一种热解炉及包含该热解炉的耦合多段减尘的小粒径低阶煤
热解设备
技术领域
[0001] 本实用新型涉及是小粒径低阶煤热解技术领域，尤其涉及一种热解炉及包含该热解炉耦合多段减尘的小粒径低阶煤热解设备。
背景技术
[0002] 煤炭是中国最主要的化石
能源之一，我国以煤为主的能源消费结构在未来较长的一段时期内不会改变。低阶煤包括
褐煤和低变质程度的
烟煤（长焰煤、不粘煤和弱粘煤），其探明储量约占全国煤炭资源储量的57%左右，已经成为了能源生产和供应的重要组成部分。近年来，随着综采技术的不断提高及采煤设备的大型化发展，碎煤率较高，而且由于低阶煤本身的机械强度较低，
稳定性较差，在生产及运输过程中亦会不断
破碎，因此目前煤炭生产中20mm以上的
块煤仅占3成左右，产生了数量巨大的小粒径低阶碎煤和粉煤。从化学
角度分析，低阶煤中蕴含较多的高挥发性成分，可以通
过热转化的途径提取出清洁的油、气等产品，并获取高品质的固体半焦，但是大部分的低阶煤尤其是小粒径煤多直接用于燃烧发电，未能实现资源的高效利用。将小粒径低阶煤进行热解获取清洁
燃料进而实现低阶煤资源的分级高效清洁利用对于降低我国油气能源对外依存度，减少煤炭利用环境污染，提高煤炭资源经济和社会价值，推动煤炭行业技术进步具有重要的意义。
[0003] 低阶煤热解技术从原理上，按加热方式分为外热式（热载体和煤间接换热）和内热式（热载体和煤直接
接触换热），按热载体的类型分为固体热载体（热半焦、热灰、热瓷球等）和气体热载体（热烟气、热煤气等）。目前工业上普遍应用的为内热式直立炉热解技术，采用30-80mm块煤，燃烧的热烟气在炉内与煤直接接触换热，但是热烟气在煤块之间流通需要通道，因此只能利用较大的块煤，不能利用小粒径的碎煤和粉煤，否则会造成气路堵塞。
[0004] 近年来，小粒径低阶煤热解技术开发速度较快，但是基本都处于实验室研发和中试放大试验阶段，尚未实现真正意义的工业化运行。经过实验室研发和中试放大等阶段已经验证实现小粒径低阶煤的热解不存在技术性难题，但是目前没有可工业化运行的热解技术其关键问题在于：热解过程产生大量的微细粉尘，并由热解产生的荒煤气夹带出反应器，同时高
粘度的焦油与热解油气夹带的粉尘难以有效分离，不仅极大增加了后续的煤气
净化负荷，而且极易发生焦油冷凝沉积，造成后续净化系统工艺管路堵塞，从而影响整体连续稳定运行。
[0005] 西北化工研究院提出了《一种低煤化度热解方法及采用该方法所得到的产品》实用新型
专利，专利
申请公布号CN 101880540 A，其工艺流程如图1所示，其工艺流程分为干燥、热解、
熄焦三段。原料煤经过干燥炉干燥后，进入外热式热解炉，热解后的半焦进入外部冷却熄
焦炉。高温荒煤气首先经过单个或多个间接冷却器，进行初冷，分离出部分焦油和
水，然后通过
氨水喷淋直接冷却，进一步深冷将焦油回收到氨水焦油澄清分离槽，喷淋除油后的煤气，通过电捕焦油器将其中的焦
油雾回收，最终获得净煤气。该方法的核心是一种内部设有蛟龙的外热式热解反应器，这种外热式反应器同时可作为干燥炉、熄焦炉使用，为套筒式结构，其核心反应器图2所示，外筒54和内筒53之间通入冷热介质（冷水、冷空气或热烟气），从而起到加热和冷却的作用，内部设有螺旋蛟龙52，由
电机驱动，推动物料前进。进煤口55设置在反应器一端的上方，热烟气自热烟气入口56进入，自热烟气出口58排出，反应器内部产生的荒煤气自荒煤气出口57排出，热解后的半焦自出焦口59排出。
