CN101307260A - 煤气发生炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤气发生炉，在炉体壁内从下至上依次包括炉膛、反应区和导气区，其中，反应区内布设有填充结构，该填充结构中设有多个容纳煤气生成反应进行的通道，该炉膛和该导气区通过通道导通。由以上技术方案可知，本发明采用在反应区内设置填充结构的技术手段，缩小了反应区的反应空间，在反应物量不变的情况下，能够以反应空间的减小来提高反应空间内的压力，使各反应物分子接触概率更大，加速反应的进行，从而提高反应速率，提高生产量。

Description

煤气发生炉
技术领域
本发明涉及一种煤气发生炉，尤其涉及一种循环流化床式的煤气发生炉。
背景技术
相比于煤的燃烧，煤气的燃烧更为清洁、高效，因此煤气作为一种清洁能源正受到越来越广泛的关注。将煤转换为煤气的煤气发生炉主要可分为三大类：固定床、流化床和气流床。在实际的生产过程中，粉煤的气化相比于块煤气化效率更高，是目前研究和应用的主要煤气化手段。
利用粉煤生产煤气的气化原理是煤和气化剂的反应，本质上是碳、氧和水蒸汽的反应。在通常的煤气发生炉中，将粉煤通入煤气发生炉中，并将水蒸汽、空气等气化剂通入煤气发生炉中，而后粉煤和气化剂发生反应，主要的反应式包括碳与氧气的燃烧反应，放出大量的热能，如下式(1)所示：
C+O2→CO2+Q    (1)
其中，“+Q”代表放出热量。
还包括二氧化碳和水蒸汽被碳还原为一氧化碳和氢气的反应，主要反应式如下式(2)、(3)和(4)所示：
CO2+C→2CO-Q    (2)
H2O+C→H2+CO-Q    (3)
2H2O+C→CO2+2H2-Q    (4)
其中，“-Q”代表吸收热量。
现有技术基于上述原理来生产煤气所使用的煤气发生炉可以为循环流化床，其一般结构如图1所示，在炉体100壁内从下至上的区域依次为炉膛10、反应区20和导气区30。其中，在炉体100侧壁的中下部设置有粉煤入口110，又可称进煤口；在炉体100底部设置有第一进气口120，所通入的第一次进气主要是空气，又可称空气进气口。炉体100壁内偏下部的空间直接连通粉煤入口110和第一进气口120的区域就是炉膛10，提供粉煤燃烧所需的空间，主要完成的是上述反应式(1)。在炉体100侧壁的中部设置有第二进气口130，通入的第二次进气主要是水蒸汽，又称水蒸汽进口。在炉膛10的上方，与第二进气口130直接连通的区域为反应区20，提供二氧化碳、水蒸汽和碳完成上述还原反应式(2)～(4)的反应空间。在反应区20的上方为导气区30，炉体100的上部一般通过管道连接旋风分离器200，将夹杂着固体颗粒的混合气，俗称煤气，传输到旋风分离器200中。旋风分离器200的上部设置导出管道，将分离出来的混合气导出，其下端通过设置在炉体100中部的回引口与炉体100相连，用于导引未反应的固体颗粒，主要是粉煤，循环回到炉体100中再次燃烧。
现有技术采用上述结构的煤气发生炉，其存在的缺陷是：1)粉煤、空气和水蒸汽会按照设定规律周期性的通入，煤气形成时也会由旋风分离器周期性的开启导出管道以导出，另外，反应区发生的还原反应为吸热反应，而燃烧反应或还原反应的逆反应均是放热反应，所以反应区的温度会随着煤气发生炉与外界周期性的连通，以及吸热/放热反应的交替发生而出现温度波动现象。当温度下降时需要从新依靠燃烧放出的热能来提高反应区的温度，在此低温状态下，反应区是难以反应生成煤气的；2)反应区内气压较低，所以二氧化碳、水蒸汽和碳的分子难以充分接触以进行反应，导致煤气发生炉的反应效率普遍不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤气发生炉，以提高煤气发生炉内的反应效率，提高生产量。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤气发生炉，在炉体壁内从下至上依次包括炉膛、反应区和导气区，其中，反应区内布设有填充结构，该填充结构中设有多个容纳煤气生成反应进行的通道，该炉膛和该导气区通过通道导通。
由以上技术方案可知，本发明采用在反应区内设置填充结构的技术手段，缩小了反应区的实际反应空间，在反应物量不变的情况下，能够以反应空间的减小来提高反应空间内的压力，使各反应物分子接触概率更大，加速反应的进行，从而提高煤气生成的反应速率，提高生产量。
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有技术中一种煤气发生炉的结构示意图；
图2为本发明煤气发生炉具体实施例一的结构示意图；
图3为本发明煤气发生炉具体实施例一中填充结构的结构示意图；
图4为本发明煤气发生炉具体实施例二中填充结构的结构示意图；
图5为本发明煤气发生炉具体实施例三中填充结构的结构示意图。
图中：
10-炉膛            20-反应区         30-导气区
40-填充结构        100-炉体          110-粉煤入口
120-第一进气口     130-第二进气口    140-导气口
200-旋风分离器
具体实施方式
煤气发生炉实施例一
如图2所示为本发明煤气发生炉具体实施例一的结构示意图。该煤气发生炉的炉体100壁内从下至上依次包括炉膛10、反应区20和导气区30。其中的炉膛10与设置在炉体100底部、用于通入空气的第一进气口120相连，还与设置在炉体100中下部的粉煤入口110相连。通入粉煤和空气后即可在炉膛10内进行燃烧反应。反应区20位于炉膛10的上方，反应区20与设置在炉体100侧壁中部、用于通入水蒸汽的第二进气口130相连。燃烧后生成的二氧化碳、在热空气及底部空气流带动下漂浮在反应区20的煤粉、以及从第二进气口130通入的水蒸汽可以在反应区20内进行还原反应生成煤气的主要成份一氧化碳，而后包含一氧化碳的混合气进入导气区30，在炉体100导气区30的侧壁上设有导气口140，煤气可以从导气口140导出。在炉体100内的炉膛10、反应区20和导气区30并非严格意义上的划分，只是以其内主要发生的反应来划分。在本实施例煤气发生炉的反应区20内布设有填充结构40，即由多根条状填充杆搭设在一起形成的填充结构40，如图3所示。填充杆分属于多层，每层内的填充杆相互平行，而各层间的填充杆相互交错呈一夹角。在各填充杆中形成有连通的缝隙，该缝隙即构成了通道。填充结构40中的多个通道能够容纳煤气生成反应在其内进行。
本实施例的煤气发生炉在反应区内设置了填充结构，反应空间仅为通道的空间，实际上相当于缩小了反应区实际提供的反应空间。在此情况下，反应物的量并没有改变，相同量的反应物在更小的反应空间内进行，势必会提高反应空间内的压力，使反应物各分子之间的距离减小，则反应物分子之间的接触概率更大，加速了反应的进行，使反应进行的更为充分，因此能够提高煤气生成反应的反应速率。
在本实施例中，填充杆的布设并不限于多层或平行或交错，设置填充结构的目的是占用反应区内的部分空间，且以通道连通炉膛与导气区。所以填充杆的布设可以根据具体情况而定。
煤气发生炉内的温度通常高达1000℃左右，所以填充材料一般采用耐高温的材料制成，进一步的，可采用导热系数较小、具有蓄热功能的蓄热材料来制备填充结构，例如重结晶碳化硅等材料。当反应区内的温度较高时，填充结构可以吸热并蓄热，当因为外界物质的进入，或因为反应吸热反应进行使温度下降时，填充结构能够作为热源放出热能。因此，填充结构的存在能够减小反应区内出现的温度波动。当能够阻止反应区内的温度急剧下降时，即可为还原反应的进行提供了高温保证，也是利于煤气生成反应顺利进行的有效因素，同样能够加速反应的进行，提高煤气生产效率。
煤气发生炉实施例二
本发明煤气发生炉具体实施例二与实施例一的区别在于：煤气发生炉内的填充结构40为蜂窝体，如图4所示，蜂窝体中设置的上下贯通的多个通孔即构成了通道。或者蜂窝体中也可以设置交错相连的球形孔，则填充结构40中的通道由蜂窝体中交错设置的球形孔连通而成。蜂窝体的材质也可以选用蓄热材料，例如蜂窝状的氧化铝。通常，把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在0.05瓦/米·度以下的材料称为高效保温材料，这些材料都可具有蓄热作用。
本实施例煤气发生炉中的填充结构与上述实施例一的工作原理相同，也能够起到提高反应区压力，减少反应区温度波动，最终提高反应速率，提高生产量的目的。
煤气发生炉实施例三
本发明煤气发生炉具体实施例三与实施例一的区别在于：填充结构40包括多层，也可以为一层填充网，填充网中设置的网孔形成填充结构40中的通道。当设置有多层填充网时，如图5所示，各层填充网中的网孔，以及网孔连通的各层填充网之间的空间都可以构成通道。
类似的，本实施例的填充网也可以采用蓄热材料制备，能够起到提高反应区压力，减少反应区温度波动，最终提高反应速率，提高生产量的目的。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (8)

