专利名称：粉煤制焦设备及制焦方法
技术领域：
本发明涉及一种将煤炭制焦技术领域，特别涉及一种粉煤制焦设备及制焦方法。
背景技术：
半焦又称兰炭，是由原煤低温干馏所得的可燃固体产物。原煤在快速热解过程中脱除热解水、焦油、部分的硫和煤气。原煤制半焦的产率约为原料煤质量的50% -70%。半焦色黑多孔，主要成分是碳、灰分和挥发分。其灰分含量取决于原料煤质，挥发分含量约5%-20% (质量)。与焦炭相比，挥发分含量高，孔隙率大而机械强度低。与一氧化碳、蒸汽或氧相比，具有较强的反应活性。半焦是很好的高热值无烟燃料，主要用作工业或民用燃料，也用于合成气、电石生产等，少量用作铜矿或磷矿等冶炼时的还原剂，此外也用作炼焦配煤。半焦含有比煤体较高的热值。半焦的可磨性、反应性及燃烧性都比煤好，因此，半焦可代替无烟煤用作钢铁厂和电厂高炉理想的喷吹燃料，以及钢铁厂的烧结用料。现有的煤半焦热解炉，无论是内热式还是外热式，对使用的原煤的粒度都要求在20mm-80mm之间，而20mm以下粉煤，由于间隙小、透气性差、火焰穿透力不足、或热能传导不畅等原因，用于制焦会导致同一煤层不同部位的温度不均衡，热解不均匀，造成部分产品过烧、部分产品欠烧，质量不稳定；同时，热解后的煤气也无法顺利排出。另外，煤气夹带粉尘溢出，导致焦油和粉尘无法脱离，影响焦油品质。
发明内容
本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种粉煤制焦方法，以便对粒径在20mm以下的粉煤进行制焦，并且可以实现粉煤热交换均衡，从而产生粉状半焦、煤气和煤焦油。 本发明的另一目的是提供一种实现上述粉煤制焦方法的粉煤制焦设备。根据本发明第一方面，提供了一种粉煤制焦方法，包括以下步骤:在用于粉煤制焦的炭化室内逐层安装向下倾斜的粉煤承载板；利用所述多个粉煤承载板构成相互连通的多层热交换单元，其每层热交换单元均具有基于粉煤承载板上的粉煤堆积区域和气体流动区域，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境；将粉煤从上至下布入各层热交换单元中，使得每层热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积斜向分布的粉煤层；利用各层的气体流动区域将通过燃烧或者加热产生的热载体气体从下向上流动到各层热交换单元，使热载体气体分别与各个热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换。优选地，当所述炭化室为内热式结构时，炭化室分为预热干燥区、热解干馏区、燃烧焦化区和半焦冷却区；其中:
预热干燥区包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥；热解干馏区包含位于炭化室中上部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行低温热解，干馏出粉煤中挥发份；燃烧焦化区包含位于炭化室中下部的若干个热交换单元，用于产生热载体气体，并对经热解干馏区热解的粉煤进行进一步中温热解，干馏出粉煤中残留的挥发份，生产出粉状半焦；半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。优选地，当所述炭化室为外热式结构，炭化室分为预热干燥区、热解干馏区和半焦冷却区；其中:预热干燥区包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥；热解干馏区包含位于炭化室中部和下部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行热解，干馏出粉煤中挥发份，生产出粉状半焦；半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。优选地，所述 的逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤包括:在炭化室内逐层安装多个带有通气气隙的三角形或弧形等形状的粉煤承载板；其中，布入粉煤时，在所述粉煤承载板的作用下粉煤下行，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域；其中，所述粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙，其作用在于，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。