專利名稱：一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
煤氣化工藝已有二百多年的發(fā)展歷史，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域，在傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展到非常成熟的水平。近二十年來，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，將煤在鍋爐中直接燃燒產(chǎn)生蒸汽發(fā)電的傳統(tǒng)工藝受到了極大的挑戰(zhàn)，出現(xiàn)了各種煤氣化聯(lián)合循環(huán)的新型發(fā)電工藝，將煤先氣化，然后在燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒做功直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。由于這類新型發(fā)電工藝對(duì)煤氣化的要求與傳統(tǒng)的煤氣化應(yīng)用領(lǐng)域不同，一系列新的煤氣化工藝應(yīng)運(yùn)而生，主要有煤粉氣化、鼓泡流化床氣化和循環(huán)流化床氣化等。煤粉氣化一般采用純氧在煤灰熔點(diǎn)以上的高溫狀態(tài)下進(jìn)行，氣化效率非常高，但是工藝成本也非常高；鼓泡流化床的氣化一般在高壓狀態(tài)下進(jìn)行，由于工藝的限制，容量和爐膛的空間利用率有限；循環(huán)流化床氣化工藝是近十幾年發(fā)展起來的，目前的氣化效率還比較低，由于要求固相物料循環(huán)流動(dòng)，氣化溫度必須限制在煤灰的熔點(diǎn)以下，研究工作主要集中在提高氣化效率方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高或氣化效率低的主要缺點(diǎn)，從而提供了一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置。
本發(fā)明提供的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，包括旋風(fēng)爐1；所述旋風(fēng)爐1包括上段部分2和下段部分3，上段部分2基本上呈圓筒形，下段部分3基本上呈上大下小的圓錐筒形；上段部分2的下端與下段部分3的上端成一體的無縫連接；上段部分2的頂端有一頂蓋4，所述頂蓋4的中心位置設(shè)有一排氣管5；所述旋風(fēng)爐上段部分2的高度與其筒直徑的比值在1-20之間；所述旋風(fēng)爐1靠近頂蓋4的側(cè)壁上設(shè)一沿側(cè)壁正切方向的固氣進(jìn)入通道6；所述旋風(fēng)爐上段部分2的側(cè)壁上設(shè)有一個(gè)或多個(gè)沿側(cè)壁正切方向的第一補(bǔ)氣通道7，第一補(bǔ)氣通道7位于所述固氣進(jìn)入通道6下方；所述固氣進(jìn)入通道6與第一補(bǔ)氣通道7的方向相對(duì)于側(cè)壁成一致的左旋或右旋；所述旋風(fēng)爐下段部分3的底端設(shè)有一排灰口8。
在進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí)，先將固體燃料或氣化劑加熱到反應(yīng)溫度。參與反應(yīng)的顆粒狀固體燃料和氣化劑從固氣進(jìn)入通道6沿切向進(jìn)入旋風(fēng)爐1，所述固體燃料可以為煤、污泥或生物質(zhì)等固體廢料，所述氣化劑可以為空氣、富氧空氣、水蒸氣或其混合氣體。根據(jù)已知的流體力學(xué)原理，固氣混合物在旋風(fēng)爐1內(nèi)沿側(cè)壁向下呈螺旋狀流動(dòng)。到達(dá)旋風(fēng)爐1的下段部分3后，氣相折返成直徑較小的向上的螺旋流動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向不變，最后從設(shè)置于旋風(fēng)爐頂蓋4中心位置的排氣管5排出旋風(fēng)爐1；固相繼續(xù)向下流動(dòng)，從位于下段部分3圓錐底部地排灰口8排出旋風(fēng)爐1。為了避免氣相在未達(dá)到旋風(fēng)爐1的底部前因動(dòng)量損失而失去旋轉(zhuǎn)能力，通過旋風(fēng)爐1側(cè)壁上的第一補(bǔ)氣通道7在不同高度上沿水平切向加入補(bǔ)充氣體，補(bǔ)充氣體在旋風(fēng)爐1中的旋轉(zhuǎn)方向與旋風(fēng)爐1內(nèi)已有氣相的旋轉(zhuǎn)方向相同，增強(qiáng)旋風(fēng)爐內(nèi)氣相的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，維持氣相的切向速度，這也是本發(fā)明的特點(diǎn)所在。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明提供的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，還包括一個(gè)設(shè)有頂蓋的提升管9，用于降低固體燃料進(jìn)入口的高度，并進(jìn)一步延長了氣相和固相的反應(yīng)時(shí)間。所述提升管9最上部側(cè)壁上設(shè)有與旋風(fēng)爐1固氣進(jìn)入通道6相連通的連接管；所述提升管9底端側(cè)壁上開有一進(jìn)氣通道10；所述提升管9側(cè)壁上開有一固體燃料的進(jìn)料口11，且靠近提升管9底部。
