一种一体化无氧裂解热气化炉 |
|||||||
| 申请号 | CN202410276905.5 | 申请日 | 2024-03-12 | 公开(公告)号 | CN117866667A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 南京阳森科技发展有限公司; | 发明人 | 唐康辉; 葛奎; 赵建华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种一体化无 氧 裂解热 气化 炉，具体涉及 煤 炭气化技术领域，包括气化炉，气化炉的顶部设置有煤气出口，气化炉的底部设置有 排渣 组件，煤气出口上还设置有 水 蒸气管、 合成气 管和 煤粉 输入管，气化炉内还安装有内缩遮挡结构，内缩遮挡结构使气旋形成强气旋区和气旋边缘区；气化炉内还设置有气旋 加速 组件。本发明通过旋转网筒的转动，加速顶部气流的旋转速度不加快竖直方向的上升速度，此时，使飞灰中残留的尚未完全裂解的煤粉颗粒被甩向承接筒中，并逐渐下沉至密集反应区中进行反应，直至完全变成飞灰，颗粒 质量 降到最低，不会在旋转网筒中被甩出，从而极大的提高了对煤粉的反应效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种一体化无氧裂解热气化炉，其特征在于：包括气化炉（1），所述气化炉（1）的顶部设置有煤气出口（11），所述气化炉（1）的底部设置有排渣组件（12），所述煤气出口（11）上还设置有水蒸气管（2）、合成气管（3）和煤粉输入管（4），所述气化炉（1）的内部设置有密集反应区（13）和稀疏反应区（14），所述合成气管（3）连接有多个气旋分支管（31），各气旋分支管（31）在密集反应区（13）的下方，所述气旋分支管（31）输出合成气时在气化炉（1）内气流形成气旋； |
||||||
| 说明书全文 | 一种一体化无氧裂解热气化炉技术领域背景技术[0002] 推动煤炭能源清洁高效利用是煤炭利用的主要方向，在众多炭清洁高效利用技术中，煤炭分级转化多联产技术把煤炭看作能源与资源的共同体，通过将多种技术工艺（热解、气化、燃烧和合成等）有机结合，分级转化煤炭中反应活性差异大的部分，在一个系统中实现气体燃料、液体燃料、化学品、热量、电力等的联产。 [0004] 在煤粉的气化过程中，需要将煤粉吹送至热解炉中，氧化剂喷嘴和水蒸气喷嘴同时向旋风气化炉内喷射氧化剂和水蒸气，煤粉在无氧催化气化炉内与水蒸气发生碳水气化反应，后生成一氧化碳、氢气以及甲烷等混合气体，后期再进行净化分离，得到高浓度的甲烷，净化处理过程中所分离出的一氧化碳、氢气等气体所组成的循环合成气可以从气化炉的底部注入，以利用一氧化碳和氢气反应放热，向碳水气化反应提供反应所需的热量。 [0005] 为了保证煤粉的充分裂解，氧化剂喷嘴、水蒸气喷嘴以及合成气喷嘴等需要在炉内形成一个向上的旋风气流，进而带动煤粉在炉内充分均匀的分布，提高裂解效果，同时，气流需要保证煤粉能够在炉内存留一定的时间再进行排放或跟随混合气体一起排出，确保煤粉的充分裂解。 [0006] 在工作时，煤粉不断输入，在炉内的旋风气流作用下较小的且裂解后的煤粉颗粒也会有向上的运动趋势，其中，较大较重的煤粉颗粒会在离心力作用下被甩向气化炉内壁，可以更长时间的留存在炉中反应，直至裂解完成形成小颗粒煤粉，也被向上带动，而随着反应的继续，炉内小颗粒飞灰（煤粉裂解后的固态颗粒，因裂解成分的分离，密度质地都要低于煤粉，更易被气流带动），此时，如果旋风气流较大，会导致很多尚未完全裂解，且体积较小的煤粉颗粒被直接向上带走脱离相应的反应区，跟随输出气体一同排放，导致设备处理效率降低，因此，炉内主要反应区的旋风气流不宜过大。 [0007] 对于大型的一体式气化炉而言，煤粉不断输入，且输入总量较大，炉内的漂浮颗粒也会逐渐增多，进而导致产生的飞灰也相对较多，飞灰在炉内的存留时间增长，会占用未裂解煤粉的反应空间，影响新煤粉的裂解反应，降低了设备的使用效率。 发明内容[0008] 本发明提供的一种一体化无氧裂解热气化炉，所要解决的问题是：现有的大型的一体式气化炉炉内的漂浮颗粒的增多，会占用未裂解煤粉的反应空间，影响新煤粉的裂解反应，降低了设备的使用效率。 [0009] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体化无氧裂解热气化炉，包括气化炉，气化炉的顶部设置有煤气出口，气化炉的底部设置有排渣组件，煤气出口上还设置有水蒸气管、合成气管和煤粉输入管，气化炉的内部设置有密集反应区和稀疏反应区，合成气管连接有多个气旋分支管，各气旋分支管在密集反应区的下方，气旋分支管输出合成气时在气化炉内气流形成气旋；气化炉内还安装有内缩遮挡结构，内缩遮挡结构的底部设置有直径向内缩小的遮 挡区，该遮挡区用于遮挡气旋分支管吹出的气流，使气旋形成强气旋区和气旋边缘区； 气化炉内还设置有气旋加速组件，气旋加速组件位于稀疏反应区中，气旋加速组 件包括旋转网筒，旋转网筒的外部固定连接有承接筒，承接筒与气化炉的内壁转动配合，承接筒的底部为开口，旋转网筒通过驱动系统的驱动在气化炉内转动，且转动速度大于气旋分支管形成的气旋速度。 [0010] 在一个优选的实施方式中，煤粉输入管接入至密集反应区中，合成气管通过分配管与各气旋分支管连通，分配管为环形管道，且各气旋分支管在气化炉内部呈倾斜向上设置，内缩遮挡结构的内壁设置为锥形，旋转网筒的内壁固定连接有多个拨流凸条，旋转网筒上设置有多个网孔。 [0011] 在一个优选的实施方式中，旋转网筒的顶部设置有第一锥形斗，旋转网筒的内部固定安装有第二锥形斗，第二锥形斗位于第一锥形斗的底部，第一锥形斗与第二锥形斗之间形成有弯折流道，气化炉下方气流上升至旋转网筒中后，经上述弯折流道从第一锥形斗向上流出，再经煤气出口排放，第二锥形斗的底部固定连接有下放管，下放管向下延伸至排渣组件的上方。 [0012] 在一个优选的实施方式中，第二锥形斗与第一锥形斗之间弯折流道的流动宽度小于旋转网筒与第二锥形斗之间的流动宽度，旋转网筒内对应第二锥形斗顶部边缘的位置设置有圆弧导向壁。 [0013] 在一个优选的实施方式中，第二锥形斗的内部设置有挡灰柱，挡灰柱位于第二锥形斗的中心处，挡灰柱的外壁为光滑表面，挡灰柱通过悬撑杆件与下放管固定连接，悬撑杆件的底部与下放管固定连接，悬撑杆件为弹性部件。 [0014] 在一个优选的实施方式中，挡灰柱为锥形结构，挡灰柱的顶部直径大于挡灰柱的底部直径，挡灰柱的顶部边缘固定连接有多个微旋叶片，挡灰柱跟随旋转网筒转动时，微旋叶片在挡灰柱的外壁形成向下的气流。 [0015] 在一个优选的实施方式中，驱动系统包括转动驱动器，旋转网筒的顶部固定连接有驱动轴，转动驱动器与驱动轴传动连接，转动驱动器用于驱动驱动轴转动，驱动系统还包括升降驱动器，升降驱动器用于驱动转动驱动器以及气旋加速组件升降，旋转网筒与气化炉的内壁之间设置有密封件。 [0016] 在一个优选的实施方式中，气化炉的顶部固定安装有散热器，驱动轴与散热器接触，驱动轴与气旋加速组件之间设置有导热连接件，第二锥形斗的内部设置有隔温层，挡灰柱的内部设置有活动槽，活动槽的内部设置有活动球，活动槽为直径大于活动球的圆形空腔。 [0017] 在一个优选的实施方式中，气化炉内设置有遮气板，遮气板结构如图所示，遮气板转动设置在气化炉中，遮气板对应气旋分支管设置，遮气板运动至气旋分支管处时对该气旋分支管的输出气流进行遮挡改向。 [0018] 在一个优选的实施方式中，遮气板连接在转座上，转座转动安装在气化炉中，下放管向下贯穿转座，转座内固定安装有滑动键，下放管的外壁上设置有长键槽，滑动键滑动安装在长键槽中。 [0019] 本发明的有益效果在于：本发明设置气旋形成强气旋区和气旋边缘区，气旋边缘区气流动能较小，大煤粉颗粒能够逐渐的向下沉淀，增加大煤粉的存留时间，而通过旋转网筒的转动，加速顶部气流的旋转速度不加快竖直方向的上升速度，此时，使飞灰中残留的尚未完全裂解的煤粉颗粒被甩向承接筒中，并逐渐下沉至密集反应区中进行反应，直至完全变成飞灰，颗粒质量降到最低，不会在旋转网筒中被甩出，从而极大的提高了对煤粉的反应效率，降低了设备能耗，提高了设备的使用效率。附图说明 [0020] 图1为本发明的整体结构立体图。 [0021] 图2为本发明气化炉内部区域分布图。 [0022] 图3为本发明的整体结构示意图。 [0023] 图4为本发明图3的局部结构放大图。 [0024] 图5为本发明各气旋分支管的俯视图。 [0025] 图6为本发明气旋加速组件的整体结构示意图。 [0026] 图7为本发明气旋加速组件的横向剖视图。 [0027] 图8为本发明图6的A部结构放大图。 [0028] 图9为本发明挡灰柱的内部结构示意图。 [0029] 图10为本发明活动槽的俯视图。 [0030] 图11为本发明图6的B部结构放大图。 [0031] 图12为本发明遮气板的整体结构示意图。 [0032] 附图标记为：1、气化炉；11、煤气出口；12、排渣组件；13、密集反应区；14、稀疏反应区；15、强气旋区；16、气旋边缘区；17、内缩遮挡结构；2、水蒸气管；3、合成气管；31、气旋分支管；32、分配管；4、煤粉输入管；5、气旋加速组件；51、旋转网筒；511、拨流凸条；52、承接筒；53、第一锥形斗；54、第二锥形斗；541、隔温层；55、下放管；56、驱动轴；57、散热器；6、驱动系统；61、转动驱动器；62、升降驱动器；7、遮气板；71、转座；72、滑动键；8、挡灰柱；81、悬撑杆件；82、活动槽；83、活动球；84、微旋叶片。 具体实施方式[0033] 下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。 [0034] 参照说明书附图1至图12，一种一体化无氧裂解热气化炉，包括气化炉1，气化炉1的顶部设置有煤气出口11，气化炉1的底部设置有排渣组件12，煤气出口11上还设置有水蒸气管2、合成气管3和煤粉输入管4，气化炉1的内部设置有密集反应区13和稀疏反应区14，其中，密集反应区13为主要高温区，设置相应的加热结构，煤粉输入管4直接接入至密集反应区13中，而随着炉内高度的增加，上方温度相对较低，且气化炉1内部气流也相对减弱，此区域内的漂浮物主要为飞灰和颗粒较小且未完全裂解的煤粉颗粒，因此，此区域形成了稀疏反应区14，参照说明书附图4和图5，合成气管3连接有多个气旋分支管31，合成气管3通过分配管32与各气旋分支管31连通，分配管32为环形管道，各气旋分支管31在密集反应区13的下方，且各气旋分支管31在气化炉1内部呈倾斜向上设置，进而在气旋分支管31输出合成气时，可以引导气化炉1内气流形成气旋，并逐渐上升，吹动煤粉在气化炉1内充分分布并进行反应；气化炉1内还安装有内缩遮挡结构17，内缩遮挡结构17的底部设置有直径向内缩 