优选地，所述的逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤包括:在炭化室内侧逐层相对交错地安装多个向下倾斜的带有通气气隙的粉煤承载板，使任意两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部；其中，每个粉煤承载板的下端部均开有用于粉煤向下流动的开口 ；其中，粉煤承载板与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间；其中，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。优选地，每层热交换单元均由两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板下表面和下层粉煤承载板上表面及其周围的炭化室内壁围成，在布入粉煤时，利用粉煤之间的挤压支撑作用，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域。优选地，每层热交换单元的粉煤承载板上设有与其气体流动区域连通的气道，每层热交换单元的气体流动区域通过位于其上的上气道与位于其上层热交换单元的气体流动区域相连通，通过位于其下的下气道与位于其下层热交换单元的气体流动区域相连通，所述气道使热载体气体逐层上行与各层热交换单元的粉煤层热交换，最后从上方排气口外排。优选地，预热干燥区中的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，当待排放气体夹带许多粉尘时，关闭一个或几个气道阀门，强迫热载体气体从粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，利用粉煤承载板上堆积的未干燥的粉煤层对待排放的气体中的粉尘进行过滤。优选地，燃烧焦化区中的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，用于根据进入炭化室内的煤气和空气的压力大小，关闭一个或几个气道，迫使热载体气体从上方粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，使热载体气体和粉煤热交换更充分，提高生产效率。优选地，所述的热载体气体分别与各个热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换的步骤包括:进入燃烧焦化区内的煤气和空气经燃烧或加热后产生热载体气体，热载体气体通过上方粉煤层或粉煤承载板一侧的气道上行进入热解干馏区的各个热交换单元并充满其气体流动区域；
每个热交换单元的气体流动区域的热载体气体通过其上的粉煤承载板及其气隙的传导对位于其上层的粉煤加热热解干馏出挥发份，并直接对位于其下的粉煤加热热解干馏出挥发份；干馏出的挥发份和热载体气体通过各热解干馏区的气体流动区域继续上行，对粉煤预热干燥区的粉煤进行预热干燥。优选地，本发明方法的气体流动的过程为:煤气和空气从进气口进入，通过相邻半焦出料通道之间形成的气体流动通道上行，在半焦冷却区利用高温半焦进行预热，从气体通道进入气体喷出装置，喷入燃烧焦化区燃烧产生热载体气体，热载体气体上行穿过热解干馏区各热交换单元内的气体流动区域，对上下层粉煤进行热解，干馏出挥发份，煤气气体再往上穿行，通过预热干燥区蒸发出水蒸汽，最后通过排气口外排。优选地，本发明方法的气体流动的过程为:煤气和空气通过相邻半焦出料通道之间形成的气体流动通道上行，在半焦冷却区利用高温半焦进行预热，从进气口进入燃烧室，经燃烧产生热载体气体，热载体气体的热能通过隔墙传导到各热交换单元内的气体流动区域并上行，对上下层粉煤进行热解，干馏出挥发份，煤气气体再往上穿行，通过预热干燥区蒸发出水蒸汽，最后通过排气口外排。优选地，本发明方法中的将粉煤制成半焦的过程为:粉煤入炉，进入预热干燥区，经预热蒸发掉水份，干粉煤下行流入热解干馏区和燃烧焦化区，经低、中温热解，干馏出挥发份，最后经空气冷却后通过排焦口排出，生产出半焦。优选地，本发明将粉煤制成半焦的过程为:粉煤入炉，进入预热干燥区，经预热蒸发掉水份，干粉煤下行流入热解干馏区热解，干馏出挥发份，最后经空气冷却后通过排焦口排出，生产出半焦。本发明方法可生产出半焦、煤气和焦油，从而解决了粉煤制焦的最大难题。根据本发明第二方面，提供了一种粉煤制焦设备，包括多个炭化室，其每个炭化室包括:逐层向下倾斜安装的多个粉煤承载板；利用所述多个粉煤承载板构成的相互连通的多层热交换单元，其每层热交换单元均具有基于粉煤承载板上的粉煤堆积区域和气体流动区域，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境；设置于炭化室顶端的布料口，用于将粉煤从上至下布入各层热交换单元中，使得每层热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积有斜向分布的粉煤层；
