CN113969192A - 一种离心悬浮固定床复合气化炉、生产系统和生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心悬浮固定床复合气化炉、生产系统和生产方法，涉及煤气制造设备领域，离心悬浮固定床复合气化炉包括炉本体和气化剂喷射组件，炉本体内悬浮气化段和固定床气化段，上气化剂喷射组件喷射方向水平或朝下倾斜的安装于悬浮气化段上部，下气化剂喷射组件的喷射方向朝上倾斜的安装于悬浮气化段下部，固定床气化段下部设有炉篦机构。结构简单、分段加工、组装方便、易于检修，气化均匀。生产系统包括离心悬浮固定床复合气化炉、除尘器、裂解炉，产出高热值或高氢气含量的燃气或合成气并回收热量。生产方法利用离心悬浮固定床复合气化炉实现，轻质与重质分段气化，燃气产气率高，无氧裂解炉回收高温燃气热量，显热损失小，热量利用率高。

Description

一种离心悬浮固定床复合气化炉、生产系统和生产方法

技术领域

本发明涉及煤气制造设备技术领域，具体涉及一种离心悬浮固定床复合气化炉、生产系统和生产方法。

背景技术

现有生物质、生活垃圾，质量混杂，加工成本高，只是经过简单破碎，粒度难控。对于煤化程度高机械强度差的烟煤，无烟煤，粒度范围大同样存在这样的问题。对于入炉粒度范围大、密度差异大、颗粒不均的情况：

用于固定床裂解气化，由于料层阻力不均，物料活性不同，造成气化不均，炉下设备经常高温，对设备损害很大，缩短使用周期，气化强度低，热值低，负荷波动大，生产不稳定，只能适应小型化炉型碳气联产，连续性要求不高的生产系统。并且燃气焦油含量大，处理较难，造成现场环境较差。

对于流化床，控制难度更大，由于气化不均，床层经常会产生结疤、沟留现象，产气量，气质波动大；甚至由于原料的不稳定带来停炉熄火处理。一般只能低负荷、低温运行，生产成本较高。

燃烧炉结构简单虽然对原料适应强，但是只能低温燃烧，适应小型供暖设备。

对于水煤浆气化对原料粒度、性能要求严格，更是无法适应。

特别是生活垃圾加工工序繁杂，一般不加工或简单加工，主要用于低温直燃发电，灰渣中含有二恶英等致癌物，气化强度小，设备投资大，运行压力大。生活垃圾灰渣中含二恶英较高，需要二次熔渣气化或填埋。

对于此现状需要一种炉型能够适应现有原料状况、气化强度高、炉温高、热值高并且能大型化生产、炉况易控制、长期稳定运行的气化炉，既能适应生物质低温碳气联产和低温固体排碳，又能适应生活垃圾、烟煤、无烟煤高温熔渣气化，消除垃圾气化灰渣产生的二恶英，不产生焦油和二恶英。产生的气体依据需要可做燃气、合成气，提氢和做甲醇。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何对粒度范围大、密度差异大、颗粒不均的物质进行气化处理。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种离心悬浮固定床复合气化炉，包括炉本体和至少两组气化剂喷射组件，所述炉本体内分为位于其上部的悬浮气化段和位于其下部的固定床气化段，所述悬浮气化段具有进料口，所述固定床气化段的上端侧壁具有排气口，所述固定床气化段内的下部设有可转动的炉篦机构，

所述气化剂喷射组件分为至少一组上气化剂喷射组件和至少一组下气化剂喷射组件，所述上气化剂喷射组件位于所述悬浮气化段的上部，所述下气化剂喷射组件位于所述悬浮气化段的下部，

每组所述气化剂喷射组件包括至少两个沿所述炉本体周向均匀分布的气化剂喷射器，各气化剂喷射器均与所述炉本体连通，所述上气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向水平或朝下倾斜，且与所述炉本体径向之间具有第一侧壁旋转夹角β；所述下气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向朝上倾斜，同一组的所述气化剂喷射器的喷射方向均沿周向偏向所述炉本体径向的同一侧，且与所述炉本体径向之间具有第二侧壁旋转夹角γ。

本发明的有益效果是：悬浮气化段内，上气化剂喷射组件和下气化剂喷射组件喷出气化剂控制炉内物料颗粒运行轨迹，轻质颗粒裂解气化；重质颗粒直接落入固定床气化段的炉篦机构裂解气化。其结构简单、分段加工、组装方便，易于检修，高径比合理，利于生物质、垃圾、烟煤、无烟煤等散料或0-20mm的粉料裂解气化的复合气化炉。适合粒度范围大和密度不同差异大的颗粒原料，在悬浮气化段和固定床气化段分级气化，气化均匀，提高单炉气化强度由200kg/㎡·h提至2000kg/㎡·h以上。

悬浮气化段和固定床气化段结合，炉况稳定，不会造成炉温波动。由于悬浮床受原料性能的影响，特别是垃圾气化，水分和物料种类不稳定，炉内稳定温度较难，而固定床燃烧稳定，料层表面控制温度在650—1100℃范围，料层表面温度起到着火源作用，易于点火(生物质或易燃垃圾燃点温度250℃，着火温度400℃)。既能控制炉内温度稳定，并且能连续使物料点燃。利于蒸汽整合挥发分，有效气体成分高、热值高、氢气含量高。减少焦油含量，生物质气化可减少系统处理压力；垃圾熔渣气化不产生二恶英，烟煤、无烟煤裂解气化可减少系统裂解处理压力。

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，还包括布料器，所述悬浮气化段的下端具有直径逐渐缩小的收口段，所述布料器固定于所述固定床气化段的上端，且位于所述收口段的下方。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用高动量气化剂不同的入炉位置和入炉方式及悬浮气化段下部收口段来控制悬浮物料的运行轨迹和延长停留时间，延长裂解、燃烧、气化反应时间，悬浮时间尽量控制在3-15秒，依据生产要求在温度稳定情况下可进行停留时间调整，炉内悬浮气化段温度控制在650-1100℃的温度区间。悬浮气化段内质量轻的颗粒在离心力作用下靠近炉本体侧壁，裂解、燃烧、气化后的质量较重的碳或渣集中在炉本体中部，并从收口段落下，在布料器的导向下均匀落入炉底，进入固定床气化段进一步气化。固定碳及颗粒大、密度大的原料在炉底固定床气化段进行均匀气化，不受时间限制，直至达到生产要求，排出炉体。

进一步，还包括顶部输料机构，所述炉本体的顶部具有所述进料口，所述顶部输料机构与所述进料口连通，所述上气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向水平。

采用上述进一步方案的有益效果是：原料中若具有体积较大的物质，可采用炉顶进料的方式，进料口较大，适用于大体积的物质。

进一步，还包括侧壁输料组件，所述上气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向水平，所述侧壁输料组件包括至少两个侧壁输料喷射器，所述侧壁输料喷射位于所述悬浮气化段的中部，所述炉本体的侧壁具有至少两个所述进料口，所述侧壁输料喷射器与所述进料口一一对应并连通，所述侧壁输料喷射器的喷射方向水平或者朝下倾斜，所述侧壁输料喷射器的喷射方向与水平面的输料夹角为0-10°，且与所述炉本体径向之间具有侧壁输料夹角ɑ，0≤ɑ≤7°。

采用上述进一步方案的有益效果是：1.悬浮气化段和固定床气化段，物料都能均匀分布，有利于整个气化炉的稳定运行；2.侧壁输料喷射器对冲进料，原料进入炉中心的距离短，可减少气化剂的输送动量，其余气化剂可以增加旋流量，控制物料的停留时间；3.由于生物质和垃圾挥发分高，侧壁输料喷射器内的一次气化剂流量只要达到输送物料的目的即可，增加气化剂量使物料长时间停留在炉内，在悬浮气化段温度稳定的基础上，控制物料停留时间，达到生产要求的碳或渣，并由燃气带出炉；4.采用微小偏角的作用是减少对冲造成的颗粒碰撞、撕裂、摩擦引起的颗粒破碎，利于下部固定床气化段的气化；另一方面旋流引起物料颗粒径向离心运行，减少碰撞动量引起的轴向运动速度，可增加物料停留时间。

