低阶粉煤热解装置的制作方法

本实用新型涉及是小粒径低阶煤热解技术领域，尤其是指一种低阶粉煤热解装置。

背景技术：

中国以煤为主的能源结构在相当长的一段时间内不会发生改变，而低阶煤是指处于低变质阶段的煤，根据煤化程度，包括低变质烟煤 (包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤)和褐煤。我国煤炭资源储量和产量分布极不均匀，低阶煤所占比例较高，达到全国煤炭总储量的55％左右，而且低阶煤产量也达到了全国煤炭总产量的30-50％。目前我国90％以上的低阶煤用作发电、工业锅炉和民用燃料直接燃烧，由此引发一系列的生态和环境污染问题。

低阶煤具有水分大、挥发分高、化学反应性好等特点，煤的挥发分中富含可直接转化为高价值化学品、大宗燃料油及燃气的碳氢结构；而我国目前以直接燃烧为主的煤炭利用方式未能充分实现资源的高值化利用，同时排放大量污染物。因此对于低阶煤而言以最小的能耗和物耗，通过温和热解直接提取煤中的挥发分，获得焦油、热解煤气和半焦等化学品及清洁能源是低阶煤科学利用的有效方法之一。焦油及煤气等化学原料及燃料可以继续延伸加工，从而形成以热解为龙头的煤化工多联产技术，带动一系列后续产业的发展，一定程度上降低我国对石油、天然气的对外依存度，提高煤炭资源的综合利用率。同时热解所获得低挥发分半焦，燃烧过程污染物排放低，可作为无烟燃料广泛用于民用及工业应用，实现煤炭的清洁燃烧。

按加热方式来分，低阶煤热解可分为外热式和内热式热解工艺。目前低阶煤热解技术多采用内热式直立炉工艺，比较典型的是陕西神木三江煤化工有限公司的SJ低温干馏炉(ZL200610111733.8)，以 30-80mm的块煤为原料，高温热烟气直接与煤块接触，其局限在于不能利用粒度较低的粉煤，且半焦、煤气等产品的品质较低。外热式热解工艺的主要局限在于间接换热过程的传热效率较低，为获得较好的传热效果需采用提高传热温差等方法。ZL201510819427.9(一种耦合多段减尘的小粒径低阶煤热解工艺及设备)公布了一种新型的低阶煤外热式移动床热解工艺，但是该工艺的主要不足是用于热解加热的废气余热较多，未能充分利用。

本实用新型是根据我国的能源现状，针对低阶粉煤的热解转化利用，提供一种新型的低阶煤热解装置，以克服现有技术系统能效低、规模化放大难度大等缺陷。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种低阶粉煤热解装置，可以实现低阶粉煤的高效热解，具有较高的传热效率和系统能效。

本实用新型采用的方案为：一种低阶粉煤热解装置，包含热解室和燃烧室，所述燃烧室的前端设置有燃烧器，所述燃烧室的后端设置有至少二组蓄热体：所述至少二组蓄热体分别连接至一四通阀，所述四通阀还连接有进气装置和出气装置；

所述燃烧器工作时保持长明火，经过燃烧换热后的高温烟气进入其中第一组蓄热体进行蓄热，高温烟气温度降低经四通阀自出气装置外排；

外部空气自进气装置经过四通阀进入上述蓄热后的第一组蓄热体，低温空气被加热后进入燃烧室燃烧；

燃烧换热后的高温烟气进入第二组蓄热体进行蓄热，高温烟气温度降低并经四通阀自出气装置外排；

外部空气自进气装置经过四通阀进入上述蓄热后的第二组蓄热体，低温空气被加热后进入燃烧室燃烧；如此往复。

其中，所述热解室外壁外侧设置有热烟气通道，所述燃烧室后端与所述热烟气通道联通，所述热烟气通道的烟道出口端设置第一调频引风机，所述出气装置为第二调频引风机；所述燃烧室内高温烟气部分通过第一调频引风机引入热烟气通道，部分通过第二调频引风机进入所述至少二组蓄热体其中之一蓄热。

其中，所述热烟气通道中横向设置有一层隔板或二层隔板，烟气于所述热烟气通道中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。

其中，所述热烟气通道上层设置有温度测量装置及调频鼓风机。

其中，述热烟气通道各层设置有温度测量装置及调频鼓风机。

其中，所述热烟气通道中设置第一隔板，该第一隔板前端设有前侧开口，所述热烟气通道自燃烧室后端延伸至热解室前端的侧面，并自第一隔板的前侧开口延伸第一隔板上方区域，所述烟道出口端设置于热解室后端的上方。

