一种分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉的制作方法

本发明属于煤化工
技术领域：
，具体涉及一种分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉。
背景技术：
：相比于煤的直接燃烧、液化或者气化，煤热解将煤转化成固态、液态和气态产品，有较好的经济效益和社会效益，煤热解是煤气化、液化和燃烧等煤加工转化利用过程的初始阶段，也是极其重要的中间过程。现有煤热解工艺采用热载体加热式，工艺流程长，系统故障率较高。目前，现有技术基于蓄热式高温空气燃烧技术，采用内部负载辐射管的快速热解炉从褐煤、长焰煤等低阶煤原料中提取人造石油、人造天然气资源，不仅能补充我国石油、天然气资源缺口，又能解决低阶煤炭体质和资源化利用这一世界难题。然而，热解炉在长周期运行过程中，其内煤粉颗粒的剧烈向下运动可能会引起热解炉中提供热源的关键部件辐射管出现严重的磨损现象。磨损会带消耗辐射管表面材料，造成辐射管材料大面积报废，降低辐射管使用寿命，造成不安全因素，重则影响快速热解炉装置的高效长周期安全稳定运行，造成较大的经济损失。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，提供一种分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉，通过合理分区，对于炉膛内辐射管磨损严重区域，向辐射管管体表面加入防磨结构，保证了蓄热式快速热解炉运行过程中，炉膛内大量颗粒自上而下向下运动时，不直接冲刷辐射管管体表面，而冲刷焊接在管体外侧的防磨损机构上，以解决蓄热式快速热解炉装置运行中辐射管磨损问题。为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉，其特征在于，包括：炉体、防磨损机构和辐射管，其中，所述炉体内依次分为：第一区、第二区和第三区，所述第一区和所述第二区的空间分别占所述炉体的1/6-1/3，所述第二区的空间占所述炉体的1/3-2/3；所述第二区为热解炉中心区域，所述辐射管分层设置于所述炉体的第一区、第二区和第三区；位于所述第二区的所述辐射管设有所述防磨损机构。优选的，所述防磨损机构包括：导料板和抗磨板，其中，两个所述导料板对称设置于所述辐射管上部，所述导料板的下端与所述辐射管连接，上端与所述抗磨板连接；所述抗磨板包括弧形板部和直板部，所述直板部设置于所述弧形板部两侧，且与所述弧形板部相切。优选的，所述导料板和所述抗磨板长度至少为辐射管长度的百分之九十。优选的，所述第一区和所述第二区的空间占所述炉体的1/6-1/3，所述第二区的空间占所述炉体的1/3-2/3。优选的，所述导料板上端与所述直板部焊接，下端与所述辐射管焊接。优选的，所述两个导料板间的距离为所述辐射管外径的3/4-1。优选的，所述导料板厚度为所述辐射管管体厚度的1/3-1/2，所述抗磨板厚度为所述导料板厚度的1.5-3倍。优选的，所述导料板高度为所述辐射管管体外径的2/3-1。优选的，所述直板部的长度为所述导料板高度的1/2-1。优选的，所述导料板与所述直板部的夹角为100-150°。优选的，两个所述直板部间形成的夹角为100-150°。本发明的有益效果在于：（1）通过合理分区，对于炉膛内辐射管磨损严重区域，向辐射管管体表面加入防磨结构，保证了蓄热式快速热解炉运行过程中，炉膛内大量颗粒自上而下向下运动时，不直接冲刷辐射管管体表面，而冲刷焊接在管体外侧的防磨损机构上，解决了蓄热式快速热解炉装置运行中辐射管磨损问题。（2）避免颗粒堆积在该区域辐射管管体上方区域，降低了管体的负荷，使得该区域辐射管在高温下的使用寿命延长至3年以上。（3）对于磨损轻微的炉膛区域，直接采用无防磨结构的辐射管，使得炉膛内辐射管的热辐射效率达到最高，热解气产率增大了5%以上。附图说明图1为本发明分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉整体结构图。图2为本发明防磨机构示意图。其中，1、蓄热式快速热解炉2、辐射管3、防磨机构2-1、辐射管管体2-2、导料板2-3、抗磨板a、第一区b、第二区c、第三区r、辐射管管体外径d1、辐射管管体厚度h、导料板高度d2、导料板厚度l、直板部长度r、弧形板部半径d3、抗磨板厚度d、两导料板水平间距。