CN108641738A - 一种煤清洁利用的进料出气除灰装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了涉及一种煤清洁利用的进料出气除灰装置，所述的储存罐进口端通过第一阀门和输送装置相连；储存罐的出口端通过第二阀门与螺旋装置相连；所述除灰装置的下端与送料筒体相连，所述的送料筒体与螺旋装置通过第三阀门连接；所述的送料筒体通过金属补偿器和动静密封装置密封连接反应釜。结构简单、能连续进料、连续产气、高温高效除尘，连续工业化大生产的进料装置。在低温、无氧、不用外水的情况下，通过清洁预处理将煤中高价值的石油、天然气以及水分离出来，得到高卡无烟煤，也可将无烟煤进一步深加工，可得到高附加值的煤基新材料。

Description

一种煤清洁利用的进料出气除灰装置

技术领域

本发明涉及煤节能减排技术领域，尤其涉及一种煤清洁利用的进料出气除灰装置。

背景技术

中国是一个“多煤、少油、贫气”的国家，在我国已探明的石化能源储量中，石油和天然气仅占6％，其余94％均为煤物质。这样的资源特征决定了中国要以煤物质为主搭建能源结构。

我国煤炭使用和储量以低阶煤居多，二氧化硫和氮氧化物等主要大气排放总量煤贡献占三分之二以上,将煤清洁高效利用已成国家战略和必然选择。清洁高效利用主要两个方向，一是末端治理，煤燃烧后超低排放，二是源头清洁利用。将煤清洁预处理后再做原料或优质燃料，改变传统利用路径，从经济和环保角度会大幅改变现有利用模式。

煤物质组成包含有机质(碳氢氧氮硫等)、无机质(水分和矿物质)两大类。其中，有机质燃烧所产生的热量是其能源价值所在，而水分在煤物质燃烧时吸热变成水蒸气，不仅影响煤物质发热量和市场价值，更带来炉压不稳定的潜藏安全隐患。

公布号为CN101985558公开了一种煤物质的分解设备，包括一个带有进料口和出料口的密闭窑体，所述窑体内设置焰气管道加热机构，所述焰气管道加热机构与窑体内壁之间形成的煤物质推进分解通道，所述窑体上设置与煤物质推进分解通道连通的煤分解气收集管。该设备能把粉粒煤分解成燃气、焦油气和热值较高的煤，但处理量小，很难工业化应用。

同时，粉粒煤提质能一边连续生产，一边高效除去高温粉尘，连续化大生产的集成装备国内几乎没有，有的也是半个月要停产灰尘处理。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种结构简单、能连续进料、连续产气、高温高效除尘，连续工业化大生产的进料装置。在低温、无氧、不用外水的情况下，通过清洁预处理将煤中高价值的石油、天然气以及水分离出来，得到高卡无烟煤，也可将无烟煤进一步深加工，可得到高附加值的煤基新材料。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种煤清洁利用的进料出气除灰装置，所述的储存罐进口端通过第一阀门和输送装置相连；储存罐的出口端通过第二阀门与螺旋装置相连；所述除灰装置的下端与送料筒体相连，所述的送料筒体与螺旋装置通过第三阀门连接；所述的送料筒体通过金属补偿器和动静密封装置密封连接反应釜。

所述的输送装置包括螺旋输送，刮板输送，斗式提升机，滚筒输送等。

刮板输送机的相邻中部槽在水平、垂直面内可有限度折曲的叫可弯曲刮板输送机。其中机身在工作面和运输巷道交汇处呈90度弯曲设置的工作面输送机叫“拐角刮板输送机”。在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常进行。否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产中断。刮板输送机用刮板链牵引，在槽内运送散料。刮板输送机可用于水平运输，亦可用于倾斜运输。具有结构坚实，结构简单，在输送长度上可任意点进料或卸料，机壳密闭，可以防止输送物料时粉尘飞扬而污染环境等优点。

螺旋输送机俗称绞龙，适用于颗粒或粉状物料的水平输送，倾斜输送，垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同，一般从2米到70米，用于相邻两滚筒之间的物料转移，螺旋输送机包括无轴螺旋与有轴螺旋，也可设置成多级螺旋推进器；选择哪种输送机具体可视物料输送量，物料成分，倾斜度，及烘干装置的美观度而定。

作为优选的，输送装置可选用刮板输送机或者螺旋输送。

所述的储存罐的主要作用是储存物料，起到一个储存，缓冲的作用，包括长方体和圆柱体结构。一般采用圆柱体结构，底部采用倒圆锥形结构。这样可以用最少的材料储存最大的物料。储存罐的大小及罐体的数量根据实际处理能力及需求量决定。

