CN102933695B - 气化炉原料供给装置 - Google Patents

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Abstract

在该气化炉原料供给装置中，通过螺杆轴（27）的喷嘴（42）从螺杆送料器（28）的原料供给方向下游（B）侧的端部朝向形成在流动层气化炉（1）中的流动层（4）喷射保护用气体（36）。此外，通过设在流动层气化炉（1）的炉壁（23）上的喷嘴（37），从螺杆送料器（28）的原料供给方向下游（B）侧的端部的周围朝向流动层（4）喷射保护用气体（36）。结果，防止螺杆轴（27）的原料供给方向下游（B）侧的端部暴露在作为流动层（4）的要素的流动介质中，能够抑制螺杆的前端部分的磨损。

Description

气化炉原料供给装置
技术领域
本发明涉及气化炉原料供给装置。 
本申请基于2010年6月16日在日本提出申请的特愿2010－136949号主张优先权，这里引用其内容。 
背景技术
在双塔式气化炉的流动层气化炉中，通过从下部吹入的水蒸汽使高温的流动介质（硅砂、石灰石等）流动化而形成流动层，在该状态下向流动层上部的自由空间供给煤、生物物质等固体原料。通过该固体原料的可燃性的气化气体（H2、CO、烃）和未燃固态成分，将固体原料热分解，未燃固态成分的一部分与水蒸汽、或从固体原料自身蒸发的水分进行水煤气化反应，生成可燃性的气化气体（H2、CO），CO的一部分与水蒸汽反应，生成CO2和H2O。 
例如在专利文献1中公开了用来向上述流动层气化炉供给固体原料的装置。在该原料供给装置中，将固体原料通过螺杆送料器向形成在流动层气化炉中的流动层的内部供给，使固体原料充分地与高温的流动介质及水蒸汽接触。 
专利文献1：特开2009－215426号公报。 
发明内容
但是，在专利文献1所公开的原料供给装置中，由于作为螺杆送料器的构成要素的螺杆轴（在旋转轴的外周面上以螺旋状安装有推出叶片的结构）的前端（原料供给方向下游端）被暴露在流动介质中，所以螺杆轴的前端部分在短期间中磨损。 
本发明是鉴于上述实际情况而做出的，目的是提供一种能够抑制螺杆的前端部分的磨损的气化炉原料供给装置。 
为了达到上述目的，有关发明的第1发明是一种气化炉原料供给装置，所述气化炉原料供给装置具有在筒状的壳体中插入了螺杆轴的螺杆送料器，在流动层气化炉的炉壁上安装上述螺杆送料器的壳体的原料供给方向下游端，通过螺杆送料器将固体原料向形成在流动层气化炉中的流动层的内部供给，在该气化炉原料供给装置中具备气体喷射机构，所述气体喷射机构从炉壁侧朝向上述流动层的螺杆送料器前方部位喷射保护用气体。 
有关本发明的第2发明，在上述第1发明的气化炉燃料供给装置中，使气体喷射机构为设在流动层气化炉的炉壁上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的周围朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴。在此情况下，通过设在流动层气化炉的炉壁上的喷嘴，从螺杆送料器的原料供给方向下游端的周围朝向形成在流动层气化炉中的流动层喷射保护用气体，防止螺杆轴的原料供给方向下游端暴露在作为流动层的要素的流动介质中。因此，螺杆轴的原料供给方向下游端不会在短期间中磨损，使螺杆轴的供使用期间延长。 
有关本发明的第3发明，在上述第1发明的气化炉原料供给装置中，使气体喷射机构为设在螺杆轴的原料供给方向下游端上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的中央朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴。在此情况下，通过设在螺杆轴上的喷嘴，从螺杆送料器的原料供给方向下游端的中央朝向形成在流动层气化炉上的流动层喷射保护用气体，防止螺杆轴的原料供给方向下游端暴露在作为流动层的要素的流动介质中。因此，螺杆轴的原料供给方向下游端不会在短期间中磨损，使螺杆轴的供用期间延长。 
有关本发明的第4发明，在上述第1发明的气化炉原料供给装置中，使气体喷射机构为设在流动层气化炉的炉壁上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的周围朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴、以及设在螺杆轴的原料供给方向下游端上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的中央朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴。 