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。根据本发明的一个方面，本发明提供了一种分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉，图1为本发明分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉整体结构图，如图1所示，辐射管分层设置于蓄热式快速热解炉内，将蓄热式快速热解炉进行分区，由上至下依次为：第一区、第二区和第三区，位于所述第二区的所述辐射管设有所述防磨损机构，所述第二区为热解炉中心区域，所述辐射管分层设置于所述炉体的第一区、第二区和第三区。发明人通过对连续运动两年（每年运行350天，每天运行24h）后的蓄热式快速热解炉装置进行检修后发现，炉膛顶部和底部区域的辐射管管体磨损的厚度较小，均在0.1mm以下，而居于炉膛中心区域的辐射管管体出现严重磨损，辐射管磨损厚度均大于4mm。主要原因是由于辐射管管体表面的磨损程度与冲蚀粒子的速度呈指数关系，冲蚀粒子速度增大，辐射管管体的磨损程度呈指数增大。蓄热式快速热解炉为典型的下行流化床，颗粒沿着炉膛顶部由上而下运动时，顶部颗粒相入口区域，颗粒速度较小，辐射管管体表面磨损较小。沿炉膛顶部向下运动，颗粒经历加速阶段，具有较高的动量，颗粒速度增大，当颗粒运动到达辐射管管体表面区域时，与管体表面发生强烈的碰撞作用，对管体表面进行冲刷，破坏材料表面特性，长期下去会使得管体表面出现严重的磨损现象，因此，该区域的辐射管管体表面的磨损较大。而由大量实验观察和模拟研究发现，在炉膛底部区域，随着颗粒热解反应的进行，生成更小粒径的半焦，颗粒浓度减小，颗粒速度变化不大，使得辐射管管体表面磨损反而减小。因此，在本发明的一些具体的实施例中，蓄热式快速热解炉的第1区和第3区内辐射管可不加防磨结构，有利于辐射管管体表面向周围颗粒的辐射、传导和对流传热，而第2区内辐射管管体固定连接有防磨机构。在本发明的一些优选的实施例中，第一区和第二区的空间分别占热解炉的1/6-1/3，第二区的空间占热解炉的1/3-2/3，当然，本发明对于热解炉内的空间的划分没有特别的限制，允许因为具体工作状况而划分。通过合理分区，对于炉膛内辐射管磨损严重区域，向辐射管管体表面加入防磨结构，保证了蓄热式快速热解炉运行过程中，炉膛内大量颗粒自上而下向下运动时，不直接冲刷辐射管管体表面，而冲刷焊接在管体外侧的防磨损机构上，解决了蓄热式快速热解炉装置运行中辐射管磨损问题，同时，避免颗粒堆积在该区域辐射管管体上方区域，降低了管体的负荷，使得该区域辐射管在高温下的使用寿命延长至3年以上。对于磨损轻微的炉膛区域，直接采用无防磨结构的辐射管，使得炉膛内辐射管的热辐射效率达到最高，热解气产率增大了5%以上。根据本发明的具体实施例，图2为本发明防磨机构示意图，如图2所示，防磨机构包括管体上方焊接的两个导料板和抗磨板。防磨机构具体为：两个导料板对称设置于辐射管上部，下端与辐射管连接，上端与抗磨板连接；抗磨板包括弧形板部和直板部，直板部设置于弧形板部两侧，且与所述弧形板部相切；在本发明的一些优选的实施例中，辐射管与导料板、导料板与防磨板间的连接方式采用焊接。根据本发明的具体实施例，发明人经大量实验研究、生产实践以及模拟研究发现，为达到辐射管良好的防磨效果，导料板和抗磨板长度至少为辐射管管体长度的百分之九十，两导料板水平间距d为管体外径r的3/4-1。根据本发明的具体实施例，为了在防止辐射管磨损的同时，达到良好的传热效果，导料板厚度为所述辐射管管体厚度的1/3-1/2，抗磨板受到颗粒碰撞和冲刷，为保证抗磨板在热解炉装置正常运行过程中能使用2~3年，且具有良好的传热效果，抗磨板厚度为导料板厚度的1.5-3倍。根据本发明的具体实施例，为使导料板起到良好的导流作用，导料板高度为管体外径的2/3-1。抗磨板包括弧形板部和直板部，导料板与直板部的夹角为100-150°，两个直板部间形成的夹角为100-150°，直板部的长度为导料板高度的1/2-1，圆形连接部与直板部相切。根据本发明的具体实施例，辐射管管体、导料板和抗磨板的材料为钢材，当然，本发明对于其材料没有特别限制，只要达到良好的导热、防磨效果即可。