[0006] 该实用新型的实质可以认为是外部夹套带有加热或者制冷功能的螺旋输送器，该技术方案的主要缺点是：①热烟气在内外筒之间运行，容易发生
短路，从入口到出口只流过最短捷径，造成内筒桶壁各部位加热不均匀；②螺旋绞龙只能推动物料向前平行移动，靠近桶壁的物料
温度高，远离桶壁的物料温度低，物料之间的
传热速率低，造成热解过程物料热解程度不一，同时降低了传热效率；③进出料落差较大，没有解决热解反应器内细微颗粒扬尘的问题，极容易造成荒煤气中粉尘含量高。实用新型内容
[0007] 本实用新型目的在于提供一种小粒径低阶煤热解的工艺技术，可以实现较高的传热效率、极小的粉尘夹带和良好的除尘效果，获得高品质的半焦、煤气、焦油产品。
[0008] 首先本实用新型提供一种热解炉，包含热解室，热解室设置有进煤口、出焦口及
传动轴，其重点改进在于：所述热解炉包含有为热解室供热的
燃烧室；所述传动轴上设置有将煤料自进煤口输送至出焦口的旋转内构件。所述旋转内构件为成对依次设置在传动轴上的刮板，每个刮板自传动轴向轴
外延伸设置；每一对刮板相对设置在传动轴的同一平面，相邻的两对刮板的设置平面互相垂直；每一对刮板中的一个刮板与传动轴相交面的倾斜的方向是自进煤口向出焦口呈锐角倾斜，与之相对设置的另一个刮板绕轴旋转180度后与之情况相同。其中，所述刮板与传动轴之间倾斜锐角的范围为30度至60度。
[0009] 本实用新型中采用外热式加热，同时配合旋转内构件对物料进行翻转扰动，较大幅度提高传热效率的同时抑制粉尘产生，铲式推进方式，更利于煤料的均匀受热，反应效率高。热解室内设置除尘内构件，通过旋转内构件耦合碰撞惯性除尘的热解反应器结构设计，最小化荒煤气粉尘夹带，降低后续净化难度。
[0010] 再者，所述燃烧室位于热解室下方，燃烧室内依次设置多个
燃烧器；自燃烧室向上延伸至热解室的两侧形成有热烟气通道。
[0011] 其中，所述燃烧室内设置有燃烧器，所述燃烧器位于热解室前端进煤口下方，所述燃烧室与热烟气通道连接；所述热烟气通道自热解室底部前端延伸至后端，并从底部后端延伸至热解室侧面，且自热解室侧面后端迂回延伸至热解室侧面前端，并自热解室侧面前端延伸出热解室。如此设置，通过热烟气通道迂回怀抱热解炉的各个部分，可达到提高热解效率，降低成本投入的效果。
[0012] 此外，为了进一步的降低荒煤气中粉尘，所述热解室顶部设置有粉尘预沉降气室；其中，所述粉尘预沉降气室内设置有除尘内构件；所述除尘内构件为
单层或多层的格栅或之形碰撞隔板、大孔径金属格网。
[0013] 本实用新型中在热解室内平缓化物料运动抑制粉尘产生并耦合带有除尘内构件的除尘气室，进一步的抑制扬尘，降低后续反应粉尘的夹带。
[0014] 另外，本实用新型还提供一种耦合多段减尘的小粒径低阶煤热解设备，包含偏心螺旋干燥器、热解炉、熄焦器，所述热解炉，包含热解室，热解室设置有进煤口、出焦口及传动轴，其重点改进在于：所述热解炉包含有为热解室供热的燃烧室；所述传动轴上设置有将煤料自进煤口输送至出焦口的旋转内构件；所述旋转内构件为成对依次设置在传动轴上的刮板，每个刮板自传动轴向轴外延伸设置；每一对刮板相对设置在传动轴的同一平面，每一对刮板中的一个刮板与传动轴相交面的倾斜的方向是自进煤口向出焦口呈锐角倾斜，与之相对设置的另一个刮板绕轴旋转180度后与之情况相同。其中，所述刮板与传动轴之间倾斜锐角的范围为30度至60度。
