CN117568071A - 固体热解气化系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提出一种固体热解气化系统，该系统包括：进料装置(1)，包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将固体物料粉碎为颗粒物；干燥热解装置(2)，用于对颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；破碎装置(3)，用于接收炭化物料，并将其粉碎为炭粉；输送系统，用于接收炭粉以形成炭粉流，并将炭粉流输送至气化系统；气化系统，用于接收热解气和炭粉流进行气化处理，以得到合成气；换热系统，用于对气化系统和干燥热解装置(2)进行换热处理。基于本公开的系统，能够有效提升物料反应率、碳转化率和能源利用率，从而使固体废弃物安全、高效地干燥热解、破碎、气化，产生有效气(CO+H2)含量高的高品质合成气。
Description
技术领域
本公开涉及固体废弃物处理技术领域，具体涉及一种固体热解气化系统。
背景技术
生活垃圾、农林废弃物、工业废塑料和橡胶等固体废弃物，目前多采用焚烧方式处理，焚烧后供暖及发电技术使大规模固体废弃物得以减量化、资源化，但也产生二氧化氮、二噁英等二次污染物，二次污染处置成本高。固体废物热解气化在缺氧环境下热反应，几乎不产生二氧化氮、二噁英等污染物。此外，热解气化后的合成气中含较高浓度CO、H2，可作为合成甲醇、乙醇、生物煤油的原料，具有较高的经济价值。
相关技术中在对固体废弃物进行热解气化处理时，物料反应不均，碳转化率和能源利用率较低。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本公开的目的在于提出一种固体热解气化系统，能够有效提升物料反应率、碳转化率和能源利用率，从而使固体废弃物安全、高效地干燥热解、破碎、气化，产生有效气(CO+H2)含量高的高品质合成气。
为达到上述目的，本公开第一方面实施例提出的固体热解气化系统，包括：进料装置(1)、干燥热解装置(2)、破碎装置(3)、输送系统、气化系统以及换热系统；其中，
所述进料装置(1)包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将所述固体物料粉碎为第一直径以下的颗粒物；
所述干燥热解装置(2)，用于对所述颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；
所述破碎装置(3)，用于接收所述炭化物料，并将其粉碎为第二直径以下的炭粉；
所述输送系统，用于接收所述炭粉以形成炭粉流，并将所述炭粉流输送至所述气化系统；
所述气化系统，用于接收所述热解气和所述炭粉流进行气化处理，以得到合成气；
所述换热系统，用于对所述气化系统和所述干燥热解装置(2)进行换热处理。
可选的，一些实施例中，所述干燥热解装置(2)包括干燥段和热解段，所述干燥段与所述热解段长度比2：1，干燥段温度60～100℃，干燥段与热解段过渡段温度100～200℃，热解段温度200～300℃；其中，
所述干燥段上端连接所述进料装置的下料口，以接收所述颗粒物，并采用热风或热烟气或热蒸汽进行直接换热；干燥处理至含水率10％左右；
所述热解段与所述干燥段相接，所述热解段壳体上安装热水管，所述热水管热辐射形成局部高热环境，所述热解段采用柔性密封和氮气风帘密封，形成局部缺氧环境，干燥后的所述颗粒物在高热、缺氧环境中热解炭化转化为所述炭化物料和所述热解气。
可选的，一些实施例中，所述干燥热解装置(2)为卧式干燥热解装置，其中，
所述卧式干燥热解装置内部设带导流板的中心轴，所述导流板均布在所述中心轴上，随所述中心轴转动，所述干燥段的导流板类型为直板式、或桨叶式、或螺旋式，所述热解段的导流板类型为螺旋式；
当所述干燥段的导流板为直板式或桨叶式时，装置整体从进料端向出料端倾斜放置，倾斜角度为5°～10°；
当所述干燥段的导流板为螺旋式时，装置水平放置；
每种类型的导流板可为实心或中空，当采用导流板为中空时，中空内部装填导热油、蒸汽等导热介质。
可选的，一些实施例中，所述卧式干燥热解装置前端板下部设进风口，所述干燥段末端的壳体上方设出风口，所述干燥段壳体内敷设耐火保温材料，所述导流板与所述壳体之间设置间歇，热风从所述导流板之间流道、所述导流板与所述壳体之间流道经过，带走物料中的水分，从所述干燥段上端出风口流出，所述热解段壳体内径比所述干燥段壳体内径小，所述热解段壳体内敷设耐火保温材料，所述耐火保温材料内部设换热水管，所述热解段壳体下部设换热水进水口，壳体顶部设换热水出水口，所述热解段导流板为渐缩式螺旋式，沿物料方向螺旋直径逐渐缩小。
