CN102134513A - 等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置 - Google Patents
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Abstract
等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，涉及等离子体煤气化炉设备。装置由气化炉、等离子体喷枪、螺旋推料器和料仓组成，其中：防焦水套和耐火层a的内空间构成气化炉膛，在气化炉膛的前部炉墙上方有合成气通道引出，合成气通道的顶端有合成气出口接出，在气化炉膛的后端炉墙下方有排渣口接出，排渣口通过水封连接到渣池，在气化炉膛的后端设置等离子体喷枪，等离子体喷枪的喷口指向气化炉膛内，在气化炉膛的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器的出料端伸进气化炉膛内。本装置实现等离子体热解水制氢和煤气化联产造气，形成互补，以克服单独技术各自存在的缺点，达到提升合成气品质、节省煤炭损耗和减少温室气体排放。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化装备，特别是涉及到一种等离子体煤气化炉设备。
背景技术
当前，常规煤气化装置中直接把水蒸汽+空气或水蒸汽+氧气作为气化剂送入气化炉，使水蒸汽与煤炭发生造气反应生成合成气，其反应为吸热反应，需要由空气或氧气与炭发生氧化反应为其提供热量，这种气化方式将增加煤炭资源消耗，同时，合成气中产生大量的二氧化碳废气，不仅影响到合成气的品质，而且使后级生产中排放大量的温室气体。
现有的热化学分解水制氢研究中揭示，纯水的热分解避开了“热→功”转换过程，将热能直接转换为氢能，理论转换效率很高，但此反应需吸收大量热能。若压力固定为0.05Par，则温度为2000K时水基本不分解，2500K时可以有25％的水发生分解，2800K时水的分解率可高达55％。在常压条件下热解水的最佳温度为3400～3500K，一般的加热方式难以达到这么高的温度，而使用等离子喷枪则很容易做到。然而，单独使用等离子喷枪热解水制氢时，氢、氧不能及时分离易发生逆反应使得氢收率低，并且存在余热回收难题，造成能量损失，因而不具经济性。
上述的煤气化技术、等离子体热解水制氢技术在单独应用时各存在难予克服的缺点，如把这二种技术结合应用，则可以相互弥补，克服上述缺点。
发明内容
本发明的目的是把等离子体热解水制氢和煤气化结合进行联产造气，形成互补，以克服单独技术各自存在的缺点，从而达到提升合成气品质、节省煤炭损耗和减少温室气体排放。等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的作用是：一.把气化炉内的炭作为吸氧和吸氢元件，及时吸收等离子体热解水产生的分解物，生成一氧化碳和氢气，避免水分解的氢、氧进行逆反应；二.利用煤气化过程中的吸热来回收等离子体热解水制氢的余热，利用水分子的分解物与炭的放热反应为煤原料烘干和热解提供所需的热量，因而不需向气化炉内输入氧气燃炭，减少氧化反应的炭损耗和减少废气；三.反应点的温度高，可以提高气化率，气化率几乎达到100％。本发明的装置以煤为原料进行造气，生产以氢气和一氧化碳为主要成分的合成气，所产合成气作为生产氢气、合成氨、甲醇或二甲醚的原料气应用。
本发明的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，包括气化炉设备，其特征是装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器和料仓(25a)组成，其中：气化炉包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，防焦水套(4)和耐火层a(15)的内空间构成气化炉膛(13)，气化炉膛(13)呈卧式结构，耐火层a(15)为气化炉膛(13)的前部分炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)的后部分炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有合成气通道(16)引出，合成气通道(16)的顶端有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器包括螺旋壳体(18a)和螺旋轴(19)，螺旋轴(19)前部的螺旋推料头在螺旋壳体(18a)内，螺旋壳体(18a)的出料端从气化炉膛(13)的前端伸进气化炉膛(13)内；料仓(25a)连接在螺旋壳体(18a)的上方。本装置在运行时，气化炉膛后端的温度为1300～1600℃，通过合成气的流动，使温度由后端向前端分布，气化炉膛前部分耐火层炉墙具有蓄热作用，可以使煤炭获得气化所需的热量，气化炉膛后部分的防焦水套(4)具有降低炉墙表面温度的作用，防止煤炭结焦与炉墙粘结。