CN112646605A - 双层炉体固定床气化炉及有机固废气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双层炉体固定床气化炉及有机固废气化方法。其中，双层炉体固定床气化炉包括渣仓、膜式水冷壁、炉篦、刮刀、下段炉体、上段炉体、布料装置、进料缓冲仓、进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓下阀、渣仓上阀、渣仓下阀、炉底气化剂进气口、煤气出气口、炉顶气化剂进气口、进料缓冲仓充泄压口、渣仓充泄压口、中段气化剂进气口、惰性气体吹扫进气口、气化剂分布调节器。该双层炉体固定床气化炉可应用于生活垃圾、医疗废物、有机危险废物、工业有机固废、生物质、煤等含碳有机固体的气化处理，解决煤气与料层反方向移动的逆流式气化装置焦油含量多、进料口煤气泄漏，煤气与料层同方向移动的顺流式气化装置固相灰渣中含碳量高的问题。

Description

双层炉体固定床气化炉及有机固废气化方法

技术领域

本发明涉及固废处理处置与资源化领域，具体而言，本发明涉及双层炉体固定床气化炉及有机固废气化方法。

背景技术

目前国内具有较高热值或处理后有较高热值的有机固废常采用热化学转化的方式进行处理，通过热化学转化的方式能够实现有机固废的减量化、资源化和无害化。主要的热化学转化方式有焚烧、热解和气化，焚烧是指通入过量的空气让有机固废在高温下完全氧化成惰性气体产物和不可燃固体产物，把高温烟气中的热能转化成电能进行利用，有机固废中含有的氮、硫、氯元素在完全氧化气氛下会转化为氮氧化物、硫氧化物、氯化氢等污染性气体；同时重金属在高温氧化气氛下会发生迁移进入烟气中。热解采用外加热的方式使固废中的有机组分裂解生成热解气、热解油和热解炭，由于有机固废组份复杂，大量氮、硫、氯、氧元素转移至热解油中，使热解油品质较低而难以加工利用；同时有机固废原料中灰分会富集在热解炭中。气化通常以空气、氧气、水蒸气或者二氧化碳等作为气化介质，气化过程有机固废可能发生部分氧化实现自供热，同时使有机组分裂解或转化为不可凝小分子气体，从而以可燃气为主要产物。

目前有机固废气化炉主要为料层中煤气与料层同方向移动的顺流式气化炉和料层中煤气与料层反方向移动的逆流式气化炉。顺流式气化炉中，物料和气化剂同时从上端进入炉体，可燃气从下端导出炉体，顺流式气化炉存在固相炉渣含碳量过高的问题；逆流式气化炉中，物料从上端进入炉体，气化剂从下端进入炉体，可燃气从上端导出炉体，逆流式气化炉存在焦油含量高、进料口煤气泄漏的问题。可见，现有的有机固废气化炉仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出双层炉体固定床气化炉及有机固废气化方法。该双层炉体固定床气化炉可应用于生活垃圾、医疗废物、有机危险废物、工业有机固废、生物质、煤等含碳有机固体的气化处理，解决逆流式气化装置焦油含量多、进料口煤气泄漏，顺流式气化装置固相残留物中含碳量高的问题。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种双层炉体固定床气化炉。根据本发明的实施例，该双层炉体固定床气化炉包括：

进料装置；

反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体；其中，所述上段炉体的直径小于所述下段炉体的直径，所述上段炉体套设在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体之间形成有环形空腔，所述环形空腔顶部设有密封件；所述上段炉体内的上方设有布料装置，所述下段炉体内的底部设有炉篦；

多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在位于所述环形空腔上方的所述上段炉体的侧壁上，延伸至所述上段炉体内；

至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体的侧壁上，并穿过所述上段炉体的侧壁，延伸至所述上段炉体内；

炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在下段炉体的底壁或底部侧壁上，延伸至所述下段炉体内，与所述炉篦的下部连通；

一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体侧壁上，且位于所述中段气化剂进气口的上方，所述煤气出气口与所述环形空腔连通；