可选的，一些实施例中，其中，
所述热解段首端的第一螺旋直径与所述热解段壳体内径一致，并在螺旋与壳体接触部加装柔性密封材料；
所述第一螺旋进料流道上设置氮气喷口，使氮气流束形成风帘密封，同时在末端设置氮气喷口，以形成热解段的缺氧环境；
所述热解段尾部上端设热解气出口，所述热解气出口的集气段向下斜开口，斜开口面向进料端，尾部下端设炭化物料出料口。
可选的，一些实施例中，所述干燥热解装置(2)为立式干燥热解装置，其中，
所述立式干燥热解装置壳体内敷设耐火浇筑料，内部设错层导流板，导流板类型为链条式、或带式、或刮板式，每层所述导流板设水平驱动，带动物料水平移动后逐层跌落；
所述干燥段顶端设进料口，每层均布热风进风口，热风与物料在流道里换热并带走物料中的水分，从干燥段顶端出风口排出；
所述立式干燥热解装置中热解段壳体宽度尺寸比干燥段小，所述热解段壳体内敷设耐火保温材料，耐火保温材料以内，腔体侧敷设换热水管，所述热解段壳体上部设换热水出水口，壳体下部设换热水进水口，所述热解段首端的第一导流板与壳体之间间歇小，以形成局部缺氧环境，间歇处设拨料装置，所述热解段在每层设置热解气出口，间隔层设置氮气进口。
可选的，一些实施例中，其中，
所述干燥热解装置(2)的下端出料口连接破碎装置(3)，两装置之间采用管道相连，并在管道上设双密封阀；
所述破碎装置(3)接收炭化物料后进一步磨成炭粉，粉粒径为3mm以下；
所述破碎装置(3)下端连接缓冲斗(4)，所述缓冲斗(4)为上大下小结构，下部设氮气进口；
所述缓冲斗(4)下端出口连接所述输送系统。
可选的，一些实施例中，所述输送系统包括螺旋输送机(5)和文丘里装置(6)；其中，
所述螺旋输送机(5)接收从缓冲斗(4)下落的炭粉，所述螺旋输送机(5)下端链接与所述文丘里装置(6)上端进口相连，所述文丘里装置(6)的侧向进口与压缩空气管相连，从所述螺旋输送机(5)自重落料的均匀炭粉流，进入所述文丘里装置(6)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的炭粉流后输送至气化炉(7)A段的炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)中，炭粉流的体积浓度大于70％。
可选的，一些实施例中，所述气化系统包括气化炉(7)、渣锁气器(10)、灰锁气器(11)、渣返料系统和灰输送机(12)；其中，
所述气化炉(7)分为A、B两段炉体，A段上部连接B段上部，连接通道为倒V形，连接通道与B段采用偏心设置，连接通道上部B段炉内设向下倾斜30°挡板(13)，炉体外壳为耐热金属，壳体内部浇筑耐火材料，A/B炉中部耐火材料内侧布置换热水冷壁；
所述气化炉(7)A段下部为圆锥形、中上部为圆筒形，顶部侧连接倒V形连接通道，出口连接所述气化炉(7)B段上部；
所述气化炉(7)A段下部设环形中空布风板(14)、主燃烧器(15)、圆形出渣口(16)和电动钉耙式扒渣器(17)，布风板面均匀布置风孔，带压介质如空气、氧气、水蒸汽等进入所述环形中空布风板(14)后，从风孔均匀喷出，所述环形中空布风板(14)下部壳体上设主燃烧器(15)，采用低氮燃烧结构，所述气化炉(7)A段下部底部设圆形出渣口(16)，所述出渣口(16)安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒渣器(17)，沿着横条方向前后移动扒渣，设周期运行，炉箅下端连接所述渣锁气器(10)；
所述气化炉(7)A段中部设炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)、平衡风管进口、灰渣喷头(18)和热解气燃烧器(19)，所述灰渣喷头(18)与所述炭粉喷头(8)在同一层，水平面上呈120°夹角，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；平衡风管进口在所述灰渣喷头(18)下，平衡风管安装具体位置根据炉膛内流场和压力确定；热解气燃烧器(19)在所述灰渣喷头(18)与所述炭粉喷头(8)上，并与上述喷头在水平面上呈120°夹角，所述气化炉(7)A段中部壳体内布置水冷壁。
可选的，一些实施例中，所述气化炉(7)B段中部和下部形成上大下小的锥形收缩结构，上部为圆筒形，B段顶部为圆筒形出烟管(20)，出烟管(20)出口设电动出气控制阀(21)，阀门开度与所述气化炉(7)内压力进行联锁，开度在0～100％内可调；
B段中部壳体设灰渣喷头(22)，喷头数量1～4只，环形均布，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；
B段下部壳体设辅助燃烧器(23)、风孔，其中，燃烧器数量为2～4只，环形均布，风孔4～8只，环形均布；
