环形转底气化炉 |
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| 申请号 | CN201511001222.6 | 申请日 | 2015-12-28 | 公开(公告)号 | CN105419870A | 公开(公告)日 | 2016-03-23 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 郭启海; 董宾; 路丙川; 张顺利; 张佼阳; 丁力; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了环形转底 气化 炉，包括：环状炉腔，环状炉腔是由内周壁、外周壁、顶壁、底壁组成的空间，环状炉腔分为依次相邻的进料区、预气化区、分质气化区、气化区和出料区；布料炉盘，布料炉盘可转动地位于环状炉腔的底部；传动装置，传动装置设置在布料炉盘下方且与布料炉盘相连，以便驱动布料炉盘转动；多个 辐射 管加热装置，多个辐射管加热装置位于预气化区和分质气化区内，且分布于布料炉盘的上方；以及多个气化剂加入装置，多个气化剂加入装置设置在气化区内，且分布于布料炉盘的上方。该环形转底气化炉具有气化效率高、能耗低、应用范围广以及单台炉原料处理量大等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种环形转底气化炉，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 环形转底气化炉技术领域背景技术[0002] 气化是指含碳有机物在一定温度和压力条件下，利用气化剂(空气或氧气和水蒸气)与碳元素发生化学反应，生产粗合成气的技术，是对煤炭等含碳有机物进行化学加工的 一个重要办法。现有煤气化反应炉主要有三类炉型，分别为气流床炉型、流化床炉型、移动 床炉型。其中移动床气化以条件温和，气化强度和气化效率高被广泛应用。然而，移动床气 化炉均采用立式结构，仍存在诸如燃烧区温度高导致能耗大，要求物料具有良好的机械强 度和热稳定性，使得气化原料来源受限，气化炉内径小导致单台气化炉处理量小，以及反应 时间不易控制等缺陷。因此，目前用于制备合成气的气化炉还有待进一步改进。 发明内容[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有气化效率高、能耗低、应用范围广以及单台炉原料处理量大的 环形转底气化炉。 [0004] 根据本发明的一个方面，本发明提出了一种环形转底气化炉。根据本发明具体实施例的环形转底气化炉包括： [0005] 环状炉腔，所述环状炉腔是由内周壁、外周壁、顶壁、底壁组成的空间，所述环状炉腔分为依次相邻的进料区，预气化区、分质气化区、气化区和出料区，其中，所述进料区具有 进料口，所述气化区或预气化区具有合成气出口，所述出料区具有排渣口； [0006] 布料炉盘，所述布料炉盘可水平转动地位于所述环状炉腔的底部， [0007] 传动装置，所述传动装置设置在所述布料炉盘下方且与所述布料炉盘相连，以便驱动所述布料炉盘水平转动； [0009] 多个气化剂加入装置，多个所述气化剂加入装置设置在所述气化区内，且分布于所述布料炉盘的上方并且与所述布料炉盘间隔开。 [0010] 本发明上述实施例的环形转底气化炉，将气化原料平铺于布料炉盘的上方，通过向气化原料层内吹入气化剂，使得二者发生气化反应生产合成气。因此，通过采用本发明上 述实施例的环形转底气化炉显著提高了气化剂与气化原料接触面积，反应速度快且充分； 其次，气化区内的气化反应可在950-1200℃较温和的温度下完成，温度场均匀，不需要有过 高的高温燃烧区提供气化温度，不存在过高温区，降低设备隔热材质等级，同时降低能耗； 第三，物料由进料口进入气化炉，进入气化炉的物料通过布料装置平铺在水平旋转的料板 上，气化原料随着布料炉盘的旋转依次经过预气化区、分质气化区和气化区，气化反应剩余 的渣料经过出料装置排除气化炉。因此，物料在气化过程中没有扰动，没有挤压，对物料的 机械强度和热稳定性没有要求，可气化的物料选择范围广泛，只要是固体含碳有机物即可， 例如煤炭，生物质、垃圾、污泥、油泥等等。另外，物料平铺在水平旋转的布料炉盘上，采用布 料平面分点、分散布置多孔布气装置，增大了有效气化截面积，即增大了单位时间内的产合 成气气量。 [0011] 另外，根据本发明上述实施例的环形转底气化炉还可以具有如下附加的技术特征： [0012] 在本发明的一些实施例中，所述布料炉盘通过密封组件分别与所述内周壁和所述外周壁相连。 [0013] 在本发明的一些实施例中，所述多个气化剂加入装置沿所述环形转底气化炉的圆周均匀分布，并且每个所述气化剂加入装置与所述内周壁和所述外周壁相连。 [0014] 在本发明的一些实施例中，所述气化剂加入装置包括： [0015] 气体总管，所述气体总管的延伸线垂直穿过所述环形转底气化炉的中心轴，所述气体总管具有水蒸气入口和氧气入口，所述水蒸气入口与穿过所述顶壁设置的水蒸气管线 连通，所述氧气入口与穿过所述外周壁设置的氧气管线连通； [0016] 加热构件，所述加热构件设置在所述气体总管的外周； [0017] 多个气体分布管，所述气体分布管竖直地设置在所述气体总管的下方且与所述气体总管连通，所述气体分布管的底端与所述布料炉盘间隔开。 [0018] 在本发明的一些实施例中，所述气体分布管的底端封闭，所述气体分布管的管壁下部形成有具有多个布气孔的布孔区域； [0019] 在本发明的一些实施例中，所述布气孔的直径为0.5-5mm。 [0020] 在本发明的一些实施例中，相邻的两个所述布气孔之间的孔间距1.5-15mm。 [0021] 在本发明的一些实施例中，所述布孔区域的高度为50-400mm。 [0022] 在本发明的一些实施例中，所述气体分布管的底端与所述布料炉盘距离不大于20mm。 [0023] 在本发明的一些实施例中，沿所述环状炉腔的外周壁，每两个相邻气化剂加入装置之间的周壁弧长为3-15m。 [0024] 在本发明的一些实施例中，所述气体分布管的内径为10-50mm， [0025] 任选地，每个所述气化总管上的相邻的两个气体分布管的管体中心轴之间的距离为60-200mm。 [0026] 在本发明的一些实施例中，所述气体总管上的相邻的两个气体分布管的管体中心轴之间的距离是相同的， [0027] 针对两个相邻的所述气体总管，其中一个气体总管上的第一个气体分布管的管体中心轴与所述环形转底气化炉的中心轴之间的垂直距离不同于另一个气体总管上的第一 个气体分布管的管体中心轴与所述环形转底气化炉的中心轴之间的垂直距离， [0028] 其中，所述第一个气体分布管为气体总管上的邻近所述环形转底气化炉的中心轴的气体分布管或者为远离所述环形转底气化炉的中心轴的气体分布管。 [0030] 图1是根据本发明一个实施例的环形转底气化炉的主视图。 [0031] 图2是根据本发明一个实施例的环形转底气化炉的预气化区和分质气化区的截面图。 [0032] 图3是根据本发明一个实施例的环形转底气化炉的气化区的截面图。 [0033] 图4是根据本发明一个实施例的环形转底气化炉的气体分布管的侧视图。 具体实施方式[0034] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0035] 根据本发明的一个方面，本发明提出了一种环形转底气化炉。下面参考附图详细描述本发明实施例的环形转底气化炉。 [0036] 首先，图1展示了本发明实施例的环形转底气化炉的主视图，如图所示，本发明实施例的环形转底气化炉包括：环状炉腔10、布料炉盘20、传动装置(未示出)、多个辐射管加 热装置30和多个气化剂加入装置40。 [0037] 其中，环状炉腔10是由内周壁11、外周壁12、顶壁13和底壁(未示出)组成的空间；环状炉腔10分为依次相邻的进料区110，预气化区120、分质气化区130、气化区140和出料区 150，其中，进料区110具有进料口，气化区140或预气化区120具有合成气出口，出料区150具 有排渣口；布料炉盘20可水平转动地位于环状炉腔10的底部，传动装置设置在布料炉盘20 下方且与布料炉盘20相连，以便驱动布料炉盘20转动；多个辐射管加热装置30位于预气化 区120和分质气化区130内，且分布于布料炉盘20的上方与布料炉盘20间隔开；以及多个气 化剂加入装置40设置在气化区140内，且分布于布料炉盘20的上方与布料炉盘20间隔开。 [0038] 根据本发明的具体实施例，布料炉盘20通过密封组件分别与内周壁11和外周壁12相连。 [0039] 根据本发明的具体示例，密封组件包括内周封闭组件50和外周封闭组件60。