CN116286104A - 一种气化炉 - Google Patents

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岳军
雷玉龙
裴世钊
宋文军
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Abstract

本发明公开了一种气化炉，包括反应段，所述反应段的中心线与水平线的夹角为0°至80°，所述反应段设置有第一原料入口和产物出口，所述第一原料入口位于反应段较高的一端，所述产物出口位于反应段较低的一端的底部。达到的技术效果为：含碳原料可以在反应室底部的料层或者熔池内反应，可以同时气化不同粒度和不同类型的原料，具有碳转化率高、原料适应性好的优点；气化炉耐火衬里使用温度较低，寿命长，可以允许含有腐蚀性物质有机废物的气化；而且气化炉基本不产生二噁英，将重金属固化在玻璃体渣中，环保性能优异，同时具有产品附加值高、碳排放少的优点。

Description

一种气化炉
技术领域
本发明涉及有机废物气化技术领域，具体涉及一种气化炉。
背景技术
传统的有机废物处理技术包括卫生填埋和焚烧。卫生填埋不仅占用大量的土地资源，而且会产生渗滤液等需要二次处理。有机废物焚烧虽然可以达到减容的效果，但是容易产生二噁英等剧毒物质，尾气处理难度大。有机废物气化不仅可以将原料中的有用成分转化为合成气得到回收利用，而且将原料中的碳元素转化为合成气中的一氧化碳，从而起到减少碳排放的作用，由于气化过程基本不产生二噁英，尾气较容易处理。因此，有机废物气化在环保特性方面具有很大的优势。
但是气化技术往往对原料特性具有一定的要求，例如气流床气化技术需要将原料破碎至一定的粒度以下，原料预处理工作量大，破碎能耗较高；固定床气化技术可以允许较大尺寸的原料，但是由于反应温度较低，会产生焦油等物质造成后续管道的堵塞。
发明内容
为此，本发明提供一种气化炉，用以解决现有气化技术处理有机废物时原料适应性差，原料预处理工作量大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的第一方面，一种气化炉，包括反应段，所述反应段的中心线与水平线的夹角为0°至80°，所述反应段设置有第一原料入口和产物出口，所述第一原料入口位于反应段较高的一端，所述产物出口位于反应段较低的一端的底部。
进一步地，还包括导气装置和激冷段，所述产物出口、所述导气装置以及所述激冷段依次相连，所述导气装置布置在所述激冷段内，所述导气装置和所述激冷段均呈竖直布置。
进一步地，所述激冷段设置有气体出口、渣出口、激冷水入口以及激冷水出口，所述气体出口位于所述激冷段上部，所述渣出口位于所述激冷段底部，所述激冷水入口以及所述激冷水出口均位于所述激冷段的侧壁上。
进一步地，还包括余热回收段，所述余热回收段位于所述反应段的所述产物出口和所述导气装置之间，所述余热回收段设置有锅炉水入口、锅炉水出口和余热回收设备。
进一步地，所述余热回收段还包含余热回收外壳，所述锅炉水入口和所述锅炉水出口设置在所述余热回收外壳上，所述余热回收设备设置在所述余热回收外壳内部，所述锅炉水入口和所述锅炉水出口均通过管道和所述余热回收设备相连。
进一步地，所述反应段还包括反应外壳，所述反应外壳为钢壳、水冷夹套、水冷壁或者水冷盘管中的任意一种。
进一步地，所述反应外壳内部有耐火砖衬里，所述耐火砖衬里围成的空间为反应室；
或者，所述反应外壳内部有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里，所述水冷壁或者水冷盘管衬里围成的空间为反应室。
进一步地，还包括烧嘴，所述第一原料入口设置有所述烧嘴，含碳原料和气化剂通过所述烧嘴进入所述反应室。
进一步地，所述反应段设置有第二原料入口，含碳原料通过所述第二原料入口进入所述反应室。
进一步地，所述反应段设置有辅助气化剂入口，辅助气化剂通过所述辅助气化剂入口进入所述反应室。
工作原理：
1、含碳原料和气化剂通过原料入口的烧嘴进入气化段的反应室，含碳原料可以是固体颗粒状、液体状、浆状、膏状或者气体状的煤、生物质或者有机废物，气化剂可以是氧气、水蒸气、二氧化碳或者其混合物。另一部分含碳原料通过第二原料入口进入气化段的反应室，以便容许不同的含碳原料采用不同的进料方式。
