CN101824345A

CN101824345A - 一种煤粉热处理装置

Info

Publication number: CN101824345A
Application number: CN 201010147130
Authority: CN
Inventors: 焦红光; 刘全润; 王灿; 赵继芬; 李沙
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2010-09-08

Abstract

一种煤粉热处理装置，其特征在于：所述装置包括以并联方式设置的两根管路间分别设置有质量流量计、控制阀的用于向管式炉内输送不同气体及其混合气体的第一进气管和第二进气管，两根进气管的出口端通过气体混合管段和控制阀与以串联方式设置的第一管式炉、第二管式炉相连接；所述第二管式炉出口端通过管道依次连接有冷阱装置和焦油收集器；在所述的气体混合管段上设置有与供水源相连接的管道，在该管道间依次设置有控制阀和计量泵。

Description

一种煤粉热处理装置

技术领域：

本发明涉及多种气氛及其混合气氛下煤粉热处理的技术，具体说是涉及一种煤粉热处理装置。该装置可实现高温高压水蒸气下煤粉热处理的试验研究，也可用于煤粉磁性强化、煤粉焦化及煤粉气化等领域。

技术背景：

煤粉热解是煤燃烧过程的一个重要的初始阶段，因此研究煤粉的热处理装置对于煤粉磁性强化等具有十分重要的意义，选择适合的热处理装置可以在一定的程度上改善煤粉的燃烧状况。目前，煤粉热处理试验装置按其加热方式分为电加热、等离子体加热、微波加热等，后两种加热方式虽然具有升温速度快、选择性加热等优势，但由于设备昂贵、可控性差，很难实现工业化生产，目前仍以电加热为主要方式。电加热方式中多采用常压固定床反应器、石英管反应器、自由落下床反应器等，上述反应器由于反应空间狭小，每次样品量仅为0.5～3g，很难满足工业化生产需求；同时很多试验装置仅能实现常压单一气氛下煤粉热处理试验，对于高压混合气氛(特别是高温水蒸气)下煤粉热处理试验无能为力。现已见到的常用煤粉热处理装置如下图所示。

张国杰等人在进行高硫煤加氢热解脱硫试验研究过程中采用煤粉热处理装置为常压固定床反应器，此装置设计简单，操作方便，但只有一个进气口，不能进行多种气氛及混合气氛下的煤粉热处理试验；同时该装置只能进行常压反应，无法进行煤粉高压热处理试验；由于其反应器设计尺寸偏小，此装置试样处理量为3g，粒度小于3mm，同时该装置由于没有添加焦油收集器及冷却设备等，无法收集煤粉热处理过程中产生的焦油，即不能准确分析煤粉热处理过程中产生焦油含量及其硫含量，极大影响此装置的应用范围。徐龙等人在研究兖州煤热解预脱硫行为中通过改变固定床反应器为石英管反应器，实现了快速升温热解和程序升温热解两个过程，但由于石英管内径为1.4cm，每次样品量仅为0.5g，样品处理量太小，同时石英管易碎，缩短此装置使用寿命。

Sugawara等人在对烟煤进行快速热解脱硫试验研究过程中采用煤粉热解装置为常压自由落下床反应器，将进气口设计在装置的底部，试样从装置的顶部自由落下进入高温区，经迅速加热后落到装置底部。该装置操作方便，设计成本低，但仅能进行常压快速加热，不能进行程序升温加热，同时样品处理量少，同时对气流控制要求较高，颗粒在经过高温区的反应时间很难控制，可控性较差。

高梅杉等人在研究褐煤在甲烷气氛下热解特性及硫析出规律中其热处理装置采用了双进气口，实现了混合气氛下煤粉加热试验研究，通过质量流量计和质量流量控制显示仪精确测量和控制气体流量，将试样放入瓷舟并推至石英管中部，通过管式炉的程序升温进行加热。但此装置只能在常压下进行，不能进行高压反应试验，同时该装置处理量少，不便于大型化，仅满足对此次试验的要求。

李斌等人在进行高硫煤半焦水蒸气部分气化预脱硫试验中其热处理装置添加了计量泵及蒸气发生器，可进行水蒸气气氛下煤粉热处理试验，但只设计一个进气口，反应过程中仅能充入一种气体，采用转子流量计不能很好的控制气体流量，同时该装置没有安装压力表及背压阀，只能进行常压条件下的试验，试样处理量少，影响其应用范围。

冯玉滨等人在研究煤的热解与硫的析出特性时采用的是一种以固定床为反应器，以硅碳管为加热原件的热解装置。在试验过程中将试样放入瓷舟并推至石英管中部，通过硅碳管进行加热。此装置处理量较小，一般为0.1g，同时只能进行常压及单一气氛下的反应。