本装置中的螺旋推料器由螺旋壳体(18a)、螺旋轴(19)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，其中：螺旋轴(19)前部的螺旋推料头在螺旋壳体(18a)内，螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴箱(21)，再通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动。为了使气化炉内空间与外界隔离，本装置在料仓(25a)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在料仓(25a)顶部的壳体(26)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀，在进料时，通过轮流操作料钟a(35-4)、料钟b(35-5)开启和关闭，使炉内空间与外界隔离。
本发明的另一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器组成，其中：气化炉包括预热仓(25b)和气化炉膛(13)，预热仓(25b)为立式结构，预热仓(25b)的炉墙由内而外为耐火层b(31)、保温层b(30)和外壳b(29)，耐火层b(31)中有管腔(28)，下部的耐火层b(31)中有环形分气室(27)，上部的耐火层b(31)中有环形集气室(33)，环形分气室(27)和环形集气室(33)之间通过管腔(28)进行连通；气化炉膛(13)为卧式结构，气化炉膛(13)的炉墙包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，耐火层a(15)为气化炉膛(13)前部和中部的炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)后部分的炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有进料口，预热仓(25b)通过进料口连通到气化炉膛(13)；在气化炉膛(13)的中部炉墙上方有出气口，气化炉膛(13)的出气口通过合成气通道(16)连通到预热仓(25b)下部的环形分气室(27)，环形分气室(27)通过管腔(28)连通到环形集气室(33)，环形集气室(33)有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器的螺旋推料头伸进气化炉膛(13)的前部。本装置中预热仓(25b)的作用是利用合成气的余热来加热进炉原料，以降低气化炉的能耗，运行时，气化炉膛后端的温度为1300～1600℃，通过合成气的流动，使温度由后端向前端分布，高温的合成气在通过预热仓(25b)耐火层炉墙中的管腔(28)时，把热量传递给了耐火层b(31)，耐火层b(31)具有蓄热和辐射红外热能的作用，耐火层b(31)以辐射传热的方式，使预热仓(25b)内的原料受热升温；气化炉膛前部分耐火层炉墙具有蓄热作用，可以使煤炭获得气化所需的热量，气化炉膛后部分的防焦水套(4)具有降低炉墙表面温度的作用，防止煤炭结焦与炉墙粘结。为了使螺旋推料头的作用区的炉墙不易损坏，本装置在气化炉膛(13)前部的耐火层内壁上有钢护套(18b)。本装置的螺旋推料器由螺旋轴(19)、轴封(20)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，其中：螺旋轴(19)的前部为螺旋推料头，后部为轴杆；螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴封连接到轴箱(21)，轴杆穿过轴箱(21)通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动；螺旋推料器的轴封(20)连接到气化炉的气化炉膛(13)前端上，具体实施时，在轴封(20)的填料盒内加入石棉密封材料，防止炉内的合成气泄漏。为了更好地利用合成气余热来加热入炉的原料，在预热仓(25b)耐火层中的管腔(28)为多管腔方式，管腔(28)均匀分布在耐火层b(31)中。为了使气化炉内空间与外界隔离，本装置在预热仓(25b)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在预热仓(25b)顶部的外壳b(29)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀，在进料时，通过轮流操作料钟a(35-4)、料钟b(35-5)的开启和关闭，使炉内空间与外界隔离。