2、含碳原料和气化剂在反应室内发生高温燃烧和气化反应，生成一氧化碳和氢气为主的合成气，合成气向产物出口流动并通过产物出口排出气化段的反应室。含碳原料中的固体和液体物质根据其尺寸的不同：小尺寸的含碳原料被气体夹带直接流向产物出口，其在反应室内的停留时间较短，但因为其尺寸较小所需的反应时间也较短；大尺寸的含碳原料在重力的作用下落入反应室底部，在高温下逐渐熔化并沿着反应室底部从较高的一侧流向较低的一侧最终也从产物出口流出，由于其在反应室底部保持固体的停留时间和熔化后沿着底部流动的停留时间相对较长，足够大尺寸含碳原料实现完全反应。在产物出口附近有辅助气化剂，以便控制产物出口的温度，保证灰渣以熔融液态的形式稳定地排出气化室。
3、气化段内的耐火砖衬里起到隔热作用，维持反应室内的高温环境，降低了气化反应的散热损失和合成气比消耗。同时，气化段的外壳及外壳上的钢壳，或者水冷夹套，或者水冷壁，或者水冷盘管冷却装置降低了耐火砖衬里的使用温度，使得耐火砖衬里具有很长的使用寿命，而且由于耐火砖衬里使用温度较低，其防腐蚀性能良好，可以允许含有腐蚀性物质有机废物的气化。或者，气化段内有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里时，衬里上形成固态和液态共存的灰渣层，通过以渣抗渣作用既能避免衬里受到熔渣的侵蚀，又能减少衬里的吸热损失。
4、合成气和熔渣从气化段的产物出口流出，可以经过余热回收段降温并且加热锅炉水以回收产物显热，也可以直接通过导气装置通入激冷室。在激冷室中合成气和熔渣被激冷水冷却，高温熔渣迅速凝固形成玻璃体颗粒，沉入激冷室底部并从渣出口排出，合成气经过冷却水洗涤分离出灰渣，向上流动从气体出口排出。
本发明具有如下优点：
1、含碳原料碳转化率高。与立式气化炉内含碳原料主要在气体空间内反应不同，本发明中含碳原料可以在反应室底部的料层或者熔池内反应，从而延长了含碳原料的反应时间，保证原料内的碳元素能够充分反应和转化成合成气。
2、原料粒度适应性好。对不同粒度的原料，本发明气化炉均能匹配并满足其反应时间的要求：小尺寸原料所需要的反应时间较短，其随着气流直接流向产物出口，其在反应室内停留时间也较短；中等尺寸原料所需要的反应时间中等，其被气流夹带运动一段距离后落入反应室底部，再在反应室底部的料层或者熔池内继续向产物出口移动，其在反应室内的停留时间稍长于小尺寸原料；大尺寸原料所需要的反应时间最长，其不受气流的夹带而直接落入反应室底部，在反应室底部的料层或者熔池内从原料入口端移动至产物出口端，因而其在反应室内的停留时间也最长。本发明气化炉可以同时气化不同粒度的原料，降低了对原料尺寸的要求，从而降低了用于破碎和研磨的原料预处理的费用。
3、原料类型适应性好。本发明气化炉具有不止一个原料入口，可以将不同输送方式的原料送入不同的原料入口，从而同时处理不同类型的含碳原料。这些原料可以是煤、生物质、有机废物等，可以是固体颗粒状、液体状、浆状、膏状或者气体状。
4、气化炉可用率高。气化段的外壳及外壳上的钢壳，或者水冷夹套，或者水冷壁，或者水冷盘管冷却装置降低了耐火砖衬里的使用温度，使得耐火砖衬里具有很长的使用寿命，而且由于耐火砖衬里使用温度较低，其防腐蚀性能良好，可以允许含有腐蚀性物质有机废物的气化。气化段内有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里时，衬里上形成固态和液态共存的灰渣层，通过以渣抗渣作用能避免衬里受到熔渣的侵蚀，使得水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里具有很长的使用寿命。
5、环保性能优异。本发明气化炉产物中基本不含二噁英，气体产物易于净化处理：气化炉内反应温度高于灰熔点，一般在1000℃以上，由于反应温度较高，二噁英的分解率高；气化炉内高浓度一氧化碳和氢气的还原性气氛能有效抑制有机废物燃烧和气化过程中二噁英的生成；合成气和熔渣采用激冷冷却，避开了低温段灰催化作用下二噁英的生成。此外，本发明气化炉的排渣为熔渣固化后的玻璃体物质，重金属浸出率低，排渣可以直接回收综合利用或者作为一般固废处理。本发明气化炉可以从根本上解决有机废物处理过程中产生的二次污染问题，环保性能优异。
