煙氣輸送效率。[0093]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I為能產(chǎn)生含氧量小于
0.5%的高溫乏氧煙氣的特殊設(shè)計的燃燒器。
[0094]高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I根據(jù)煉焦工藝過程需要產(chǎn)生溫度在600°C~1300°C的高溫乏氧煙氣。來自高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I溫度在60(TC~130(TC的煙氣首先經(jīng)煙氣輸配管道，被均勻的配輸送到各個立煙道分配管路；之后，進(jìn)入各個立煙道；最終通過煙氣通透墻中與立煙道相通的煙氣孔進(jìn)入炭化室。
[0095]本發(fā)明建議采用質(zhì)源恒泰清潔能源技術(shù)(北京)有限公司的LGC超低熱值工業(yè)廢氣燃燒技術(shù)及燃燒器，該采用LGC燃燒技術(shù)的燃燒器能將低熱值氣體燃料高效清潔地燃燒并產(chǎn)生含氧量小于0.2%的高溫乏氧煙氣。所述低熱值氣體燃料為高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或焦?fàn)t煤氣。
[0096]原則上，高溫乏氧煙氣為任何采用高效清潔燃燒技術(shù)和設(shè)備通過高溫乏氧燃燒而產(chǎn)生的含氧量小于0.5%煙氣，目的是為了確保整個干餾系統(tǒng)的高效和環(huán)保。低熱值氣體燃料建議采用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和本發(fā)明干餾爐尾氣等。LGC低熱值氣體燃燒技術(shù)是可以高效清潔地燃燒利用低熱值氣體燃料生產(chǎn)高溫乏氧煙氣的先進(jìn)和成熟的燃燒技術(shù)。由于該技術(shù)涉及其他領(lǐng)域的技術(shù)和設(shè)備，本發(fā)明不再詳述。
[0097]如上所述，本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，采用了完全不同的煤料加熱介質(zhì)和加熱方式，具體地說:采用高溫乏氧煙氣作為加熱介質(zhì)將煤料直接加熱，替代了以硅磚為熱傳導(dǎo)介質(zhì)間接加熱煤料的傳統(tǒng)方式。以高溫乏氧煙氣作為煤干餾的加熱介質(zhì)，可以在將高溫乏氧煙氣所攜帶的熱能直接作用到煤料的同時有效保障煤料與氧氣隔絕，從而實現(xiàn)高效的煤干餾。本發(fā)明的煤料加熱介質(zhì)和加熱方式簡單、直接、高效，大大簡化了現(xiàn)代煤干餾爐中復(fù)雜的煤氣和空氣系統(tǒng)以及立火道系統(tǒng)。
[0098]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述炭化室4的數(shù)量根據(jù)煤干餾的種類和要求不同可以為I~90或更多個不等。對于高·溫干餾的煤干餾爐，一般可以有60~70炭化室。而且，一般可以在很寬的范圍內(nèi)選擇炭化室的寬度(W)、高度(H)和長度(L)；比如每個炭化室寬度為400~800mm ;高度為5~8M ;長度為15~20M。
[0099]在每個炭化室的煙氣通透墻外側(cè)，沿長度方向根據(jù)需要均勻分布30~50個與其相鄰炭化室共享的立煙道，使高溫乏氧煙氣從立煙道均勻地輸送到與其兩側(cè)相鄰的炭化室內(nèi)。通過控制進(jìn)入炭化室乏氧煙氣的溫度、流量和加溫時間使溫度達(dá)到和維持使焦煤完成干燥、干餾和成焦所需要的溫度和時間。
[0100]本發(fā)明還給出了一種采用上述內(nèi)熱式煤干餾爐的內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，如圖3所示，具體包括:
[0101]內(nèi)熱式煤干餾爐32，
[0102]高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I通過煙氣輸配管道2連接到與內(nèi)熱式煤干餾爐32配套的立煙道分配管路3，
[0103]內(nèi)熱式煤干餾爐32的炭化室4設(shè)有尾氣出口，尾氣出口通過管路連接到焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)，
[0104]焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)產(chǎn)生干餾爐煤氣，所述干餾爐煤氣通過管路輸送回高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I作為氣體燃料或用于其它用途。
