一种半焦冷却系统的制作方法

本发明涉及固体物料冷却技术领域，特别是涉及一种半焦冷却系统。

背景技术：

煤经低温干馏后成为可燃固体，即为半焦。半焦可以作为化工原料和清洁燃料使用。为便于半焦的运输和贮存，需要对低温干馏所得的热半焦进行冷却降温，即熄焦。目前，低阶煤干馏行业常规的熄焦方法可分为湿法熄焦和干法熄焦。

湿法熄焦将热半焦直接喷水熄灭，其投资较低，且技术简单、操作容易；但是耗水量大，并且产生大量的废水和废气。同时，热半焦与冷却水接触会发生部分水煤气反应，产生大量的酚类、硫化物、氰化物等有毒有害气体和粉尘等物质，无法收集处理后再行排放，对环境造成严重污染。具有代表性的采用湿法熄焦的低阶煤提质工艺如多段回转炉(MRF)年轻煤温和气化工艺，低温热解所得半焦在熄焦炉中用水熄灭后排出；SJ型干馏方炉干馏工艺，将干馏所得半焦通过炉子下部的排焦箱及熄焦池将半焦冷却至80℃左右。

干法熄焦是利用冷的惰性气体与热半焦直接接触换热，从而冷却热半焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给干熄焦废热锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体循环使用。如爱沙尼亚基维特Kiviter干馏工艺，在直立圆筒型干馏炉的下部通入冷瓦斯，降低半焦的温度，回收干焦的显热。干法熄焦能够减少环境污染，改善焦炭质量，但是设备投资高，占地面积大，技术复杂，操作困难。

亦有将两种熄焦方式结合，对热半焦进行冷却的。如德国LurqiGmbH公司的Lurgi-Spuelgas低温热解工艺，热半焦进入冷却段后被冷气体冷却，再进一步用水和空气冷却。美国MR&F公司的LFC工艺，将从热解炉中出来的固体先在激冷盘中用工艺水快速冷却以中止热解反应，然后输送到PDF冷却和精制系统。这两种熄焦工艺，将初步冷却的半焦与空气+水接触，发生水合氧化反应，进行深度熄焦。在降低半焦温度和活性的同时，降低了半焦的热值。

因此，如何设计一种半焦冷却系统，既简单且便于操作、成本低，又能够避免对环境造成污染，同时保证半焦的热值不损失，是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种半焦冷却系统，该半焦冷却系统投资少、操作及维护简单，同时没有废水、废气产生，能够避免对环境造成污染。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半焦冷却系统，包括具有进料口和出料口的筒体、设于所述筒体内的换热管组、冷却介质装置、设于所述筒体外的支撑装置和驱动装置；

所述筒体与所述换热管组之间的空间形成半焦通道；所述冷却介质装置用于向所述换热管组供给冷却介质；所述支撑装置用于支撑及稳定所述筒体；所述驱动装置用于驱动所述筒体转动。

该半焦冷却系统在筒体内设置换热管组，筒体与换热管组之间的空间形成半焦通道，也就是说，半焦从进料口进入筒体后，位于筒体内壁与换热管组外壁之间，换热管组的各换热管管腔为冷却介质装置供给的冷却介质通道，驱动装置驱动筒体转动，使得半焦与换热管组相对运动，被冷却介质冷却，支撑装置对筒体进行支撑及稳定，便于筒体转动。可见，该半焦冷却系统在冷却高温半焦时，无需冷却介质与半焦直接接触，规避了废气、废水、有害气体及有害粉尘的产生，避免了对环境造成污染；另外，该半焦冷却系统的结构简单，操作方便，各组成部件的成本较低。