本發(fā)明提供的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，還可進(jìn)一步包括一個(gè)返料口12，位于所述提升管9側(cè)壁上且靠近提升管9的底部；所述返料口12與旋風(fēng)爐的排灰口8之間設(shè)有一返料通道13；所述返料通道13上設(shè)有一個(gè)閥14。所述提升管側(cè)壁上進(jìn)料口的11上方設(shè)有一個(gè)或者多個(gè)第二補(bǔ)氣通道15。所述提升管9底端設(shè)有排渣口16。所述的閥14為機(jī)械閥或非機(jī)械閥；所述的機(jī)械閥為螺旋給料機(jī)或旋轉(zhuǎn)葉輪，所述的非機(jī)械閥為U型閥、L型閥或虹吸閥。
所述旋風(fēng)爐1和提升管9的材料為高溫不銹鋼、耐火磚、耐火澆筑料和水冷壁。
使用改進(jìn)后的這種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，固體燃料的入口進(jìn)料口11位于提升管9的下部。通過在進(jìn)氣通道10和第二補(bǔ)氣通道15加入氣化劑將顆粒狀固體燃料帶動(dòng)到提升管9的頂部，并進(jìn)入旋風(fēng)爐1。旋風(fēng)爐1底部排出的未反應(yīng)的固相通過機(jī)械或非機(jī)械閥送回到提升管9的底部，繼續(xù)參與氣化反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明提供的固體燃料的氣化反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將氣化劑分成三部分，分別從進(jìn)氣通道10，第一補(bǔ)氣通道7和第二補(bǔ)氣通道15中加入。比較容易進(jìn)行的氣化反應(yīng)主要在提升管中完成，因此氣化劑中大部分的氧氣從提升管的進(jìn)氣通道10和第二補(bǔ)氣通道15中加入；比較難于進(jìn)行的氣化反應(yīng)主要在旋風(fēng)爐1中完成，氣化劑中大部分水蒸氣在旋風(fēng)爐加入，充分利用旋風(fēng)爐中非常好的氣相與固相、氣相與氣相之間的摻混條件和比較長的停留時(shí)間，在一定程度上彌補(bǔ)了反應(yīng)溫度比較低對(duì)氣化反應(yīng)的不利影響。
本發(fā)明提供的固體燃料的氣化反應(yīng)裝置并不局限于只是使用一個(gè)旋風(fēng)爐。在本發(fā)明提供的技術(shù)方案基礎(chǔ)之上，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以很容易地將此技術(shù)方案應(yīng)用到多個(gè)旋風(fēng)爐同時(shí)使用的實(shí)施方式中。
本發(fā)明提供的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置具有的有益效果為1、旋風(fēng)爐的上段部分可具有較大的高度直徑比，并通過補(bǔ)充氣體延長旋風(fēng)爐內(nèi)氣相和固相的反應(yīng)路徑和反應(yīng)時(shí)間，提高了氣化效率。
2、氣化反應(yīng)中的氣相和固相在旋風(fēng)爐中呈螺旋狀流動(dòng)，氣相和與固相以及氣相之間的摻混強(qiáng)度比單向流動(dòng)強(qiáng)烈，從而提高了氣化反應(yīng)速度。
3、整個(gè)裝置可以在反應(yīng)溫度相對(duì)比較低的條件下運(yùn)行，降低了氣化工藝成本，可用于煤、污泥或生物質(zhì)等固體廢料的氣化反應(yīng)。


圖1是本發(fā)明的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示固體燃料的氣化反應(yīng)裝置沿E-E線的俯視拋面圖。
圖3是具有提升管的固體燃料的氣化反應(yīng)裝置的側(cè)視圖。
圖4是具有兩個(gè)旋風(fēng)爐的固體燃料的氣化反應(yīng)裝置的俯視示意圖。
圖5是兩種非機(jī)械閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖面說明旋風(fēng)爐1 上段部分2 下段部分3頂蓋4排氣管5 固氣進(jìn)入通道6 第一補(bǔ)氣通道7排灰口8提升管9 進(jìn)氣通道10進(jìn)料口11 返料口12返料通道13閥14 第二補(bǔ)氣通道15 排渣口16第二旋風(fēng)爐1’ 第二固氣進(jìn)入通道6’U型閥17 虹吸閥18