热载体气体产生装置，用于通过燃烧或者加热产生热载体气体，热载体气体利用各层的气体流动区域，从下向上流动到各层热交换单元，分别与各热交换单元的粉煤层进行热交换；设置于炭化室下方的曲线式半焦出料通道。优选地，位于炭化室下方的半焦出料通道设置为曲线形状，在同样的高度下，增加了半焦出料通道长度，增加炭化室气体下行的阻力，延长半焦下行时间，使半焦有更长的被冷却时间。其中，两个相邻炭化室的半焦出料通道间设置为气体通道，煤气和空气从该气体通道通过，对高温半焦进行强行冷却，实现干熄焦目的；同时利用半焦余热对气体进行预热，起到节能减排作用。优选地，所述粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙；并且每个粉煤承载板下端部均开有用于粉煤向下流动的开口 ；其中，任意两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部；其中，粉煤承载板与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间；其中，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。优选地，所述的热交换单元均由两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板下表面和下层粉煤承载板上表面及其周围的炭化室内壁围成；其中，在布入粉煤时，每层热交换单元利用其倾斜的粉煤承载板 在其上堆积倾斜粉煤层，并形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域。优选地，每层热交换单元的气体流动区域通过位于其上的上气道与位于其上层热交换单元的气体流动区域相连通，通过位于其下的下气道与位于其下层热交换单元的气体流动区域相连通。优选地，位于炭化室上部的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，当待排放气体夹带许多粉尘时，关闭一个或几个气道阀门，强迫热载体气体从粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，利用粉煤承载板上堆积的未干燥的粉煤层对待排放的气体中的粉尘进行过滤。优选地，位于炭化室中下部的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，用于根据进入炭化室内的煤气和空气的压力大小，关闭一个或几个气道，迫使热载体气体从上方粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，使热载体气体和粉煤热交换更充分。根据本发明第三方面，提供了一种利用上述制焦方法对粉煤或粉状物进行烘干的方法。根据本发明的第四方面，提供了一种利用上述制焦方法对粉状(20mm以下)的油页岩进行热解干馏的方法。根据本发明的第五方面，提供了一种粉煤制气方法，对粉煤进行制气处理。相对于现有技术，本发明的有益技术效果是:对于粒径在20mm以下的粉煤，本发明可以从根本上保证了粉煤制焦过程中粉煤均衡加温、热交换，煤气粉尘过滤，及煤气溢出通道通畅，从而能使粉煤制焦顺利进行。此外，本发明通过利用上行的热载体气体对粉煤进行预热，及下行的半焦对冷空气和煤气进行预热，使热能充分利用，达到节能减排的目的。
图1是本发明的一种内热式粉煤制焦设备的示意图；图2是本发明的一种外热式粉煤制焦设备的示意图；图3是图1和2所示的 粉煤半焦炭化室的示意图；图4是图3的左视图；图5是图3的C向视图；图6是粉煤半焦炭化室布入粉煤后的示意图；图7a是粉煤半焦炭化室的粉煤承载板上的气隙的一种结构和分布示意图；图7b是粉煤半焦炭化室的粉煤承载板上的气隙的另一种结构和分布示意图；图7c是粉煤半焦炭化室的粉煤承载板上的气隙的另一种结构和分布示意图。
具体实施例方式如图1和图2所示，本发明提供了一种粉煤制焦设备，包括粉煤制焦炉I，所述粉煤制焦炉I自上而下分别为布料口 2、排气口 10、多个粉煤制焦炭化室8、出焦口 9、半焦出料通道5、气体流动通道6以及空气和煤气进气口 7。图1显示了本发明的内热式粉煤制焦设备。其中粉煤制焦炉I顶部为布料口 2，布料口 2上有用于布料的加料车。粉煤制焦炉I下方为出焦口 9和排焦机19，用于收集并推出粉状半焦。粉煤制焦炉I具有外隔墙和多个内隔墙21，每个粉煤制焦炭化室8均由隔墙围成，例如外侧粉煤制焦炭化室8由外隔墙和内隔墙围成，位于内部的粉煤制焦炭化室8由两个内隔墙围成。每个粉煤制焦炭化室8内左右两个隔墙上逐层相对交错地设立多个粉煤承载板18，从而在粉煤制焦炭化室8内形成了多层热交换单元81 (参见图3)。此外，每个粉煤制焦炭化室8下方设置有内热式加热装置(喷嘴16以及连通喷嘴16的气体通道15)。图2显示了本发明的外热式粉煤制焦设备。其中粉煤制焦炉I顶部为布料口 2，布料口 2上有用于布料的加料车。粉煤制焦炉I下方为出焦口 9和排焦机19，用于收集并推出粉状半焦。粉煤制焦炉I具有外隔墙和多个内隔墙21，每个粉煤制焦炭化室8均由隔墙围成，例如外侧粉煤制焦炭化室8由外隔墙和内隔墙围成，位于内部的粉煤制焦炭化室8由两个内隔墙围成。