储存罐的数量和大小可根据反应釜的日处理量来决定，目的是为进料筒体进料进行储备和缓冲，同时起到自动锁气的作用，当螺旋装置启动时，第二阀门自动开启，储存罐的物料具有一定的高度，主要是物料的压实高度可以挡住反应釜内气体的压力防止外泄，同时储存罐不能彻底没料，不然反应釜内的高温油气通过开启的第二阀门，第三阀门逆流而出，所以储存罐一般安装有料位报警器，当低于一定值时，自动报警，自动加料。

所述的料位计主要有雷达式、重锤式、核辐射式、超声波式和电容式。雷达物位计采用微波脉冲的测量方法，并可在工业频率波段范围内正常，波束能量低，可安装于各种金属、非金属容器或管道内，对液体、浆料及颗粒料的物位进行非接触式连续测量。适用于粉尘、温度、压力变化大，有惰性气体及蒸汽存在的场合。雷达物位计对人体及环境均无伤害，还具有不受介质比重的影响，不受介电常数变化的影响，不需要现场校调等优点，不论是对工业需要，还是对顾客经济实惠的考虑，都是不错的选择。

重锤式料位传感器由伺服电念头、悬有重锤的钢丝绳、料位发信装置以及带微机的显示仪表所组成。起动后，微机发出降锤信号，伺服电念头滚动放下重锤，当重锤遇到料面后，发信器发出信号给微机，使重锤休止下降并发出升锤信号，伺服电念头反转使重锤上升，并发出料位信号值给显示仪表。丈量范围可达60m，而且这种丈量与蒸汽、灰尘无关，具有较高的丈量精度。

作为优选的，储存罐可采用圆柱体结构。

作为优选的，料位计可选用雷达式或者重锤式等。

作为优选的，所述的储存罐为多个，相互串联或者并联在输送装置上。具体可根据反应釜的生产能力，现场的垂直落差度等因素决定。

所述的螺旋装置主要用于储存罐内的粉粒煤输送至后端，需密封输送，包括无轴螺旋和有轴螺旋。

螺旋输送末端适当外延一定距离，外延距离的长短可根据储存罐尺寸及物料产生量等实际效果而定。底部出料螺旋输送可采用平行输送或一定倾斜角度输送，倾斜角度输送可使物料更易集中于一个点，产生的死角只在输送末端，现场人员只要定期打开末端盲板清理就可解决堵塞或死角积存的粉煤粒等杂质。

作为优选的，可以选择无轴螺旋，是因为无轴螺旋中心是一同心圆；二来无轴螺旋的使用，在单位面积下，一定流速下，在温度不高的情况下，比有轴螺旋输送的物料多，从而节省圆形管的材料。

所述的阀门主要用来开启或者关闭粉粒煤输送，包括球阀，闸阀和蝶阀等。球阀它具有旋转90度的动作，旋塞体为球体，有圆形通孔或通道通过其轴线。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用。闸阀的闸板随阀杆一起作直线运动的，叫升降杆闸阀亦叫明杆闸阀。通常在升降杆上有梯形螺纹，通过阀门顶端的螺母以及阀体上的导槽，将旋转运动变为直线运动,也就是将操作转矩变为操作推力。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的阀门叫蝶阀。选用何种阀门，可根据现场及生产需要决定。

作为优选的，第一阀门可选用实用性强，成本低的球阀，第二阀门和第三阀门可选用气动闸阀，可自动操作，自动化程度高。

所述的进料筒体的前端连接有储存罐和螺旋装置，并分别用第二阀门和第三阀门连接，该阀门有两种作用，一是开启或关闭物料；二是锁气，防止反应釜内的高温气体在压力作用下逆流而上。

所述进料筒体的中部与一除灰装置的底部连通，所述进料筒体的末端通过金属补偿器、动静密封装置与反应釜连接。

所述的进料筒体内部安装有无轴螺旋叶片，所述螺旋叶片的横截面不大于筒体内横截面的3/4。此处正是本发明的重要创新点，是在大量实验的基础上得出来的一个较合理的直径，进料筒体内部管道即是高温油气的出气路径，也是粉粒煤的进料路径，因此，内部的热交换程度的多少，也决定了反应釜能量的损耗。一般可取5～20米，同时进料筒体外侧可用保温棉保温，以使粉粒煤和高温油气充分的热交换。