气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

排渣装置，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方或侧下方。

根据本发明上述实施例的双层炉体固定床气化炉，气化剂通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口，实现气化剂多级供应，通过精准稳定的多级氧化实现氧化层的稳定控制，让燃气中的焦油充分裂解，从而既提高了产出可燃气的品质，又保证了炉渣较低的含碳量。本发明的双层炉体固定床气化炉，通过调节不同位置气化剂供应量、中段气化剂进气口位置，可以应对不同挥发份含量和固定碳含量的含碳有机固体的气化需求，气化剂分布调节器能够更好地适应炉底气化剂进气口小流量情况下的均匀布气。上下段炉体形成较高的环形空腔区给燃气中的颗粒物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物，并降低煤气出气口的可燃气温度，上段顺流和下段逆流的气体流动方式能够避免顶部进料口燃气泄漏。由此，该双层炉体固定床气化炉可应用于生活垃圾、医疗废物、有机危险废物、工业有机固废、生物质、煤等含碳有机固体的气化处理，解决逆流式气化装置焦油含量多、进料口煤气泄漏，顺流式气化装置固相残留物中含碳量高的问题。

另外，根据本发明上述实施例的双层炉体固定床气化炉还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述进料装置由上至下依次包括进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀、惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设有进料缓冲仓充泄压口。

在本发明的一些实施例中，所述进料缓冲仓包括一个或两个。

在本发明的一些实施例中，所述进料缓冲仓包括两个，两个所述进料缓冲仓之间设有连通阀门。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体进一步包括过渡仓，所述过渡仓位于所述上段炉体的顶部，所述炉顶气化剂进气口设在所述过渡仓的侧壁上。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％，例如40％、50％、60％、70％、80％等。由此，可以保证上段炉体与下段炉体之间形成的环形空腔具有足够的高度，进一步有利于对可燃气产品进行降温，并给可燃气中的颗粒物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％，例如20％、30％、40％、50％、60％等。由此，可以使氧化层产生的二氧化碳与还原段的碳层反应生成所需要的一氧化碳，上段炉体与炉篦之间的距离设置为上述范围，可以使二氧化碳和碳层具有合理的反应接触时间。

在本发明的一些实施例中，所述环形空腔的最大厚度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1，例如0.1:1、0.2:1、0.3:1等。发明人发现，若环形空腔的厚度过大，会降低炉内的反应空间，导致气化炉处理能力显著降低，而若环形空腔的厚度过小，既不利于颗粒物的沉降，而通过控制环形空腔为上述厚度范围，既能同时兼顾气化炉的处理能力与燃气中颗粒物的沉降效果，避免出现因气流量较大时灰渣上浮影响燃气品质的问题。

在本发明的一些实施例中，所述上段炉体和所述下段炉体的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁。

在本发明的一些实施例中，所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀、所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口。

在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方，且与所述出渣口相连。

在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的双层炉体固定床气化炉实施的有机固废气化方法。根据本发明的实施例，该有机固废气化方法包括：

利用进料装置向反应区炉体供给有机固废；通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性气体；

利用炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，将所述反应区炉体由上至下分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层；

使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣；使所述可燃气通过上段炉体与下段炉体之间的环形空腔排出所述反应区炉体；

利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体。

由此，该有机固废气化方法可应用于生活垃圾、医疗废物、有机危险废物、工业有机固废、生物质、煤等含碳有机固体的气化处理，解决逆流式气化装置焦油含量多、进料口煤气泄漏，顺流式气化装置固相残留物中含碳量高的问题。