其中，所述第一隔板的上方设置有第二隔板，所述第二隔板尾端设有后端开口，所述热烟气通道自第一隔板的上方区域延伸至尾端，并自第二隔板的尾端开口向上延伸至第二隔板上方区域，所述烟道出口端设置于热解室前端的上方。

其中，所述蓄热体整体为柱形的多孔陶瓷蜂窝体，包含自中心区域向外周区域延伸的至少两级区域，所述外侧区域的孔径大于内侧区域的孔径；所述蓄热体中心区域的孔径尺寸采用3mm-5mm，外周区域的孔径尺寸采用5mm-10mm。

其中，所述外周区域采用至少两组不同的扇形区域，每个扇形区域的孔径相同或不同。

其中，所述蓄热体整体为柱形的多孔陶瓷蜂窝体，包含有孔径不同的多个扇形区域组成，所述蓄热体孔径尺寸区间采用3mm-10mm。

其中，两组蓄热体的切换频率控制为1min/次-10min/次。

其中，两组蓄热体的切换频率控制为1min/次-10min/次。

上述方案的优点如下。

1、外热式加热的烟气温度较高，一般可达到800℃以上，给煤料加热后的烟气温度仍为500-600℃，该部分热量由于温度较低，难以给煤料进行加热，但仍蕴含较多热量。采用蓄热式燃烧结构，将这部分热量进行回收加热空气和燃料，将排烟温度降低至120℃以下，大幅度提高整体系统能效。目前可将系统能效提高至85％以上。

2、采用分层精准控制气体反应区温度的方式，可以得到品质高的净煤气，使得热解后的净煤气可以直接输送至燃烧室使用，使得其可以与本装置中采用孔径小，蓄热能力高，切换效率高的蓄热体共同使用，大幅度提高整体的能效。

3、本案优选整体采用柱形设计，避免气流死区，同时中心孔径小，周围孔径大，提高单位体积蓄热量的同时尽可能避免堵塞。目前采用的孔径为内部3mm，周边5mm的两级组合，亦可根据工程放大的需要进行多级孔径的组合，整体的孔径选择范围控制在3mm-10mm，以适应放大后气流的不均一性。单块圆柱形，多块扇形组合式圆柱形适用于不同尺寸的柱形蓄热体，即较小柱形采用单一圆柱结构，较大柱形可采用多块扇形进行组合。通过多孔径的组合设计，蓄热体蓄热后的最高温度比炉膛温度低100-150℃，实现较高的热量蓄存效果，同时由于中心孔径变小，换热面积增加，流过的空气可快速换热升温，因此切换频率较高，一般控制为1min/次-10min/次。蓄热体材质为堇青石、莫来石、钛酸铝、碳化硅、活性氧化铝、氧化锆、氮化硅及堇青石-莫来石、堇青石-钛酸铝等复合基质。

附图说明

图1a为本实用新型中热解炉第一种实施方式的侧视图。

图1b为本实用新型中热解炉第一种实施方式的俯视图。

图2为本实用新型中热解炉第二种实施方式的结构示意图。

图3为本实用新型中热解炉第二种实施方式的侧视图。

图4为本实用新型中热烟气通道被分为两层的结构示意图。

图5为本实用新型中热烟气通道被分为三层的结构示意图。

图6为本实用新型中热烟气通道被分为两层且设置有纵向导板的结构示意图。

图7为本实用新型中热烟气通道被分为三层且设置有纵向导板的结构示意图。

图8为本实用新型中使用的圆柱形两级蓄热体结构示意图。

图9为本实用新型中使用的圆柱形三级蓄热体结构示意图。

图10为本实用新型中使用的圆柱形且内部采用扇形布局的蓄热体结构示意图。

图11为本实用新型中使用的圆柱形且中心采用圆形，外部采用扇形布局的蓄热体结构示意图。

具体实施方式

如图1a图1b，其为本实用新型中第一种实施方式的结构示意图，本实用新型提供一种低阶粉煤热解装置，即热解炉1，其包含热解室 10和燃烧室20，所述热解室10下方为固体煤料混合、推进和反应的热解区101及上部的气体反应区102。

所述低阶粉煤热解装置1还包含驱动机构104，驱动传动轴105，所述驱动传动轴105上间隔设置有多个旋转内构件106，每个旋转内构件106中心设置在传动轴105上，并与传动轴105呈倾斜设置。热解炉1 一侧设置有进煤口103，另一侧设置有出焦口107，热解室10上端设置荒煤气出口108。为了给热解室10外壁提供保温，通常采用在热解室 10外壁包覆保温层的方式保持热解室内部的热量，保温层的厚度需要根据热解室温度的需求具有一定的厚度。