[0015] 本方案中，所述燃烧室内设置有燃烧器，所述燃烧器位于热解室前端进煤口下方，所述燃烧室与热烟气通道连接；所述热烟气通道自热解室底部前端延伸至底部后端，并从底部后端延伸至热解室侧面，且自热解室侧面后端迂回延伸至热解室侧面前端，并自热解室侧面前端延伸出热解室。
[0016] 其中，所述热解室顶部设置有粉尘预沉降气室；所述粉尘预沉降气室内设置有除尘内构件。
[0017] 此外，还包含有高温
除尘器、列管式冷却器及电捕焦油器；所述热解炉连接高温除尘器，所述高温除尘器连接列管式冷却器，所述列管式冷却器连接电捕焦油器。
[0018] 其中，所述高温除尘器内设置有一级除尘金属滤网和二级除尘金属滤网，其中一级除尘金属滤网为100目，二级除尘金属滤网为200目。
[0019] 本实用新型中采用外热式加热，同时配合旋转内构件对物料进行翻转扰动，较大幅度提高传热效率的同时抑制粉尘产生，铲式推进方式，更利于煤料的均匀受热，反应效率高。热解室内设置除尘内构件，通过旋转内构件耦合碰撞惯性除尘的热解反应器结构设计，最小化荒煤气粉尘夹带，降低后续净化难度。热解室内平缓化物料运动抑制粉尘产生并耦合带有除尘内构件的除尘气室，进一步的抑制扬尘，降低后续反应粉尘的夹带。低粉尘含量荒煤气经过热态金属网过滤除尘，将夹带粉尘除去，降低焦油中粉尘含量，提高焦油品质。
[0020] 上述方案的优点在于。
[0021] （1）本实用新型提高外热式热解的传热效率。
[0022] 采用卧式外热式热解反应器、热烟气加热反应器壁，然后传热给煤料，反应器内部设传动内构件，煤料在传动内构件的带动下螺旋前进，除了向前运动外，上层物料缓慢移动到贴近反应器壁的下层
位置，下层加热的物料逐步移动到上层。因此低温物料都可以和高温反应器壁接触，温度差较大，同时冷热物料在运动中也会混合进而发生传热，传热效率相比较于普通的外热式热解具有较高的传热效率。
[0023] （2）抑制热解过程中颗粒扬尘，最小化荒煤气粉尘夹带。
[0024] 物料在反应器内的运动均处于表面滑动状态，同时旋转内构件旋转速度慢，最大限度地抑制颗粒的运动，因此从源头尽可能避免了扬尘产生；热解反应器上部耦合降尘室，通过特殊的“之”形结构设计，荒煤气在上升阶段会受到惯性碰撞除尘和粉尘重
力沉降双重降尘作用，离开降尘室后荒煤气中粉尘夹带量极小。
[0025] （3）荒煤气夹带粉尘高温油尘分离，提高焦油品质。
[0026] 离开粉尘预沉降气室后的荒煤气夹带极少量的微细颗粒，进入热态金属网过滤除尘器，经过100目（0.147mm）和200目（0.074mm）两级金属网过滤后，进入焦油冷凝捕收器，冷凝后的焦油进入焦油
存储器，高温除尘器外层由为热解反应器加热后的废烟气进行加热，提高
能量利用效率。
附图说明
[0027] 图1为
现有技术中一种低煤化度热解方法的原理图。
[0028] 图2为现有技术中一种内部设有螺旋蛟龙的外热式热解反应器。
[0029] 图3为本实用新型一种耦合多段减尘的小粒径低阶煤热解工艺路线图。
[0030] 图4为本实用新型中外热式干燥器的侧面结构示意图。
[0031] 图5为本实用新型中外热式干燥器的截面示意图。
[0032] 图6为本实用新型中热解炉的侧面结构示意图。
[0033] 图7为本实用新型中热解炉的截面示意图。
[0034] 图8为本实用新型中热解炉的另一种烟气通道侧面图。
[0035] 图9为本实用新型中热态金属网过滤除尘器示意图。
[0036] 图10为本实用新型中刮板的结构示意图。