另外，根据本发明上述实施例的有机固废气化方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述反应区炉体内存在压力，压力范围为0～10.0MPa，例如0MPa、0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等。通过对气化炉进行加压，可以进一步提高有机固废的处理效率。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm³，例如0kg/Nm³、0.1kg/Nm³、0.5kg/Nm³、1.0kg/Nm³、2.0kg/Nm³、3.0kg/Nm³、4.0kg/Nm³、5.0kg/Nm³、6.0kg/Nm³、7.0kg/Nm³、8.0kg/Nm³等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和富氧的混合气时，通过控制水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比在上述范围，可以使不同灰熔点的物料气化温度维持在灰渣的软化点温度以下，防止灰渣结渣影响气化炉正常运行。优选地，水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比设置为1.0～6.0kg/Nm³。更优选地，气化压力设置为100kPa时，水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比设置为约2.0kg/Nm³；气化压力设置为2MPa时，水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比设置为约5.0kg/Nm³。如果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过大，则可能使气化反应温度降低，造成煤气中有效组分一氧化碳和氢气等组分含量降低，煤气热值降低。如果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过小，则可能使气化反应温度升高使氧化层温度高于灰渣的软化点温度，使灰渣结渣气化炉不能正常运行。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃，例如40℃、50℃、60℃、70℃等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和空气的混合气时，通过控制气化剂的温度在上述范围，可以使空气带入适量的水蒸气进入气化炉的氧化还原层发生碳与水蒸气的水煤气反应，生成一氧化碳和氢气。如果气化剂的温度过低，则可能带入的水蒸气量较少，使氧化层温度过高，若高于灰渣的软化点温度，会造成严重的结渣现象，影响气化炉正常运行；如果气化剂的温度过高，则可能带入的水蒸气量过多，反应温度过低，导致煤气品质降低。

在本发明的一些实施例中，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm³，例如0kg/Nm³、0.10kg/Nm³、0.5kg/Nm³、1.0kg/Nm³、2.0kg/Nm³、3.0kg/Nm³、5.0kg/Nm³、8.0kg/Nm³、10.0kg/Nm³、12.0kg/Nm³、15.0kg/Nm³、16.0kg/Nm³、18.0kg/Nm³、19.5kg/Nm³等。发明人发现，当气化剂采用二氧化碳和富氧的混合气时，通过控制二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比在上述范围，可以使二氧化碳和碳发生还原反应生成一氧化碳，并吸收反应层热量，使反应层温度维持在合理范围内，保持煤气品质及灰渣不结渣。优选地，二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比设置为1.0～15.0kg/Nm³。更优选地，气化压力设置为100kPa时，二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比设置为约6.0kg/Nm³；气化压力设置为2MPa时，水二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比设置为约14.0kg/Nm³。如果二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比过大，则可能反应层温度降低过大，导致煤气品质较差。

在本发明的一些实施例中，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％(例如30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％等)，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％(例如70％、80％、90％等)，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％(例如10％、20％、30％等)；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％(例如10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％等)。通过控制气化炉各进气口的气化剂进气量在上述范围，可以使上氧化层中产生焦油的挥发分直接被气化剂中的氧气氧化成煤气，避免焦油的产生，同时下氧化层中的碳被气化剂中的氧气氧化生成煤气。

在本发明的一些实施例中，所述干燥层的温度为20～200℃(例如20℃、60℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃等)，所述干馏层的温度为200～600℃(例如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃等)，所述上氧化层的温度为600～1200℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃等)，所述还原层的温度为600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述下氧化层的温度为600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述灰渣层的温度为200～600℃(例如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、600℃等)。通过控制气化炉中各反应区域的温度在上述范围，可以使氧化层反应层维持合理的反应温度，保证煤气品质，同时使灰渣反应温度低于软化点，不发生结渣。

另外，需要说明的是，本发明中针对双层炉体固定床气化炉所描述的全部特征和优点，同样适用于该有机固废气化方法，在此不再一一赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的双层炉体固定床气化炉的结构示意图；

图2是根据本发明再一个实施例的双层炉体固定床气化炉的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种双层炉体固定床气化炉。下面进一步对根据本发明实施例的双层炉体固定床气化炉进行详细描述。

根据本发明的实施例，本发明的双层炉体固定床气化炉的进料装置可以具有一个或两个进料缓冲仓。具有一个进料缓冲仓的进料装置也称为单通道进料装置，具有两个进料缓冲仓的进料装置也称为双通道进料装置。

