CN107964405B - 一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其包括设置于水平烟道与竖井烟道连接处的圆筒状炉体，炉体的上端从水平烟道的顶壁或侧壁伸出并连通进料室，炉体的下端通过生物炭出口滑道与设置于竖井烟道外的生物炭收集仓连通，炉体中部区域的侧壁上部设有焦油气出口并与焦油气冷凝仓连通，炉体的上端侧壁上设有水蒸气出口并通过水蒸气分离器连通可燃气体收集仓，炉体内沿轴向设有从上至下径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆，螺旋推进杆的上端通过齿轮箱与电机传动连接。优点为，炉体倾斜设置于水平烟道与竖直烟道交接处，可有效利用烟道余热；炉体内设置径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆，可保证进料顺利并使原料得到有效破碎。

Description

一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉

技术领域

本发明属于生物质热解领域，具体涉及一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉。

背景技术

中国是世界上煤炭资源最为丰富的国家之一，煤电在我国电力供应中占有重要地位。截至2016年底，我国发电装机容量达16.5亿千瓦，其中煤电装机容量9.4亿千瓦，占发电装机总量的57.3％。煤粉炉的使用造成了每年大量的CO₂排放。CO₂是主要的温室气体，其大量排放会对生态环境造成不利影响。在全球变暖的趋势日益加剧之际，降低煤粉炉CO₂排放刻不容缓。

生物质燃料掺烧是目前降低煤粉炉CO₂排放的最为经济有效的技术，但由于大部分生物质是能量密度较低的长纤维物质，在实际掺烧应用中存在进料前处理能耗高、进料量较小等问题，限制了其作为煤粉炉补充燃料的应用。

生物质热解是指在没有氧化剂存在或只提供有限氧的条件下，将生物质加热至500℃左右，通过热化学反应将其转化为生物质焦、可燃气及生物油的技术。同生物质原料相比，通过热解制得的生物质焦具有较好的可磨性，其能量密度也得以提高，可以很好的参与煤粉炉掺烧。现有的生物质热解炉大多均是独立设置，未充分考虑与煤粉炉进行配合，以进行合理的能量及物质交换。

现有的生物质热解炉，多为自带电加热板的类型，同时为了保证减少热量损失还需要加设起保温作用的套筒，具体结构如中国发明专利CN101709224A公开的一种生物质螺旋热解装置。现有技术的不足之处在于:需要大量使用本身即为清洁能源的电能，不经济；其螺旋机构为径向尺寸基本保持不变的绞龙状，其仅起到推进物料前进以控制热解时物料在炉内停留时间的作用，不能很好的用于对大颗粒、高纤维素含量的生物质原料进行送料推进且易缠绕细长条状的生物质原料(如秸杆)，也未能有效的对物料进行破碎、研磨；进料过程中不能很好的防止外界空气的进入。

发明内容

本发明提供一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，旨在对煤粉锅炉后竖井烟道内的烟气余热进行有效利用，同时以渐扩式螺旋进料的方式保证其适用于对大颗粒、高纤维含量的生物质原料的进料推进及研磨。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其包括倾斜设置于水平烟道与竖井烟道连接处内以受烟气加热的圆筒状炉体，所述圆筒状炉体的上端从所述水平烟道的顶壁或侧壁伸出并连通进料室，所述圆筒状炉体的下端通过生物炭出口滑道与设置于所述竖井烟道外的生物炭收集仓连通，所述圆筒状炉体中部区域的侧壁上部设有焦油气出口，所述焦油气出口通过管道与设置于所述竖井烟道外的焦油气冷凝仓连通，所述进料室的顶部进料口处设有第一进料阀，所述圆筒状炉体的上端侧壁上设有水蒸气出口，所述水蒸气出口通过管道连通水蒸气分离器的入口，所述水蒸气分离器的出口通过管道连通可燃气体收集仓，所述圆筒状炉体内沿轴向设有从上至下径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆，所述螺旋推进杆的上端通过齿轮箱与电机传动连接，所述齿轮箱及所述电机位于所述圆筒状炉体及水平烟道外。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述进料室的底部设与所述圆筒装炉体上端连通的出料口，所述出料口处设置有第二进料阀。

设置第二进料阀的优点在于，进料时先打开第一进料阀，然后关闭第二进料阀，等原料装满进料室时，关闭第一进料阀并打开或启动第二进料阀，原料因重力向炉体内进料，可尽可能的有效保证炉体与空气隔绝。

进一步，所述螺旋推进杆上螺旋叶片的螺距从上至下逐渐变小。

上述结构设置的优点在于，随着螺距的变小，对原料的推进力变大，原料与炉壁的破碎压力也逐渐增大，可保证原料顺利推进并破碎。

进一步，所述螺旋推进杆上端的螺旋叶片外缘与所述圆筒状炉体内壁之间的间距为15-25cm,所述螺旋推进杆下端的螺旋叶片外缘与所述圆筒状炉体内壁之间的间距为0.5-1.5cm。