进一步，所述气化剂喷射组件分为在竖直方向间隔设置的一组所述上气化剂喷射组件和两组所述下气化剂喷射组件，所述上气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向与水平面的夹角b为15°-25°，且10°≤β≤30°，位于上方的一组所述下气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向与水平面的夹角c为15°-25°，位于下方的一组所述下气化剂喷射组件的气化剂喷射器的喷射方向与水平面的夹角d为20°-40°，且d＞c；10°≤γ≤30°。

采用上述进一步方案的有益效果是：上气化剂喷射组件利用气化剂的切向力扰动、卷吸从下部进来的物料颗粒，消减物料颗粒上移的速度，降低上部回流区域的长度，减少物料颗粒对炉顶的冲刷和燃烧。下气化剂喷射组件是为了使旋转气流产生向上的对物料颗粒的牵引力和卷吸力，使物料颗粒产生向上的加速度，减少物料的下落速度。位于上方的一组所述下气化剂喷射组件离侧壁输料喷射器较近，因此需将其与水平面的夹角适当减小，即d＞c。

本发明还提供一种生产系统，包括所述离心悬浮固定床复合气化炉，还包括除尘器和裂解炉，所述离心悬浮固定床复合气化炉的所述排气口、所述除尘器和所述裂解炉依次连通。

出气化炉的高温燃气或合成气约650-1100℃，经除尘器除尘后，进入裂解炉，裂解出高热值或高氢气含量的燃气或合成气并回收热量，燃气或合成气温度为60-320℃，经净化后供生产应用。

本发明还提供一种生产方法，采用所述离心悬浮固定床复合气化炉实现，包括以下步骤：

物料从进料口进入悬浮气化段；

四次气化剂通过上气化剂喷射组件喷射进入所述悬浮气化段，二次气化剂通过下气化剂喷射组件喷射进入所述悬浮气化段，物料中质量小的颗粒在二次气化剂和四次气化剂作用下悬浮并气化，

物料中质量大的颗粒在悬浮气化段裂解，并掉落至炉本体下部的固定床气化段，在炉篦机构上继续进行裂解、还原和气化，经炉篦机构外排碳渣；

炉本体内气化产生的气体从排气口排出。

物料颗粒从进料口进入炉本体进入悬浮气化段，在二次气化剂的扰动和倾斜向上旋转的卷吸力作用下产出竖直向上的加速度减小物料颗粒的下落速度，并且使物料颗粒的轴向动量转变成径向动量形成水平径向运动改变运动路径。四次气化剂倾斜向下旋转，消减物料颗粒上移的速度和物料颗粒由轴向动量转为径向平推旋转运动。总之，利用气化剂切角旋流改变物料颗粒的运动轨迹延长运动路径，并消减下落速度，采用下堵上截的方法，控制物料颗粒长时间停留在悬浮气化段(时间控制3-15秒)，使物料颗粒充分裂解、燃烧、气化，体积减少，颗粒变小。延长物料颗粒停留时间，把密度小、尺寸大的轻质颗粒进行气化或裂解，炉内悬浮气化段温度依据生产需要控制在650-1100℃，产生的细小灰粒(碳粒)在固定床燃气吹浮及燃气的带动下，进入后续除尘器收集。

经悬浮气化段内完全裂解的焦炭、未完全裂解的半焦、较大轻质颗粒及密实的颗粒，下落至固定床气化段裂解，并由炉篦机构外排大颗粒碳渣，固定床气化段气化层温度控制在650-1400℃。其产生的气体中包含12-50％H₂和20-45％CO(以上均指体积百分数)，炉内CO₂几乎全部转化为CO，可以提供优质的燃气或合成气。

该工艺通过气化剂的特殊入炉方式对物质颗粒的轻质与重质分段气化，产生高温燃气，高温燃气又通过物质颗粒无氧裂解降温，提高燃气热值和氢气含量，并减少显热损失。通过分段气化，分层气化，热量综合利用，物料转化率高，燃气产气率高、气体热值高、氢气含量大、操作弹性大、稳定性强、气化强度大、可达2000kg/㎡·h以上；不仅可以半气化碳气联产、完全气化，并可高温熔渣消除垃圾灰渣中的二恶英。

进一步，所述炉本体的竖直方向间隔设置有一组所述上气化剂喷射组件和两组所述下气化剂喷射组件，二次气化剂通过靠上方的下气化剂喷射组件喷射进入所述悬浮气化段，三次气化剂通过靠下方的所述下气化剂喷射组件喷射进入所述悬浮气化段。

采用上述进一步方案的有益效果是：使物料颗粒产生向上的加速度，减少物料的下落速度。

进一步，物料通过侧壁输料喷射器随一次气化剂水平旋转的喷射进入所述悬浮气化段的中部，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂喷射到所述悬浮气化段的旋转方向均与所述一次气化剂旋转方向相反。

采用上述进一步方案的有益效果是：与一次气化剂旋转方向相反，是为了减弱物料运行动量，减弱物料颗粒的轴向运动，使其向径向水平运动。

进一步，所述一次气化剂流速为15-35m/s，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂的流速均为20-80m/s；所述三次气化剂、二次气化剂的、一次气化剂、四次气化剂的动量比为(3-6)：(2-4)：(1-3)：(0.5-2)。

采用上述进一步方案的有益效果是：物料颗粒悬浮时间长，气化充分。

附图说明

图1为本发明离心悬浮固定床复合气化炉采用侧壁输料喷射器的结构图；

图2为本发明侧壁输料喷射器的安装角度俯视示意图，其中网格线区域表示背火区；

图3为本发明悬浮气化段的局部放大图；

图4为本发明离心悬浮固定床复合气化炉采用顶部输料机构的结构图，图中顶部输料机构为文丘里喷射器；

图5为本发明离心悬浮固定床复合气化炉采用顶部输料机构的结构图，图中顶部输料机构为具有螺旋气化剂喷射管的顶部输料管；

图6为本发明固定床气化段的局部放大图；

图7为本发明炉篦机构的俯视图；

图8为本发明上气化剂喷射组件的安装角度俯视示意图，其中网格线区域表示背火区；

图9为本发明下气化剂喷射组件的安装角度俯视示意图，其中网格线区域表示背火区；

图10为本发明生产系统的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、炉本体；101、炉顶盖；102、连接炉体；1021、上筒体；1022、耐压夹套；103、安装炉体；2、气化剂喷射器；3、上气化剂喷射组件；4、下气化剂喷射组件；5、布料器；6、侧壁输料喷射器；7、炉篦机构；701、炉篦本体；702、底座；703、灰犁；8、除尘器；9、裂解炉；10、顶部输料机构；11、接灰盘；12、环形平台；13、第一支撑柱；14、第一环形滑道；15、第二支撑柱；16、第二环形滑道。

具体实施方式

以下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。

一、生物质和垃圾的特性：

生物质和垃圾物质散料含挥发分高，灰分少，固定碳低，密度小，质轻，加工粒度不均，粒度范围大2—200mm。灰分少，渣少，体积缩小大；粒度不均，自然堆积角较大；密度小，质量轻，易流化，挥发分高，着火点低，易燃烧。对于煤化程度高机械强度差的烟煤，无烟煤，粒度范围大0—20mm的原料，同样存在这样的问题。同一炉内，要求物料完全均匀气化，必须分级处理，且分级之间相互支撑配合。

1.粒度小、表面积大，质量轻，挥发分高，灰分很少的这类颗粒，易于流化，易于燃烧，在炉内气流悬浮、停留较短时间，便可裂解、燃烧、气化完全，灰分粒化效果好，落入炉底透气性好。由于质轻大部分被燃烧气体带出。