每个粉煤制焦炭化室8内左右两个隔墙上逐层相对交错地设立多个粉煤承载板18，从而在粉煤制焦炭化室8内形成了多层热交换单元81 (参见图3)。此外，粉煤制焦炭化室8之间设置有外热式加热装置20，如隔墙燃烧室。具体地，本发明主要是开发了一种适于粉煤制焦的粉煤制焦炭化室8，以及利用该粉煤制焦炭化室8将粉煤制焦的方法。下面主要结合图1至图7对本发明的包括多个粉煤制焦炭化室8的粉煤制焦设备以及在炭化室内进行制焦的方法进行详细说明。图3显示了图1和图2所示的粉煤制焦炭化室8的具体结构示意图。如图3所示，本发明粉煤制焦炭化室8包括:逐层向下倾斜安装的多个粉煤承载板18 ；利用所述多个粉煤承载板18构成的相互连通的多层热交换单元81，其每层热交换单元81均具有基于粉煤承载板18上的粉煤堆积区域(对应于图6所示的粉煤层811)和气体流动区域812，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境；设置于炭化室顶端的布料口 82，用于将粉煤从上至下布入各层热交换单元81中，在布入粉煤时，利用粉煤之间的挤压支撑作用，使得每层热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积有斜向分布的粉煤层811 (如图6所示)，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域812 (如图6所示)；热载体气体产生装置，用于通过燃烧或者加热产生热载体气体，热载体气体利用各层的气体流动区域，从下向上流动到各层热交换单元81，分别与各热交换单元的粉煤层811进行热交换；设置于炭化室下方的曲线式半焦出料通道5，曲线式的半焦出料通道5在同样的垂直高度下，增加了半焦出料通道5的长度，增加炭化室气体下行的阻力，延长半焦下行时间，使半焦有更长的被冷却时间。如图1所示，相邻两个炭化室的出料通道5之间设置气体流动通道6，煤气和空气穿过气体流动通道6进入内热式加热装置前对高温半焦进行强行冷却，实现干熄焦目的；同时煤气或空气本身利用半焦余热获得了预热，起到节能减排作用。如图2所示，相邻两个炭化室之间设置有隔墙燃烧室20，且相邻两个炭化室的出料通道5之间设置气体流动通道6，煤气和空气穿过气体流动通道6进入隔墙燃烧室20前对高温半焦进行强行冷却，实现干熄焦目的；同时煤气或空气本身利用半焦余热获得了预热，起到节能减排作用。下面对粉煤制焦炭化室8内的各组成部分进行详细说明。如图3至6所示，各个粉煤承载板18上均开有多个用于从其下方对其上的粉煤层811进行粉煤热解的通气气隙181。如图7a所示，通气气隙181优选为贯通粉煤承载板18的长条形通孔；也可以是如图7b所示的短条形通孔；也可以是如图7c所示的圆通孔，并且最好按照三角形分布在粉煤承载板18上。其中，粉煤在下行过程中不能通过气隙181下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过气隙181上行。
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如图3或6所示，每个粉煤承载板18下端部均开有用于粉煤向下流动的开口 182，并且任意两个相邻粉煤承载板18的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部，且粉煤承载板18与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间。如图3或6所示，本发明的每层热交换单元81均由两个相邻粉煤承载板18的上层粉煤承载板下表面和下层粉煤承载板上表面及其周围的炭化室内壁围成；在布入粉煤时，每层热交换单元81利用其倾斜的粉煤承载板18在其上堆积倾斜粉煤层811，并形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域812。如图4所示，本发明每层热交换单元81的粉煤承载板18上设有与其气体流动区域812连通的气道80，每层热交换单元81的气体流动区域812通过位于其上的上气道与位于其上层热交换单元的气体流动区域相连通，通过位于其下的下气道与位于其下层热交换单元的气体流动区域相连通。除图3至图5所示气道之外，本发明还可设置从上至下依次穿过各粉煤承载板18的多个气道，相邻粉煤承载板18之间的气道部分均开设有与该层热交换单元81的气体流动区域812相连通的通气口，热载体气体通过该气道从下向上流动到各层热交换单元，并通过该通气口与各热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换。