專利名稱：固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于固體顆粒物料分級預熱調濕預處理技術領域，特別涉及利用煙氣等熱 風介質對固體物料進行氣力分級與預熱調濕的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法及裝 置；可用于煤炭、生物質等固體顆粒物料的分級調濕干燥，在焦化、熱解、氣化、燃燒等能源 化工領域具有廣泛的應用。
背景技術：
固體顆粒物料分級和調濕是過程工業(yè)中重要的預處理技術。例如，在煤炭煉焦過 程中，要求至少80%以上的煤粒度小于3mm，但實際的洗精煤中小于3mm的煤一般不超過 60%,這樣需要對煤進一步破碎。若不分級直接破碎，原來小于3mm的煤顆粒將會被進一步 破碎變得更小，這不僅浪費了不必要的能量，且過細的煤粉在裝焦爐時會造成大量粉塵擴 散損失，并造成污染。另一方面，裝焦爐前的煤水分含量應該在6-9wt. %，但實際的洗精煤 的水含水量一般大于10%，若直接裝爐焦化，蒸發(fā)其水分要消耗大量的高品位熱量(來自 焦爐煤氣燃燒室)，延長成焦時間，造成巨大的能源浪費。相反，若洗精煤水分過低，會造成 裝爐煤搗固困難，影響焦炭質量。由此可見，分級、調濕預處理技術對煤焦化過程具有重要
眉、ο目前，固體顆粒物料分級技術主要包括篩分分級技術和氣力分級技術兩大類。篩 分分級是通過篩分機對煤進行分級(CN2042755)，這種方法將煤最小能篩分到6mm，小于 6mm時易造成篩子堵塞等問題。氣力分級技術(CN200710113660. 0)是近年來出現(xiàn)的分級技 術，它是通過氣力風選對固體物料進行分級，氣力分級技術適用粒度可至0. 5mm,且不存在
堵塞等問題。固體顆粒物料調濕技術按發(fā)展歷程可分為三代第一代是以導熱油為熱載體、多 管回轉式干燥機為干燥設備，該技術流程復雜、裝置龐大、操作環(huán)節(jié)多、投資高、很少被采 用；第二代是以蒸汽為熱載體、多管回轉式干燥機為干燥裝置，該技術中物料與蒸汽間接換 熱、裝置投資大，且無法直接利用煙道氣等低溫廢熱；第三代是采用流化床裝置進行熱風調 濕(CN200710014386. 1，CN00123021. 2)。該工藝流程短、結構簡單、運行成本低、便于檢修、 占地面積小，該技術采用熱風和物料直接接觸的方式，傳熱效率高，可直接利用煙氣等低品 位熱介質，因此節(jié)約了焦爐的高品位能，同時縮短了成焦時間，實現(xiàn)節(jié)能減排。另外，如果采 用適當干燥設備，調節(jié)煙氣流，還能同時實現(xiàn)固體顆粒分級功能。但是，若固體顆粒物料粒 度分布范圍較廣，則部分能達到流化的要求，部分達不到流化要求，整體流化質量變差，不 利于物料流化干燥，同時，固體顆粒物料的濕度一般會隨著粒徑的變化而變化，若不考慮粒 徑對濕度的影響全部混合在一起干燥，會導致部分過調濕，而部分調濕不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法及裝置；其方法 是通過將流動的熱氣體介質(如焦爐熱煙氣)和固體物料的熱傳導作用以及動量傳導作用
3相結合，在同一過程中同時實現(xiàn)固體物料的預熱調濕和分級；該方法優(yōu)點在于能有效利用 (焦爐)煙道氣等所含的低品位廢熱，部分替代焦爐高品位熱能(如焦爐煤氣燃燒熱)、提 高焦炭生產(chǎn)效率、節(jié)能減排等；同時利用動量傳導的作用過程，對焦煤進行粒度分級，降低 物料預破碎處理成本。本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法，所述固體顆粒物料的氣力分 級和預熱調濕在氣力分級預熱調濕裝置中進行；所述氣力分級預熱調濕裝置包括相互連通的位于下部的下部流化床和位于所述流化床之上的上部氣流床；以及與所述上部氣流床上部相連通的氣固分離器；所述固體顆粒物料由安裝于所述上部氣流床的固體顆粒物料供給口進入所述上 部氣流床；進入的固體顆粒物料在上部氣流床和下部流化床中，在位于所述下部流化床下部 的熱風介質進口流入的熱風介質作用下，被分成上部小顆粒物料預熱調濕層和下部大顆粒 物料預熱調濕層；所述上部小顆粒物料預熱調濕層的小顆粒物料向氣固分離器流動，其流動過程中 被干燥成濕度為6wt-9wt%的產(chǎn)品物料，該產(chǎn)品物料由設于氣固分離器底部的產(chǎn)品物料出 口流出而被收集；所述下部大顆粒物料預熱調濕層的大顆粒物料由位于所述下部流化床底端的大 顆粒物料出料口出料，并送入粉碎裝置經(jīng)粉碎后作為產(chǎn)品物料收集。