根据本发明的一些实施例，在单通道进料装置中，进料口为上宽下窄的圆锥形进料口，下部焊接有圆形法兰。进料口下部为进料缓冲仓上阀，通过法兰进行连接，进料缓冲仓上阀下部炉体为进料缓冲仓，进料缓冲仓下部为进料缓冲仓下阀，进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀之间通过法兰连接，进料缓冲仓是上下窄中间宽的圆柱形结构，进料缓冲仓侧边设有进料缓冲仓充泄压口，进料缓冲仓充泄压口水平布置。

根据本发明的另一些实施例，在双通道进料装置中，进料缓冲仓为两个，对应的进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口均有两个。进料口底部由两个圆锥形出料口，分别与两个进料缓冲仓上阀通过法兰进行连接，进料缓冲仓下阀下部为进料缓冲仓，通过法兰进行连接，进料缓冲仓之间存在进料缓冲仓气体通道，并通过连通阀门控制开关；两个进料缓冲仓侧边各有一个进料缓冲仓充泄压口；进料缓冲仓下部为进料缓冲仓下阀通过法兰进行连接；进料缓冲仓下阀为接入过渡仓的通道，惰性气体吹扫进气口位于进料缓冲仓下阀下部通道上，水平布置。

进一步地，根据本发明的实施例，进料缓冲仓下阀下部为反应区炉体，反应区炉体包括直径较短的上段炉体和直径较大的下段炉体，上段炉体内径0.3～8.0m，下段炉体0.4～8.0m，上段炉体和下段炉体顶部通过密封件(例如法兰)连接，上段炉体插入下段炉体内，上段炉体和下端炉体中间形成环形空腔；上段炉体高度为反应区炉体总高度的40％～80％，上段炉体下端距离炉篦高度为反应区炉体高度的20％～60％。上段炉体和下段炉体外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁，膜式水冷壁可以为列管式或盘管式，也可以替换为水夹套；进料缓冲仓下部的上段炉体顶部水平布置有惰性气体吹扫进气口，惰性气体吹扫进气口下部上段炉体顶部或侧边设有一个以上炉顶气化剂进气口，多个炉顶气化剂进气口位于侧边时可沿周向均匀布置，位于顶部时环形均匀布置，通过多个炉顶气化剂进气口和上段炉体顶部内空腔区实现均匀布气，所通气化剂为水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)以及这四种气体不同比例的混合气体；上段炉体内安装有布料装置。上段炉体中段区域布置有中段气化剂进气口，该中段气化剂进气口穿过上段炉体与中段炉体所形成环形空腔与上段炉体炉内连通，布置数量可以为一个或多个。环形空腔区域的下段炉体存在一个或多个煤气出气口，位于下段炉体顶部区域与环形空腔连通，煤气出气口为水平放置。考虑到煤气出气口较多时会导致气化炉的结构更加复杂，可以优选设置一个煤气出气口；为避免炉型结构过于复杂，当设置多个煤气出气口时，可优选煤气出气口的个数为两个或三个，此时可使多个煤气出气口沿下段炉体的周向均匀、水平布置，由此能够有效实现均匀出气，避免单侧出气口造成的炉层反应不均匀问题。

根据本发明的实施例，下段炉体底部设有炉篦，炉篦下端设有炉底气化剂进气与炉篦连通，炉底气化剂进气口通过位于下方倒锥形区域的管道与外部气源连接；炉篦两侧炉体底部焊接有刮刀对灰渣进行破碎，炉篦上分布有布气口实现炉底气化剂的均匀布气，所通气化剂为水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)以及这四种气体不同比例的混合气体。炉篦内空腔区域与炉底气化剂进气口连通位置上方布置有一个可上下伸缩调节的气化剂分布调节器，用于调节炉篦内气化剂分布。

根据本发明的实施例，本发明的双层炉体固定床气化炉的排渣装置可以设置为中心排渣或侧排渣。具体的，排渣装置采用中心排渣时，下段炉体的下部呈倒锥形，底部设有出渣口，炉篦下方为倒锥形空腔实现灰渣的中心收集；排渣装置采用侧排渣时，下段炉体的下部侧壁设有出渣口，实现灰渣的侧排。

