一种热解炉的制作方法

本实用新型涉及煤炭转化技术领域，具体涉及一种热解炉。

背景技术：

煤热解是煤炭清洁高效利用的重要途径，热解后产生大量高温半焦 (700～900℃)，质量约为原料煤质量的50％～70％。半焦排出热解炉后需要冷却降温，以满足后续输送要求。现有技术中常采用间接换热的冷却方式，采用螺旋冷却器或通过反应器中设置换热管来实现冷却。

采用螺旋冷却器冷却时，热半焦从冷却器的一端进入并由螺杆推进至冷却器的另一端。冷却器轴及壳体通入循环冷却水，冷却器中半焦与冷却器表面进行热交换，将半焦冷却。上述冷却方式在高温下运行时，冷却器各部分连接部位密封处容易发生泄漏，气固颗粒会通过螺杆轴进入大气中，同时冷却器容易出现机械故障而无法实现连续稳定运行。另一方面，部分螺旋冷却器无法回收半焦中的热量，导致能量浪费。

另一种冷却方式是在反应器中设置换热管，热物料依靠自身重力向下移动通过布置在半焦罐中的换热管，换热管中通冷却水，使半焦冷却，水吸热后产生蒸汽。此方法虽然能够回收半焦中的热量，但由于半焦与冷却水间接换热效率低，通常需要很大的换热面积，使得换热器体积庞大。这样使得整个工艺投资增加，系统运行稳定性降低。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种热解炉，该热解炉首先将煤热解产生半焦，并同时利用热解炉下段的冷却段实现半焦的冷却，冷却效率高，工艺流程简单。

本实用新型提供了一种热解炉，所述热解炉包括上部的热解段和下部的冷却段，所述热解段中设置有加热装置，所述热解段具有原煤入口、热解气出口、热态半焦出口，所述冷却段具有热态半焦入口、冷却半焦出口，所述冷却段的热态半焦入口与所述热解段的热态半焦出口连接。

所述冷却段内部沿轴向设置有进水管，所述进水管的一端封闭，另一端与外部的冷却水泵连接。在所述进水管上设置有圆柱状的喷淋管，所述喷淋管的底端与所述进水管的内腔连通，所述喷淋管的表面设置有通孔，并且，所述喷淋管与所述进水管之间的夹角为15～90°。

作为本实用新型优选的实施方式，沿所述进水管轴向设置多个支撑筋，所述支撑筋的一端固定在所述冷却段内壁上，另一端为支撑环，所述支撑环套在所述进水管上。

进一步地，所述支撑环与所述进水管外壁之间的水平距离为1～ 3mm。

作为本实用新型优选的实施方式，所述喷淋管的表面上设置的通孔的面积占所述喷淋管表面积的0.5～1.5％。

作为本实用新型优选的实施方式，所述热解段的高度H1与所述冷却段的高度H2的比值为H1/H2＝(1:1)～(5:1)。

作为本实用新型优选的实施方式，所述冷却段的高度H2与所述冷却段的内径D的比值为H2/D＝(2:1)～(6:1)。

作为本实用新型优选的实施方式，所述进水管沿所述冷却段轴向设置有一组或多组。所述喷淋管沿所述进水管轴向设置有一组或多组。

本实用新型的热解炉中，在热解段下部设置有冷却段，将物料的热解和冷却集中在一个装置中，节省了单独的冷却装置，工艺流程简单，装置运行稳定。并且，在冷却段中设置了多组喷淋管，将冷却水雾化喷出后与物料直接逆流接触进行冷却，使得物料的冷却快速、均匀，大大提高了冷却效率。冷却过程产生的蒸汽上升进入热解段中发生气化反应，提高了热解气产率，并且，气化产生的氢气对焦油有加氢作用，提高了焦油的品质。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方案中热解炉的结构示意图。

