CN100352897C - 一种固体燃料的气化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体燃料的气化反应装置。该装置包括旋风炉，旋风炉包括呈圆筒形的上段部分和呈圆锥筒形的下段部分；上段部分的下端与下段部分的上端成一体的无缝连接；上段部分的顶端有一顶盖，所述顶盖的中心位置设有一排气管；所述旋风炉上段部分的高度与其筒直径的比值在1～20之间；所述旋风炉靠近顶盖的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道；所述旋风炉上段部分的侧壁上设有沿侧壁正切方向的第一补气通道，第一补气通道位于所述固气进入通道下方；所述固气进入通道与第一补气通道的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分的底端设有一排灰口。本装置气化工艺成本低，可以在比较低的温度下连续运行，较高效率地产生气体燃料。本装置可用于煤、污泥或生物质等固体废料的气化反应。

Description

一种固体燃料的气化反应装置

技术领域

本发明涉及一种固体燃料的气化反应装置。

技术背景

煤气化工艺已有二百多年的发展历史，被广泛地应用于工业和民用领域，在传统的应用领域已经发展到非常成熟的水平。近二十年来，对环境保护的要求越来越高，将煤在锅炉中直接燃烧产生蒸汽发电的传统工艺受到了极大的挑战，出现了各种煤气化联合循环的新型发电工艺，将煤先气化，然后在燃气轮机中燃烧做功直接带动发电机。由于这类新型发电工艺对煤气化的要求与传统的煤气化应用领域不同，一系列新的煤气化工艺应运而生，主要有煤粉气化、鼓泡流化床气化和循环流化床气化等。煤粉气化一般采用纯氧在煤灰熔点以上的高温状态下进行，气化效率非常高，但是工艺成本也非常高；鼓泡流化床的气化一般在高压状态下进行，由于工艺的限制，容量和炉膛的空间利用率有限；循环流化床气化工艺是近十几年发展起来的，目前的气化效率还比较低，由于要求固相物料循环流动，气化温度必须限制在煤灰的熔点以下，研究工作主要集中在提高气化效率方面。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中成本高或气化效率低的主要缺点，从而提供了一种固体燃料的气化反应装置。

本发明提供的一种固体燃料的气化反应装置，包括旋风炉1；所述旋风炉1包括上段部分2和下段部分3，上段部分2基本上呈圆筒形，下段部分3基本上呈上大下小的圆锥筒形；上段部分2的下端与下段部分3的上端成一体的无缝连接；上段部分2的顶端有一顶盖4，所述顶盖4的中心位置设有一排气管5；所述旋风炉上段部分2的高度与其筒直径的比值在1-20之间；所述旋风炉1靠近顶盖4的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道6；所述旋风炉上段部分2的侧壁上设有一个或多个沿侧壁正切方向的第一补气通道7，第一补气通道7位于所述固气进入通道6下方；所述固气进入通道6与第一补气通道7的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分3的底端设有一排灰口8。

在进行气化反应时，先将固体燃料或气化剂加热到反应温度。参与反应的颗粒状固体燃料和气化剂从固气进入通道6沿切向进入旋风炉1，所述固体燃料可以为煤、污泥或生物质等固体废料，所述气化剂可以为空气、富氧空气、水蒸气或其混合气体。根据已知的流体力学原理，固气混合物在旋风炉1内沿侧壁向下呈螺旋状流动。到达旋风炉1的下段部分3后，气相折返成直径较小的向上的螺旋流动，旋转方向不变，最后从设置于旋风炉顶盖4中心位置的排气管5排出旋风炉1；固相继续向下流动，从位于下段部分3圆锥底部地排灰口8排出旋风炉1。为了避免气相在未达到旋风炉1的底部前因动量损失而失去旋转能力，通过旋风炉1侧壁上的第一补气通道7在不同高度上沿水平切向加入补充气体，补充气体在旋风炉1中的旋转方向与旋风炉1内已有气相的旋转方向相同，增强旋风炉内气相的旋转动量，维持气相的切向速度，这也是本发明的特点所在。

作为本发明的进一步改进，本发明提供的一种固体燃料的气化反应装置，还包括一个设有顶盖的提升管9，用于降低固体燃料进入口的高度，并进一步延长了气相和固相的反应时间。所述提升管9最上部侧壁上设有与旋风炉1固气进入通道6相连通的连接管；所述提升管9底端侧壁上开有一进气通道10；所述提升管9侧壁上开有一固体燃料的进料口11，且靠近提升管9底部。

