1.本发明涉及炼焦技术，尤其涉及一种炼焦煤梯级预热工艺及设备。
背景技术：
2.炼焦煤预热技术是将炼焦煤在装入焦炉炼焦前进行预热至150～250℃的工艺技术。上世纪60年代，世界焦化行业为了减少炼焦煤中主焦煤用量和降低炼焦耗热量，英国、德国、美国等国家开展炼焦煤预热工艺技术研究。开发了多种预热煤炼焦工艺，主要有西姆卡(simcar)法、普列卡邦(precarbon) 法、考泰克(caoltek)法，中国冶金百科全书(炼焦化工册：杨顺楼、王立富、张家埭)对上述工艺进行相应介绍。上述煤预热工艺技术中普遍采用高温烟气作为热载体，将煤料在流态化快速预热器中进行干燥、预热。一些焦化厂应用上述煤预热技术成功建成多座预热煤炼焦焦炉。这些焦化厂在预热煤炼焦焦炉的生产实践中，验证了相关技术的可行性和较好的经济效益；预热煤炼焦工艺与常规炼焦工艺生产数据对比，在以下方面表现出显著效果， (1)改善焦炭质量或增加气煤用量，(2)提高焦炉生产能力、降低炼焦耗热量，(3)仅产生少量的煤水，减少焦化生产外排废水。上述焦化厂在煤预热炼焦生产中，也暴露出煤料流态化预热工艺技术存在着能耗高、烟尘分离困难、设备庞大和运行稳定差等问题；采用热烟气作为热载体进行煤料流态化预热时需要严格控制热烟气中的含氧量，防止发生烟气中煤粉尘爆炸，存在生产操作控制复杂、安全性差的问题。由于上述问题的存在，致使各预热煤炼焦炉运行一段时间后被迫停产。其中，煤预热工艺系统操作稳定运行、过程中气固分离及安全性是制约预热煤炼焦技术在焦化行业广泛推广的技术瓶颈。
3.目前，焦化行业各企业均面临着炼焦主焦煤供应日趋紧张、环保标准不断提升、炼焦过程碳排量强制性减排的要求，这些问题和要求已严重影响焦化企业的可持续发展和经济效益。开发新型的预热煤炼焦工艺技术是解决上述问题的有效途径和方法。新型的预热煤炼焦工艺技术需要解决的核心问题是高效煤预热工艺技术，安全、高效气固分离的除尘技术，预热煤料安全输送技术及设备。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于，针对目前预热煤炼焦存在的诸多问题，提出一种炼焦煤梯级预热设备，该设备能根据煤料物性特点采用不同的加热方式，分阶段进行调湿、干燥、预热工序。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种炼焦煤梯级预热设备，包括煤料槽、加料螺旋、跨域两相流调湿器、重力移动床干燥器、煤预热板式换热器、第一惯性除尘器、第一调湿多管除尘器、第一风机、调湿旋风分离器、调湿加热器、第二惯性除尘器、第二调湿多管除尘器、第二风机、干燥旋风分离器、干燥加热器、导热油泵、导热油加热器、水洗塔和煤仓；所述跨域两相流调湿器包括气流直立管和喷动床，所述气流直立管上部安装喷动床；所述重力移动床干燥器包括自上而下顺次设置的横流干燥器、板式间接干燥器和角
状管逆流干燥器；
6.所述煤料槽底部通过加料螺旋与气流直立管下部相连，所述喷动床与横流干燥器相连，所述横流干燥器、板式间接干燥器、角状管逆流干燥器、煤预热板式加热器和煤仓自上而下顺次、竖向布置在(焦炉间台上方)建构筑物中；
7.所述喷动床上部水蒸气出口依次与第一惯性除尘器和第一调湿多管除尘器相连，所述第一调湿多管除尘器通过第一风机与调湿旋风分离器相连，所述调湿旋风分离器顶部蒸汽出口与调湿加热器相连，所述调湿加热器出口与气流直立管下部相连；所述第一风机出口经调湿旋风分离器底部出口分别与水洗塔相连；