本实用新型的改进在于：所述燃烧室20的前端设置有燃烧器201，所述燃烧室20的后端设置有至少二组蓄热体，第一组蓄热体40和第二组组蓄热体50，所述第一组蓄热体40和第二组蓄热体50分别连接至一四通阀60，所述四通阀60还连接有进气装置70和出气装置80，所述有进气装置70可以为鼓风机，所述出气装置80为引风机。

所述燃烧器201工作时保持长明火，经过燃烧换热后的高温烟气进入第一组蓄热体40进行蓄热，高温烟气温度降低经四通阀60自出气装置80外排；

外部空气自进气装置70经过四通阀60进入上述一组蓄热后的第一组蓄热体40，低温空气被加热后进入燃烧室燃烧；

燃烧换热后的高温烟气进入另一第二组蓄热体50进行蓄热，高温烟气温度降低并经四通阀60自出气装置80外排；

外部空气自进气装置经过四通阀进入上述另一组蓄热后的第二组蓄热体50，低温空气被加热后进入燃烧室燃烧；如此往复。

入炉煤料粒度控制在13mm以下，入炉水分控制在10％左右，煤料的最终热解温度为600-750℃，热解时间为80-160min。燃烧室热烟气为750-800℃，燃料为荒煤气净化后的净煤气(主要成分为甲烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等)，也可以为高炉气等其他低热值气体燃料及天然气等高热值燃料气。经过燃烧换热后的烟气经过其中一组蓄热体进行余热利用，温度降低至120℃以下，经过四通阀外排，蓄热一段时间后，经过四通阀切换的冷空气进入加热后的蓄热体被加热至400-500℃进入燃烧室，另一组蓄热体开始利用烟气余热进行蓄热，一段时间后进行切换，如此往复，2组蓄热体持续提供高温空气及排出低温烟气。

当然，本实用新型中还可以根据热解炉的大小及实际工作参数，增加多组的蓄热体，如第三组蓄热体和第四组蓄热体，另外增加一个新的四通阀，连接另外一组进气装置和出气装置。所述第一组蓄热体 40和第二组蓄热体50分别布置于燃烧室相对的两侧。

如图2所示，其为本实用新型中第二实施方式的示意图，为了保持热解室的反应温度需求，外壁需要保温，而采用保温层的方式，通常成本较高，而采用的另外一种方式为热解室10外壁外侧设置有热烟气通道30，包覆整个热解室的外壁，请参考图3所示，所述热解室的外壁和通道内壁形成了热烟气的运行和储存空间，为热解室提供热量，通常情况下，热烟气通道30为上下贯通的，热烟气自下至上运行，该热烟气通道30的外壁可以加设较薄的保温层110，以达到更加良好的隔热的效果。

本实用新型提供的另外一种方案是，将燃烧室20中的部分热量导入热烟气通道30，其实现方式是所述燃烧室20后端与所述热烟气通道 30联通，所述热烟气通道的烟道出口端设置第一调频引风机801，所述出气装置为第二调频引风机802，所述进气装置为第一调频鼓风机 803。

所述燃烧室20内高温烟气部分通过第一调频引风机801引入热烟气通道30，部分通过第二调频引风机802逐一反复进入一组蓄热体40 和第二组蓄热体50进行热交换。调频引风机和调频鼓风机的设置可以精准实现1/4的高温烟气进入外部保温烟道，3/4的高温烟气进入蓄热体，设备整体经济性更高。实际工程中是可根据需要调整的。

此外本实用新型中通过蓄热体在燃烧阶段回收了热量，实现了系统的节能，更可以通过精准控制高温烟气进入热烟气通道的量，来实现对热解炉内部反应温度的控制，从而控制荒煤气出口端产品的纯度，进过回收后的净煤气可以返回燃烧室燃烧为煤热解提供热量。

通过改良热烟气通道30，使得热解区和气体反应区的温度达到精准的控制。如图4或图5所示，热解炉的炉壁固定，在热解炉的外壁设置特殊结构的烟道气管道，将整个热解炉的外壁由下向上分隔形成二层或三层，所述热烟气通道中横向设置有一层隔板或二层隔板，烟气于所述热烟气通道30中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。热烟道气管道为三层时蓄热燃烧室的高温烟气首先进入高温区的烟道，给热解炉炉壁加热，并间接传递给热解室的煤料，使反应区温度保持在 600-750℃范围；烟气经过高温区换热后会降温，降温后的烟气进入中温区的管道，使该段保持在450-600℃范围；继续降温的烟气最后进入上部的低温区管道为该段加热，使该段保持在300-450℃范围，避免焦油蒸汽在此处凝结。当采用二层分区时，高温区保持在600-750℃范围，中低温区保持300-600℃范围，此方案中上段可以设置辅助设备，如：温度测量装置，调频鼓风机等送冷风设备，为顶部的气体反应区进一步精准降温。

