[0001] 本发明涉及碳质材料的气化。特别地，本发明涉及用于对碳质材料进行气化的气化器的格栅组件并且涉及用于对碳质材料进行气化的气化器。

[0002] 对于一些气化器，诸如 FBDBTM气化器等，需要断续地或连续地装载和卸载微粒状材料，诸如微粒碳质材料(例如，煤)和灰等。因此，例如，在增压型气化器(例如，固定床干底式气化器)的情况下，例如煤的微粒状碳质原料被装载到气化器的气化腔室中以形成床(在为固定床式气化器的情况下)，并且在高温和高压下进行气化，在气化之后，任何残留的未气化材料作为灰经由可旋转格栅组件和灰锁(ash lock)从气化器中去除。

[0003] 格栅组件具有两个主要的机械功能。首先是用于从气化腔室的底部提取灰，但还用于粉碎并移除在气化过程中可能形成的任何灰烧结块(熔渣)。格栅组件还用于将气化剂(通常是蒸汽和氧气的混合物)分配到碳质材料床中。

[0004] 格栅组件包括多个构件，该多个构件主要是：大致锥形的上方可旋转格栅构件；下方可旋转支撑结构，其在可旋转支撑结构的上周边处与上方可旋转格栅构件固定地连接；以及环形齿轮，其在所述可旋转支撑结构的下周边处进行连接。设置有最下方固定支撑结构，可旋转构件被支撑在最下方固定支撑结构上。在使用时，当经由电动机和变速箱组件对与下方可旋转支撑结构驱动连接的环形齿轮进行驱动时，格栅组件旋转，其中变速箱组件使格栅组件的可旋转构件转动。

[0005] 在现有技术的格栅组件中，可旋转格栅构件利用位于相应螺栓孔中的多个螺栓和位于相应的键槽中的单个键式扭矩传递装置与可旋转支撑结构固定连接。连接螺栓的目的是防止上方可旋转格栅构件与下方可旋转支撑结构进行竖向地分离。在使用时，键用作相邻构件之间的扭矩传递装置，以便从环形齿轮将驱动力通过下方可旋转支撑结构传递到上方可旋转格栅构件。在现有技术的格栅组件中，单个键用作扭矩传递装置。键被设计成在故障状态下承受格栅组件所经受的全部径向负荷或剪切力。现有技术中通常认为：在使用时，单个键总是位于其它键之前并且将承载全部径向负荷或剪切力，因此使用多个键被视为是多余的。

[0006] 已经发现：在使用时，连接螺栓以及有时键本身在格栅组件的自由旋转受到阻碍的故障状态下产生故障。在硬的灰烧结块(熔渣)存在并且停留在可旋转格栅构件和气化腔室的壁之间所限定的排灰环状件中的情况下，可能出现故障状态。在这种情况下，上方可旋转格栅构件的自由旋转受限制，而电动机和环形齿轮继续旋转并且作用在下方可旋转支撑结构上。易于理解的是，在这种情况下，可旋转格栅构件上的扭矩增加，并且从变速箱传递的、通过环形齿轮到达下方可旋转支撑结构并且到达上方可旋转格栅构件的负荷由键式扭矩传递装置来承载。由于键被设计成耐受与故障状态(在该状态中，上方可旋转格栅构件的自由旋转受阻)相关联的径向力，因此连接螺栓的故障为非预期故障。在使用时，连接螺栓实际上受到键的保护并且因此未设计成承载任何与故障状态相关联的切向剪切力。

[0007] 当连接螺栓受到剪切时，上方可旋转格栅构件和下方可旋转支撑结构产生分离，并且格栅组件不再能够从气化器中去除灰。这使得气化器停工，显然地，不期望这种情况发生，因为这样可能严重影响生产水平以及气化器所产生的收益。因此，现有技术的设计使得操作低效，而减少这种低效将是有益的。