B段下部流道中部设平衡吸风口1-3只，环形均布，B段下部底部设圆形出灰口(24)，出灰口安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒灰器(25)，沿着横条方向前后移动扒灰，设周期运行，炉箅下端连接所述灰锁气器(11)；
B段平衡吸风口与A段平衡出风口之间连接平衡风机(26)。
可选的，一些实施例中，A段渣锁气器(10)出口设所述渣返料系统，所述渣返料系统包括文丘里装置(27)、灰渣喷头(18)和灰渣喷头(22)，渣锁气器(10)下端出口与文丘里装置(27)上端进口相连，文丘里装置(27)的侧向进口与蒸汽管相连，从渣锁气器(10)自重落料的渣粉流，进入文丘里装置(27)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的渣粉流后输送至气化炉A段中部和B段中部的灰渣喷头中，渣粉流的体积浓度大于70％，文丘里装置(27)、输送管及灰渣喷头设置蒸汽加热外套，维持渣返料系统温度在300℃以上；
B段灰锁气器(11)出口与灰输送机(12)相连，灰输送机(12)采用间接水冷，内部结构为刮板式、或螺旋输送式。
可选的，一些实施例中，所述换热系统包括循环水泵(28)、换热水冷管、间接换热装置(29)、风机(30)、净化装置(31)；其中，
换热水冷管中的冷水介质从净化装置(31)中经循环水泵(28)输出，经灰输送机(12)的外套水冷管、烟气换热管、气化炉(7)B段中部壳体水冷壁、气化炉(7)A段中部壳体水冷壁、干燥热解装置(2)热解段换热管后进入间接换热装置(29)，在间接换热装置(29)中与风机(30)鼓入的自然风/烟气/低品质蒸汽间接换热后，进入净化装置(31)；
净化装置(31)采用离子交换、过滤等工艺去除水体中的杂质、易结垢盐等，净化装置(31)内设存水箱，储存并缓冲换热系统的水介质；
循环水泵(28)一用一备，水泵变频调节，水泵流量与气化炉(7)炉内温度、干燥热解装置(2)热解段温度形成联锁。
本公开提供的固体热解气化系统，包括：进料装置(1)、干燥热解装置(2)、破碎装置(3)、输送系统、气化系统以及换热系统；其中，进料装置(1)，包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将固体物料粉碎为颗粒物；干燥热解装置(2)，用于对颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；破碎装置(3)，用于接收炭化物料，并将其粉碎为炭粉；输送系统，用于接收炭粉以形成炭粉流，并将炭粉流输送至气化系统；气化系统，用于接收热解气和炭粉流进行气化处理，以得到合成气；换热系统，用于对气化系统和干燥热解装置(2)进行换热处理。基于本公开的系统，能够有效提升物料反应率、碳转化率和能源利用率，从而使固体废弃物安全、高效地干燥热解、破碎、气化，产生有效气(CO+H2)含量高的高品质合成气。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本公开一实施例提出的固体热解气化系统的工艺流程示意图；
图2是本公开提出的一卧式干燥热解装置的结构示意图；
图3是本公开提出的另一卧式干燥热解装置的结构示意图；
图4是本公开提出的立式干燥热解装置的结构示意图；
图5是本公开提出的气化炉A段下部截面示意图；
图6是本公开提出的气化炉B段下部截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本公开一实施例提出的固体热解气化系统的工艺流程示意图。
如图1所示，该固体热解气化系统，包括：
进料装置(1)、干燥热解装置(2)、破碎装置(3)、输送系统、气化系统以及换热系统；其中，
进料装置(1)包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将固体物料粉碎为第一直径以下的颗粒物；
干燥热解装置(2)，用于对颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；
破碎装置(3)，用于接收炭化物料，并将其粉碎为第二直径以下的炭粉；
输送系统，用于接收炭粉以形成炭粉流，并将炭粉流输送至气化系统；
气化系统，用于接收热解气和炭粉流进行气化处理，以得到合成气；
换热系统，用于对气化系统和干燥热解装置(2)进行换热处理。
其中，固体物料可以是生活垃圾、农林废弃物、废橡胶等，对此不做限制。
其中，第一直径，例如可以是指10cm，或者，还可以是指其他任意尺寸，可以根据应用场景进行灵活配置，对此不做限制。
