CN112725037A - 一种气化炉和一种粉状物料气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气化炉，所述气化炉包括进料单元、气体下入口部分、由炉壁围成的炉膛、气体出口和排渣口，所述炉膛内部设置有加热单元，所述进料单元位于炉膛的顶部，气体下入口部分位于炉膛侧壁下部或者炉膛底部，气体出口位于炉膛侧壁上部，排渣口位于炉膛底部。本发明还涉及采用上述气化炉对粉状物料进行气化的方法。采用本发明所述气化炉和气化方法，可以减少物料输送设备，节能降耗，且物料分配优化，混合更加均匀，反应状况更好。

Description

一种气化炉和一种粉状物料气化方法
技术领域
本发明涉及能源技术领域，具体涉及到一种气化炉和一种粉状物料气化方法。
背景技术
气化炉是指固体粉状物料气化的主要设备，例如煤气化、生物质气化。煤气化根据气化物料的性质和对气化产物的不同要求有多种气化方法，相应的气化设备有固定床(移动床)气化炉(如UGI[煤气化炉、鲁奇煤气化炉等)、流化床(沸腾床)气化炉(如温克勒煤气化炉等)、气流床煤气化炉(如K-T煤气化炉、德士古煤气化炉等)。生物质气化炉是生物质气化或半气化的主要设备。生物质燃料在气化炉的炉膛里燃烧，并进行合理配风，伴有气化成分，叫生物质气化或半气化炉，生物质利用属于能源技术领域，其气化炉和气化方法的发展还有很多改进空间。
在目前的煤或生物质的气化炉中，物料一般采用泵等机械手段进行输送，这样的操作，不但需要增加设备，也增加了过程中的能量消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种改进的气化炉和粉状物料气化方法。本发明的发明人在从事粉煤灰气化研究中，需要采用常规进料漏斗将粉煤灰加入到气化炉中。发明人发现，由于气化炉中有一定压力，常规进料方式较慢，且有时会堵塞。另一方面，在粉煤灰气化实验中，除了固体粉料，还需要设置另外的管路通入气体作为反应物。为了提高进料效率，发明人结合伯努利提出的“边界层表面效应”，对气化炉和进料方法进行改进，由此得到本发明。“边界层表面效应”又称为“伯努利效应”，指的是流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。伯努利效应适用于包括气体在内的一切流体，是流体作稳定流动时的基本现象之一，反映出流体的压强与流速的关系，流速与压强的关系：流体的流速越大，压强越小；流体的流速越小，压强越大。
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种气化炉和一种粉状物料进料方法，具体而言，本发明包括以下内容：
首先，本发明提供了一种气化炉，包括进料单元、气体下入口部分、由炉壁围成的炉膛、气体出口和排渣口，所述炉膛内部设置有加热单元，所述进料单元位于炉膛的顶部，气体下入口部分位于炉膛侧壁下部或者炉膛底部，气体出口位于炉膛侧壁上部，排渣口位于炉膛底部，所述进料单元为一种包括漏斗体、漏斗颈、外夹层、可选的盖子的进料漏斗，所述外夹层呈圆筒状，所述外夹层上端与漏斗颈密闭连接，所述外夹层下端敞口，为直筒式、敞口式或缩口式，外夹层下端与漏斗颈下端平齐或不平齐，外夹层上部侧面设置有供流体进入的入口。
其次，本发明提供一种粉状物料气化方法，采用本发明提供的任意一项气化炉对粉状物料进行气化，粉状物料通过进料单元的漏斗体和漏斗颈进入炉膛，炉膛内部的加热单元为气化提供热量，粉状物料和气体进料的混合物在炉膛内完成气化，气化产物通过气体出口输出，固体产物进入排渣口排出，其中，气体进料分为两部分，一部分气体通过气体下入口进入炉膛，另一部分气体通过进料单元外夹层或者通过进料单元的外夹层和内管进入炉膛。
当采用本发明所述的气化炉和气化方法对粉状物料进行气化时，可以减少物料输送设备，节能降耗，且物料分配优化，混合更为均匀，反应状况更好。
附图说明
附图1为本发明实施例1所述的气化炉；附图2为实施例1中实现本发明具体一种混合物料进料方法所用到的进料漏斗；附图3为实施例2中实现本发明具体一种混合物料进料方法所用到的进料漏斗。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行进一步描述。