[0008] 为了减少由连接螺栓的故障引起的功能故障，试图使用较大和/或较强的连接螺栓。因为坚信键产生位移而没有处于适当位置是导致连接螺栓故障的主要原因，所以还试图将键焊接到两个连接构件(即，可旋转格栅构件和可旋转支撑结构)上。然而，在实践中，两种方法已经被证实对减少如上所述的格栅组件的功能故障是不成功的。

[0009] 研究显示：格栅组件在故障状态下的故障部分地是由于连接螺栓和键式扭矩传递装置将可旋转格栅构件和可旋转支撑结构连接的这一方式的设计缺陷。已经惊奇地发现：考虑到在故障状态期间格栅组件中的动态机械负荷，引入可旋转格栅构件和可旋转支撑结构之间的相对移动，即，一个构件(通常是可旋转支撑结构)继续旋转，而组件中的另一个构件(通常是可旋转格栅构件)保持静止，该另一个构件的旋转受到排灰环状件中所捕集的灰烧结块的阻碍。在这种情形下，发生了围绕键式扭矩传递装置的相对旋转，即，可旋转格栅构件的旋转受到排灰环状件中的灰烧结块的阻碍，因此可旋转格栅构件围绕着键式扭矩传递装置进行枢转。

[0010] 在操作中，将两个连接的可旋转构件的旋转轴线重合是至关重要的。相邻构件围绕键的相对移动导致连接螺栓相对于相应螺栓孔产生位移以及键相对于键槽产生位移。这导致一个旋转构件的旋转轴线产生位移。旋转轴线的位移导致连接螺栓上的剪切应力逐渐增加，最终导致连接螺栓产生故障。由于连接螺栓不能够防止两个相邻构件的相对移动，所以格栅组件的可旋转构件产生分离，从而导致格栅组件的功能产生故障。

[0011] 在研究过程中惊奇地发现：连接螺栓的故障不是由于竖向平面(即，与格栅组件的旋转轴线基本平行的平面)中连接螺栓的强度不足导致的，而是由于可旋转格栅构件围绕键式扭矩传递装置的相对旋转引起水平平面(即，与旋转轴线基本垂直的平面)中可旋转格栅构件和可旋转支撑结构的对准不良导致的。

[0012] WO 2006/061738试图克服如下问题：馈送至固定床式煤气化器中的微粒煤原料的结块问题，该问题导致气化器操作不稳定，以及由于优先气流流过上述形成的非均质煤床引起的“热点”的问题。该文献公开了用于克服上述问题的固定床式气化器以及固定床式气化器的操作方法。该气化器具有：静止煤分配装置，其位于气化器的气化腔室内部；以及可旋转格栅，其具有位于气化腔室的灰出口上方的至少一个向上突出的指状件。该文献主张的是：静止煤分配装置和带有突出指状件的可旋转格栅构件的组合能够改善煤固定床中的煤和灰微粒的径向和轴向分布，从而使煤固定床均匀并且改进气化器的操作和稳定性。WO 2006/061738描述了适用于实现所述目标的两个可选格栅组件。在WO 2006/061738中没有任何地方提及如下问题：上格栅构件和下格栅构件之间的对准不良、上格栅构件和下格栅构件围绕键式扭矩传递装置的相对旋转、或者由于上格栅构件和下格栅构件之间的连接螺栓的剪切引起格栅组件功能故障。实际上，WO 2006/061738所涉及的问题完全不同于本发明所涉及的问题。