图2为本实用新型另一种实施方案中热解炉的结构示意图。

图3为图1和图2中A-A截面的剖面图。

附图中的附图标记如下：

1-热解段；

2-冷却段、201-支撑筋、202-喷淋管、203-进水管、204-出料机；

3-冷却水泵。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图1和图2所示，本实用新型提供的热解炉包括上部的热解段1 和下部的冷却段2。

热解段1中设置有加热装置。热解段1具有原煤入口、热解气出口、热态半焦出口。作为其中一个优选的实施方式，原煤入口设置在热解段 1的顶部，热解气出口设置在热解段1侧壁的中上部，热态半焦出口设置在热解段1的底部。为了能够及时导出热解气产物，可以设置一个或多个热解气出口，设置多个热解气出口时，可以采取等间距或非等间距的形式。

冷却段2具有热解半焦入口、冷却半焦出口。在冷却半焦出口处设置有出料机204。优选的，热态半焦入口设置在冷却段2的顶部，冷却半焦出口设置在冷却段2的底部。其中，冷却段2的热态半焦入口与热解段1的热态半焦出口连接。

冷却段2内部沿轴向设置有进水管203。其中，进水管203的一端封闭，另一端与外部的冷却水泵3连接。优选的，冷却段2的测温点与冷却水泵之间设置联锁，实现对温度的精准控制。进水管203从冷却段 2的底部进入，伸入到热解段1和冷却段2的连接处附近。进水管203 可设置一组，见图1；或者，进水管203可设置多组，多组进水管203 沿冷却段2轴向分布，见图2，设置多组进水管203时能够更准确的控制冷却温度。

在进水管203上设置有圆柱状的喷淋管202，如图3所示。喷淋管 202的底端与进水管203的内腔连通，喷淋管202的表面设置有通孔，能够使由进水管203通入的冷却水均匀雾化。通孔的方向沿冷却段2轴向向上。喷淋管202的表面上设置的通孔的面积占喷淋管202表面积的 0.5～1.5％。通过设置通孔的数目和孔径可以控制不同高度喷淋管202 的喷水量。

冷却水通过冷却水泵3由冷却段2的不同高度送入进水管203中，然后，冷却水经由喷淋管202雾化喷出。本实用新型的热解炉中，通过在冷却段2中设置雾化喷水的方式，能够降低各个通孔喷淋的水量，使得喷淋更加均匀，有效避免了水量集中时降低冷凝效果的缺陷，同时，还增加了热态半焦与喷淋水的接触面积，加快物料传质传热，提高换热效率。

喷淋管202与进水管203之间的夹角β为15～90°。优选的，β为60°，使得冷却效果更加均匀。

进一步地，为了防止喷淋管202在进水管203上晃动，在进水管 203的不同高度处设置有支撑筋201。其中，支撑筋201的一端固定在冷却段2的内壁上，另一端设置有支撑环(图中未示出)，支撑环套在进水管203上。支撑环与进水管203外壁之间的水平距离为1～3mm，保证进水管203能够自由膨胀。

根据冷却段2高度的不同，喷淋管202设置有一组或多组，每组喷淋管202包括一个或多个喷淋管。多组喷淋管202沿进水管203轴向设置。根据工艺条件的不同，每组喷淋管202之间可以等间距或非等间距分布。每组中的多个喷淋管202沿进水管203径向均匀设置。

本实用新型中喷淋管202结构的设计，结合了热态半焦的特性，从优化整体冷却的角度进行细节的设计，使得换热效率更高，冷却更加均匀。

本实用新型中，热解炉优选蓄热式下行床，热解段1中采用蓄热式辐射管作为加热源，冷却段2采用移动床下料的方式，当热解段2热解原煤形成的热态半焦下落至冷却段2中时，能够加快热态半焦与喷淋管 202雾化喷水的换热速率，使得热态半焦得以快速冷却。并且，冷却段 2中设置的所有喷淋管202都位于床层内。

为了能够实现物料和热量的高度耦合，本实用新型的热解炉中热解段1的高度H1和冷却段2的高度H2的比值为H1/H2＝(1:1)～(5:1)。根据工艺条件的不同，冷却段2的高度H2与冷却段2的内径D的比值为H2/D＝(2:1)～(6:1)。并且，为了便于热解段1反应生成的热态半焦下落至冷却段2中，热解段1和冷却段2之间过渡段的夹角α为20～ 60°。