为了使原料在预热时蒸发出来的水蒸汽傍路到合成气出口，以减少水蒸汽对气化炉膛(13)前部的温度影响，在预热仓(25b)的顶部有水蒸汽出口(36)接出，在合成气出口有水蒸汽进口(39)接入，水蒸汽出口(36)通过S形连接管(37)连接到水蒸汽进口(39)，S形连接管(37)具有气体隔离作用，当S形连接管(37)内充满水蒸汽时，其下部的弯管部分可以阻止比重小于水蒸汽的氢气进入预热仓(25b)，其上部的弯管部分可以阻止比重大于水蒸汽的一氧化碳进入预热仓(25b)，而预热仓(25b)内的水蒸汽则很容易进入合成气管道，傍路到合成气出口的水蒸汽起到使高温的合成气降温作用，然后在后级的一氧化碳变换器中作变换剂使用。本装置在防焦水套(4)的高位有回水出口(1)接出，在防焦水套(4)的低位有水套的进水接口(8)接入；在气化炉膛(13)的后部炉墙上有水蒸汽喷嘴(5)接入；在气化炉的外围设置汽水分离器(40)，防焦水套(4)的回水出口(1)连接到汽水分离器(40)的回水进口(40-5)，汽水分离器(40)的出水口(40-8)连接到防焦水套(4)的进水接口(8)，汽水分离器(40)的蒸汽出口(40-4)通过蒸汽阀(40-3)连接到气化炉膛(13)的水蒸汽喷嘴(5)，装置运行时，防焦水套(4)吸收了气化炉膛(13)热量使水套内的水升温并部分汽化，汽水混合物在汽水分离器(40)中进行分离，分离出的水返回到防焦水套(4)内进行循环利用，分离出的水蒸汽通过水蒸汽喷嘴(5)进入气化炉膛(13)的后部作为气化剂利用，使被防焦水套(4)移去的热能返回到气化炉膛(13)内，不会有能量损失。
上述的装置在运行时，煤块原料从预热仓(25b)或料仓(25a)顶部的进料器(35)进入到预热仓(25b)或料仓(25a)，再由螺旋推料器送入气化炉膛(13)内，原料由前端向后端运行，在气化炉膛(13)前部的煤块进行干馏和热解逸出挥发成分，煤块逸出挥发成分后成为焦炭进入到气化炉膛(13)的后部完成气化，熔渣从排渣口(10)排入水封式渣池；把水或水蒸汽通过等离子体喷枪(6)加热到4000℃以上，使水分子分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团的活性化学物，喷入气化炉膛(13)的后部作气化剂利用，与焦炭进行化学反应生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，气化炉膛(13)后部产生的合成气向前部运行，与挥发成分混合后从合成气通道(16)引出气化炉膛(13)；等离子体喷枪喷入气化炉膛(13)的气化剂还兼作载热元件，携带等离子体喷枪产生的热量进入气化炉膛(13)，为气化炉提供热量。具体实施时，控制气化炉膛(13)的温度在1000～1600℃之间，其中，气化炉膛后端的温度为1300～1600℃，通过合成气的流动，使温度由后端向前端分布。在气化炉膛(13)内的后部，等离子体喷枪(6)分解水的活性化学物与炭进行化学反应的反应式如下：
C(s)+4H*＝CH4+87.7kj
C(s)+O*＝CO+251.7kj
C(s)+2O*＝CO2+503.4kj
C(s)+O2 *＝CO2+503.4kj
C(s)+2H2 *＝CH4+87.7kj
……×
上述的反应式中，几乎全是放热反应。同时，气化炉膛(13)内还有C(s)+CO2＝2CO-172.2kj的还原反应、C(s)+H2O(g)＝CO+H2-131.2kj的造气反应及原料烘干和热解，这些都是吸热过程，上述放热反应所产生的热量提供给气化炉膛(13)的还原反应、造气反应、原料烘干和热解所需，不需向气化炉内输入空气或氧气助燃就能使炉内的气化连续进行，并且反应点的温度达到5500℃以上，使得煤焦炭非常容易完全气化，气化率几乎高达100％，减少煤炭资源的消耗，气化炉内产生的废气量少，因此，合成气的品质高，合成气中氢的分数比例高，非常有利后级生产。
上述装置生产的合成气通过后级除尘、脱硫净化和一氧化碳变换操作后，可作为生产氢气、合成氨或甲醇、二甲醚的原料气应用。
上述的装置在甲醇生产线上应用时，生产每吨甲醇的等离子体喷枪耗电为678kw·h左右，耗煤为775kg左右，比常规技术减少耗煤725kg左右，目前的发电技术达到每kw·h的发电煤耗为345g，所减少的耗煤可发电2100kw·h，具有非常好的性价比。同理，在生产氢气、合成氨、甲醇或二甲醚的生产线上应用时，也具有非常好的性价比。
本发明的有益效果是：把等离子体热解水制氢和煤气化结合进行联产造气，形成互补，以克服单独技术各自存在的缺点，与常规煤气化技术相比，可以减少煤炭资源消耗和减排温室气体，在能量转化率和经济效益这二方面都有非常好的性价比。
附图说明
图1是本发明的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气装置的结构图；
图2是本发明的一种有预热仓的等离子体热解水制氢和煤气化联产造气装置的结构图；
图3是本发明的另一种有预热仓的等离子体热解水制氢和煤气化联产造气装置的结构图；
图4是图2或图3中A-A剖面图；
图5是图2或图3中B-B剖面图。