8.所述横流干燥器、角状管逆流干燥器的蒸汽出口依次与第二惯性除尘器和第二调湿多管除尘器相连，所述第二调湿多管除尘器通过第二风机与干燥旋风分离器相连，所述干燥旋风分离器顶部蒸汽出口与干燥加热器相连，所述干燥加热器出口与横流干燥器、角状管逆流干燥器蒸汽入口相连；所述第二风机出口和干燥旋风分离器底部出口分别与水洗塔相连；
9.所述煤预热板式换热器的导热油出口通过导热油泵与导热油加热器相连，所述导热油加热器出口与煤预热板式换热器导热油入口相连。
10.进一步地，所述气流直立管与喷动床直径比为3～5。
11.进一步地，所述横流干燥器下方安装板式间接干燥器，板式间接干燥器下方安装角状管逆流干燥器，所述横流干燥器内热媒为过热蒸汽，所述过热蒸汽水平流动；所述角状管逆流干燥器内安装煤料掺混板和角状管，所述煤料掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动；所述角状管安装在掺混板下方，所述角状管分为2层(或4层)布置，每层布置多个角状管，同层各角状管并联，下层角状管为进气角状管，上层角状管为排气角状管；所述排气角状管与进气角状管采用水平交叉90
°
布置。
12.进一步地，所述煤料掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动，往复转动角度30
°
～60
°
；所述排气角状管和进气角状管上下间距200～400mm。
13.进一步地，所述角状管横截面的上部为三角形，下部为矩形。
14.进一步地，所述煤仓放煤口与装煤车受煤口采用承插式连接，煤仓放煤口外壁设有环装气囊，装煤车受煤口采用上下伸缩式；装煤车对位将受煤口抬高使放煤口插入受煤口，压缩空气向环状气囊充气，气囊膨胀形成密封。
15.本发明的另一个目的还公开了一种炼焦煤梯级预热工艺，包括以下步骤：
16.步骤1，经过混合、粉碎的炼焦煤送至煤料槽，所述煤料槽底部排料螺旋将煤料送至跨域两相流煤调湿器的气流直立管，采用过热蒸汽作为跨域两相流煤调湿器的热载体；跨域两相流煤调湿器由气流直立管和喷动床组合而成，气流直立管内气固物料处于气流输送域，所述喷动床气固物料处于流态化域。送至气流直立管的煤料被过热蒸汽气流输送至顶部的喷动床；过热蒸汽在输送煤料同时使煤料被加热，大颗粒煤料沉降到直立管底部。所述喷动床气固物料处于流态化域，煤料在流态化的喷动床上经过热蒸汽进一步加热，使煤料水分蒸发，通过跨域两相流煤调湿器对煤料调湿，减少煤料颗粒表面水分，降低液固之间表面张力，提高煤料流动性。喷动床的煤料由排料口连续排至煤料重力移动床干燥器。穿过喷动床的过热蒸汽由顶部气体出口排至除尘器。
17.步骤2，所述喷动床排出含尘过热蒸汽经惯性除尘器、多管除尘器除尘处理后送至
风机加压，加压后的蒸汽送至调湿旋风分离器，煤料干燥产生的蒸汽作为浊蒸汽(含粉尘水蒸气)从旋风分离器底部排出进入水洗塔，顶部排出净蒸汽进入调湿加热器加热后循环使用。所述调湿加热器使用的过热蒸汽是采用煤气与氧气直燃方式加热蒸汽。
18.步骤3，所述喷动床排出的调湿煤料进入重力移动床干燥器。重力移动床干燥器分为三段，上段是横流干燥器，中段是板式间接干燥器，下段是角状管逆流干燥器；根据煤料干燥速率曲线特点，各段协同加热、干燥煤料；横流干燥器煤料依靠重力向下移动，在煤料中设置间隔200～300mm的百叶窗进气和排气通道，过热蒸汽通过进气和排气通道横流穿过移动煤料层使煤料水分蒸发；各排气通道排出的水蒸气汇合后排至除尘系统。