上述结构的优点在于，上部间距大，可保证下料顺利，大颗粒的物料也能顺利进入，而下部间距小，则保证大颗粒的物料得到破碎。

进一步，所述水蒸气出口与所述水蒸气分离器入口之间的连通管道上设有向所述水蒸气分离器单向导通的单向阀一。

设置单向阀，可保证水蒸汽与可燃气的混合气体从炉体内单向的向水蒸气分离器转移，并杜绝可燃气逆转向炉体内转移的情况发生。

进一步，所述焦油气冷凝仓的上部通过出气管道与所述可燃气体收集仓连通，所述出气管道上设有向所述可燃气体收集仓单向导通的单向阀二。

上述结构的优点在于，当焦油气冷凝仓内收集的焦油气经充分冷凝变为焦油后，其中一部分凝固点较高的小分子仍保持气体状态而不凝，此时可打开单向阀二将焦油气冷凝仓的不凝可燃气体通入可燃气体收集仓内。

进一步，所述可燃气体收集仓的底部通过出油管道与所述焦油气冷凝仓连通，所述出油管道上设有向所述焦油气冷凝仓单向导通的单向阀三。

上述结构的优点在于，可燃气体收集仓也可能从炉体上端经水蒸气分离器进入一些焦油气，其冷凝后变为液体状焦油，通过上述结构中的出油管道可将其内收集的焦油导入焦油气冷凝仓内。

进一步，所述圆筒状炉体的内壁上设有与所述螺旋推进杆的螺旋叶片相配合以便原料向下推进的螺旋状沟槽，所述螺旋状沟槽沿所述圆筒状炉体的轴向方向螺旋伸展。

上述结构的优点在于，使原料向下推进的更顺利。

进一步，所述圆筒状炉体的内壁及所述螺旋叶片的外表面均设有耐磨涂层。

上述结构的优点在于，可防止长时间使用后炉体及螺旋叶片受原料摩擦而损坏。

进一步，所述圆筒状炉体受烟气加热的部位均匀间隔环绕有外翅片。外翅片位于圆筒状炉体的外部。

设置换热翅片的好处在于，可更好的将烟气余热传导至炉壁，保证生物质原料热解顺利进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)炉体倾斜设置于水平烟道与竖直烟道交接处，利用烟道余热对炉体加热以使生物质原料热解得到、水蒸汽与可燃气的混合气体和生物炭，其中焦油气及混合气体进一步冷凝及分离得到附加值高的可燃气及焦油，锅炉烟道的余热得到有效利用；

2)进料室进料后关闭第一进料阀，则炉体基本与外界空气隔绝，可有效保证生物质原料在隔绝空气的情况下热解，此时得到的热解气的热值高，可利用价值更大；

3)炉体内设置径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆，在原料从上至下推进过程中，原料与炉内壁间的破碎压力逐渐增大，可保证大颗粒、高纤维含量的物料得到有效破碎且其不易缠绕长条状的生物质原料。

4)可根据不同产品需求、生物质种类的不同，通过调节电机转速，进而调节螺旋杆转速，可控制物料在炉内的停留时间；生物质在热解过程中逐渐失水、析出挥发份，生物炭本身脆性变大，更容易磨碎，再结合螺旋推进杆径向逐渐变大的结构特征，可保证生物炭经有效磨碎后再进入生物炭收集仓。

附图说明

图1为本发明提供的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉；

图2为图1中螺旋推进杆放大后的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.水平烟道；2.竖井烟道；3.圆筒状炉体；4.进料室；5.生物炭出口滑道；6.生物炭收集仓；7.焦油气冷凝仓；8.第一进料阀；9.第二进料阀；10.水蒸气分离器；11.可燃气体收集仓；12.螺旋推进杆；13.齿轮箱；14.电机；15.螺旋叶片；16.螺旋状沟槽；17.单向阀一；18.单向阀二；19.单向阀三。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至2所示，本发明提供一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其包括倾斜设置于水平烟道1与竖井烟道2连接处以受烟气加热的圆筒状炉体3，所述圆筒状炉体3的上端从所述水平烟道1的顶壁或侧壁伸出并连通进料室4，所述圆筒状炉体3的下端通过生物炭出口滑道5与设置于所述竖井烟道2外的生物炭收集仓6连通，所述圆筒状炉体3中部区域的侧壁上部设有焦油气出口，所述焦油气出口通过管道与设置于所述竖井烟道2外的焦油气冷凝仓7连通，所述进料室4的顶部设有第一进料阀8，所述圆筒状炉体3的上端侧壁上设有水蒸气出口，所述水蒸气出口通过管道连通水蒸气分离器10的入口，所述水蒸气分离器10的出口通过管道连通可燃气体收集仓11，所述圆筒状炉体3内沿轴向设有从上至下径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆12，所述螺旋推进杆12的上端通过齿轮箱13与电机14传动连接，所述齿轮箱13及所述电机14位于所述圆筒状炉体3外。