[0013] CN 201762288是中国实用新型并且涉及到共流、吹气、固定床式生物质气化器。CN201762288所描述的现有技术的生物质气化器具有炉体、灰腔室、格栅、支撑件以及排灰机构。格栅是水平地安装于炉下方的平坦结构。格栅具有在其上延伸贯通的多个孔，以容许可燃气体和灰渣通过多个孔。CN 201762288确定了与现有技术格栅相关的多个问题，该多个问题尤其包括：(i)灰积聚在格栅上，从而导致气化器的效率低，(ii)灰堵塞格栅中的孔，从而阻止可燃气体通过所述孔离开炉体，进而抑制气体生产量，(iii)格栅中的孔导致材料泄漏，以及(iv)因为不同类型格栅的孔大小不同以适于不同类型生物质的气化，因此现有格栅极不适于各种类型生物质的气化。因此提出了可选的气化器，并且在CN 201762288的图2至图13中示出。尽管CN 201762288中提出的气化器中所存在的构件(13)称为格栅，但是该构件并不是常规意义上的可旋转格栅，而实际上是位于炉体下方的固定装置。格栅(13)被设计成支撑从生物质床衍生得到的灰并且容许可燃气体和在炉体中产生的灰渣穿过格栅(13)中的孔，但是显然大部分灰渣是通过格栅(13)和炉体内壁之间的排灰环状件排出的。设置灰搅动机构，以搅动格栅(13)顶部收集到的灰并且将灰推入排灰环状件中。
因此，灰搅动机构是CN 201762288中描述的任何生物质气化器中唯一完全可旋转的构件。
CN 201762288进一步描述了如下内容：有利地能够调节格栅(13)中的孔的尺寸，从而使生物质气化器能够适于各种类型生物质气化。CN 201762288公开了如下内容：调节格栅(13)上的孔的尺寸的一种方法是提供一种调节板(19)，该调节板(19)具有与格栅(13)基本相似的构造，即，为盘状并且布置有贯通的多个孔，与炉体中的格栅(13)同轴安装并且安装于格栅(13)的下面。调节板(19)能够在限定的范围内旋转，以使得：在第一位置处，调节板(19)相对于格栅(13)定位使得孔(13a)和孔(19a)重叠，从而限定延伸贯通两个构件(13)和(19)的多个通道，或者在第二或后续位置处，调节板(19)能够相对于格栅(13)略微旋转使得孔(19a)和孔(13a)不重叠(即，偏置)，从而有效地减小延伸贯通格栅(13)和调节板(19)的孔或通道的尺寸。通过这种方式，能够调节CN 201762288的生物质气化器的格栅(13)中的孔(13a)的有效尺寸，以使得仅通过使调节板(19)相对于格栅(13)略微旋转就能在该气化器中对各种类型的生物质进行气化。为了限制调节板(19)相对于格栅(13)的相对移动，CN 201762288描述了从格栅(13)的底面突出的多个弧形成形件(29)，弧形成形件(29)插入到位于格栅(13)下面的调节板(19)上的形成狭缝的互补弧形凹部(28)中。通过将格栅(13)的底侧上的凸起(29)装配到设置于调节板(19)的上面上的互补凹部(28)中，容许调节板(19)相对于固定格栅(13)的受限地旋转运动。因此，四个弧形凸起(29)不是用作键式扭矩传递部件。所包括的凸起(29)和凹部(28)仅用于引导固定格栅(13)和可旋转调节板(19|)之间的相对旋转以及限制固定格栅(13)和可旋转调节板(19|)之间的相对旋转的范围。无论如何，凸起(29)不传递任何扭矩。

[0014] 根据本发明的一个方面，提供一种用于对产生灰的碳质材料进行气化的气化器的格栅组件，所述格栅组件包括：

[0015] 上方可旋转格栅构件；以及

[0016] 下方可旋转支撑结构，其通过多个可移除紧固件紧固在所述上方可旋转格栅构件上，所述多个可移除紧固件用于防止所述上方可旋转格栅构件和所述下方可旋转支撑结构的竖向位移，所述下方可旋转支撑结构被构造为绕着与所述上方可旋转格栅构件共用的共同竖向旋转轴线驱动地旋转，

[0017] 所述格栅组件还包括至少两个键式扭矩传递装置，所述至少两个键式扭矩传递装置相对于所述共同竖向旋转轴线呈角地间隔开并且与所述上方可旋转格栅构件和所述下方可旋转支撑结构相接合，以在所述下方可旋转支撑结构被驱动时将扭矩从所述下方可旋转支撑结构传递至所述上方可旋转格栅构件。