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1如圖1所示的本發(fā)明的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，包括高溫不銹鋼材料的旋風(fēng)爐1；旋風(fēng)爐1上段部分2呈圓筒形，高度為2000毫米、直徑為100毫米，高徑比為20∶1；下段部分3為的圓錐筒形，其上端直徑為100毫米，與上段部分2的圓筒下端成一體的無縫連接，其底端設(shè)有一排灰口8；上段部分2的頂端有一頂蓋4，頂蓋4的中心位置設(shè)有一排氣管5；旋風(fēng)爐1靠近頂蓋4的側(cè)壁上設(shè)一沿側(cè)壁正切方向的固氣進(jìn)入通道6；旋風(fēng)爐上段部分2的側(cè)壁上設(shè)有4個(gè)沿側(cè)壁正切方向的第一補(bǔ)氣通道7(圖中未全部標(biāo)出)，位于固氣進(jìn)入通道6下方。
在這里，旋風(fēng)爐1上段部分2的高徑比可以在1∶1～20∶1之間選取，比值越大，氣化反應(yīng)的路徑和時(shí)間越長，但是為了維持氣相的切向速度，也就需要從第一補(bǔ)氣通道7注入更多、速度更快的補(bǔ)充氣體。
固氣進(jìn)入通道6與第一補(bǔ)氣通道7的方向相對(duì)于側(cè)壁成一致右旋，如圖2所示。圖中箭頭所示為第一補(bǔ)氣通道7的進(jìn)氣方向。這樣的方向關(guān)系可以保證進(jìn)入第一補(bǔ)氣通道7的氣體方向與旋風(fēng)爐1內(nèi)的氣流方向一致，用以維持氣相的切向速度。相應(yīng)地，也可以為一致的左旋關(guān)系。
實(shí)施例2如圖3所示的本發(fā)明的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，包括旋風(fēng)爐1和提升管9；旋風(fēng)爐1的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)相同。提升管9包括一頂蓋；提升管9最上部側(cè)壁通過連接管于與旋風(fēng)爐的固氣進(jìn)入通道6相連通；提升管9底端側(cè)壁上開有一進(jìn)氣通道10；進(jìn)氣通道10上方的提升管側(cè)壁上開有一固體燃料的進(jìn)料口11，且靠近提升管9的底部。提升管9側(cè)壁上進(jìn)氣通道10的上方開有一個(gè)返料口12，返料口12與旋風(fēng)爐的排灰口8之間設(shè)有一返料通道13；返料通道13上設(shè)有一個(gè)L型閥14，也可使用其它類型非機(jī)械閥，如如圖5所示的U型閥17或虹吸閥18，或者使用螺旋給料機(jī)、旋轉(zhuǎn)葉輪等機(jī)械閥。進(jìn)料口的11上方設(shè)有4個(gè)第二補(bǔ)氣通道15(圖中未全部標(biāo)出)。提升管9底端設(shè)有排渣口16。
使用本裝置用于煤的氣化時(shí)，用于氣化的煤全部從進(jìn)料口11連續(xù)地加入提升管9，這些煤是顆粒狀，大部分顆粒的粒徑在0-10毫米之間。用于氣化的氣化劑主要是空氣或富氧空氣、水蒸氣。將氣化劑分成三部分，第一部分氣化劑大部分是空氣或富氧空氣，從進(jìn)氣通道10加入。為了以防止煤在提升管的下部發(fā)生高溫粘結(jié)，將提升管9下部的溫度控制在煤的灰熔點(diǎn)以下，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)將溫度控制在850-900℃之間，為此在進(jìn)氣通道10還同時(shí)加入部分水蒸氣。在位于提升管9的中下部的第二補(bǔ)氣通道15中加入第二部分氣化劑，是富氧空氣，提高提升管中上部的溫度，以提高氣化速率，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)將溫度控制在1000℃左右，雖然這個(gè)溫度接近煤的灰熔點(diǎn)，但是因?yàn)楣滔嘣跉庀嘀惺翘幱趶浬⒌牧鲃?dòng)狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)問題。在旋風(fēng)爐上段部分2的不同高度上通過第一補(bǔ)氣通道7沿水平切向加入第三部分氣化劑，主要是水蒸氣，目的是維持旋風(fēng)爐1中氣相的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，將旋風(fēng)爐1的溫度降低到900℃左右，利用旋風(fēng)爐1內(nèi)強(qiáng)旋流的有利條件，進(jìn)一步強(qiáng)化水蒸氣與固相中的碳和氣相中的一氧化碳的反應(yīng)，提高煤氣的熱值。生成的煤氣最終從旋風(fēng)爐頂部的排氣管5排出，煤中的灰一部分隨煤氣一起從排氣管5排出，另一部分可以從旋風(fēng)爐排灰口8排出，并通過閥14送回到提升管9的下部，繼續(xù)參與反應(yīng)。