根据本发明的实施例，反应区炉体底部下方或侧下方为渣仓上阀，所述炉体底部与渣仓通过法兰连接，所述渣仓上阀下部为渣仓，渣仓上阀和渣仓之间通过法兰连接，渣仓为上下窄中间宽的圆柱形结构，用于对灰渣进行收集，所述渣仓下部为渣仓下阀，渣仓下阀与渣仓通过法兰连接。

根据本发明的实施例，气化炉体内存在压力，压力范围为0～10.0MPa(例如0MPa、0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等)，炉顶气化剂进气口和中段气化剂进气口的气化剂压力也在0～10.0MPa(例如0MPa、0.1MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等)，压力为压力仪表测量得到的相对压力，通过加压气化的方法能够提高气化强度和气化效率。

气化炉通过加压实现高效气化，但是单位时间内物料的处理量受限于进料口阀门直径以及间歇式的充泄压，无法实现处理量的进一步提升，同时单通道进料充泄压过程会带来大量含尘烟气通过充泄压口排出。而通过采用如上所述的双通道进料装置，则可以有效解决该问题，实现处理量的提升以及减少进料泄压过程含尘气体的排出。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

双层炉体固定床气化炉采用单通道进料和中心排渣设计，其结构如图1所示，图1中：1-1：渣仓，1-2：膜式水冷壁，1-3：炉篦，1-4：刮刀，1-5：下段炉体，1-6：上段炉体，1-7：布料装置，1-8：进料缓冲仓，1-9：进料口，1-10：进料缓冲仓上阀，1-11：进料缓冲仓下阀，1-12：渣仓上阀，1-13：渣仓下阀，1-14：炉底气化剂进气口，1-15：煤气出气口，1-16：炉顶气化剂进气口，1-17：进料缓冲仓充泄压口，1-18：渣仓充泄压口，1-19：中段气化剂进气口，1-20：惰性气体吹扫进气口，1-21：气化剂分布调节器。

(1)进料

本实施例的双层炉体固定床气化炉为圆锥形的进料口1-9，上下窄中间宽的圆柱体的进料缓冲仓1-8以及圆柱体的上段炉体1-6和下段炉体1-5构成，进料口1-9和进料缓冲仓1-8之间安装有进料缓冲仓上阀1-10，并通过法兰连接。进料缓冲仓1-8和上段炉体1-6之间安装有进料缓冲仓下阀1-11，并通过法兰连接，进料缓冲仓1-8侧边设有进料缓冲仓充泄压口1-17。物料从进料口1-9进入气化炉，此时炉内存在一定压力，进料缓冲仓下阀1-11保持密闭状态，打开进料缓冲仓上阀1-10使进料口1-9中的物料进入到进料缓冲仓1-8中，此时进料缓冲仓1-8处于常压状态，待进料缓冲仓1-8中加入物料后关闭进料缓冲仓上阀1-10，实现进料缓冲仓1-8的密封，此时通过进料缓冲仓充泄压口1-17进行充压，使进料缓冲仓1-8中压力与反应炉内压力一致，通过进料缓冲仓下阀1-11下部的惰性气体吹扫进气口1-20通入氮气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀1-11下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀1-11，使进料缓冲仓1-8内物料在重力作用下进入气化反应区进行气化。进料缓冲仓1-8内物料完全进入气化区后关闭进料缓冲仓下阀1-11，通过进料缓冲仓充泄压口1-17进行进料缓冲仓1-8泄压，达到常压状态，打开进料缓冲仓上阀1-10开启新一轮进料。

