一种分级、干燥和干冷却装置及方法 |
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| 申请号 | CN202210697071.6 | 申请日 | 2022-06-20 | 公开(公告)号 | CN115213028A | 公开(公告)日 | 2022-10-21 |
| 申请人 | 大连理工大学; | 发明人 | 冯艳春; 徐绍平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种分级、干燥和干冷却装置及方法，利用包括旋 风 分离器与沉降分离器的装置，通过调控各自进风的速度和 温度 ，在分级的同时实现不同粒径物料干燥程度的调控，或有效冷却固体物料的同时实现物料的分级及其携带粉尘的脱除。装置结构简单，操作方便，分级粒径和装置功能可灵活切换，分级、干燥和干冷却效果优异。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种分级、干燥及干冷却装置，其特征在于：包括细/轻颗粒收集器(1)、二级旋风分离器(2)、类旋风分离器(3)、沉降干燥/冷却管(4)和粗/重颗粒收集器(5)；所述的细/轻颗粒收集器(1)和二级旋风分离器(2)相连并为一体，二级旋风分离器(2)顶部中央设置有插入其内的尾气出口(6)；二级旋风分离器(2)通过连接管(7)与类旋风分离器(3)相连通；类旋风分离器(3)由圆筒部、上圆锥部和下圆锥部组成，圆筒部切向设置一次风入口(8)，圆筒部上部设置颗粒入口(9)，上圆锥部与连接管(7)相连，下圆锥部与沉降干燥/冷却管(4)上部相连；沉降干燥/冷却管(4)下部与粗/重颗粒收集器(5)上部相连；沉降干燥/冷却管(4)下部或粗/重颗粒收集器(5)上侧设置有二次风入口(10)； |
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| 说明书全文 | 一种分级、干燥和干冷却装置及方法技术领域[0001] 本发明属于粉体加工技术领域，涉及一种分级与干燥同步及干冷却、分级与除尘同步的装置及方法。 背景技术[0002] 固体颗粒物料的分级和干燥是化工过程的重要预处理技术。常规的分级和干燥过程在单独的反应器中进行，这样就形成了两个工艺路径，即先分级后干燥和先干燥后分级。若对颗粒物料先分级后干燥，分级器负荷大，成本高，且水分的存在导致颗粒粘附致使分级效率低；若对颗粒物料先干燥后分级，由于不同颗粒的干燥速率不同，导致同时送入干燥器而同时排出的颗粒物料水分含量无法有效调控，进而无法满足后续处理的工艺需求。 [0003] 另外，熄焦技术是焦化行业里的一项重要节能环保技术。所谓干熄焦是指高温焦炭在干熄焦炉内被惰性循环气体逐步冷却。国内干熄焦炉的设计始终是沿用日本发明的干熄焦技术思路，其包括预存段、斜道、环形风道和冷却段。但作为缓冲作用的预存段占炉体高度近30％，造成本体结构增大，建设和设备装置投资大，而且后期使用和维护成本高；20多个单牛腿支撑结构的斜道，应力大，使用寿命短；环形风道由于悬空支撑，内外压差大，容易出现异常垮塌。且由于循环气体在环形风道内的流速较快，挡墙承受较大的冲击力，且上部挡墙长期受热膨胀，容易出现变形，强度下降，砖极易脱落，对本体支撑能力减弱，甚至引起挡墙整体下沉。另外，为了脱除升温后的循环气体携带的焦粉并回收其携带的热量，熄焦介质需经过一次除尘器、余热锅炉、二次除尘器、循环风机、列管换热器等处理后才能循环利用。