板式间接干燥器在移动煤料中设置加热板，加热板内通入蒸汽(或导热油)，煤料可以依靠重力穿过各换热板之间的间隙，换热板内水蒸气冷凝，煤料间接换热使煤料水分蒸发；板式间接干燥器下方角状管逆流干燥器内安装煤料掺混板和多组角状管，煤料掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动；使向下移动的煤料改变流向，实现煤料相互掺混后进入角状管逆流换热区，角状管分为进气管和出气管；出气角状管与进气角状管采用上下、水平交叉布置。角状管组采用过热蒸汽作为热载体，过热蒸汽由下方进气角状管进入，过热蒸汽逆流穿过煤料由上方的角状管排出，过热蒸汽直接与煤料换热。各排气角状管排出的蒸汽汇合排至除尘系统。
19.步骤4，所述横流干燥器、角状管逆流干燥器排出蒸汽经惯性除尘器、多管除尘器除尘处理。除尘后的蒸汽送至风机加压，风机排出的蒸汽进入旋风分离器，煤料干燥产生的蒸汽作为浊蒸汽(含粉尘水蒸气)从旋风分离器底部排出进入水洗塔；旋风分离器顶部排出净蒸汽进入干燥加热器加热后循环使用；所述干燥加热器采用煤气与氧气直燃方式加热蒸汽。
20.步骤5，送至水洗塔的浊水蒸气经喷淋洗涤水除尘，所述水洗塔上部排出的二次蒸汽送至余热回收装置进行热量回收。所述水洗塔8操作压力 4000～10000pa、操作温度103℃。
21.步骤6，由重力移动床干燥器处理后煤料进入煤预热板式换热器，煤预热板式换热器内采用导热油作为热载体与煤料间接换热。煤预热板式换热器排出的导热油经油泵加压送至导热油加热器加热循环返回板式换热元件。
22.步骤7，经预热加热的煤料进入下部预热煤仓，煤仓下部设有煤料阀，根据焦炉作业计划将预热煤料装入焦炉装煤车，装煤车与预热煤仓煤料管之间采用承插式连接形式，承插管之间设有排料密封气囊，防止装煤车在接煤时煤尘外逸。
23.进一步地，所述跨域两相流煤调湿器使含水9～11％wt的炼焦煤调湿至 6～8％wt，目的是减少煤料表面水分，降低液固之间表面张力，提高煤料在后续设备中的流动性；所述直立管中气流输送域的气固比为4～7，所述喷动床煤料出口温度96～100℃，过热蒸汽入口温度300～400℃，水蒸气出口温度 120～130℃；过热蒸汽入口压力8.0～10kpa。
24.进一步地，所述调湿旋风分离器55排出的净蒸汽与调湿加热器中煤气、氧气燃烧尾气混合升温至300～400℃返回气流直立管。
25.进一步地，所述横流干燥器、角状管逆流干燥器排出的蒸汽经除尘处理、风机加压送至干燥旋风分离器，干燥旋风分离器排出净蒸汽与干燥加热器中煤气、氧气燃烧的尾气直接混合，使过热蒸汽温度达到400～450℃，过热蒸汽作为横流干燥器、角状管逆流干燥器的载气。
26.进一步地，所述气流直立管底部通入过热蒸汽，所述气流直立管将煤料输送至上部的喷动床，大颗粒煤料及杂物沉积在气流直立管底部，通过输送设备将其返回备煤系统。
27.本发明炼焦煤梯级预热工艺及设备，采用气、液两种热载体对炼焦煤进行多种换热方式的梯级加热工艺；特别是气体热载体采用热容大的过热蒸汽作为热载体，与现有技术相比较具有以下优点：
28.1)本发明中跨域两相流调湿器采用气流输送和喷动床组合，利用过热蒸汽进行输送气流和热载体对煤料进行输送、调湿，炼焦煤料通过初步调湿后改善煤料流动性，同时也去除煤料中杂物，保证重力移动床煤料在板式换热元件间隙中流动通畅。
29.2)本发明在煤料干燥阶段采用板式换热器与角状管组合，角状管采用过热蒸汽作为热载体，降低煤料水分向气相中扩散阻力；提高煤料干燥效率。
30.3)过热蒸汽采用焦炉煤气与富氧燃烧方式直接加热，热效率高，设备简单。
31.4)煤料调湿和干燥阶段采用过热蒸汽作为气体热载体，煤料蒸发产生的水蒸气作为二次蒸汽回收热量。
