油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉.pdf

一种油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉，包括：流化床燃烧炉与尾部换热器连通，流化床燃烧炉炉膛的下端连接布风装置，炉膛设有剩余瓦斯燃烧器和二次风喷口，炉膛四周置有膜式壁换热器，布风装置设有一次风入口；尾部换热器的尾部烟道内设置高、低温空气预热管式换热器和高温、中温瓦斯热管式加热器，尾部换热器的瓦斯通道内设置高、中温瓦斯热管式加热器，在瓦斯通道上设有中温瓦斯入口、瓦斯喷口、热瓦斯出口，在尾部烟道上设有冷空气入口、烟气出口、热空气出口；冷瓦斯主管线与膜式壁换热器的入口联箱、瓦斯喷口连接，膜式壁换热器的出口联箱与中温瓦斯入口连接，尾部管式换热器的热空气出口分别与一次风入口和二次风喷口连接。

权利要求书
1.  一种油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉，其特征是：它包括：流化床燃烧炉的炉膛出口与尾部换热器的进口连通，流化床燃烧炉包括炉膛、布风装置、二次风喷口、剩余瓦斯燃烧器、进料管和排渣溢流管，炉膛的下端连接布风装置，炉膛前墙设有进料管，后墙设有排渣溢流管，炉膛的上部为稀相区、下部为密相区，稀相区底部设有剩余瓦斯燃烧器和二次风喷口，稀相区四周布置有加热低温循环瓦斯的膜式壁换热器，膜式壁换热器内侧敷设耐火材料构成炉膛周壁的炉墙，膜式壁换热器的上端设有出口联箱，膜式壁换热器的下端设有入口联箱，在布风装置的侧壁上设有一次风入口；尾部换热器被隔墙分为尾部烟道和瓦斯通道两部分，在尾部烟道内从上至下依次设置高温空气预热管式换热器、高温瓦斯热管式加热器、中温瓦斯热管式加热器和低温空气预热管式换热器，瓦斯通道内从上至下依次设置高温瓦斯热管式加热器和中温瓦斯热管式加热器，在低温空气预热管式换热器所在位置的尾部烟道上设有冷空气入口，在尾部烟道下端的侧壁上设有烟气出口，在中温瓦斯热管式加热器所在位置的瓦斯通道上设有中温瓦斯入口，在高温瓦斯热管式加热器和中温瓦斯热管式加热器之间的瓦斯通道上设置有瓦斯喷口，在高温瓦斯热管式加热器所在位置的瓦斯通道上设置有热瓦斯出口，在高温空气预热管式换热器所在位置的尾部烟道侧壁上设置有热空气出口；冷瓦斯主管线与流化床燃烧炉的膜式壁换热器的入口联箱连接，冷瓦斯主管线通过调节阀与尾部换热器的瓦斯喷口连接，流化床燃烧炉的膜式壁换热器的出口联箱与尾部换热器的中温瓦斯入口连接，尾部管式换热器的热空气出口分别与流化床燃烧炉的布风装置的一次风入口、流化床燃烧炉的二次风喷口连接。

说明书油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉
技术领域
本发明涉及油页岩气体热载体干馏工艺中对循环瓦斯进行加热的装置。该装置亦可用于煤、废旧轮胎、生物质。
背景技术
油页岩是一种重要的能源资源，世界油页岩资源蕴藏量十分巨大，其储量高达(10～15)×1018kJ，约占全球各种能源总量(26～43)×1018kJ的35%，高于世界原油已知储量(8×1018～10×1018kJ)。
油页岩的开发利用目前主要采用以干馏炉为主的工艺路线进行干馏炼油，现有以干馏炉为主的工艺路线以气体热载体为主：利用热循环瓦斯作为主要加热载体加入干馏炉中部加热干馏页岩，而热循环瓦斯由独立设置的加热炉来加热。
目前国内油页岩干馏应用最广泛的抚顺式干馏炉采用蓄热式加热炉。蓄热式加热炉的工作过程是间歇的，首先用冷瓦斯气和空气在炉内燃烧室燃烧，热烟气通过蓄热室，将填料格子砖加热一定时间后，即切断燃烧用瓦斯气和空气，然后通入冷循环瓦斯气，冷循环气从填料格子砖中取得热量，成为热循环瓦斯气，进入干馏炉作为气体热载体加热干馏油页岩。蓄热式加热炉的填料格子砖逐渐被冷却后，再通入循环气和空气，重新燃烧以加热填料。如此循环加热、换热。
