CN104266479B - 煤气化与热处理一体炉 - Google Patents

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Abstract

本发明是由煤气化和热处理两大系统融合成一体的新型炉子，基本原理是利用热处理高温对煤加热生产煤气，再用煤气加热工件进行热处理，同时产生的二氧化碳在高温下与碳反应生在一氧化碳而又被充分利用。该炉子由热处理系统、煤气化系统和热交换与除尘排放系统组成，热处理系统包括炉体、燃烧室、燃气喷枪、助燃风管和热处理室；煤气化系统包括上煤机构和出碴装置、煤气化管、煤气化室；热交换与除尘排放系统包括水夹套、高压风机、烟囱、水汽管、CO2回收管，设置在炉体的废气排空终端。本发明在炉体内同时设置产生煤气的无燃烧煤气化室和对工件进行处理的热处理室，是对传统热处理炉的颤复性改革，对节能减排、降低大气污染具有重要意义。

Description

煤气化与热处理一体炉
技术领域
本发明涉及热处理设备领域，具体指自身带有煤、焦炭等气化功能的煤气化与热处理一体炉。
背景技术
金属、陶瓷等材料在进行热处理时，要消耗大量热能。产生热能的热源通常有煤或焦炭、油料、可燃气体和电等。以处理不锈钢带的光亮退火炉为例，有油加热炉、燃气加热炉，但更多的是电热炉。近年出现的燃气加热炉，其实只是在热处理炉旁自建一个小型煤气发生炉或采用能效比更低的天然气加热。自建的煤气发生炉是用煤或焦炭通过自身燃烧产生水煤气供热处理炉作热源。煤炭的气化技术已有一百多年历史，随着社会进步，其设备也有很大发展。该类煤气化炉典型的如申请号为201010109510.4《煤气发生炉及煤气制备方法》，其反应过程的化学方程式是：C+H2O＝CO↑+H2↑；H2O+C＝CO2↑+2H2↑；CO2+C＝CO↑；常用的煤气发生炉同时通过部分煤的燃烧，然后在高温下C同水蒸汽发生反应后生成CO、H2和CO2。加入的气体为空气，水蒸气。而这种煤气发生炉的燃气得率只有70％。并且因煤气发生炉内自身燃烧也要消耗一部分热量才能制得所需的水蒸汽，同时热处理炉加热处理工件也要浪费很多的热量。因而热能的利用率只有50％-60％。另外在制气过程中产生的焦油被白白浪费。但更重要的是煤气热处理炉在进行热处理时有一部分热量白白浪费；并且每燃烧一吨煤，要向大气排放约2.6吨CO2，排出的PM2.5等严重污染大气 环境。为此本申请人在经过反复探索后研制了一种煤气化与热处理一体炉，为该行业的节能减排作出贡献。
发明内容
本发明的目的是为社会和热处理行业提供煤气化、热处理同在一台炉子中进行的一体炉，是一种真正节能减排的热处理炉子。
本发明解决技术问题的技术方案是：煤气化与热处理一体炉，由煤气化和热处理两大系统融合在一体构成，其基本原理是利用热处理高温余热对煤加热生产煤气，再用煤气加热工件进行热处理，同时产生的CO2在高温下与碳反应生在CO而又被充分利用，减少直接排向大气的二氧化碳排放量。
所述煤气化与热处理一体炉，由热处理系统、煤气化系统和热交换与除尘排放系统组成，所述热处理系统设置在中间，包括炉体、燃烧室、燃气喷枪、助燃风管和热处理室。所述煤气化系统包括上煤机构和出碴装置、煤气化管、煤气化室；其中上煤机构和出碴装置分别设置在炉体的工件出口端和工件进口端或两侧，所述煤气化管和煤气化室设置在炉体内；所述热交换与除尘排放系统包括水夹套、高压风机、烟囱、水汽管、CO2回收管，设置在炉体的废气排空终端。其特征是在炉体内同时设有产生煤气的无燃烧煤气化室和对工件进行处理的热处理室。
所述炉体为箱式或隧道式，炉体一端为工件进口，另一端为工件出口；进煤机构包括储煤斗、煤块推进器、推进电机，所述储煤斗底部出口与煤块推进器筒体上侧的进煤口连接，筒体内设有推进螺杆，所述推进螺杆由设在外部的推进电机驱动，所述推进器筒体里端与设在煤气化室的煤气化管相连通。所述热处理室设置在炉体内腔中部，其底下设置燃烧室。热处理室上面设置有无燃烧的煤气化室，煤气化管经过煤气化室，热处理室对工件加热后的高温余热加热煤气化管内的煤、水汽和CO2气体，加速三者反应产生煤气(CO)。
所述出碴装置包括破碎机、破碎机电机、水封槽，所述破碎机承接煤气化管出来的炉碴经破碎后落至水封槽，破碎机由破碎机电机带动运转。
所述热交换系统包括冷热交换器、水夹套、高压风机、冷却水箱、助燃风机和助燃风管，所述助燃风机与冷热交换器吸风口连接，在冷热交换器出风口接有助燃风管，助燃风管与燃气喷枪连通，使进气的温度显著提高。
所述除尘排放系统包括高压风机、CO2回收管、烟囱，所述高压风机的吸风口与烟囱连接，高压风机的出风口与CO2回收管连接，被回收的CO2进入煤块推进器筒体，被推进器连同煤块一起送至煤气化管，从烟囱排放的烟气可进入除尘、脱硫设备进行净化后排放。
为了在初始启动时有热源供应，在炉体工件进口一端设有外接燃气进口，并设有隔离阀与炉内的燃气管隔开。