小的遮挡区，该遮挡区用于遮挡气旋分支管31吹出的气流，使气旋形成强气旋区15和气旋边缘区16，其中，强气旋区15为未受遮挡区域，因此，气旋气流动能较大，可以将较大的煤粉颗粒有力的甩向气化炉1的内壁，而靠近气化炉1内壁的区域在内缩遮挡结构17的遮挡下，形成的气旋边缘区16气流动能较小，大煤粉颗粒能够逐渐的向下沉淀，并逐渐落到内缩遮挡结构17的底部，内缩遮挡结构17的内壁设置为锥形，大煤粉颗粒经内缩遮挡结构17内壁逐渐滑落到内缩遮挡结构17内侧边缘后，被边缘的强力气流吹动再次向上运动，从而增加大煤粉的存留时间，使煤粉充分反应裂解； 气化炉1内还设置有气旋加速组件5，气旋加速组件5位于稀疏反应区14中，气旋加速组件5用于加快气旋速度，具体的，参照说明书附图2和图6，气旋加速组件5包括旋转网筒 51，旋转网筒51转动设置在气化炉1内部，旋转网筒51的外部固定连接有承接筒52，承接筒 52与气化炉1的内壁转动配合，承接筒52的底部为开口，旋转网筒51的内壁固定连接有多个拨流凸条511，旋转网筒51上设置有多个网孔，旋转网筒51通过驱动系统6的驱动在气化炉1内转动，且转动速度大于气旋分支管31形成的气旋速度，使拨流凸条511带动旋转网筒51内部气流加速旋转，从而在稀疏反应区14内，再次加速气流末端的旋转速度。 [0035] 需要说明的是，旋转网筒51对应强气旋区15和气旋边缘区16的交界区域设置，由于并未增加密集反应区13内气旋速度，因此，密集反应区13区域内的煤粉可以大部分的跟随气流漂浮和上升，进行充分反应为飞灰，而飞灰中还会残留很多体积较小但并未完全裂解的煤粉颗粒，因此，通过旋转网筒51的转动，加速顶部气流的旋转速度（不加快竖直方向的上升速度），此时，使飞灰中残留的尚未完全裂解的煤粉颗粒被甩向承接筒52中，并逐渐下沉至密集反应区13中进行反应，直至完全变成飞灰，颗粒质量降到最低，不会在旋转网筒51中被甩出，从而极大的提高了对煤粉的反应效率，降低了设备能耗，提高了设备的使用效率。 [0036] 进一步的，由于反应效率的提高，飞灰量也相对较大，若飞灰全经煤气出口11排出，则增加了后期的分离任务难度，因此，本实施方式还提供一种方案，将大部分飞灰留在气化炉1内，具体的，参照说明书附图3和图6，旋转网筒51的顶部设置有第一锥形斗53，旋转网筒51的内部固定安装有第二锥形斗54，第二锥形斗54位于第一锥形斗53的底部，第一锥形斗53与第二锥形斗54之间形成有弯折流道，气化炉1下方气流上升至旋转网筒51中后，经上述弯折流道从第一锥形斗53向上流出，再经煤气出口11排放，第二锥形斗54的底部固定连接有下放管55，下放管55向下延伸至排渣组件12的上方。 [0037] 需要说明的是，第二锥形斗54与第一锥形斗53之间弯折流道的流动宽度（气流在一竖直截面上流动区域的宽度）小于旋转网筒51与第二锥形斗54之间的流动宽度，旋转网筒51内对应第二锥形斗54顶部边缘的位置设置有圆弧导向壁，使上述弯折流道的弯折区域更加平滑，减少对飞灰的阻碍，旋转网筒51内存留下的飞灰经上述弯折流道先向第二锥形斗54的内部流动，在第二锥形斗54内，由于弯折流道的流动宽度减小，此处的流速急剧增大，大部分飞灰在惯性作用下继续向第二锥形斗54内部冲入，而气流再经转折从第一锥形斗53的端口流出，进而可以将大部分飞灰留在第二锥形斗54中，并经下放管55导向，使飞灰逐渐向排渣组件12中运动，从而降低了飞灰的携带输出量，降低了后期作业难度，进一步的提高了设备使用的实用性。 [0038] 进一步的，参照说明书附图6，第二锥形斗54的内部设置有挡灰柱8，挡灰柱8位于第二锥形斗54的中心处，挡灰柱8的外壁为光滑表面，挡灰柱8通过悬撑杆件81与下放管55固定连接，悬撑杆件81的底部与下放管55固定连接，悬撑杆件81为弹性部件，需要说明的是，在飞灰向第二锥形斗54内冲入时，会撞击到挡灰柱8上，消失大部分动能，并逐渐向下滑落，更有利于对飞灰的收集。 [0039] 进一步的，挡灰柱8为锥形结构，挡灰柱8的顶部直径大于挡灰柱8的底部直径，挡灰柱8的顶部边缘固定连接有多个微旋叶片84，挡灰柱8跟随旋转网筒51转动时，微旋叶片84在挡灰柱8的外壁形成向下的气流，从而使飞灰更容易向下滑落。 [0040] 参照说明书附图1和图3，驱动系统6包括转动驱动器61，旋转网筒51的顶部固定连接有驱动轴56，转动驱动器61与驱动轴56传动连接，转动驱动器61用于驱动驱动轴56转动，需要说明的是，在上述实施方式中，随着煤粉的逐渐输入以及煤渣的逐渐增多，气化炉1内部空间不变的情况下，固体逐渐增多，使气体空间被压缩，压强就会产生变化，而部分工艺中，需要保持气化炉1内主要反应区域的压强稳定，为此，参照说明书附图3，驱动系统6还包括升降驱动器62，升降驱动器62用于驱动转动驱动器61以及气旋加速组件5升降，旋转网筒51与气化炉1的内壁之间设置有密封件，由于气旋加速组件5的存在，对上升的气流形成一定阻力，也就会形成一定的压强，因此，通过调控气旋加速组件5的高度，可以改变气旋加速组件5下部的空间，进一步的调整反应区域的压强，同时，调整气旋加速组件5的高度，也可以适配不同反应下稀疏反应区14的高度，从而使气旋加速组件5的效益最大化。 [0041] 进一步的，参照说明书附图3，气化炉1的顶部固定安装有散热器57，驱动轴56与散热器57接触，驱动轴56与气旋加速组件5之间设置有导热连接件，第二锥形斗54的内部设置有隔温层541，进而可以使旋转网筒51内以及第二锥形斗54内的温度相对较低，当飞灰跟随气流进入第二锥形斗54中后，可以降低气流和飞灰的温度，进而降低颗粒的浮动活性，使飞灰更容易在第二锥形斗54中沉淀。 [0042] 进一步的，参照说明书附图9和图10，挡灰柱8的内部设置有活动槽82，活动槽82的内部设置有活动球83，活动槽82为直径大于活动球83的圆形空腔，当挡灰柱8跟随旋转网筒51转动时，由于离心力和惯性的作用下使活动球83在活动槽82边缘运动，进而带动挡灰柱8产生微小晃动，可以避免飞灰在挡灰柱8表面积累，保证装置的工作效率。 [0043] 在上述实施方式中，各气旋分支管31在气化炉1中形成气旋，而由于各气旋分支管31出气均匀且相同，因此，气旋圆周和竖直方向的运动较为稳定，煤粉的漂浮也较为稳定，不利于浮动到气化炉1边缘的煤粉颗粒下沉，因此，参照说明书附图3至图5，气化炉1内设置有遮气板7，遮气板7结构如图12所示，遮气板7转动设置在气化炉1中，遮气板7对应气旋分支管31设置，遮气板7运动至气旋分支管31处时对该气旋分支管31的输出气流进行遮挡改向，进而在遮气板7转动的过程中，可以逐个的对气旋分支管31进行遮挡，使得气化炉1内在能够保持形成气旋的前提下，气旋的气流相对不稳定，在气旋上气流有强有弱，在较弱的气流处，有利于大煤粉颗粒的沉淀，而后气流变大时又可以将大煤粉颗粒吹气，进而增加煤粉在气化炉1内的浮动时间，提高煤粉的裂解率。 [0044] 需要说明的是，参照说明书附图4和图5，遮气板7连接在转座71上，转座71转动安装在气化炉1中，下放管55向下贯穿转座71，转座71内固定安装有滑动键72，下放管55的外壁上设置有长键槽，滑动键72滑动安装在长键槽中，进而可以利用下放管55的转动来带动遮气板7转动。 |
||||||
