一种蓄热式焦油内裂解气化炉装置

技术领域

本发明涉及可燃固废热处理设备技术领域，尤其涉及一种蓄热式焦油内裂解气化炉装置。

背景技术

城市生活垃圾、一般工业固废、农林废弃物和市政污泥等可燃固废是储量巨大的“矿产资源”，具有较高的资源化和能源化利用价值。热解气化技术可将可燃固废转化成生物质可燃气，有效减少化石能源的消耗。但由于受物料组分、气化条件和气化工艺等因素影响，可燃气中一般存在较多焦油。焦油的存在极大降低了气化效率，焦油产物能量一般占总能量5-15％，这部分能量在较低温下难以利用，大部分能量被浪费。其次焦油在较低温度下极易凝结为粘稠液态并与水、飞灰等物质溶于一体，堵塞燃气管道，焦油清理周期长且效果差，大大降低气化设备运行时间。此外气化过程中炉内常存在温度场分布不均的问题，造成气化反应不完全，可燃气温度过高未回收利用造成能量不必要浪费，热量损失严重，利用率低，影响热解气化反应整体效果。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种科学合理和能源利用率高的蓄热式焦油内裂解气化炉装置，以达到减少炉内热量浪费，改善炉内温度场分布不均，提升能量的综合利用率和去除可燃气中焦油含量，提升气化效率和燃气热值的目的。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种蓄热式焦油内裂解气化炉装置，包括液压活塞进料系统、热解气化炉、导热系统、蓄热系统、换热系统和与换热系统相连的气相催化系统；所述热解气化炉包括热解气化炉体和排渣系统，所述热解气化炉体包括料仓、热解气化仓和夹层腔体，所述料仓位于所述热解气化炉体顶部，所述热解气化仓位于所述热解气化炉体内部，所述热解气化仓外壁与所述热解气化炉体内壁之间的空间为所述夹层腔体；所述液压活塞进料系统的出料口与所述料仓进料口连接，所述料仓出料口与所述热解气化仓上部进料口连接，所述排渣系统位于所述热解气化炉体底部且对准所述热解气化仓下部出料口；所述导热系统设置在所述热解气化仓外部上段的干燥热解区；所述蓄热系统包括蓄热材料层，所述蓄热材料层置于所述夹层腔体内；所述气相催化系统盘旋设置在所述热解气化仓外部的氧化还原区，其进口与所述热解气化仓内部上段连通，其出口伸出热解气化炉外部；所述导热系统与所述蓄热材料层连接。

所述热解气化仓为筒状结构，其底部朝外延伸并与所述热解气化炉体内部相连，所述排渣系统包括炉篦和灰室，所述灰室与所述热解气化仓连通，所述炉篦位于所述灰室内且对准所述热解气化仓下部出料口；所述灰室底部开设有下炉门；所述热解气化仓内设置有温度计和压力计，所述夹层腔体内设置有压力计。可燃固废在热解气化仓内进行干燥、热解、气化和燃烧反应，气化残渣从炉篦进入灰室，再从灰室经下炉门排出。

所述液压活塞进料系统包括进料系统壳体，进料系统壳体内安装有液压油缸、推料活塞箱体和垃圾进料斗；所述垃圾进料斗安装在所述进料系统壳体顶部并与壳体内部连通，所述推料活塞箱体安装在所述液压油缸的伸缩杆上且可由其控制而沿着进料系统壳体内部滑动；所述液压活塞进料系统的出料口与所述料仓进料口连接。液压活塞进料系统，用于压缩可燃固废并送至热解气化仓内，用于减小物料体积和阻止漏烟漏气，对炉体实现密封作用。

所述气相催化系统包括燃气管道，所述燃气管道由上而下盘旋敷设在所述热解气化仓外部的氧化还原区，上段所述燃气管道的进口通过燃气第一出口管道与所述热解气化仓内部上段连通，下段所述燃气管道在所述夹层腔体内由下而上伸展穿过所述蓄热材料层后并在炉体上段伸出所述热解气化炉体外部形成燃气第二出口管道；所述燃气管道内装有多孔介质催化剂。燃气管道穿过蓄热材料层，用于吸收蓄热材料的释放热和燃烧热。燃气管道内装放有多孔介质催化剂，催化剂起过滤、蓄热和催化作用，使焦油进一步深度裂解和可燃气净化提纯。