实施例一立式方形蓄热式快速热解炉高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。煤粉颗粒粒径分布如表1所示。首先，对热解炉进行分区，第1区为第1-4层辐射管所在区域，第2区为第5~20层辐射管所在区域，第3区为第21、22层辐射管所在区域；然后，向第2区内辐射管管体上表面加入防磨结构。防磨损机构包括管体上方焊接的两个导料板和抗磨板。抗磨板焊接在两个导料板上方，导料板下端与管体焊接，且两导料板对称分布在管体上方两侧。导料板和抗磨板长度为2.7m。导料板厚度d2为5mm，抗磨板厚度d3为10mm。导料板高度h为100mm，两导料板水平间距d为200mm。抗磨板包括弧形板部和直板部。直板部与导料板的夹角为120°，两块直板部的长度l为86.60mm，弧形板部的半径r为50mm。管体、导料板和抗磨板材料为cr28ni48w5。辐射管表面平均温度为950℃，炉膛第1区平均温度为750℃，炉膛第2区平均温度为850℃，反应压力为1.5kpa。煤粉和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为1.5t/h，70nm3/h。反应后的焦油产率为1.25%，热解水及杂质产率为7.47%，提质煤产率为52.77%，热解气产率为38.51%。热解炉装置可正常运行3年以上。实施例一的对比例一未加入防磨损机构的蓄热式低阶煤快速热解炉。立式方形蓄热式快速热解炉的高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。煤粉颗粒粒径分布如表1所示。辐射管表面平均温度为950℃，炉膛第1区和第3区平均温度为750℃，第2区平均温度为850℃，反应压力为1.5kpa。煤粉和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为1.5t/h，70nm3/h。装置连续运行1年后检修发现，第5-20层辐射管磨损厚度达到6mm以上，而整个辐射管的厚度仅有10mm，因此，煤粉颗粒自上而下冲刷磨损严重影响辐射管使用寿命，装置运行周期只有1年。实施例一的对比例二部分加入防磨损机构的蓄热式低阶煤快速热解炉。立式方形蓄热式快速热解炉高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。煤粉颗粒粒径分布如表1所示。辐射管表面平均温度为950℃，炉膛第1区和第3区平均温度为750℃，第2区平均温度为850℃，反应压力为1.5kpa。煤粉和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为1.5t/h，70nm3/h。热解炉内第6~19层辐射管所在区域辐射管管体上表面加入防磨损机构。防磨损机构包括管体上方焊接的两个导料板和抗磨板。抗磨板焊接在两个导料板上方，导料板下端与管体焊接，且两导料板对称分布在管体上方两侧。导料板和抗磨板长度为2.7m。导料板厚度d2为5mm，抗磨板厚度d3为10mm。导料板高度h为100mm，两导料板水平间距d为200mm。抗磨板包括弧形板部和直板部。直板部与导料板的夹角为120°，直板部的长度l为86.60mm，弧形板部的半径r为50mm。装置连续运行1年后检修发现，第5层和第20层辐射管磨损厚度达到6mm以上，而整个辐射管的厚度仅有10mm，因此，煤粉颗粒自上而下冲刷磨损严重影响辐射管使用寿命，装置运行周期只有1年。表一煤粉颗粒粒径分布表diameter(mm)＜0.180.18~0.250.25~0.3550.355~0.710.71~11~22~3＞3percentage(%)0.690.691.386.710.2454.4812.7213.1实施例二立式方形蓄热式快速热解炉高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。木屑颗粒粒径分布如表2所示。首先，对热解炉进行分区，第1区为第1~5层辐射管所在区域，第2区为第6~19层辐射管所在区域，第1区为第20~22层辐射管所在区域；然后，向第2区内辐射管管体上表面加入防磨损机构。防磨损机构包括管体上方焊接的两个导料板和抗磨板。抗磨板焊接在两个导料板上方，导料板下端与管体焊接，且两导料板对称分布在管体上方两侧。导料板和抗磨板长度为2.7m。