32.5)采用过热蒸汽作为炼焦煤在调湿、干燥、阶段的气体热载体，是煤料和粉尘始终保持在惰性气体环境，防止煤粉的粉尘爆炸。外排水蒸气中的粉尘通过水洗净化、冷凝方式，仅有煤气加热燃烧产生的尾气外排。
33.6)在炼焦生产中应用煤预热技术，可以产生以下效益：1.减少剩余氨水量 80％，节省焦化污水处理费用(～20元/t焦炭)和减少外排生产废水量，实现焦化污水源头治理。2.节省炼焦耗热量15～18％，相当减少消耗标准煤10kg/t焦炭。 3.增加弱粘结性煤配比，扩大炼焦煤利用资源范围，降低炼焦煤综合成本。4提高炭化室炼焦生产效率10％。
34.综上，本发明是根据炼焦煤预热过程中，各阶段煤料物性不同的特点将炼焦煤预热过程分解为调湿、干燥、预热三个梯级预热工序。使含水10～12 ％炼焦煤在隔绝空气条件下，根据煤料物性特点采用不同的加热方式，分阶段进行调湿、干燥、预热工序，最终使炼焦煤预热至180～200℃装入预热煤仓；装煤车将预热煤仓的预热煤装入焦炉炭化室炼焦。
附图说明
35.图1为本发明炼焦煤梯级预热工艺流程示意图；
36.图2为重力移动床干燥器俯视图；
37.图3为图2的1
‑
1断面图；
38.图4为图2的2
‑
2断面图。
具体实施方式
39.以下结合实施例对本发明进一步说明：
40.实施例1
41.本实施例公开了一种炼焦煤梯级预热工艺及设备，其结构如图1
‑
4所示，包括：煤料槽11、加料螺旋12、跨域两相流调湿器、重力移动床干燥器、煤预热板式换热器4、第一惯性除尘器51、第一调湿多管除尘器52、第一风机53、调湿旋风分离器55、调湿加热器54、第二惯性除尘器61、第二调湿多管除尘器 62、第二风机63、干燥旋风分离器64、干燥加热器65、导热油泵71、导热油加热器72、水洗塔8和煤仓9；所述跨域两相流调湿器包括气流直立管21
和喷动床22；所述气流直立管21上部安装喷动床22，所述气流直立管21与喷动床 22直径比为3～5。所述重力移动床干燥器包括横流干燥器31、板式间接干燥器 32、角状管逆流干燥器33；横流干燥器31下部安装板式间接干燥器32，板式间接干燥器32下部安装角状管逆流干燥器33；
42.所述煤料槽11底部通过加料螺旋12与气流直立管21下部相连，所述喷动床22下部与横流干燥器31相连，所述横流干燥器31、板式间接干燥器32、角状管逆流干燥器33、煤预热板式加热器4和煤仓9自上而下依次设置；
43.所述横流干燥器31、板式间接干燥器32、角状管逆流干燥器33、煤预热板式换热器4、煤仓9竖向布置在焦炉间台上方建构筑物中。
44.所述喷动床22上部水蒸气出口依次与第一惯性除尘器51和第一调湿多管除尘器52相连，所述第一调湿多管除尘器52通过第一风机53与调湿旋风分离器55相连，所述调湿旋风分离器55顶部蒸汽出口与调湿加热器54相连，所述调湿加热器54出口与气流直立管21下部相连；所述第一风机53出口经调湿旋风分离器55底部出口分别与水洗塔8相连；
45.所述横流干燥器31、角状管逆流干燥器33的蒸汽出口依次与第二惯性除尘器61和第二调湿多管除尘器62相连，所述第二调湿多管除尘器62通过第二风机63与干燥旋风分离器64相连，所述干燥旋风分离器64顶部蒸汽出口与干燥加热器65相连，所述干燥加热器65出口与横流干燥器31、角状管逆流干燥器33蒸汽入口相连；所述第二风机63出口经干燥旋风分离器64 底部出口分别与水洗塔8相连；
46.所述预热板式换热器4的导热油出口通过导热油泵71与导热油加热器 72相连，所述导热油加热器72出口与预热板式换热器4导热油入口相连。