2.粒度大、密度小的颗粒，或挥发分低，灰分较高、重量重的颗粒，易于沉落炉底，燃烧速度慢，通过炉篦搅拌、增加透气性可均匀燃烧气化完全。

由于生物质颗粒小、较大较重颗粒少，料层表面温度控制高，所以料层控制相对较簿，悬浮裂解、燃烧气化后的颗粒、粒化好、质量较轻的细小颗粒，被吹浮进入除尘器不会影响固定床的气化不均。超重力除尘器除尘效率可达99.9％，超过布袋除尘器99％。

生物质灰分少，成渣碳量少，生物质悬浮裂解、燃烧气化采用低温气化，产生的碳粒度大，透气性好，适应固定床气化要求的粒度。产碳量可达25-35％。生物质低温裂解产生的碳最多，温度控制一般低于800℃；垃圾由于低于800℃会产生氯气、氰化物、二恶英，一般高于800℃，生成氯化氢经水洗除去。

生活垃圾含灰分高，且低温燃烧气化产生二恶英，必须进行高温熔渣气化，琉璃灰渣固化重金属，产生的气体和灰渣都不能含有二恶英等有害物。

对于煤化程度高机械强度差的烟煤，无烟煤，粒度范围大的0-20mm原料，高温熔渣气化可减少煤气中的焦油含量和有效气质。

二、工艺理论基础：

固定床气化的理论基础是料层径向火层气化均匀性是炉况稳定的前提条件，要保证炉膛火层气化的均匀性，必须确保在料层高度一定的情况下，依据原料粒度范围、粒度大小所决定的料层在炉膛径向料层阻力的差异进行分布气化剂。由于原料粒径不可能一致，入炉要求有一定的粒度范围，在原料从炉体的进料口入炉，依据原料的自然堆积规律，粒度大小会自然分离，且粒度范围越大，大小粒度分离的程度越明显，大颗粒原料会落在炉篦的边缘，小颗粒原料受到大颗粒原料的支撑会依次向中心移动，最终形成从炉膛中心至炉篦边缘，堆积原料粒径逐渐增大，炉膛中心原料粒径颗粒最小，边缘粒径颗粒最大。在炉膛料层高度一定的情况下，由于原料从炉膛中心至炉篦边缘粒径逐渐增大，所以孔隙率也依次增大，这样就导致料层阻力从炉膛中心至边缘依次减小。在这种情况下，会导致气化剂在料层阻力不均的情况下偏流，就形成了料层中的气化不均匀性，而且这种不均匀性是随着料层高度的变化而改变的。所以在固定床固态排渣中，在一定的原料粒度范围内和料层高度下，通过料层径向料层阻力的差异，来核算炉篦的合理气化剂通道面积，进行分布气化剂，抑制不同区域气化剂的流量，以确保料层径向的气化均匀性。由于连续气化炉要求料层较高，颗粒由旋流气化经悬浮气化段下部收口段，进入下部固定床气化段形成的布料所形成的原料堆积形态不适合炉篦风道控制，所以在收口段处设置了锥形分布器。

对于现有生物质、生活垃圾散料，由于粒度范围大的，颗粒小，质量轻，密度差异大，燃烧、径向气化，气化难以均匀，造成气化负荷低，甚至不能气化，为了改变这一现状，采用易气化的轻质颗粒、细小颗粒与大颗粒分级气化，物料由气化剂送到气化炉首先经过悬浮气化段，细小颗粒与轻质颗粒入炉后在悬浮气化段旋转悬浮气化剂的作用下瞬间燃烧气化，气化温度控制在650—1400℃，形成碳或渣，经悬浮气化段收口段进入固定床气化段，由于质量较轻，被固定床气流吹起，随燃气(合成气)一同进入除尘器8收集；较大颗粒直接在悬浮气化段预热并直接进入固定床气化段的料面，其他颗粒气化或半气化形成的焦炭再进入固定床气化段料层表面。

经过悬浮气化段预处理的原料颗粒尺寸较大，适宜固定床气化。在固定床气化段经过悬浮气化段收口段及收口段下部锥形布料器5的分布下形成的料层径向阻力较均匀，并且在炉篦搅拌柱的作用下物料颗粒进行分离、破粘增加通透性，不会影响炉料径向气化均匀合理性，由于固定床气化只占整个气化的小部分，不影响整个复合气化炉的稳定性和强度。固定床由于物料颗粒大，料层簿，空层的煤气流速把悬浮气化段完全气化的细小灰分吹浮在大量悬浮气化段产生的燃气的共同作用下被带出，进入超重力除尘器收集后利用。

固定床气化段采用耐高温水冷、搅拌柱的炉篦机构7，不仅适应气化生物质要求半气化碳气联产和完全气化较薄碳层的高温碳或渣碳，还能适应生活垃圾的较薄渣层的高温熔融气化(生物质簿碳层及垃圾簿渣层都属于高温区域，需要搅拌、分离、破粘物料、增加气化剂通透性)。固态排渣，消除灰渣中的二恶英。高温熔融灰渣气化过程：气化剂与物质颗粒燃烧生成温度超过2000℃以上的燃气，物质颗粒灰熔点在1000℃～1400℃之间，在高温燃烧状态下灰分就变成熔融液态；由于灰渣的导热系数小，熔融液态的灰渣在经过从炉底进入的温度较低气化剂的吹动和缓慢冷却下，逐渐由液态向固态转变；在转变过程中会形成不同状态、性能的软固体。由于灰渣导热系数小且在液态转固态的转变过程中时间长，软固体较厚，转变渣层也较厚，灰渣轴向温度变化慢，梯度小。由于软固体粘性较强，在搅拌柱上部的软固体受到搅拌柱的旋转带动和气化剂喷射、吹动下进行扭曲变形和分离；灰渣软固体在进入搅拌柱区域内，在搅拌柱的分离、破碎和气化剂喷射、吹动粒化成酥松、多孔的琉璃矿渣。并且负荷越高，气化速度越快，灰渣层与气化层间距变化梯度越大，软固体越薄，渣层越薄，灰渣成渣性越好，残碳越低。这就要求原料燃烧层、软固体、灰渣层与炉篦搅拌柱距离要依据气化负荷有合适的间距，这是工艺控制的难点。高温燃气经还原层、干馏层的还原、裂解、回收热量，通过料层高度控制煤气温度在物料着火点650—1100℃以上，起到稳定悬浮床温度和点火源的左右。气化炉出口燃气(合成气)温度在650-1100℃，经炉体中部煤气出口进入超重力除尘器。然后进入固定床裂解炉进行降温至60-320℃，产生高质量的燃气(合成气)，再经净化后供生产应用。

本发明采用对粒度范围大的散料生物质或垃圾进行分段式裂解气化，分层均温、分级控制气化剂，气化均匀、气化强度大，采用串联式燃气真空裂解降温，产出高热量、高氢气含量的燃气或合成气并回收热量。

三、实施例

如图1-图9所示，本发明提供一种离心悬浮固定床复合气化炉，包括炉本体1和至少两组气化剂喷射组件，所述炉本体1内分为位于其上部的悬浮气化段和位于其下部的固定床气化段，所述悬浮气化段具有进料口，所述固定床气化段的上端侧壁具有排气口，所述固定床气化段内的下部设有可转动的炉篦机构7，

所述气化剂喷射组件分为至少一组上气化剂喷射组件3和至少一组下气化剂喷射组件4，所述上气化剂喷射组件3位于所述悬浮气化段的上部，所述下气化剂喷射组件4位于所述悬浮气化段的下部，

