半焦冷却机构及具有其的冷却干燥系统的制作方法

本发明涉及煤粉清洁利用、节能减排领域，具体而言，涉及一种半焦冷却机构及具有其的冷却干燥系统。

背景技术：

半焦，又称作兰炭，可广泛应用于电石、铁合金、化肥造气、高炉喷吹和城市居民洁净用煤等生产生活领域；生产半焦(兰炭)的同时副产焦油和焦炉煤气。

目前国内用于工业化生产半焦的主要方法是内热式直立炭化炉热裂解制备半焦，它是目前运用最广泛、规模最大、最多的一种热裂解原煤制备半焦的工艺。单台炉年产量大部分在10万吨以下，由多台炉并排组合后可达到年产量60万吨以上的国家准入规模。但随之而言的问题是：如何有效地回收煤热裂解干馏后产生的高温半焦的余热，以及如何对高温半焦进行有效冷却并对冷却后的冷却气进行高效回收。

现有技术中针对直立炭化炉热裂解制备的半焦冷却处理时主要采用水封湿法熄焦，该种熄焦方法在熄焦时会产生大量的高温废水和蒸汽。其中含有有害成分，会对环境造成污染；同时在熄焦过程中消耗了一部分半焦的潜热，影响半焦的质量，限制半焦的使用；此外，产品含水量较高，增加了运输成本。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种半焦冷却机构及具有其的冷却干燥系统，以解决现有技术中半焦冷却效率低且易污染环境的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种半焦冷却机构，包括：第一壳体，第一壳体上设置有半焦进料口；多个换热管道，设置在第一壳体内，且多个换热管道用于容纳半焦，以使半焦与第一壳体内的冷却介质通过换热管道的管壁进行换热，以对换热管道内的半焦进行降温。

进一步地，半焦冷却机构还包括：螺旋进料机，螺旋进料机与半焦进料口相连通以将半焦输送至换热管道内。

进一步地，半焦冷却机构还包括：冷却介质入口，设置在第一壳体上远离半焦进料口的一端；冷却介质出口，设置在第一壳体上靠近半焦进料口的一端，从冷却介质入口进入的冷却介质与半焦进行换热后从冷却介质出口排出。

进一步地，半焦冷却机构还包括：排气口，设置在第一壳体上，且排气口与换热管道及外界相连通；半焦出料口，设置在第一壳体上，且半焦出料口与换热管道相连通以将换热后的半焦排出第一壳体。

进一步地，多个换热管道形成管道组件，冷却介质在管道组件的外侧流动。

进一步地，第一壳体的管壁上形成有多个换热管道，冷却介质通过第一壳体内的中心管道并与半焦进行换热。

根据本发明的另一方面，提供了一种冷却干燥系统，包括上述的半焦冷却机构，冷却干燥系统还包括干燥机构，其中，从半焦冷却机构的冷却介质出口排出的介质经由干燥机构并对其进行干燥，之后介质再次进入至半焦冷却机构的冷却介质入口。

进一步地，干燥机构包括：第二壳体，具有干燥入口及位于干燥入口的下方的干燥出口；换热介质管道，设置在第二壳体内，且换热介质管道与冷却介质出口及冷却介质入口分别连通，换热介质管道内的介质从干燥出口方向流动至干燥入口方向。

进一步地，第二壳体还包括：换热介质进口，设置在第二壳体上，且换热介质管道与换热介质进口相连通；换热介质出口，设置在第二壳体上，且换热介质管道与换热介质出口相连通。

进一步地，冷却干燥系统还包括：泵体组件，泵体组件设置在冷却介质入口及换热介质出口之间。

进一步地，第二壳体包括本体部及位于本体部下方的锥状部，干燥机构还包括：抽蒸汽管道组件，抽蒸汽管道组件设置在第二壳体内，抽蒸汽管道组件的一端插入锥状部内，抽蒸汽管道组件的另一端从第二壳体穿出。