此外，当粉煤制焦炭化室8为内热式结构时，粉煤制焦炭化室8分为预热干燥区31、热解干馏区32、燃烧焦化区33和半焦冷却区34 ;当粉煤制焦炭化室8为外热式结构时，粉煤制焦炭化室8分为预热干燥区31、热解干馏区32和半焦冷却区34，其预热干燥区31中的一个或多个热交换单元81的气道设置气道阀门，当待排放气体夹带许多粉尘时，关闭一个或几个气道阀门，强迫热载体气体从粉煤承载板18的气隙181和粉煤中穿过，利用粉煤承载板18上堆积的未干燥的粉煤层811对待排放的气体中的粉尘进行过滤。此外，当粉煤制焦炭化室8为内热式结构时，其燃烧焦化区的一个或多个热交换单元81的气道设置气道阀门，用于根据进入炭化室内的煤气和空气的压力大小，关闭一个或几个气道，迫使热载体气体从上方粉煤承载板18的通气气隙181和粉煤中穿过，使热载体气体和粉煤热交换更充分，提高生产效率。如图2所示，在炭化室内逐层安装的多个带有通气气隙的粉煤承载板也可以为三角形或弧形。其中，布入粉煤时，在所述粉煤承载板的作用下粉煤下行，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域，也就是说，每个粉煤承载板之上堆积有倾斜粉煤层，之下分布有气体流动区域；其中，粉煤承载板上开有多个用于从下方 对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。下面主要对本发明在粉煤制焦炭化室8内进行制焦的方法详细说明。下面结合图6详细说明本发明的粉煤制焦方法，一般来说，本发明的粉煤制焦方法包括以下步骤:在用于粉煤制焦的炭化室8内逐层安装向下倾斜的粉煤承载板18 ；利用多个粉煤承载板18形成相互连通的多层热交换单元81，其每层热交换单元81均具有基于粉煤承载板18上的粉煤堆积区域(对应于图6所示的粉煤层811)和气体流动区域812，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境；将粉煤从上至下布入各层热交换单元81中，使得每层热交换单元81的粉煤堆积区域上分别堆积斜向分布的粉煤层811 ；利用各层的气体流动区域812将通过燃烧或者加热产生的热载体气体从下向上流动到各层热交换单元，使热载体气体分别与各热交换单元81从上而下流动的粉煤层进行热交换。具体地，在本发明制焦方法中，逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤包括:如图3或6所示，在炭化室8内侧逐层相对交错地安装多个向下倾斜的带有通气气隙181的粉煤承载板18，使任意两个相邻粉煤承载板18的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部；其中，每个粉煤承载板18的下端部均开有用于粉煤向下流动的开口 ；其中，粉煤承载板18与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间；其中，粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。此外，本发明逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤还包括:在炭化室内逐层安装多个带有通气气隙的三角形或弧形等形状的粉煤承载板；其中，布入粉煤时，在所述粉煤承载板的作用下粉煤下行，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域，也就是说，每个粉煤承载板之上堆积有倾斜粉煤层，之下分布有气体流动区域；其中，所述粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙，其作用在于，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。具体地，在本发明制焦方法中，热载体气体分别与各个热交换单元81从上而下流动的粉煤层进行热交换的步骤包括:煤气和空气经燃烧或加热后产生热载体气体，热载体气体通过上层粉煤层或粉煤承载板一侧的气道上行进入热解干馏区的各个热交换单元并充满其气体流动区域；每个热交换单元的气体流动区域的热载体气体通过其上的粉煤承载板及其气隙的传导对位于其上层的粉煤加热热解干馏出挥发份，并直接对位于其下的粉煤加热热解干馏出挥发份；干馏出的挥发份和热载体气体通过各热解干馏区的气体流动区域继续上行，对粉煤预热干燥区31的粉煤进行预热干燥。实施例1内热式结构的粉煤制焦炭化室8的制焦方法如图1所示，当粉煤制焦炭化室8为内热式结构时，粉煤制焦炭化室8分为预热干燥区31、热解干馏区32、燃烧焦化区33和半焦冷却区34，其中:预热干燥区31包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥；热解干馏区包含位于炭化室中上部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行低温热解，干馏出粉煤中挥发份；燃烧焦化区包含位于炭化室中下部的若干个热交换单元，用于产生热载体气体，并对经热解干馏区热解的粉煤进行进一步中温热解，干馏出粉煤中残留的挥发份，生产出粉状半焦；半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。