每组所述气化剂喷射组件包括至少两个沿所述炉本体1周向均匀分布的气化剂喷射器2，各气化剂喷射器2均与所述炉本体1连通，且所述上气化剂喷射组件3的气化剂喷射器2的喷射方向水平或朝下倾斜，且与所述炉本体1径向之间具有第一侧壁旋转夹角β；所述下气化剂喷射组件4的气化剂喷射器2的喷射方向朝上倾斜，同一组的所述气化剂喷射器2的喷射方向均沿周向偏向所述炉本体1径向的同一侧，且与所述炉本体1径向之间具有第二侧壁旋转夹角γ。

在悬浮气化段内，上气化剂喷射组件3和下气化剂喷射组件4喷出气化剂控制炉内物料颗粒运行轨迹，轻质颗粒裂解气化；重质颗粒直接落入固定床气化段的炉篦机构裂解气化。其结构简单、分段加工、组装方便，易于检修，高径比合理，利于生物质、垃圾、烟煤、无烟煤等散料或0-20mm的粉料裂解气化的复合气化炉。适合粒度范围大和密度不同差异大的颗粒原料，在悬浮气化段和固定床气化段分级气化，气化均匀，提高单炉气化强度由200kg/㎡·h提至2000kg/㎡·h以上。

悬浮气化段和固定床气化段结合，炉况稳定，不会造成炉温波动。由于悬浮床受原料性能的影响，特别是垃圾气化，水分和物料种类不稳定，炉内稳定温度较难，而固定床燃烧稳定，料层表面控制温度高在650—1100℃之间，料层表面温度起到着火源作用，易于点火(生物质或易燃垃圾燃点温度250℃，着火温度400℃)。既能控制炉内温度稳定，并且能连续使物料点燃。利于蒸汽整合挥发分，有效气体成分高、热值高、氢气含量高。减少焦油含量，生物质气化可减少系统处理压力，垃圾熔渣气化不产生二恶英，烟煤、无烟煤裂解气化可减少系统裂解处理压力。

其原始开车点火快，安全，可控、快捷、方便、省事。不用其它辅助方式点火。且气化负荷可控。可在气化剂的输送管线上设自动调节阀门，从而调节气化剂流量。

其中，固定床气化层温度可控制650—1400°左右；可以进行生物质半气化碳气联产，可以完全气化产生高热值燃气；也可以对垃圾进行高温熔渣气化，消除二恶英及对烟煤、无烟煤高温熔渣气化产生高质量合成气。

进一步的，排气口处、悬浮气化段下端可以设置带有一定倾角的旋流蒸汽雾化进行燃气成分、焦油整合及煤气悬浮物的除尘，进行煤气出炉自清。

其中，炉篦机构7可以采用现有技术固定床中的任意结构的炉篦。

其中，气化剂喷射器2为文丘里喷射器，文丘里喷射器的一端具有文丘里第一进口和文丘里第二进口，另一端具有文丘里喷射口，两种气化物质分别从文丘里第一进口和文丘里第二进口输入，混合后加速从文丘里喷射口喷出至炉本体1内。对于气化剂，例如气化剂为空气和蒸汽时，空气和蒸汽分别从文丘里第一进口和文丘里第二进口输入；或者文丘里喷射口也可以为其他形式的喷射器。

在上述方案的基础上，还包括布料器5，所述悬浮气化段的下端具有直径逐渐缩小的收口段，所述布料器5固定于所述固定床气化段的上端，且位于所述收口段的下方。

采用高动量气化剂不同的入炉位置和入炉方式及悬浮气化段下部收口段来控制悬浮物料的运行轨迹和延长停留时间，延长裂解、燃烧、气化反应时间，悬浮时间尽量控制在3-15秒，依据生产要求在温度稳定情况下可进行停留时间调整，炉内悬浮气化段温度控制在600-1100℃的温度区间。悬浮气化段内质量轻的颗粒在离心力作用下靠近炉本体1侧壁，裂解、燃烧、气化后的质量较重的碳或渣集中在炉本体1中部，并从收口段落下，在布料器5的导向下均匀落入炉底，进入固定床气化段进一步气化。固定碳及颗粒大、密度大的原料在炉底固定床气化段进行均匀气化，不受时间限制，直至达到生产要求，排出炉体。

具体的，所述布料器5可以为圆形盘、锥形壳体或者锥形块，其轴线与炉本体1的轴线重合，物料从布料器5外侧呈环形的区域均匀下落，便于炉篦机构7的进一步处理。

其中一种进料方式为：离心悬浮固定床复合气化炉还包括顶部输料机构10，所述炉本体1的顶部具有所述进料口，所述顶部输料机构10与所述进料口连通，所述上气化剂喷射组件3的气化剂喷射器2的喷射方向水平。

原料中若具有体积较大的物质，可采用炉顶进料的方式，进料口较大，适用于大体积的物质。

具体的，如图4和图5所示，顶部输料机构10可以为文丘里喷射器或者为中部设有螺旋气化剂喷射管的顶部输料管，物料直线喷射进入悬浮气化段或螺旋喷射进入悬浮气化段。顶部输料机构10安装于炉本体1顶部的中心处。

另一种进料方式为：如图1-图3所示，离心悬浮固定床复合气化炉还包括侧壁输料组件，所述上气化剂喷射组件3的气化剂喷射器2的喷射方向水平，所述侧壁输料组件包括至少两个侧壁输料喷射器6，所述侧壁输料喷射器6位于所述悬浮气化段的中部，所述炉本体1的侧壁具有至少两个所述进料口，所述侧壁输料喷射器6与所述进料口一一对应并连通，所述侧壁输料喷射器6的喷射方向水平或者朝下倾斜，所述侧壁输料喷射器6的喷射方向与水平面的输料夹角为0-10°，且与所述炉本体1径向之间具有侧壁输料夹角ɑ，0≤ɑ≤7°。

1.悬浮气化段和固定床气化段，物料都能均匀分布，有利于整个气化炉的稳定运行；2.侧壁输料喷射器6对冲进料，原料进入炉中心的距离短，可减少气化剂的输送动量，其余气化剂可以增加旋流量，控制物料的停留时间；3.由于生物质和垃圾挥发分高，侧壁输料喷射器6内的一次气化剂流量只要达到输送物料的目的即可，增加气化剂量使物料长时间停留在炉内，在悬浮气化段温度稳定的基础上，控制物料停留时间，达到生产要求的碳或渣，并由燃气带出炉；4.采用微小偏角的作用是减少对冲造成的颗粒碰撞、撕裂、摩擦引起的颗粒破碎，利于下部固定床气化段的气化；另一方面旋流引起物料颗粒径向离心运行，减少碰撞动量引起的轴向运动速度，可增加物料停留时间。

在上述方案的基础上，如图3所示，所述气化剂喷射组件分为在竖直方向间隔设置的一组所述上气化剂喷射组件3和两组所述下气化剂喷射组件4，所述上气化剂喷射组件3的气化剂喷射器2的喷射方向与水平面的夹角b为15°-25°，且10°≤β≤30°，位于上方的一组所述下气化剂喷射组件4的气化剂喷射器2的喷射方向与水平面的夹角c为15°-25°，位于下方的一组所述下气化剂喷射组件4的气化剂喷射器2的喷射方向与水平面的夹角d为20°-40°，且d＞c；10°≤γ≤30°。

上气化剂喷射组件3利用气化剂的切向力扰动、卷吸从下部进来的物料颗粒，消减物料颗粒上移的速度，降低上部回流区域的长度，减少物料颗粒对炉顶的冲刷和燃烧。下气化剂喷射组件4是为了使旋转气流产生向上的对物料颗粒的牵引力和卷吸力，使物料颗粒产生向上的加速度，减少物料的下落速度。位于上方的一组所述下气化剂喷射组件4离侧壁输料喷射器6较近，因此需将其与水平面的夹角适当减小，即d＞c。