即是说，本公开实施例中待处理固体物料在进入进料装置(1)后，可以由双轴破碎机进行粉碎处理，从而有效提升所得颗粒物后续热解气化的反应效率。
本公开实施例中通过设计干燥热解一体化装置，可以有效提升对多种物料的适应性，固体废弃物在装置中快速干燥和热解后，极易破碎为炭粉；炭粉入炉气化，能量密度高且均匀，可维持气化反应稳定、高效进行。
其中，第二直径，可以是指3mm，或者，还可以是指其他任意尺寸，可以根据应用场景进行灵活配置，对此不做限制。
本公开提供的固体热解气化系统，包括：进料装置(1)、干燥热解装置(2)、破碎装置(3)、输送系统、气化系统以及换热系统；其中，进料装置(1)，包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将固体物料粉碎为颗粒物；干燥热解装置(2)，用于对颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；破碎装置(3)，用于接收炭化物料，并将其粉碎为炭粉；输送系统，用于接收炭粉以形成炭粉流，并将炭粉流输送至气化系统；气化系统，用于接收热解气和炭粉流进行气化处理，以得到合成气；换热系统，用于对气化系统和干燥热解装置(2)进行换热处理。基于本公开的系统，能够有效提升物料反应率、碳转化率和能源利用率，从而使固体废弃物安全、高效地干燥热解、破碎、气化，产生有效气(CO+H2)含量高的高品质合成气。
可选的，一些实施例中，干燥热解装置(2)包括干燥段和热阶段，干燥段与热解段长度比2：1，干燥段温度60～100℃，干燥段与热解段过渡段温度100～200℃，热解段温度200～300℃，其中，
干燥段上端连接进料装置的下料口，以接收颗粒物，并采用热风或热烟气或热蒸汽进行直接换热；干燥处理至含水率10％左右；
热解段与干燥段相接，热解段壳体上安装热水管，热水管热辐射形成局部高热环境，热解段采用柔性密封和氮气风帘密封，形成局部缺氧环境，干燥后的颗粒物在高热、缺氧环境中热解炭化转化为炭化物料和热解气。
其中，干燥段是指干燥热解装置(2)中用于进行干燥处理的部分，而热解段，则是指用于进行热解处理的部分。
本公开实施例中，干燥段的热风可以来自间接换热装置，换热后风进入尾气处理系统净化后外排。
本公开实施例中，可以在热解段设热解气出口，氮气进口，在热解段下端设炭化物料出料口。
可选的，一些实施例中，干燥热解装置(2)为卧式干燥热解装置，如图2和图3所示，图2是本公开提出的一卧式干燥热解装置的结构示意图，图3是本公开提出的另一卧式干燥热解装置的结构示意图，其中，
卧式干燥热解装置内部设带导流板的中心轴，导流板均布在中心轴上，随中心轴转动，干燥段的导流板类型为直板式、或桨叶式、或螺旋式，热解段的导流板类型为螺旋式；
当干燥段的导流板为直板式或桨叶式时，装置整体从进料端向出料端倾斜放置，倾斜角度为5°～10°；
当干燥段的导流板为螺旋式时，装置水平放置；
每种类型的导流板可为实心或中空，当采用导流板为中空时，中空内部装填导热油、蒸汽等导热介质。
导流板中空设置，可以实现导流板间接换热与热风直接干燥耦合，加强物料干燥效果。
可选的，一些实施例中，卧式干燥热解装置前端板下部设进风口，干燥段末端的壳体上方设出风口，干燥段壳体内敷设耐火保温材料，导流板与壳体之间设置间歇，热风从导流板之间流道、导流板与壳体之间流道经过，带走物料中的水分，从干燥段上端出风口流出，热解段壳体内径比干燥段壳体内径小，热解段壳体内敷设耐火保温材料，耐火保温材料以内设换热水管，热解段壳体上部设换热水进水口，壳体顶部设换热水出水口，热解段导流板为渐缩式螺旋式，沿物料方向螺旋直径逐渐缩小。
可选的，一些实施例中，其中，
热解段首端的第一螺旋直径与热解段壳体内径一致，并在螺旋与壳体接触部加装柔性密封材料；
第一螺旋进料流道上设置氮气喷口，使氮气流束形成风帘密封，同时在末端设置氮气喷口，以形成热解段的缺氧环境；
热解段尾部上端设热解气出口，热解气出口的集气段向下斜开口，斜开口面向进料端，尾部下端设炭化物料出料口。热解气管道设置辅热，确保管道温度在300℃以上。
可选的，一些实施例中，干燥热解装置(2)为立式干燥热解装置，如图4所示，图4是本公开提出的立式干燥热解装置的结构示意图，其中，
立式干燥热解装置壳体内敷设耐火浇筑料，内部设错层导流板，导流板类型为链条式、或带式、或刮板式，每层导流板设水平驱动，带动物料水平移动后逐层跌落；
干燥段顶端设进料口，每层均布热风进风口，热风与物料在流道里换热并带走物料中的水分，从干燥段顶端出风口排出；
立式干燥热解装置中热解段壳体宽度尺寸比干燥段小，热解段壳体内敷设耐火保温材料，耐火保温材料以内，腔体侧敷设换热水管，热解段壳体上部设换热水出水口，壳体下部设换热水进水口，热解段首端的第一导流板与壳体之间间歇小，以形成局部缺氧环境，间歇处设拨料装置，热解段在每层设置热解气出口，间隔层设置氮气进口。热解气管道设置辅热，确保管道温度在300℃以上。
