CN101906325B - 生物质低温裂解高温气化工艺及其设备 - Google Patents

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Abstract

一种生物质低温裂解高温气化工艺及其设备。该工艺利用过热水蒸汽作为氧化剂和能量载体，首先在500～800℃的温度区域对生物质燃料进行低温裂解，获得不含碱金属氧化物的粗合成气和焦炭；然后在1200～1600℃的温度区域对粗合成气和焦炭进行高温气化，获得不含焦油成份的初合成气，最后对所生成的初合成气依次进行冷却、除尘、脱酸和干燥处理，即可获得高品质的净合成气。其设备主要由裂解炉和气化炉、低温等离子炬加热器和高温等离子炬加热器、储水箱和输水泵、以及热交换器等部件组成。本发明工艺易于控制、能耗和投资低廉、冷煤气效率高，所产生合成气热值大、不含焦油和碱金属化合物。既适合于生物质气化联合循环发电，也适合于制取生物质液体燃料。

Description

生物质低温裂解高温气化工艺及其设备
技术领域
本发明涉及将可燃物料转变成清洁高效合成气的技术，具体地指一种生物质低温裂解高温气化工艺及其设备。
背景技术
可燃物料气化技术在二十世纪末得到了快速发展，特别是对燃煤进行气化的技术已经相当成熟，科研人员已成功地开发出了对煤种适用性广、气化效率高、产生污染少的煤气化工艺。而对树枝、秸秆、稻草或其他农林废弃物等生物质进行气化的技术则是本世纪出现的一种综合利用能源的新技术，已有的生物质气化技术主要包括固定床气化工艺、流化床气化工艺、两段式制气工艺等等，这些都属于直接气化工艺。直接气化工艺最主要的特点是利用部分生物质燃烧放出的热量为气化反应提供能源，气化反应所采用的氧化剂一般是空气、富氧空气、或富氧空气与水蒸汽的组合中的一种。近期的研究和实验表明：上述生物质直接气化工艺存在如下几方面的缺陷：
一、生物质燃料的成份和热值极不稳定、着火点低、着火反应快，容易发生爆燃现象，在气化炉局部区域形成超温结焦结垢，气化炉的运行温度极难控制。
二、当以空气作为氧化剂时，由于空气中存在大量不发生反应的N2成份，会导致合成气中的N2含量偏高、有效气体(CO+H2)含量偏低、H2/CO比例下降，合成气的热值偏低且不稳定，一般只能维持在5000KJ/Nm3以下，难以满足后续的工业利用。
三、当以富氧空气作为氧化剂时，虽然可以减少合成气中的N2含量，但需要附设体积庞大且能耗极高的空气分离装置，这样将大幅增加整个气化工艺的成本。
四、当以富氧空气与水蒸汽的组合作为氧化剂时，虽然可以减少合成气中的N2含量、增加合成气中的H2含量，但水蒸汽作为反应介质仍需要消耗大量的热能，与分离空气的能耗累积，同样会大幅增加整个气化工艺的投资。
五、需要自燃约15～20％的生物质来提供气化反应的能量，而燃烧产生大量的CO2，从而降低合成气中有效气体(CO+H2)的含量。并且，高温合成气连同混杂于其中的空气将带走大量的显热，这样热能转化成化学能的比例将大幅下降，导致整个气化工艺的冷煤气效率较低，一般情况在70％以下，最好状况也不会超过80％。
六、气化炉的运行温度大多设计为800～1200℃，而在该温度区域进行气化反应的生物质燃料将产生大量难以清除的焦油，过多的焦油在设备和管道中累积和粘结，可造成管道堵塞和设备污染。
七、生物质燃料气化反应所产生的灰份中含有大量的K、Na等碱金属氧化物，一般占灰份重量的20～40％，而这些碱金属氧化物在温度高于800℃时会气化混杂于所产生的合成气中，不仅影响合成气的品质，而且与焦油一起粘附在设备和管道中，对设备和管道腐蚀严重。