由于传统干熄炉顶部未设置用于分离焦粉的上层空间，被循环气体带走的焦粉较多，除尘后的循环气体仍含有部分焦粉，其容易对余热锅炉的汽水管道造成磨损，影响余热锅炉的使用寿命，严重时甚至引起其汽水管道破裂，从而影响干熄焦设备的正常运行；同时，被冷却的焦炭经过分级后才能满足后续不同工艺过程对焦炭粒度的需求。这也造成干熄焦、熄焦气的除尘与焦炭的分级在不同的反应器内进行，工艺流程复杂，成本高。 [0004] 中国发明专利CN201710298244.6及中国实用新型专利CN201720468785.4公开了一种颗粒分级方法和装置。装置包括旋风分离器、沉降分级器、粗/重颗粒组收集器和细/轻颗粒组捕集器；所述的旋风分离器筒体顶部中央连接尾风出气管的入口端，入口端不伸入旋风分离器内部，尾风出气管的出口端与细/轻颗粒组捕集器相连；所述的旋风分离器筒体的中下部设有一次风进气管；所述的旋风分离器筒体底部为锥体结构，与沉降分级器顶部相连；所述的沉降分级器底部连接粗/重颗粒组收集器，沉降分级器下部或粗/重颗粒组收集器上部设有二次风进气管。装置利用混合粒径/密度颗粒物料中粗/重颗粒与细/轻颗粒离心力和终端速度的差异，通过调节一次风和二次风气速可实现切割粒径灵活调变，且装置结构简单，操作方便。虽然该装置可应用于常温/高温颗粒分级环境，但混合颗粒与一次风从同一入口切向输入旋风分离器，颗粒和气流对装置器壁的局部冲击力大，分级高温物料时更为严重，从而影响装置的使用寿命；同时，旋风分离器底部切向进气，颗粒在初级旋风分离器内的停留时间短，分散效果有限，会影响分级效率；另外，为保证颗粒的输送及颗粒的分级，所需一次风气量大，造成尾气处理量大，运行成本高。 发明内容[0006] 一种分级、干燥及干冷却装置包括细/轻颗粒收集器(1)、二级旋风分离器(2)、类旋风分离器(3)、沉降干燥/冷却管(4)和粗/重颗粒收集器(5)；其中，细/轻颗粒收集器(1)和二级旋风分离器(2)相连并为一体，二级旋风分离器(2)顶部中央设置有插入其内的尾气出口(6)；二级旋风分离器(2)通过连接管(7)与类旋风分离器(3)相连通；类旋风分离器(3)由圆筒部和上、下圆锥部组成，圆筒部切向设置一次风入口(8)，圆筒部上部设置颗粒入口(9)，上圆锥部与连接管(7)相连，下圆锥部与沉降干燥/冷却管(4)上部相连；沉降干燥/冷却管(4)下部与粗/重颗粒收集器(5)上部相连；沉降干燥/冷却管(4)下部或粗/重颗粒收集器(5)上侧设置有二次风入口(10)。 [0007] 所述的颗粒入口(9)为竖直或倾斜的输入口，而一次风入口(8)设置在颗粒入口(9)的下方；或所述的一次风入口(8)和颗粒入口(9)为同一切向入口，其可设置在类旋风分离器(3)圆筒部的上部，中部或下部；当设置于类旋风分离器(3)圆筒部上部时，其与上圆锥部下缘平齐；当设置于类旋风分离器(3)圆筒部下部时，其与下圆锥部上缘平齐。 [0008] 所述的初级旋风分离器(3)的圆筒部与沉降干燥/冷却管(4)的管径比为8:1～2:1； [0009] 所述沉降干燥/冷却管(4)的高径比为20:1～5:1； [0010] 所述的粗/重颗粒收集器(5)下侧可设置三次风入口(11)，以强化干燥或干冷却的效果。 [0011] 一种颗粒分级与干燥同步方法，过程如下： [0012] 混合颗粒物料与一次干燥介质通过颗粒入口(9)和一次风入口(8)进入类旋风分离器(3)后，一次干燥介质形成旋转向上气流，由于离心力作用颗粒物料逐渐移向类旋风分离器(3)的器壁。粗/重颗粒物料的质量大，移动/偏析速度大于细/轻颗粒物料，使粗/重颗粒物料夹带部分细/轻颗粒物料与器壁碰撞摩擦后沉积，沉积的颗粒物料在重力作用下以一定的初始速度落入沉降干燥管(4)。