所述熱風介質的流速為6m-8m/s。所述熱風介質為燃燒煙氣或經(jīng)預熱的預熱空氣，其溫度為150-400°C。本發(fā)明提供的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，其包括相互連通的位于下部的下部流化床1和位于所述流化床1之上的上部氣流床2 ； 以及與所述上部氣流床2上部相連通的氣固分離器6 ；所述下部流化床設有熱風介質進口 3，底端設有大顆粒物料出料口 5 ；所述下部流化床1由流化段和顆粒充填段組成；所述流化段位于所述顆粒充填段 之上，并且兩者相連通；所述上部氣流床2設有固體顆粒物料供給4 ；所述氣固分離器6頂端和底端分別設廢氣排出口 8和產(chǎn)品物料出口 7。所述熱風介質進口 3設于所述下部流化床1的顆粒充填段側面或者顆粒充填段側 面之上。本發(fā)明的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，還可包括按“Z”字型排列的折 流擋板9和設于下部流化床1 一側的溢流口 10 ；所述“Z”字型排列的折流擋板設于所述固體顆粒物料供給口 4與下部流化床1之 間；位于所述“Z”字型排列的折流擋板9最上面的上折流擋板和位于所述“Z”字型排列的 折流擋板最下面的下折流擋板向下傾斜；所述溢流口 10設于所述顆粒充填段齊平的位置處；
所述“Z”字型排列的折流擋板的諸折流擋板為折流柵板或帶孔折流擋板。所述下部流化床1的橫截面尺寸大于或等于所述上部氣流床2的橫截面尺寸。本發(fā)明的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法，其(1)通過將獨立無聯(lián)系進行的 固體物料氣力分級和預熱調濕過程集成起來，使兩者能夠耦合并行進行，達到了分級和預 熱調濕效果；其( 通過氣固分離設備將分級調濕后的氣固混合物進行分離，得到粒度滿 足要求的產(chǎn)品。本發(fā)明的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法的工作原理如附圖1所示；從位于 氣力分級預熱調濕裝置的下部流化床1 (即下部大顆粒預熱調濕層)的熱風介質3通入熱 風介質，上部氣流床2 (上部小顆粒預熱調濕層)的氣速大于下部流化床1的氣速；同時固 體顆粒物料從上部氣流床2加入至氣力分級預熱調濕裝置中；控制上部氣流床2氣速恰好 為固體顆粒物料一種粒徑的夾帶速度時，小于該粒徑的固體顆粒物料被夾帶進入上部氣流 床2形成上部小顆粒預熱調濕層；而大于該粒徑的固體顆粒物料因不能被夾帶而進入下部 流化床1而形成下部大顆粒預熱調濕段層，固體顆粒物料被分級成兩部分；同時，固體顆粒物料在分級過程中，固體顆粒物料與熱風介質充分接觸，氣固間不 斷進行傳質傳熱，固體顆粒物料被加熱，水分蒸發(fā)，實現(xiàn)了固體顆粒物料的預熱調濕；即在 一個過程中同時實現(xiàn)固體顆粒物料分級和預熱調濕，達到了雙重效果，大幅度地降低了設 備操作費用和能耗。并且當使用的熱風介質為熱煙氣等廢熱氣體時，可回收煙氣中大量廢 余熱，實現(xiàn)節(jié)能減排。經(jīng)分級與調濕后的固體顆粒物料，通過與上部氣流床2相連通的氣固分離裝置6， 將熱風介質夾帶出的小顆粒產(chǎn)品物料進行回收；同時，將從下部流化床1底部排出的大顆 粒固體物料進行粉碎，使其顆粒度與上述氣固分離裝置6收集的小顆粒產(chǎn)品物料相同的顆 粒度，并將經(jīng)粉碎的小顆粒產(chǎn)品物料與由氣固分離裝置6收集的小顆粒產(chǎn)品物料集中收集 即得到所需物料。由于小顆粒物料已經(jīng)被分離出去，只需粉碎大顆粒物料，減少了物料的粉 碎量，節(jié)約了操作費用和能耗；同時還避免了小顆粒物料過度破碎。本發(fā)明的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法及裝置的優(yōu)點在于本發(fā)明的固體顆粒物料的氣力分級與預熱調濕耦合進行，設備投資小，生產(chǎn)效率 高；加熱介質為熱煙氣等廢熱氣，回收了廢余熱，節(jié)約了其他加熱過程能耗；只破碎分級后 大顆粒，減少了粉碎量和粉碎能耗，也避免了對小顆粒過度破損，提高了顆粒品質。