进一步地，抽蒸汽管道组件包括多个抽蒸汽管道及汇聚管，多个抽蒸汽管道的下端插入锥状部内，多个抽蒸汽管道的另一端与汇聚管连接后从第二壳体穿出。

进一步地，抽蒸汽管道的管壁上设置有进气结构。

进一步地，进气结构为多个进气孔，多个进气孔沿抽蒸汽管道的延伸方向间隔设置。

进一步地，抽蒸汽管道包括多个隔板，多个隔板沿竖直方向间隔设置，且相邻两个隔板之间形成进气结构。

进一步地，抽蒸汽管道包括多个彼此连接的套管，各套管包括本体部及设置在本体部下方的扩口部，多个扩口部形成进气结构。

进一步地，换热介质管道呈波纹形或者折线形。

进一步地，换热介质管道的横截面呈圆形或者多边形。

进一步地，换热介质管道的外表面上设置有散热结构。

进一步地，第二壳体的外部设置有保温结构。

应用本发明的技术方案，半焦冷却机构包括第一壳体及多个换热管道。其中，第一壳体上设置有半焦进料口。多个换热管道设置在第一壳体内，且多个换热管道用于容纳半焦，以使半焦与第一壳体内的冷却介质通过换热管道的管壁进行换热，以对换热管道内的半焦进行降温。这样，从第一壳体的半焦进料口进入的高温半焦进入至换热管道内，之后与第一壳体内的冷却介质进行换热，通过热量交换对换热管道内的高温半焦进行冷却降温，且半焦的本身质量及组成成分没有发生变换。

与现有技术中采用水封湿法熄焦相比，本申请中的半焦冷却机构对半焦的冷却更加简便易行，且半焦不会与冷却介质发生直接接触而影响半焦的质量，同时，由于半焦与冷却介质不会发生直接接触则也不会产生有害气体，进而提高了半焦冷却机构对半焦的冷却质量及冷却效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的半焦冷却机构的实施例一的结构示意图；

图2示出了图1中的半焦冷却机构的局部剖视图；

图3示出了根据本发明的半焦冷却机构的实施例二的局部剖视图；

图4示出了根据本发明的干燥机构的实施例一的透视图；

图5示出了图4中的干燥机构的抽蒸汽管道的剖视图；

图6示出了根据本发明的干燥机构的实施例三的抽蒸汽管道的剖视图；

图7示出了根据本发明的干燥机构的实施例四的抽蒸汽管道的剖视图；以及

图8示出了根据本发明的冷却及干燥系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一壳体；11、半焦进料口；12、中心管道；200、管道组件；20、换热管道；30、螺旋进料机；41、冷却介质入口；42、冷却介质出口；51、排气口；52、半焦出料口；60、第二壳体；61、干燥入口；62、干燥出口；63、换热介质进口；64、换热介质出口；70、换热介质管道；80、泵体组件；90、抽蒸汽管道组件；91、抽蒸汽管道；911、进气孔；912、隔板；913、套管；92、汇聚管。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中半焦冷却效率低且易污染环境的问题，本申请提供了一种半焦冷却机构及具有其的冷却干燥系统。

实施例一

如图1和图2所示，实施例一的半焦冷却机构包括第一壳体10及多个换热管道20。其中，第一壳体10，第一壳体10上设置有半焦进料口11。多个换热管道20设置在第一壳体10内，且多个换热管道20用于容纳半焦，以使半焦与第一壳体10内的冷却介质通过换热管道20的管壁进行换热，以对换热管道20内的半焦进行降温。

从第一壳体10的半焦进料口11进入的高温半焦进入至换热管道20内，之后与第一壳体10内的冷却介质进行换热，通过热量交换对换热管道20内的高温半焦进行冷却降温，且半焦的本身质量及组成成分没有发生变换。

与现有技术中采用水封湿法熄焦相比，本实施例中的半焦冷却机构对半焦的冷却更加简便易行，且半焦不会与冷却介质发生直接接触而影响半焦的质量，同时，由于半焦与冷却介质不会发生直接接触则也不会产生有害气体，进而提高了半焦冷却机构对半焦的冷却质量及冷却效率。

如图1所示，半焦冷却机构还包括螺旋进料机30。其中，螺旋进料机30与半焦进料口11相连通以将半焦输送至换热管道20内。这样，高温半焦进入螺旋进料机30并被输送至半焦进料口11，之后进入第一壳体10内的换热管道20内与冷却介质进行热量交换，进而使得高温半焦的温度降低，冷却至100-200℃。螺旋进料机30使得高温半焦进入第一壳体10更加容易、快捷，进而提高半焦冷却机构的工作效率。其中，螺旋进料机30的最高耐温为750℃，则高温半焦进入螺旋进料机30后不会破坏螺旋进料机30的结构，保证螺旋进料机30能够正常输送。

可选地，螺旋进料机30为变螺距输送器。上述设置能够提高螺旋进料机30对高温半焦的输送量，防止高温半焦发生堵塞，进而提高螺旋进料机30的输送效率，提高半焦冷却机构的工作效率。