如图10所示，本发明还提供一种生产系统，包括所述离心悬浮固定床复合气化炉，还包括除尘器8和裂解炉9，所述离心悬浮固定床复合气化炉的所述排气口、所述除尘器8和所述裂解炉9依次连通。

出气化炉的高温燃气或合成气约650-1100℃，经除尘器8除尘后，进入裂解炉9，裂解出高热值或高氢气含量的燃气或合成气并回收热量，燃气或合成气温度为60-320℃，经脱硫、脱硝、变换炉等设备净化处理后供生产应用。

其中，除尘器8优选为超重力除尘器。

其中，裂解炉9优选为高温无氧裂解炉。

本发明还提供一种生产方法，采用所述离心悬浮固定床复合气化炉实现，包括以下步骤：

物料从进料口进入悬浮气化段；

四次气化剂通过上气化剂喷射组件3喷射进入所述悬浮气化段，二次气化剂通过下气化剂喷射组件4喷射进入所述悬浮气化段，物料中质量小的颗粒在二次气化剂和四次气化剂作用下悬浮并气化，

物料中质量大的颗粒在悬浮气化段裂解，并掉落至炉本体1下部的固定床气化段，在炉篦机构7上继续进行裂解、还原和气化，经炉篦机构7外排碳渣；

炉本体1内气化产生的气体从固定床气化段上端侧壁的排气口排出。

物料颗粒从进料口进入炉本体1进入悬浮气化段，在二次气化剂的扰动和倾斜向上旋转的卷吸力作用下产出竖直向上的加速度减小物料颗粒的下落速度，并且使物料颗粒的轴向动量转变成径向动量形成水平径向运动改变运动路径。四次气化剂倾斜向下旋转，消减物料颗粒上移的速度和物料颗粒由轴向动量转为径向平推旋转运动。总之，利用气化剂切角旋流改变物料颗粒的运动轨迹延长运动路径，并消减下落速度，采用下堵上截的方法，控制物料颗粒长时间停留在悬浮气化段(时间控制3-15秒)，使物料颗粒充分裂解、燃烧、气化，体积减少，颗粒变小。延长物料颗粒停留时间，把密度小、尺寸大的轻质颗粒进行气化或裂解，炉内悬浮气化段温度依据生产需要控制在650-1100℃，产生的细小灰粒(碳粒)在固定床燃气吹浮及燃气的带动下，进入后续除尘器收集。

经悬浮气化段内完全裂解的焦炭、未完全裂解的半焦、较大轻质颗粒及密实的颗粒，下落至固定床气化段裂解，并由炉篦机构外排大颗粒碳渣，固定床气化段气化层温度控制在650-1400℃。其产生的气体中包含12-50％H₂和20-45％CO(以上均指体积百分数)，炉内CO₂几乎全部转化为CO，可以提供优质的燃气或合成气。

该工艺通过气化剂的特殊入炉方式对物质颗粒的轻质与重质分段气化，产生高温燃气，高温燃气又通过物质颗粒无氧裂解降温，提高燃气热值和氢气含量，并减少显热损失。通过分段气化，分层气化，热量综合利用，物料转化率高，燃气产气率高、气体热值高、氢气含量大、操作弹性大、稳定性强、气化强度大、可达2000kg/㎡·h以上；不仅可以半气化碳气联产、完全气化，并可高温熔渣消除垃圾灰渣中的二恶英。

在上述方案的基础上，所述炉本体1的竖直方向间隔设置有一组所述上气化剂喷射组件3和两组所述下气化剂喷射组件4，二次气化剂通过靠上方的下气化剂喷射组件4喷射进入所述悬浮气化段，三次气化剂通过靠下方的所述下气化剂喷射组件4喷射进入所述悬浮气化段。

使物料颗粒产生向上的加速度，减少物料的下落速度。

在上述方案的基础上，物料通过侧壁输料喷射器6随一次气化剂水平旋转的喷射进入所述悬浮气化段的中部，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂喷射到所述悬浮气化段的旋转方向均与所述一次气化剂旋转方向相反。

与一次气化剂旋转方向相反的目的：是为了减弱物料运行动量，减弱物料颗粒的轴向运动，使其向径向水平运动。

在上述方案的基础上，所述一次气化剂流速为15-35m/s，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂的流速均为20-80m/s；所述三次气化剂、二次气化剂的、一次气化剂、四次气化剂的动量比为(3-6)：(2-4)：(1-3)：(0.5-2)。物料颗粒悬浮时间长，气化充分。

在其中一个具体的实施例中，离心悬浮固定床复合气化炉的供料组件包括料仓、拨料器、插板阀和关风机(或搅龙输送机)给料器，拨料器安装在料仓内部物料出口处，插板阀安装在料仓底部输料管到上，关风机(或搅龙输送机)安装在插板阀输料管上，侧壁输料喷射器6或顶部输料机构10的进料口与关风机(或搅龙输送机)连接；供应气化剂的气化剂管道与侧壁输料喷射器6或顶部输料机构10的气化剂进口连接。四个所述侧壁输料喷射器6沿炉本体1的圆周方向均匀安装的悬浮气化段中部靠上的位置。

炉本体1包括自上而下依次连接的炉顶盖101、连接炉体102及安装炉体103；

炉顶盖101结构采用类似U型结构，外部为锻压U型钢板，钢板厚度一般为10mm～60mm；钢板内部填充有高温浇注料，浇注料厚度一般为300mm～400mm。炉顶盖环周101上还设有直径为700mm的检修孔。

连接炉体102包括由上至下依次连接的上筒体1021和耐压夹套1022，上筒体1021与炉顶盖101焊接。

上筒体1021为直筒型，外部为10mm～60mm厚的卷制钢板，内部为保温砖砌成的内筒体，中间为总厚度约300mm～400mm的绝热保温棉，上筒体1021下部收口段直径900—1200mm、收口段底部为卷制钢板，钢板厚度一般为10mm～60mm；钢板上、下表面填充有高温浇注料，浇注料厚度一般为300mm～400mm。上筒体1021的高度一般设定为炉本体1直径的2.5～3.5倍左右。

上筒体1021和炉顶盖101构成所述悬浮气化段，悬浮气化段沿侧壁的圆周方向设置气化剂喷射器2和侧壁输料喷射器6，它们背火区(背火区为气化剂旋切角与炉体内壁的区域)水平径向环周位置相邻安装热电偶和透视镜，用于观测悬浮气化段的着火状况和调优炉况。

原料运行模式：物料由中心进料到环周均布扩散的旋流式径向路径运行，向上、向下的气化剂卷吸力控制物料的加速度，调整物料轴向下落速度，从而控制物料的停留时间的燃烧模式。

侧壁输料喷射器6使物料由中心对冲式撞击扩散进入炉膛中心，继承了固定床由中心进料，碳或灰渣经炉篦由内向外的自动排灰方式，做到物料均匀扩散分布到炉膛空间的均匀分布前提，然后在上、下气化剂旋流控制物料由轴向运动到径向旋流运动的形式改变物料运行轨迹，向上的气化剂的卷吸增加颗粒向上的加速度，减小物料的下落速度，延长原料的运行路径，增加原料的反应停留时间。采用上、中、下三种气流(二次气化剂、三次气化剂和四次气化剂)来控制原料的径向和轴向运行空间，采用上下封堵的方式控制物料在悬浮气化段的停留时间。减少对设备的冲刷及提高原料的单程转化率。做到炉顶、炉体、炉底防止物料冲刷均受到保护。