鉴于上述生物质直接气化工艺所存在的若干致命缺陷，目前还难以将其应用于实际生产中。如何使生物质燃料的气化工艺从研究试验阶段转化为实际商业利用，是本领域科研人员一直在努力攻克的难题。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种工艺易于控制、能耗和投资低廉、冷煤气效率高、所产生合成气的热值大、且能根除焦油和碱金属化合物的生物质低温裂解高温气化工艺及其设备。
为实现上述目的，本发明所设计的生物质低温裂解高温气化工艺，是利用过热水蒸汽作为氧化剂和能量载体、在不同温度区域内依次对生物质燃料进行低温裂解和高温气化两级处理、最终生成净合成气的过程。该工艺包括如下步骤：
1)将破碎好的生物质燃料投入到裂解炉内，同时向裂解炉内喷入低温过热水蒸汽，低温过热水蒸汽的热量应能始终保持裂解炉内的运行温度为500～800℃，使生物质燃料在与低温过热水蒸汽充分接触的过程中快速发生裂解反应，生成粗合成气和含焦炭灰渣。由于裂解炉的运行温度低于K、Na等碱金属氧化物的升华温度，因此这些碱金属氧化物只能存在于所生成的含焦炭灰渣中，所生成的粗合成气中不含或仅含微量的碱金属氧化物。
2)对所生成的含焦炭灰渣先进行冷却降温，一般降温到150℃以下即可，再将其中的焦炭成份分离出来。焦炭用于下一步生产合成气，含碱金属氧化物的灰渣则送入灰渣库，可进行综合利用。
3)将所生成的粗合成气和所分离出的焦炭输送到气化炉内，同时向气化炉内喷入高温过热水蒸汽，高温过热水蒸汽的热量应能始终保持气化炉内的运行温度为1200～1600℃，使粗合成气和焦炭在与高温过热水蒸汽充分接触的过程中发生气化反应，生成初合成气。由于气化炉内的运行温度高于焦油类物质的形成温度，因此粗合成气和焦炭原料将被完全气化，所生成的初合成气中不含焦油组份。
4)对所生成的初合成气依次进行冷却降温、清除粉尘、脱除酸性气体和脱水干燥处理。冷却降温一方面是制取合成气工艺上的需要，另一方面可以回收大量显热进行综合利用。清除粉尘可以将初合成气中携带的粉尘捕获出来，最好使初合成气含尘浓度小于50mg/Nm3。脱除酸性气体可以除去初合成气中的H2S、COS、HCL、NH3、HCN等有害气体。净化后的初合成气再经过脱水干燥处理，即可获得净合成气，供下游的工业应用。
上述步骤1)中，生物质燃料的粒径优选控制在20mm×20mm以下，生物质燃料中水份的重量含量优选小于40％。尺寸和水份含量均衡可以确保所有生物质燃料与过热水蒸汽的裂解反应均匀、平稳、充分，裂解炉的运行温度易于控制，在裂解炉内不会形成超温结焦。
上述步骤1)中，最好在裂解炉的进料口处设置氮气保护气氛，以防止裂解炉内的粗合成气外泄引发火灾和爆炸的危险。
上述步骤1)中，优选的裂解炉内运行温度为500～650℃、运行压力为105～109Kpa、低温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s、粗合成气在裂解炉内的停留时间为15～20s、粗合成气的引出速度为15～20m/s。这样，裂解炉在常压状态运行，无需特殊压力设备，投资成本低廉。裂解炉内的生物质燃料在与粗合成气和低温过热水蒸汽充分接触的过程中能够快速实现干燥、挥发份析出、裂解等变化，工艺简单可靠。且由于裂解炉的运行温度远低于碱金属氧化物800℃左右的升华温度，完全杜绝了粗合成气中的碱金属氧化物夹杂。粗合成气较低的引出速度可防止其携带灰渣在裂解炉出口和烟道粘结累积。
上述步骤3)中，优选的气化炉运行温度为1200～1400℃、运行压力为105～109Kpa、高温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s、初合成气在气化炉内的停留时间为15～20s、初合成气的引出速度为15～20m/s。这样，气化炉也在常压状态运行，无需另设压力设备，投资成本低廉。高温过热水蒸汽较高的喷入速度可以加大其与粗合成气和焦炭的扰动、接触、混合。且由于气化炉的运行温度适中，粗合成气和焦炭在与高温过热水蒸汽充分接触的过程中既能够完全气化、获得不含焦油的初合成气，又能够尽量降低热能消耗、大幅提高气化炉运行的性价比。