输送螺旋可采用无轴螺旋和有轴螺旋，建议采用无轴螺旋，因为螺旋无轴，物料不易堵塞，排料口不堵塞，因而可以较低速度运转，平稳传动，降低能耗；输送量是相同直径传统有轴螺旋输送机的1.5倍；既可下方出料，又可端头出料；采用特制衬板，该机可在高温下工作。

作为优选的，进料筒体的无轴螺旋具有一定的长度，可取10～15米，太短不利于热交换和密封，太长在高温下输送容易变形，甚至断裂等问题。

进料筒体的内径、厚度和长度大小可根据实际反应釜的处理量决定；实际使用过程中，无轴螺旋与驱动电机相连。

本发明利用输送螺旋的上部与进料筒体内壁间的出气间隙，反应釜内高温油气从进料端排出，其优点在于能控制反应釜后端提质后粉粒煤的温度，达到产品所需，降低反应釜内的温度，实现连续化大生产，不用停釜作业。

所述的除灰装置主要作用是反应釜出来的含灰尘高温油气在该装置作用下，把灰尘挡住或捕捉，高温油气通过进入下一冷却分离设备时，大大提高了后续设备的稳定性。除灰装置包括重力除尘，惯性除尘，旋风除尘，电除尘等

旋风除尘器机理是使含尘气流作旋转运动，借助于离心力将尘粒从气流中分离并捕集于器壁，再借助重力作用使尘粒落入灰斗。旋风除尘器的各个部件都有一定的尺寸比例，每一个比例关系的变动，都能影响旋风除尘器的效率和压力损失，其中除尘器直径、进气口尺寸、排气管直径为主要影响因素。在使用时应注意，当超过某一界限时，有利因素也能转化为不利因素。另外，有的因素对于提高除尘效率有利，但却会增加压力损失，因而对各因素的调整必须兼顾。但旋风除尘的最大问题是必须保证风量的稳定，而且高温油气包含水蒸气，沥青，亲水性和粘性尘埃，成分复杂，粘附在壁上不易脱落，除非定时用油气吹扫，不然并不是很合适。

静电除尘：含尘气体经过高压静电场时被电分离，尘粒与负离子结合带上负电后，趋向阳极表面放电而沉积。静电除尘器型式可概略地分为以下几类：按气流方向分为立式和卧式，按沉淀极极型式分为板式和管式，按沉淀极板上粉尘的清除方法分为干式湿式等。优点是净化效率高，阻力损失小，允许操作温度高，处理气体范围量大，可以完全实现操作自动控制。缺点是设备比较复杂，要求设备调运和安装以及维护管理水平高。对粉尘比电阻有一定要求，所以对粉尘有一定的选择性，不能使所有粉尘都的获得很高的净化效率。受气体温、温度等的操作条件影响较大，同是一种粉尘如在不同温度、湿度下操作，所得的效果不同，有的粉尘在某一个温度、湿度下使用效果很好，而在另一个温度、湿度下由于粉尘电阻的变化几乎不能使用电除尘器了。

重力除尘利用粉尘与气体的比重不同的原理，使扬尘靠本身的重力从气体中自然沉降下来的净化设备。它是一种结构简单、体积大、阻力小、易维护、效率低的比较原始的净化设备，只能用于粗净化。

惯性除尘器也叫惰性除尘器。原理是利用粉尘与气体在运动中惯性力的不同，将粉尘从气体中分离出来。一般都是在含尘气流的前方设置某种形式的障碍物，使气流的方向急剧改变。此时粉尘由于惯性力比气体大得多，尘粒便脱离气流而被分离出来，得到净化的气体在急剧改变方向后排出。这种除尘器结构简单，阻力较小，净化效率较低(40-80％)，多用于多段净化时的第一段，净化中的浓缩设备或与其它净化设备配合使用。

本发明的除灰装置在几种常用装置基础上，还在除灰装置内部安装有耐高温的，疏油疏水的高分子材料，此种材料能使灰尘高温油气在与除灰装置碰壁时，灰尘慢慢积聚到一定程度时，当自身重力或者外界的风力等因素作用下，会自由掉入底部，不会与装置粘在一起，从而使装置失去除灰功能，同时除灰装置内部在高分子材料多处安装高压油枪，自动吹扫，不会使得灰尘包裹住高分子材料而使其失活，这一技术的发明大大增加了高温油气灰尘的难度，掉入的灰尘进料筒体内通过螺旋输送再次进入反应釜反应。