47.所述重力移动床干燥器包括：横流干燥器31、板式间接干燥器32、角状管逆流干燥器33，横流干燥器31下方水平安装板式间接干燥器32，板式间接干燥器32下方安装角状管逆流干燥器33，角状管逆流干燥器33安装煤料掺混板和角状管，煤料掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动；角状管安装掺混板下方，角状管分为2层(或4层)布置，同层各角状管采取并联连接，下层为进气角状管，上层为排气角状管；出气角状管与进气角状管采用水平交叉90
°
布置。所述出掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动，往复转动角度30
°
～60
°
；所述出气角状管和进气角状管上下间距200～400mm。所述角状管横截面的上部为三角形，下部为矩形
48.所述喷动床22上部水蒸气出口依次与第一惯性除尘器51和第一调湿多管除尘器52相连，所述第一调湿多管除尘器52通过第一风机53与调湿旋风分离器55相连，所述调湿旋风分离器55顶部蒸汽出口与调湿加热器54相连，所述调湿加热器54出口与气流直立管21下部相连；所述第一风机53出口和调湿旋风分离器55底部出口分别与水洗塔8相连；
49.所述横流干燥器31、角状管逆流干燥器33的蒸汽出口依次与第二惯性除尘器61和第二调湿多管除尘器62相连，所述第二调湿多管除尘器62通过第二风机63与旋风分离器64相连，所述旋风分离器64顶部蒸汽出口与干燥加热器65相连，所述干燥加热器65出口与横流干燥器、角状管你流干燥器 33蒸汽入口相连；所述第二风机63出口和旋风分离器64底部出口分别与水洗塔8相连；
50.所述煤预热板式换热器4的导热油出口通过导热油泵71与导热油加热器 72相连，所述导热油加热器72出口与预热板式换热器4导热油入口相连。
51.所述煤仓9放煤口与装煤车收煤口采用承插式连接，煤仓9放煤口外壁设有环装气囊，装煤车受煤口采用上下伸缩式；装煤车对位将受煤口抬高使放煤口插入受煤口，压缩空气向环状气囊充气，气囊膨胀形成密封。
52.实施例2
53.本实施例公开了一种炼焦煤梯级预热工艺，采用实施例1所述炼焦煤梯级预热设备，包括以下步骤：
54.步骤1，经过混合、粉碎的炼焦煤送至煤料槽11，所述煤料槽11内的煤料通过加料螺旋12送至跨域两相流煤调湿器的气流直立管21，采用过热蒸汽作为跨域两相流煤调湿器的热载体，即所述气流直立管21底部通入过热蒸汽，所述气流直立管21将煤料输送至上部的喷动床22，大颗粒煤料及杂物沉积在气流直立管21底部，通过输送设备将其返回备煤系统。气流直立管 21内气固物料处于气流输送域，所述喷动床22气固物料处于流态化域；送入气流直立管21的煤料被过热蒸汽气流输送至顶部的喷动床22；过热蒸汽在输送煤料同时使煤料被加热，大颗粒煤料沉降到气流直立管21底部；所述喷动床22气固物料处于流态化域，煤料在流态化的喷动床22上经过热蒸汽进一步加热，使煤料升温、水分蒸发，通过跨域两相流煤调湿器对煤料调湿，减少煤料表面水分，降低液固之间表面张力，提高煤料流动性；所述喷动床 22的煤料由排料口连续排至煤料重力移动床干燥器，重力移动床干燥器包括：横流干燥器31、板式间接干燥器32、角状管逆流干燥器33；穿过喷动床22的过热蒸汽由顶部气体出口排至第一除尘器，所述第一除尘器包括第一惯性除尘器51和第一调湿多管除尘器52；
55.所述跨域两相流煤调湿器使含水9～11％的炼焦煤调湿至6～8％，目的是减少煤料表面水分，降低液固之间表面张力，提高煤料在后续设备中的流动性；所述气流直立管中气流输送域的气固比为4～7，所述喷动床煤料出口温度96～100℃，过热蒸汽入口温度300～400℃，水蒸气出口温度120～130℃；过热蒸汽入口压力8.0～10kpa。