[0018] 在本说明书中，术语“构件”旨在包括包含有多于一个零件的组装构件，诸如包括将多个零件组装形成格栅构件的可旋转格栅构件等。

[0019] 发明人惊奇地发现：设置多个键能够减轻现有技术格栅组件所经受的功能故障。因此，根据本发明所包括的多个键不仅仅旨在可被理解作为加强格栅组件的情形，而是为了保持格栅组件的几何整体性。

[0020] 键可以等角度地间隔开。因此，例如，当仅存在两个键时，两个键可间隔约180°，当存在三个键时，三个键可间隔约120°，而当存在四个键时，四个键间隔约90°。然而，键的布置由于构造约束(其它构件所设置的位置等因素)而并不对称，因此，键的布置可略微偏置，例如为170°，而不是180°。因此，在本说明书中，“等角度”意在表示角度差不大于30°，优选地不大于10°，更优选地不大于5°。

[0021] 优选地，键布置为两个键为一组的多组，一组中的两个键绕着所述共同竖向旋转轴线位于径向相对位置处。

[0022] 键可以布置成一圈，并且可以由相邻键之间的至少一个紧固件间隔开，所述紧固件用于抑制或防止所述上方可旋转格栅构件和所述下方可旋转支撑结构的竖向位移。所述紧固件可以布置为螺母和螺栓的形式。

[0023] 典型地，键无螺纹并且不用于抑制或防止所述上方可旋转格栅构件和所述下方可旋转支撑结构的竖向位移。

[0024] 优选地，键不是圆柱形。

[0025] 键可以形成为从较宽的可操作上端到较窄的可操作下端渐缩，或者反之亦然。

[0026] 键可以为长形的并且在端视图中可以具有多边形轮廓，例如，方形。应当理解的是，端视图是沿着伸长的键的纵向轴线的方向截取的。

[0027] 键可比紧固件坚固，以使紧固件的柄部具有比键的最小横向尺寸小的最大横向尺寸。

[0028] 可旋转格栅构件可具有向上且向内渐缩的外表面。当在竖向截面中观察时，向上且向内渐缩的外表面可以交错或成台阶形状，限定竖直且径向间隔的阶台。该阶台可由屏蔽板覆盖以保护可旋转格栅构件免于腐蚀性材料(例如，灰)的破坏。

[0029] 根据本发明的另一方面，提供一种用于对碳质材料进行气化的气化器，所述气化器包括如上所述的格栅组件，所述格栅组件安装在由气化器皿限定的气化腔室内，所述格栅组件的下方可旋转支撑结构与驱动装置连接。

[0030] 气化器可以为固定床式气化器，尤其是固定床干底式气化器。

[0031] 气化器可以为煤、废料或生物质气化器，或者气化器构造为对煤、废料以及生物质中的两个或多个组合进行气化的气化器。然而，典型地，所述气化器为在5巴(g)和100巴(g)之间的高压和400℃和1600℃之间的高温下工作的煤气化器

[0032] 典型地，可旋转格栅构件构造为具有竖向尺寸和径向尺寸，并且能够绕着气化腔室的排灰出口的竖向轴线旋转，可旋转格栅构件的下周边位于可旋转格栅构件的顶端或上端的下方。

[0033] 在本发明的一个实施例中，在使用时，格栅构件绕着所述排灰出口的竖向轴线旋转。将碳质原料例如煤批量地馈送至气化器的顶部，并且将气化剂通过位于可旋转格栅构件的外屏蔽板的下边缘下方的气化剂出口馈送至气化器皿所限定的反应区的底部，从而对位于气化腔室内的缓慢移动床中的煤进行气化。通过在气化腔室的壁和可旋转格栅构件之间设置的环状排灰通路从气化腔室的底部连续地抽出灰。窄式刮刀与在操作中持续旋转的可旋转格栅构件刚性连接，窄式刮刀刮掉通过所述排灰通路的灰，此后灰在重力的作用下流入位于气化器器皿下方的灰锁中。随着格栅组件旋转，在可旋转格栅构件的屏蔽板和位于气化器器皿的壁上的耐磨砖之间进行熔渣粉碎。附图说明