其中，内周封闭组件50包括内封道51、内周翻边52和内环封闭槽53，其中，内封道与内周壁相连， 内周翻边与布料炉盘相连，内环封闭槽设置在布料炉盘20的下方且与内周壁11相连，内封 道、内周翻边分别延伸至内环封闭槽内。外周封闭组件60包括外封道61、外周翻边62和外环 封闭槽63，其中，外封道与外周壁相连，外周翻边与布料炉盘相连，外环封闭槽设置在布料 炉盘20的下方且与外周壁12相连，外封道、外周翻边分别延伸至外环封闭槽内。 [0040] 由此，布料炉盘转动时带动内周翻边52和外周翻边62分别在内环封闭槽53和外环封闭槽63内滑动，内封道51与外封道61分别在内环封闭槽53和外环封闭槽63固定不动。进 而使得布料炉盘与内周壁11、外周壁12以及顶壁13形成密闭空间，有助于维持温度。 [0041] 根据本发明的具体实施例，内环封闭槽53和外环封闭槽63内下部分别具有封闭填料区，内周翻边52和外周翻边62分别对应延伸至内环封闭槽53和外环封闭槽63内的封闭填 料区内。根据本发明的具体实施例，封闭填料区为液体填料区或者沙粒填料区。由此，随着 布料炉盘20的转动，连接布料炉盘20上的内周翻边52和外周翻边62分别在内环封闭槽53和 外环封闭槽63内滑动，如图2所示。并且，进一步地通过向封闭填料区内添置水或者沙土，使 得在运转过程中同样能够保持布料炉盘20上面的环状炉腔密闭，进而可以有效维持布料炉 盘上的环状炉腔内的温度，提高气化效率，降低能耗。 [0042] 根据本发明的具体示例，旋转的布料炉盘20下部有支撑辊23，支撑辊23由传动结构带动布料炉盘20进行圆周运动，运动的布料炉盘20和静止的内周壁11和外周壁12通过内 环密封槽53和外环密封槽63进行连接，内环密封槽53和外环密封槽63内装有小于2mm的沙 子作为密封介质。 [0043] 根据本发明的具体实施例，气化区140还可以进一步分为第一气化区和第二气化区。由此可以分级别进行气化反应，第一气化区用于初级气化，第二气化区用于补充气化， 进而可以进一步提高气化程度，保证气化反应进行完全，提高气化原料的利用率，以便进一 步节省能耗。另外，也可以分别对两个气化区内的温度以及气化条件进行控制，根据物料的 气化反应进行的程度，分别控制不同气化区内的气化剂的匹配或者气化剂的加入量等，以 便最大限度的增大单位面积和单位时间内的合成气产量。 [0044] 根据本发明的具体实施例，如图2所示，预气化区120和分质气化区130内分别具有多个辐射管加热装置30，辐射管加热装置30且悬挂于布料炉盘20的上方并与布料炉盘20间 隔开，多个辐射管加热装置30沿环形转底气化炉的圆周均匀分布，并且每个辐射管加热装 置30分别与内周壁11和外周壁12相连。辐射管加热装置30燃烧燃气为预气化区120和分质 气化区130提供热量。根据本发明的具体实施例，辐射管加热装置可以为辐射管燃烧器。 [0045] 根据本发明的具体实施例，如图3所示，分布在气化区140内具有多个气化剂加入装置40，多个气化剂加入装置40沿环形转底气化炉的圆周均匀分布，并且每个气化剂加入 装置分别与内周壁11和外周壁12相连。 [0046] 根据本发明的具体实施例，通过气化剂加入装置40为气化区140内提供气化剂，具体地，如图3所示，气化剂加入装置40具体包括：气体总管41，加热构件42，多个气体分布管 43。 [0047] 其中，气体总管41具有水蒸气入口和氧气入口，水蒸气入口与穿过顶壁13设置的水蒸气管线44连通，氧气入口与穿过外周壁12设置的氧气管线45连通，气体总管41的延伸 线垂直穿过环形转底气化炉的中心轴；加热构件42设置在气体总管40的外周；气体分布管 43竖直地设置在气体总管41的下方且与气体总管41连通，气体分布管43的底端与布料炉盘 20间隔开。 [0048] 根据本发明的具体实施例，首先水蒸气通过水蒸气管线44进入气体总管41，空气或者氧气通过氧气管线45进入气体总管41，并进一步在气体总管41内进行混合，并被气体 总管41外周的加热构件42加热，加热后通过多个气体分布管43进入气化区140内。 [0049] 根据本发明的具体实施例，如图4所示，气体分布管43的底端是封闭的，气体分布管的管壁下部形成有具有多个布气孔431的布孔区域。通过这些布气孔，向位于气化区140 内的布料炉盘上的物料通入气化剂。