可选的，一些实施例中，其中，
干燥热解装置(2)的下端出料口连接破碎装置(3)，两装置之间采用管道相连，并在管道上设双密封阀；
破碎装置(3)接收炭化物料后进一步磨成炭粉，粉粒径为3mm以下；
破碎装置(3)下端连接缓冲斗(4)，缓冲斗(4)为上大下小结构，下部设氮气进口；
缓冲斗(4)下端出口连接输送系统。
本公开实施例中，当在干燥热解装置(2)和破碎装置(3)之间采用管道相连，并在管道上设双密封阀时，可以维持干燥热解装置中热解段的局部缺氧环境。
本公开实施例中，破碎装置(3)可以选用圆锥式破碎机、锤式破碎机等，对此不做限制。
本公开实施例中，当缓冲斗为上大下小结构，下部设氮气进口时，可以有效防止发生粉尘爆炸，同时防止下斗部料粉架桥。
可选的，一些实施例中，输送系统包括螺旋输送机(5)和文丘里装置(6)；其中，
螺旋输送机(5)接收从缓冲斗(4)下落的炭粉，螺旋输送机(5)下端链接与文丘里装置(6)上端进口相连，文丘里装置(6)的侧向进口与压缩空气管相连，从螺旋输送机(5)自重落料的均匀炭粉流，进入文丘里装置(6)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的炭粉流后输送至气化炉(7)A段的炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)中，炭粉流的体积浓度大于70％。
可选的，一些实施例中，气化系统包括气化炉(7)、渣锁气器(10)、灰锁气器(11)、渣返料系统和灰输送机(12)；其中，
气化炉(7)分为A、B两段炉体，A段上部连接B段上部，连接通道为倒V形，连接通道与B段采用偏心设置，连接通道上部B段炉内设向下倾斜30°挡板(13)。炉体外壳为耐热金属，壳体内部浇筑耐火材料，A/B炉中部耐火材料中布置换热水冷壁；
气化炉(7)A段下部为圆锥形、中上部为圆筒形，顶部侧连接倒V形连接通道，出口连接气化炉(7)B段上部；
气化炉(7)A段下部设环形中空布风板(14)、主燃烧器(15)、圆形出渣口(16)和电动钉耙式扒渣器(17)，布风板面均匀布置风孔，带压介质如空气、氧气、水蒸汽等进入环形中空布风板(14)后，从风孔均匀喷出，环形中空布风板(14)下部壳体上设主燃烧器(15)，采用低氮燃烧结构，气化炉(7)A段下部底部设圆形出渣口(16)，出渣口(16)安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒渣器(17)，沿着横条方向前后移动扒渣，设周期运行，炉箅下端连接渣锁气器(10)；
气化炉(7)A段中部设炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)、平衡风管进口、灰渣喷头(18)和热解气燃烧器(19)，灰渣喷头(18)与炭粉喷头(8)在同一层，水平面上呈120°夹角，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；平衡风管进口在灰渣喷头(18)下，平衡风管安装具体位置根据炉膛内流场和压力确定；热解气燃烧器(19)在灰渣喷头(18)与炭粉喷头(8)上，并与上述喷头在水平面上呈120°夹角，气化炉(7)A段中部壳体内布置水冷壁。
如图5所示，图5是本公开提出的气化炉A段下部截面示意图。
可选的，一些实施例中，气化炉(7)B段中部和下部形成上大下小的锥形收缩结构，上部为圆筒形，B段顶部为圆筒形出烟管(20)，出烟管(20)出口设电动出气控制阀(21)，阀门开度与气化炉(7)内压力进行联锁，开度在0～100％内可调；
B段中部壳体设灰渣喷头(22)，喷头数量1～4只，环形均布，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；
B段下部壳体设辅助燃烧器(23)、风孔，其中，燃烧器数量为2～4只，环形均布，风孔4～8只，环形均布；
B段下部流道中部设平衡吸风口1-3只，环形均布，B段下部底部设圆形出灰口(24)，出灰口安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒灰器(25)，沿着横条方向前后移动扒灰，设周期运行，炉箅下端连接灰锁气器(11)；
B段平衡吸风口与A段平衡出风口之间连接平衡风机(26)。
如图6所示，图6是本公开提出的气化炉B段下部截面示意图。
