CN113136229A - 一种降低油气含尘量的高温热解反应器 - Google Patents

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宋小飞
许杰
丁建亮
赵帆
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Abstract

本发明属于垃圾热解技术领域，具体涉及一种降低油气含尘量的高温热解反应器。热解反应器壳体采用前小后大的阶梯结构，前端设置反应器物料入口，尾部设置热解固体产物出口；反应器壳体中后部为壳体放大段，放大段上部凸起空腔作为热解气出口区域，此区域气相入口处设置百叶挡板，内部设置旋流装置，气相出口处设置热解气出口，热解气出口即为旋流装置出口，旋流装置和热解气出口位置置于热解固体产物出口上方。利用热解反应器自身结构，在热解反应器内部对热解气进行气相干式除尘，以降低热解气出口含尘量，简化热解气后续除尘工艺配置，且降低热解油处理难度。

Description

一种降低油气含尘量的高温热解反应器
技术领域
本发明属于垃圾热解技术领域，具体涉及一种降低油气含尘量的高温热解反应器。
背景技术
在对垃圾进行热解处理时，所产热解气中含尘量较高，且含尘热解气具有温度高(>500℃)、易相变、易粘结、粘附性强等特性，在热解气净化系统中，极易造成管道堵塞和急冷设备失效，系统被迫紧急停车；又或者粘附在换热管壁上，造成换热效率降低，影响系统热效率；同时热解气经急冷后产生的含尘焦油也极难处理，造成热解油流动性差，降低热解油品质，并增加油的处理难度。目前，热解气除尘是热解装置中，影响系统稳定、连续运行的一大难点。
基于此，国内关于热解气除尘开发了很多技术，多采用在热解反应器后增设多级除尘或与多种除尘设备组合模式，以降低热解气含尘量。但多级或组合配置模式，都会导致系统的复杂性，增大系统阻力、增加系统控制、投资成本；并增加热解气管程长度，增大管道中冷凝、堵塞风险。
由此，本发明开发出一种降低油气含尘量的高温热解反应器，目的是降低热解气出口含尘量，简化热解气后续除尘处理系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低油气含尘量的高温热解反应器，利用热解反应器自身结构，在热解反应器内部对热解气进行气相干式除尘，以降低热解气出口含尘量，简化热解气后续除尘工艺配置，且降低热解油处理难度。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种降低油气含尘量的高温热解反应器，包括热解反应器壳体、反应器物料入口、百叶挡板、旋流装置、热解气出口和热解固体产物出口；热解反应器壳体采用前小后大的阶梯结构，前端设置反应器物料入口，尾部设置热解固体产物出口；反应器壳体中后部为壳体放大段，放大段上部凸起空腔作为热解气出口区域，此区域气相入口处设置百叶挡板，内部设置旋流装置，气相出口处设置热解气出口，热解气出口即为旋流装置出口，旋流装置和热解气出口位置置于热解固体产物出口上方。
所述的旋流装置采用旋风分离器型式：在热解反应器壳体内部热解气出口区域，设置水平进口段，水平进口段与旋流筒体连接，旋流筒体下部与锥段连接，锥段下部与排灰料腿连接；排灰料腿底部根据捕集粉尘量多少，可采用单料腿型式，或连接双锁气重力排灰阀；双锁气重力排灰阀对应热解固体产物出口。
所述的旋风分离器型式的排灰料腿上设置惰性气体孔，运行时通入微量惰性气体，利用气固流化原理，以保证此处粉尘顺畅下落。
所述的旋流装置采用旋流叶片，位于热解气出口内部。
所述的旋流叶片可采用螺旋结构，也可以采用沿圆周交错单片型式。
所述的旋流叶片沿气流流动方向翘起一定角度，角度范围为0～60°。
所述的旋流叶片端部加防磨套板，套板可拆卸。
所述的旋流叶片螺距为0～2D，叶片宽度为0.2D～0.8D，D为热解气出口内径。
所述的百叶挡板设置2～3圈或更多，采用上下交错布置型式，百叶间距离使气体流速控制在20m/s左右。
所述的热解气出口筒体下部采用扩口结构。
本发明所取得的有益效果为：
1)本发明热解反应器具备降低油气出口含尘量功能，通过在壳体1上设置阶梯放大结构，避免气体流动过程中对灰尘的二次夹带；且此结构利用了粉尘重力沉降原理，使50μm以上颗粒在反应器内自动沉降。
2)本发明热解反应器在中后端设置凸起空腔作为热解气出口区域，在此区域设置百叶挡板3，旋流装置4，使热解气出口含尘粒径降低至10μm以下，使热解反应器排出的热解气产生的热解焦油具有流动性，可直接泵入燃烧器燃烧，简化热解油后处理难度。
3)本发明热解反应器根据捕集粉尘流动性差特性，提出在排灰料腿4.4中设置惰性气体孔，运行时通入微量惰性气体，利用气固流化原理，保证粉尘下落顺畅；且针对捕集粉尘量少时工况，在料腿4.4上设置双锁气重力排灰阀4.5，此结构有效防止串气，既对料腿起到密封作用，又可保证除尘效率。