[0105]如圖3所示，所述焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)包括:[0106]除塵和余熱回收利用裝置33，炭化室4的尾氣出口通過管路與除塵和余熱回收利用裝置33連接，
[0107]煤焦油和其他化工成分回收裝置34，除塵和余熱回收利用裝置33通過除塵后煙氣管道與煤焦油和其他化工成分回收裝置34連接，煤焦油和其他化工成分回收裝置使煤氣與焦油分離，
[0108]焦?fàn)t尾氣清潔回收系統(tǒng)35，煤焦油和其他化工成分回收裝置34通過焦?fàn)t尾氣管道與焦?fàn)t尾氣清潔回收系統(tǒng)35連接，焦?fàn)t尾氣清潔回收系統(tǒng)收集煤氣(干餾爐煤氣)，
[0109]焦?fàn)t尾氣回收系統(tǒng)35設(shè)有配套的焦?fàn)t煤氣儲氣系統(tǒng)36，焦?fàn)t尾氣回收系統(tǒng)35回收得到的干餾爐煤氣存儲于焦?fàn)t煤氣儲氣系統(tǒng)36中，所述干餾爐煤氣可通過管路輸送回高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I作為氣體燃料或用于其它用途。
[0110]在內(nèi)熱式煤炭干餾過程中，由于高溫乏氧煙氣與煤干餾過程中從煤料中析出的煤氣和煙氣一起形成煉焦尾氣；因而，其煤干餾爐尾氣量大于現(xiàn)代煤干餾工藝，并且所回收的煤干餾爐煤氣的濃度或熱值也要相應(yīng)低些。這種煤氣可以作為高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I的理想燃料。
[0111]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐、內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，其與現(xiàn)代煤干餾爐在煉焦的加熱方式和傳熱方式上，以及相應(yīng)的煤干餾爐結(jié)構(gòu)上和工藝過程上具有本質(zhì)上的區(qū)別；然而，在煤料選配、裝料、熄滅焦、出焦、焦?fàn)t尾氣除塵和回收處理、焦油回收處理等等工序則采用相同 的工藝和設(shè)備。
[0112]本發(fā)明所述的內(nèi)熱式煤干餾爐的煤干餾過程如下:
[0113]步驟I，在完成煤料裝填工序后，高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置I開始向煤干餾爐輸送高溫乏氧煙氣，高溫乏氧煙氣經(jīng)煙氣輸配管道2、立煙道分配管路3進(jìn)入各個炭化室兩側(cè)煙氣通透墻外側(cè)的立煙道后，通過煙氣通透墻上的煙氣孔進(jìn)入炭化室，使炭化室內(nèi)煤料逐漸升溫開始煤干燥工序；
[0114]步驟2，炭化室中煤料的溫度由環(huán)境溫度升至高于100°C時，煤料中的水分蒸發(fā)出；溫度繼續(xù)升高到200°C以上時，煤料中結(jié)晶水釋出，焦?fàn)t尾氣含水量接近于零，完成煤料的干燥工序；
[0115]步驟3，在干燥工序結(jié)束前，可以開始將焦?fàn)t尾氣回收，隨著炭化室溫度的繼續(xù)升高，尤其是達(dá)到至約350°C以上時，對所回收的焦?fàn)t尾氣進(jìn)行除塵和煤氣與焦油的分離和回收處理；煤氣(主要成分是甲烷)作為氣體燃料，焦油作為化工原料；
[0116]步驟4，煤干餾:根據(jù)不同煤干餾工藝的需要和最終產(chǎn)品的要求，炭化室由高溫乏氧煙氣加熱到相應(yīng)溫度范圍而完成以下低、中、高溫干餾三種干餾工藝中的一種:
[0117]步驟4.1，炭化室內(nèi)煤料溫度約為500~600°C時，完成低溫煤干餾；大部分煤氣和焦油析出，并逐漸有半焦固化形成；
[0118]步驟4.2，炭化室內(nèi)煤料溫度約為700°C~900°C時，完成中溫煤干餾；半焦繼續(xù)分解析出余下的揮發(fā)物(主要成分是氫氣)，半焦失重同時進(jìn)行收縮，形成裂紋；
[0119]步驟4.3，炭化室內(nèi)煤料溫度約為950°C~1050°C時，完成高溫煤干餾；半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。
[0120]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0121]I)由于本發(fā)明采用了利用高溫乏氧煙氣作為加熱介質(zhì)的內(nèi)熱式煤干餾，煤干餾過程所需的能耗預(yù)計為現(xiàn)有外熱式煤干餾的三分之一，或更低；
[0122]2)煤干餾工藝過程的時間為現(xiàn)有工藝的四分之一，或更短；