本发明提供的一种固体燃料的气化反应装置，还可进一步包括一个返料口12，位于所述提升管9侧壁上且靠近提升管9的底部；所述返料口12与旋风炉的排灰口8之间设有一返料通道13；所述返料通道13上设有一个阀14。所述提升管侧壁上进料口的11上方设有一个或者多个第二补气通道15。所述提升管9底端设有排渣口16。所述的阀14为机械阀或非机械阀；所述的机械阀为螺旋给料机或旋转叶轮，所述的非机械阀为U型阀、L型阀或虹吸阀。

所述旋风炉1和提升管9的材料为高温不锈钢、耐火砖、耐火浇筑料和水冷壁。

使用改进后的这种固体燃料的气化反应装置，固体燃料的入口进料口11位于提升管9的下部。通过在进气通道10和第二补气通道15加入气化剂将颗粒状固体燃料带动到提升管9的顶部，并进入旋风炉1。旋风炉1底部排出的未反应的固相通过机械或非机械阀送回到提升管9的底部，继续参与气化反应。根据本发明提供的固体燃料的气化反应装置的结构特点，可将气化剂分成三部分，分别从进气通道10，第一补气通道7和第二补气通道15中加入。比较容易进行的气化反应主要在提升管中完成，因此气化剂中大部分的氧气从提升管的进气通道10和第二补气通道15中加入：比较难于进行的气化反应主要在旋风炉1中完成，气化剂中大部分水蒸气在旋风炉加入，充分利用旋风炉中非常好的气相与固相、气相与气相之间的掺混条件和比较长的停留时间，在一定程度上弥补了反应温度比较低对气化反应的不利影响。

本发明提供的固体燃料的气化反应装置并不局限于只是使用一个旋风炉。在本发明提供的技术方案基础之上，本领域的一般技术人员可以很容易地将此技术方案应用到多个旋风炉同时使用的实施方式中。

本发明提供的一种固体燃料的气化反应装置具有的有益效果为：

1、旋风炉的上段部分可具有较大的高度直径比，并通过补充气体延长旋风炉内气相和固相的反应路径和反应时间，提高了气化效率。

2、气化反应中的气相和固相在旋风炉中呈螺旋状流动，气相和与固相以及气相之间的掺混强度比单向流动强烈，从而提高了气化反应速度。

3、整个装置可以在反应温度相对比较低的条件下运行，降低了气化工艺成本，可用于煤、污泥或生物质等固体废料的气化反应。

附图说明

图1是本发明的一种固体燃料的气化反应装置的侧视图。

图2是图1所示固体燃料的气化反应装置沿E-E线的俯视抛面图。

图3是具有提升管的固体燃料的气化反应装置的侧视图。

图4是具有两个旋风炉的固体燃料的气化反应装置的俯视示意图。

图5是两种非机械阀的结构示意图。

图面说明：

旋风炉1       上段部分2           下段部分3       顶盖4

排气管5       固气进入通道6       第一补气通道7   排灰口8

提升管9       进气通道10          进料口11        返料口12

返料通道13    阀14                第二补气通道15  排渣口16

第二旋风炉1’ 第二固气进入通道6’    U型阀17      虹吸阀18

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图1所示的本发明的一种固体燃料的气化反应装置，包括高温不锈钢材料的旋风炉1；旋风炉1上段部分2呈圆筒形，高度为2000毫米、直径为100毫米，高径比为20∶1；下段部分3为的圆锥筒形，其上端直径为100毫米，与上段部分2的圆筒下端成一体的无缝连接，其底端设有一排灰口8；上段部分2的顶端有一顶盖4，顶盖4的中心位置设有一排气管5；旋风炉1靠近顶盖4的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道6；旋风炉上段部分2的侧壁上设有4个沿侧壁正切方向的第一补气通道7(图中未全部标出)，位于固气进入通道6下方。

在这里，旋风炉1上段部分2的高径比可以在1∶1～20∶1之间选取，比值越大，气化反应的路径和时间越长，但是为了维持气相的切向速度，也就需要从第一补气通道7注入更多、速度更快的补充气体。

固气进入通道6与第一补气通道7的方向相对于侧壁成一致右旋，如图2所示。图中箭头所示为第一补气通道7的进气方向。这样的方向关系可以保证进入第一补气通道7的气体方向与旋风炉1内的气流方向一致，用以维持气相的切向速度。相应地，也可以为一致的左旋关系。