附图说明
图1为热解反应器除尘装置主视图；
图2为热解反应器除尘装置A-A视图；
图3为热解反应器除尘装置俯视图；
图4为旋流装置局部图；
图5为旋流叶片俯视放大图；
图中：1热解反应器壳体；2反应器物料入口；3百叶挡板；4旋流装置；4.1水平进口段；4.2旋流筒体；4.3锥段；4.4排灰料腿；4.5双锁气重力排灰阀；5热解气出口；4.6旋流叶片；6热解固体产物出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种降低油气含尘量的高温热解反应器，主要通过热解反应器自身结构，对热解气进行气相干式除尘，使其具备自除尘功能，以降低热解气出口含尘量，简化热解气后续除尘工艺系统，降低热解油处理难度。
如图1-5所示，本发明所述一种降低油气含尘量的高温热解反应器，包括热解反应器壳体1，反应器物料入口2，百叶挡板3，旋流装置4，热解气出口5，热解固体产物出口6。其中，旋流装置4分两种结构，一种采用旋风分离器型式，水平进口段4.1、旋流筒体4.2、锥段4.3、排灰料腿4.4、双锁气重力排灰阀4.5；另一种采用旋流叶片型式，旋流叶片4.6。
所述热解反应器壳体1采用前小后大阶梯结构，中后部为壳体放大段。根据热解反应进程及产气量，通过逐级增大气相流通面积，使热解气在反应器内流速始终<1m/s，以此降低气体流动过程中对灰尘的二次夹带；同时，通过壳体放大结构，利用粉尘重力沉降原理，使50μm以上颗粒在热解反应器内自动沉降。
所述热解反应器壳体1前端设置反应器物料入口2，尾部设置热解固体产物出口6。
所述反应器壳体1放大段中后端上部设置凸起空腔作为热解气出口区域，此区域内部设置旋流装置4，出口处设置热解气出口5，热解气出口5即为旋流装置4出口，旋流装置4和热解气出口5位置置于热解固体产物出口6上方。此方位设置方式可以使被捕集的粉尘直接随热解固体产物经出口6排出，以防出现部分粉尘重新落入热解反应器内后，再次进入热解气中，导致除尘效率降低。
所述热解反应器壳体1放大段中后端上部热解气出口区域，入口处设置百叶挡板3，百叶挡板设置2～3圈或更多，采用上下交错布置型式。此结构实现局部热解气流向改变，且增大气流速度至20m/s左右，利用粉尘粒子沿原气流方向前进的惯性，通过百叶挡板3捕集20μm以上粒径的粉尘。
所述百叶挡板3，可以使用平板、角钢或U型槽钢，根据热解反应器内温度，材质选择奥氏体不锈钢。
所述热解反应器壳体1中热解气出口区域中设置旋流装置4，进一步降低热解气出口含尘量。旋流装置4可采用旋风分离器结构，也可以采用旋流叶片4.6。所述旋风分离器结构，在热解反应器壳体1内部热解气出口区域，设置水平进口段4.1，水平进口段4.1与旋流筒体4.2水平连接，旋流筒体4.2下部与锥段4.3连接，锥段4.3下部与排灰料腿4.4连接。其中，锥段4.3顶角角度，考虑粉尘安息角较小、易结块、流动性差特性，角度小于安息角(<30℃)，保证捕集粉尘顺利流入排灰料腿4.4；排灰料腿4.4上设置惰性气体孔，运行时通入微量惰性气体，利用气固流化原理，以保证此处粉尘顺畅下落。
水平进口段4.1引导气流进入旋风分离器入口并加速，在旋流筒体4.2中高速旋转，利用离心力将微细颗粒分离，通过锥段4.3进入排灰料腿4.4，排灰料腿4.4底部根据捕集粉尘量多少，可采用单料腿型式，或采用连接双锁气重力排灰阀4.5型式。当灰尘量较多可在料腿中形成料封时，采用单料腿型式；但若气体中含粉尘相对少，捕集粉尘在料腿中无法形成料封时，以防料腿串气进入旋流筒体4.2，造成分离效率大幅下降，采取在排灰料腿4.4上设置双锁气重力排灰阀4.5方案。当粉尘达到一定重量时，阀门上、下交错打开，此结构既可自动卸料，又可在卸料的同时对料腿起到密封作用。
双锁气重力排灰阀4.5对应热解固体产物出口6，使从热解气中收集的粉尘随热解后固体产物一起进入下游设备，以防再次落入反应器内，产生二次扬尘，导致除尘效率降低。此除尘方案可使热解气出口含尘粒径降低至10μm以下。经此除尘后，从热解反应器排出的热解气经急冷净化后，产生的热解焦油具有流动性(垃圾产热解焦油不含尘时有一定流动性)，可直接泵入燃油燃烧器燃烧。
所述热解气流程中要求在热解反应器内部阻力消耗小，或反应器总高度受限制时，在反应器壳体1尾部，热解气出口5内部增设旋流叶片4.6，叶片可采用螺旋结构，也可以是交错单片型式，为防止磨损，叶片沿气流流动方向翘起一定角度，角度范围为0～60°，叶片端部加防磨套板，所述套板可拆卸。叶片采用螺旋结构时，螺距一般为0～2D(D为热解气出口内径)，叶片宽度0.2D～0.8D，叶片布置高度与热解气出口5筒体总高度配合，叶片分层布置，使气流在出口筒体内呈S型绕行，将气体中粉尘通过惯性力去除。
所述热解气出口5筒体下部采用扩口结构，此结构可降低下落粉尘被气流二次夹带的几率。