所述蓄热系统还包括水蒸气进口管道、进气止回阀、水蒸气排气管道、排气止回阀和水蒸气喷嘴；所述水蒸气喷嘴位于所述蓄热材料层内，所述水蒸气进口管道一端与外部提供水蒸气设备连接，其另一端穿入所述夹层腔体内与所述水蒸气喷嘴相连；所述进气止回阀安装在所述水蒸气进口管道上；所述排气止回阀安装在所述水蒸气排气管道上。蓄热系统置于夹层空腔的氧化还原区，通过热解气化炉内温度场变化，控制蓄热系统中水蒸气和化学蓄热材料的蓄放热反应，维持气化炉内反应温度稳定和气相产物中焦油深度裂解。

所述导热系统包括导热翅片和导热管，所述导热翅片环绕布置在所述热解气化仓外部上段的干燥热解区，所述导热翅片通过所述导热管与所述蓄热材料层连接。导热翅片通过导热管吸收蓄热材料层和燃气管道释放的热量，用于提高干燥热解区温度。

所述换热系统包括换热器和循环水管道；所述热解气化炉体还安装有空气进口管道，所述空气进口管道一端依次穿过所述热解气化炉体和炉篦，所述空气进口管道的空气出口对准所述热解气化仓；所述燃气第二出口管道与所述空气进口管道均设有所述换热器，两所述换热器之间通过所述循环水管道连接；所述水蒸气排气管道进口位于所述蓄热材料层内，其出口与所述空气进口管道连接。换热系统置于燃气第二出口管道和空气进口管道上，并通过循环水管路连接。燃气第二出口管道上的热量经换热系统中工质水循环流动，将空气进口管道内空气一次加热，后经灰渣二次加热送至热解气化炉膛内作气化剂，用于残碳燃烧。

所述夹层腔体内设置有温度计。

所述热解气化炉体外表面敷设有保温棉，所述保温棉采用硅酸铝纤维材质的保温棉；所述热解气化仓的温度范围控制在300℃～800℃之间。

所述蓄热材料层的蓄热材料为三元无机盐，三元无机盐为KNO

与现有技术对比，本发明的优点在于：本装置通过蓄热材料层的蓄放热反应来调节热解气化炉内温度，解决了热解气化炉内温度不稳定问题；通过炉内设置导热系统和换热系统，解决炉内温度分布不均和减少气化过程中能量损失等问题；通过内置焦油催化剂，对燃气中的焦油进行深度裂解和过滤，降低可燃气中焦油含量，提高气化效率和燃气热值；本装置具备燃气转化率高、焦油含量低和产气容易的特点；本装置减少热量浪费，改善炉内温度场分布和提升能量综合利用率，去除可燃气中焦油含量，提升气化效率和燃气热值。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例液压活塞进料系统的结构示意图。

图中附图标记含义：1、上炉门；2、料仓进料口；3、料仓；4、上部进料口；5、燃气第一出口管道；6、燃气管道；7、导热翅片；8、蓄热材料层；9、水蒸气进口管道；10、进气止回阀；11、水蒸气喷嘴；12、水蒸气排出口；13、空气出口；14、炉篦；15、燃气第二出口管道；16、换热器；17、循环水管道；18、催化剂；19、水蒸气排气管道；20、空气进口管道；21、灰室；22、压力计；23、温度计；24、下炉门；25、保温棉；26、导热管；27、热解气化仓；28、推料活塞箱体；29、垃圾进料斗；30、压缩燃料；31、液压油缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

参阅图1至图2，为一种蓄热式焦油内裂解气化炉装置，包括液压活塞进料系统、热解气化炉、导热系统、蓄热系统、换热系统和与换热系统相连的气相催化系统；热解气化炉包括热解气化炉体和排渣系统，热解气化炉体包括料仓3、热解气化仓27和夹层腔体，料仓3位于热解气化炉体顶部，热解气化仓27位于热解气化炉体内部，热解气化仓27外壁与热解气化炉体内壁之间的空间为夹层腔体；液压活塞进料系统的出料口与料仓进料口2连接，料仓3出料口与热解气化仓27上部进料口4连接，排渣系统位于热解气化炉体底部且对准热解气化仓27下部出料口；导热系统设置在热解气化仓27外部上段的干燥热解区；蓄热系统包括蓄热材料层8，蓄热材料层8置于夹层腔体内；气相催化系统盘旋设置在热解气化仓27外部的氧化还原区，其进口与热解气化仓27内部上段连通，其出口伸出热解气化炉外部；导热系统与蓄热材料层8连接。