可选的，一些实施例中，A段渣锁气器(10)出口设渣返料系统，渣返料系统包括文丘里装置(27)、灰渣喷头(18)和灰渣喷头(22)，渣锁气器(10)下端出口与文丘里装置(27)上端进口相连，文丘里装置(27)的侧向进口与蒸汽管相连，从渣锁气器(10)自重落料的渣粉流，进入文丘里装置(27)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的渣粉流后输送至气化炉A段中部和B段中部的灰渣喷头中，渣粉流的体积浓度大于70％，文丘里装置(27)、输送管及灰渣喷头设置蒸汽加热外套，维持渣返料系统温度在300℃以上；
B段灰锁气器(11)出口与灰输送机(12)相连，灰输送机(12)采用间接水冷，内部结构为刮板式、或螺旋输送式。
炭粉从气化炉(7)A段中部喷头进入炉内，炉下部喷入的空气、氧气、水蒸气，A段下部氧含量较高，部分发生燃烧反应，燃烧反应、热解气燃烧器(19)和主燃烧器燃料燃烧提供炭粉气化所需的热量，A段中上部缺氧，主要发生气化反应，产生含CO、H2的气化混合气；
炭粉燃烧、气化反应后产生灰渣，以及大部分未反应完全的炭粉沉降堆积到A段下部，经渣锁气器(10)进入渣返料系统，渣返料入炉再气化，提高气化效率。
炭粉燃烧、气化反应后产生的混合气体(含CO、H2、CH4、CO2等)以及焦油、部分未反应完全的颗粒物和炭粉等，在A段中自下而上流动，并从A段顶部进入B段上部；
B段下部从风孔补充氧气/水蒸气/空气，从辅助燃烧器(23)补充气化热量，B段炉体内整体缺氧；B段中混合气体在炉体中形成旋风除尘流场，重质向外向下排放，轻质向内向上排放。混合气体沿B段筒体螺旋向下，焦油、部分未反应完全的颗粒物和炭粉等在高温缺氧状态下，极速发生气化反应，产生含CO、H2的气化混合气，混合气由B段腔体中部向内向上排出，进入出烟管(20)。灰分从B段下端排出，进入灰输送系统。
A段温度850～900℃，B段温度1000～1200℃，气化炉操作压力0～3MPa。
可选的，一些实施例中，换热系统包括循环水泵(28)、换热水冷管、间接换热装置(29)、风机(30)、净化装置(31)；其中，
换热水冷管中的冷水介质从净化装置(31)中经循环水泵(28)输出，经灰输送机(12)的外套水冷管、烟气换热管、气化炉(7)B段中部壳体水冷壁、气化炉(7)A段中部壳体水冷壁、干燥热解装置(2)热解段换热管后进入间接换热装置(29)，在间接换热装置(29)中与风机(30)鼓入的自然风/烟气/低品质蒸汽间接换热后，进入净化装置(31)；
净化装置(31)采用离子交换、过滤等工艺去除水体中的杂质、易结垢盐等，净化装置(31)内设存水箱，储存并缓冲换热系统的水介质；
循环水泵(28)一用一备，水泵变频调节，水泵流量与气化炉(7)炉内温度、干燥热解装置(2)热解段温度形成联锁。
本公开所提出的固体热解气化系统至少包括以下技术效果：
(1)设计干燥热解一体化装置，对多种物料适应性强，固体废弃物在装置中快速干燥和热解后，极易破碎为炭粉；炭粉入炉气化，能量密度高且均匀，可维持气化反应稳定、高效进行；
(2)设计气化炉环形布风和环形主/辅燃烧系统，高差错列布置，实现气化炉内供氧分区和分级，供氧系统易于控制和调整；
(3)设计气化炉A/B两段体系，A段气流自下而上，B段气流为旋风螺旋流场，为气化反应提供足够的反应时间和湍流条件；
(4)设计电动扒渣/灰装置，装置简单易操作，控制气化炉内床层差，解决气化炉排渣/灰难题；
(5)设计渣返料系统，避免床料在炉内反应不均匀、不完全，使炭粉气化反应更彻底，提高碳转化率；
(6)设计折流挡板和平衡风，优化流场，在气化反应彻底的同时，提高湍流强度和降尘效果；
(7)设计多级换热系统，实现系统能量多级利用，提高系统的能量效率。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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公开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一定是指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种固体热解气化系统，其特征在于，包括：进料装置(1)、干燥热解装置(2)、破碎装置(3)、输送系统、气化系统以及换热系统；其中，
所述进料装置(1)包括进料斗和双轴破碎机，用于填充固体物料，并将所述固体物料粉碎为第一直径以下的颗粒物；
所述干燥热解装置(2)，用于对所述颗粒物进行干燥处理和热解处理，以得到炭化物料和热解气；
所述破碎装置(3)，用于接收所述炭化物料，并将其粉碎为第二直径以下的炭粉；
所述输送系统，用于接收所述炭粉以形成炭粉流，并将所述炭粉流输送至所述气化系统；
所述气化系统，用于接收所述热解气和所述炭粉流进行气化处理，以得到合成气；