同时，二次风入口(10)输入一定温度的二次干燥介质或/和三次风入口(11)输入一定温度的三次干燥介质，此时二次风和三次风亦作为分级气。根据颗粒物料终端速度与二次干燥介质和/或三次干燥介质在沉降干燥管(4)内形成的干燥介质气速相对大小实现颗粒的分级。沉降的粗/重颗粒物料终端速度大于干燥介质的气速时，所受曳力小于重力，其加速向下运动最终穿过沉降干燥管(4)进入粗/重颗粒收集器(5)；同时，粗/重颗粒物料在类旋风分离器(3)与一次风直接接触换热，及在沉降干燥管(4)下降过程中与粗/重颗粒收集器(5)上端输入的干燥介质直接接触换热，颗粒物料被逐渐预热，其水分被逐渐脱除；当三次风入口(11)输入三次干燥介质时，粗/重颗粒物料与三次干燥介质在粗/重颗粒收集器(5)内逆流接触继续升温，以延长大颗粒与干燥介质的接触时间，有效调控大颗粒水分含量，最终达到干燥要求的粗/重颗粒存储在粗/重颗粒收集器(5)。此时，粗/重颗粒的粒径大，三次干燥介质可顺利穿过其在粗/重颗粒收集器(5)内形成的床层，装置压力波动小。夹带的细/轻颗粒物料终端速度小于干燥介质的速度，所受曳力大于重力，先减速向下运动而后被吹回类旋风分离器(3)，并入一次风携带的细/轻颗粒物料在一次、二次和/或三次干燥介质共同形成的上升气流的携带下经过连接管(7)进入二级旋风分离器(2)；同时，细/轻颗粒物料与气流接触换热，其水分被逐渐脱除，在二级旋风分离器(2)经过气固分离后存储在细/轻颗粒收集器(1)，气体由尾风出口(6)排出。 [0013] 所述的二次和三次干燥介质的温度为120～300℃，二次或/和三次干燥介质在沉降干燥管(4)形成的流速为2～30m/s； [0014] 所述的一次干燥介质的温度小于300℃； [0015] 所述的固体颗粒物料的粒径不大于25mm，进料速率为3～25kg/h； [0017] 所述的干燥介质为惰性气体、烟气、煤气、空气的一种或几种。 [0018] 一种干冷却、分级与除尘同步的方法，另一种过程如下： [0019] 高温物料与一次冷却介质由颗粒入口(9)和一次风入口(8)进入类旋风分离器(3)，一次冷却介质形成旋转向上气流，由于离心力作用高温粗/重物料夹带部分细/轻物料移向类旋风分离器(3)器壁，粗/重物料由于质量大，移动/偏析速度大于细/轻物料，其与器壁碰撞摩擦后沉积。沉积的高温物料在重力作用下以一定的初始速度落入沉降冷却管(4)。同时，二次风入口(10)输入二次冷却介质或/和三次风入口(11)输入三次冷却介质。根据颗粒物料终端速度与二次和/或三次冷却介质在沉降冷却管(4)内的气速相对大小实现颗粒的分级。沉降的高温粗/重物料终端速度大于冷却介质的气速，所受曳力小于重力，其加速向下运动最终穿过沉降冷却管(4)进入粗/重颗粒收集器(5)；同时，高温粗/重物料在类旋风分离器(3)与一次冷却介质直接接触换热，及在沉降冷却管(4)下落过程中与二次和/或三次冷却介质直接接触换热，高温物料被逐渐冷却，冷却介质逐渐升温，冷却后的固体粗/重物料被收集在粗/重颗粒收集器(5)；当三次风作冷却介质输入时，粗/重物料与三次冷却介质逆流接触继续降温，以强化熄焦效果。而粗/重物料夹带的细/轻物料终端速度小于二次和/或三次冷却介质的速度，所受曳力大于重力，先减速向下运动而后被吹回类旋风分离器(3)，并入一次冷却介质携带的剩余部分细/轻物料在一次、二次和/或三次熄焦介质共同形成的上升气流的携带下经过连接管(7)进入二级旋风分离器(2)；同时，在二级旋风分离器(2)内细/轻颗粒物料由于重力作用与气流分离，同时被气流冷却，最终被捕集、存储在细/轻颗粒收集器(1)，气流由尾风出口(6)排出。 [0020] 所述高温物料的温度不高于900℃，进料速率为3～20kg/h，粒径不大于25mm； [0021] 所述的一次冷却介质的流速为2.5～20m/s； [0022] 所述的二次和/或三次冷却介质的在沉降冷却管(4)内的流速为2.5～25m/s； [0023] 所述的冷却介质为惰性气体、循环熄焦气和烟气的一种或几种，温度不高于150℃； [0024] 所述的固体产物为煤焦、活性炭、塑料等；进一步，所述的干冷却、分级与除尘同步的方法适用于化工生产中固体产物的固体物料的冷却、分级及产物的除尘。 [0025] 本发明将颗粒分级与干燥过程及颗粒的干冷却、分级与除尘过程集成于同一个装置，通过调整不同进气位置气体的气速和温度，可以实现不同粒径物料干燥程度的单独调控，可以实现固体物料的有效干冷却、物料的分级及其携带粉尘的有效脱除。该装置可有效降低高温物料对器壁的局部冲击力，可避免高温气体对装置的冲蚀，有效延长了装置的使用寿命。同时，气体用量小且可循环利用，有效降低了运行成本，节能安全。该方法干燥与分级效率高，冷却、除尘与分级效率高，冷却介质粉尘含量低可有效循环应用，操作过程简单、运行过程可灵活调控。附图说明 [0026] 图1为分别设有一次风入口和颗粒入口的本发明装置结构示意图。 [0027] 图2为一次风入口和颗粒入口为同一入口的本发明装置结构示意图。 [0028] 图中： [0029] 1细/轻颗粒收集器；2二级旋风分离器；3类旋风分离器； [0030] 4沉降干燥/冷却管；5粗/重颗粒收集器；6尾风出口；7连接管；8一次风入口； [0031] 9颗粒入口；10二次风入口；11三次风入口。 具体实施方式[0032] 以下结合技术方案和附图通过实施例对本发明进行详细叙述。 [0033] 实施例1 [0034] 本发明利用如附图1所示装置进行煤的分级与干燥，此时装置单独设置一次风入口(8)和颗粒入口(9)。粒径小于10mm、含水量15％的煤以一定的供料速度经颗粒入口(9)落入类旋风分离器(3)，一定温度的烟气以一定的速度从一次风入口(8)切向进入类旋风分离器(3)。此时，煤在烟气的作用下被分散，同时由于离心力作用煤与旋风分离器(3)器壁碰撞摩擦而沉积，大颗粒煤夹带部分小颗粒在重力作用下落入沉降干燥管(4)。在沉降干燥管(4)下落的过程中，此部分煤颗粒与二次风入口(10)输入的一定温度和速度的烟气直接接触被逐渐加热而脱除水分，预热干燥的大粒径煤落入粗/重颗粒收集器(5)；而夹带的小颗粒煤被烟气吹回类旋风分离器(3)，其在一次和二次干燥介质的共同携带下进入二级旋风分离器(2)，在此气固分离，小粒径煤颗粒落入细/轻颗粒收集器(1)。在此过程，颗粒与气流接触被逐渐加热干燥，干燥废烟气从尾风出口(6)排出。排出的废烟气回收热量后循环应用，也可直接作为干熄焦的介质。干燥烟气中各组分体积分数为：3％O2，73％N2和24％CO2。干燥结果如表1所示。 [0035] 实施例2 [0036] 本发明利用如附图2所示装置进行煤的分级与干燥，此时装置的一次风入口(8)和颗粒入口(9)为同一入口。粒径小于25mm、含水量20％的煤以一定的供料速度和常温烟气以一定的速度从同一入口的颗粒入口(9)与一次风入口(8)切向进入类旋风分离器(3)。此时，煤在一次干燥介质的作用下被预干燥和分散，同时由于离心力作用煤与类旋风分离器(3)器壁碰撞摩擦而沉积，大颗粒煤夹带部分小颗粒在重力作用下落入沉降干燥管(4)。