热解气化仓27为筒状结构，其底部朝外延伸并与热解气化炉体内部相连，排渣系统包括炉篦14和灰室21，灰室21与热解气化仓27连通，炉篦14位于灰室21内且对准热解气化仓27下部出料口；灰室21底部开设有下炉门24；热解气化仓27内设置有温度计23和压力计22，夹层腔体内设置有压力计22。可燃固废在热解气化仓27内进行干燥、热解、气化和燃烧反应，气化残渣从炉篦14进入灰室21，再从灰室21经下炉门24排出。

液压活塞进料系统包括进料系统壳体，进料系统壳体内安装有液压油缸31、推料活塞箱体28和垃圾进料斗29；垃圾进料斗29安装在进料系统壳体顶部并与壳体内部连通，推料活塞箱体28安装在液压油缸31的伸缩杆上且可由其控制而沿着进料系统壳体内部滑动；液压活塞进料系统的出料口与料仓进料口2连接。液压活塞进料系统，用于压缩可燃固废并送至热解气化仓27内，用于减小物料体积和阻止漏烟漏气，对炉体实现密封作用。可燃固废在液压油缸31推动推料活塞箱体28作用下压缩来料体积。详细地说，可燃固废通过垃圾进料斗29进入进料系统中，液压油缸31通过推动推料活塞箱体28在有限的压缩腔体内对来料进行压缩减少体积，形成压缩燃料30，此时气化炉料仓3的进料口关闭，压缩燃料30和料仓3的进料口共同组成阻隔屏障，密封炉体。本实施例中，料仓3顶部开设有上炉门1。

气相催化系统包括燃气管道6，燃气管道6由上而下盘旋敷设在热解气化仓27外部的氧化还原区，上段燃气管道6的进口通过燃气第一出口管道5与热解气化仓27内部上段连通，下段燃气管道6在夹层腔体内由下而上伸展穿过蓄热材料层8后并在炉体上段伸出热解气化炉体外部形成燃气第二出口管道15；燃气管道6内装有多孔介质催化剂18。燃气管道6穿过蓄热材料层8，用于吸收蓄热材料的释放热和燃烧热。燃气管道6内装放有多孔介质催化剂18，催化剂18起过滤、蓄热和催化作用，使焦油进一步深度裂解成可燃气，并对可燃气净化提纯。

蓄热系统还包括水蒸气进口管道9、进气止回阀10、水蒸气排气管道19、排气止回阀和水蒸气喷嘴11；水蒸气喷嘴11位于蓄热材料层8内，水蒸气进口管道9一端与外部提供水蒸气设备连接，其另一端穿入夹层腔体内与水蒸气喷嘴11相连；进气止回阀10安装在水蒸气进口管道9上；排气止回阀安装在水蒸气排气管道19上。蓄热系统置于夹层空腔的氧化还原区，通过热解气化炉内温度场变化，控制蓄热系统中水蒸气和化学蓄热材料的蓄放热反应，维持气化炉内反应温度稳定和气相产物中焦油深度裂解。

导热系统包括导热翅片7和导热管26，导热翅片7环绕布置在热解气化仓27外部上段的干燥热解区，导热翅片7通过导热管26与蓄热材料层8连接。导热翅片7通过导热管26吸收蓄热材料层8和燃气管道6释放的热量，用于提高干燥热解区温度。

换热系统包括换热器16和循环水管道17；热解气化炉体还安装有空气进口管道20，空气进口管道20一端依次穿过热解气化炉体和炉篦14，空气进口管道20的空气出口13对准热解气化仓27；燃气第二出口管道15与空气进口管道20均设有换热器16，两换热器16之间通过循环水管道17连接；水蒸气排气管道19进口(即为水蒸气排气管道19的水蒸气排出口12)位于蓄热材料层8内，其出口与空气进口管道20连接。换热系统置于燃气第二出口管道15和空气进口管道20上，并通过循环水管路连接。燃气第二出口管道15上的热量经换热系统中工质水循环流动，将空气进口管道20内空气一次加热，通过水蒸气排出管道后经灰室21的灰渣二次加热送至热解气化炉膛内作气化剂，用于残碳燃烧。