作为优选的，所述的进料筒体与反应釜连接处安装有金属补偿器,顶端分别安装有远程控制和现场监测的温度传感器和压力传感器。

金属补偿器作为一种柔性耐压管件，利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点。

所述的动静密封装置主要由压盖组件、增强柔性石墨盘、密封外圈组件与密封内挡圈组件等组成。压盖组件是由法兰、无缝钢管、压环组焊而成。由于裂解炉在工作过程中产生的气体不具有腐蚀性，且气体的温度在200～400℃左右。所以压环组件采用普通碳素结构钢便能满足工艺要求，通过调节压盖深入密封外圈的长度来实现对石墨盘根密封松紧的调节。

增强柔性石墨盘根不仅克服了纯石墨材料的拉伸强度低、柔性软和回弹性差、气密性低等缺点；而且还具有良好的耐温、抗氧化、耐腐蚀性和较好的压缩性能。同时还有石墨的优良特性；因此用其做裂解炉与螺旋密封装置结构中重要的密封件；也是利用其轴向的伸缩性，径向的润滑性以及其综合性能；

作为优选的，此结构中缠绕的圈数为8-12圈。

密封外圈组件是由法兰、接管和压环组焊而成，密封内挡圈则是由钢管和圆环焊接而成；石墨盘根缠绕在两者中间，通过三者之间的摩擦密封，共同配合在径向和轴向起到密封作用。

所述反应釜为可旋转机构，可使反应釜内的物料受热均匀；反应釜外设有加热箱，并设有贯穿所述反应釜的导热管，该导热管与所述加热箱连通；所述导热管垂直反应釜轴线布置，且相邻两导热管垂直交错。

所述反应釜内设有倾斜布置且呈螺旋结构的导流板，导流板分为导流钢板和导流不锈钢板，可采用单螺旋结构或双螺旋结构，也可单、双结合的螺旋导流结构；在反应釜旋转的过程中，倾斜布置的导流板对反应釜内的物料具有导流作用，反应釜内的物料在导流板的作用下向出料口移动，加快反应釜内物料的排出。

本实施例中的反应釜为渐进循环式连续化生产反应装置，内置6～15个无线温度控制器，用于监测区间的温度，当设备出料口温度还没达到指定温度时(500℃～800℃)，具体的温度由不同的产品决定，温度传感器通过信号输送传送给电脑及警报装置，提醒工作人员，这是说明产品还没达到合格要求，这时候采取措施主要如下，反应釜可以反转，使快到出口的物料再次进入反应釜充分反应，延长停留时间，同时继续加热，反应釜反转时间为30min-120min不等，然后反应釜正转，待料进入出料口时，看温度传感器是否报警，如果报警，反应釜再反转，如此重复，保证产品合格下线。如果温度传感器显示温度达标，粉煤进入出料口，进入下一程序。

所述的驱动装置包括滚筒外周面齿环、与所述齿环啮合的托轮及用于驱动的电机。

作为优选的，为防止滚筒下滑，可在托轮处设置限位装置。本发明的限位装置可选择凸设在托轮两端的环形台阶、于托轮外周面设置与外环相配合的限位槽、于外环处设置凹槽、于托轮外周面设置与凹槽配合的限位凸起等形式。

为检修方便，可在进料密封箱和出料密封箱分别设有检修口，检修口的个数，尺寸，具***置可视设备装置及现场空间而定；检修口的数量为1～5个，内径在DN300～800之间。当装置出现故障时，现场操作人员可通过检修孔对装置内的部件进行维修，维修完成后将检修门关闭，检修孔设置的位置可根据实际场合确定。

作为优选的，每个装置检修口的个数为1～3个，内径在DN400～DN500之间。

为防止人工作业烫伤，并且充分的热量利用和热交换，可在进料密封箱，出料密封箱和滚筒外侧可用保温棉保温，保温棉的厚度及保温效果取决于装置内部的温度及装置的要求。

作为优选的，保温层的厚度为100mm～200mm。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明的进料筒体和除灰装置可连续进料，自动除灰，充分利用能量守恒定律，提高热交换的利用率，总体降低反应釜温度，从而大大节省了能源的消耗。

(2)本发明通过储存罐，螺旋装置，阀门的简单连接，解决了几十年来连续进料无法自动锁气的问题，通过储存罐料位感应器的自动感应，气动闸阀的开启或关闭，螺旋输送装置的物料输送，全密封连接，操作简单，无需大型复杂的设备，为车间员工大大降低了安全隐患。

(3)本发明进料筒体与螺旋叶片横截面面积之比，是在大量的实验基础上得出的结论，看似简单的进料与出气，实则实现了较高效果的能量转换效率及除尘效率，一定程度上缓解了除灰装置和后续设备的压力。