有关本发明的第5发明，在上述第3、4的任一项发明的气化炉原料供给装置中，将螺杆轴做成中空构造，在螺杆轴的原料供给方向上游端上设有开口，在壳体的原料供给方向上游端上设置经由上述开口向螺杆轴内供送保护用气体的气体供给管，由此能够经由螺杆轴从设在螺杆轴的原料供给方向下游端上的喷嘴朝向上述流动层喷射保护用气体。 
有关本发明的第6发明，在上述第1～5的任一项发明的气化炉原料供给装置中，使壳体的原料供给方向下游侧的内径朝向流动层气化炉逐渐缩小。在此情况下，在壳体的内径逐渐缩小的部位，固体原料的填充率提高，材料密封提高，所以能够抑制水蒸汽及气化气体等从流动层气化炉朝向螺杆送料器逆流。 
在本发明的气化炉原料供给装置中，通过气体喷射机构，从炉壁侧朝向流动层的螺杆送料器前方部位喷射保护用气体，防止螺杆轴的原料供给方向下游端暴露在作为流动层的要素的流动介质中。结果，能够起到螺杆轴的原料供给方向下游端不会在短期间中磨损、使螺杆轴的供使用期间延长的优良的作用效果。 
附图说明
图1是表示本发明的气化炉原料供给装置的第1例的概念图。 
图2是表示本发明的气化炉原料供给装置的第2例的概念图。 
图3是图2的喷嘴的放大图。 
图4是表示本发明的气化炉原料供给装置的第3例的概念图。 
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。 
在图1中表示本发明的气化炉原料供给装置的第1例。该气化炉原料供给装置的应用对象是形成流动层4的流动层气化炉1，所述流动层4通过从下部供给的水蒸汽（气化剂）使流动介质（硅砂、石灰石等）流动。流动层气化炉1的炉壁23由作为构造部件的钢板24、和设置在钢板24的内侧的耐火材25构成。 
气化炉原料供给装置具有在筒状的壳体26中可旋转地插入螺杆轴27的螺杆送料器28。螺杆轴27在旋转轴29的外周面上以螺旋状安装着推出叶片30，在螺杆轴27的原料供给方向上游A侧的端部上设有传动轴31，以使其向壳体26的外方突出。 
在传动轴31上连结电动马达32的驱动轴32a，如果使电动马达32动作，则螺杆轴27旋转。壳体26的原料供给方向上游A侧的端部为内径比插入着螺杆轴27的部分小的轴封部26a，在轴封部26a的内周面与面对它的传动轴31的外周面之间，夹装着作为密封部件的多条压盖填料33。 
在壳体26上，在位于螺杆轴27的原料供给方向上游A侧的端部的上方侧的部位上设有原料供给口34，设置有用来将固体原料5（煤、生物物质）向壳体26内导入的料斗35，以使其对应于上述原料供给口34。 
进而，壳体26的原料供给方向下游B侧的端部将炉壁23的钢板24和耐火材25沿着厚度方向贯通。其端部焊接在上述钢板24上，以使其与形成在流动层气化炉1中的流动层4相对，保持流动层气化炉1的气密性。 
图1所示的气化炉原料供给装置的特征部分是以下的两点。 
（1）在炉壁23上设有从壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的周围朝向上述流动层4喷射保护用气体36的多个喷嘴37，以使其将壳体26的原料供给方向下游B侧的端部包围。 
（2）使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小。 
各个喷嘴37是将炉壁23的钢板24和耐火材25在厚度方向上贯通的管状的部件，焊接在钢板24上，保持流动层气化炉1的气密性。这些喷嘴37的前端部分如图1中用附图标记37A表示那样弯曲，以使其朝向螺杆轴27的延长方向的一点。此外，这些喷嘴37的前端在耐火材25的内壁上开口。 
在各喷嘴37上，经由气体供给管38连接着气体源（未图示），被供送作为保护用气体36的水蒸汽或CO2。将水蒸汽或CO2作为保护用气体36的理由是基于，向流动层气化炉1供给的气化剂是水蒸汽，CO2由流动层气化炉1生成（参照段落0003）。 
接着，说明图1所示的气化炉原料供给装置的动作。在流动层气化炉1的工作时，由电动马达32使螺杆轴27旋转，通过螺杆轴27的推出叶片30将从料斗35经过原料供给口34向壳体26内滑落来的固体原料5朝向流动层气化炉1推压，将固体原料5向形成在流动层气化炉1中的流动层4的内部供给。 
与此同时，如果将蓄压在气体源中的保护用气体36向气体供给管38供送，则从壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的周围的各喷嘴37朝向流动层4喷射保护用气体36。从各喷嘴37喷射的保护用气体36防止螺杆轴27的原料供给方向下游B侧端部暴露在作为流动层4的要素的流动介质中（硅砂、石灰石）中。由此，抑制螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部、特别是推出叶片30在短期间中磨损，使螺杆轴27的供使用期间延长。 