首先，本发明提供了一种气化炉。根据本发明提供的气化炉，进料单元中的漏斗并不局限于锥形漏斗体和细长型漏斗颈，可以是本领域技术人员常用的实现进料的各种形状和结构的漏斗或者其它能实现漏斗功能的结构单元；优选情况下，所述外夹层的中心轴线和漏斗颈中心轴线重合，所述外夹层的内径与漏斗颈内径的比值为1.1～5，优选为1.2～4，更优选为1.5～2.5。
本发明对气化炉进料漏斗的材质没有特别要求，例如可以为金属、玻璃、陶瓷中的一种或几种，优选采用耐热金属材质，更优选为耐磨耐高温钢材料，如钢号为4Cr28Ni48W5Si2的耐磨耐高温合金钢。
气化炉在使用过程中，根据需要和反应条件的变化可以在漏斗体下端设置有调节开度的单元，如阀门、节门、开关等。通过该单元的调节作用，可以控制粉状物料进料速度，并与气体进料速度相互配合，实现反应物料配比的优化。
根据本发明提供的气化炉，为了进一步提高进料单元粉状物料通道上下压力差，优选在进料漏斗颈内还含有内管，所述内管为L型圆管状结构，所述L型圆管状结构竖直部分置于漏斗颈内，其中心轴线与漏斗颈中心轴线重合，所述竖直部分的下端为直筒式、敞口式或缩口式的敞口设置，与漏斗颈下端平齐或不平齐；所述L型圆管状结构水平部分穿透漏斗颈并与外夹层相通，或者所述L型圆管状结构水平部分穿透漏斗颈和外夹层并延伸出用于连接流体输入管路的接头。
当有内管存在时，所述外夹层、漏斗颈、内管三者的内径比没有特别的要求，优选为1.1～5:1:0.2～0.8，更优选为1.2～4:1:0.25～0.6，进一步优选为1.5～2.5:1:0.3～0.5。
当气体和固体物料到达炉膛底部(如炉篦等)时，气体遇到阻挡，会折返向上，携带固体物料继续充分混合和反应。为了实现更好的混合效果，所述进料单元最下端到炉膛底部的距离与炉膛高度的比值为0.2～0.8。
其次，本发明提供了一种采用上述任意一项所述气化炉对粉状物料进行气化的方法。具体为：粉状物料通过进料单元的漏斗体和漏斗颈进入炉膛，炉膛内部的加热单元为气化提供热量，粉状物料和气体进料的混合物在炉膛内完成气化，气化产物通过气体出口输出，固体产物进入排渣口排出，其中，气体进料分为两部分，一部分气体通过气体下入口进入炉膛，另一部分气体通过进料单元外夹层或者通过进料单元的外夹层和内管进入炉膛。
气体下入口部分可以进入炉膛的入口可以是一个，优选开设在炉膛底部中间位置；也可以是多个，优选采取对称而均匀的方式分布在炉膛底部。
为了控制气化进程并实现最优的物料配比，粉状物料进料速度和\或气体进料速度可以根据需要进行调节。所述调节的方法可以是常规手段实现，例如粉状物料进料速度可以控制阀门或节门的开度实现，气体进料可以通过压力计或流量计进行定量控制。进一步的，为了实现更好的混合效果，可以对上下两部分气体进料比例进行优化，优选比例为0.5～2，尤其是对上下两部分气体比例与进料单元离炉膛底部高度两个因素进行综合调控，可以实现物料配比和混合效果最优化。
本发明根据伯努利原理，利用气体将固体物料(煤粉、生物质粉、水煤浆等)携带进入炉膛；同时将气体分为两股从炉膛上下分别进行进料，由于气体的携带与混合，将固体物料分散更好、混合更均匀，会促进气体与固体物料的充分反应。所述的气体为空气或氧气，优选氧气。充分反应的气体和固体物料产生的合成气由气体出口排出，产生的灰渣经炉膛底部(如炉篦)向下排出。本发明所述气化炉的炉膛，气体出料部分，排渣部分是现有技术中的常规设备或部分，本发明对其没有特别的限制。所采用的操作参数，本发明对其没有特别的限制。
在实际应用过程中，采用本发明所述气化炉及气化方法，可减少物料输送设备，节能降耗，且物料分配优化，混合更为均匀，反应状况更好。
以下结合实施例和附图对本发明加以详细描述。
实施例1
参见附图1，详细说明本发明的气化炉和粉状物料气化方法。
如图1是一种气化炉示意图。其包括进料单元1，加热单元2，炉膛3，气体出口单元4，排渣单元5和气体下入口6，气体下入口设置在炉膛底部中心位置，根据需要在气体出口单元可以设置对气体产物进行除杂、分离等处理过程的结构或装置，排渣单元可拆卸或者开设有可开合的排渣通道，当固体产物累积到一定量的时候用于将其排出。固体进料单元如图2所示。