[0037] 图号说明。
[0038] 1-外热式干燥器；2-热解炉；3-熄焦器；4-高温除尘器；5-列管式冷却器；6-电捕焦油器；7-进煤管线；8-水汽排出管线；9-干燥煤进入反应器管线；10-高温半焦进入熄焦器管线；11-冷却半焦排出管线；12-高温荒煤气进入除尘器管线；13-高温煤气进入冷却器管线；14-冷却后煤气进入电捕焦油器管线；15-净煤气排出管线；16-部分煤气回炉管线；17，18，
19-焦油和水排出管线；20-空气进入燃烧室管线；21-部分热废气进入干燥器管线；22-部分热废气进入高温除尘器管线；23，24-热废气排出管线；25-高温除尘器排灰口；26-其他燃气进入燃烧室管线。
[0039] 101-
驱动电机；102-减速机；103-进煤口；104-加
热层；105-螺旋
叶片；106-水汽出口；107-出煤口；108-热气入口；109-热气出口；110-螺旋叶片；111-干燥器外筒壁；112-传动轴。
[0040] 201-驱动电机；202-减速机；203-进煤口；204-传动轴；205-旋转内构件；206-荒煤气出口；207-高温半焦出口（出焦口）；208-粉尘沉降气室；209-热解室；210-保温层；211-除尘内构件；212-热烟气通道；213-燃烧室。
[0041] 401-含尘荒煤气入口；402-热烟气入口；403-热烟气出口；404-一级除尘金属滤网；405-二级除尘金属滤网；406-净煤气出口；407-热烟气通道；408-粉尘排出口。
具体实施方式
[0042] 如图3所示，其为本实用新型一种耦合多段减尘的小粒径低阶煤热解工艺路线图。从结构上看，整套工艺包含的设备有：外热式干燥器1，热解炉2，熄焦器3，高温除尘器4，列管式冷却器5，电捕焦油器6。外热式干燥器1连接热解炉2，热解炉2连接熄焦器3，形成固体处理路径。热解炉2连接高温除尘器4，高温除尘器4连接列管式冷却器5，列管式冷却器5连接电捕焦油器6，形成煤气处理路径。
[0043] 如图4和图5所示，其为本实用新型中的外热式干燥器的结构示意图。其包含驱动电机101，减速机102，进煤口103，加热层104，螺旋叶片105；水汽出口106，出煤口107，热气入口108，热气出口109，螺旋叶片110，干燥器外筒壁111和传动轴112。
[0044] 外热式干燥器1（又称：螺旋干燥器）为偏心螺旋结构，由驱动电机101连接减速机102驱动传动轴112，传动轴112上设置螺旋叶片105，螺旋叶片105和干燥器外筒壁111为偏心设计，如图5所示，螺旋叶片底部与筒壁底部相切，上部远离筒壁顶部，因此上层空间较大，便于水汽逸出。干燥器外筒壁111外围为热烟气流动空腔，即加热层104。下述热解炉2的燃烧室213燃烧产生热烟气先给热解炉加热后，余热通过热气入口108进入螺旋干燥器外围加热层104，给干燥器进行加热，并自热气出口109排出。本实用新型的原料适用于20mm以下小粒径褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤。筛分后的原料煤自进煤口103进入外热式干燥器1，在螺旋叶片110的作用下，自一端输送至另一端，在输送过程中进行间接加热干燥，并自出煤口107排出。
[0045] 干燥后的煤样经过料封器（图中未标示）及连接管滑动进入热解炉2。本实用新型热解炉2由燃烧室213、热解室209、粉尘预沉降气室208三部分组成，如图6和图7所示，燃烧室213位于底部，采用