可选的，所述筒体倾斜设置，倾斜角度在1～3°范围内。

可选的，所述换热管组包括多个换热管，多个所述换热管均匀布置在同一圆心但半径不同的圆周上。

可选的，所述筒体内还设有用于支撑所述换热管组的螺旋形支撑板。

可选的，所述筒体的前后端均设置有滚圈，用于加强所述筒体支撑部位的强度。

可选的，所述支撑装置包括位于所述筒体前后端的两个支撑部；每个所述支撑部包括两托轮组件；

位于前端的所述支撑部的两所述托轮组件分设于位于前端的所述滚圈的两侧下方，位于后端的所述支撑部的两所述托轮组件分设于位于后端的所述滚圈的两侧下方；

所述支撑装置还包括两个挡轮组件，两所述挡轮组件分别设置于位于前端的所述滚圈的正下方的前后，用于限制所述筒体的纵向移动。

可选的，所述托轮组件包括托轮支座、托轮和托轮轴承，所述托轮通过所述托轮轴承设于所述托轮支座上。

可选的，所述托轮组件还包括设于所述托轮支座上的调节组件，用于对所述筒体的横向或纵向位置进行调节。

可选的，所述驱动装置包括电机和与所述电机连接的减速机，所述减速机的输出端连接有小齿轮轴，所述小齿轮轴上套设的小齿轮与大齿圈啮合，所述大齿圈外套于所述筒体。

可选的，所述冷却介质装置包括冷却介质分布器、冷却介质进、出口管路及旋转接头；所述冷却介质分布器设置于所述换热管组与所述冷却介质进口管路之间，所述旋转接头设置于冷却介质进、出口管路上。

可选的，所述筒体的进料口与喂料螺旋输送机连接，所述筒体的出料口与出料箱连接；所述喂料螺旋输送机和所述出料箱上均设置有氮气接口和蒸汽接口；所述喂料螺旋输送机上还设置有空气接口。

可选的，还包括监控装置，其具体包括监测所述筒体位移的位置监控装置、堵料监控装置以及监测冷却介质温度、压力及流量的冷却介质监控装置。

附图说明

图1为本发明所提供半焦冷却系统一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示半焦冷却系统的筒体的横剖示意图；

图3为图1所示半焦冷却系统的筒体的纵剖示意图。

附图标记说明:

筒体11，出料口112，换热管组12，螺旋形支撑板13；

冷却介质进口管路21，冷却介质出口管路22，旋转接头23；

基础31，托轮32，挡轮组件33，滚圈34，防护罩35；

电机41，减速机42，小齿轮43，大齿圈44；

喂料螺旋输送机51，物料入口511，氮气管路512。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供半焦冷却系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示半焦冷却系统的筒体的横剖示意图；图3为图1所示半焦冷却系统的筒体的纵剖示意图。

如图所示，该半焦冷却系统包括筒体11和设于筒体11内的换热管组12。

其中，筒体11具有进料口和出料口112，进料口与喂料螺旋输送机51连接，即通过喂料螺旋输送机51给筒体11送料，喂料螺旋输送机51上具有物料入口511；出料口112与出料箱连接，以将冷却后的半焦送出。

筒体11与喂料螺旋输送机51、出料箱之间均需要进行密封，具体可采用常见的迷宫+填料密封，以确保系统密闭性。

该半焦冷却系统还包括冷却介质装置、支撑装置及驱动装置，其中，冷却介质装置用于向换热管组12供给冷却介质，显然，冷却介质的流通通道为换热管组12中各换热管管腔。

支撑装置用于支撑及稳定筒体11。

驱动装置用于驱动筒体11转动。

冷却介质可以选取液体或气体，通常用冷却水。可以理解，实际中可根据需要来具体选定。

筒体11与换热管组12之间的空间形成半焦通道，也就是说，高温半焦从进料口进入筒体11后，是位于筒体11内壁与换热管组12外壁之间。

应用该半焦冷却系统作业时，高温半焦从进料口进入筒体11，冷却介质装置为筒体11内换热管组12供给冷却介质，驱动装置驱动筒体11转动，从而使高温半焦与换热管组12相对运动，高温半焦与换热管组12管腔内的冷却介质进行热交换，而被冷却，支撑装置对筒体11进行支撑及稳定，便于筒体11转动。可见，该半焦冷却系统在冷却高温半焦时，冷却介质与高温半焦不直接接触，规避了废气、废水、有害气体及有害粉尘的产生，避免了对环境造成污染；另外，该半焦冷却系统的结构简单，操作方便，各组成部件的成本较低。

具体的方案中，筒体11倾斜设置，这样设计，筒体11转动时，有利于高温半焦的运动，并便于高温半焦向筒体11出料口112方向移动。

更具体地，筒体11的倾斜角度在1～3°范围内。对于半焦冷却系统来说，筒体11体积较大，考虑到安全性和可实施性，筒体11的倾斜角度设置在上述范围内，能够更好地对高温半焦进行冷却。