(2)气化剂进气

气化炉设有三处气化剂进气口，一是炉顶气化剂进气口1-16，位于惰性气体吹扫进气口1-20下方上段炉体1-6的顶部，环形均匀设置有一个或多个，通过对称布置实现顶部均匀布气。二是中段气化剂进气口1-19位于上段炉体1-6中段位置，沿周向水平布置，与上段炉体1-6连通。三为炉底气化剂进气口1-14，该进气口与底部炉篦1-3连通，通过炉篦1-3的布气口实现底部均匀布气，炉篦1-3内部布置有气化剂分布调节器1-21。上段炉体1-6顶部和炉篦1-3布气孔上下形成的的均匀布气能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的现象。中段气化剂进气口1-19用于控制上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题，当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口1-14气化剂供入量需求量较少，通过降低调节气化剂分布调节器1-21的高度，实现小流量的均匀布气。三个进气口通入的气化剂为富氧+水蒸气。

(3)气化过程

反应区炉体自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏层、上氧化层位于上段炉体1-6内，下氧化层、灰渣层位于上段炉体1-6下部的下段炉体1-5内，还原层位于上段炉体1-6下端界面处。物料从进料缓冲仓1-8进入上段炉体1-6内，由布料装置1-7实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温度在20～200℃范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入干馏层释放挥发分，生成焦油和半焦，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和半焦进入到上氧化层内，与气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分焦油也在高温区发生裂解，半焦由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以半焦为主的物料重力作用下进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还原层的半焦发生气化反应，从而提高产气品质。还原层未反应完的半焦进入到下氧化层与炉底气化剂进气口1-14通入的气化剂发生进一步氧化反应释放热量。还原层的热量来源于上氧化层和下氧化层的热辐射，温度范围在600～1100℃之间，下氧化层的温度范围在600～1100℃内。半焦在下氧化层发生完全氧化反应后变为炉渣进入炉篦1-3上方的灰渣层，灰渣层温度范围在200～600℃内，炉篦1-3通过电机带动旋转，将上方灰渣层的炉渣由刮刀1-4实现炉渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞，炉渣通过炉篦1-3下方的收集口进入渣仓1-1。炉底气化剂进气口通入的气化剂经由炉篦布气孔进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及灰渣的冷却。

(4)排渣

渣仓1-1为交替排灰，渣仓下阀1-13为关闭状态，渣仓上阀1-12为打开状态，灰渣由炉篦1-3破碎后沿下方的中心收集口在重力作用下进入渣仓1-1，之后关闭渣仓上阀1-12，通过渣仓充泄压口1-18泄压使渣仓1-1压力变为常压状态，打开渣仓下阀1-13，排出灰渣，之后关闭渣仓下阀1-13，通过渣仓充泄压口1-18进行充压，渣仓1-1压力和炉内相同，之后打开渣仓上阀1-12使灰渣层的灰渣进入渣仓1-1内开始新一轮排渣。

(5)出气

反应区炉体由直径较小的上段炉体1-6和直径较大的下段炉体1-5组成，上段炉体1-6伸入下段炉体1-5中形成夹层，夹层形成较高高度的环形空腔，环形空腔上部布置有煤气出气口1-15，环形空腔具有一定高度，能够使燃气中的颗粒物实现沉降，减少燃气中的颗粒物。上段炉体1-6和下段炉体1-5外层为膜式水冷壁1-2，通过膜式水冷壁1-2降低炉体向外辐射热量同时有效避免炉内因为高温产生的结渣现象，还能使煤气出气口燃气温度降低，较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

以下为本实施例的双层炉体固定床气化炉的具体运行案例：

该气化炉的炉内径为3.6m，处理物料为生物质，处理量为24.4t/h。主要操作条件及气化结果如下：

(1)物料工业分析如下表1所示

表1

	M<sub>t</sub>(％)	M<sub>ad</sub>(％)	A<sub>ad</sub>(％)	V<sub>ad</sub>(％)	Q<sub>net,ar</sub>(MJ/kg)
						生物质	5.00	3.16	2.59	75.59	18.25

