CN116376601B - 一种提高热解气化装置效率的反应强化结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，涉及涉及热解气化技术领域。包括热解气化装置，所述热解气化装置呈筒状，其前端设置有进料口，后端设置有出料口；流动强化机构，设置于热解气化装置上靠近前端的外壁且与热解气化装置相连通，流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°至50°；扰流机构，包括若干呈阵列分布于热解气化装置的内壁的向热解气化装置中心凸起的扰流体，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的若干组，每一组扰流体沿热解气化装置的周向分布。本发明使物料与物料之间、物料与空气之间混合充分，从而强化后续的反应过程，提高反应效率。
Description
技术领域
本发明涉及热解气化技术领域，尤其涉及一种提高热解气化装置效率的反应强化结构。
背景技术
根据数据统计，我国城市有机固废年产量在60Mt之上，并且以每年约10%的速度递增。目前我国有机固废资源化效率只有10%，而今较为常见的资源利用化方法为热解气化，因此切实提高有机固废利用处置能力，实现固废减量化、资源化至关重要。然而有机固废在热解气化装置的反应过程存在物料颗粒之间混合不均、物料与空气接触不充分的问题，尤其是装置下层物料，与上层高温烟气、高温物料、空气接触较少，导致装置内物料热解气化反应不完全、不充分，影响热解气化反应效率。
发明内容
为了解决背景技术中提到的至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，使物料与物料之间、物料与空气之间混合充分，从而强化后续的反应过程，提高反应效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，包括：
热解气化装置，所述热解气化装置呈筒状，其前端设置有进料口，后端设置有出料口；
流动强化机构，设置于热解气化装置上靠近前端的外壁且与热解气化装置相连通，流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°至50°；
扰流机构，包括若干呈阵列分布于热解气化装置的内壁的向热解气化装置中心凸起的扰流体，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的若干组，每一组扰流体沿热解气化装置的周向分布。
在本发明的某些实施例中，所述流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°、30°、40°或50°。
在本发明的某些实施例中，所述扰流体的顶面为平面或曲面。
在本发明的某些实施例中，所述曲面的曲率为0.526-2。
在本发明的某些实施例中，所述曲面的曲率为1.111。
在本发明的某些实施例中，所述每一组扰流体的数量为4个。
在本发明的某些实施例中，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的组数为6组。
在本发明的某些实施例中，第一组扰流体与热解气化装置的前端距离大于1m。
在本发明的某些实施例中，所述扰流体的高度为150mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一方面，本发明设置于热解气化装置上靠近前端的外壁且与热解气化装置相连通的流动强化机构有利于加强热解气化装置内气体湍流强度，增加物料与空气的接触，提高反应效率。另一方面，呈阵列分布于热解气化装置的内壁的向热解气化装置中心凸起的扰流体既能搅拌物料增强物料之间的混合，又能增强反应装置内气体的流动强度，增加物料与空气的接触、增强物料与物料的混合，从而强化反应过程，进一步提高反应效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的截面示意图。
图3为本发明的扰流体轴向安装示意图。
图4为本发明一实施例的平面扰流体结构图。
图5为本发明一实施例的曲面扰流体结构图。
图6为本发明不同角度时热解气化装置内气体平均湍流度示意图。
图7为本发明不同角度时热解气化装置内物料反应速率示意图。
图8为本发明不同曲率扰流体时接触数指数示意图。
图9为本发明不同周向个数和扰流体高度时接触数指数示意图。
图10为本发明不同轴向分布扰流体组数时接触数指数示意图。
图11为本发明距装置前端不同距离时热解气化装置内温度分布示意图。
图中：1、热解气化装置；11、进料口；12、出料口；2、流动强化机构；3、扰流体。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1，本实施例提供一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，包括：
热解气化装置1，所述热解气化装置呈筒状，其前端设置有进料口11，后端设置有出料口12；
流动强化机构2，如图2所示，所述流动强化机构2为管体，用于通入空气。流动强化机构2设置于热解气化装置上靠近前端的外壁且与热解气化装置相连通，流动强化机构与热解气化装置的径向呈∠α，∠α的取值范围为20°-50°。
具体的，所述流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°、30°、40°或50°；
通过Ansys Fluent数值模拟方式，计算不同∠α对热解气化装置1内流场、物料反应速率的影响。热解气化装置内流场湍流度分布和物料反应速率结果如图6和图7所示。
由图图6可知，热解气化装置流动强化结构与水平方向成30°时，热解气化装置内气体平均湍流度最高，湍流度越高、物料与空气的混合程度越高，因此反应效率越高，物料反应效果越好。由图7可知，热解气化装置流动强化结构与水平方向成30°时，热解气化装置内物料反应速率越大，因此物料反应越快，能更快达到完全反应状态，因此可以提高物料的反应效率。
本实施例还包括扰流机构，所述扰流机构包括若干呈阵列分布于热解气化装置的内壁的向热解气化装置中心凸起的扰流体3，如图3所示，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的若干组。如图2所示，每一组扰流体沿热解气化装置的周向分布。
