CN101191059A - 动力学气化炉及其构成的余热锅炉 - Google Patents

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Abstract

一种动力学气化炉及其构成的余热锅炉，涉及到一种应用固体燃料制取合成气的气化设备。本发明的原料适应范围广，包括原生垃圾和生物质、生物质型煤、煤基型煤、原煤、散煤。应用本发明可以设计制造一种投资低、操作简单、易于普及的垃圾、生物质气化设备，可以像常规锅炉那样操作运行，可以实现连续输入原料、连续出渣、连续输出合成气。本发明为积极利用可再生能源助力，解决了生活垃圾、农林废弃物的出路问题，并使之转化为一种清洁的能源，一是解决环保问题，二是缓解能源紧张的局面，为推动经济社会全面协调可持续发展创造条件，并为提供生物质资源的农村创造良好的发展机遇。

Description

动力学气化炉及其构成的余热锅炉
所属技术领域
本发明涉及一种气化设备，特别涉及到一种应用固体燃料制取合成气的气化设备。
背景技术
当前，全球能源日趋紧张及环保形势日渐严峻，对我国来说，一方面每年要从国外进口大量的石油及液化气，而另一方面却是丰富的垃圾、生物质资源没能得到有效利用，大部分都被丢弃或焚烧掉，有些地方甚至是垃圾泛滥成灾。随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大，垃圾还将以10％的比例上升，并且其有害成分的含量也越来越高，如处理不好，将会污染环境，影响到人们的生活。目前我国大部分地区还是采用填埋法处理城市生活垃圾，这不但需占用大量的土地、浪费资源，而且容易造成二次污染，全国因固体废弃物堆存而被占用和毁损的农田面积已达200万亩以上；有些地区采用焚烧法处理城市生活垃圾，回收热能用于发电或供热，但垃圾发电厂的能量转换率很低，仅为35％不到，有65％以上的能量被浪费掉了，更为严重的是焚烧的烟气排入大气而产生二次污染。
我国生物质资源十分丰富，有大量的农业废弃物、薪柴林、木材加工废料可供使用，仅秸秆、谷壳之类的农业废弃物每年就有10亿多吨，折合标准煤5亿多吨，而其它的生物质资源尚无统计。目前，这些生物质资源未能得到有效利用，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋掉了。生物质在直接燃烧过程中易产生煤烟、飞灰、一氧化碳和二氧化碳污染环境。
我国的能源格局是富煤、少油、少气，使用我国丰富的煤资源可以减少对石油的依赖，但直接燃煤会带来严重的环境污染问题，把煤通过气化转化为二次清洁能源是符合当前我国国情的，但目前的技术和转化工艺要浪费近一半的能源。
随着环境保护形势的日益严峻及化石燃料的日渐枯竭，人类必须实现能源的“开源节流”，即：一是提高燃料燃烧的效率以减少资源消耗，并同时实现清洁燃烧以减少对环境的污染；二是开发新能源，并积极利用可再生能源。
如何把垃圾、生物质转化为清洁能源来应用，变废为宝，并且以此来减轻石油需求的压力，直至摆脱对石油和煤炭的依赖，许多科研机构都积极投入力量进行研究和开发，这一课题也吸引着众多业余发明家的兴趣，但至今还没有商业化应用的实例和报道。
本发明的目的是设计制造一种投资低、操作简单、易于普及的垃圾、生物质气化设备，为积极利用可再生能源助力。
发明内容
为了达到上述的发明目的，本发明通过在炉内设置动力学聚热引风管的措施来改善气化条件，以减少在转化过程中的能量损失、提高产气率。固体燃料受炉排带动先进入炉膛的干馏热解区进行烘干、预热、热解及挥发份逸出、缺氧燃烧、气化，再进入燃烬区继续进行燃烧气化，直至燃烬；固体燃料气化的合成气进入到动力学聚热引风管，在动力学聚热引风管的引力作用下被引出，其中热解逸出的气态焦油、CnHm动力学聚热引风管内进行裂解或转化，生成一氧化碳和氢气的合成气。