上述步骤4)中，先将所生成的初合成气冷却降温至260～320℃，再进行净化处理。由于初合成气引出时的温度高达1200～1400℃，冷却降温既有利于后续的除尘、脱酸和干燥处理，又可以充分回收初合成气中的显热，实现余热综合利用。
为实现上述工艺而设计的生物质低温裂解高温气化设备，主要由裂解炉和气化炉、低温等离子炬加热器和高温等离子炬加热器、储水箱和输水泵、以及热交换器等部件组合而成。其中：
所述储水箱通过输水泵与热交换器的给水输入端相连，所述热交换器的蒸汽输出端同时与低温等离子炬加热器的进汽口和高温等离子炬加热器的进汽口相连，所述低温等离子炬加热器的排汽口与裂解炉的水蒸汽喷嘴相连，所述高温等离子炬加热器的排汽口与气化炉的水蒸汽喷嘴相连。
所述裂解炉的出气口与气化炉的进气口相连，所述裂解炉的排渣口与冷渣器的进渣口相连，所述冷渣器的出渣口与灰炭分离器的进料口相连，所述气化炉的出气口与热交换器的气体输入端相连，所述热交换器的气体输出端依次与除尘器、除酸塔和干燥器串联。
由于等离子炬加热器具有可超高温加热、传热传质快、热效率高、热功率可调等特点，用其加热储水箱中的水时，能够高效、连续、稳定地输出符合工艺要求温度的过热水蒸汽，过热水蒸汽既作为氧化剂又作为能量载体，可确保裂解炉和气化炉始终维持稳定可靠的运行。而热交换器的设置可以有效回收初合成气所携带的大量显热，这些显热可将储水箱中的水预热成饱和蒸汽，再送入等离子炬加热器处理，这样可以降低等离子炬加热器的能耗，同时实现热能的综合利用。
进一步地，所述裂解炉的进料口处连接有氮气保护装置。在从裂解炉的进料口投放生物质燃料时，也向该进料口输送氮气，所形成的氮气密封层既可防止裂解炉内的粗合成气外泄，又可阻止外界空气进入裂解炉，从而杜绝火灾和爆炸的危险，并确保粗合成气的品质。
再进一步地，所述灰炭分离器的焦炭出口通过焦炭输送机与气化炉的进炭口相连。例如可以用螺旋送料装置直接将焦炭输送至气化炉，这样可以减少中间人工输送环节，提高气化炉运行的连续性和稳定性。
更进一步地，所述裂解炉的水蒸汽喷嘴和气化炉的水蒸汽喷嘴沿各自炉体的高度方向布置有2～4层，每层沿圆周方向均匀切向分布。这样，过热水蒸汽分多层喷入，能够始终维持裂解炉和气化炉内沿高度方向的温度场稳定、均匀，确保过热水蒸汽与反应物充分接触。
本发明在仔细研究和分析生物质中水份、灰份、挥发份和灰熔点等固有特性的基础上，结合裂解炉和气化炉的运行特点，摒弃传统氧化剂空气或富氧空气，转而利用过热水蒸汽在不同的温度条件下分级对生物质燃料进行低温裂解和高温气化，其优点主要体现在如下几方面：
其一，采用过热水蒸汽对生物质燃料分级裂解和气化，过热水蒸汽既是氧化介质又是能量载体，这样不需要空气或富氧空气，工艺中省略了高能耗的空气分离装置，大幅降低了整个工艺的能耗及工程总投资。
其二，裂解和气化两级工艺中均无生物质燃料的燃烧反应，有效解决了传统气化过程中炉内燃料爆燃而产生局部结焦的难题，各级工艺非常易于掌控。且因为无需空气或富氧空气参入反应，所得合成气中H2/CO的比例高，有效气体(CO+H2)的含量高，可达到85％以上，从而可大幅提高合成气的热值，拓宽合成气的用途。
其三，生物质反应装置由裂解炉和气化炉组成，生物质首先被低温裂解成粗合成气和焦炭，粗合成气和焦炭再被高温气化。由于温度设定的针对性极强，粗合成气中不含碱金属化合物，其中的焦油和焦炭可全部转化为初合成气，碳转化率高，有效克服了合成气携带杂质对设备、管道沾污和腐蚀的难题，且可使合成气的后续净化流程更加简单可靠。
其四，由等离子炬加热器在裂解炉和气化炉外部产生的过热水蒸汽提供裂解和气化所需要的全部能量，生物质燃料的热能可全部转化为合成气的化学能，两级工艺转化的冷煤气效率可比传统气化工艺提高8％左右，达到88％以上。