[0034] 现在将参照附图通过实例对本发明进行说明，在附图中：

[0035] 图1示出了根据本发明的格栅组件的竖直剖视图，格栅组件安装于根据本发明的固定床干底式煤气化器中；

[0036] 图2示出了图1的格栅组件的下方可旋转支撑机构的平面图；

[0037] 图3示出了表示现有技术的格栅组件中在故障状态下旋转的格栅构件和旋转的支撑结构的相对旋转的平面图；以及

[0038] 图4示出了表示根据本发明的格栅组件的旋转的平面图。

[0039] 参照附图中的图1，附图标记10一般指的是根据本发明的格栅组件，该格栅组件安装在根据本发明的固定床干底式煤气化器的气化器皿100中。气化器皿100限定气化腔室102，格栅组件10位于气化腔室102内。气化腔室102具有壁18。

[0040] 格栅组件10包括上方可旋转格栅构件11，该上方可旋转格栅构件11利用多个连接螺栓15和至少两个键式扭矩传递装置16与下方可旋转支撑结构12固定连接。下方可旋转支撑结构12与环形齿轮13驱动连接，而该环形齿轮13通过变速箱与电动机(未示出)连接。在使用时，电动机和变速箱用于使格栅组件10的上方可旋转格栅构件11、下方可旋转支撑结构12以及环形齿轮13进行旋转。

[0041] 上方可旋转格栅构件11、下方可旋转支撑结构12以及环形齿轮13由位于气化器皿100的排灰出口或通路20上方的固定支撑结构14支撑。上方可旋转格栅构件11的径向最外周边连接有一个或多个窄式刮刀17。窄式刮刀17用于通过排灰环状件19从气化腔室102内的灰床刮除灰，该排灰环状件19限定在上方可旋转格栅构件11的外周边和气化腔室102的壁18之间。

[0042] 在使用时，格栅组件10绕着旋转轴线21旋转，该旋转轴线21与排灰通路20的中心线对应，排灰通路20的中心线也是格栅组件10的中心线。煤批量地馈送至气化器(未示出)的顶部，并且气化剂通过位于屏蔽板22的下边缘下方的气化剂出口23馈送至气化腔室102的下部中，从而对位于气化腔室102内的缓慢移动床中的煤进行气化。通过设置于作为一方的气化腔室102的壁18和作为另一方的上方可旋转格栅构件11之间的排灰环状件19以及通过排灰通路20从气化腔室102的底部持续地抽出灰。窄式刮刀17与上方可旋转格栅构件11一起旋转，从而通过刮除灰而经由排灰环状件19来排出灰。随着上方可旋转格栅构件11旋转，在上方可旋转格栅构件11的屏蔽板22和气化器腔室102的壁18之间进行熔渣粉碎。

[0043] 参照附图的图2，示出了图1的格栅组件10的下方可旋转支撑结构12的平面图。与多个螺栓孔32对应的多个螺栓(未示出)用于将上方可旋转格栅构件11与下方可旋转支撑结构12固定地但可移除地连接。螺栓被设计成竖直地连接相邻的上方可旋转格栅构件11与下方可旋转支撑结构12，而不被设计成承受径向剪切力。设置有至少两个完全相对的键槽34，在该键槽34中(未示出)紧密地定位有相对应的键。键被设计成充当扭矩传递装置，该扭矩传递装置将驱动力从电动机和变速箱(未示出)经由环形齿轮13和下方可旋转支撑结构12传送至上方可旋转格栅构件11。