實(shí)施例3本實(shí)施例中的固體燃料的氣化反應(yīng)裝置與實(shí)施例2相似，不同之處在于本實(shí)施例中使用了兩個(gè)并聯(lián)的旋風(fēng)爐。如圖4所示，包括提升管9，旋風(fēng)爐1和第二旋風(fēng)爐1’；提升管9分別于旋風(fēng)爐1的固氣進(jìn)入通道6和第二旋風(fēng)爐1’的第二固氣進(jìn)入通道6’相連通。
權(quán)利要求
1.一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，它包括旋風(fēng)爐(1)；所述旋風(fēng)爐(1)包括上段部分(2)和下段部分(3)，上段部分(2)基本上呈圓筒形，下段部分(3)基本上呈上大下小的圓錐筒形；上段部分(2)的下端與下段部分(3)的上端成一體的無縫連接；上段部分(2)的頂端有一頂蓋(4)，所述頂蓋(4)的中心位置設(shè)有一排氣管(5)；所述旋風(fēng)爐(1)靠近頂蓋(4)的側(cè)壁上設(shè)一沿側(cè)壁正切方向的固氣進(jìn)入通道(6)；所述旋風(fēng)爐上段部分(2)的側(cè)壁上設(shè)有沿側(cè)壁正切方向的第一補(bǔ)氣通道(7)，第一補(bǔ)氣通道(7)位于所述固氣進(jìn)入通道(6)下方；所述固氣進(jìn)入通道(6)與第一補(bǔ)氣通道(7)的方向相對(duì)于側(cè)壁成一致的左旋或右旋；所述旋風(fēng)爐下段部分(3)的底端設(shè)有一排灰口(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，還包括一個(gè)設(shè)有頂蓋的提升管(9)；所述提升管(9)最上部側(cè)壁上設(shè)有與旋風(fēng)爐固氣進(jìn)入通道(6)相連通的連接管；所述提升管(9)底端側(cè)壁上開有一進(jìn)氣通道(10)；所述提升管(9)側(cè)壁上開有一固體燃料的進(jìn)料口(11)，且靠近提升管(9)底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述提升管(9)側(cè)壁上開有一個(gè)返料口(12)，且靠近所述提升管(9)底部；所述返料口(12)與旋風(fēng)爐的排灰口(8)之間設(shè)有一返料通道(13)；所述返料通道(13)上設(shè)有一個(gè)閥(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述提升管側(cè)壁上進(jìn)料口的(11)上方設(shè)有第二補(bǔ)氣通道(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述提升管(9)底端設(shè)有排渣口(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的閥(14)為機(jī)械閥或非機(jī)械閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的機(jī)械閥為螺旋給料機(jī)或旋轉(zhuǎn)葉輪。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的非機(jī)械閥為U型閥、L型閥或虹吸閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述旋風(fēng)爐上段部分(2)的高度與其筒直徑的比值在1-20之間；
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述旋風(fēng)爐(1)和提升管(9)的材料為高溫不銹鋼、耐火磚、耐火澆筑料和水冷壁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體燃料的氣化反應(yīng)裝置。該裝置包括旋風(fēng)爐，旋風(fēng)爐包括呈圓筒形的上段部分和呈圓錐筒形的下段部分；上段部分的下端與下段部分的上端成一體的無縫連接；上段部分的頂端有一頂蓋，所述頂蓋的中心位置設(shè)有一排氣管；所述旋風(fēng)爐上段部分的高度與其筒直徑的比值在1～20之間；所述旋風(fēng)爐靠近頂蓋的側(cè)壁上設(shè)一沿側(cè)壁正切方向的固氣進(jìn)入通道；所述旋風(fēng)爐上段部分的側(cè)壁上設(shè)有沿側(cè)壁正切方向的第一補(bǔ)氣通道，第一補(bǔ)氣通道位于所述固氣進(jìn)入通道下方；所述固氣進(jìn)入通道與第一補(bǔ)氣通道的方向相對(duì)于側(cè)壁成一致的左旋或右旋；所述旋風(fēng)爐下段部分的底端設(shè)有一排灰口。本裝置氣化工藝成本低，可以在比較低的溫度下連續(xù)運(yùn)行，較高效率地產(chǎn)生氣體燃料。本裝置可用于煤、污泥或生物質(zhì)等固體廢料的氣化反應(yīng)。
文檔編號(hào)C10J3/20GK1519298SQ0310073
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者呂清剛, 那永潔, 包紹麟, 孫運(yùn)凱, 賀軍, 王東宇, 高鳴, 張榮光 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所