一次气化剂：采用四个侧壁输料喷射器6环周均布水平对冲式安装在上筒体1021侧壁，轴向距离炉顶1.5倍的炉直径位置，也可以依据原料情况选用与径向夹角α不大于7°的水平旋流安装。物料从侧壁输料喷射器6的进料口通入，一次气化剂从侧壁输料喷射器6的气化剂进口通入。优点在于：1.气化炉悬浮气化段和固定床气化段，物料都能均匀分布，有利于整个气化炉的稳定运行；2.对冲进料，是原料进入炉中心的最短距离，可减少气化剂的输送动量，其余气化剂可以增加旋流量，控制物料的停留时间；3.由于生物质和垃圾挥发分高，一次气化剂流量只要达到输送物料的目的即可，增加旋流气化剂量使物料长时间停留在炉内，在悬浮气化段温度稳定的基础上，控制物料停留时间，达到生产要求的碳或渣，并由燃气带出炉；4.采用微小偏角的作用是减少对冲造成的颗粒碰撞、撕裂、摩擦引起的颗粒破碎，利于下部固定床气化段的气化；另一方面旋流引起物料颗粒径向离心运行，减少碰撞动量引起的轴向运动速度。可增加物料停留时间。

三次气化剂：采用一组下气化剂喷射组件4，包括安装在上筒体1021外侧环周均布的四个气化剂喷射器2，称为三次气化剂喷射器。位于侧壁输料喷射器6下面对应位置且轴向距离侧壁输料喷射器6两倍炉膛直径位置，位置属于物料管流区域。三次气化剂喷射器的喷射口向上倾斜，与水平面夹角d为20-40°，喷射口的切向角为假想圆直径为0.2—0.5倍炉膛直径(或偏离径向的角度，即第二侧壁旋转夹角γ为10°-30°)，三次气化剂的旋流方向与一次气化剂相反。既避免了对环周炉壁冲击碰撞，又能扰动中间位置的物料和卷吸中心位置物料，并使物料旋流离心扩散平动。优点在于：1.与物料旋流方向相反，是为了减弱物料运行动量，改变物料颗粒的轴向运动向径向水平运动；2.采用大流量的旋流比(气化剂喷射器2喷出的气化剂流量与一次气化剂流量的比值)，在径向旋流的三次气化剂的扰动和卷吸作用下使物料由轴向运行动能转变成径向水平旋转运动速度，不仅改变了物料颗粒的运动轨迹，延长运行路程，还减弱了轴向下落的速度，控制物料下落，延长停留时间。3.轴向向上倾斜角度d为20-40°，是为了使旋转气流产生向上的对物料颗粒的牵引力和卷吸力。使物料颗粒产生向上的加速度，减少物料的下落速度。

二次气化剂：采用一组下气化剂喷射组件4，包括安装在上筒体1021外侧环周均布的四个气化剂喷射器2，称为二次气化剂喷射器。二次气化剂喷射器与三次气化剂喷射器安装方式一样，喷射口的切向角为假想圆直径为0.2—0.5倍炉膛直径(或偏离径向的角度，即第二侧壁旋转夹角γ为10°-30°)只是旋流比稍小，位置在侧壁输料喷射器6的下方一倍炉膛直径处，由于离进料口较近，相对减弱了轴向向上的倾角，夹角c设定为15-25°，位置在物料回流区的下部。

四次气化剂：采用一组上气化剂喷射组件3，包括安装在上筒体1021外侧环周均布的四个气化剂喷射器2，称为四次气化剂喷射器。四次气化剂喷射器与二次气化剂喷射器安装方式和相反，喷射口的切向角为假想圆直径为0.2—0.5倍炉膛直径(或偏离径向的角度，即第一侧壁旋转夹角β：为10°-30°)只是旋流比更小，位置在侧壁输料喷射器6的上方一倍炉膛直径处，轴向向下的夹角b设定为15—25°，设置目的：利用旋流气化剂的切向力扰动、卷吸从下部进来的物料颗粒，消减物料颗粒上移的速度，降低上部回流区域的长度，减少物料颗粒对炉顶的冲刷和燃烧。

气化剂流量的分配原则：一次气化剂只要把物料输送到炉膛中心位置即可，过小，输送不到中心使物料偏流；过大，增加物料向上、向下的动量，易使物料冲击炉顶或短路进入固定床，并且物料碰撞、摩擦、撕裂造成颗粒粉碎，利于固定床气化。二次气化剂和三次气化剂为气化反应的主反应和主控制区域，二次气化剂旋流比(二次气化剂与一次气化剂的流量比)和三次气化剂旋流比(三次气化剂与一次气化剂的流量比)均控制在1.5-4之间，旋流量较大，消减物料颗粒下落速度，增加环流旋转平推运行。四次气化剂旋流比(四次气化剂与一次气化剂的流量比)控制在0.8—2即可。总气化剂量与原料的挥发份含量相对应调整，原料的挥发份含量占原料的70％，参与裂解气化的所有气化剂一般占总气化剂的70％左右，各环区动量之比可参照如下比例调整：三次气化剂：二次气化剂；一次气化剂：四次气化剂＝(3-6)：(2-4)：(1-3)：(0.5-1.5)，具体分配依据原料性能确定。

设置悬浮气化段收口段，抑制气体和物料下移速度，提高物料停留时间和改变物料运行轨迹，增加物料下移分布合理性。

悬浮气化段分层式燃烧：以炉膛均匀气化为目标，物料对冲中心进料为辅助燃烧气化、下部旋流燃烧、气化为主的上旋式气流卷吸力控制物料颗粒的轴向下落速度和径向控制燃烧颗粒运行轨迹由中心—中间—边缘的扩散路径燃烧模式；分层燃烧，分级控制，采用上截下堵的控制方法，延长物料颗粒停留时间和反应时间，提高气化强度、提高单程转化率，降低NOx(氧气与空气在900—1100℃，产生CO；在1500℃，产生NOx,分散空气与燃气的接触浓度可以降低NOx浓度)。

耐压夹套1022为直筒型半管式汽化水夹套(以下简称汽化水夹套)，汽化水夹套内填充有冷却水，汽化水夹套内壁厚20mm～60mm，外壁半管厚8mm～40mm；汽化水夹套的高度一般设定为气化炉直径的2～2.5倍左右。汽化水夹套产生的水蒸气供气化炉制气或外送。汽化水夹套环周设置的12个热电偶，平均分三层设置，用于判断渣层厚度和气化均匀性。

汽化水夹套内侧壁设有11个破渣板，破渣板为尺寸长990mm、宽700mm、厚20mm的弧形板；11个破渣板两两之间间间隔10mm绕汽化水夹套内侧壁环形排列。每个破渣板上设有呈直角斜锥型的破渣条，破渣条长度500mm或600mm，宽度50mm，破渣条的下部厚度为60mm的直角锥形。

安装炉体103呈V字型的倒锥状，其内部安装有炉篦机构7。安装炉体103的内侧壁安装有用于容渣的接灰盘11，且位于炉篦机构7的下方，这样便于接灰；在接灰盘11上面设有L铸造耐热保护板，保护板与接灰盘11用螺栓连接；安装炉体103的底部设有排渣口，排渣口的直径400mm～800mm,排渣口的下部设有隐藏式闸板阀，隐藏式闸板阀下部装有灰仓，灰仓的底部设有排灰的灰门。

炉篦机构7包括炉篦本体701和连接于炉篦本体701底部的底座702。

炉篦机构7是固定床气化段的核心部件，炉篦本体701由10层炉篦片依次层叠连接而成，截面呈抛物线形结构，吻合于料层的阻力分布；各层炉篦片径向尺寸和与水平面的夹角，严格按抛物线参数核算。每两层炉篦片之间设有气化剂进出的通道，各层风道按照炉内原料的特性进行核算。每层炉篦片上通过螺栓安装有推灰块，推灰块的高度从上至下由40mm至200mm依次递增，其高度依据灰渣外排径向气化强度的成渣量进行设置。上部4个推灰块连线共同构成一组第一推灰筋，下部6个推灰块连线共同构成一组第二推灰筋；每组第一推灰筋和每组第二推灰筋沿炉篦本体701的母线方向交错分布；第一推灰筋一共设有4组，第二推灰筋一共设有6组，第一推灰筋位于第二推灰筋的上方，并沿炉篦本体701周向环形分布，每组第一推灰筋与每组第二推灰筋的共同延伸方向呈渐开线设置。