夹层腔体内设置有温度计23。

热解气化炉体外表面敷设有保温棉25，保温棉25采用硅酸铝纤维材质的保温棉25；热解气化仓27的温度范围控制在300℃～800℃之间。

蓄热材料层8的蓄热材料为三元无机盐，三元无机盐为KNO

本实施例中，炉篦14是现有设备，因此无需展开具体结构分析。炉篦14是指锅炉或工业炉中堆置固体燃料并使之有效燃烧的部件。炉栅的形制分为平直型炉栅和不规则炉栅多种形制，根据炉窑不同，所使用的炉栅形制各异。不规则炉栅以塔式炉栅最具代表性，在炉窑的应用上也较多。本装置炉篦14上的炉渣会经过炉篦14转动，炉渣从炉篦14上转动掉落在灰室21，最后从底部下炉门24排出。

本实施例中，气化炉产生的可燃气经燃气第一出口管道5进入气相催化系统中的燃气管道6，燃气管道6中焦油通过催化剂18催化和吸收燃烧区及蓄热材料层8释放的热量裂解成小分子不凝性可燃气。产生的气化残渣从炉篦14进入灰室21，再从灰室21经下炉门24排出。

蓄热材料层8连接水蒸气进口管道9和水蒸气出口管道。燃气管道6与热解气化炉上部燃气第一出口管道5相连，燃气管道6环绕气化炉燃烧区后通过蓄热材料层8，经过蓄热系统的燃气管道6与热解气化炉上部燃气第二出口管道15相连。

打开热解气化仓27上部进料口4，料仓3内压缩物料投入热解气化仓27内，下炉门24关闭，物料投送至热解气化仓27，进关闭热解气化仓27上部进料口4。气化剂为受热空气和水蒸气混合气，从炉膛底部送进热解气化仓27，物料在热解气化仓27内依次经历干燥、热解、气化和焚烧过程。产生的可燃气从热解气化仓27的燃气第一出口管道5排出，燃气管道6内可燃气中的焦油吸收燃烧区和蓄热系统释放热，经催化剂18催化裂解生成高热值可燃气体从燃气第二出口管道15排出。排出的可燃气所携带的热量通过换热系统用于空气进口管道20内空气加热。

本装置通过温度计23监测热解气化仓27温度变化，蓄热系统进行蓄放热反应，维持气化炉内温度场的稳定。气化炉内温度过低时，打开与蓄热系统相连的进气止回阀10，水蒸气通过水蒸气喷嘴11与蓄热材料层8混合发生放热反应，此时排气止回阀关闭。释放的热量大部分供热解气化和燃气管道6中焦油裂解使用，少部分热量会被热解气化炉上部敷设的导热翅片7吸收，提高气化炉干燥热解区温度。热解气化炉内温度过高时，关闭与蓄热系统相连的进气止回阀10，蓄热系统中的蓄热材料层8和燃气管道6吸收热解气化炉内多余热量，此时打开排气止回阀排出水蒸气。气化产生的可燃气经燃气第一出口管道5从气化炉膛内排出，燃气管道6盘旋敷设在热解气化仓27外壁氧化还原区，并穿过蓄热材料层8，蓄热材料层8通过热传导和热辐射的方式向燃气管道6吸收或释放热量。燃气管道6内装放的多孔介质催化剂18使部分焦油深度裂解成可燃气从燃气第二出口管道15排出。

燃气第二出口管道15中可燃气的热量通过换热系统中的换热器16和循环水管道17中的流动水对空气进口管道20内空气一次加热，加热的空气与排出的水蒸气汇合后经灰室21的灰渣二次加热，作为气化剂从炉底送至热解气化仓27。炉内气化剂喷出口(即空气出口13)布置在热解气化仓27燃烧区中部，用于残碳燃烧和气化。产生的气化灰渣从炉篦14进入灰室21，再从灰室21经下炉门24排出。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。