可选地，高温半焦在第一壳体10内的停留时间为5至30min。这样，上述设置能够保证高温半焦被充分冷却，同时，半焦冷却机构的工作效率较高。

在本实施例中，半焦冷却机构还包括导料结构，导料结构能够对换热管道20内

如图1所示，半焦冷却机构还包括冷却介质入口41及冷却介质出口42。其中，冷却介质入口41设置在第一壳体10上远离半焦进料口11的一端。冷却介质出口42设置在第一壳体10上靠近半焦进料口11的一端，从冷却介质入口41进入的冷却介质与半焦进行换热后从冷却介质出口42排出。这样，冷却介质从冷却介质入口41进入至第一壳体10内，高温半焦在半焦冷却机构内导料结构的驱动作用下移动且与冷却介质进行换热，发生换热后的冷却介质从冷却介质出口42排出。其中，冷却介质的流动方向与高温半焦的移动方向相反，进而能够保证高温半焦被充分冷却，从而提高半焦冷却机构的冷却效率。

可选地，半焦冷却机构为管程式冷却机或壳程式冷却机，且冷却介质出口42处的温度不低于80℃。

如图1所示，半焦冷却机构还包括排气口51及半焦出料口52。其中，排气口51设置在第一壳体10上，且排气口51与换热管道20及外界相连通。半焦出料口52设置在第一壳体10上，且半焦出料口52与换热管道20相连通以将换热后的半焦排出第一壳体10。这样，第一壳体10内的低温煤气从排气口51排出，被冷却后的半焦从半焦出料口52排出，则需要第一壳体10具备专用的煤气密封，整体设备要求防爆。

如图2所示，多个换热管道20形成管道组件200，冷却介质在管道组件200的外侧流动。上述设置使得半焦冷却机构的结构简单，容易加工。

具体地，螺旋进料机30将高温半焦通过半焦进料口11输送至多个换热管道20内，冷却介质通过冷却介质入口41进入第一壳体10内，并在管道组件200的外侧流动与高温半焦进行换热后从冷却介质出口42排出。同时，被降温后的半焦从半焦出料口52排出，且低温煤气从排气口51排出。

如图8所示，本申请还提供了一种冷却干燥系统，包括上述的半焦冷却机构，冷却干燥系统还包括干燥机构，其中，从半焦冷却机构的冷却介质出口42排出的介质经由干燥机构并对其进行干燥，之后介质再次进入至半焦冷却机构的冷却介质入口41。这样，冷却介质与高温半焦换热后，其自身温度会提高至80℃以上(包含80℃)，被加热后的冷却介质进入干燥机构并对干燥机构内的物料进行干燥处理，之后再次进入至半焦冷却机构的冷却介质入口41，进而提高冷却介质的能够利用率，提高冷却干燥系统的热利用率，提高半焦质量，提高项目经济性。

可选地，干燥机构为立式仓储式干燥机构。上述设置能够减少干燥机构的占用空间，进而提高加工场地空间利用率。

如图4所示，干燥机构包括第二壳体60及换热介质管道70。其中，第二壳体60具有干燥入口61及位于干燥入口61的下方的干燥出口62。换热介质管道70设置在第二壳体60内，且换热介质管道70与冷却介质出口42及冷却介质入口41分别连通，换热介质管道70内的介质从干燥出口62方向流动至干燥入口61方向。这样，干燥机构为组合式结构，进而使得干燥机构的安装或者拆卸更加容易，且使得工作人员对干燥机构内部结构的更换更加方便。

可选地，本实施例中被干燥物料为原煤。需要说明的是，被干燥物料也可以为其他类型的物料。

具体地，原煤从干燥入口61进入第二壳体60内，原煤在自重作用下朝向干燥出口62运动，换热介质管道70内的换热介质与原煤进行热量交换，且原煤与换热介质进行逆向换热，与原煤发生热量交换后的换热介质再次进入冷却介质入口41，以对第一壳体10内的高温半焦进行降温。同时，被干燥后的原煤从干燥出口62排出。

需要说明的是，换热介质为与高温半焦进行换热后的冷却介质，即为被加热后的冷却介质。

可选地，原煤在第二壳体60内的停留时间不低于2h。上述设置能够保证原煤被充分干燥，进而提高干燥机构的工作效率。

可选地，换热介质管道70为盘管结构。这样，盘管结构能够增大换热介质与原煤的接触面积，进而使得原煤被充分干燥，提高干燥机构的干燥效率。

在本实施例中，第二壳体60为由普通低温碳钢焊接而成的立方形结构。同时，第二壳体60的内部镶嵌耐磨内胆，进而延长第二壳体60的使用寿命。

需要说明的是，第二壳体60的外形结构不限于此。可选地，第二壳体60也可以为圆筒形结构。

如图4所示，第二壳体60还包括换热介质进口63及换热介质出口64。其中，换热介质进口63设置在第二壳体60上，且换热介质管道70与换热介质进口63相连通。换热介质出口64设置在第二壳体60上，且换热介质管道70与换热介质出口64相连通。这样，换热介质管道70与换热介质进口63及换热介质出口64均连通，且换热介质进口63与冷却介质出口42相连通，换热介质出口64与冷却介质入口41相连通。上述设置能够保证从半焦冷却机构排出的换热介质能够进入换热介质管道70，在第二壳体60内完成换热后的换热介质再经由换热介质出口64、冷却介质入口41进入第一壳体10内对高温半焦进行降温，如此反复，进而提高热能利用率。