(2)操作条件：

气化压力：3.0MPa

气化剂：富氧(氧气浓度100v％)+水蒸气

氧气量：1500Nm³/h

水蒸气量：7300kg/h

(3)气化结果：

产气量：31400Nm³/h

可燃气组成：H₂：38.70％，CO：14.65％，CH₄：10.60％，CO₂：34.02％，N₂：0.80％，O₂：0.43％，C_nH_m：0.80％。

气化效率：74％

灰渣含碳量：3.1％

可燃气焦油含量：<1g/Nm³

实施例2

双层炉体固定床气化炉采用双通道进料和侧排渣设计，其结构如图2所示，图2中：2-1a、2-1b：进料缓冲仓上阀，2-2a、2-2b：进料缓冲仓充泄压口，2-3a、2-3b：进料缓冲仓，2-4a、2-4b：进料缓冲仓下阀，2-5a、2-5b：惰性气体吹扫进气口，2-6：进料口，2-7：过渡仓，2-8：炉顶气化剂进气口，2-9：布料装置，2-10：上段炉体，2-11：煤气出气口，2-12：下段炉体，2-13：膜式水冷壁，2-14：炉篦，2-15：炉底气化剂进气口，2-16：渣仓上阀，2-17：渣仓，2-18：渣仓下阀，2-19：渣仓充泄压口，2-20：气化剂分布调节器，2-21：中段气化剂进气口，2-22：进料缓冲仓连通阀门。

(1)进料

本实施例的双层炉体固定床气化炉采用双通道进料设计。双通道进料工作流程为进料缓冲仓2-3a处于常压状态时，进料缓冲仓连通阀门2-22和进料缓冲仓下阀2-4a处于关闭状态，进料缓冲仓上阀2-1a处于打开状态，物料经由进料口2-6通过打开的进料缓冲仓上阀2-1a进入到进料缓冲仓2-3a中，之后关闭进料缓冲仓上阀2-1a，进料缓冲仓2-3a形成常压密闭空间。同时另一个进料缓冲仓2-3b已经装填好的物料，通过进料缓冲仓充泄压口2-2b使进料缓冲仓2-3b内的压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀2-4b下部的惰性气体吹扫进气口2-5b通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀2-4b下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀2-4b，物料经重力作用落入过渡仓2-7内，过渡仓2-7内的气体进入进料缓冲仓2-3b，然后关闭进料缓冲仓下阀2-4b，打开进料缓冲仓连通阀门2-22，使进料缓冲仓2-3b中的高压气体进入到进料缓冲仓2-3a，使两个进料缓冲仓的压力相同，此时关闭进料缓冲仓连通阀门2-22，没有物料的进料缓冲仓2-3b通过进料缓冲仓充泄压口2-2b进行泄压，使进料缓冲仓2-3b变为常压状态，然后打开进料缓冲仓上阀2-1b进行装料，有物料的进料缓冲仓2-3a通过进料缓冲仓充泄压口2-2a进行充压，使压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀2-4a下部的惰性气体吹扫进气口2-5a通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀2-4a下部气氛为不可燃气体，之后打开进料缓冲仓下阀2-4a使物料在重力作用下进入过渡仓2-7，两个进料缓冲仓交替工作，可有效地提高充泄压效率，并减少泄压过程排出的含尘气体。

(2)气化剂进气

反应区炉体主要包括炉顶气化剂进气口2-8、布料装置2-9、上段炉体2-10、煤气出气口2-11、下段炉体2-12、炉篦2-14、炉底气化剂进气口2-15、膜式水冷壁2-13、气化剂分布调节器2-20、中段气化剂进气口2-21。炉顶气化剂进气口2-8位于过渡仓2-7侧边布置，沿周向对称设置有多个炉顶气化剂进气口，在过渡仓区域形成的空腔以及多个进气口从而实现顶部的均匀布风。中段气化剂进气口2-21位于炉体中段偏上位置，与上段炉体2-10连通沿周向水平布置，用于调控上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题。炉底气化剂进气口2-15与底部炉篦2-14连通，通过炉篦2-14上的布气孔实现底部的均匀布风。当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口2-15气化剂供入量需求较少，通过降低调节气化剂分布调节器2-20的高度，实现小流量的均匀布气。通过炉顶气化剂进气口2-8和炉底气化剂进气口2-15的均匀布风能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的现象。两个进气口通入的气化剂为空气+水蒸气。布料装置2-9位于过渡仓2-7正下方的气化炉体上部，从过渡仓2-7落入炉内的物料通过布料装置2-9实现炉内的均匀布料。炉体外层为膜式水冷壁2-13避免炉内高温向外界辐射，同时也避免炉内壁发生结渣现象，较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