所述的动力学聚热引风管设置在气化炉的保温围护体内，动力学聚热引风管采用多变管径设计，当炉内产生热量时，其动力学作用产生抽吸引力效应和压缩聚热效应，温度达到1100℃以上，使得热解气中的焦油、CnHm容易裂解或转化为一氧化碳和氢气的合成气，并及把合成气引出；动力学聚热引风管的入口设置旋流室，燃烧的热气流首先被吸入旋流室，旋流导向作用与动力学聚热引风管相配合，其动力学原理使之产生***效应，迫使水蒸汽与气态焦油、CnHm充分混合反应，增加合成气的产率，同时产生很强的抽吸动力，使燃烧气化炉膛自然形成负压，可以减少空气的输入量和增加水蒸汽输入量，对提高合成气的产率和品质都有好处。本发明的气化炉的燃烧气化装置主要由动力学聚热引风管、干馏热解区、燃烬区、炉排、配风室、调节风门、水蒸汽喷嘴组成，其中：干馏热解区与燃烬区相通，构成燃烧气化的炉膛；燃烬区的上方为动力学聚热引风管，动力学聚热引风管的入口有旋流室；炉排构成燃烧气化炉膛的底；炉排的底下有配风室，配风室内有水蒸汽喷嘴。在干馏热解区还设有反射烘，同时在干馏热解区的上方还设有脱氯/脱硫剂，垃圾、生物质的挥发份及热解气通过脱氯/脱硫剂脱除氯组份和硫组份后再进入到动力学聚热引风管，这样，制成的合成气中就不会含有氯化氢或其它的氯化物，燃烧时就不会生成剧毒致癌物二恶英，可以保证人们的身体健康，当采用不含垃圾的生物质原料或把脱氯/脱硫剂拌入垃圾中使用时，在干馏热解区的上方不设脱氯/脱硫剂；生成的合成气通过动力学聚热引风管的引力作用进入到热交换室进行降温；本发明把水蒸汽作为气化剂送入到燃烧气化炉膛中，与炽热的炭进行化学反应，生成以一氧化碳、氢气为主的合成气；过量的水蒸汽进入到动力学聚热引风管中，与气态焦油、CnHm进行氧化一还原反应，生成CO和H2的富氢合成气，生成的富氢合成气在动力学聚热引风管的引力作用下进入到热交换室进行降温。
本发明所述的固体燃料包括原生垃圾、生物质、地脚煤、原煤、散煤其中的一种或几种或全部；包括用垃圾或生物质经加工压制成形的制品；包括用煤作为添加剂的垃圾、生物质型煤；包括煤基型煤。
本发明的动力学气化炉构成的余热锅炉，其特征是设备本体主要由锅筒(5)、受热器(9)、热交换室(10)、动力学聚热引风管(11)、干馏热解区(25)、燃烬区(15)、炉排(23)、配风室(19)、调节风门(20)、水蒸汽喷嘴(22)、料仓(28)、合成气出口(13)、保温围护体(31)、壳体(32)组成，其中：动力学聚热引风管(11)的入口设有旋流室(12)；干馏热解区(25)和燃烬区(15)构成燃烧气化炉膛；所述的动力学聚热引风管在保温围护体(31)内，其中的动力学聚热引风管(11)、旋流室(12)的下方为燃烬区(15)；燃烬区(15)与干馏热解区(25)直接相通，干馏热解区(25)的上部有反射烘(26)；炉排(23)构成燃烧气化炉膛的底，炉排(23)的底下有配风室(19)，配风室(19)内有水蒸汽喷嘴(22)，空气通过调节风门(20)进入到配风室(19)；受热器(9)环绕在动力学聚热引风管(11)的周围，受热器(9)、受热器上联箱(8)、下联箱(37)、下降管(34)、汽水分离管(6)、锅筒(5)构成余热锅炉的炉内水循环***。本发明把垃圾和生物质添加粘结剂、脱氯/脱硫剂，压制成一定程度和形状的制品使用，不但可以方便操作，而且可以提高原料的气化效率。本发明结构和操作都很简单，机械化操作和手工操作都很方便，可以象常规锅炉那样操作运行，可以实现连续输入原料、连续出渣、连续输出合成气。
本发明的动力学气化炉及其构成的余热锅炉，其燃烧气化所用的原料为垃圾、生物质、煤其中的一种或几种或全部，先把原料进行磨浆，再加入添加剂混合拌均，再压制成型/或造粒，再送入动力学气化炉中进行聚热反应气化，生成的合成气通过洗涤、压缩、冷却后，储存在气柜中备用，储存在气柜中的合成气是一种清洁燃料，可直接用于燃烧，也可通过后续设备制氢，还可以合成甲醇、二甲醚之类的液体燃料或液化气燃料。在动力学气化炉中生成的反应热由余热锅炉回收，所产蒸汽用作气化炉的气化剂及发电和供热。