此外，由于各个喷嘴37由管状的部件构成，所以即使在耐火材25的内壁上开口的喷嘴37的前端通过与流动介质的接触而磨损，从各喷嘴37喷射的保护用气体36的喷射面积也不变化。因而，能够将来自喷嘴37的保护用气体36的喷射量不论喷嘴37的磨损如何都均匀地维持，并且能够将伴随着磨损的喷嘴37彼此的喷射量的差抑制为最小。即，不易受到喷嘴37的磨损给喷嘴37的功能带来的影响。 
此外，喷嘴37的前端部分如附图标记37A所示那样弯曲以使其朝向螺杆轴27的延长方向的一点，所以加上喷嘴37呈管状，能够将保护用气体36朝向喷嘴37的前端部分指向的流动层4的特定部位集中地喷射。结果，能够将朝向螺杆送料器28的前方部位的保护用气体36的喷射高效率地进行。 
此外，由于使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小，所以该部位处的固体原料5的填充率提高，材料密封提高。结果，抑制水蒸汽及气化气体等（参照段落0003）在壳体26内朝向原料供给方向上游A侧逆流。 
图2表示本发明的气化炉原料供给装置的第2例，图中，带有与图1相同的附图标记的部分表示相同的物体。 
气化炉原料供给装置具有在筒状的壳体26中可旋转地插入螺杆轴27的螺杆送料器28。螺杆轴27在做成中空构造的旋转轴29的外周面上以螺旋状安装推出叶片30而构成。此外，在旋转轴29的原料供给方向上游A侧的端部的外周面上没有安装推出叶片30。进而，在螺杆轴27的原料供给方向上游A侧的端部上设有传动轴31，以使其朝向壳体26的外方突出。 
在传动轴31上连结着电动马达32的驱动轴32a，如果使电动马达32动作，则上述螺杆轴27旋转。壳体26的原料供给方向上游A侧的端部为内径比插入着螺杆轴27的部分小的轴封部26a。此外，在轴封部26a的内周面与面对它的传动轴31的外周面之间，夹装有作为密封部件的多条压盖填料33。在壳体26中，从周向外方包围旋转轴29的原料供给方向上游A侧的端部外周面（没有推出叶片30的部位）的部分为内径比从周向外方包围旋转轴29的有推出叶片30的部位的部分小、内径比上述轴封部26a大的轴封部26b。此外，在轴封部26b的内周面与面对它的旋转轴29的外周面之间，夹装着作为密封部件的多条压盖填料39。 
图2所示的气化炉原料供给装置的特征部分是以下的3点。 
（1）在螺杆轴27中使用中空构造的旋转轴29，在旋转轴29的原料供给方向上游A侧的端面上设有开口40，在壳体26的轴封部26a的原料供给方向上游A侧的端面上设有用来经由开口40向螺杆轴27内供送保护用气体36的气体供给管41。 
（2）在旋转轴29的原料供给方向下游B侧的端面中央部设有从螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部中央朝向流动层4喷射保护用气体36的喷嘴42。 
（3）使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小。 
气体供给管41将壳体26的轴封部26b的原料供给方向上游A侧的端面在原料供给方向上贯通，并焊接在轴封部26b上。 
在各气体供给管41上连接着气体源（未图示），被供送作为保护用气体36的水蒸汽或CO2。将水蒸汽或CO2作为保护用气体36的理由是基于，向流动层气化炉1供给的气化剂是水蒸汽，CO2由流动层气化炉1生成（参照段落0003）。 
喷嘴42将旋转轴29的原料供给方向下游B侧的端面在原料供给方向上贯通，并固接在旋转轴29上。在该喷嘴42上设有多个喷射孔，以使其将保护用气体36以放射状喷射。具体而言，如图3所示，在喷嘴42的前端面上，沿着喷嘴42的周向大致等间隔地开口有多个喷射孔42A。此外，各个喷射孔42A朝向喷嘴42的前端侧向径方向外方倾斜设置，以使其将保护用气体36朝向原料供给方向下游B侧向径向外方以放射状喷射。 
接着，说明图2所示的气化炉原料供给装置的动作。在流动层气化炉1的工作时，通过电动马达32使螺杆轴27旋转，通过螺杆轴27的推出叶片30将从料斗35经过原料供给口34向壳体26内滑落来的固体原料5朝向流动层气化炉1推压，将固体原料5向形成在流动层气化炉1中的流动层4的内部供给。 