在本发明制焦方法中，热载体气体分别与各热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换的步骤包括:进入燃烧焦化区内的煤气和空气经燃烧后产生热载体气体，热载体气体通过上层粉煤层或粉煤承载板一侧的气道上行进入热解干馏区的各个热交换单元并充满各个热解干馏区的各个气体流动区域；每个热交换单元的气体流动区域的热载体气体穿过其上的粉煤承载板及其气隙对位于其上层的粉煤加热热解干馏出挥发份，并直接对位于其下的粉煤加热热解干馏出挥发份；干馏出的挥发份和热载体气体通过各热解干馏区的气体流动区域继续上行，对粉煤预热干燥区31的粉煤进行预热干燥。
对于内热式粉煤制焦炭化室8，本发明将粉煤制成半焦的过程为:粉煤从布料口 2入炉，在粉煤承载板的作用下，粉煤从上至下依次进入内热式粉煤制焦炭化室8的预热干燥区31，经预热蒸发掉水份；干粉煤继续下行进入热解干馏区进行低温热解，干馏出粉煤中挥发份；从热解干馏区进入燃烧焦化区中温热解，干馏出挥发份；最后进入半焦冷却区经空气和煤气冷却后，生产出低温半焦，通过排焦机19排出。本发明方法的气体流动的过程为:煤气和空气从进气口 7进入，通过相邻半焦出料通道5之间形成的气体流动通道6上行，在半焦冷却区利用高温半焦进行预热，从气体通道15进入气体喷出装置，从喷嘴16喷入燃烧焦化区燃烧产生热载体气体，热载体气体上行穿过热解干馏区各热交换单元内的气体流动区域，对上下层粉煤进行热解，干馏出挥发份，煤气气体再往上穿行，通过预热干燥区31蒸发出水蒸汽，最后通过排气口 10外排。本发明方法可生产出半焦、煤气和焦油，从而解决了粉煤制焦的最大难题。
实施例2外热式结构的粉煤制焦炭化室8的制焦方法如图2所示，当粉煤制焦炭化室8为外热式结构时，炭化室分为预热干燥区31、热解干馏区32和半焦冷却区34，其中:预热干燥区31包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥；热解干馏区包含位于炭化室中部和下部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行热解，干馏出粉煤中挥发份，生产出粉状半焦；半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。在本发明制焦方法中，热载体气体分别与各热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换的步骤包括:煤气和空气在隔墙燃烧室内燃烧产生热载体气体，该热载体气体的热能经隔墙热传导与各热交换单元的粉煤进行热交换，粉煤经低、中温热解后干馏出煤气，同时热载体煤气通过上层粉煤层或粉煤承载板一侧的气道上行进入热解干馏区的各个热交换单元并充满各个热解干馏区的各个 气体流动区域；每个热交换单元的气体流动区域的热载体煤气穿过其上的粉煤承载板及其气隙对位于其上层的粉煤加热热解干馏出挥发份，并直接对位于其下的粉煤加热热解干馏出挥发份；干馏出的挥发份和热载体煤气通过各热解干馏区的气体流动区域继续上行，对粉煤预热干燥区31的粉煤进行预热干燥。对于外热式粉煤制焦炭化室8，本发明将粉煤制成半焦的过程为:粉煤从布料口 2入炉，在粉煤承载板的作用下，粉煤从上至下依次进入外热式粉煤制焦炭化室8的预热干燥区31，经预热蒸发掉水份；干粉煤继续下行进入热解干馏区进行热解，干馏出挥发份 ’最后从热解干馏区进入半焦冷却区经空气和煤气冷却后，生产出低温半焦，通过排焦机19排出。本发明方法的气体流动的过程为:煤气和空气通过相邻半焦出料通道5之间形成的气体流动通道6上行，在半焦冷却区利用高温半焦进行预热，从进气口 7进入燃烧室，经燃烧产生热载体气体，热载体气体的热能通过隔墙传导到各热交换单元内的气体流动区域并上行，对上下层粉煤进行热解，干馏出挥发份，煤气气体再往上穿行，通过预热干燥区31蒸发出水蒸汽，最后通过排气口 10外排。本发明方法可生产出半焦、煤气和焦油，从而解决了粉煤制焦的最大难题。本发明还提供一种利用上述制焦方法对粉煤或粉状物进行烘干的方法，用于对含水率高的粉煤进行烘干处理。本发明还提供一种利用上述制焦方法对粉状(20_以下)的油页岩进行热解干馏的方法。本发明对粒径在20mm以下的粉煤进行制焦，并且可以实现粉煤热交换均衡，从而产生粉状半焦、煤气和煤焦油。