本发明的有益效果是：积极利用可再生能源，科学、合理地应用垃圾、生物质资源，解决生活垃圾、农林废弃物、木材加工下脚料、建筑装璜工地的木基质废弃物的出路问题，使之转化为一种清洁的能源，一是解决环保问题，二是缓解能源紧张的局面，为推动经济社会全面协调可持续发展创造条件，并为提供生物质资源的农村创造良好的发展机遇。
附图说明
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下所述的具体实施方式均不构成对本发明的限制：
图1是应用本发明的动力学气化炉所构成的生产合成气的***工艺流程方框图。
图2是本发明的其中一种气化炉的结构图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是本发明的另一种气化炉的结构图。
图中：1.安全阀接口，2.蒸汽阀接口，3.压力表接口，4.汽水分离器，5.锅筒，6.汽水分离管，7.检查/吹灰门，8.受热器上联箱，9.受热器，10.热交换室，11.动力学聚热引风管，12.旋流室，13.合成气出口，14.温度传感器，15.燃烬区，16.检查门，17.冷渣室，18.水封，19.配风室，20.调节风门，21.旋流器，22.水蒸汽喷嘴，23.炉排，24.主动轮，25.干馏热解区，26.干馏热解区的反射烘，27.脱氯/脱硫剂，28.料仓，29.热解气返入口，30.引气风机，31.保温围护体，32.壳体，33.防爆阀，34.下降管，35.检查门，36.蒸汽过热器，37.下联箱，38.水位表。
具体实施方式
图2所示的实施例为本发明的其中一种气化炉，设备主要由锅筒(5)、受热器(9)、热交换室(10)、动力学聚热引风管(11)、干馏热解区(25)、燃烬区(15)、炉排(23)、配风室(19)、调节风门(20)、水蒸汽喷嘴(22)、冷渣室(17)、引气风机(30)、料仓(28)、保温围护体(31)、壳体(32)组成。其中：动力学聚热引风管(11)的入口有旋流室(12)和旋流器(21)；干馏热解区(25)与燃烬区(15)相通，构成燃烧气化炉膛；干馏热解区(25)的上方有脱氯/脱硫剂(27)和反射烘(26)；燃烬区(15)的上方为旋流器(21)、旋流室(12)，旋流室(12)的上方为动力学聚热引风管(11)；炉排(23)构成燃烧气化炉膛的底；炉排(23)的下方为配风室(19)，配风室(19)内有水蒸汽喷嘴(22)；锅筒(5)和受热器(9)在热交换室(10)内，由受热器(9)、受热器上联箱(8)、下联箱(37)、下降管(34)、汽水分离管(6)、锅筒(5)构成余热锅炉的炉内水循环***；热交换室(10)由保温围护体(31)所构成；在保温围护体(31)上有防爆阀(33)、检查/吹灰门(7)、检查门(16)(35)和合成气出口(13)。设备运行时，料仓内的垃圾、生物质原料由炉排(23)带动进入到炉膛的干馏热解区(25)，原料的厚度可通过煤闸板调节，原料先经过干馏、热解气化后再进入到燃烬区(15)，燃烬后的灰渣卸落到冷渣室(17)释放余热，再通过水封(18)进入出渣机(图中未示出)的入渣口，由出渣机运出灰渣。在上述过程中，垃圾、生物质干馏挥发出的挥发份及热解的气化物合并为合成气通过脱氯/脱硫剂(27)，在引气风机(30)的引力作用下由热解气返入口(29)切向进入旋流室(12)，形成旋风进入动力学聚热引风管(11)，合成气中含有的焦油、甲烷与水蒸汽发生作用而裂解和转化为一氧化碳、氢气的合成气；在燃烬区(15)水蒸汽与炽热的碳发生化学反应而生成一氧化碳、氢气的合成气，通过旋流器(21)的切口进入旋流室(12)，形成旋风进入动力学聚热引风管(11)；这二路合成气在动力学聚热引风管的引力作用下被引入热交换室(10)，在热交换室(10)把热量传递给锅筒(5)和受热器(9)，合成气得到降温，降温后的合成气体积变小重度增大而沉降，从出口(13)被引出。本实施例通过调节风门(20)和水蒸汽喷嘴(22)来稳定炉内的气化温度和稳定产气率，可以实现连续输入原料、连续出渣、连续输出合成气。设备所生产出来的合成气是一种清洁燃料，可直接用于燃烧，也可通过后续设备制氢，还可以合成甲醇、二甲醚之类的液体燃料或液化气燃料。本实施例使用的原料包括原生垃圾、生物质，垃圾、生物质型煤制品、原煤、煤基型煤制品。