进一步，所述进料室4的底部设与所述圆筒装炉体上端连通的出料口，所述出料口处设置有第二进料阀9。需要说明的是，为了下料顺利，第二进料阀可设置为电动星形下料阀。

进一步，所述螺旋推进杆12上螺旋叶片15的螺距从上至下逐渐变小。需要说明的是，螺距的具体数值可依据实际竖井烟道内的温度、螺旋推进杆的长度及本领域技术人员的经验确定。

进一步，所述螺旋推进杆12上端的螺旋叶片15外缘与所述圆筒状炉体3内壁之间的间距为15-25cm,所述螺旋推进杆12下端的螺旋叶片15外缘与所述圆筒状炉体3内壁之间的间距为0.5-1.5cm。

进一步，所述水蒸气出口与所述水蒸气分离器10入口之间的连通管道上设有向所述水蒸气分离器10单向导通的单向阀一17。

进一步，所述焦油气冷凝仓7的上部通过出气管道与所述可燃气体收集仓11连通，所述出气管道上设有向所述可燃气体收集仓11单向导通的单向阀二18。

进一步，所述可燃气体收集仓11的底部通过出油管道与所述焦油气冷凝仓7连通，所述出油管道上设有向所述焦油气冷凝仓7单向导通的单向阀三19。

进一步，所述圆筒状炉体3的内壁上设有与所述螺旋推进杆12的螺旋叶片15相配合以便原料向下推进的螺旋状沟槽16，所述螺旋状沟槽16沿所述圆筒状炉体3的轴向方向伸展。

进一步，所述圆筒状炉体3的内壁及所述螺旋叶片15的外表面均设有耐磨涂层。

进一步，所述圆筒状炉体3受烟气加热的部位均匀间隔环绕有外翅片。

容易想到的是，焦油气冷凝仓上可设置测定焦油液位的液位计，可燃气收集仓上可设置测试其内气体压力的压力计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，包括倾斜设置于水平烟道(1)与竖井烟道(2)连接处内以受烟气加热的圆筒状炉体(3)，所述圆筒状炉体(3)的上端从所述水平烟道(1)的顶壁或侧壁伸出并连通进料室(4)，所述圆筒状炉体(3)的下端通过生物炭出口滑道(5)与设置于所述竖井烟道(2)外的生物炭收集仓(6)连通，所述圆筒状炉体(3)中部区域的侧壁上部设有焦油气出口，所述焦油气出口通过管道与设置于所述竖井烟道(2)外的焦油气冷凝仓(7)连通，所述进料室(4)的顶部进料口处设有第一进料阀(8)，所述圆筒状炉体(3)的上端侧壁上设有水蒸气出口，所述水蒸气出口通过管道连通水蒸气分离器(10)的入口，所述水蒸气分离器(10)的出口通过管道连通可燃气体收集仓(11)，所述圆筒状炉体(3)内沿轴向设有从上至下径向尺寸逐渐增大的螺旋推进杆(12)，所述螺旋推进杆(12)的上端通过齿轮箱(13)与电机(14)传动连接，所述齿轮箱(13)及所述电机(14)位于所述圆筒状炉体(3)及水平烟道(1)外；所述进料室(4)的底部设与所述圆筒状 炉体(3)上端连通的出料口，所述出料口处设置有第二进料阀(9)；所述螺旋推进杆(12)上的螺旋叶片(15)的螺距从上至下逐渐变小；所述圆筒状炉体(3)的内壁上设有与所述螺旋推进杆(12)的螺旋叶片(15)相配合以便原料向下推进的螺旋状沟槽(16)，所述螺旋状沟槽(16)沿所述圆筒状炉体(3)的轴向螺旋设置；

所述螺旋推进杆(12)上端的螺旋叶片(15)外缘与所述圆筒状炉体(3)内壁之间的间距为15-25cm,所述螺旋推进杆(12)下端的螺旋叶片(15)外缘与所述圆筒状炉体(3)内壁之间的间距为0.5-1.5cm。

2.根据权利要求1所述的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，所述水蒸气出口与所述水蒸气分离器(10)入口之间的连通管道上设有向所述水蒸气分离器(10)单向导通的单向阀一(17)。

3.根据权利要求1所述的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，所述焦油气冷凝仓(7)的上部通过出气管道与所述可燃气体收集仓(11)连通，所述出气管道上设有向所述可燃气体收集仓(11)单向导通的单向阀二(18)。

4.根据权利要求1所述的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，所述可燃气体收集仓(11)的底部通过出油管道与所述焦油气冷凝仓(7)连通，所述出油管道上设有向所述焦油气冷凝仓(7)单向导通的单向阀三(19)。

5.根据权利要求1所述的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，所述圆筒状炉体(3)的内壁及所述螺旋叶片(15)的外表面均设有耐磨耐温涂层。

6.根据权利要求1所述的一种集成于煤粉锅炉后竖井烟道的渐扩式螺旋进料热解炉，其特征在于，所述圆筒状炉体(3)受烟气加热的部位均匀间隔环绕有外翅片。

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