图中：1.回水出口，2.外壳a，3.保温层a，4.防焦水套，5.水蒸汽喷嘴，6.等离子体喷枪，6-1.冷却水接口，6-2.水/工作气接口，7.观火镜，8.进水接口，9.温度传感器b，10.排渣口，11.水封，12.料位传感器，13.气化炉膛，14.炉基，15.耐火层a，16.合成气通道，17.温度传感器a，18a.螺旋壳体，18b.钢护套，19.螺旋轴，20.轴封，20-1.填料，20-2.填料盒盖，21.轴箱，22.联轴器，23.螺旋推料器基座，24.减速箱，25a.料仓，25b.预热仓，26.料仓壳体，27.环形分气室，28.管腔，29.外壳b，30.保温层b，31.耐火层b，32.低料位传感器，33.环形集气室，34.高料位传感器，35.进料器，35-1.料斗b，352.料斗a，35-3.料钟驱动连杆，35-4.料钟a，35-5.料钟b，36.水蒸汽出口，37.S形连接管，38.合成气出口，39.水蒸汽进口，40.汽/水分离器，40-1.压力表，40-2.安全阀，40-3.蒸汽阀，40-4.蒸汽出口，40-5.回水进口，40-6.水位计，40-7.补水接口，40-8.出水口，40-9.排污接口。
具体实施方式
实施例1 图1所示的实施方式中，等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器和料仓(25a)组成，其中：气化炉包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，防焦水套(4)和耐火层a(15)的内空间构成气化炉膛(13)，气化炉膛(13)呈卧式结构，耐火层a(15)为气化炉膛(13)的前部分炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)的后部分炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有合成气通道(16)引出，合成气通道(16)的顶端有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器由螺旋壳体(18a)、螺旋轴(19)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，其中：螺旋轴(19)前部的螺旋推料头在螺旋壳体(18a)内，螺旋壳体(18a)的出料端从气化炉膛(13)的前端伸进气化炉膛(13)内，料仓(25a)连接在螺旋壳体(18a)的上方，螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴箱(21)，再通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动；在料仓(25a)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在料仓(25a)顶部的壳体(26)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀，在进料时，通过轮流操作料钟a(35-4)、料钟b(35-5)开启和关闭，使炉内空间与外界隔离；防焦水套(4)的低位有进水接口(8)连接到供水系统，防焦水套(4)的高位有回水出口(1)连接到装置后级的余热锅炉。本实施例中，耐火层a(15)用矾土水泥混凝土浇筑，保温层a(2)选用硅酸铝耐火纤维材料，外壳a(2)选用钢板材料；等离子体喷枪(6)以转移弧方式工作，等离子体喷枪(6)的阴极电源线连接件分别连接到电源控制器主电源的负极和引弧高频电源的负极，阳极上的电源接线端分别连接到电源控制器主电源的正极和引弧高频电源的正极，在等离子体喷枪(6)上有冷却水接口(6-1)、水/工作气接口(6-2)，冷却水接口(6-1)和水/工作气接口(6-2)分别通过一段50cm长度的陶瓷管连接到供水系统和供汽系统；设备启动时，先用水蒸汽作为等离子体喷枪启动时的工作气，拉出电弧正常工作后，再用水替代水蒸汽分二路进入等离子体喷枪。本实施例在运行时，煤块原料从料仓(25a)顶部的进料器(35)进入到料仓(25a)，再由螺旋推料器送入气化炉膛(13)内，原料由前端向后端运行，在气化炉膛(13)前部的煤块进行干馏和热解逸出挥发成分，煤块逸出挥发成分后成为焦炭进入到气化炉膛(13)的后部完成气化，熔渣从排渣口(10)排入水封式渣池；同时，把水或水蒸汽通过等离子体喷枪(6)加热到4000℃以上，使水分子分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团的活性化学物，喷入气化炉膛(13)的后部作气化剂利用，与焦炭进行化学反应生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，气化炉膛(13)后部产生的合成气向前部运行，与挥发成分混合后经气化炉膛(13)的出气口、合成气通道(16)引出气化炉；等离子体喷枪喷入气化炉膛(13)的气化剂还兼作载热元件，携带等离子体喷枪产生的热量进入气化炉膛(13)，为气化炉提供热量；气化炉膛后端的温度为1300～1600℃，通过合成气的流动，使温度由后端向前端分布，气化炉膛前端的温度为1000℃左右。本实施例装置的后级有余热锅炉，用来回收合成气的余热，进行综合利用。本实施例作为合成氨生产线上的煤气化造气装置，生产以一氧化碳和氢气为主要成分的富氢合成气，从气化炉的合成气出口(38)引出的富氢合成气通过后级除尘、脱硫净化、一氧化碳变换操作后，送入合成氨反应器生产氨，生产每吨氨的等离子体喷枪耗电为638kw·h左右，耗煤为730kg左右，比常规技术减少耗煤570kg左右。本实施例还可作为生产氢气或甲醇、二甲醚生产线的造气装置。