因为蓄热式加热炉是间断式操作，使进入干馏炉的热循环瓦斯气温度在550~750℃范围内变化，由此造成干馏炉内温度周期变化，导致整个装置运转不稳定而影响油收率。
管式加热炉可以稳定地连续操作，使热循环瓦斯的温度较恒定，有利于干馏炉的正常运转。国内外气体热载体干馏技术中使用的管式加热炉的热源主要都来自油页岩干馏所产生的剩余瓦斯，但对于大多数矿区的油页岩，剩余瓦斯燃烧所能发出的热量不足以提供油页岩干馏所需热量，需要另设煤气发生炉生产发生炉煤气作为热风炉的补充热源。
气体热载体干馏后产生大量的半焦，目前尚未得到合理的利用。这些半焦热值低，含有较多的污染物，堆弃占用了大量土地，既浪费了能源，又对环境造成严重的污染。
热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻力小、有利于控制露点腐蚀等优点。热管换热器可以通过换热器中的隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。
发明内容
本发明的目的是，对现有以瓦斯气燃烧加热循环瓦斯的加热炉进行实质性改进，将油页岩半焦流化床燃烧与炉内膜式壁换热器、尾部热管式换热器有机的结合为一体组成油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉，既有效解决了油页岩干馏半焦燃烧问题，又实现了气体热载体所需热瓦斯的加热问题，具有综合利用程度高，成本低，科学合理等优点。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉，其特征是：它包括：流化床燃烧炉的炉膛出口与尾部换热器的进口连通，流化床燃烧炉包括炉膛、布风装置、二次风喷口、剩余瓦斯燃烧器、进料管和排渣溢流管，炉膛的下端连接布风装置，炉膛前墙设有进料管，后墙设有排渣溢流管，炉膛的上部为稀相区、下部为密相区，稀相区底部设有剩余瓦斯燃烧器和二次风喷口，稀相区四周布置有加热低温循环瓦斯的膜式壁换热器，膜式壁换热器内侧敷设耐火材料构成炉膛周壁的炉墙，膜式壁换热器的上端设有出口联箱，膜式壁换热器的下端设有入口联箱，在布风装置的侧壁上设有一次风入口；尾部换热器被隔墙分为尾部烟道和瓦斯通道两部分，在尾部烟道内从上至下依次设置高温空气预热管式换热器、高温瓦斯热管式加热器、中温瓦斯热管式加热器和低温空气预热管式换热器，瓦斯通道内从上至下依次设置高温瓦斯热管式加热器和中温瓦斯热管式加热器，在低温空气预热管式换热器所在位置的尾部烟道上设有冷空气入口，在尾部烟道下端的侧壁上设有烟气出口，在中温瓦斯热管式加热器所在位置的瓦斯通道上设有中温瓦斯入口，在高温瓦斯热管式加热器和中温瓦斯热管式加热器之间的瓦斯通道上设置有瓦斯喷口，在高温瓦斯热管式加热器所在位置的瓦斯通道上设置有热瓦斯出口，在高温空气预热管式换热器所在位置的尾部烟道侧壁上设置有热空气出口；冷瓦斯主管线与流化床燃烧炉的膜式壁换热器的入口联箱连接，冷瓦斯主管线通过调节阀与尾部换热器的瓦斯喷口连接，流化床燃烧炉的膜式壁换热器的出口联箱与尾部换热器的中温瓦斯入口连接，尾部管式换热器的热空气出口分别与流化床燃烧炉的布风装置的一次风入口、流化床燃烧炉的二次风喷口连接。
本发明油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉的优点体现在：
1.油页岩干馏时所需的热量主要源于半焦流化床燃烧，利用油页岩半焦，对所有页岩实现能量自给；
2.以干馏炉排出的半焦为主要燃料，剩余的瓦斯气为辅助燃料，采用流化床或者循环流化床燃烧方式，有效的利用低热值半焦，同时解决半焦堆放引起的环保问题；
3.膜式壁换热器的内侧敷设耐火材料构成炉膛周壁的炉墙，即减轻了炉墙重量，降低炉膛漏风，又加热了循环瓦斯气，同时避免了对膜式受热面的磨损漏气所造成的危险；
4.采用热管式换热器，传热效率高、结构紧凑、流体阻力小；