天然气、
液化石油气或者煤气与空气混合进行燃烧，热烟气首先聚集在热解炉2底部给热解室209煤料进行加热，具体的实现方式可以是在燃烧室213内依次设置多个燃烧器，燃烧器的供热面积布满热解室209的下方，此种情况下，热解室209的两侧形成热烟气通道212，可以为热解室的侧面提供热量，如图8所示，具有另一种供热方式，具体来讲，所述燃烧器位于热解室209前端进煤口203下方，所述燃烧室213与热烟气通道212’连接；所述热烟气通道212’自热解室209底部前端延伸至底部后端，并从底部后端延伸至热解室209侧面，且自热解室209侧面后端迂回延伸至热解室209侧面前端，并自热解室209侧面前端延伸出热解室209,为热解室209和粉尘预沉降气室208
侧壁保温，并最终在热解炉2顶部排入干燥器1加热层104及除尘器保温夹层。
[0046] 如图6所示，所述热解炉2还包含驱动电机201，驱动电机201连接减速机202，驱动传动轴204，所述驱动传动轴204上间隔设置有多个旋转内构件205，每个旋转内构件205中心设置在传动轴204上，并与传动轴204呈倾斜设置。热解炉2一侧设置有进煤口203，另一侧设置有出焦口207，热解室209上端设置有除尘内构件211，荒煤气出口206和热烟气通道212，热解炉2外壁设置有保温层210。
[0047] 其中，如图7所示，所述旋转内构件205为成对依次设置在传动轴204上的直板或桨状刮板，每个刮板自传动轴204向轴外延伸设置；每一对刮板相对设置在传动轴204的同一平面，相邻的两对刮板的设置平面互相垂直；如图6及图10所示，每一对刮板中的一个刮板与轴相交平面的倾斜的方向是自进煤口203向出焦口207呈锐角倾斜，与之相对设置的另一个刮板绕轴旋转180度后与之情况相同。所述刮板与传动轴204之间倾斜锐角的范围为30度至60度。
[0048] 煤料从热解室209上部倾斜滑入，在旋转内构件205的驱动下，由前向后螺旋式滑动前进，并在热解室209的后部滑入出焦口207至熄焦器3进行间接冷却熄焦。热解炉2的热解室209主体及旋转内构件205选用310S不锈
钢，热烟气通道212选用304L
不锈钢材质，燃烧室213由
耐火砖砌成，整体炉体外围由
硅酸
钙板、陶瓷
纤维棉等材质形成保温层210。物料在热解炉内
停留时间80-160min，热解温度500-800℃，旋转内构件205的旋转速度为0-5r/min。旋转内构件205的驱动电机采用变频电机，无级变速可调，由此控制煤料的停留时间。
[0049] 煤料与热烟气逆流间接换热，干燥产生的热
蒸汽进入水汽
冷凝器进行收集。煤料在偏心螺旋干燥器内停留时间为20-40分钟，螺旋干燥器外围空腔热烟气温度为350-400℃，进入干燥器的煤料水分约为8-10%，干燥后煤样水分在2%以下。螺旋干燥器材质采用耐高温钢材，螺旋杆优选304不锈钢材质，外筒选用Q245R或Q345钢材。偏心螺旋干燥器由变频电机驱动，由此控制物料停留时间。
[0050] 热解后的高温半焦由出焦口207进入熄焦器3，熄焦器3为间冷式同心螺旋熄焦器，螺旋输送器外围为水冷套，由
循环水进行间接换热制冷，进入熄焦器的热态半焦温度为600-750℃，在螺旋输送器内停留20-30分钟左右，熄焦器出口半焦
温度控制为50-60℃左右。熄焦器由变频电机驱动，由此控制物料停留时间。