如图8所示，冷却干燥系统还包括泵体组件80。其中，泵体组件80设置在冷却介质入口41及换热介质出口64之间。这样，泵体组件80能够保证从换热介质出口64排出的换热介质顺利地通过冷却介质入口41进入半焦冷却机构的第一壳体10内，进而保证冷却干燥系统的正常运行。

在本实施例中，冷却介质为水，则泵体组件80为循环水泵。其中，由于存在盐析出，则冷却水需要定期排水更换。

需要说明的是，冷却介质不限于此。可选地，冷却介质还可以为空气或氮气，则泵体组件80为风机。其中，只要空气或氮气没有发生粉尘污染，基本不需要更换。

如图4所示，第二壳体60包括本体部及位于本体部下方的锥状部，干燥机构还包括抽蒸汽管道组件90。其中，抽蒸汽管道组件90设置在第二壳体60内，抽蒸汽管道组件90的一端插入锥状部内，抽蒸汽管道组件90的另一端从第二壳体60穿出。这样，干燥机构在干燥原煤过程中产生的蒸汽能够通过抽蒸汽管道组件90排出至第二壳体60外，进而防止第二壳体60内的蒸汽影响原煤的正常降落，防止第二壳体60内发生涡流而导致第二壳体60发生振动、产生噪声。

具体地，直径25mm以下的原煤通过上料系统被输送至第二壳体60内，通过调整输煤系统进料速度和活化给煤机速度，使得原煤在第二壳体60内始终保持在一定高度。原煤从干燥入口61进入至第二壳体60后，在自身重力作用下向下移动，且与换热介质管道70内的换热介质进行热量交换。同时，干燥原煤过程中产生的蒸汽进入抽蒸汽管道组件90内，并通过抽蒸汽管道组件90排入后处理系统。降温后的换热介质再次进入半焦冷却机构的第一壳体10与高温半焦进行换热，使其自身温度升高，之后再进入至干燥机构的第二壳体60内。

可选地，上料系统为螺旋给料机。螺旋给料机使得原煤的输送更加顺畅、快捷，进而提高干燥机构的工作效率。

需要说明的是，上料系统的结构不限于此，只要能够将原煤输送至第二壳体60内即可。可选地，上料系统为落料管，且落料管相对于水平面的倾斜角度大于等于45°。

可选地，第二壳体60的锥状部处设置有专用的防堵设备，如专用活化给煤机，同时，第二壳体60的本体部外设置有氮气炮或空气炮或振动机构等。上述设置能够防止第二壳体60内的原煤发生堵塞，进而提高干燥机构的干燥效率，提高冷却干燥系统的整体工作效率。

如图4所示，抽蒸汽管道组件90包括多个抽蒸汽管道91及汇聚管92，多个抽蒸汽管道91的下端插入锥状部内，多个抽蒸汽管道91的另一端与汇聚管92连接后从第二壳体60穿出。具体地，多个抽蒸汽管道91竖直插入煤仓内，之后在汇聚管92内发生汇聚后排出第二壳体60外。上述设置使得抽蒸汽管道组件90的结构简单，容易装配、加工。

可选地，每个抽蒸汽管道91内均设置有清灰结构。这样，上述设置能防止抽蒸汽管道91发生堵塞，进而提高抽蒸汽管道组件90的抽蒸汽效率。

在本实施例中，抽蒸汽管道91的管壁上设置有进气结构。这样，干燥原煤过程中产生的蒸汽通过进气结构进入至抽蒸汽管道91，之后蒸汽汇聚在汇聚管92内排出第二壳体60外，进而保证抽蒸汽管道组件90的正常运行。