6、产品附加值高、碳排放低。与直接焚烧发电相比，本发明有机废物中的有用成分转化为合成气，可以用于合成化学品或者燃料，产品附加值较高。而且本发明有机废物中的碳元素绝大部分进入合成气中的一氧化碳，最后被固定到化学品或者燃料中，碳排放较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种气化炉的示意图。
图2为本发明实施例2提供的一种气化炉的示意图。
图3为本发明实施例3提供的一种气化炉的示意图。
图中：
11、反应段，12、导气装置，13、激冷段，14、余热回收段；
111、第一原料入口，112、产物出口，113、反应外壳，114、耐火砖衬里，115、反应室，116、烧嘴，117、第二原料入口，118、辅助气化剂入口；
131、气体出口，132、渣出口，133、激冷水入口，134、激冷水出口；
141、锅炉水入口，142、锅炉水出口，143、余热回收设备，144、余热回收外壳。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明第一方面实施例中的一种气化炉，包括反应段11，反应段11的中心线与水平线的夹角为0°至80°，反应段11设置有第一原料入口111和产物出口112，第一原料入口111位于反应段11较高的一端，产物出口112位于反应段11较低的一端的底部。
可选的，还包括导气装置12和激冷段13，产物出口112、导气装置12以及激冷段13依次相连，导气装置12布置在激冷段13内，导气装置12和激冷段13均呈竖直布置。
可选的，激冷段13设置有气体出口131、渣出口132、激冷水入口133以及激冷水出口134，气体出口131位于激冷段13上部，渣出口132位于激冷段13底部，激冷水入口133以及激冷水出口134均位于激冷段13的侧壁上。
可选的，还包括余热回收段14，余热回收段14位于反应段11的产物出口112和导气装置12之间，余热回收段14设置有锅炉水入口141、锅炉水出口142和余热回收设备143。
可选的，余热回收段14还包含余热回收外壳144，锅炉水入口141和锅炉水出口142设置在余热回收外壳144上，余热回收设备143设置在余热回收外壳144内部，锅炉水入口141和锅炉水出口142均通过管道和余热回收设备143相连。
可选的，反应段11还包括反应外壳113，反应外壳113为钢壳、水冷夹套、水冷壁或者水冷盘管中的任意一种。
可选的，反应外壳113内部有耐火砖衬里114，耐火砖衬里114围成的空间为反应室115；
或者，反应外壳113内部有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里，水冷壁或者水冷盘管衬里围成的空间为反应室115。
可选的，还包括烧嘴116，第一原料入口111设置有烧嘴116，含碳原料和气化剂通过烧嘴116进入反应室115。
可选的，反应段11设置有第二原料入口117，含碳原料通过第二原料入口117进入反应室115。
可选的，反应段11设置有辅助气化剂入口118，辅助气化剂通过辅助气化剂入口118进入反应室115。
工作原理：
1、含碳原料和气化剂通过原料入口的烧嘴进入气化段的反应室，含碳原料可以是固体颗粒状、液体状、浆状、膏状或者气体状的煤、生物质或者有机废物，气化剂可以是氧气、水蒸气、二氧化碳或者其混合物。另一部分含碳原料通过第二原料入口进入气化段的反应室，以便容许不同的含碳原料采用不同的进料方式。
2、含碳原料和气化剂在反应室内发生高温燃烧和气化反应，生成一氧化碳和氢气为主的合成气，合成气向产物出口流动并通过产物出口排出气化段的反应室。含碳原料中的固体和液体物质根据其尺寸的不同：小尺寸的含碳原料被气体夹带直接流向产物出口，其在反应室内的停留时间较短，但因为其尺寸较小所需的反应时间也较短；大尺寸的含碳原料在重力的作用下落入反应室底部，在高温下逐渐熔化并沿着反应室底部从较高的一侧流向较低的一侧最终也从产物出口流出，由于其在反应室底部保持固体的停留时间和熔化后沿着底部流动的停留时间相对较长，足够大尺寸含碳原料实现完全反应。在产物出口附近有辅助气化剂，以便控制产物出口的温度，保证灰渣以熔融液态的形式稳定地排出气化室。