Claims (10)

1.一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：包括热解反应器壳体、反应器物料入口、百叶挡板、旋流装置、热解气出口和热解固体产物出口；热解反应器壳体采用前小后大的阶梯结构，前端设置反应器物料入口，尾部设置热解固体产物出口；反应器壳体中后部为壳体放大段，放大段上部凸起空腔作为热解气出口区域，此区域气相入口处设置百叶挡板，内部设置旋流装置，气相出口处设置热解气出口，热解气出口即为旋流装置出口，旋流装置和热解气出口位置置于热解固体产物出口上方。
2.根据权利要求1所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流装置采用旋风分离器型式：在热解反应器壳体内部的热解气出口区域，设置水平进口段，水平进口段与旋流筒体连接，旋流筒体下部与锥段连接，锥段下部与排灰料腿连接；排灰料腿底部根据捕集粉尘量多少，可采用单料腿型式，或连接双锁气重力排灰阀；双锁气重力排灰阀对应热解固体产物出口。
3.根据权利要求2所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的排灰料腿上设置惰性气体孔，运行时通入微量惰性气体，利用气固流化原理，以保证此处粉尘顺畅下落。
4.根据权利要求1所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流装置采用旋流叶片，位于热解气出口内部。
5.根据权利要求3所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流叶片可采用螺旋结构，也可以采用沿圆周交错单片型式。
6.根据权利要求3所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流叶片沿气流流动方向翘起一定角度，角度范围为0～60°。
7.根据权利要求3所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流叶片端部加防磨套板，套板可拆卸。
8.根据权利要求4所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的旋流叶片螺距为0～2D，叶片宽度为0.2D～0.8D，D为热解气出口内径。
9.根据权利要求1所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的百叶挡板设置2～3圈或更多，采用上下交错布置型式，百叶间距离使气体流速控制在20m/s。
10.根据权利要求2所述的一种降低油气含尘量的高温热解反应器，其特征在于：所述的热解气出口筒体下部采用扩口结构。
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