实施例2 图2所示的实施方式中，等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器组成，其中：气化炉包括预热仓(25b)和气化炉膛(13)，预热仓(25b)为立式结构，预热仓(25b)的炉墙由内而外为耐火层b(31)、保温层b(30)和外壳b(29)，耐火层b(31)中有管腔(28)，12根管腔均匀分布在耐火层b(31)中，下部的耐火层b(31)中有环形分气室(27)，上部的耐火层b(31)中有环形集气室(33)，环形分气室(27)和环形集气室(33)之间通过管腔(28)进行连通；气化炉膛(13)为卧式结构，气化炉膛(13)的炉墙包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，耐火层a(15)为气化炉膛(13)的前部和中部炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)的后部分炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)前部的耐火层内壁上有钢护套(18b)，在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有进料口，预热仓(25b)通过进料口连通到气化炉膛(13)；在预热仓(25b)的顶部有水蒸汽出口(36)接出，在合成气出口有水蒸汽进口(39)接入，水蒸汽出口(36)通过S形连接管(37)连接到水蒸汽进口(39)，把水蒸汽傍路到合成气出口，以减少水蒸汽对气化炉膛(13)前部的温度影响，傍路到合成气出口的水蒸汽起到使高温的合成气降温作用，然后在后级的一氧化碳变换器中作变换剂使用；在气化炉膛(13)的中部炉墙上方有出气口，气化炉膛(13)的出气口通过合成气通道(16)连通到预热仓(25b)耐火层下部的环形分气室(27)，环形分气室(27)通过管腔(28)连通到环形集气室(33)，环形集气室(33)有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器由螺旋轴(19)、轴封(20)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，螺旋轴(19)的前部为螺旋推料头，后部为轴杆；螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴封(20)连接到轴箱(21)，在轴封(20)的填料盒内加入石棉密封材料，轴杆又穿过轴箱(21)通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动；螺旋推料器的轴封(20)连接到气化炉的气化炉膛(13)前端，螺旋推料器的螺旋推料头伸进气化炉膛(13)的前部；在预热仓(25b)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在预热仓(25b)顶部的外壳b(29)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀，通过轮流操作料钟a(35-4)、料钟b(35-5)，实现在进料时使炉内空间与外界隔离；在防焦水套(4)的高位有回水出口(1)连接到装置后级的余热锅炉，在防焦水套(4)的低位有水套的进水接口(8)连接到供水系统。本实施例中，耐火层用矾土水泥混凝土浇筑，保温层选用硅酸铝耐火纤维材料，外壳选用钢板材料；等离子体喷枪(6)以转移弧方式工作，等离子体喷枪(6)的阴极电源线连接件分别连接到电源控制器主电源的负极和引弧高频电源的负极，阳极上的电源接线端分别连接到电源控制器主电源的正极和引弧高频电源的正极，在等离子体喷枪(6)有冷却水接口(6-1)、水/工作气接口(6-2)，冷却水接口(6-1)和水/工作气接口(6-2)分别通过一段50cm长度的陶瓷管连接到供水系统和供汽系统；设备启动时，先用水蒸汽作为等离子体喷枪启动时的工作气，拉出电弧正常工作后，再用水替代水蒸汽分二路进入等离子体喷枪。