每层炉篦片内设有冷却腔，10个冷却腔通过管道依次相互连通，冷却腔内填充有冷却水，其目的是确保由推灰块组成的推灰筋(包括第一推灰筋和第二推灰筋)和搅拌柱进行冷却降温，不受高温灰渣的作用，应力、强度减弱，延长了炉篦在高温灰渣下使用周期。冷却水经万向旋转接头从炉篦最大层注入，依次通过各层炉篦至炉篦顶部(炉篦帽)，然后经炉篦顶部排出炉体，经溢流水封排出。

在每个推灰块外缘铸造有三角锥形的搅拌柱，搅拌柱与水平面呈60°倾角，位于第二推灰筋上的搅拌柱可以交错分布；搅拌柱的高度从上到下200mm～500mm不等，可以依据灰渣在径向的厚度来设置搅拌柱的高度，优选的是与灰渣的厚度相一致；最大层炉篦片的搅拌柱与设在耐压夹套1022内环周分布的破渣板相配套，用于挤压、破碎大颗粒的残渣。高温熔融灰渣在气化剂的喷吹、冷却固化过程中，同时受到搅拌柱的搅动、分离，使固态渣粒化成琉璃小块，这样可以提高熔渣固化粒度的均匀性，确保气化层均匀气化，长周期稳定。

底座702下部安装有用于排灰的灰犁703。炉篦底座702通过螺栓连接于8个第二支撑柱15的上端，8个第二支撑柱15下部固定有传动的米字型齿圈，第二支撑柱15环周设有密封圈，确保气化剂和灰渣分离。在接灰盘11外缘设有挡灰斜板；第二环形滑道16通过螺栓连接于这8个第二支撑柱15的下端；安装炉体103内部设有8个第一支撑柱13，第一支撑柱13的上端安装有环形平台12，环形平台12与第一环形滑道14通过螺栓固定；第一环形滑道14可以相对于第二环形滑道16进行水平转动。环形平台12中心由钢筒密封，密封板设有气化剂管道入口；环形平台12外设有可拆卸的防尘筒，直达齿圈底部，防止灰尘进入环形平台12影响滑道运行。

炉篦机构7可以依据不同的原料品种、粒度在炉内形成的径向料层阻力的差异，进行调节各区域的气化剂分布，使气化炉气化均匀高负荷运行；在气化均匀的基础上，采用高温熔渣气化，利用夹套环周设置的三层热电偶，判断渣层厚度和气化均匀性；高温熔渣在气化剂喷射、吹动、松动、分离、冷却过程中由液态向固态转变，软固带在炉篦的搅拌柱和推灰筋(包括第一推灰筋和第二推灰筋，下同)作用下，粒化、分离形成琉璃固体小块。炉篦采用水冷进行降温，确保炉篦破渣柱和推灰筋的应力和强度。本炉底继承了间歇气化炉的破渣结构和传动形式。

离心悬浮固定床复合气化炉的原理及技术参数：

物料颗粒在料仓内经拨料器拨动进入料仓出口，依次经过插板阀、关风机(绞龙输送机)、进入文丘里输料喷嘴，气化剂与物料颗粒在文丘里的侧壁输料喷射器6均匀混合后，经四个喷嘴水平对冲送入温度在650—1100℃的悬浮炉炉膛中心，进行高温裂解、燃烧、气化。四支侧壁输料喷射器6水平对冲、碰撞的物料颗粒向上、向下和环周扩散，由径向动量转变成轴向动量，向上的物料颗粒冲向炉顶，向下的物料颗粒加快下落速度，会很快离开悬浮气化段，由此在悬浮气化段下部分级安装两组倾斜向上的下气化剂喷射组件4，用于喷射二次气化剂和三次气化剂。控制物料颗粒的运行路径和停留时间。由于生物质物料颗粒较轻，为了增加旋流比(二次气化剂、三次气化剂或四次气化剂与一次气化剂的流量比值)，一次气化剂量不能过大，并且为了减少进入炉内物料对冲碰撞的水平动量转变成不利于反应的轴向动量，一次气化剂只要把物料颗粒输送到炉膛中心即可。利用大量的二次、三次气化剂倾斜向上喷射(二次气化剂的夹角c为15-25°，三次气化剂的夹角d为20-40°)，切向进入炉膛中间位置(假想圆直径为炉膛直径的0.2—0.6倍，即其旋切角(第二侧壁旋转夹角γ)为10—30°)，利用较大的旋流比(二次气化剂和三次气化剂的旋流比均为1.5-4),使物料颗粒下落的轴向动量转变成径向水平动量，使物料颗粒水平旋转运动，改变运行路径和轨迹，延长停留时间；倾斜向上的气化剂的向上卷吸力使物体向上的加速度增大，消减轴向下落的速度，增加物料颗粒在悬浮气化段的停留时间，旋流气化剂(二次气化剂、三次气化剂或四次气化剂)径向改变物料颗粒的运动路径和轴向减小物料颗粒的下落速度；四次气化剂在侧壁输料喷射器6上部，采用向下的倾角15-25°，消减物料颗粒上移的速度和物料颗粒由轴向动量转为径向平推旋转运动；总之，利于气化剂轴向倾斜喷入且具有切角，形成旋流，改变物料颗粒的运动轨迹延长运动路径，并消减下落速度，采用下堵上截的方法，控制物料颗粒长时间停留在悬浮气化段(时间控制3-15秒)，使物料颗粒充分裂解、燃烧、气化，体积减少，颗粒变小。由于生物质、生活垃圾灰分少，悬浮的密度大的小颗粒，粒度大的轻质体，完全气化后，都变成细小轻质的灰分，在固定床气化段燃气的吹浮和大量悬浮气化段燃气的带动下离开气化炉，进入除尘器8收集。

尺寸较大的和密度较大颗粒的在被气流输送到炉膛中心，直接短路经布料器5进入固定床气化段，大粒径轻质颗粒和大密度的物料在悬浮气化段完全裂解为焦炭或半裂解的半焦经悬浮气化段收口段和布料器5进入固定床气化段。在此过程中，完成了对影响固定床气化段气化的细小的颗粒和轻质颗粒的处理，为固定床气化段均匀气化创造了条件，并且产生了大量高质量气体。一般悬浮气化段为气化炉的主反应区。操作控制依据是通过每层喷嘴平面安装的透视镜观测各层着火强度和径向火层分布状况，调整物料喷嘴和气化剂喷嘴切向角和气化剂流量，控制燃烧气化的吻合度；通过热电偶监测温度环周温度的均匀性和上下喷嘴的着火强度，调整二次、三次气化剂和四次气化剂的旋流比，控制悬浮气化段的稳定运行。一次气化剂流速一般控制在15-35m/s；二次、三次、四次流速一般控制在20-80m/s。总气化剂量与原料的挥发份含量相对应，原料的挥发份含量占原料的70％，参与裂解气化的所有气化剂一般占总气化剂的70％左右，各环区动量之比可参照如下比例调整：三次气化剂：二次气化剂；一次气化剂：四次气化剂＝(3-6)：(2-4)：(1-3)：(0.5-2)；具体分配依据原料性能确定，原料为生物质时，悬浮气化段温度控制在650—800℃；原料为垃圾、烟煤、无烟煤时，控制在900-1100℃。

在固定床气化炉中，通常来说，料层从上至下依次为干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层。固定床气化炉氧化层与还原层统称为气化层。