[0051] 热解炉2产生的荒煤气首先进入热态金属网过滤除尘器4，高温除尘器4结构示意图如图8所示，其具有含尘荒煤气入口401，热烟气入口402，热烟气出口403，一级除尘金属滤网404，二级除尘金属滤网405，净煤气出口406，热烟气通道407和粉尘排出口408，其中一级除尘金属滤网404为100目，二级除尘金属滤网405为200目。含尘荒煤气先后经过100目和200目两级金属网进行过滤除尘。热态除尘器为夹套式除尘器，由热解炉产生的废热烟气进入除尘器外层夹套进行保温，确保焦油蒸汽不发生冷凝，过滤网通过震荡反吹将过滤下来的细微颗粒排至出灰口。高温除尘器的
工作温度为380-480℃，优选为400-450℃。
[0052] 除尘后的高温荒煤气进入冷却系统，冷却系统由一级或多级列
管式换热器组成，冷凝下的焦油和水进入油水存储分离器内进行下一步分离，列管式冷凝器由循环水或乙二醇水溶液等高效循环制冷剂进行冷却，冷却后的荒煤气温度控制在20℃以下，冷却后的荒煤气仍含有一定的雾状焦油，进入电捕焦油器进行深度净化，分离后收集焦油和净煤气。净煤气部分返回热解炉燃烧室进行燃烧，部分外送。
[0053] 如图3所示，其为本实用新型的工艺
流程图，粒度≤20mm的小粒径原料煤经进煤管线7进入偏心螺旋干燥器1中，与来自部分热废气进入干燥器管线21的300-400℃的高温烟气进行逆流间接换热。干燥过程中产生的水汽经由水汽排出管线8进入
水汽冷凝收集系统。换热后的热烟气经热废气排出管线23进入废气余热回收系统。
[0054] 经干燥器的干燥煤料经干燥煤进入反应器管线9进入热解炉2，在热解室内发生热解生成半焦、焦油蒸汽和煤气，最终热解温度为500-800℃。
[0055] 热解室产生的高温半焦经高温半焦进入熄焦器管线10进入间冷螺旋熄焦器3，冷却至约50℃后作为半焦产品产出。
[0056] 热解炉产生的荒煤气首先经高温荒煤气进入除尘器管线12进入热态金属过滤除尘器4，除尘器运行温度为380-480℃，荒煤气中夹带的极细粉尘会被过滤下来，并经过高温除尘器排灰口25排出。热解炉的排出的部分废热烟气经部分热废气进入高温除尘器管线22进入过滤除尘器4的保温夹层给除尘器进行保温，从除尘器排出的废热烟气经热废气排出管线24与来自管线23的废烟气混合进入废热回收系统。
[0057] 净化后的高温荒煤气含有水蒸气、焦油蒸汽和煤气，经高温煤气进入冷却器管线13由除尘器排入冷却系统5，冷却系统5由一组或多组列管式换热器组成，由循环
冷却水或乙二醇水溶液等高效制冷剂进行间接换热制冷至20℃以下，将大部分的焦油和水冷凝成液体，冷却收到的焦油和水经焦油和水排出管线17进入焦油和水分离器。
[0058] 冷却后的煤气中含有一定量的焦油雾，经冷却后煤气进入电捕焦油器管线14进入电捕焦油器6进行深度净化，电捕焦油器6捕集到的焦油和水经焦油和水排出管线18与冷却系统5收集到的焦油和水混合进入管线19排入焦油和水分离器。
[0059] 经过电捕焦油器6净化后的煤气一部分经过净煤气排出管线15送入煤气存储设施或外送至下一工序，另一部分通过部分煤气回炉管线16返回至热解反应器2的燃烧室与来自管线20的空气混合燃烧，也可以由来自其他燃气进入燃烧室管线26的其他更低热值的如人工煤气等燃料气替代，从而节省富含甲烷的热解煤气。燃烧后产生的高温烟气给热解室煤料加热后，经过迂回烟道给热解室立壁和上方耦合的沉降除尘室保温，最后由热废气排出管线23和24排出。