如图5所示，进气结构为多个进气孔911，多个进气孔911沿抽蒸汽管道91的延伸方向间隔设置。上述结构的结构简单，容易加工。

如图4所示，换热介质管道70呈波纹形。上述设置能够增大原煤与换热介质管道70(换热介质)的接触面积，进而提高干燥机构的干燥效率。

需要说明的是，换热介质管道70的结构形状不限于此。可选地，换热介质管道70呈折线形。

在本实施例中，换热介质管道70的横截面呈圆形。上述设置使得换热介质在换热介质管道70的流动更加顺畅，进而保证干燥机构的正常运行。

需要说明的是，换热介质管道70的横截面形状不限于此。可选地，换热介质管道70的横截面呈多边形。

可选地，换热介质管道70采用碳钢材料制成。这样，碳钢材料耐磨且结构强度高，能够延长换热介质管道70的使用寿命。

在本实施例中，换热介质管道70的外表面上设置有散热结构。这样，上述设置能够防止换热介质管道70的表面温度过高而影响其结构强度。可选地，散热结构为散热翅片。散热翅片的结构简单，容易加工。

在本实施例中，第二壳体60的外部设置有保温结构。这样，保温结构在第二壳体60的外表面布置，进而使得干燥机构的散热量小，基本可控制在5％内散热损失，提高能量利用率。可选地，保温结构为轻型纤维棉和纤维模块。需要的说明的是，保温结构也可以为陶瓷纤维喷涂和纤维棉。

在本实施例中，冷却干燥系统的工作原理如下：

来自干馏热解设备的高温半焦进入螺旋进料机30内，在螺旋进料机的推动作用下从半焦进料口11进入到第一壳体10内，之后导料机构推动高温半焦向前移动，在高温半焦移动过程中与冷却介质进行热量交换，吸热后的冷却介质进入到干燥机构的换热介质管道70内并与原煤进行换热。在上述过程中，原煤与换热介质进行反向运动，原煤在重力作用下朝向干燥出口62运动，干燥后的原煤从干燥出口62排出，降温后的换热介质在泵体组件80的作用下重新进入半焦冷却机构的第一壳体10内与高温半焦进行换热，循环往复吸热。

实施例二

实施例二中的半焦冷却机构与实施例一的区别在于：冷却介质与换热管道20的位置关系不同。

如图3所示，第一壳体10的管壁上形成有多个换热管道20，冷却介质通过第一壳体10内的中心管道12并与半焦进行换热。这样，上述设置能够保证换热管道20内的高温半焦被中心管道12内流动的冷却介质充分冷却，降温，进而提高半焦冷却机构的冷却效率。

实施例三

实施例三中的半焦冷却机构与实施例一的区别在于：抽蒸汽管道91的结构不同。

如图6所示，抽蒸汽管道91包括多个隔板912，多个隔板912沿竖直方向间隔设置，且相邻两个隔板912之间形成进气结构。这样，干燥原煤过程中产生的蒸汽通过进气结构进入至抽蒸汽管道91，之后蒸汽汇聚在汇聚管92内排出第二壳体60外，进而保证抽蒸汽管道组件90的正常运行。上述结构的结构简单，容易加工。

具体地，多个隔板912之间采用部分焊接的连接方式连接在一起，且保证多各隔板912之间不会发生相互移动，多个隔板912之间的空隙或者间隙形成进气结构，蒸汽能够通过该进气结构汇聚在汇聚管92并排出第二壳体60外。

实施例四

实施例四中的半焦冷却机构与实施例一的区别在于：抽蒸汽管道91的结构不同。

如图7所示，抽蒸汽管道91包括多个彼此连接的套管913，各套管913包括本体部及设置在本体部下方的扩口部，多个扩口部形成进气结构。上述结构的结构简单，容易加工，且保证干燥原煤过程中产生的蒸汽能够通过进气结构进入抽蒸汽管道91，之后在汇聚管92内发生汇聚后排出第二壳体60外。

与现有工艺技术对比，本申请中的冷却干燥系统具有以下优点：

1、此冷却干燥系统可适用于大型工业化生产，适宜于进行工业化的热解，而且不受煤种限制，可进行多种煤的热解处理。

2、此冷却干燥系统可用于各种粉煤热解系统中，用于干熄焦和对煤进行预干燥，半焦质量高，热效率高，能降低运行费用。

3、可组合多种新工艺系统，从而为实现煤、油、气的多联产工艺创造条件。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

从第一壳体的半焦进料口进入的高温半焦进入至换热管道内，之后与第一壳体内的冷却介质进行换热，通过热量交换对换热管道内的高温半焦进行冷却降温，且半焦的本身质量及组成成分没有发生变换。

与现有技术中采用水封湿法熄焦相比，本申请中的半焦冷却机构对半焦的冷却更加简便易行，且半焦不会与冷却介质发生直接接触而影响半焦的质量，同时，由于半焦与冷却介质不会发生直接接触则也不会产生有害气体，进而提高了半焦冷却机构对半焦的冷却质量及冷却效率。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。