所述换热系统，用于对所述气化系统和所述干燥热解装置(2)进行换热处理。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述干燥热解装置(2)包括干燥段和热解段，所述干燥段与所述热解段长度比2：1，干燥段温度60～100℃，干燥段与热解段过渡段温度100～200℃，热解段温度200～300℃；其中，
所述干燥段上端连接所述进料装置的下料口，以接收所述颗粒物，并采用热风或热烟气或热蒸汽进行直接换热，干燥处理至含水率10％左右；
所述热解段与所述干燥段相接，所述热解段壳体上安装热水管，所述热水管热辐射形成局部高热环境，所述热解段采用柔性密封和氮气风帘密封，形成局部缺氧环境，干燥后的所述颗粒物在高热、缺氧环境中热解炭化转化为所述炭化物料和所述热解气。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干燥热解装置(2)为卧式干燥热解装置，其中，
所述卧式干燥热解装置内部设带导流板的中心轴，所述导流板均布在所述中心轴上，随所述中心轴转动，所述干燥段的导流板类型为直板式、或桨叶式、或螺旋式，所述热解段的导流板类型为螺旋式；
当所述干燥段的导流板为直板式或桨叶式时，装置整体从进料端向出料端倾斜放置，倾斜角度为5°～10°；
当所述干燥段的导流板为螺旋式时，装置水平放置；
每种类型的导流板可为实心或中空，当采用导流板为中空时，中空内部装填导热油、蒸汽等导热介质。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述卧式干燥热解装置前端板下部设进风口，所述干燥段末端的壳体上方设出风口，所述干燥段壳体内敷设耐火保温材料，所述导流板与所述壳体之间设置间歇，热风从所述导流板之间流道、所述导流板与所述壳体之间流道经过，带走物料中的水分，从所述干燥段上端出风口流出，所述热解段壳体内径比所述干燥段壳体内径小，所述热解段壳体内敷设耐火保温材料，所述耐火保温材料内部设换热水管，所述热解段壳体下部设换热水进水口，壳体顶部设换热水出水口，所述热解段导流板为渐缩式螺旋式，沿物料方向螺旋直径逐渐缩小。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，其中，
所述热解段首端的第一螺旋直径与所述热解段壳体内径一致，并在螺旋与壳体接触部加装柔性密封材料；
所述第一螺旋进料流道上设置氮气喷口，使氮气流束形成风帘密封，同时在末端设置氮气喷口，以形成热解段的缺氧环境；
所述热解段尾部上端设热解气出口，所述热解气出口的集气段向下斜开口，斜开口面向进料端，尾部下端设炭化物料出料口。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述干燥热解装置(2)为立式干燥热解装置，其中，
所述立式干燥热解装置壳体内敷设耐火浇筑料，内部设错层导流板，导流板类型为链条式、或带式、或刮板式，每层所述导流板设水平驱动，带动物料水平移动后逐层跌落；
所述干燥段顶端设进料口，每层均布热风进风口，热风与物料在流道里换热并带走物料中的水分，从干燥段顶端出风口排出；
所述立式干燥热解装置中热解段壳体宽度尺寸比干燥段小，所述热解段壳体内敷设耐火保温材料，耐火保温材料以内、腔体侧敷设换热水管，所述热解段壳体上部设换热水出水口，壳体下部设换热水进水口，所述热解段首端的第一导流板与壳体之间间歇小，以形成局部缺氧环境，间歇处设拨料装置，所述热解段在每层设置热解气出口，间隔层设置氮气进口。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其中，
所述干燥热解装置(2)的下端出料口连接破碎装置(3)，两装置之间采用管道相连，并在管道上设双密封阀；
所述破碎装置(3)接收炭化物料后进一步磨成炭粉，粉粒径为3mm以下；
所述破碎装置(3)下端连接缓冲斗(4)，所述缓冲斗(4)为上大下小结构，下部设氮气进口；
所述缓冲斗(4)下端出口连接所述输送系统。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述输送系统包括螺旋输送机(5)和文丘里装置(6)；其中，
所述螺旋输送机(5)接收从缓冲斗(4)下落的炭粉，所述螺旋输送机(5)下端链接与所述文丘里装置(6)上端进口相连，所述文丘里装置(6)的侧向进口与压缩空气管相连，从所述螺旋输送机(5)自重落料的均匀炭粉流，进入所述文丘里装置(6)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的炭粉流后输送至气化炉(7)A段的炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)中，炭粉流的体积浓度大于70％。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气化系统包括气化炉(7)、渣锁气器(10)、灰锁气器(11)、渣返料系统和灰输送机(12)；其中，