筒体11由支撑装置支撑。

该具体方案中，筒体11的前后端均设置有滚圈34，用于加强筒体11支撑部位的强度。具体地，两个滚圈34可以外套于筒体11，当然，两个滚圈34也可以与筒体11设为一体结构。

该具体方案中，支撑装置包括位于筒体11前后端的两个支撑部，每个支撑部包括两托轮组件，每个托轮组件包括托轮支座、托轮32和托轮轴承，其中，托轮32通过托轮轴承设于托轮支座上。

其中，位于筒体11前端的支撑部的两托轮组件分设于位于筒体11前端的滚圈34的两侧下方；位于筒体11后端的支撑部的两托轮组件分设于筒体11后端的滚圈34的两侧下方，这里的两侧指的是沿筒体11横向的两侧。

应当理解，实际设置时，可根据筒体11大小或安全性因素等设置两个及以上的支撑部，各支撑部沿筒体11的轴向(也就是长度方向)排布，以对筒体11进行很好地支撑。

在此基础上，支撑装置还包括两个挡轮组件33，并分别设置于位于筒体11前端的滚圈34的正下方的前后，以限制筒体11的纵向移动，避免作业过程中筒体11纵向位移过多引发生产事故。这里的纵向指的是筒体11的长度方向。

其中，托轮组件还包括设于托轮支座上的调节组件，以对筒体11的横向或纵向位置进行调节。

此处纵向与前述一致，指筒体11的长度方向，横向指筒体11的宽度方向。

这里需要说明的是，上述“前”指的是筒体11靠近物料入口的一端，即图1中的左端，相应地，“后”指的是筒体11靠近出料箱的一端，即图1中的右端。

具体地，托轮组件的各托轮32由设有轴承的托轮支座支撑，在托轮支座处可设置顶丝，通过顶丝调节托轮32的横向位置，从而对筒体11的横向位置进行调节。

具体地，挡轮组件33由设有挡轮轴承的挡轮轴承座支撑，在挡轮轴承座处设置顶丝，通过顶丝调节挡轮的纵向位置，从而对筒体11的纵向位置进行调节。

需要指出的是，实际筒体11体积较大，对其横向位置和纵向位置的调节相对于其体积而言是微调。

具体的方案中，还包括基础31，具体可以通过基础31的几何结构实现筒体11的倾斜设置，如图1所示，该基础31支撑筒体11的支撑面为倾斜面，前述托轮组件的托轮支座和挡轮组件33的挡轮轴承座均通过紧固件(如螺栓等)固定于基础31上。

当然，还可以通过设置使筒体11两端的托轮组件具有高度差来实现筒体11的倾斜设置，相较而言前述将基础31的支撑面设为倾斜面较为简单方便。

此外，还可设置防护罩35，以将同一位置处的托轮组件、挡轮组件33、及滚圈34包围起来，防护罩35起到防护和防尘的作用。

具体的方案中，驱动装置采用齿轮驱动的方式。具体地，驱动装置包括电机41和与电机41连接的减速机42，该减速机42的输出端连接有小齿轮轴，小齿轮轴上套设的小齿轮43与大齿圈44啮合，大齿圈44外套于筒体11。

作业时，电机41通过减速机42降低小齿轮43的转速进而降低小齿轮43的转速，小齿轮43与大齿圈44啮合，驱动大齿圈44转动，进而驱动筒体11转动。

通常，将筒体11的转速限定在0.5-3.2rpm范围内，该转速能够保证半焦的换热效果，同时避免转速过快发生安全事故。

实际中，大齿圈44可以采用硬齿面；大齿圈44可分成两半安装在筒体11上，通过螺栓、定位销与筒体11上的法兰进行连接，其中，连接法兰可经过整体车削，以便于大齿圈44的定位，确保安装精度。另外，大齿圈44与小齿轮43之间还配备有相应的润滑装置。

具体的方案中，换热管组12包括多个换热管，多个换热管布置在同一圆心但半径不同的若干个圆圈上，也就是说，多个换热管布置在若干个同心圆上，优选地，每个圆圈上的换热管沿圆周均匀分布；具体可以设置在2-6圈的同心圆上，可参考图2理解，图2中示例性地示出了换热管布置为三层同心圆的结构。