其五，等离子炬加热器的热效率高、输入功率可调，当生物质燃料的成份发生变化时，通过调整等离子炬加热器的功率，即可方便地调节过热水蒸汽的温度区域，从而维持裂解炉和气化炉运行稳定，确保初合成气的产量和品质稳定。
试验表明，本发明的工艺及设备能够有效气化各种生物质燃料，适合于生物质气化联合循环发电和制取生物质液体燃料等工业应用。
附图说明
附图为本发明的生物质低温裂解高温气化设备的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的设备和工艺作进一步的详细描述：
图中所示的生物质低温裂解高温气化设备，主要包括用于生物质输送的皮带传送机1、中间料斗2和螺旋给料机3，用于容纳生物质进行裂解和气化反应的裂解炉5和气化炉9，用于给裂解炉5和气化炉9提供过热水蒸汽的低温等离子炬加热器8和高温等离子炬加热器10，用于给低温等离子炬加热器8和高温等离子炬加热器10提供水源的储水箱17和输水泵16，用于热能综合利用的热交换器11，以及用于合成气后续净化处理的除尘器12、除酸塔13和干燥器14。
皮带传送机1的输出端置于中间料斗2的上方进口处，中间料斗2的下方出口与螺旋给料机3的原料进口相连，螺旋给料机3的原料出口与裂解炉5的进料口相连。
裂解炉5是对生物质燃料进行一级处理的关键设备，其采用空气或水冷夹套式常压绝热壳体结构，具有良好的高温绝热性能。裂解炉5的进料口布置在其上部或顶部，按照容量大小可设置二至四个，以确保生物质燃料能够均匀投入，维持炉内烟气流场的相对稳定。裂解炉5的进料口处还连接有氮气保护装置4，所形成的氮气密封层可有效阻隔粗合成气和空气。裂解炉5的出气口可以设置在其上部，也可以设置在其下部，通过管道与气化炉9的进气口相连，将所生成的粗合成气输送至气化炉9中。裂解炉5的排渣口采用固态排渣形式，布置在其底部，按照容量大小可设置一至二个，这些排渣口与冷渣器6的进渣口相连，用以冷却含焦炭灰渣。冷渣器6的出渣口则与灰炭分离器7的进料口相连，用于分离焦炭。作为优选的方案，灰炭分离器7的焦炭出口直接通过焦炭输送机19与气化炉9的进炭口相连，这样可以减少低效率的人工送料操作，满足气化炉9连续稳定运行的需要。
气化炉9是对生物质燃料进行二级处理的关键设备，其也采用空气或水冷夹套式常压绝热壳体结构，确保优良的高温绝热性能。气化炉9的进炭口设置在其上部或顶部，按照容量大小可以布置一至二个，以确保焦炭原料能够均匀投入，维持炉内烟气流场的相对稳定。气化炉9的排渣口采用液态排渣形式，布置在其底部，按照容量大小可设置一至二个。气化炉9的出气口可以设置在其上部，也可以设置在其下部，通过管道与热交换器11的气体输入端相连，热交换器11的气体输出端则依次与除尘器12、除酸塔13和干燥器14串联，干燥器14的输出端与储气柜15相连。
喷入裂解炉5和气化炉9中的过热水蒸汽是由储水箱17中的软水或除盐水加热转变而成的。储水箱17的输出端通过输水泵16与热交换器11的给水输入端相连。热交换器11通常选用废锅，热交换器11的蒸汽输出端同时与低温等离子炬加热器8的进汽口和高温等离子炬加热器10的进汽口相连，低温等离子炬加热器8的排汽口通过管道与裂解炉5的水蒸汽喷嘴相连，高温等离子炬加热器10的排汽口通过管道与气化炉9的水蒸汽喷嘴相连。作为较佳的结构，裂解炉5的水蒸汽喷嘴和气化炉9的水蒸汽喷嘴沿各自炉体的高度方向布置有2～4层，每层沿圆周方向均匀切向分布。这样，喷入炉体内的过热水蒸汽流场均匀、稳定，且不留死角，可确保过热水蒸汽与物料的充分接触和混合。
本设备还附设有灰渣库18，可通过人工或机械的方式将灰炭分离器7所分离出的固态灰渣、气化炉9所排出的液态渣送至灰渣库18储存。
上述生物质低温裂解高温气化设备在实际运行时的工艺过程概括如下：