物料颗粒经悬浮气化段收口段和布料器5的作用下，料层上表面呈波浪型接近于平面。经过悬浮气化段短路和形成半焦或焦炭颗粒在固定床气化段继续进行裂解、还原、气化。五次气化剂从炉底进入经过水冷搅拌的专用炉篦通道合理的均匀分布，垃圾气化在经疏松多孔的灰渣均匀分布，进入高温气化段与物料颗粒进行燃烧反应，放出约2000℃的高温气体把灰分熔融，气化层温度控制在1200—1400℃，在气化层熔融后的灰分经炉底进入的低温气化剂喷射、吹动、松动、分离、冷却过程中由液态向固态转变，软固带在炉篦的搅拌柱转动下被分离、粒化成琉璃小颗粒灰渣；利用夹套环周设置的三层热电偶，判断渣层厚度和均匀度，确保炉况稳定运行。原料为垃圾时，料层表面温度控制在900—1100℃。用于起炉点火和稳定悬浮炉温度的稳定性。原料为生物质时，固定床气化层温度控制在650—800℃即可，料面温度控制在650-700℃即可。炉底五次气化剂占总气化剂量的30％左右，流速一般控制在2-4m/s；

出气化炉高温燃气(合成气)约650-1100℃，经除尘器8除尘后，进入固定床裂解气化炉，裂解出高热值或高氢气含量的合成气，温度为60-320℃，经净化后供生产应用。

本发明采用对粒度范围大的散料生物质或垃圾进行分段式裂解气化，分层均温、分级控制气化剂，气化均匀、气化强度大，采用串联式燃气真空裂解降温，产出高热量、高氢气含量的燃气或合成气并回收热量。

本发明适用于轻质颗粒范围较大的不同种类垃圾燃烧气化，高强度，高温熔渣运行，消除二恶英，熔琉渣固化重金属，可以用来铺路和做建材材料。

本发明适用于轻质颗粒范围较大的不同种类垃圾燃烧气化，高温裂解燃气洁净，不含焦油、氰化物，NOx少。

本发明适用于轻质颗粒范围较大的的生物质不同种类的不同性能的颗粒单独燃烧气化和混合燃烧气化；依据需要可进行气化温度控制来实现低温碳气联产及中温完全气化，工艺参数依据生产要求调整；可生产高热值燃气或高碳产量。

本发明依据生产需要，气化剂可以为：空气；空气+蒸汽；富氧+蒸汽；纯氧+蒸汽。

本发明依据生产需要，炉膛可以更换为全夹套或全耐火砖材料。

本发明可适用于∮2800～∮10000各种炉型，压力适用范围0～50Mpa的常压、增压、中压、高压气化炉，只是压力容器和管道作相应的压力调整即可。

在本发明的描述中，需要说明的是，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”、“顺时针”、“逆时针”、“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，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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 (10)

1.一种离心悬浮固定床复合气化炉，其特征在于，包括炉本体(1)和至少两组气化剂喷射组件，所述炉本体(1)内分为位于其上部的悬浮气化段和位于其下部的固定床气化段，所述悬浮气化段具有进料口，所述固定床气化段的上端侧壁具有排气口，所述固定床气化段内的下部设有可转动的炉篦机构(7)，

所述气化剂喷射组件分为至少一组上气化剂喷射组件(3)和至少一组下气化剂喷射组件(4)，所述上气化剂喷射组件(3)位于所述悬浮气化段的上部，所述下气化剂喷射组件(4)位于所述悬浮气化段的下部，

每组所述气化剂喷射组件包括至少两个沿所述炉本体(1)周向均匀分布的气化剂喷射器(2)，各气化剂喷射器(2)均与所述炉本体(1)连通，所述上气化剂喷射组件(3)的气化剂喷射器(2)的喷射方向水平或朝下倾斜，且与所述炉本体(1)径向之间具有第一侧壁旋转夹角β；

所述下气化剂喷射组件(4)的气化剂喷射器(2)的喷射方向朝上倾斜，同一组的所述气化剂喷射器(2)的喷射方向均沿周向偏向所述炉本体(1)径向的同一侧，且与所述炉本体(1)径向之间具有第二侧壁旋转夹角γ。

2.根据权利要求1所述一种离心悬浮固定床复合气化炉，其特征在于，还包括布料器(5)，所述悬浮气化段的下端具有直径逐渐缩小的收口段，所述布料器(5)固定于所述固定床气化段的上端，且位于所述收口段的下方。

3.根据权利要求1所述一种离心悬浮固定床复合气化炉，其特征在于，还包括顶部输料机构(10)，所述炉本体(1)的顶部具有所述进料口，所述顶部输料机构(10)与所述进料口连通，所述上气化剂喷射组件(3)的气化剂喷射器(2)的喷射方向水平。

4.根据权利要求1所述一种离心悬浮固定床复合气化炉，其特征在于，还包括侧壁输料组件，所述上气化剂喷射组件(3)的气化剂喷射器(2)的喷射方向水平，所述侧壁输料组件包括至少两个侧壁输料喷射器(6)，所述侧壁输料喷射器(6)位于所述悬浮气化段的中部，所述炉本体(1)的侧壁具有至少两个所述进料口，所述侧壁输料喷射器(6)与所述进料口一一对应并连通，所述侧壁输料喷射器(6)的喷射方向水平或者朝下倾斜，所述侧壁输料喷射器(6)的喷射方向与水平面的输料夹角为0-10°，且与所述炉本体(1)径向之间具有侧壁输料夹角α，0≤α≤7°。

5.根据权利要求1、2或4所述一种离心悬浮固定床复合气化炉，其特征在于，所述气化剂喷射组件分为在竖直方向间隔设置的一组所述上气化剂喷射组件(3)和两组所述下气化剂喷射组件(4)，所述上气化剂喷射组件(3)的气化剂喷射器(2)的喷射方向与水平面的夹角b为15°-25°，且10°≤β≤30°，位于上方的一组所述下气化剂喷射组件(4)的气化剂喷射器(2)的喷射方向与水平面的夹角c为15°-25°，位于下方的一组所述下气化剂喷射组件(4)的气化剂喷射器(2)的喷射方向与水平面的夹角d为20°-40°，且d＞c；10°≤γ≤30°。

6.一种生产系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述离心悬浮固定床复合气化炉，还包括除尘器(8)和裂解炉(9)，所述离心悬浮固定床复合气化炉的所述排气口、所述除尘器(8)和所述裂解炉(9)依次连通。

7.一种生产方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项的所述离心悬浮固定床复合气化炉实现，包括以下步骤：

物料从进料口进入悬浮气化段；

四次气化剂通过上气化剂喷射组件(3)喷射进入所述悬浮气化段，二次气化剂通过下气化剂喷射组件(4)喷射进入所述悬浮气化段，物料中质量小的颗粒在二次气化剂和四次气化剂作用下悬浮并气化，

物料中质量大的颗粒在悬浮气化段裂解，并掉落至炉本体(1)下部的固定床气化段，在炉篦机构(7)上继续进行裂解、还原和气化，经炉篦机构(7)外排碳渣；

炉本体(1)内气化产生的气体从排气口排出。

8.根据权利要求7所述一种生产方法，其特征在于，所述炉本体(1)的竖直方向间隔设置有一组所述上气化剂喷射组件(3)和两组所述下气化剂喷射组件(4)，二次气化剂通过靠上方的下气化剂喷射组件(4)喷射进入所述悬浮气化段，三次气化剂通过靠下方的所述下气化剂喷射组件(4)喷射进入所述悬浮气化段。

9.根据权利要求8所述一种生产方法，其特征在于，物料通过侧壁输料喷射器(6)随一次气化剂水平旋转的喷射进入所述悬浮气化段的中部，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂喷射到所述悬浮气化段的旋转方向均与所述一次气化剂旋转方向相反。

10.根据权利要求9所述一种生产方法，其特征在于，所述一次气化剂流速为15-35m/s，所述二次气化剂、所述三次气化剂和所述四次气化剂的流速均为20-80m/s；所述三次气化剂、二次气化剂的、一次气化剂、四次气化剂的动量比为(3-6)：(2-4)：(1-3)：(0.5-2)。

Images