与此同时，如果将蓄压在气体源中的保护用气体36向气体供给管41供送，则保护用气体36经过开口40流入到螺杆轴27内，从固接在螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端面上的喷嘴42朝向流动层4喷射保护用气体36。从该喷嘴42喷射的保护用气体36防止螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部暴露在作为流动层4的要素的流动介质中（硅砂、石灰石）。由此，抑制螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部、特别是推出叶片30在短期间中磨损，使螺杆轴27的供使用期间延长。 
此外，各个喷射孔42A朝向喷嘴42的前端侧向径向外方倾斜设置，以将保护用气体36朝向原料供给方向下游B侧向径向外方以放射状喷射。因此，能够朝向下述部位将保护用气体36以放射状喷射，所述部位指螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部中的、特别是固体原料5从螺杆送料器28向流动层4的供给部位、即位于推出叶片30的前方的部位。结果，促进该部位处的流动层4的流动，除了推出叶片30的磨损防止以外，还能够使从螺杆送料器28向流动层4的固体原料5的供给容易化。 
进而，通过将中空的旋转轴29作为保护用气体36的通路使用，能够从设在旋转的螺杆轴27的端部中央的喷嘴42朝向流动层4喷射保护用气体36。此外，该保护用气体36的喷射能够通过轴封部26a的内周面与传动轴31的外周面之间及轴封部26b的内周面与旋转轴29的外周面之间的压盖填料33、39的夹设、和经由形成在这些压盖填料33、39间的空间的、从设在轴封部26b上的气体供给管41向设在旋转轴29上的开口40的气体的供给来进行。即，通过使用上述结构，能够同时实现对于气体的密封性的维持、和从设在旋转的螺杆轴27上的喷嘴42的保护用气体36的喷射。 
此外，由于使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小，所以该部位处的固体原料5的填充率提高，材料密封提高。结果，抑制水蒸汽及气化气体等（参照段落0003）在壳体26内朝向原料供给方向上游A侧逆流。 
在图2所示的气化炉原料供给装置中，将作为螺杆轴27的构成要素的中空构造的旋转轴29自身作为保护用气体36的路线，但也可以在旋转轴29的内部设置使开口40与喷嘴42的喷射孔的气体流通方向上游端连通的配管。 
如果设置这样的配管，则在保护用气体36中使用水蒸汽的情况下，即使在气化炉原料供给装置的停止时水蒸汽凝结的水分残留在配管中，在气化炉原料供给装置的起动时，也能够将上述水分通过保护用气体36直接向流动层气化炉1送出。 
或者，如果将旋转轴29的壁厚尺寸取较厚、以使旋转轴29的内径变小，将保护用气体36的波路截面缩小，则与上述设置配管的例子同样，即使在旋转轴29的内部残留水分，在气化炉原料供给装置的起动时，也能够将上述水分通过保护用气体36直接向流动层气化炉1送出。 
另外，随着气化炉原料供给装置的停止而残留在图2所示的旋转轴29的内部的水分在气化炉原料供给装置的起动后通过保护用气体36在旋转轴29内飞散而成为微细的水粒，随着保护用气体36被向流动层气化炉1送出。 
图4表示本发明的气化炉原料供给装置的第3例，图中，带有与图1、图2相同的附图标记的部分表示相同的物体。该气化炉原料供给装置由于具备将图1及图2所示的气化炉原料供给装置组合的结构，所以特征部分以外的说明省略。 
图4所示的气化炉原料供给装置的特征部分是以下的4点。 
（1）在螺杆轴27中使用中空构造的旋转轴29，在旋转轴29的原料供给方向上游A侧的端面上穿设开口40，在壳体26的轴封部26b的原料供给方向上游A侧的端面上，设有用来经由上述开口40向螺杆轴27内供送保护用气体36的气体供给管41。 
（2）在旋转轴29的原料供给方向下游B侧的端面上设有从螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部中央朝向上述流动层4喷射保护用气体36的喷嘴42。 
（3）在炉壁23上设有能够从壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的周围朝向上述流动层4喷射保护用气体36的喷嘴37，以使其将壳体26的原料供给方向下游B侧的端部包围。 
（4）使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小。 
接着，说明图4所示的气化炉原料供给装置的动作。在流动层气化炉1的工作时，通过电动马达32使螺杆轴27旋转，通过螺杆轴27的推出叶片30将从料斗35经过原料供给口34向壳体26内滑落来的固体原料5朝向流动层气化炉1推压，将固体原料5向形成在流动层气化炉1中的流动层4的内部供给。 