本实施例运行时：煤块原料从预热仓(25b)顶部的进料器(35)进入到预热仓(25b)内，经预热和逸出水蒸汽后，再由螺旋推料器送入气化炉膛(13)内，原料由前端向后端运行，在气化炉膛(13)中部的煤块进行热解逸出挥发成分，煤块逸出挥发成分后成为焦炭进入到气化炉膛(13)的后部完成气化，熔渣从排渣口(10)排入水封式渣池；把水或水蒸汽通过等离子体喷枪(6)加热到4000℃以上，使水分子分解为氢气、氢、氧气、氧和氢氧原子团的活性化学物，喷入气化炉膛(13)的后部作气化剂利用，与焦炭进行化学反应生成以一氧化碳和氢气为主要成分的合成气，气化炉膛(13)后部产生的合成气向前部运行，与挥发成分混合后经气化炉膛(13)的出气口、合成气通道(16)引出气化炉膛(13)；等离子体喷枪喷入气化炉膛(13)的气化剂还兼作载热元件，携带等离子体喷枪产生的热量进入气化炉膛(13)，为气化炉提供热量；控制气化炉膛(13)的温度在1000～1600℃之间，其中，气化炉膛后端的温度为1300～1600℃，通过合成气的流动，使温度由后端向前端分布，气化炉膛前部分耐火层炉墙具有蓄热作用，可以使煤炭获得气化所需的热量；气化炉膛(13)内产生的高温合成气由合成气通道(16)引入到预热仓(25b)耐火层下部的环形分气室(27)，然后通过管腔(28)进入到环形集气室(33)，再由合成气出口(38)引出气化炉进入后级工序；高温合成气在通过预热仓(25b)耐火层炉墙中的管腔(28)时，把热量传递给了耐火层b(31)，耐火层b(31)具有蓄热和辐射红外热能的作用，耐火层b(31)以辐射传热的方式，使预热仓(25b)内的原料受热升温。本实施例装置的后级有余热锅炉，用来回收合成气的余热，进行综合利用。本实施例作为煤制甲醇生产线上的造气装置，从气化炉的合成气出口(38)引出的合成气通过后级除尘、脱硫净化和一氧化碳变换操作后，送入甲醇合成反应器生产甲醇，生产每吨甲醇的等离子体喷枪耗电为678kw·h左右，耗煤为775kg左右，比常规技术减少耗煤725kg左右。本实施例还可作为生产氢气或合成氨、二甲醚生产线的造气装置。
实施例3 图3所示的实施方式中，等离子体热解水制氢和煤气化联产造气装置的结构与第2实施例相同，不同之处在于：气化炉膛(13)的后部炉墙上有水蒸汽喷嘴(5)接入；在气化炉的外围设置汽水分离器(40)，在汽水分离器(40)中位的一侧有回水进口(40-5)，在汽水分离器(40)中位的另一侧有水位计(40-6)，汽水分离器(40)低位的一侧有出水口(40-8)，在汽水分离器(40)低位的另一侧有补水接口(40-7)，在汽水分离器(40)的顶部有压力表(40-1)、安全阀(40-2)和水蒸汽出口(40-4)，在汽水分离器(40)的底部有排污接口(40-9)；防焦水套(4)的回水出口(1)连接到汽水分离器(40)的回水进口(40-5)，汽水分离器(40)的出水口(40-8)连接到防焦水套(4)的进水接口(8)，汽水分离器(40)的蒸汽出口(40-4)通过蒸汽阀(40-3)连接到气化炉膛(13)的水蒸汽喷嘴(5)；本实施例使防焦水套(4)吸收气化炉膛(13)的热量产生的汽水混合物在汽水分离器(40)中进行分离，分离出的水返回到防焦水套(4)内进行循环利用，分离出的水蒸汽通过水蒸汽喷嘴(5)进入气化炉膛(13)的后部作为气化剂利用，使被防焦水套(4)移去的热能返回到气化炉膛(13)内，不会有能量损失。
上述的实施例中，为了便于操作和控制，在气化炉膛(13)的后部有观火镜(7)、温度传感器b(9)和料位传感器(12)，在气化炉膛(13)的前部或中部有温度传感器a(17)，在料仓(25a)或预热仓(25b)上有低料位传感器(32)和高料位传感器(34)。
Claims (10)
1.一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，包括气化炉设备，其特征是装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器和料仓(25a)组成，其中：气化炉包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，防焦水套(4)和耐火层a(15)的内空间构成气化炉膛(13)，气化炉膛(13)呈卧式结构，耐火层a(15)为气化炉膛(13)的前部分炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)的后部分炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有合成气通道(16)引出，合成气通道(16)的顶端有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器包括螺旋壳体(18a)和螺旋轴(19)，螺旋轴(19)前部的螺旋推料头在螺旋壳体(18a)内，螺旋壳体(18a)的出料端从气化炉膛(13)的前端伸进气化炉膛(13)内；料仓(25a)连接在螺旋壳体(18a)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是螺旋推料器由螺旋壳体(18a)、螺旋轴(19)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，其中：螺旋轴(19)前部的螺旋推料头在螺旋壳体(18a)内，螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴箱(21)，再通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是在料仓(25a)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在料仓(25a)顶部的壳体(26)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀。