如图4所示，所述扰流体3的顶面为平面；或者，如如图5所示，扰流体3的顶面为曲面。设计扰流体为曲面结构时，扰流体上表面的面积增加。曲面扰流体（以曲率1.111为例）上表面面积为0.2418 m2，平面扰流体上表面面积为0.24 m2，一个扰流体的面积增加0.583%，增加了与物料的接触面积和辐射面积，因此能增加物料之间的混合程度，提高反应效率。
在此基础上，曲面的曲率也影响了物料的混合强度。包括以下几种情形：
扰流体上表面曲率为0.526。
扰流体上表面曲率为0.588。
扰流体上表面曲率为0.667。
扰流体上表面曲率为0.769。
扰流体上表面曲率为0.909。
扰流体上表面曲率为1.111。
扰流体上表面曲率为1.429。
扰流体上表面曲率为2。
通过EDEM数值模拟，研究不同曲面扰流体的上表面曲率，得出最佳曲率的曲面扰流体，从而强化对危险废物物料混合的强度。通过接触数指数的指标来评价不同曲率的曲面扰流体对物料混合过程的影响，接触数指数越大，说明物料混合越充分，即此曲率下的扰流体结构最佳。不同曲率扰流体对物料的混合影响如图8所示。由图8可知，在扰流体上表面曲率为1.111时，接触数指数最大，即此结构下物料之间的混合程度最高，扰流体对物料的混合强度最大。
另一方面，本实施例还对每一组扰流体沿热解气化装置的周向分布的数量和扰流体的高度H对物料混合过程的影响进行了研究，包括以下几种情形：
周向分布四个时，扰流体高度分别为50 mm、100 mm、150 mm和200 mm。
周向分布六个时，扰流体高度分别为50 mm、100 mm、150 mm和200 mm。
周向分布八个时，扰流体高度分别为50 mm、100 mm、150 mm和200 mm。
通过EDEM数值模拟，研究不同周向分布扰流体数量和扰流体高度对物料混合过程的影响，通过接触数指数评价扰流体参数对物料混合过程的影响。接触数指数越大，说明物料混合越为充分。扰流体参数对物料混合过程的影响如图9所示。
由图9可知，在周向扰流体数量为4个，扰流体高度为150 mm时，接触数指数最大，即此结构参数下物料之间的混合最为充分。没有扰流体时，热解气化装置内物料的接触数指数为0.244，添加周向扰流体数量为4个，高度为150 mm扰流体结构后，接触数指数提升至0.357，接触数指数提升了46.3%，大大增强了物料的混合程度，避免物料堆积产生的不完全反应。
本申请还对扰流体的轴向分布组数对物料混合过程的影响进行了研究，包括以下几种情形：
轴向分布4组扰流体。
轴向分布5组扰流体。
轴向分布6组扰流体。
轴向分布7组扰流体。
轴向分布8组扰流体。
通过EDEM数值模拟，研究不同轴向分布组数对物料混合过程的影响，通过接触数指数评价扰流体参数对物料混合过程的影响。接触数指数越大，说明物料混合越为充分。扰流体参数对物料混合过程的影响如图10所示。
观察不同轴向组数的接触数指数，轴向分布6组扰流体时接触数指数最高，轴向分布组数再多时，对物料运动产生阻滞作用，部分物料未得到混合，因此接触数指数降低。未布置扰流体时热解气化装置内物料的接触数指数为0.244，增加轴向布置的6组扰流体后，接触数指数增加至0.592，接触数指数增幅达到142.6%，大大增强了物料之间的混合，提高混合效率，因此能提高物料的反应效率。
本申请还对第一组扰流体位置距离装置前端的距离L对物料混合过程的影响进行了研究，包括以下几种情形：
第一组扰流体距离装置前端0.4 m。
第一组扰流体距离装置前端0.6 m。
第一组扰流体距离装置前端0.8 m。
第一组扰流体距离装置前端1 m。
第一组扰流体距离装置前端1.2 m。
通过Ansys Fluent数值模拟方式，计算第一组扰流体距离装置前端的不同距离，对热解气化装置内反应温度场分布的影响，五种距离下热解气化装置内的温度如图11所示。
第一组扰流体距离装置前端的位置影响热解气化装置前端处温度分布，由图11可得，在第一组扰流体距离装置前端小于1 m时，热解气化装置内温度在装置前端2 m之前迅速升高，导致升温速率过高；第一组扰流体距离装置前端大于1 m时，热解气化装置内温度缓慢升高，升温速度放缓，维持热解气化装置运行稳定性。当第一组扰流体距离装置前端过近时，导致物料在热解气化装置前端处部分物料收到扰流体阻滞，发生爆燃，导致装置前端处局部升温速率过快、温度过高，危害热解气化装置运行安全。因此第一组扰流体距离装置前端需要大于1 m，保障热解气化装置运行安全，防止发生爆燃，影响运行稳定性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (4)
1.一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，其特征在于，包括：
热解气化装置，所述热解气化装置呈筒状，其前端设置有进料口，后端设置有出料口；
流动强化机构，设置于热解气化装置上靠近前端的外壁且与热解气化装置相连通，流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°-50°；
扰流机构，包括若干呈阵列分布于热解气化装置的内壁的向热解气化装置中心凸起的扰流体，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的若干组，每一组扰流体沿热解气化装置的周向分布；
所述扰流体呈柱状，其顶面与物料的来流方向平行；所述扰流体的顶面为曲面；所述曲面的曲率为1.111；每一组扰流体的数量为4个；扰流体高度为150mm。
2.根据权利要求1所述的一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，其特征在于，所述流动强化机构与热解气化装置的径向呈20°、30°、40°或50°。
3.根据权利要求1所述的一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，其特征在于，所述扰流体沿热解气化装置的轴向分布的组数为6组。
4.根据权利要求1所述的一种提高热解气化装置效率的反应强化结构，其特征在于，第一组扰流体与热解气化装置的前端距离大于1m。
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