1、一种煤气发生炉，在炉体壁内从下至上依次包括炉膛、反应区和导气区，其特征在于：所述反应区内布设有填充结构，所述填充结构中设有多个容纳煤气生成反应进行的通道，所述炉膛和所述导气区通过所述通道导通。
2、根据权利要求1所述的煤气发生炉，其特征在于：所述填充结构包括多根填充杆，各所述填充杆之间的间隙形成所述通道。
3、根据权利要求2所述的煤气发生炉，其特征在于：所述填充杆分属于多个平面层叠设置，且同一平面内的各所述填充杆相互平行。
4、根据权利要求3所述的煤气发生炉，其特征在于：位于不同平面的填充杆之间呈一夹角设置。
5、根据权利要求1所述的煤气发生炉，其特征在于：所述填充结构为蜂窝体，所述通道为所述蜂窝体中设置的上下贯通的通孔。
6、根据权利要求1所述的煤气发生炉，其特征在于：所述填充结构为蜂窝体，所述通道由所述蜂窝体中交错设置的球形孔连通而成。
7、根据权利要求1所述的煤气发生炉，其特征在于：所述填充结构包括一层以上的填充网，所述填充网中设置的网孔形成所述通道。
8、根据权利要求1～7所述的任一煤气发生炉，其特征在于：所述填充结构的材质为重结晶碳化硅或氧化铝。
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