导料板厚度d2为5mm，抗磨板厚度d3为10mm。导料板高度h为100mm，两导料板水平间距d为200mm。抗磨板包括弧形板部和直板部。直板部与导料板的夹角为120°，直板部的长度l为86.60mm，弧形板部的半径r为50mm。管体、导料板和抗磨板材料为cr28ni48w5。辐射管表面平均温度为500℃，炉膛第1区和第3区平均温度为350℃，第2区平均温度为400℃，反应压力为2.0kpa。木屑和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为3t/h，80nm3/h。反应后的焦油产率为3.25%，热解水及杂质产率为27.47%，提质煤产率为32.77%，热解气产率为36.51%。辐射管运行四年最大磨损厚度仅达到2mm，热解炉装置可正常运行4年以上。实施例二的对比例一：未加入防磨损机构的蓄热式木屑快速热解炉。立式方形蓄热式快速热解炉高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。木屑颗粒粒径分布如表2所示。辐射管表面平均温度为500℃，炉膛第1区和第3区平均温度为350℃，第2区平均温度为400℃，反应压力为1.5kpa。木屑和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为1.5t/h，70nm3/h。装置连续运行1年后检修发现，第6~19层辐射管磨损厚度达到3mm以上。装置连续运行2年后检修发现，第6~19层辐射管磨损厚度达到7mm以上，而整个辐射管的厚度仅有10mm，因此，木屑颗粒自上而下冲刷磨损严重影响辐射管使用寿命，装置运行周期只有2年。实施例二的对比例二：部分加入防磨损机构的蓄热式木屑快速热解炉。立式方形蓄热式快速热解炉高为10.05m，顶部为2.5*3.0m的长方形，底部为1.0*3.0m的长方形，内部排布55根辐射管，共排布22层，第1层辐射管距离热解炉顶部垂直距离为0.4m，第22层辐射管距离热解炉底部垂直距离为1.25m。辐射管管体直径r为200mm，辐射管两两水平和垂直间距分别为420mm。辐射管长度为5.8m，厚度d1为10mm。木屑颗粒粒径分布如表2所示。辐射管表面平均温度为500℃，炉膛第1区和第3区平均温度为350℃，第2区平均温度为400℃，反应压力为1.5kpa。木屑和氮气均从热解炉顶部均匀进料，进料量分别为1.5t/h，70nm3/h。热解炉内第7~18层辐射管所在区域辐射管管体上表面加入防磨结构。防磨损机构包括管体上方焊接的两个导料板和抗磨板。抗磨板焊接在两个导料板上方，导料板下端与管体焊接，且两导料板对称分布在管体上方两侧。导料板和抗磨板长度为2.7m。导料板厚度d2为5mm，抗磨板厚度d3为10mm。导料板高度h为100mm，两导料板水平间距d为200mm。抗磨板包括弧形板部和直板部。直板部与导料板的夹角为120°，直板部的长度l为86.60mm，弧形板部的半径r为50mm。装置连续运行1年后检修发现，第6层和第19层辐射管磨损厚度达到3mm以上。装置连续运行2年后检修发现，第6层和第19层辐射管磨损厚度达到8mm以上，而整个辐射管的厚度仅有10mm，因此，木屑颗粒自上而下冲刷磨损严重影响辐射管使用寿命，装置运行周期只有2年。表2木屑粒径分布表diameter(mm)＜0.180.18~0.250.25~0.3550.355~0.710.71~11~22~3＞3percentage(%)0.692.693.388.76.2450.4816.7211.1综上所述本发明的分区防辐射管磨损的蓄热式快速热解炉，通过合理分区，对于炉膛内辐射管磨损严重区域，向辐射管管体表面加入防磨结构，保证了蓄热式快速热解炉运行过程中，炉膛内大量颗粒自上而下向下运动时，不直接冲刷辐射管管体表面，而冲刷焊接在管体外侧的防磨结构上，解决了蓄热式快速热解炉装置运行中辐射管磨损问题，同时，避免颗粒堆积在该区域辐射管管体上方区域，降低了管体的负荷，使得该区域辐射管在高温下的使用寿命延长至3年以上。对于磨损轻微的炉膛区域，直接采用无防磨结构的辐射管，使得炉膛内辐射管的热辐射效率达到最高，热解气产率增大了5%以上。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。当前第1页12