表1常见煤粉热处理装置

由上表可以看出，目前常用煤粉热处理装置其结构比较简单，反应压力多设计为常压，进气方式多采用单一进气口，样品处理量小且对粒度有要求，同时这些热处理装置基本对于后续的焦油的收集及处理尚未涉及，这些弊端将直接影响其应用范围。

发明内容：

本发明的目的正是针对上述煤粉热处理装置中存在的不足之处，而提供一种可在多种气氛及其混合气氛下对煤粉进行热处理的装置。本发明的煤粉热处理装置不仅兼有传统煤粉热处理装置的优点，而且添加计量泵、水桶及背压阀等装置，可实现高温高压水蒸气下煤粉热解预处理的试验研究，同时具有操作方便、处理量大、适用性强等优点。可被广泛的应用于煤粉磁性强化、煤粉焦化及煤粉气化等领域。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的煤粉热处理装置包括以并联方式设置的两根管路间分别设置有质量流量计、控制阀的用于向管式炉内输送不同气体及其混合气体的第一进气管和第二进气管，两根进气管的出口端通过气体混合管段和控制阀与以串联方式设置的第一管式炉、第二管式炉相连接；所述第二管式炉出口端通过管道依次连接有冷阱装置和焦油收集器；在所述的气体混合管段上设置有与供水源相连接的管道，在该管道间依次设置有控制阀和计量泵，这一结构可在煤粉热处理过程中向管式炉中通入用于产生高温水蒸气的水，实现多气氛及其混合气氛下的煤粉热处理。

本发明中所述的第二管式炉中用于盛放试验样品装置采用不锈钢管制备而成，不锈钢管两端口采用石英棉作为堵塞，不锈钢管的规格可根据试验需要进行调整；采用不锈钢管不但可以增大试验样品的处理量，而且与普遍采用的石英玻璃管相比具有不易碎、可进行快速冷却等优势，在试验过程中减少了冷却时间，操作简单；另外采用石英棉作为堵塞，这与普遍采用在不锈钢管内焊接钢板网相比具有很大优势，因为煤粉在加热过程中易结焦及形成焦油，长时间使用将使焦油、煤粉堵塞钢板网，一旦堵塞将很难清洗。采用石英棉不仅操作方便、透气性良好，而且可以反复使用，降低试验成本。管式炉采用程序升温，温度≤1000℃。

本发明中所述的冷阱主要对尾气进行冷却，防止过热气体损害后续设备，冷阱设计为可拆不锈钢U型管，这与传统U型玻璃管相比具有不易碎的优点，同时不锈钢U型管拆装方便，便于清洗；焦油收集器主要是收集煤粉热处理过程中产生的焦油，同时也是防止产生的焦油污染后续设备，所以添加焦油收集器是十分必要的。

另外，本发明在冷阱与焦油收集器之间的不锈钢连接管道间设置有压力表，在焦油收集器气体排放管道上安装有背压阀，用于实现整套装置在试验过程中进行高压试验，通过压力表显示反应装置内的压力。

本发明的有益结果如下：

(1)采用双向进气管进气，从而实现了多气氛及其混合气氛下煤粉热处理试验装置，应用前景广阔。

(2)添加水桶、计量泵、管式炉、背压阀等装置，实现了在煤粉热处理过程中添加高温高压水蒸气，扩大了此装置的应用范围。

(3)第二管式炉中用于盛放试验样品的不锈钢管可根据试验需要进行尺寸调整，提高了样品处理量，同时在试验操作过程中减少了冷却时间，在堵塞不锈钢管出气口时利用石英棉不但操作方便而且降低试验成本。

(4)添加冷阱、焦油收集器等装置不但可以保护后续设备，而且增加此装置的应用范围，比如可进行煤热解特性、煤气化等研究。

(5)此装置完全由不锈钢做成，与传统煤粉热处理装置相比具有使用寿命长、不易损坏等优势。

附图说明：

图1为现有技术的原理图。

图1中序号：1′、空气瓶，2′.流量计，3′.橡胶塞，4′.高温管式炉，5′.瓷舟，6′.石英玻璃管。

图2为本发明的原理图。

图2中序号：1、第一进气管，2、第二进气管，3、安装在第一进气管间的质量流量计，4、安装在第二进气管间的质量流量计，5、第一管式炉，6、第二管式炉，7、压力表，8、冷阱，9、焦油收集器，10背压阀，11、计量泵，12、盛水容器。

具体实施方式：

本发明以下将结合实施例(附图)作进行进一步的说明：

如图2所示，本发明的煤粉热处理装置包括以并联方式设置的两根管路间分别设置有质量流量计3、4和控制阀的用于向管式炉内输送不同气体及其混合气体的第一进气管1和第二进气管2，两根进气管的出口端通过气体混合管段和控制阀与以串联方式设置的第一管式炉5、第二管式炉6相连接；所述第二管式炉6出口端通过管道依次连接有冷阱装置8和焦油收集器9；在所述的气体混合管段上设置有与供水源(盛水容器12)相连接的管道，在该管道间依次设置有控制阀和计量泵11，这一结构可在煤粉热处理过程中向管式炉中通入用于产生高温水蒸气的水，实现多气氛及其混合气氛下的煤粉热处理。