3、气化段内的耐火砖衬里起到隔热作用，维持反应室内的高温环境，降低了气化反应的散热损失和合成气比消耗。同时，气化段的外壳及外壳上的钢壳，或者水冷夹套，或者水冷壁，或者水冷盘管冷却装置降低了耐火砖衬里的使用温度，使得耐火砖衬里具有很长的使用寿命，而且由于耐火砖衬里使用温度较低，其防腐蚀性能良好，可以允许含有腐蚀性物质有机废物的气化。或者，气化段内有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里时，衬里上形成固态和液态共存的灰渣层，通过以渣抗渣作用既能避免衬里受到熔渣的侵蚀，又能减少衬里的吸热损失。
4、合成气和熔渣从气化段的产物出口流出，可以经过余热回收段降温并且加热锅炉水以回收产物显热，也可以直接通过导气装置通入激冷室。在激冷室中合成气和熔渣被激冷水冷却，高温熔渣迅速凝固形成玻璃体颗粒，沉入激冷室底部并从渣出口排出，合成气经过冷却水洗涤分离出灰渣，向上流动从气体出口排出。
本发明具有如下优点：
1、含碳原料碳转化率高。与立式气化炉内含碳原料主要在气体空间内反应不同，本发明中含碳原料可以在反应室底部的料层或者熔池内反应，从而延长了含碳原料的反应时间，保证原料内的碳元素能够充分反应和转化成合成气。
2、原料粒度适应性好。对不同粒度的原料，本发明气化炉均能匹配并满足其反应时间的要求：小尺寸原料所需要的反应时间较短，其随着气流直接流向产物出口，其在反应室内停留时间也较短；中等尺寸原料所需要的反应时间中等，其被气流夹带运动一段距离后落入反应室底部，再在反应室底部的料层或者熔池内继续向产物出口移动，其在反应室内的停留时间稍长于小尺寸原料；大尺寸原料所需要的反应时间最长，其不受气流的夹带而直接落入反应室底部，在反应室底部的料层或者熔池内从原料入口端移动至产物出口端，因而其在反应室内的停留时间也最长。本发明气化炉可以同时气化不同粒度的原料，降低了对原料尺寸的要求，从而降低了用于破碎和研磨的原料预处理的费用。
3、原料类型适应性好。本发明气化炉具有不止一个原料入口，可以将不同输送方式的原料送入不同的原料入口，从而同时处理不同类型的含碳原料。这些原料可以是煤、生物质、有机废物等，可以是固体颗粒状、液体状、浆状、膏状或者气体状。
4、气化炉可用率高。气化段的外壳及外壳上的钢壳，或者水冷夹套，或者水冷壁，或者水冷盘管冷却装置降低了耐火砖衬里的使用温度，使得耐火砖衬里具有很长的使用寿命，而且由于耐火砖衬里使用温度较低，其防腐蚀性能良好，可以允许含有腐蚀性物质有机废物的气化。气化段内有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里时，衬里上形成固态和液态共存的灰渣层，通过以渣抗渣作用能避免衬里受到熔渣的侵蚀，使得水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里具有很长的使用寿命。
5、环保性能优异。本发明气化炉产物中基本不含二噁英，气体产物易于净化处理：气化炉内反应温度高于灰熔点，一般在1000℃以上，由于反应温度较高，二噁英的分解率高；气化炉内高浓度一氧化碳和氢气的还原性气氛能有效抑制有机废物燃烧和气化过程中二噁英的生成；合成气和熔渣采用激冷冷却，避开了低温段灰催化作用下二噁英的生成。此外，本发明气化炉的排渣为熔渣固化后的玻璃体物质，重金属浸出率低，排渣可以直接回收综合利用或者作为一般固废处理。本发明气化炉可以从根本上解决有机废物处理过程中产生的二次污染问题，环保性能优异。
6、产品附加值高、碳排放低。与直接焚烧发电相比，本发明有机废物中的有用成分转化为合成气，可以用于合成化学品或者燃料，产品附加值较高。而且本发明有机废物中的碳元素绝大部分进入合成气中的一氧化碳，最后被固定到化学品或者燃料中，碳排放较低。
实施例2