最后应说明的是:显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种粉煤制焦方法，其特征在于，包括下列步骤: 在用于粉煤制焦的炭化室内逐层安装向下倾斜的粉煤承载板； 利用所述多个粉煤承载板构成相互连通的多层热交换单元，其每层热交换单元均具有基于粉煤承载板上的粉煤堆积区域和气体流动区域，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境； 将粉煤从上至下布入各层热交换单元中，使得每层热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积斜向分布的粉煤层； 利用各层的气体流动区域将通过燃烧或者加热产生的热载体气体从下向上流动到各层热交换单元，使热载体气体分别与各个热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述炭化室为内热式结构时，炭化室分为预热干燥区、热解干馏区、燃烧焦化区和半焦冷却区；其中: 预热干燥区包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥； 热解干馏区包含位于炭化室中上部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行低温热解，干馏出粉煤中挥发份； 燃烧焦化区包含位于炭化室中下部的若干个热交换单元，用于产生热载体气体，并对经热解干馏区热解的粉煤进行进一步中温热解，干馏出粉煤中残留的挥发份，生产出粉状半焦； 半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。
3.根据权利要求1所述的 方法，其特征在于，当所述炭化室为外热式结构，炭化室分为预热干燥区、热解干馏区和半焦冷却区；其中: 预热干燥区包含位于炭化室上部的若干个热交换单元，用于粉煤预热和干燥； 热解干馏区包含位于炭化室中部和下部的若干个热交换单元，用于对预热和干燥后的粉煤进行热解，干馏出粉煤中挥发份，生产出粉状半焦； 半焦冷却区包含位于炭化室下部的若干个热交换单元和曲线式半焦出料通道，用于利用高温半焦对外部进入的空气和煤气进行预热，并对半焦进行冷却，排出低温半焦。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤包括: 在炭化室内逐层安装多个带有通气气隙的三角形或弧形等形状的粉煤承载板； 其中，布入粉煤时，在所述粉煤承载板的作用下粉煤下行，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域； 其中，粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。
5.根据权利要求2或3所述的粉煤制焦方法，其特征在于，所述的逐层安装向下倾斜的粉煤承载板的步骤包括: 在炭化室内侧逐层相对交错地安装多个向下倾斜的带有通气气隙的粉煤承载板，使任意两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部； 其中，每个粉煤承载板的下端部均开有用于粉煤向下流动的开口；其中，粉煤承载板与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间； 其中，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。
6.根据权利要求5所述的粉煤制焦方法，其特征在于，每层热交换单元均由两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板下表面和下层粉煤承载板上表面及其周围的炭化室内壁围成，在布入粉煤时，利用粉煤之间的挤压支撑作用，在每层热交换单元的粉煤承载板上堆积倾斜粉煤层，并由此形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域。
7.根据权利要求6所述的粉煤制焦方法，其特征在于，每层热交换单元的粉煤承载板上设有与其气体流动区域连通的气道，每层热交换单元的气体流动区域通过位于其上的上气道与位于其上层热交换单元的气体流动区域相连通，通过位于其下的下气道与位于其下层热交换单元的气体流动区域相连通，所述气道使热载体气体逐层上行与各层热交换单元的粉煤层热交换，最后从上方排气口外排。
8.根据权利要求7所述的粉煤制焦方法，其特征在于，预热干燥区中的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，当待排放气体夹带许多粉尘时，关闭一个或几个气道阀门，强迫热载体气体从粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，利用粉煤承载板上堆积的未干燥的粉煤层对待排放的气体中的粉尘进行过滤。
9.根据权利要求7所述的粉煤制焦方法，其特征在于，燃烧焦化区中的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，用于根据进入炭化室内的煤气和空气的压力大小，关闭一个或几个气道，迫使热载体气体从上方粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，使热载体气体和粉煤热交换更充分。