上述在热解炉的外壁设置特殊结构的烟道气管道，具体而言为所述热烟气通道30中横向设置有一层隔板或二层隔板31、32，烟气于所述热烟气通道30中自下至上逐层迂回输送至烟道出口端。

所述热烟气通道30中设置第一隔板31的具体形式为，该第一隔板 31设置于热解室外壁外周，热烟气自热解室尾端进入上方区域，该第一隔板31的前端设有前侧开口，所述热烟气通道30自燃烧室(20)后端延伸至热解室10前端的侧面，并自第一隔板31的前侧开口延伸第一隔板31上方区域，所述烟道出口端设置于热解室10后端的上方。第一隔板31下方烟道为高温区，上方烟道为中低温区。

第二种形式，进一步而言，所述第一隔板31的上方设置有第二隔板32，所述第二隔板设置于热解室外壁外周，所述第二隔板32尾端设有后端开口，所述热烟气通道30自第一隔板31的上方区域延伸至尾端，并自第二隔板32的尾端开口向上延伸至第二隔板32上方区域，所述烟道出口端设置于热解室10前端的上方，所述第二隔板32的下方区域为中温区，上方为低温区。

其中，上述第一隔板31通常可以设置在热解区101的顶部对应的热解炉外壁位置，上述第二隔板32设置于所述气体反应区102中部对应的热解炉外壁位置。

进一步而言，请参阅图6和图7所示，每一层可以间隔设置纵向导板33，使得每一层中的热烟气自前之后或自后之前迂回均匀的向行驶。所述纵向导板33为常规设置方式，在此不再赘述。

进一步而言，所述热烟气通道30上层设置有温度测量装置及调频鼓风机，如图2所示设置在高温区的第一调频鼓风机804。或如图4和图6所示的，设置在中低温区的第二调频鼓风机805。或如图5和图7 所示的第三调频鼓风机806及第四调频鼓风机807。为了精准的控制所在区域的温度，每一层可以增加辅助设备，如鼓风机，温度测量装置，甚至是补热气装置。

基于上述的温度控制，可以得到品质高的净煤气，直接返回燃烧室燃烧。本实用新型中另一个可以实现此点的改进在于，上述蓄热体的机构，切换频率控制为1min/次-10min/次。一般现有的蓄热体无法实现如下快速的切换频率，本方案能够实现此点，得益于使用了如下结构的蓄热体。

如图8或图9所示，所述蓄热体整体为柱形的多孔陶瓷蜂窝体，包含自中心区域向外周区域延伸的至少两级区域，所述外侧区域的孔径大于内侧区域的孔径；所述蓄热体中心区域的孔径尺寸采用 3mm-5mm，外周区域的孔径尺寸采用5mm-10mm。蓄热体采用陶瓷蜂窝体或多孔陶瓷球为蓄热体，陶瓷蜂窝体内孔隙分布可采用均一孔径设计或不同孔径的组合式设计，保证热量能够快速地从烟气转入蓄热体或从蓄热体转入空气中。目前一般采用相同孔径的陶瓷蜂窝体作为蓄热材料，存在的问题是孔径过大，相同体积蓄热体的有效蓄热量低，孔径过小采用不洁净燃气，容易产生堵塞的现象，同时相同孔径的蓄热体存在流动死区，中间气速快，周围气速低，蓄热不均匀。因此根据这种现象设计不同孔径组合的蓄热体结构，蓄热体中间孔径小，提高蓄热密度，同时由于气速过快，不容易积炭堵塞，周围采用较大孔径分布，避免积炭，同时降低气体通过阻力，延缓气速停留时间，加强热量传递，从而实现蓄热及放热过程的均匀性。

如图10和图11所示，所述蓄热体整体为柱形的多孔陶瓷蜂窝体，包含有孔径不同的多个扇形区域组成。

外热式加热的烟气温度较高，一般可达到800℃以上，给煤料加热后的烟气温度仍为500-600℃，该部分热量由于温度较低，难以给煤料进行加热，但仍蕴含较多热量。采用蓄热式燃烧结构，将这部分热量进行回收加热空气和燃料，将排烟温度降低至120℃以下，大幅度提高整体系统能效。目前可将系统能效提高至85％以上。