所述气化炉(7)分为A、B两段炉体，A段上部连接B段上部，连接通道为倒V形，连接通道与B段采用偏心设置，连接通道上部B段炉内设向下倾斜30°挡板(13)，炉体外壳为耐热金属，壳体内部浇筑耐火材料，A/B炉中部耐火材料内侧布置换热水冷壁；
所述气化炉(7)A段下部为圆锥形、中上部为圆筒形，顶部侧连接倒V形连接通道，出口连接所述气化炉(7)B段上部；
所述气化炉(7)A段下部设环形中空布风板(14)、主燃烧器(15)、圆形出渣口(16)和电动钉耙式扒渣器(17)，布风板面均匀布置风孔，带压介质如空气、氧气、水蒸汽等进入所述环形中空布风板(14)后，从风孔均匀喷出，所述环形中空布风板(14)下部壳体上设主燃烧器(15)，采用低氮燃烧结构，所述气化炉(7)A段下部底部设圆形出渣口(16)，所述出渣口(16)安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒渣器(17)，沿着横条方向前后移动扒渣，设周期运行，炉箅下端连接所述渣锁气器(10)；
所述气化炉(7)A段中部设炭粉喷头(8)和炭粉喷头(9)、平衡风管进口、灰渣喷头(18)和热解气燃烧器(19)，所述灰渣喷头(18)与所述炭粉喷头(8)A在同一层，水平面上呈120°夹角，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；
平衡风管进口在所述灰渣喷头(18)下，安装具体位置根据炉膛内流场和压力确定；
热解气燃烧器(19)在所述灰渣喷头(18)与所述炭粉喷头(8)上，并与上述喷头在水平面上呈120°夹角；
所述气化炉(7)A段中部壳体内布置水冷壁。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述气化炉(7)B段中部和下部形成上大下小的锥形收缩结构，上部为圆筒形，B段顶部为圆筒形出烟管(20)，出烟管(20)出口设电动出气控制阀(21)，阀门开度与所述气化炉(7)内压力进行联锁，开度在0～100％内可调；
B段中部壳体设灰渣喷头(22)，喷头数量1～4只，环形均布，喷头喷口垂直方向上角度根据流场调整0～60°之间，喷嘴形式为圆形、或扇形、或环形；
B段下部壳体设辅助燃烧器(23)、风孔，其中，燃烧器数量为2～4只，环形均布，风孔4～8只，环形均布；
B段下部流道中部设平衡吸风口1-3只，环形均布，B段下部底部设圆形出灰口(24)，出灰口安装横条炉箅，炉箅下方设电动钉耙式扒灰器(25)，沿着横条方向前后移动扒灰，设周期运行，炉箅下端连接所述灰锁气器(11)；
B段平衡吸风口与A段平衡出风口之间连接平衡风机(26)。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，A段渣锁气器(10)出口设所述渣返料系统，所述渣返料系统包括文丘里装置(27)、灰渣喷头(18)和灰渣喷头(22)，渣锁气器(10)下端出口与文丘里装置(27)上端进口相连，文丘里装置(27)的侧向进口与蒸汽管相连，从渣锁气器(10)自重落料的渣粉流，进入文丘里装置(27)后获得速度和压力，形成流速快、压力高的渣粉流后输送至气化炉(7)A段中部和B段中部的灰渣喷头中，渣粉流的体积浓度大于70％，文丘里装置(27)、输送管及灰渣喷头设置蒸汽加热外套，维持渣返料系统温度在300℃以上；
B段灰锁气器(11)出口与灰输送机(12)相连，灰输送机(12)采用间接水冷，内部结构为刮板式、或螺旋输送式。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热系统包括循环水泵(28)、换热水冷管、间接换热装置(29)、风机(30)、净化装置(31)；其中，
换热水冷管中的冷水介质从净化装置(31)中经循环水泵(28)输出，经灰输送机(12)的外套水冷管、烟气换热管、气化炉(7)B段中部壳体水冷壁、气化炉(7)A段中部壳体水冷壁、干燥热解装置(2)热解段换热管后进入间接换热装置(29)，在间接换热装置(29)中与风机(30)鼓入的自然风/烟气/低品质蒸汽间接换热后，进入净化装置(31)；
净化装置(31)采用离子交换、过滤等工艺去除水体中的杂质、易结垢盐等，净化装置(31)内设存水箱，储存并缓冲换热系统的水介质；
循环水泵(28)一用一备，水泵变频调节，水泵流量与气化炉(7)炉内温度、干燥热解装置(2)热解段温度形成联锁。
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