圖1為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕方法的工作原理示意圖。圖2為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例1)結構示意圖；圖3為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例2)結構示意圖；圖4為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例3)結構示意圖；圖5為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例4)結構示意圖；圖6為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例5)結構示意圖；圖7為本發(fā)明的固體物料氣力分級預熱調濕裝置(實施例6)結構示意圖。
具體實施例方式下面用270°C熱煙氣作為熱風介質對含水量> 12%的焦化碎煤進行預熱調濕與 分級，對本發(fā)明的實施進行詳細闡述。實施例1 所使用的顆粒物料氣力分級及預熱調濕裝置如圖2所示，其包括相互連通的位于下部的下部流化床1和位于所述流化床之上的上部氣流床2 ；以 及與所述上部氣流床2上部相連通的氣固分離器6 (本實施例的氣固分離器6為旋 風分離器)；所述下部流化床1的下部設有熱風介質進口 3，底端設有大顆粒物料出料口 5 ；所述上部氣流床2設有固體顆粒物料供給4 ；所述氣固分離器6頂端和底端分別設廢氣排出口 8和產(chǎn)品物料出口 7。所述下部流化床1由流化段和顆粒充填段組成，所述流化段位于所述顆粒充填段 之上，并且兩者相連通；所述熱風介質進口 3設于所述顆粒充填段側面或顆粒充填段之上 的側面；所述固體顆粒物料供給4設于所述顆粒充填段上方的一側、大顆粒物料預熱調濕 層1的一側或小顆粒物料預熱調濕層段2的一側。本實施例的下部流化床1橫截面尺寸大于上部氣流床2橫截面尺寸。在對煤炭進行氣力分級及預熱調濕時，首先打開熱風入口 3閥門，用鼓風機把 270°C煙氣以8000m3/hr的量鼓入下部流化床1，氣體首先以4. 5m/s的速度通過下部流化床 1，然后以8m/s的速度通過上部氣流床2 ；同時用螺旋加料器將焦化煤以2t/h由固體顆粒 物料供給口 4加入顆粒物料氣力分級及預熱調濕裝置；夾帶速度小于8m/s的< 3mm的煤顆 粒被熱風介質夾帶進入上部氣流床2而形成小顆粒物料預熱調濕段層；夾帶速度大于8m/s 的大于3mm的煤進入到下部流化床1形成大顆粒物料預熱調濕段層，并在熱風介質的氣流 作用下以流化狀態(tài)存在，其中部分過大顆粒因不能流化而沉積在下部流化床1底部而形成 填充層；由此，焦化煤被分級成粒徑< 3mm和> 3mm兩部分煤，實現(xiàn)了分級效果；在分級的同時，粒徑< 3mm的煤和> 3mm的煤分別在上部氣流床2和下部流化床1 與熱煙氣充分混合而被加熱，同時水分不斷被蒸發(fā)，實現(xiàn)了預熱調濕的效果，而熱煙氣因所 攜帶預熱被利用而溫度降低；氣力分級和預熱調濕后，< 3mm的煤經(jīng)氣固分離器6分離后，從小顆粒物料排出口 7排出；而> 3mm的煤從大顆粒物料排出口 5排出，并被粉碎成< 3mm煤，然后與氣固分離 后的< 3_的煤混合后送往焦化爐。經(jīng)過分級、預熱調濕和粉碎等處理后，< 3mm的煤含量達到80%以上，濕度被調節(jié) 到6-9%，達到了焦化的要求。由于只需要粉碎> 3mm的煤，粉碎量只有分級前的40%，因 此，可節(jié)約60%左右的粉碎機械電能；煙氣溫度可從270°C降到110-150°C，回收大量的煙 氣廢熱，同時相應地節(jié)約了焦化爐中大量高品位熱，節(jié)能效果顯著。實施例2 如圖3所示，與實施例1不同的是在上部氣流床2上部一側顆粒填充層 上方加設一個溢流口 10 ；這樣進入到下部流化床1中的大顆粒物料中的一部分被流化成較 小顆粒物料而從溢流口 10排出，等于在下部流化床1中對大顆粒物料進行了二次分級，同 時由于不同粒徑煤從不同出料口排出，可以控制不同物料在下部流化床1的停留時間來調