基于图1和图2所示的系统，本实用新型还提出了一种方法：

将原煤送入热解炉中，启动加热装置，原煤首先进入热解段1进行热解反应，得到热解气和热态半焦。作为本实用新型优选的实施方式，控制热解段的温度为850～900℃。

其中，热态半焦下落进入冷却段2中，启动冷却水泵3向进水管 203中通入冷却水。冷却水经由喷淋管202上的通孔雾化喷出，并与热态半焦直接逆流接触，将热态半焦冷却，得到冷却半焦。冷却半焦经由冷却段2底部的出料机204排出。优选的，控制冷却段的温度为100～ 120℃。控制冷却水从所述通孔雾化喷出的速度为5～10m/s。在热态半焦的冷却过程中，始终保持冷却段2处于满料位，通过调节出料机204 的出料频率来控制冷却段2的料位。

热态半焦冷却过程产生的蒸汽向上运行至热解段1中，在热解段1 内与原煤发生气化反应，反应产生的合成气与热解气一同从热解气出口排出，提高了热解气的产量。并且，气化过程产生的氢气有利于产物焦油的轻质化，提高焦油品质。同时，蒸汽向上运动时对半焦床层起到了松动的作用，有效消除了半焦“架桥效应”，有利于半焦的排出。

具体的，冷却水经由进水管203不同高度的喷淋管202雾化后进入冷却段2中，根据冷却段2内不同高度温度的差异，分别向各区域内通入冷却水，以实现各区域均匀降温。冷却段2不同区域的温度通过喷淋管202的喷水量进行控制，通过冷却段2测温点与冷却水泵3之间设置的联锁，能够实现对冷却段2各区域温度的精准控制。并且，冷却段2 中从上到下的温度依次降低，因此，设置喷淋管202表面上通孔的面积占比从上到下逐渐降低。并且，在冷却段2的整个冷却过程中，控制半焦的温度要高于水蒸气的露点温度。

上述的冷却过程能够实现热态半焦的快速、均匀冷却，避免出现局部高温或冷凝的现象，从而确保系统连续稳定的运行。

实施例1

热解炉中热解段采用蓄热式下行床，冷却段采用移动床进行下料。热解段的高度H1和冷却段的高度H2的比值为H1/H2＝3:1。热解段和冷却段之间的过渡段夹角α为45°。冷却段的高度H2与内径D的比值为 H2/D＝4:1。喷淋管与进水管之间的夹角β为60°。喷淋管表面上设置的通孔的面积占喷淋管表面积的0.8％。冷却水从通孔雾化喷出的速度为 6m/s。进水段中设置有3组进水管，沿进水管轴向分布。热解段中，热解气出口距离热解段炉顶的距离占热解段高度的1/3。将原煤送入热解段中，首先在850℃下进行热解，产生的热态半焦进入冷却段，在100℃下进行冷却，最终得到冷却半焦并经由出料机排出热解炉。

实施例2

热解炉中热解段采用蓄热式下行床，冷却段采用移动床进行下料。热解段的高度H1和冷却段的高度H2的比值为H1/H2＝5:1。热解段和冷却段之间的过渡段夹角α为25°。冷却段的高度H2与内径D的比值为 H2/D＝2:1。喷淋管与进水管之间的夹角β为60°。喷淋管表面上设置的通孔的面积占喷淋管表面积的1.5％。冷却水从通孔雾化喷出的速度为 8m/s。进水段中设置有2组进水管，沿进水管轴向分布。热解段中，热解气出口距离热解段炉顶的距离占热解段高度的1/2。将原煤送入热解段中，首先在900℃下进行热解，产生的热态半焦进入冷却段，在120℃下进行冷却，最终得到冷却半焦并经由出料机排出热解炉。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，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实用新型的保护范围之中。