[0123]3)本發(fā)明內(nèi)熱式煤干餾工藝的熱效率的巨大提升，干餾爐內(nèi)的加熱溫度在1000°C左右，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有煤干餾工藝的1300°C -1400°C。因而，大大降低了氮氧化物等污染物的產(chǎn)生和排放；
[0124]4)配合選用高效清潔的高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置，可以近一步大幅度提高內(nèi)熱式煤干餾工藝的能源效率和降低氮氧化物等污染物的產(chǎn)生和排放，達(dá)到煤干餾工藝的節(jié)能減排效果的最大化；
[0125]5)由于本發(fā)明中采用立煙道，其所占空間明顯小于現(xiàn)有煤干餾爐中采用的立火道；因而，在干餾爐大小相同的情況下，本發(fā)明的內(nèi)熱式煤干餾爐炭化室體積容量明顯大于現(xiàn)有煤干餾爐；
[0126]6)由于采用了內(nèi)熱式加熱方式，炭化室不需要采用硅磚來砌筑，因而大大降低了煤干餾爐的建造材料成本；
[0127]7)配合利用高效清潔的高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置1，可以大大地簡化煤干餾爐的結(jié)構(gòu)；因而，無需現(xiàn)有煤干餾爐所必需的蓄熱室和相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)備，也無需現(xiàn)有技術(shù)所需的脫硝設(shè)備等減排設(shè)備，從而近一步大大幅度地簡化干餾爐的結(jié)構(gòu)和大大降低了設(shè)備投資、建造成本和運行成本；
[0128]8)由于本發(fā)明內(nèi)熱式煤 干餾工藝的效率高、干餾時間短、干餾溫度和過程可控，其成焦均勻、焦炭品質(zhì)聞、焦油品質(zhì)聞。
[0129]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
[0130]附件:
[0131 ] 參考文獻(xiàn)(如專利/論文/標(biāo)準(zhǔn))
[0132]1.牛津大學(xué)燃料化學(xué)工業(yè)教研室編:《低溫干餾工程》，上冊，石油工業(yè)出版社，北京，1959
[0133]2.A.Elliott ed.，Chemistry of Coal Utilization, 2nd Sup.vol., JohnWiley&Sons, New York, 1981.[0134]3.趙杰等，內(nèi)熱式直立炭化爐干餾工藝及其改進(jìn)方向，《冶金能源》，2011年5月，30(3): 31-33。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)熱式煤干餾爐，包括爐體，其特征在于: 所述爐體設(shè)有若干并排的炭化室(4)，炭化室(4)用于填裝待進(jìn)行煤干餾的煤料， 從高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)產(chǎn)生的高溫乏氧煙氣，經(jīng)過立煙道(6)直接送入各炭化室(4)，使炭化室(4)內(nèi)的煤料與高溫乏氧煙氣直接接觸進(jìn)行煤干餾。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述炭化室(4)的左右兩側(cè)墻壁均為煙氣通透墻(7)，所述煙氣通透墻(7)上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔(5)， 在煙氣通透墻(7)外側(cè)，沿?zé)煔馔ㄍ笁?7)長度方向設(shè)有若干間隔設(shè)置的立煙道(6)，每條立煙道(6)沿炭化室(4)的高度方向設(shè)置， 高溫乏氧煙氣能通過煙氣孔(5 )自由的從立煙道(6 )進(jìn)入炭化室(4 )。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述煙氣通透墻(7)采用高溫耐火磚砌成，且耐火磚在堆砌時預(yù)留縫隙構(gòu)成煙氣孔(5); 或所述煙氣通透墻(7)采用孔型高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔(5)； 或所述煙氣通透墻(7)采用孔型高溫耐火磚和高溫耐火磚砌成，所述孔型高溫耐火磚上設(shè)有若干均勻分布的煙氣孔(5 )。
4.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:每塊孔型高溫耐火磚上，所述煙氣孔(5)在豎直方向上，由上至下至少設(shè)有一排，每排在水平方向上，至少設(shè)置一個。