本发明在热处理炉体内利用热处理高温加热煤、水和回收的CO2气体，制取热处理加热需要的煤气，不但不用另外建造煤气化炉、还能减少CO2气体的排放量，提高整台机组的热效率，是对传统热处理炉的颤复性改革，对节能减排、降低大气污染具有重要意义。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中各部分名称及编号：1-储煤斗、2-煤块推进器、3-推进电机、4-煤气化管、5-水夹套、6-高压风机、7-CO2回收管、8-烟囱、9-水汽管、10-进水管、11-出水管、12-隔离阀、13-外接燃气进口、14-破碎机、15-破碎机电机、16-水封 槽、17-工件进口、18-工件出口、19-助燃风机、20-冷热交换器、21-助燃风管、22-燃气喷枪、23-燃烧室、24-热处理室、25-燃气管、26-煤气化室、27-炉体。
具体实施方式
如图所示，本发明所述的煤气化与热处理一体炉，由热处理系统、煤气化系统和热交换与除尘排放系统组成。热处理系统设置在中间，包括炉体27、燃烧室23、燃气喷枪22、助燃风管21和热处理室24。煤气化系统包括上煤机构和出碴装置、煤气化管4、煤气化室26；其中上煤机构和出碴装置分别设置在炉体27的工件出口18端和工件进口17端或两侧；煤气化管4和煤气化室26设置在炉体27内。热交换与除尘排放系统包括水夹套5、高压风机6、烟囱8、水汽管9、CO2回收管7，设置在炉体27的废气排空终端。本发明在炉体27内同时设有产生煤气的无燃烧煤气化室26和对工件进行处理的热处理室24。炉体27为箱式或隧道式，炉体27一端为工件进口17，另一端为工件出口18；进煤机构包括储煤斗1、煤块推进器2、推进电机3。储煤斗1底部出口与煤块推进器2筒体上侧的进煤口连接，筒体内设有推进螺杆，推进螺杆由设在外部的推进电机3驱动。煤块推进器2筒体里端与设在煤气化室26的煤气化管4.相连通。热处理室24设置在炉体27内腔中部，其底下设置燃烧室23；热处理室24上面设置有无燃烧煤气化室26，煤气化管4经过煤气化室26。热处理室24对工件加热后的高温余热加热煤气化管4内的煤、水汽和CO2气体，加速三者气化后产生煤气(CO)。出碴装置包括破碎机14、破碎机电机15、水封槽16，破碎机14承接煤气化管4出来的炉碴经破碎后落至水封槽16，破碎机14由破碎机电机15带动运转。热交换系统包括冷热交换器20、水夹套5、高压风机6、助燃风机19和助燃风管21，助燃风机19与冷热交换器20吸风口连接，在冷 热交换器20出风口接有助燃风管21，助燃风管21与燃气喷枪22连通，使进气温度提高。除尘排放系统包括高压风机6、CO2回收管7、烟囱8，所述高压风机6的吸风口与烟囱8连接，高压风机6的出风口与CO2回收管7连接，然后进入煤块推进器2筒体，对从烟囱8排出的一部分CO2回收利用。为了在初始启动时有热源供应，在炉体27的工件进口17一端设有外接燃气进口13，并设有隔离阀12与炉内的燃气管25隔开。
下面将本发明的运行过程作一简单描述：
(1)炉子启动前，先打开隔离阀12，接通炉体外的外接燃气进口13的燃气源，燃气经过煤气管25从燃气喷枪22喷出，点火加热对炉膛加热，待加热到设定温度后，要热处理的工件从工件进口17端进入炉膛，在热处理室24得到燃气室23点燃的燃气加热，上升的高温气体到达煤气化室26，加热煤气化管4内的煤、水汽和CO2混合物，在管内进行化学反应，产生CO即煤气。煤、水汽和回收的CO2气体在煤气化室26上面的煤气化管4内被热处理后的高温加热进行反应后产生煤气，煤气进入炉体27外的燃气管25，此时隔离阀12已关闭，煤气不会外泄。煤气从燃气管25进入燃气喷枪22喷出燃烧，对工件进行热处理加热。
(2)因此时隔离阀已关闭，产生的煤气进入燃气管25，然后经喷气枪22喷出燃烧进入燃烧室23，加热热处理室24内的待处理工件。
(3)煤、水汽和回收的CO2气体从炉体27的工件出口18端方向的煤气化管4送过来。煤加入到储煤斗1后，启动推进电机3，煤块推进器2将煤块挤压过来，进入煤气化室26上面的煤气化管4；同时水汽从水夹套5被高压风机6送过来也进入煤气化室26上面的煤气化管4；烟气从烟囱8排放时，部分CO2气体被高压风机6吸引通过CO2回收管7进入煤块推进器2筒体，也被煤块推进器2挤压至煤气化室26的煤气化管4内。
(4)煤块在煤气化管4反应后，剩下的煤碴从煤气化管4中被逐渐推出，经破碎机14破碎后落入下方的水封槽16，以避免灰尘扬起污染空气。
(5)在烟囱8周围设有水夹套5，冷水从进水口10进入，在吸收烟道气部分热量后从出水管11出来，这部分水可供煤气化时需要的高温水蒸汽的初始水源。同时冷水在进入水夹套5前先进入热交换器20的冷却水箱，吸收从热处理室24排出的热空气热量，能使吹向热处理后工件的空气温度有所降低，这样对经过热处理后的工件进行降温冷却效果会更好一些。
本发明的整个运行过程可用机械式手动操作，也可用自动化仪表、侍服电机与微电脑联动实现自动化控制。