每一层换热管的数目可根据需要来设定，每层的换热管管径相同，换热管与换热管之间保持适当的距离，各层换热管之间也保持适当的间距，以确保高温半焦能够充分与换热管内流动的冷却介质进行热交换。

另外，筒体11内设置有螺旋形支撑板13，以用于支撑换热管组12，该螺旋形支撑板13还可以起到推动半焦向出料口方向移动的作用。

换热管组12的一端，通常为位于筒体11进料口一端，可与端板连接，该端板上具有与换热管组12各换热管对应的管孔，端板与换热管之间同样可采用填料密封；换热管组12的另一端与冷却介质装置的冷却介质分布器连接，具体可采用胀焊连接的方式。

具体地，冷却介质分布器与冷却介质进口管路21连接，也就是说，冷却介质进入换热管组12之间，先进入冷却介质分布器，通过冷却介质分布器再进入换热管组12的各换热管，冷却介质分配具体可采用水压单向流分配，以确保各个换热管内的冷却介质均匀分布。

具体设计时，换热管组12中冷却介质的管程设计可以具体为单管程、双管程。

冷却介质进、出口管路与筒体11的连接可通过旋转接头23实现。具体地，冷却介质的管路与旋转接头23可采用法兰连接的连接方式。

换热管组12内的冷却介质在与高温半焦进行热交换后经冷却介质出口管路22流出。具体设计时，热交换后升温的冷却介质采用降温装置降温后可返回本系统继续循环使用，节约水资源，以免浪费。

具体的方案中，筒体11的进料口和出料口112处可设置防烫结构，以免作业人员作业时烫伤；应当理解，可在作业人员作业的任何区域均设置防烫结构。

具体的方案中，该半焦冷却系统还包括监控装置，该监控装置具体包括监测筒体11位移的位置监控装置、堵料监控装置以及监测冷却介质温度、压力及流量的冷却介质监控装置。

其中，位置监控装置具体可以为设置在滚圈34处的限位开关，该限位开关与设备控制系统通信连接，当筒体11位置移动超限，限位开关被触发，中央控制室获得信号，以便于对筒体11位置的监控和报警。

其中，堵料监控装置具体可以为在出料箱底部设置的料位检测装置，具体由弹力橡胶板、活动门、复位弹簧和行程开关组成；当系统发生堵料情况时，堆积的物料会挤压活动门，使活动门外移，活动门外移会触发行程开关动作，并传递堵料信号至设备控制系统。此时，可控制系统停止作业，待堵料清除后，再启动作业。

其中，冷却介质监控装置具体可以为设置在冷却介质出口管路22上的安全阀、测温仪及流量开关；其中，安全阀用于压力检测，具体地，安全阀的启跳压力应小于冷却系统的设计压力，以保证换热管组12等部件的安全；测温仪用于检测冷却介质的回流温度，以确保系统工作正常；流量开关能够对冷却介质的消耗量进行检测，避免冷却介质不足的情形发生。

监控装置除了上述所述外，还可对易发生故障部件或重要部件设置故障监控装置，如对驱动装置的相关部件进行故障监测，具体可根据需要设置感测相关轴承温度、位移、振动的相应传感器，以对相应参数进行监测。

此外，为检测从筒体11出料口出去的半焦的温度，可以在出料箱上设置测温孔，以测量半焦的出口温度，确保半焦冷却后的温度满足工艺要求。

另外，该半焦冷却系统在喂料螺旋输送机51和出料箱上均设置有氮气接口和蒸汽接口，也就是说，通过与氮气接口连通的氮气管路512可以向本半焦冷却系统内通氮气，通过与蒸汽接口连通的蒸汽管路可以向本半焦冷却系统内通蒸汽；喂料螺旋输送机51上还设置有空气接口，即通过与空气接口连通的空气管路向本半焦冷却系统内通空气。

其中，冷却系统作业时，通过氮气接口向系统内通氮气保持微正压以隔绝空气，可以防止半焦发生自燃等安全隐患；当系统发生半焦自燃等着火现象时，通过蒸汽接口向系统内通蒸汽进行灭火；对冷却系统进行维护检修时，通过空气接口向系统内通空气以置换氮气，确保检修人员进入系统的安全性。

以上对本发明所提供的一种半焦冷却系统进行了详细介绍。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。