与此同时，如果将蓄压在气体源中的保护用气体36向气体供给管41供送，则保护用气体36经过开口40流入到螺杆轴27内，从固接在螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端面上的喷嘴42朝向上述流动层4喷射保护用气体36。此外，如果并行地将蓄压在气体源中的保护用气体36向气体供给管38供送，则从壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的周围的各喷嘴37朝向上述流动层4喷射保护用气体36。从喷嘴42和各喷嘴37喷射的保护用气体36防止螺杆轴27的原料供给方向下游B侧端部暴露在作为流动层4的要素的流动介质中（硅砂、石灰石）。由此，抑制螺杆轴27的原料供给方向下游B侧的端部、特别是推出叶片30在短期间中磨损，使螺杆轴27的供使用期间延长。 
此外，由于使壳体26的原料供给方向下游B侧的端部的内径朝向流动层气化炉1逐渐缩小，所以该部位处的固体原料5的填充率提高而材料密封提高，抑制水蒸汽及气化气体等（参照段落0003）在壳体26内朝向原料供给方向上游A侧逆流。 
在图4所示的气化炉原料供给装置中，将作为螺杆轴27的构成要素的中空构造的旋转轴29自身作为保护用气体36的流路，但也可以在旋转轴29的内部设置使上述开口40与喷嘴42的喷射孔的气体流通方向上游端连通的配管。 
如果设置这样的配管，则在保护用气体36中使用水蒸汽的情况下，即使在气化炉原料供给装置的停止时水蒸汽凝结的水分残留在配管中，在气化炉原料供给装置的起动时，也能够将上述水分通过保护用气体36直接向流动层气化炉1送出。 
或者，如果将旋转轴29的壁厚尺寸取较厚、以使旋转轴29的内径变小、将保护用气体36的流路截面缩小，则与上述设有配管的例子同样，即使在旋转轴29的内部残留水分，在气化炉原料供给装置的起动时，也能够将上述水分通过保护用气体36直接向流动层气化炉1送出。 
在图1、图2、图4所示的气化炉原料供给装置中，将螺杆送料器28相对于流动层气化炉1水平地安装，但也可以将螺杆送料器28相对于流动层气化炉1安装，以使其从原料供给方向上游A侧朝向原料供给方向下游B侧成为向下坡度，也可以将螺杆送料器28相对于流动层气化炉1安装，以使其从原料供给方向上游A侧朝向原料供给方向下游B侧成为向上坡度。特别是，在后者的情况下，遍及壳体26内的整体而固体原料5的填充率提高，材料密封提高，更有效地抑制水蒸汽及气化气体等在壳体26内朝向原料供给方向上游A侧逆流。 
产业上的可利用性 
根据本发明的气化炉原料供给装置，螺杆轴的原料供给方向下游端不会在短期间中磨损，使螺杆轴的供使用期间延长。
附图标记说明 
1 流动层气化炉，4 流动层，5 固体原料，23 炉壁，26 壳体，27螺杆轴，36 保护用气体，37 喷嘴，9 压盖填料，40 开口，41 气体供给管，42 喷嘴，42A 喷射孔，A 原料供给方向上游，B 原料供给方向下游。

Claims (5)

1.一种气化炉原料供给装置，
具有在筒状的壳体中插入了螺杆轴的螺杆送料器，
在流动层气化炉的炉壁上安装上述螺杆送料器的壳体的原料供给方向下游端，通过螺杆送料器将固体原料向形成在流动层气化炉中的流动层的内部供给，
其特征在于，
具备气体喷射机构，所述气体喷射机构从炉壁侧朝向上述流动层的螺杆送料器前方部位喷射保护用气体，
气体喷射机构具备设在螺杆轴的原料供给方向下游端上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的中央朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴。
2.如权利要求1所述的气化炉原料供给装置，其特征在于，气体喷射机构进而具备设在流动层气化炉的炉壁上并且从螺杆送料器的原料供给方向下游端的周围朝向上述流动层喷射保护用气体的喷嘴。
3.如权利要求1所述的气化炉原料供给装置，其特征在于，
将螺杆轴做成中空构造，
在螺杆轴的原料供给方向上游端上设有开口，
在壳体的原料供给方向上游端上设置经由上述开口向螺杆轴内供送保护用气体的气体供给管，由此能够经由螺杆轴从设在螺杆轴的原料供给方向下游端上的喷嘴朝向上述流动层喷射保护用气体。
4.如权利要求2所述的气化炉原料供给装置，其特征在于，
将螺杆轴做成中空构造，
在螺杆轴的原料供给方向上游端上设有开口，
在壳体的原料供给方向上游端上设置经由上述开口向螺杆轴内供送保护用气体的气体供给管，由此能够经由螺杆轴从设在螺杆轴的原料供给方向下游端上的喷嘴朝向上述流动层喷射保护用气体。
5.如权利要求1～4中任一项所述的气化炉原料供给装置，其特征在于，使壳体的原料供给方向下游侧的内径朝向流动层气化炉逐渐缩小。
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