在沉降干燥管(4)下落的过程中，此部分煤颗粒与二次风入口(9)输入的一定速度和温度的烟气直接接触被逐渐加热而脱除水分，预热干燥的大粒径煤落入粗/重颗粒收集器(5)；同时，在粗/重颗粒收集器(5)的下部三次风入口(11)输入一定量的三次干燥介质使来自沉降干燥管(4)的粗/重颗粒在粗/重颗粒收集器(5)内继续与干燥烟气接触，延长干燥时间。而夹带的小颗粒煤被烟气吹回类旋风分离器(3)，其在一次和二次干燥介质的共同携带下进入二级旋风分离器(2)，经气固分离小粒径煤颗粒落入细/轻颗粒收集器(1)。在此过程，颗粒与气流接触被逐渐加热干燥，干燥废烟气从尾风出口(6)排出。排出的废烟气回收热量后循环应用，也可直接作为干熄焦的介质。干燥烟气中各组分体积分数为：3％O2，73％N2和24％CO2。干燥结果表1所示。 [0037] 实施例3 [0038] 利用附图1所示的装置同步进行半焦的干熄焦、除尘与分级，此时装置单独设置一次风入口(8)和颗粒入口(9)。一定温度，粒度小于25mm半焦，其中小于0.5mm焦粉质量占比为8％，以一定的进料速率从颗粒入口(9)落入类旋风分离器(3)；常温的N2以一定气速从一次风入口(8)切向输入类旋风分离器(3)。此时，半焦与粉尘在一次风作熄焦介质的作用下被预降温和分散，落入沉降冷却管(4)。在沉降冷却管(4)下降的过程中与从二次风入口(10)输入的一定气速二次熄焦介质直接接触，分级并被冷却的大于6mm大颗粒半焦进入粗/重颗粒收集器(5)。而夹带焦粉与小于6mm的半焦被二次熄焦介质吹回类旋风分离器(3)，同一次熄焦介质形成的向上气流的共同携带下经过连接管(7)进入二级旋风分离器(2)。在二级旋风分离器(2)内小于6mm的半焦与气流分离并被冷却，最终存贮在细/轻颗粒收集器(1)内，而熄焦气夹带焦粉从尾风出口(6)排出，排出的熄焦介质可作为原料煤的干燥介质。熄焦结果如表2所示。 [0039] 实施例4 [0040] 利用附图2所示的装置同步进行半焦的干熄焦、除尘与分级，此时装置的一次风入口(8)和颗粒入口(9)为同一入口。一定温度，粒度小于13mm半焦，其中小于0.1mm焦粉质量占比为10％，在一定气速烟气的携带下以一定的进料速率从同一入口(9)和(8)切向输入类旋风分离器(3)。此时，半焦与粉尘在一次风作熄焦介质的作用下被预降温和分散，落入沉降冷却管(4)。在沉降冷却管(4)下降的过程中与二次风入口(10)输入的一定量的常温熄焦介质直接接触被逐渐降温，分级并被冷却的大于6mm大颗粒半焦进入粗/重颗粒收集器(5)，并在三次风入口(11)输入一定量的熄焦介质，使二次和三次风在沉降冷却管(4)内形成一定的分级气速；而夹带小于0.1mm焦粉与小于6mm的半焦被二次熄焦气吹回类旋风分离器(3)，并与一次熄焦介质形成的向上气流的共同携带下经过连接管(7)进入二级旋风分离器(2)。在二级旋风分离器(2)内小于6mm的半焦气流分离并被冷却而留在细/轻颗粒收集器(1)内，而熄焦气夹带小于0.1mm焦粉从尾风出口(6)排出，排出的熄焦介质可作为原料煤的干燥介质。熄焦结果如表2所示。 [0041] 由上述的实施例可知利用干熄焦、除尘与分级一体化装置，可以有效地实现半焦的冷却、有效地脱除熄焦介质携带的粉尘，减小后续分级器的负荷，实现高温熄焦气的循环应用，且可通过改变熄焦介质的气速灵活地调节半焦切割的粒径，以满足不同工艺的需求。 [0042] 表1不同实施例的分级与干燥效果 [0043] [0044] 表2不同实施例的熄焦、分级及除尘效果 [0045] |
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