采用图2中进料单元进行进料时，固体粉状物料通过漏斗体1-1加入，通过漏斗颈1-2进入炉膛3，一部分携带气体(空气或氧气)通过外夹层1-3侧面气体入口通入，高速注入的气体在漏斗颈末端形成负压区域，在压力差和重力共同作用下，使得固体粉状物料顺畅的进入炉膛的反应区域，另一部分气体通过气体下入口进入炉膛，两部分气体及粉状物料形成对流，在对流过程中完成混合和气化反应。图1中点划线表示从气体下入口进入的气体流向，图2中长虚线表示粉状物料的流向，点划线代表携带气体的流向。
采用如图1所示的气化炉进行气化的方法如下：粉状物料和一部分空气(或氧气)通过进料单元进入到高温炉膛内，另一部分空气(或氧气)通过气体下入口进入炉膛，调节粉状物料与气体的流速和比例，同时调节两部分气体比例到最佳值，使得两部分气体及粉状物料在对流过程中完成混合和气化反应。物料在高温炉膛内充分混合并完成气化过程，气化产生的气体从气体出口输出，固体产物进入排渣部分。
实施例2
气化炉整体结构与粉状物料气化方法与实施例1相似，不同之处在于进料单元漏斗颈内部还有一根内管1-4，如附图3所示，从进料单元进入炉膛的携带气体再分为两股，分别从内管以及外夹层与漏斗颈之间的夹层通入炉膛，两股气流在漏斗颈下端形成环空状负压区域，在压力差和重力共同作用下，使得固体粉状物料更为顺畅的进入炉膛的反应区域。图3中点划线代表携带流体的流向，物料通道为内管外壁与漏斗颈之间的环空。

Claims (10)

1.一种气化炉，包括进料单元、气体下入口部分、由炉壁围成的炉膛、气体出口和排渣口，所述炉膛内部设置有加热单元，所述进料单元位于炉膛的顶部，气体下入口部分位于炉膛侧壁下部或者炉膛底部，气体出口位于炉膛侧壁上部，排渣口位于炉膛底部，所述进料单元为一种包括漏斗体、漏斗颈、外夹层、可选的盖子的进料漏斗，所述外夹层呈圆筒状，所述外夹层上端与漏斗颈密闭连接，所述外夹层下端敞口，为直筒式、敞口式或缩口式，外夹层下端与漏斗颈下端平齐或不平齐，外夹层上部侧面设置有供流体进入的入口。
2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述外夹层的中心轴线和漏斗颈中心轴线重合，所述外夹层的内径与漏斗颈内径的比值为1.1～5，优选为1.2～4，更优选为1.5～2.5。
3.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述进料漏斗的材质为金属、玻璃、陶瓷中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的气化炉，其特征在于，所述漏斗体下端设置有调节开度的阀门。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的气化炉，其特征在于，所述进料漏斗还含有内管，所述内管为L型圆管状结构，所述L型圆管状结构竖直部分置于漏斗颈内，其中心轴线与漏斗颈中心轴线重合，所述竖直部分的下端为直筒式、敞口式或缩口式的敞口设置，与漏斗颈下端平齐或不平齐；所述L型圆管状结构水平部分穿透漏斗颈并与外夹层相通，或者所述L型圆管状结构水平部分穿透漏斗颈和外夹层并延伸出用于连接流体输入管路的接头。
6.根据权利要求5所述的气化炉，其特征在于，所述外夹层、漏斗颈、内管三者的内径比为1.1～5:1:0.2～0.8，优选为1.2～4:1:0.25～0.6，更优选为1.5～2.5:1:0.3～0.5。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的气化炉，其特征在于，所述进料单元最下端到炉膛底部的距离与炉膛高度的比值为0.2～0.8。
8.一种采用权利要求1-7任意一项所述气化炉对粉状物料进行气化的方法，粉状物料通过进料单元的漏斗体和漏斗颈进入炉膛，炉膛内部的加热单元为气化提供热量，粉状物料和气体进料的混合物在炉膛内完成气化，气化产物通过气体出口输出，固体产物进入排渣口排出，其中，气体进料分为两部分，一部分气体通过气体下入口进入炉膛，另一部分气体通过进料单元外夹层或者通过进料单元的外夹层和内管进入炉膛。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，固体进料速度和\或气体进料速度可调。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述两部分气体比例为0.5～2。
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