带蓄热室双排炭化室连续化直立炭化炉

摘要

本发明涉及一种带蓄热室的、双排炭化室的。连续化直立炭化炉，它是一种用于生产煤气和各种焦炭的制气炼焦设备。此直立炉以蓄热式、双排炭化室的合理结构，使其具有如下特点：适用煤种范围广；耗热量低；产煤气量高；加热均匀，焦炭质量好；投资少，经济效益显著。

说明书

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本发明的直立炉是一种带蓄热室的，具有双排炭化室的、连续化直立炭化炉，用于生产煤气和各种焦炭的制气炼焦设备，特别适用于生产城市煤气、工业燃气、化工原料气源、冶金焦、气化焦、铁合金焦、电石焦、半焦、冷压型焦、热压型焦、家庭用焦等。

根据1963年约翰·维利父子出版公司（纽约·伦敦）出版的“煤炭利用化学补编”一书中第10篇文章“低温炭化”（P.J.W.，JR.，等著）中的一段“连续式直立炉”（P408-412）一文介绍的西德克虏伯·考伯斯公司的考伯斯连续化直立炭化炉存在的缺点，鞍山焦耐设计院设计了一种JLK-Ⅱ型带蓄热室单排炭化室连续化直立炭化炉，此JLK-Ⅱ型直立炉对原考伯斯直立炉炭化室的膨胀缝，蓄热室用砖的材质，蓄热室用格子砖、小烟道用篦子砖的形式，燃烧室的宽度进行了改进，大大加强了炉体的气密性和坚固性，提高了炉体寿命和热效率，减少了砖型，方便了制砖和砌砖。但是JLK-Ⅱ型直立炉没有克服考伯斯直立炉存在的另一主要问题，即未考虑气体流动过程中速度头和静压头的转变问题。气体流动路线采用的是等距离路线，JLK-Ⅱ型直立炉和考伯斯炉一样，燃烧室下部水平道有两层，使予热好的气体送到远离下斜道口一端后，再往回流，然后进入立火道，其结果必然是靠近斜道口侧的立火道气流分配多，远离斜道口处立火道气流分配少，单排炭化室的考伯斯炉此问题还不太严重，如果采用双排炭化室的多火道炉型，不均匀分配就会更加严重，所以等距离原理的气体流动限制了炉型的进一步大型化。JLK-Ⅱ型直立炉虽然也采用了考伯斯直立炉的伸入式煤斗，但在炉子上部仍然设置喇叭口。这样在不需要采用伸入式煤斗或者伸入式煤斗损坏不能用时，炉料就不能顺行，会影响生产。另外英国伍德炉炭化室的锥度较大，虽便于炉料顺行，但影响焦炭质量。而JLK-Ⅱ型直立炉和考伯斯炉一样，炭化室的锥度较小，所以虽能保证焦炭质量，但不利于炉料的顺行。考伯斯炉的排焦箱的水封高度小，所以不能多通煤气（用于冷却焦炭），否则就会漏煤气。另外考伯斯炉是用烧嘴调节边立火道的煤气量，调节不方便，而且不均匀。

本发明鉴于上述存在的问题，其目的是设计一种带蓄热室的双排炭化室的连续化直立炭化炉，既保留了考伯斯直立炉和JLK-Ⅱ型直立炉的优点，又能克服上述存在的问题。

为实现此目的，本发明采取的措施是设计时考虑了气体流动过程中速度头和静压头的转变问题，气体流动采用等压差原理，使单排炭化室改成双排炭化室，从而提高了炉组的产量，减少了投资。另外在伸入式煤斗与炉体连接处采用直通进料口，保证了在不使用伸入式煤斗时炉料的顺行，还有炭化室的锥度取伍德炉和考伯斯炉的中间值，既考虑了焦炭质量的因素，又考虑了炉料的顺行。提高排焦箱的水封高度，给以煤气代替水蒸气冷却焦炭创造了条件，从而可以加速炭化，提高处理煤量。本设计还专设了向边立火道通煤气的上下砖煤气道，用以单独调节边立火道的煤气量，使各火道温度均匀，从而保证了焦炭质量的均匀。