(3)气化过程

基本流程同实施例1。

(4)排渣

基本流程同实施例1。

(3)出气

基本流程同实施例1。

以下为本实施例的双层炉体固定床气化炉的具体运行案例：

该气化炉的炉内径为3.2m，处理物料为生物质，处理量为24.0t/h。主要操作条件及气化结果如下：

(1)物料工业分析如下表2所示

表2

	M<sub>t</sub>(％)	M<sub>ad</sub>(％)	A<sub>ad</sub>(％)	V<sub>ad</sub>(％)	Q<sub>net,ar</sub>(MJ/kg)
						生物质	5.00	3.16	2.59	75.59	18.25

(2)操作条件：

气化压力：常压

气化剂：空气+水蒸气

空气量：4400Nm³/h

水蒸气量：430kg/h

(3)气化结果：

产气量：6300Nm³/h

可燃气组成：H₂：12.41％，CO：22.70％，CH₄：1.46％，CO₂：8.14％，N₂：54.66％，O₂：0.40％，C_nH_m：0.23％。

气化效率：71％

灰渣含碳量：3.4％

可燃气焦油含量：<1g/Nm³

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双层炉体固定床气化炉，其特征在于，包括：

进料装置；

反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体；其中，所述上段炉体的直径小于所述下段炉体的直径，所述上段炉体套设在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体之间形成有环形空腔，所述环形空腔顶部设有密封件；所述上段炉体内的上方设有布料装置，所述下段炉体内的底部设有炉篦；

多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在位于所述环形空腔上方的所述上段炉体的侧壁上，延伸至所述上段炉体内；

至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体的侧壁上，并穿过所述上段炉体的侧壁，延伸至所述上段炉体内；

炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在下段炉体的底壁或底部侧壁上，延伸至所述下段炉体内，与所述炉篦的下部连通；

一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体侧壁上，且位于所述中段气化剂进气口的上方，所述煤气出气口与所述环形空腔连通；

气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

排渣装置，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方或侧下方。

2.根据权利要求1所述的双层炉体固定床气化炉，其特征在于，所述进料装置由上至下依次包括进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀、惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设有进料缓冲仓充泄压口；

任选地，所述进料缓冲仓包括一个或两个。

3.根据权利要求2所述的双层炉体固定床气化炉，其特征在于，所述进料缓冲仓包括两个，两个所述进料缓冲仓之间设有连通阀门；

所述上段炉体进一步包括过渡仓，所述过渡仓位于所述上段炉体的顶部，所述炉顶气化剂进气口设在所述过渡仓的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的双层炉体固定床气化炉，其特征在于，所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m；

任选地，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％；

任选地，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％；

任选地，所述环形空腔的最大厚度与所述反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1；

任选地，所述上段炉体和所述下段炉体的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁。

5.根据权利要求1所述的双层炉体固定床气化炉，其特征在于，所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀、所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口；

任选地，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方，且与所述出渣口相连；

任选地，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连。

6.一种采用权利要求1～5任一项所述的双层炉体固定床气化炉实施的有机固废气化方法，其特征在于，包括：

利用进料装置向反应区炉体供给有机固废；通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性气体；

利用炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，将所述反应区炉体由上至下分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层；

使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣；使所述可燃气通过上段炉体与下段炉体之间的环形空腔排出所述反应区炉体；

利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应区炉体内存在压力，压力范围为0～10.0MPa。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧中的至少之一；

任选地，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm³；

任选地，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃；

任选地，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm³。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述干燥层的温度为20～200℃，所述干馏层的温度为200～600℃，所述上氧化层的温度为600～1200℃，所述还原层的温度为600～1100℃，所述下氧化层的温度为600～1100℃，所述灰渣层的温度为200～600℃。

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