图4所示的实施例为本发明的另一种气化炉，与上例实施例的区别是在干馏热解区(25)的上方没有脱氯/脱硫剂，当用垃圾做原料时，把脱氯/脱硫剂添加到原料中。
本发明的气化炉是一种余热锅炉，涉及到锅炉类的压力容器，在设计、制造及使用时，应按国家有关部门的规定和规程进行。

Claims (10)

1.一种动力学气化炉，包括固体燃料的燃烧气化装置，其特征是气化炉的燃烧气化装置主要由动力学聚热引风管(11)、干馏热解区(25)、燃烬区(15)、炉排(23)组成；其中：干馏热解区、燃烬区构成燃烧气化的炉膛。
2.根据权利要求1所述的一种动力学气化炉，其特征是所述的动力学聚热引风管设置在气化炉的保温围护体内；动力学聚热引风管为多变管径设计，在热力作用下产生压缩聚热效应和自引风效应，使得热解气中的焦油、CnHm在动力学聚热引风管内容易裂解或转化为一氧化碳和氢气的合成气，并及时把合成气引出。
3.根据权利要求1所述的一种动力学气化炉，其特征是动力学聚热引风管的入口还有旋流室(12)；旋流室的下方为燃烬区；燃烬区与干馏热解区直接相通，干馏热解区的上部还有反射烘(26)。
4.根据权利要求1所述的动力学气化炉，其特征是燃烧气化所用的原料为固体燃料，所述的固体燃料包括原生垃圾、生物质、地脚煤、原煤、散煤其中的一种或几种或全部；包括用垃圾或生物质经加工压制成形的制品；包括用煤作为添加剂的垃圾、生物质型煤；包括煤基型煤。
5.根据权利要求1所述的一种动力学气化炉，其特征是在干馏热解区的上方有脱氯/脱硫剂(27)，固体燃料逸出的挥发份及热解气通过脱氯/脱硫剂脱除氯组份和硫组份后再通过动力学聚热引风管的引力作用进入到热交换室进行降温。
6.根据权利要求1所述的一种动力学气化炉，其特征是当固体燃料中不含垃圾或把脱氯/脱硫剂拌入垃圾燃料中使用时，在干馏热解区的上方不设脱氯/脱硫剂。
7.根据权利要求1所述的一种动力学气化炉，其特征是把水蒸汽作为气化剂送入到燃烧气化的炉膛，与炽热的炭进行化学反应，生成以一氧化碳、氢气为主的合成气，生成的合成气由动力学聚热引风管引入到热交换室进行降温。
8.一种动力学气化炉构成的余热锅炉，其特征是设备本体主要由锅筒(5)、受热器(9)、热交换室(10)、动力学聚热引风管(11)、干馏热解区(25)、燃烬区(15)、炉排(23)、配风室(19)、调节风门(20)、水蒸汽喷嘴(22)、料仓(28)、合成气出口(13)、保温围护体(31)、壳体(32)组成；其中：干馏热解区(25)、燃烬区(15)构成燃烧气化的炉膛。
9.根据权利要求8所述的一种动力学气化炉构成的余热锅炉，其特征是动力学聚热引风管在保温围护体(31)内，动力学聚热引风管(11)的入口还有旋流室(12)，旋流室(12)的下方为燃烬区(15)；燃烬区(15)与干馏热解区(25)直接相通，干馏热解区(25)的上部有反射烘(26)；炉排(23)构成燃烧气化炉膛的底，炉排(23)的底下有配风室(19)，配风室(19)内有水蒸汽喷嘴(22)，空气通过调节风门(20)进入到配风室(19)；受热器(9)环绕在动力学聚热引风管(11)的周围，受热器(9)、受热器上联箱(8)、下联箱(37)、下降管(34)、汽水分离管(6)、锅筒(5)构成余热锅炉的炉内水循环***。
10.根据权利要求8所述的一种动力学气化炉构成的余热锅炉，其特征是燃烧气化所用的原料为垃圾、生物质、煤其中的一种或几种或全部，先把原料进行磨浆，再加入添加剂混合拌均，再压制成型/或造粒，再送入动力学气化炉中进行聚热反应气化。
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