A)将破碎好的生物质燃料经由皮带传送机1、中间料斗2和螺旋给料机3输送到裂解炉5内，同时通过氮气保护装置4向裂解炉5的进料口处输入氮气。对于灰秸秆类(树枝、树根)生物质燃料而言，控制其粒径在20mm×20mm以下、含水量小于40％。对于黄秸秆类(稻草、麦秆、茅草、玉米秆等)生物质燃料而言，其粒径要求可适当放宽。
B)储水箱17中的除盐水由输水泵16送入热交换器11的给水输入端，与从热交换器11的气体输入端进来的初合成气进行热交换，除盐水吸收初合成气的显热，生产0.4～0.6Mpa的饱和蒸汽，该饱和蒸汽由热交换器11的蒸汽输出端同时输送到低温等离子炬加热器8和高温等离子炬加热器10中，被加热成不同温度的过热水蒸汽。
C)低温等离子炬加热器8所产生的500～800℃的低温过热水蒸汽从裂解炉5的水蒸汽喷嘴进入其内，保持裂解炉5内的运行温度为500～650℃、运行压力为105～109Kpa、低温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s，使生物质燃料与低温过热水蒸汽充分接触，裂解生成粗合成气和含焦炭灰渣，且控制粗合成气在裂解炉5内的停留时间为15～20s、粗合成气的引出速度为15～20m/s。
D)裂解炉5所产生的温度为500～650℃的粗合成气通过管道从气化炉9的进气口输入其内。裂解炉5所产生的温度为500～650℃的含焦炭灰渣则从裂解炉5的排渣口进入冷渣器6，经热能回收后降温到150℃以下，再通过灰炭分离器7将其中的焦炭分离出来。所分离出的焦炭通过焦炭输送机19从气化炉9的进炭口输入其内，所分离出的灰渣则送入灰渣库18。
E)高温等离子炬加热器10所产生的1200～1600℃的高温过热水蒸汽从气化炉9的水蒸汽喷嘴进入其内，保持气化炉9内的运行温度为1200～1400℃、运行压力为105～109Kpa、高温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s，使粗合成气和焦炭与高温过热水蒸汽充分接触，气化生成初合成气，且控制初合成气在气化炉9内的停留时间为15～20s、初合成气的引出速度为15～20m/s。
F)气化炉9所产生的温度为1200～1400℃的液态灰渣通过其排渣口排出，送入灰渣库18综合利用。气化炉9所产生的温度为1200～1400℃的初合成气则通过管道进入热交换器11的气体输入端，被除盐水冷却降温至260～320℃后，从热交换器11的气体输出端进入除尘器12，初合成气中携带的粉尘被除尘器12捕获，除尘器12出口处初合成气的含尘浓度小于50mg/Nm3。
G)经过除尘处理的初合成气进入除酸塔13，在除酸塔13中除去初合成气中的H2S、COS、HCL、NH3、HCN等有害气体。
H)经过除酸处理的初合成气再进入干燥器14，除去其中的水份，即可获得净合成气，净合成气通过管道输送至储气柜15中保存，供下游的工业应用。
经过多次试验和数据检测，本发明所制取的净合成气的主要成份及特性如表1所示。由表1可见，本发明所制取净合成气的CO+H2含量最高可达90％，H2/CO的比值大于或等于1，合成气的热值(LHV)为12.5～13.4MJ/Nm3，冷煤气效率在88％左右，具有良好的商业前景，非常适于生物质气化联合循环发电和制取生物质液体燃料等工业应用。
表1：
  项目  名称   单位   数值
  1  CO   ％(vol)   30～40
  2  H2   ％(vol)   40～50
  3  N2+Ar   ％(vol)   ＜1.0
  4  CO2   ％(vol)   15～20
  5  CH2   ％(vol)   5～6
  6  CnHm   ％(vol)   ＜2
  7  合成气热值(LHV)   MJ/Nm3   12.5～13.4
  8  冷煤气效率   ％   ～88.0