Claims (6)

1.煤气化与热处理一体炉，由热处理系统、煤气化系统和热交换与除尘排放系统组成，所述热处理系统设置在中间，包括炉体(27)、燃烧室(23)、燃气喷枪(22)、助燃风管(21)和热处理室(24)，所述煤气化系统包括上煤机构、煤气化管(4)、煤气化室(26)和出碴装置，其中上煤机构和出碴装置分别设置在炉体(27)的工件出口(18)端和工件进口(17)端或两侧，所述煤气化管(4)和煤气化室(26)设置在炉体(27)内，所述热交换与除尘排放系统包括冷热交换器(20)、水夹套(5)、高压风机(6)、烟囱(8)、水汽管(9)、CO2回收管(7)，设置在炉体(27)的废气排空终端，其特征是在炉体(27)内同时设有产生煤气的无燃烧煤气化室(26)和对工件进行处理的热处理室(24)。
2.根据权利要求1所述的煤气化与热处理一体炉，其特征是所述炉体(27)为箱式或隧道式，炉体(27)一端为工件进口(17)，另一端为工件出口(18)；进煤机构包括储煤斗(1)、煤块推进器(2)、推进电机(3)，所述储煤斗(1)底部出口与煤块推进器(2)筒体上侧的进煤口连接，筒体内设有推进螺杆，所述推进螺杆由设在外部的推进电机(3)驱动，所述煤块推进器(2)里端与设在煤气化室(26)的煤气化管(4)相连通，所述热处理室(24)设置在炉体(27)内腔中部，其底下设置燃烧室(23)，热处理室(24)上面设置有无燃烧煤气化室(26)，煤气化管(4)经过煤气化室(26)。
3.根据权利要求1所述的煤气化与热处理一体炉，其特征是所述出碴装置包括破碎机(14)、破碎机电机(15)、水封槽(16)，所述破碎机(14)承接煤气化管(4)出来的炉碴经破碎后落至水封槽(16)，破碎机(14)由破碎机电机(15)带动运转。
4.根据权利要求1所述的煤气化与热处理一体炉，其特征是所述热交换系统包括冷热交换器(20)、水夹套(5)、高压风机(6)、助燃风机(19)和助燃风管(21)，所述助燃风机(19)与冷热交换器(20)吸风口连接，在冷热交换器(20)出风口接有助燃风管(21)，助燃风管(21)与燃气喷枪(22)连通。
5.根据权利要求1所述的煤气化与热处理一体炉，其特征是所述除尘排放系统包括高压风机(6)、CO2回收管(7)、烟囱(8)，所述高压风机(6)的吸风口与烟囱(8)连接，高压风机(6)的出风口与CO2回收管(7)连接，CO2回收管(7)连接煤块推进器(2)筒体。
6.根据权利要求1所述的煤气化与热处理一体炉，其特征是在炉体(27)工件进口(17)一端设有外接燃气进口(13)，并设有隔离阀(12)与炉内的燃气管(25)隔开。
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