本发明的优点是，由于采取了上述措施，其加热系统是上下换向轮流加热，可以使火道上下温度接近一致，这样就克服了伍德炉上部比下部低200℃的缺点，要比同样大小炉孔的单向气流的伍德炉提高产量25%，当提高排焦箱水封高度之后，可用煤气代替水蒸汽冷却焦炭，从而加速了炭化，使煤处理量进一步提高到30～50%，这给节日调峰创造了有利条件。另外，由于上部温度提高了，会使冷却焦炭用水蒸汽转化成水煤气的数量增大，每吨煤会多产水煤气50m³以上。采用直立式进料口和选择适宜的炭化室锥度都有利于炉料的顺行，也保证了焦炭的质量。另外此炉采用蓄热式的，炭化室是双排的，因此可以大大减少耗热量，2座20孔带蓄热室的、双排炭化室连续化直立炭化炉一年中要比伍德炉节约150万元以上，要比考伯斯直立炉节约能耗40万元以上。

下面结合附图和实施例对带蓄热室的双排炭化室连续化直立炭化炉进行详细介绍。

图1为带蓄热室双排炭化室连续化直立炭化炉的操作原理图。

图2、3、4、5为带蓄热室双排炭化室连续化直立炭化炉的结构图和气体流程图。

图6为伸入式煤斗与炉体连接处直通进料口的局部示意图。

如图1、2、3、4、5所示，带蓄热室的双排炭化室连续化直立炭化炉是由〔1〕煤仓、〔2〕中间煤箱、〔3〕伸入式煤斗、〔4〕炭化室、〔5〕排焦箱、〔6〕接焦小车、〔7〕下小烟道〔8〕下蓄热室、〔9〕垂直道、〔10〕下斜道、〔11〕下水平道、〔12〕燃烧室、〔13〕上水平道、〔14〕上斜道、〔15〕上蓄热室、〔16〕上小烟道等组成的。

此直立炉保留了考伯斯和JLK-Ⅱ型直立炉的优点，采用了考伯斯炉的蓄热式结构，大大降低了炉子的综合热耗量;和JLK-Ⅱ型直立炉一样，以薄壁异形格子砖代替考伯斯炉蓄热室的条形格子砖，又以扩散型圆孔篦子砖代替考伯斯炉小烟道的条形篦子砖，进一步提高了蓄热效率，蓄热室也采用了硅砖砌筑，减少了蓄热室高向膨胀差，使蓄热室更加严密，避免漏气;炭化室的膨胀缝也将考伯斯炉的一条直通缝改成两条带拐弯的膨胀缝，并设在炭化室肩角处，易积灰结炭，加大了气密性。

如图1所示，带蓄热室的双排炭化室连续化直立炭化炉的操作原理为：煤料从煤仓〔1〕定期放入中间煤箱〔2〕，然后通过伸入式煤斗〔3〕送到直立炉的炭化室〔4〕里，煤料表层在炭化室〔4〕的高温区快速结成半焦，以避免煤料在软化过程中附着在炉壁上而产生悬料，随排焦箱〔5〕中的排焦轴的旋转而下降，下降过程中，在炭化室〔4〕两侧燃烧室〔12〕的加热下，煤料渐渐变成半焦，然后变成焦炭。焦炭在直立炉下部被通入的煤气或蒸汽冷却至300℃左右，然后用排焦轴排入排焦箱〔5〕。在箱内用水进一步使焦炭冷却，冷却后的焦炭每两小时放一次，焦炭放入接焦小车〔6〕后运走，上部中间煤箱〔2〕每小时加满煤一次，以保持炉料的连续性。

本发明的直立炉为更能适应城市煤气调峰的需要，提高了排焦箱〔5〕下部的水封高度，这样就给加速炭化，强化生产创造了条件。在正常生产的条件下，熄焦是用蒸汽进行，水煤气化是个吸热反应，所以使处理煤量少得多。如果用煤气冷却焦炭，减少了水煤气化的吸热反应，大量的煤气又强化了对流传热，从而大大提高了煤处理量。通过试验可知。用煤气熄焦虽使每吨煤产气量减少20～30m³，但由于煤处理量的大量增加，所以总产气量，特别是产焦量大幅度增加。