4.一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是装置由气化炉、等离子体喷枪(6)、螺旋推料器组成，其中：气化炉包括预热仓(25b)和气化炉膛(13)，预热仓(25b)为立式结构，预热仓(25b)的炉墙由内而外为耐火层b(31)、保温层b(30)和外壳b(29)，耐火层b(31)中有管腔(28)，下部的耐火层b(31)中有环形分气室(27)，上部的耐火层b(31)中有环形集气室(33)，环形分气室(27)和环形集气室(33)之间通过管腔(28)进行连通；气化炉膛(13)为卧式结构，气化炉膛(13)的炉墙包括防焦水套(4)、耐火层a(15)、保温层a(3)和外壳a(2)，耐火层a(15)为气化炉膛(13)前部和中部的炉墙，防焦水套(4)为气化炉膛(13)的后部分炉墙，耐火层a(15)和防焦水套(4)的外层是保温层a(3)，保温层a(3)的外层是外壳a(2)；在气化炉膛(13)的前部炉墙上方有进料口，预热仓(25b)通过进料口连通到气化炉膛(13)；在气化炉膛(13)的中部炉墙上方有出气口，气化炉膛(13)的出气口通过合成气通道(16)连通到预热仓(25b)下部的环形分气室(27)，环形分气室(27)通过管腔(28)连通到环形集气室(33)，环形集气室(33)有合成气出口(38)接出；在气化炉膛(13)的后端炉墙下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通过水封(11)连接到渣池；在气化炉膛(13)的后端设置等离子体喷枪(6)，等离子体喷枪(6)的喷口指向气化炉膛(13)内；在气化炉膛(13)的前面设置螺旋推料器，螺旋推料器的螺旋推料头伸进气化炉膛(13)的前部。
5.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是在气化炉膛(13)前部的耐火层内壁上有钢护套(18b)。
6.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是螺旋推料器由螺旋轴(19)、轴封(20)、轴箱(21)和减速箱(24)组成，其中：螺旋轴(19)的前部为螺旋推料头，后部为轴杆；螺旋轴(19)后部的轴杆穿过轴封连接到轴箱(21)，轴杆穿过轴箱(21)通过联轴器(22)与减速箱(24)的从动轴进行连接，减速箱(24)的主动轴由电机驱动；螺旋推料器的轴封(20)连接到气化炉的气化炉膛(13)前端上。
7.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是预热仓(25b)耐火层中的管腔(28)为多管腔方式，管腔(28)均匀分布在耐火层b(31)中。
8.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是在预热仓(25b)的顶部有进料器(35)，进料器(35)包括料斗a(35-2)、料钟a(35-4)、料斗b(35-1)和料钟b(35-5)，料斗a(35-2)连接在料斗b(35-1)的上方，料斗b(35-1)连接在预热仓(25b)顶部的外壳b(29)上，料钟a(35-4)为料斗a(35-2)的出料阀，料钟b(35-5)为料斗b(35-1)的出料阀。
9.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是在预热仓(25b)的顶部有水蒸汽出口(36)接出，在合成气出口有水蒸汽进口(39)接入，水蒸汽出口(36)通过S形连接管(37)连接到水蒸汽进口(39)。
10.根据权利要求4所述的一种等离子体热解水制氢和煤气化联产造气的装置，其特征是在防焦水套(4)的高位有回水出口(1)接出，在防焦水套(4)的低位有水套的进水接口(8)接入；在气化炉膛(13)的后部炉墙上有水蒸汽喷嘴(5)接入；在气化炉的外围设置汽水分离器(40)，防焦水套(4)的回水出口(1)连接到汽水分离器(40)的回水进口(40-5)，汽水分离器(40)的出水口(40-8)连接到防焦水套(4)的进水接口(8)，汽水分离器(40)的蒸汽出口(40-4)通过蒸汽阀(40-3)连接到气化炉膛(13)的水蒸汽喷嘴(5)。
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