56.步骤2，所述喷动床22顶部气体出口排出的含尘过热蒸汽经第一惯性除尘器51和第一调湿多管除尘器52除尘处理后送至第一风机53加压，加压后的蒸汽送至旋风分离器54，煤料干燥产生的蒸汽作为浊蒸汽(含粉尘蒸汽) 从调湿旋风分离器55底部排出进入水洗塔8，从调湿旋风分离器55顶部排出的净蒸汽进入调湿加热器54加热后送入气流直立管21循环使用，具体地所述经调湿旋风分离器55排出净蒸汽与调湿加热器54中煤气、氧气燃烧尾气混合升温至300～400℃返回气流直立管21。所述调湿加热器54使用的过热蒸汽是采用煤气与氧气直燃方式加热蒸汽；
57.步骤3，喷动床22排出的调湿煤料进入重力移动床干燥器。重力移动床干燥器分为三段，上段是横流干燥器31，中段是板式间接干燥32，下段是角状管逆流干燥器33；根据煤料干燥速率曲线特点，各段协同加热、干燥煤料；横流干燥器31煤料依靠重力向下移动，在煤料中设置间隔200～300mm的百叶窗进气和排气通道，过热蒸汽通过进气和排气通道横流穿过移动煤料层使煤料水分蒸发；各排气通道排出的水蒸气汇合后排至除尘系统。板式间接干燥器32在移动煤料中设置加热板，加热板内通入蒸汽(或导热油)，煤料可以依靠重力穿过各换热板之间的间隙，换热板内水蒸气冷凝，煤料间接换热使煤料水分蒸发；板式间接干燥器32下方角状管逆流干燥器33内安装煤料掺混板和多组角状管，煤料掺混板通过驱动装置可以沿轴向往复转动；使向下移动的煤料改变流向，实现煤料相互掺混后进入角状管
逆流换热区，角状管分为进气管和出气管；出气角状管与进气角状管采用上下、水平交叉布置。角状管组采用过热蒸汽作为热载体，过热蒸汽由下方进气角状管进入，过热蒸汽逆流穿过煤料由上方的角状管排出，过热蒸汽直接与煤料换热。各排气角状管排出的蒸汽汇合排至第二惯性除尘器61和干燥多管除尘器62。
58.步骤4，所述横流干燥器31、角状管干燥器33排出蒸汽经第二惯性除尘器61和调湿多管除尘器62除尘处理；除尘后的蒸汽在第二风机63加压后进入旋风分离器64，煤料干燥产生的蒸汽作为浊蒸汽(含粉尘水蒸气)从旋风分离器64底部排出进入水洗塔8；所述旋风分离器64顶部排出净蒸汽进入干燥加热器65加热后进入横流干燥器31、角状管干燥器33循环使用。具体地所述角状管干燥器33排出的蒸汽经除尘处理、风机加压送至干燥旋风分离器64，干燥旋风分离器64排出净蒸汽与干燥加热器65中煤气、氧气燃烧的尾气直接混合，使过热蒸汽温度达到400～450℃，过热蒸汽作为载气进入横流干燥器31、角状管干燥器33。干燥加热器65采用煤气与氧气直燃方式加热蒸汽；
59.步骤5，送至水洗塔8的浊水蒸气经喷淋洗涤水除尘，所述水洗塔8上部排出的二次蒸汽送至余热回收装置进行热量回收；水洗塔8操作压力 4000～10000pa、操作温度103℃。
60.步骤6，经干燥处理后煤料进入煤预热板式换热器4，煤预热同样采用板式换热器形式；板式换热器内采用导热油作为热载体与煤料间接换热；板式换热器4排出的导热油经导热油泵71加压送至导热油加热器72加热循环返回换热元件；
61.步骤7，经预热加热的煤料进入下部预热煤仓9，煤仓下部设有煤料阀，根据焦炉作业计划将预热煤料装入焦炉装煤车，装煤车与预热煤仓煤料管之间采用承插式连接形式，承插管之间设有排料密封气囊，防止装煤车在接煤时煤尘外逸。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。