附图说明

图1为本发明一种煤清洁利用的进料出气除灰装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种煤清洁利用的进料出气除灰装置作进一步详细描述。

如图1所示，一种煤清洁利用的进料出气除灰装置，包括储存罐3，除灰装置11和反应釜12，储存罐3顶端通过第一阀门2和输送装置1相连；储存罐3底端通过第二阀门4与螺旋装置相连。所述的除灰装置11底端与送料筒体7相连，所述的送料筒体7与螺旋装置5通过第三阀门6连接。所述的反应釜12通过金属补偿器8、动静密封装置9与送料筒体7密封连接。

储存罐3为一个或者多个，可串联或者并联。储存罐3的主要作用是储存物料，起到一个储存，缓冲的作用，包括长方体和圆柱体结构。一般采用圆柱体结构，底部采用倒圆锥形结构。作为优选的，储存罐3可采用圆柱体结构。

储存罐3内部安装有料位感应器10。所述的料位计主要有雷达式、重锤式、核辐射式、超声波式和电容式。作为优选的，料位计10可选用雷达式或者重锤式等。

送料筒体7的中部与一除灰装置11的底部连通，进料筒体7的末端通过金属补偿器8、动静密封装置9与反应釜12连接。送料筒体7内部安装有无轴螺旋叶片，叶片的横截面不得大于筒体内径横截面的3/4，一般可取5～20米，同时进料筒体7外侧可用保温棉保温，以使粉粒煤和高温油气充分的热交换，不至于热量大量的损耗。

除灰装置11内部安装有耐高温的，疏油性的高分子材料

动静密封装置9主要由压盖组件、增强柔性石墨盘、密封外圈组件与密封内挡圈组件等组成。

反应釜12安装有驱动装置13。

反应釜12为可旋转机构，可使反应釜12内的物料受热均匀；反应釜12外设有加热箱，并设有贯穿所述反应釜12的导热管，该导热管与所述加热箱连通；

本发明装置的工作过程为：

烘干达标的物料在输送装置1作用下通过第一阀门2根据需求自由切换进入多个储存罐3储存备用，待用时打开也可自由切换的第二阀门4，通过螺旋装置5从第三阀门6送入送料筒体7，送料筒体7末端与卧式旋转的反应釜12通过金属补偿器8与动静密封装置9连接，反应釜12内的物料在驱动装置13的作用下旋转反应，反应釜12内的高温含尘气体再通过送料筒体7，经过充分热交换及在螺旋叶片初步当尘作用下，再进入除灰装置11除灰，除灰后的高温油气再进入下一个环节。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明公开了一种煤清洁利用的进料出气除灰装置，包括储存罐，除灰装置和反应釜，其特征在于：所述的储存罐顶端通过第一阀门和输送装置相连；储存罐底端通过第二阀门与螺旋装置相连；所述的除灰装置底端与送料筒体相连，所述的送料筒体与螺旋装置通过第三阀门连接；所述的反应釜与送料筒体密封连接。本发明装置结构简单、能连续进料、连续产气、高温高效除尘，进料除灰一体化，且可持续工作。

Claims (10)

1.一种煤清洁利用的进料出气除灰装置，包括储存罐(3)，除灰装置(11)和反应釜(12)，其特征在于：

所述的储存罐(3)进口端通过第一阀门(2)和输送装置(1)相连；储存罐(3)的出口端通过第二阀门(4)与螺旋装置相连；

所述除灰装置(11)的下端与送料筒体(7)相连，所述的送料筒体(7)与螺旋装置(5)通过第三阀门(6)连接；

所述的送料筒体(7)通过金属补偿器(8)和动静密封装置(9)密封连接反应釜(12)。

2.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的进料筒体(7)内设置无轴螺旋叶片，所述螺旋叶片的横截面积不大于筒体内横截面积的3/4。

3.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的储存罐(3)为多个，相互串联或者并联在输送装置(1)上。

4.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的储存罐(3)在内部安装有料位感应器(10)。

5.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的反应釜(12)安装有驱动装置(13)。

6.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于除灰装置11内部安装有耐高温的，疏油性的高分子材料。

7.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的除灰装置(11)和反应釜(12)的外部安装有保温层。

8.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于，所述的反应釜为旋转机构，反应釜外设有加热箱，并设有贯穿所述反应釜的导热管，该导热管与所述加热箱连通。

9.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在，所述反应釜内设有倾斜布置且呈螺旋结构的导流板。

10.如权利要求1所述的进料出气除灰装置，其特征在于所述的第一阀门为球阀，第二阀门和第三阀门为气动闸阀。