Claims (9)

1.一种生物质低温裂解高温气化工艺，它是利用过热水蒸汽作为氧化剂和能量载体、在不同温度区域内依次对生物质燃料进行低温裂解和高温气化两级处理、最终生成净合成气的过程，其特征在于：该工艺包括如下步骤：
1)将破碎好的生物质燃料投入到裂解炉内，同时向裂解炉内喷入低温过热水蒸汽，使生物质燃料在与低温过热水蒸汽充分接触的过程中发生裂解反应，生成粗合成气和含焦炭灰渣；其中，保持裂解炉内的运行温度为500～650℃、运行压力为105～109Kpa、低温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s、粗合成气在裂解炉内的停留时间为15～20s、粗合成气的引出速度为15～20m/s；
2)对所生成的含焦炭灰渣依次进行冷却降温和分离处理，使其中的焦炭成份分离出来；
3)将所生成的粗合成气和所分离出的焦炭输送到气化炉内，同时向气化炉内喷入高温过热水蒸汽，保持气化炉内的运行温度为1200～1600℃，使粗合成气和焦炭在与高温过热水蒸汽充分接触的过程中发生气化反应，生成初合成气；
4)对所生成的初合成气依次进行冷却降温、清除粉尘、脱除酸性气体和脱水干燥处理，即可获得净合成气。
2.根据权利要求1所述的生物质低温裂解高温气化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，生物质燃料的粒径控制在20mm×20mm以下，生物质燃料中水份的重量含量小于40％。
3.根据权利要求1或2所述的生物质低温裂解高温气化工艺，其特征在于：所述步骤1)中，裂解炉的进料口处设有氮气保护气氛。
4.根据权利要求1或2所述的生物质低温裂解高温气化工艺，其特征在于：所述步骤3)中，保持气化炉内的运行温度为1200～1400℃、运行压力为105～109Kpa、高温过热水蒸汽的喷入速度为35～50m/s、初合成气在气化炉内的停留时间为15～20s、初合成气的引出速度为15～20m/s。
5.根据权利要求1或2所述的生物质低温裂解高温气化工艺，其特征在于：所述步骤4)中，将所生成的初合成气冷却降温至260～320℃。
6.一种为实现权利要求1所述工艺而设计的生物质低温裂解高温气化设备，包括裂解炉(5)和气化炉(9)、低温等离子炬加热器(8)和高温等离子炬加热器(10)、储水箱(17)和输水泵(16)、以及热交换器(11)，其特征在于：
所述储水箱(17)通过输水泵(16)与热交换器(11)的给水输入端相连，所述热交换器(11)的蒸汽输出端同时与低温等离子炬加热器(8)的进汽口和高温等离子炬加热器(10)的进汽口相连，所述低温等离子炬加热器(8)的排汽口与裂解炉(5)的水蒸汽喷嘴相连，所述高温等离子炬加热器(10)的排汽口与气化炉(9)的水蒸汽喷嘴相连；
所述裂解炉(5)的出气口与气化炉(9)的进气口相连，所述裂解炉(5)的排渣口与冷渣器(6)的进渣口相连，所述冷渣器(6)的出渣口与灰炭分离器(7)的进料口相连，所述气化炉(9)的出气口与热交换器(11)的气体输入端相连，所述热交换器(11)的气体输出端依次与除尘器(12)、除酸塔(13)和干燥器(14)串联。
7.根据权利要求6所述的生物质低温裂解高温气化设备，其特征在于：所述裂解炉(5)的进料口处连接有氮气保护装置(4)。
8.根据权利要求6或7所述的生物质低温裂解高温气化设备，其特征在于：所述灰炭分离器(7)的焦炭出口通过焦炭输送机(19)与气化炉(9)的进炭口相连。
9.根据权利要求6或7或所述的生物质低温裂解高温气化设备，其特征在于：所述裂解炉(5)的水蒸汽喷嘴和气化炉(9)的水蒸汽喷嘴沿各自炉体的高度方向布置有2～4层，每层沿圆周方向均匀切向分布。
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