如图2所示，本发明第一方面实施例中的一种气化炉，该气化炉与实施例1不同之处在于：该气化炉还包括余热回收段14，余热回收段14位于反应段11的产物出口112和导气装置12之间，余热回收段14设置有锅炉水入口141、锅炉水出口142和余热回收设备143。
该气化炉与实施例1不同之处在于：该气化炉还包括余热回收段14，余热回收段14位于反应段11的产物出口112和导气装置12之间，余热回收段14设置有锅炉水入口141、锅炉水出口142和余热回收设备143。
实施例3
如图3所示，本发明第一方面实施例中的一种气化炉，该气化炉与实施例2不同之处在于：该气化炉的余热回收段14还包含余热回收外壳144，锅炉水入口141和锅炉水出口142设置在余热回收外壳144上，余热回收设备143设置在余热回收外壳144内部，锅炉水入口141和锅炉水出口142均通过管道和余热回收设备143相连。
工作原理：本实施例通过在余热回收段设置外壳，通过外壳承压可以使气化炉应用于高压气化场合。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种气化炉，其特征在于，包括反应段(11)，所述反应段(11)的中心线与水平线的夹角为0°至80°，所述反应段(11)设置有第一原料入口(111)和产物出口(112)，所述第一原料入口(111)位于反应段(11)较高的一端，所述产物出口(112)位于反应段(11)较低的一端的底部。
2.根据权利要求1所述的一种气化炉，其特征在于，还包括导气装置(12)和激冷段(13)，所述产物出口(112)、所述导气装置(12)以及所述激冷段(13)依次相连，所述导气装置(12)布置在所述激冷段(13)内，所述导气装置(12)和所述激冷段(13)均呈竖直布置。
3.根据权利要求2所述的一种气化炉，其特征在于，所述激冷段(13)设置有气体出口(131)、渣出口(132)、激冷水入口(133)以及激冷水出口(134)，所述气体出口(131)位于所述激冷段(13)上部，所述渣出口(132)位于所述激冷段(13)底部，所述激冷水入口(133)以及所述激冷水出口(134)均位于所述激冷段(13)的侧壁上。
4.根据权利要求3所述的一种气化炉，其特征在于，还包括余热回收段(14)，所述余热回收段(14)位于所述反应段(11)的所述产物出口(112)和所述导气装置(12)之间，所述余热回收段(14)设置有锅炉水入口(141)、锅炉水出口(142)和余热回收设备(143)。
5.根据权利要求1、3或4任一项所述的一种气化炉，其特征在于，所述反应段(11)还包括反应外壳(113)，所述反应外壳(113)为钢壳、水冷夹套、水冷壁或者水冷盘管中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的一种气化炉，其特征在于，所述反应外壳(113)内部有耐火砖衬里(114)，所述耐火砖衬里(114)围成的空间为反应室(115)；
或者，所述反应外壳(113)内部有水冷壁或者水冷盘管其中的一种或者两种构成的衬里，所述水冷壁或者水冷盘管衬里围成的空间为反应室(115)。
7.根据权利要求4所述的一种气化炉，其特征在于，所述余热回收段(14)还包含余热回收外壳(144)，所述锅炉水入口(141)和所述锅炉水出口(142)设置在所述余热回收外壳(144)上，所述余热回收设备(143)设置在所述余热回收外壳(144)内部，所述锅炉水入口(141)和所述锅炉水出口(142)均通过管道和所述余热回收设备(143)相连。
8.根据权利要求6所述的一种气化炉，其特征在于，还包括烧嘴(116)，所述第一原料入口(111)设置有所述烧嘴(116)，含碳原料和气化剂通过所述烧嘴(116)进入所述反应室(115)。
9.根据权利要求6所述的一种气化炉，其特征在于，所述反应段(11)设置有第二原料入口(117)，含碳原料通过所述第二原料入口(117)进入所述反应室(115)。
10.根据权利要求6所述的一种气化炉，其特征在于，所述反应段(11)设置有辅助气化剂入口(118)，辅助气化剂通过所述辅助气化剂入口(118)进入所述反应室(115)。
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