5.热管式换热器中烟气、瓦斯气完全分开流动，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行，可靠性高；
6.热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式，解决了烟气侧换热器的磨损、堵灰问题，以及瓦斯气侧换热器的积碳难以清理问题；
7.高温瓦斯热管式换热器和中温瓦斯热管式加热器之间有冷瓦斯喷口，通过调节进入冷瓦斯喷口的冷瓦斯流量，使热循环瓦斯温度不高于720℃，从而避免循环瓦斯的裂解积碳；
8.经过高温空气预热管式换热器后的烟气温度降至750~850℃，从而保护高温瓦斯热管式换热器管壁不会超温；
9.其结构合理，使用寿命长，油页岩综合利用程度高，成本低。
附图说明
图1为油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉的结构示意图。
图中：1炉膛，2膜式壁换热器，3进料管，4剩余瓦斯燃烧器，5二次风喷口，6冷瓦斯入口联箱，7冷瓦斯主管线，8排渣溢流管，9布风装置，10一次风入口，11冷空气入口，12烟气出口，13低温空气预热管式换热器，14中温瓦斯热管式加热器，15调节阀，16热瓦斯出口，17高温瓦斯热管式加热器，18瓦斯喷口，19高温空气预热管式换热器，20膜式壁换热器出口联箱，21尾部烟道，22炉膛出口，23尾部换热器，24流化床燃烧炉，25稀相区，26密相区，27中温瓦斯入口，28瓦斯通道，29隔墙，30热空气出口。
具体实施方式
下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉，包括流化床燃烧炉24的炉膛出口22与尾部换热器23的进口连通，流化床燃烧炉24包括炉膛1、布风装置9、二次风喷口5、剩余瓦斯燃烧器4、进料管3和排渣溢流管8，炉膛1的下端连接布风装置9，炉膛1前墙设有进料管3，后墙设有排渣溢流管8，炉膛1的上部为稀相区25、下部为密相区26，稀相区25底部设有剩余瓦斯燃烧器4和二次风喷口5，稀相区25四周布置有加热低温循环瓦斯的膜式壁换热器2，膜式壁换热器2内侧敷设耐火材料构成炉膛周壁的炉墙，膜式壁换热器2的上端设有出口联箱20，膜式壁换热器2的下端设有入口联箱6，在布风装置9的侧壁上设有一次风入口10；尾部换热器23被隔墙29分为尾部烟道21和瓦斯通道28两部分，在尾部烟道21内从上至下依次设置高温空气预热管式换热器19、高温瓦斯热管式加热器17、中温瓦斯热管式加热器14和低温空气预热管式换热器13，瓦斯通道28内从上至下依次设置高温瓦斯热管式加热器17和中温瓦斯热管式加热器14，在低温空气预热管式换热器13所在位置的尾部烟道21上设有冷空气入口11，在尾部烟道21下端的侧壁上设有烟气出口12，在中温瓦斯热管式加热器14所在位置的瓦斯通道28上设有中温瓦斯入口27，在高温瓦斯热管式加热器17和中温瓦斯热管式加热器14之间的瓦斯通道28上设置有瓦斯喷口18，在高温瓦斯热管式加热器17所在位置的瓦斯通道28上设置有热瓦斯出口16，在高温空气预热管式换热器19所在位置的尾部烟道21侧壁上设置有热空气出口30；冷瓦斯主管线7与流化床燃烧炉24的膜式壁换热器2的入口联箱6连接，冷瓦斯主管线7通过调节阀15与尾部换热器23的瓦斯喷口18连接，流化床燃烧炉24的膜式壁换热器2的出口联箱20与尾部换热器23的中温瓦斯入口28连接，尾部管式换热器23的热空气出口30分别与流化床燃烧炉24的布风装置9的一次风入口10、流化床燃烧炉24的二次风喷口5连接。
将0~15mm的油页岩半焦以及剩余瓦斯送入流化床加热炉，半焦及剩余瓦斯进入炉膛后在850~950℃下低温燃烧；燃烧释放的热量一部分加热炉膛四周膜式壁换热器内的循环瓦斯，一部分随燃烧产生的热烟气进入尾部换热器加热循环瓦斯及空气。
本发明的油页岩半焦流化燃烧热管式循环瓦斯加热炉仅为具体实施例，并非穷举，本领域技术人员不经过创造性劳动的复制和改进应属于本发明权利要求所保护的范围。