如图2、4、5所示，此直立炉的主要特点是每组炉具有双排炭化室〔4〕，两排并列排列，每排有四个或若干个炭化室。与此相应也有两排燃烧室〔12〕，每排燃烧室有5个或若干个燃烧室，每个燃烧室有5个立火道〔21〕。炭化室〔4〕的锥度，考虑伍德炉是200mm，太大，是没有必要的。因为在结焦过程中，焦炭体积是收缩的，因此炉子上部的生煤料不断的往下补充。并与焦炭粘结在一起，这样就使焦炭质量降低，粉焦增多。而考伯斯炉炭化室的锥度较小（100mm），不适应我国煤种繁多的国情，因为对于结焦性强的煤，锥度过小就会影响炉料的顺行，所以本设计把炭化室锥度定为150mm。

如图2所示，此直立炉加热系统中气体流程为：空气和贫煤气由下小烟道〔7〕经篦子砖进入下蓄热室〔8〕，冷空气和贫煤气将下蓄热室〔8〕中格子砖的热量带走，予热到1000℃左右，它们通过垂直道〔9〕，下斜道〔10〕进入燃烧室底部的下水平道〔11〕，然后进立火道〔21〕燃烧，燃烧后的废气通过上水平道〔13〕进入上斜道〔14〕，再进入上蓄热室〔15〕，废气将热量传给上蓄热室〔15〕的格子砖，使废气冷却至350℃左右，经篦子砖排入下小烟道〔16〕烟囱中去，每隔20分钟或30分钟气体换向，换向后气体反方向流动。

本发明直立炉根据等压差原理进行设计的，当空气和贫煤气进入立火道〔21〕下部的下水平道〔11〕时，气体流向各个立火道下口，使气体在靠近下斜道〔10〕处的流速大，远离下斜道〔10〕处的流速小，按伯努利定理，靠近下斜道〔10〕处静压力小，远离下斜道〔10〕处的静压力大。同样道理，气体在上水平道〔13〕中，靠近上斜道〔14〕处的静压力小，远离上斜道〔14〕处的静压力大，所以每个立火道的上下压差几乎接近，每个立火道的气流分布是均匀的。

如图3所示，贫煤气和空气是用各自的蓄热室予热的，在下蓄热室〔3〕中，M和K分别是予热煤气和空气的蓄热室，相间排列，上蓄热室〔15〕中的M′和K′都是下废气的，当换向后，气流方向相反，上蓄热室〔15〕中的M′和K′则分别是予热煤气和空气的，下蓄热室〔8〕中的M和K则是下废气的。

如图4所示，图4是图2的E-E剖面图，图中〔17〕、〔18〕分别是单独向边立火道送煤气的上下砖煤气道，由于边立火道要比中间立火道散热多30-40%左右，因此煤气量必须单独调节以满足需要，当使用贫煤气加热时，可以向边立火道单独送富煤气以提高炉头温度，这样可以保证焦炭质量均匀，而且可提高产量。

如图5所示，图5为图2的H-H断面图，图中示出了下蓄热室〔8〕处的空气蓄热室与煤气蓄热室、下斜道〔10〕之间的连接和排列情况，煤气蓄热室〔M〕中的贫煤气走煤气斜道〔M〕后入炉底煤气水平道〔M〕，空气蓄热室（K）中的空气走空气斜道（K）后入炉底空气水平道（K）。从图4中还可以看到在炉底空气水平道（K）旁设有M小缝隙〔19〕，与煤气水平道（M）相通。这可以避免漏入炭化室的煤气与空气燃烧而影响炉温。另外也可以避免当炭化室的压力小于燃烧系统时，空气漏入炭化室而引起墙面结渣导致炉料不顺行。

如图6所示，本发明为适用各种不同的煤料，在炭化室〔4〕的上部设有与炭化室〔4〕同宽的直通进料口〔20〕，目的是与耐热铸铁制的伸入式煤斗〔3〕连接。使用伸入式煤斗〔3〕可以把冷煤料直接送入高温区，迅速干馏成半焦。由于采用的是直通口，当煤料是弱粘结煤或不粘结煤，为了减少投资和维修工作量而不采用伸入式煤斗时，煤料也会顺行的。

实施例：

以一座20孔带蓄热室双排炭化室连续直立炭化炉为例，使用大同长熖煤为原料煤。

其主要尺寸和技术指标：

炉高（炭化室高）    8.5m，

炉长（炭化室长）    2.6m，

炉宽（炭化室宽）

顶部    300mm，

底部    450mm，

每孔每天处理煤量    12t，

一对炭化室每天处理煤量    24t，

每天产煤气量 90000m³/d，

每天产全焦量    156t。