6控調濕效果，減少了過干燥或干燥不足的現(xiàn)象。其他與實施例1相同，不再贅述。實施例3 如圖4所示，與實施例1不同的是在下部流化床1 一側填充層上方增 加了一個溢流口 10，并且固體顆粒物料供給口 4位于下部流化床1和上部氣流床2之間的 變徑上；增加溢流口 10的效果與實施例2的效果相同，不再表述；由于變徑截面積大于上 部氣流床2截面積，該處的氣速小于上部氣流床2。因此，在保證上部氣流床2調濕所需要 氣量不變情況下，可根據(jù)需要調整變徑截面積，從而調整該處氣速，對煤進行不同要求(如 < 2mm和> 2mm)的分級。其他與實施例1相同，不再贅述。實施例4 如圖5所示，與實施例1不同的是在下部流化床1 一側填充層上方增加 了一個溢流口 10，同時固體顆粒物料供給口 4下方位置布有按“Z”排列的折流擋板9，位于 所述“Z”字型排列的折流擋板9最上面的上折流擋板和位于所述“Z”字型排列的折流擋板 9最下面的下折流擋板向下傾斜；折流擋板可為折流柵板或帶孔折流擋板；增加溢流口 10 的效果與實施例2的效果相同，不再表述。從固體顆粒物料供給口 4進入的固體顆粒物料 (煤)順著折流擋板9以“Z”形路徑逐漸流下去，改善了固體顆粒物料在裝置內的徑向分 布，使固體顆粒物料分布更均勻，且熱風可均勻地通過折流擋板9上的煤層，使氣固接觸效 果更好，同時延長了氣固接觸時間，使預熱調濕效果更好；同時，固體顆粒物料在向下流動 的過程中，不斷與折流擋板9相撞、摩擦，可打碎大粒團，并可剝離粘附在大顆粒煤上的細 煤，使細煤不被夾帶進流化床，改善了分級效果。其他與實施例1相同，不再贅述。實施例5 如圖6所示，與實施例1不同的是物料供給口 4下方位置按“Z”排列的 折流擋板9，同時熱風介質入口 3位于下部流化床1的大顆粒物料預熱調濕段層的顆粒填充 層上方側面。增加溢流口 10的效果與實施例4的效果相同，不再表述。對于焦化煤而言，其 粒度一般分布很廣，且其濕度隨著粒徑增大而降低，< 3mm的煤濕度很高，需要深度干燥， 而3-6mm的煤濕度在9-10%之間，只需要簡單干燥，而大于IOmm的煤的含量一般小于9%， 幾乎不需要干燥。因此，沉積在下部流化床1底部顆粒填充層的大顆粒煤幾乎不需要干燥， 將熱風介質入口 3位于顆粒填充層上方側面，可使熱風介質不經(jīng)填充層而直接與下部流化 床1中的大顆粒物料中需要簡單干燥的處在流化狀態(tài)下的較小顆粒接觸，減少了對大顆粒 煤過度干燥，同時提高了對小顆粒煤干燥效率和效果，另外氣體不經(jīng)過填充層，有效地減少 了床層壓降，從而減少了鼓風機能耗。其他與實施例1相同，不再贅述。實施例6 如圖7所示，與實施例1不同的是固體顆粒物料供給口 4下方位置布有 按“Z”排列的折流擋板9，熱風介質進口 3位于顆粒填充層上方側面，并且下部流化床1和 上部氣流床2的截面尺寸相同。增加折流擋板9的效果和熱風介質進口 3位于顆粒填充層 上方側面的效果分別與實施例4和實施例5的效果相同，不再表述。上、下部氣截面積相同， 使大顆粒物料預熱調濕段1的氣速較高，有利于被大顆粒攜裹進大顆粒物料預熱調濕段1 的小顆粒返混重新進入到小顆粒物料預熱調濕段2，增強了分級效果，同時大顆粒物料預熱 調濕段1的氣速較高，干燥速度加快，大顆粒能在較短時間內迅速干燥到濕度要求，提高了 生產(chǎn)效率。其他與實施例1相同，不再贅述。
權利要求