根据本发明的具体示例，布气孔431的直径可以为0.5- 5mm。根据本发明的具体示例，相邻的两个布气孔431之间的孔间距可以1.5-15mm。根据本发 明的具体示例，布气区域的高度即图4中的“H”可以为50-400mm。由此可采用上述气体分布 管可以向气化区内加入适量的气化剂，同时使得气化剂与布料炉盘上的物料的充分接触和 混合均匀，进而有效提高气化效率和合成气产率。 [0050] 根据本发明的具体实施例，通过在气体分布管的管壁下部设置多个布气孔431，由此可以将气体分布管的下端插入布料炉盘上的物料层内，从而使得从布气孔内排出的气化 剂与气化原料充分接触，进而有效提供气化反应速度。发明人通过进一步地对布气孔的规 格和尺寸进行优化，进一步地实现了对气化剂入量、气体流速的控制，由此可以进一步使得 气化剂与布料炉盘上的物料的充分接触和混合均匀，进而有效提高气化效率和合成气产 率。 [0051] 根据本发明的具体实施例，上述气化反应可在950-1200℃较温和的温度下完成气化反应，温度场均匀，不需要有过高的高温燃烧区提供气化温度，不存在过高温区，降低设 备隔热材质等级，同时降低能耗。 [0052] 根据本发明的具体实施例，气体分布管43的底端与布料炉盘20的距离不大于20mm。由此可以使得气体分布管的下端的布气孔全部插入布料炉盘上的物料层内，进而有 效提高气化剂利用率，节省能耗。 [0053] 根据本发明的具体实施例，沿环状炉腔的外周壁，每两个相邻气化剂加入装置之间的周壁弧长为3-15m。由此可以通过设置数量合适的气化剂加入装置，使得向气化区内的 物料通入适量的气化剂，进而提高气化效率，降低气化残渣的残碳含量。 [0055] 根据本发明的具体实施例，每个所述气化总管上的相邻的两个气体分布管的管体中心轴之间的距离为60-200mm。由此，可以对气化剂的通入量以及风速进行控制，以便进一 步提高气化剂与物料的有效接触，提高气化反应效率。 [0056] 根据本发明的具体实施例，所述气体总管上的相邻的两个气体分布管的管体中心轴之间的距离是相同的，并且针对两个相邻的所述气体总管，其中一个气体总管上的第一 个气体分布管的管体中心轴与所述环形转底气化炉的中心轴之间的垂直距离不同于另一 个气体总管上的第一个气体分布管的管体中心轴与所述环形转底气化炉的中心轴之间的 垂直距离，其中，所述第一个气体分布管为气体总管上的邻近所述环形转底气化炉的中心 轴的气体分布管或者为远离所述环形转底气化炉的中心轴的气体分布管。由此可以保证沿 物料旋转方向下一个气化剂加入装置上的气体分布管经过上一个气化剂加入装置上的气 体分布管的空隙位置，由此可以使得气化剂能够充分地与物料接触，提高气化效率。 [0057] 根据本发明的具体实施例，气化剂加入装置进一步包括固定架46，固定架46套设在多个气体分布管上，并且固定架46的两端分别固定在内周壁11和外周壁12上。 [0058] 根据本发明的具体实施例，气体分布管底端插入布料炉盘上的气化原料层，气体分布管不动，气化原料随布料炉盘旋转运动，气化剂在气化剂加入装置内完成气化剂空气 或者氧气和水蒸气的混合和预热，混合预热后的气化剂通过气体分布管末端布气孔排出， 与运动的气化原料充分接触，完成气化反应生产合成气。 [0059] 根据本发明的具体实施例，目前移动床气化炉均采用立式结构，发明人发现其存在以下缺点： [0060] 1、燃烧区在气化炉的底部，气化区在燃烧区的上部，燃烧区燃烧产生的热气向上升，经过气化区为气化区提供气化消耗热，为保证气化炉气化区原料的碳转化率，必须提高 燃烧区温度，燃烧区高温对炉体隔热材质要求较高，同时增加了气化的能耗。 [0061] 2、立式气化炉，气化原料需要从炉顶部加入，随着下部气化渣的排除，气化物料逐渐下移经过干燥区至气化区，完成气化反应，气化产生的合成气从气化区经干燥区采出气 化炉，为保证合成气能顺利排除气化炉，要求进入气化炉的物料具有较好的机械强度和热 稳定性，防止在干燥区气化原料粉碎，阻碍气化合成气由气化炉下部至上部的采出。故气化 原料来源受限。 [0062] 3、立式气化炉的有效气化截面积小(气化区的气化炉内径)，即单位时间单位气化面积产生的合成气少，导致单台气化炉的处理量小。 [0063] 4、立式气化炉物料随着下部气化反应和燃烧熔渣排渣，气化原料由上向下移动，控制反应时间非常困难。 [0064] 5、移动床气化炉气化原料有限，大部分只能气化煤炭，个别气化生物质，气化原料品种有限。 [0065] 为此，本发明的发明人结合立式气化炉的缺陷对气化炉进行改造，研发得到了本发明实施例的环形转底气化炉，该环形转底气化炉不仅仅能够解决传统的立式气化炉中存 在的一些问题，同时还为气化炉的发展提供了新的开发思路。 [0066] 根据本发明实施例的环形转底气化炉具有下列优点，并且能够解决如下的技术问题： [0067] 1、采用本发明实施例的环形转底气化炉，气化剂与气化原料接触面积大，反应速度快且充分，可在950-1200℃较温和的温度下完成气化反应，温度场均匀，不需要有过高的 高温燃烧区提供气化温度，不存在过高温区，降低设备隔热材质等级，同时降低能耗。 [0068] 2、采用本发明实施例的环形转底气化炉，物料由进料口进入气化炉，进入气化炉的物料通过布料装置平铺在水平旋转的布料炉盘上，气化原料随着布料炉盘的旋转依次经 过预气化区、分质气化区和气化区，气化反应剩余的渣料经过出料装置排除气化炉。物料在 气化过程中没有扰动，没有挤压，对物料的机械强度和热稳定性没有要求，可气化的物料选 择范围广泛，只要是固体含碳有机物即可，例如煤炭，生物质、垃圾、污泥、油泥等等。 [0069] 3、采用本发明实施例的环形转底气化炉，物料平铺在水平旋转的布料炉盘上，采用布料平面分点、分散布置多孔布气装置，增大了有效气化截面积，即增大了单位时间内的 产合成气气量。 [0070] 实施例 [0071] 以旋转床环形有效布料中线直径45m的环形转底气化炉为例，环形转底气化炉沿圆周方向依次为进料区、预气化区、分质气化区，气化一区、气化二区和排渣区。气化炉容纳 空间由炉顶、炉侧壁和布料炉盘围绕而成，在预气化区和分质气化区区间内，布料炉盘和炉 顶之间沿炉径向方向环形均匀布置40组辐射管燃烧器，其中预气化区包含15组，分质气化 3 区包含25组，辐射管燃烧器燃烧热值约1000kcal/Nm的燃气为预气化区和分质气化区提供 热量。旋转的布料炉盘下部有支撑辊，支撑辊由传动机构带动，进而带动布料炉盘进行圆周 运动，运动的布料炉盘和静止的炉侧壁通过内环密封槽和外环密封槽进行连接，内环密封 槽和外环密封槽内装有小于2mm的沙子作为密封介质。气化区分为气化一区和气化二区，气 化区内沿气化炉径向方向圆周均匀布置30个气化剂加入装置，气化剂加入装置穿过气化炉 外壁与氧气或者空气管线连接，上部与穿过炉顶的水蒸气管线连接，每个气化剂加入装置 下部均匀布置气体分布管，气体分布管在气化剂加入装置下部垂直布料炉盘且沿气化剂加 入装置轴向平行排列，每个两个气体分布管间距为100mm，气体分布管直径为50mm，每个气 体分布管下部壁上均匀打1.5mm的布气孔，布气孔沿管壁中心距10mm，气体分布孔形成的布 孔区域的高度“H”为150mm。在气化剂加入装置和料层之间有气体分布管固定架，气体分布 管固定架分布与气化炉侧壁连接固定。气体分布管末端靠近布布料炉盘插入气化原料层， 气体分布管不动，气化物料随布料炉盘旋转运动，气化剂在气化剂加入装置内完成气化剂 空气或者氧气和水蒸气的混合和预热，混合预热后的气化剂通过气体分布管末端布气孔排 出，与运动的气化原料充分接触，进行气化反应。 [0072] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0073] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。 [0074] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0075] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示 第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。 [0076] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术 人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合 和组合。 |
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