5.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:煙氣孔(5)在炭化室側(cè)的煙氣孔出氣口( 22 )的水平位置低 于立煙道側(cè)的煙氣孔進(jìn)氣口( 21)。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述煙氣孔出氣口(22)的開口方向朝向斜下方。
7.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述煙氣孔出氣口(22)為廣口。
8.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:每個立煙道(6)的底部均與立煙道分配管路(3 )連接，頂部封閉，所述立煙道分配管路(3 )和煙氣輸配管道(2 )連接，煙氣輸配管道(2 )和高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)連接。
9.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)，為能產(chǎn)生含氧量小于0.5%的高溫乏氧煙氣的燃燒器。
10.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)熱式煤干餾爐，其特征在于:所述炭化室(4)的數(shù)量根據(jù)煤干餾的種類和要求不同為I~90個，或更多， 在每個炭化室的煙氣通透墻外側(cè)，沿長度方向根據(jù)需要均勻分布30~50個與其相鄰炭化室共享的立煙道。
11.內(nèi)熱式煤干餾系統(tǒng)，其特征在于，包括: 權(quán)利要求1~10任意之一所述的內(nèi)熱式煤干餾爐(32)， 高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)通過煙氣輸配管道(2 )連接到與內(nèi)熱式煤干餾爐(32 )配套的立煙道分配管路(3)， 內(nèi)熱式煤干餾爐(32 )的炭化室(4 )設(shè)有尾氣出口，尾氣出口通過管路連接到焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)， 焦?fàn)t氣回收處理利用系統(tǒng)產(chǎn)生干餾爐煤氣，所述干餾爐煤氣通過管路輸送回高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)作為氣體燃料或用于其它用途。
12.采用權(quán)利要求1~10任意之一所述的內(nèi)熱式煤干餾爐的煤干餾工藝方法，其特征在于，煤干餾過程如下: 步驟1，在完成煤料裝填工序后，高溫乏氧煙氣發(fā)生裝置(I)開始向煤干餾爐輸送高溫乏氧煙氣，高溫乏氧煙氣經(jīng)煙氣輸配管道(2)、立煙道分配管路(3)進(jìn)入各個炭化室兩側(cè)煙氣通透墻外側(cè)的立煙道后，通過煙氣通透墻上的煙氣孔進(jìn)入炭化室，使炭化室內(nèi)煤料逐漸升溫開始煤干燥工序； 步驟2，炭化室中煤料的溫度由環(huán)境溫度升至高于100°C時，煤料中的水分蒸發(fā)出；溫度繼續(xù)升高到200°C以上時，煤料中結(jié)晶水釋出，焦?fàn)t尾氣含水量接近于零，完成煤料的干燥工序； 步驟3，在干燥工序結(jié)束前，可以開始將焦?fàn)t尾氣回收，隨著炭化室溫度的繼續(xù)升高，尤其是達(dá)到至約350°C以上時，對所回收的焦?fàn)t尾氣進(jìn)行除塵和煤氣與焦油的分離和回收處理；煤氣作為氣體燃料，焦油作為化工原料； 步驟4，煤干餾:根據(jù)不同煤干餾工藝的需要和最終產(chǎn)品的要求，炭化室由高溫乏氧煙氣加熱到相應(yīng)溫度范圍而完成以下低、中、高溫干餾三種干餾工藝中的一種: 步驟4.1，炭化室內(nèi)煤料溫度約為500~600°C時，完成低溫煤干餾；大部分煤氣和焦油析出，并逐漸有半焦固化形成； 步驟4.2，炭化室內(nèi)煤料溫度約為700°C~900°C時，完成中溫煤干餾；半焦繼續(xù)分解析出余下的揮發(fā)物，半焦失重同時進(jìn)行收縮，形成裂紋； 步驟4.3，炭化室內(nèi)煤料溫度約為950°C~1050°C時，完成高溫煤干餾；半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。
【文檔編號】C10B57/00GK103666507SQ201310687796
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】陳曉輝 申請人:陳曉輝