1.一種固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法，所述固體顆粒物料的氣力分級和預熱調 濕在氣力分級預熱調濕裝置中進行；所述氣力分級預熱調濕裝置包括相互連通的位于下部的下部流化床和位于所述流化床之上的上部氣流床；以及與所述上部氣流床上部相連通的氣固分離器；所述固體顆粒物料由安裝于所述上部氣流床的固體顆粒物料供給口進入所述上部氣 流床；進入的固體顆粒物料在上部氣流床和下部流化床中，在位于所述下部流化床下部的熱 風介質進口流入的熱風介質作用下，被分成上部小顆粒物料預熱調濕層和下部大顆粒物料 預熱調濕層；所述上部小顆粒物料預熱調濕層的小顆粒物料向氣固分離器流動，其流動過程中被干 燥成濕度為6wt-9wt%的產(chǎn)品物料，該產(chǎn)品物料由設于氣固分離器底部的產(chǎn)品物料出口流 出而被收集；所述下部大顆粒物料預熱調濕層的大顆粒物料由位于所述下部流化床底端的大顆粒 物料出料口出料，并送入粉碎裝置經(jīng)粉碎后作為產(chǎn)品物料收集。
2.按權利要求1所述的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法，其特征在于，所述熱風 介質的流速為6m-8m/s。
3.按權利要求1所述的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法，其特征在于，所述熱風 介質為燃燒煙氣或經(jīng)預熱的預熱空氣，其溫度為150-400°C。
4.一種固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，其包括相互連通的位于下部的下部流化床(1)和位于所述流化床(1)之上的上部氣流床(2)；以及與所述上部氣流床(2)上部相連通的氣固分離器(6)；所述下部流化床設有熱風介質進口(3)，底端設有大顆粒物料出料口(5)；所述下部流化床(1)由流化段和顆粒充填段組成；所述流化段位于所述顆粒充填段之 上，并且兩者相連通；所述上部氣流床(2)設有固體顆粒物料供給(4)；所述氣固分離器(6)頂端和底端分別設廢氣排出口(8)和產(chǎn)品物料出口(7)。
5.按權利要求4所述的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，其特征在于，所述熱風 介質進口(3)設于所述下部流化床(1)的顆粒充填段側面或者顆粒充填段側面之上。
6.按權利要求4所述的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，其特征在于，還包括按 “Z”字型排列的折流擋板(9)和設于下部流化床(1) 一側的溢流口(10)；所述“Z”字型排列的折流擋板設于所述固體顆粒物料供給口(4)與下部流化床(1)之 間；位于所述“Z”字型排列的折流擋板(9)最上面的上折流擋板和位于所述“Z”字型排列 的折流擋板最下面的下折流擋板向下傾斜；所述溢流口(10)設于所述顆粒充填段齊平的位置處；所述“Z”字型排列的折流擋板(9)的諸折流擋板為折流柵板或帶孔折流擋板。
7.按權利要求4所述的固體顆粒物料氣力分級預熱調濕裝置，其特征在于，所述下部 流化床(1)的橫截面尺寸大于或等于所述上部氣流床(2)的橫截面尺寸。
全文摘要
一種固體顆粒物料氣力分級預熱調濕方法及裝置，其集成了氣力分級與氣固干燥過程；裝置包括相互連通的下部流化床和上部氣流床以及與上部氣流床連通的氣固分離器；物料由上部氣流床上的物料供給口送入；與下部流化床進入的熱風介質作用下，被分成上部小顆粒物料預熱調濕層和下部大顆粒物料預熱調濕層；上部小顆粒物料預熱調濕層的小顆粒物料向氣固分離器流動，流動過程中被干燥成濕度6wt-9wt％產(chǎn)品物料，并由氣固分離器底部的產(chǎn)品物料出口流出而被收集；下部大顆粒物料預熱調濕層的大顆粒物料由下部流化床底端的大顆粒物料出料口出料，經(jīng)粉碎后作為產(chǎn)品物料收集；可實現(xiàn)廢熱利用，節(jié)能減排效果顯著，且設備簡單，投資小，適于工業(yè)化。
文檔編號B07B7/00GK102120215SQ20101028776
公開日2011年7月13日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權日2010年9月19日
發(fā)明者劉周恩, 汪印, 董利, 許光文, 謝以民, 高士秋 申請人:中國科學院過程工程研究所