10.根据权利要求7所述的粉煤制焦方法，其特征在于，所述的热载体气体分别与各个热交换单元从上而下流动的粉煤层进行热交换的步骤包括: 进入燃烧焦化区内的煤气和空气经燃烧或加热后产生热载体气体，热载体气体通过上方粉煤层或粉煤承载板一侧的气道上行进入热解干馏区的各个热交换单元并充满其气体流动区域； 每个热交换单元的气体流动区域的热载体气体通过其上的粉煤承载板及其气隙的传导对位于其上层的粉煤加热热解干馏出挥发份，并直接对位于其下的粉煤加热热解干馏出挥发份； 干馏出的挥发份和热载体气体通过各热解干馏区的气体流动区域继续上行，对粉煤预热干燥区的粉煤进行预热干燥。
11.一种粉煤制焦设备，包括多个炭化室，其特征在于，炭化室包括: 逐层向下倾斜安装的多个粉煤承载板； 利用所述多个粉煤承载板构成的相互连通的多层热交换单元，其每层热交换单元均具有基于粉煤承载板上的粉煤堆积区域和气体流动区域，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境； 设置于炭化室顶端的布料口，用于将粉煤从上至下布入各层热交换单元中，使得每层热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积有斜向分布的粉煤层； 热载体气体产生装置，用于通过燃烧或者加热产生热载体气体，热载体气体利用各层的气体流动区域，从下向上流动到各层热交换单元，分别与各热交换单元的粉煤层进行热交换； 设置于炭化室下方的曲线式半焦出料通道。
12.根据权利要求11所述的粉煤制焦设备，其特征在于，所述粉煤承载板上开有多个用于从下方对粉煤承载板上的粉煤层进行粉煤加热热解的通气气隙；并且每个粉煤承载板下端部均开有用于粉煤向下流动的开口； 其中，任意两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板的下端部靠近下层粉煤承载板的上端部； 其中，粉煤承载板与炭化室内侧的夹角为20度至70度之间； 其中，粉煤在下行过程中不能通过所述气隙下行，而从下向上流动的热载体气体可以穿过所述气隙上行。
13.根据权利要求12所述的粉煤制焦设备，其特征在于，所述的热交换单元均由两个相邻粉煤承载板的上层粉煤承载板下表面和下层粉煤承载板上表面及其周围的炭化室内壁围成； 其中，在布入粉煤时，每层热交换单元利用其倾斜的粉煤承载板在其上堆积倾斜粉煤层，并形成位于倾斜粉煤层之上的气体流动区域。
14.根据权利要求13所述的粉煤制焦设备，其特征在于，每层热交换单元的粉煤承载板上设有与其气体流动区域连通的气道，每层热交换单元的气体流动区域通过位于其上的上气道与位于其上层热交换单元的气体流动区域相连通，通过位于其下的下气道与位于其下层热交换单元的气体流动区域相连通。
15.根据权利要求14所述的粉煤制焦设备，其特征在于，位于炭化室上部的一个或多个热交换单元的气道设置 气道阀门，当待排放气体夹带许多粉尘时，关闭一个或几个气道阀门，强迫热载体气体从粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，利用粉煤承载板上堆积的未干燥的粉煤层对待排放的气体中的粉尘进行过滤。
16.根据权利要求14所述的粉煤制焦设备，其特征在于，位于炭化室中下部的一个或多个热交换单元的气道设置气道阀门，用于根据进入炭化室内的煤气和空气的压力大小，关闭一个或几个气道，迫使热载体气体从上方粉煤承载板的通气气隙和粉煤中穿过，使热载体气体和粉煤热交换更充分。
17.一种粉煤烘干方法，其特征在于，利用权利要求1至10任一项所述的方法对粉煤进行烘干处理。
18.一种粉状油页岩的热解干馏方法，其特征在于，利用权利要求1至10任一项所述的方法对粉状油页岩进行热解干馏处理。
19.一种粉煤制气方法，其特征在于，利用权利要求1至10任一项所述的方法对粉煤进行制气处理。
全文摘要
本发明公开了一种粉煤制焦设备和方法，本发明的粉煤制焦方法包括在炭化室内逐层安装向下倾斜的粉煤承载板；利用多个粉煤承载板形成相互连通的多层热交换单元，其每层热交换单元均具有基于粉煤承载板上的粉煤堆积区域和气体流动区域，以便形成粉煤和气体可流动的粉煤制焦环境；将粉煤从上至下布入各层热交换单元中，使得每个热交换单元的粉煤堆积区域上分别堆积斜向分布的粉煤层；利用各层的气体流动区域将通过燃烧或者加热产生的热载气体从下向上流动到各层热交换区域，分别与各热交换单元的粉煤层进行热交换，从而产生粉状半焦、煤气和煤焦油。
文档编号C10B17/00GK103160291SQ201210521388
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月9日
发明者陈华金 申请人:新疆美特镁业有限公司