[0044] 在使用时，在灰烧结块挤入如图1所示的位于上方可旋转格栅构件11和器皿壁18之间的排灰环状件19的情况下，可能出现故障状态。格栅组件10被设计成对挤入排灰环状件19中的烧结块进行粉碎。然而，可能发生这样的情形：即，烧结块不能容易地破碎而经由排灰环状件19和排灰通路20移除，并且上方可旋转格栅构件11的旋转受到阻碍。在这种情况下，环形齿轮13继续驱动而使与上方可旋转格栅构件11固定连接的下方可旋转支撑结构12进行旋转。旋转力通过位于上述键槽34中的键式扭矩传递装置传送至上方可旋转格栅构件11。

[0045] 研究表明：当仅使用一个键式扭矩传递装置时，在上方可旋转格栅构件11的旋转受到限制的情况下，发生围绕键槽34中的键的相对旋转，即，旋转受到灰烧结块限制的上方可旋转格栅构件11趋于围绕键槽34中的键枢转。上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12围绕键的相对移动导致连接螺栓相对于对应的螺栓孔32的位移以及键相对于键槽34的位移。这导致附图的图3中标记为A和B的旋转轴线的位移。

[0046] 在图3中，旋转方向由箭头30表示。固定构件(即，上方可旋转格栅构件11)的旋转轮廓大概显示为附图标记110。键(未示出)位于键槽34中。旋转构件(即，下方可旋转支撑结构12)的旋转轮廓大概显示为附图标记120。轮廓110的旋转轴线示为点A，而轮廓120的旋转轴线示为点B。

[0047] 发明人发现：在操作中，至关重要的是，上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12的旋转轴线A和B重合，即，点A和B沿着如图1所示的共同旋转轴线21重叠。在故障状态下，由点B表示的旋转轴线变得偏离共同旋转轴线21，因此不再与由点A表示的旋转轴线重叠。由于下方可旋转支撑结构12围绕键槽34中的键的相对旋转造成点B从旋转中心轴线21产生位移，所以导致作用于位于螺栓孔32中的连接螺栓上的剪切力逐渐增加。随着连接螺栓由此导致故障，可用于传递环形齿轮13的驱动力的区域缩小，结果是，更少的连接螺栓来承载负荷，最终导致全部连接螺栓产生故障。由于连接螺栓不能够防止连接的上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12的相对移动，格栅组件10的上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12形成分离，从而导致格栅组件10的功能故障。

[0048] 图4示出了根据本发明的上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12的旋转轮廓的图。位于对应键槽34中的额外的对称间隔键的引入防止了旋转轴线的任何位移，而旋转轴线的位移是现有技术格栅组件的常见问题，在现有技术的格栅组件中，单个键和键槽34设置在上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12之间。因此，包括一组或多组键的构造提供了：即使在上文所述的故障状态下，由点A和B表示的旋转轴线重叠，与轴线21重合。

[0049] 优选地，可以使用彼此基本完全相对间隔地布置的一组键(即，两个键)，更优选地，可以使用两组键(即，四个键)。各组键彼此基本相对间隔地布置，使得键围绕与上方可旋转格栅构件11连接的下方可旋转支撑结构12的周边基本垂直且等角度间隔地进行设置。在上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12不是由相等数量的分段构成的情况下(通常是，通过将三个或更多个分段接合到一起以构成零件来构造格栅组件10的构件)，每个分段最少一个键是可接受的。

[0050] 在使用时，额外的键将提供额外的连接和扭矩传递机构，这将防止旋转轴线A和B产生相对位移。通过减小旋转轴线A和B的位移以保持它们与轴线21同轴，防止旋转负荷传送到连接螺栓上，并且最终避免连接的上方可旋转格栅构件11和下方可旋转支撑结构12的分离以及格栅组件10的功能故障。

[0051] 因此，如图所示，本发明的格栅组件10提供如下效果：由于设备利用率更大使得生产损失减少，以及由于对格栅组件的功能故障进行维修所需的维护减少使得运行成本降低。此外，有利的是，将本发明所提供的技术方案改型到现有设备仅需要微小的改动。换句话说，对现有格栅组件进行改型以获得本发明的优点是通过对现有设备进行相对微小的改动来实现的。