实施例2：

如图3所示的本发明的一种固体燃料的气化反应装置，包括旋风炉1和提升管9；旋风炉1的结构与实施例1中的结构相同。提升管9包括一顶盖；提升管9最上部侧壁通过连接管于与旋风炉的固气进入通道6相连通；提升管9底端侧壁上开有一进气通道10；进气通道10上方的提升管侧壁上开有一固体燃料的进料口11，且靠近提升管9的底部。提升管9侧壁上进气通道10的上方开有一个返料口12，返料口12与旋风炉的排灰口8之间设有一返料通道13；返料通道13上设有一个L型阀14，也可使用其它类型非机械阀，如如图5所示的U型阀17或虹吸阀18，或者使用螺旋给料机、旋转叶轮等机械阀。进料口的11上方设有4个第二补气通道15(图中未全部标出)。提升管9底端设有排渣口16。

使用本装置用于煤的气化时，用于气化的煤全部从进料口11连续地加入提升管9，这些煤是颗粒状，大部分颗粒的粒径在0-10毫米之间。用于气化的气化剂主要是空气或富氧空气、水蒸气。将气化剂分成三部分，第一部分气化剂大部分是空气或富氧空气，从进气通道10加入。为了以防止煤在提升管的下部发生高温粘结，将提升管9下部的温度控制在煤的灰熔点以下，在实际运行时将温度控制在850-900℃之间，为此在进气通道10还同时加入部分水蒸气。在位于提升管9的中下部的第二补气通道15中加入第二部分气化剂，是富氧空气，提高提升管中上部的温度，以提高气化速率，在实际运行时将温度控制在1000℃左右，虽然这个温度接近煤的灰熔点，但是因为固相在气相中是处于弥散的流动状态，不会产生粘结问题。在旋风炉上段部分2的不同高度上通过第一补气通道7沿水平切向加入第三部分气化剂，主要是水蒸气，目的是维持旋风炉1中气相的旋转动量，将旋风炉1的温度降低到900℃左右，利用旋风炉1内强旋流的有利条件，进一步强化水蒸气与固相中的碳和气相中的一氧化碳的反应，提高煤气的热值。生成的煤气最终从旋风炉顶部的排气管5排出，煤中的灰一部分随煤气一起从排气管5排出，另一部分可以从旋风炉排灰口8排出，并通过阀14送回到提升管9的下部，继续参与反应。

实施例3：

本实施例中的固体燃料的气化反应装置与实施例2相似，不同之处在于本实施例中使用了两个并联的旋风炉。如图4所示，包括提升管9，旋风炉1和第二旋风炉1’；提升管9分别于旋风炉1的固气进入通道6和第二旋风炉1’的第二固气进入通道6’相连通。

Claims (8)

1、一种固体燃料的气化反应装置，它包括旋风炉(1)和一个设有顶盖的提升管(9)；所述旋风炉(1)包括上段部分(2)和下段部分(3)，上段部分(2)呈圆筒形，下段部分(3)呈上大下小的圆锥筒形；上段部分(2)的下端与下段部分(3)的上端成一体的无缝连接；上段部分(2)的顶端有一顶盖(4)，所述顶盖(4)的中心位置设有一排气管(5)；所述旋风炉(1)靠近顶盖(4)的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道(6)；所述旋风炉上段部分(2)的侧壁上设有沿侧壁正切方向的第一补气通道(7)，第一补气通道(7)位于所述固气进入通道(6)下方；所述固气进入通道(6)与第一补气通道(7)的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分(3)的底端设有一排灰口(8)；

所述提升管(9)最上部侧壁上设有与旋风炉固气进入通道(6)相连通的连接管；所述提升管(9)底端侧壁上开有一进气通道(10)；所述提升管(9)侧壁上开有一固体燃料进料口(11)，该固体燃料进料口(11)靠近提升管(9)底部；

所述提升管(9)侧壁上开有一个返料口(12)，该返料口(12)靠近所述提升管(9)底部；所述返料口(12)与旋风炉的排灰口(8)之间设有一返料通道(13)；所述返料通道(13)上设有一个阀(14)。

2、按权利要求1所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述提升管侧壁上进料口(11)的上方设有第二补气通道(15)。

3、按权利要求1所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述提升管(9)底端设有排渣口(16)。

4、按权利要求1所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述的阀(14)为机械阀或非机械阀。

5、按权利要求4所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述的机械阀为螺旋给料机或旋转叶轮。

6、按权利要求4所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述的非机械阀为U型阀、L型阀或虹吸阀。

7、按权利要求1所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述旋风炉上段部分(2)的高度与其筒直径的比值在1-20之间。

8、按权利要求1所述的固体燃料的气化反应装置，其特征在于，所述旋风炉(1)和提升管(9)的材料为高温不锈钢、耐火砖、耐火浇筑料或水冷壁。

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