本发明中所述的第二管式炉6中用于盛放试验样品装置采用不锈钢管制备而成，不锈钢管两端口采用石英棉作为堵塞，不锈钢管的规格可根据试验需要进行调整；采用不锈钢管不但可以增大试验样品的处理量，而且与普遍采用的石英玻璃管相比具有不易碎、可进行快速冷却等优势，在试验过程中减少了冷却时间，操作简单；另外采用石英棉作为堵塞，这与普遍采用在不锈钢管内焊接钢板网相比具有很大优势，因为煤粉在加热过程中易结焦及形成焦油，长时间使用将使焦油、煤粉堵塞钢板网，一旦堵塞将很难清洗。采用石英棉不仅操作方便、透气性良好，而且可以反复使用，降低试验成本。管式炉采用程序升温，温度≤1000℃。

本发明中所述的冷阱8主要对尾气进行冷却，防止过热气体损害后续设备，冷阱设计为可拆不锈钢U型管，这与传统U型玻璃管相比具有不易碎的优点，同时不锈钢U型管拆装方便，便于清洗；焦油收集器9主要是收集煤粉热处理过程中产生的焦油，同时也是防止产生的焦油污染后续设备，所以添加焦油收集器是十分必要的。

另外，本发明在冷阱8与焦油收集器9之间的不锈钢连接管道间设置有压力表7，在焦油收集器气体排放管道上安装有背压阀10，用于实现整套装置在试验过程中进行高压试验，通过压力表显示反应装置内的压力。

本发明的工作原理如下：

不同的气体通过设置在第一进气管1和第二进气管2进气口端的阀门分别进入两根进气管，并经由分别设置在其管道间的通过质量流量计3、4控制气体流量，不同气体经过气体混合管段充分混合后，通过阀门的控制依次进入第一管式炉5、第二管式炉6，经反应后尾气通过冷阱装置8进行冷却，冷却后的气体经过焦油收集器9收集产生的焦油，最后尾气经过背压阀10排出。如果试验条件需要高温水蒸气，可以通过计量泵11抽取盛水容器12中的水，将水通过输水管道送进入第一管式炉5，经第一管式炉5高温加热生成高温水蒸气，并通过载气将高温水蒸气送入第二管式炉6进行反应。反应过程中可通过压力表7、背压阀10调整反应气氛的压力。

试验装置操作步骤具体如下：

(1)取下第二管式炉6内的不锈钢管，将石英棉塞入不锈钢管出气口的一端，然后将称量好的试样放入管式炉中部，拧紧螺栓。

(2)打开质量流量计，根据试验需要分别打第一进气管1和第二进气管2进气口端的阀门，以及气体混合管段间设置的连通第一管式炉5的阀门(如果需要高温水蒸气反应条件则应打开计量泵开关并调整计量表，同时打开输水管道阀门)，通过质量流量计控制气体流量。

(3)打开第一管式炉、第二管式炉开关，设定需要的反应温度，然后进行加热，同时查看压力表及调整背压阀确定反应压力。

(4)反应结束后应首先关闭管式炉开关，缓慢打开背压阀，当压力表显示为常压，将不锈钢管取出冷却至室温，同时关闭第一进气管1和第二进气管2进气口端的阀门，然后关闭质量流量计开关(如在高温水蒸气反应条件下则应关闭计量泵及相应阀门)。

(5)将冷却至室温的不锈钢管取出，然后将试样从不锈钢管进气口一端倒出，收集试样(试验如需收集焦油、尾气可一并进行)。

(6)将收集后的试样称重并用样品袋保存，清洗试验装置。

Claims

1.一种煤粉热处理装置，其特征在于：所述装置包括以并联方式设置的两根管路间分别设置有质量流量计、控制阀的用于向管式炉内输送不同气体及其混合气体的第一进气管和第二进气管，两根进气管的出口端通过气体混合管段和控制阀与以串联方式设置的第一管式炉、第二管式炉相连接；所述第二管式炉出口端通过管道依次连接有冷阱装置和焦油收集器；在所述的气体混合管段上设置有与供水源相连接的管道，在该管道间依次设置有控制阀和计量泵。

2.根据权利要求1所述的煤粉热处理装置，其特征在于：所述的第二管式炉中用于盛放试验样品装置采用不锈钢管制备而成，不锈钢管两端口采用石英棉作为堵塞。

3.根据权利要求1所述的煤粉热处理装置，其特征在于：所述的冷阱主为可拆式结构的不锈钢U型管。

4.根据权利要求1所述的煤粉热处理装置，其特征在于：在冷阱与焦油收集器之间的不锈钢连接管道间设置有压力表，在焦油收集器气体排放管道上安装有背压阀。