一种用于固态含碳原料气化的窑式气化炉的制作方法

本发明属于气化技术领域，具体涉及一种用于固态含碳原料气化的气化炉。

背景技术：

气化是含碳原料在欠氧环境下的非完全燃烧，生产可燃的合成气，合成气的热值约为天然气的1/4，合成气可直接燃烧，或生产甲烷、氢气，或通过费托合成燃料油。

气化技术具有传统燃烧不具备的优势。

1、原料来源广泛：除各种煤以外，还有生物质、多种废弃物、农业废料、淤泥等，增加了这些资源的经济价值，降低了用户企业的成本。

2、产品的灵活性：气化合成气可以转变成多种高附加值产品，可以发电、产汽、合成油、基础化学原料、氢气等，企业可根据实际进行选择，做到经济性、效益最大化。

3、近零排放：气化技术可以适用当前最严格的环保要求，包含SO2排放、粉尘排放、重金属污染等，并作为扑捉、储存或隔绝温室气体CO2的一种有效方式，气化所产生的CO2比传统燃烧产生的浓度高、压力高，使CO2的扑捉更容易。

4、效率高：气化技术可与其他先进发电技术联合，效率更高，单位价值更高，效率可由40%提高到60%。

除去发电和产汽用途，各种气化过程最核心的主线就是尽可能多的将原料化学能转化为产品化学能，这就要求尽量控制反应过程中的燃烧放热，使热量在反应过程中得到充分利用，提高碳转化率，提高CO\H2\CH4的产率等。

气化过程中，含碳原料经受挥发分析出热解、热解产物和焦炭的不完全燃烧、焦炭的气化等几个不同的阶段，合成气产品主要包括CH4、CO、H2、H2O、焦油等物质。

典型的气化过程有多段耦合气化、流化床气化、气流床气化、固定床气化、旋转窑炉气化等，各具特点，其中旋转窑炉气化与其他气化类型相比，具有适应任何规格类型燃料、制造运行费用低等优势，但由于以往的技术难于控制空气的合理分配，使该炉型不能深度气化，未能大范围推广使用。

旋转窑气化炉采用一种类似于水泥、石灰、危废处理行业的旋转窑，燃料从上游一端进入慢慢旋转的窑炉，沿程控制空气的供入，当燃料沿窑炉长度方向运动时，翻转促使燃料与空气混合并进行气化。旋转窑炉的诸多优势尤其适用于处理生物质、危废、市政垃圾等，并尤其适用于分布式能源，具有广阔的应用前景，相关企业和研究人员在提高空气供给控制能力、促进原料与气相混合并达到深度气化方面做了大量工作，期望找到最佳平衡，使燃烧最少、合成气最优、操作简便、维护量低、可预测和高可靠性。

有代表性的有凯勒特旋转气化炉技术（Callidus Technologies）和HTI旋转窑气化技术。

凯特勒气化系统技术始于1999~2002年，用工厂废料生产蒸汽，用于产品干燥，其可用率达到94.2%（8760hr-504hr），采用的松树皮原料含水量达48%，用量550t/hr，为控制氧和空气的分配，安装了提升物料促进物料与空气混合的装置，使物料充分气化。

HTI旋转窑气化技术已经应用40多年，新一代旋转窑炉气化技术能够精确控制空气的分配，从而降低排气温度和床温，提高合成气品质，并能处理更宽泛的原料，包含低灰熔点原料。主要技术点是采用透气的陶瓷耐火材料让空气从床层下部进入窑炉并沿炉长方向分配，而传统上从上部引入空气，将加剧热解气和合成气的燃烧，而不能用于深度气化，这一改变使旋转气化窑炉能够用于深度气化。

此外，美国公开号US 20130119315A1的专利（GAS DISTRIBUTOR FOR A ROTARY KILN）设计了一种旋转空气分配器，能有效提高了原料与空气的混合，提高了碳转化率，空气分配喷嘴以不同的角度沿长度和周向进行布置，并在主轴内配有活塞调节装置，使空气可以分布到需要的位置，不需要的位置也不让空气进入。

美国专利号为4647020的（GAS-PERMEABLE ELEMENT OF A REFRACTORY MATERIAL）设计了一种气体分布单元模块，在耐火材料上嵌入金属分配通道，达到均匀布气的效果。

韩国先进科学技术学院机械工程分部的Hookyung Lee和Sangmin Choi发明了一种安装于旋转窑炉壳体上的物料搅动提升装置，使物料不断的被搅起再落下，使物料与气相组分充分接触，增强传热、传质效果。

以上各种技术改进均是围绕着优化空气分配进行的，或者通过优化空气分配满足各段反应的需求，或者通过搅动物料促进气固相的传热传质。但都还存在着各种不足，旋转空气分配器在一定程度上优化了空气分配，但与主床层物料的混合仍不够充分，还是优先与气相空间组分发生反应，提升碳转化率不足，且又额外增加了旋转部件，使密封问题更加突出。耐火材料上嵌入金属分配通道的空气分配技术也在一定程度上促进了混合，但由于壳体的旋转，较大比例的空气仍然是先进入气相空间并与气相组分混合反应。壳体上安装物料搅拌提升装置有效促进了物料的混合，但仍面临窑头窑尾密封的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种密封性好、碳转化率高的用于固态含碳原料气化的窑式气化炉。

本发明提供的用于固态含碳原料气化的窑式气化炉，采用固定的壳体与可旋转的轴，轴上设置有推进扬料结构，易于将轴与壳体密封，解决了现有技术中窑头窑尾密封不严，无组织空气渗漏问题；设置环形布气装置，可以根据需要在任意位置进行补气设计，进一步优化温度分布、组分分布等，从而提高碳转化率；壳体的底部设置弧形布气装置，使得进气首先经过窑式气化炉的底部，能够优先与床层固态含碳原料接触反应，从而大大提高碳转化率。

本发明提供的用于固态含碳原料气化的窑式气化炉，其结构包括：

固定的壳体，该壳体一端设置有进料口，壳体另一端设置于有产品气出口与出渣口；

设置于壳体内的可旋转的轴，该轴沿壳体的轴向设置，轴的两端与壳体密封连接，轴上设置有推进扬料结构。

进一步地，所述推进扬料结构沿所述轴间隔设置。

进一步地，所述推进扬料结构包括固定轴与推进扬料槽。

进一步地，所述固定轴上设置有环形布气装置，该环形布气装置通过支撑件固定于壳体的内侧。

进一步地，所述环形布气装置与推进扬料结构间隔设置。

进一步地，所述环形布气装置包括进气总管以及与进气总管连接的布气外环管和/或布气内环管，布气外环管和/或布气内环管上设置有喷嘴。

进一步地，所述壳体的底部设置有一个或多个弧形布气装置。

进一步地，所述弧形布气装置包括进气管、配气室与防堵喷嘴，配气室沿壳体的内表面设置，连接进气管与防堵喷嘴。

与现有技术相比，本发明提供的用于固态含碳原料气化的窑式气化炉，具有以下有益效果：

（1）采用固定的壳体与可旋转的轴，轴上设置有推进扬料结构，易于将轴与壳体密封，解决了现有技术中窑头窑尾密封不严，无组织空气渗漏问题；

（2）设置环形布气装置，可以根据需要在任意位置进行补气设计，进一步优化温度分布、组分分布等，从而提高碳转化率；

（3）壳体的底部设置弧形布气装置，使得进气首先经过窑式气化炉的底部，能够优先与床层固态含碳原料接触反应，从而大大提高碳转化率。

本发明可用于污泥、市政垃圾、医疗垃圾等的气化，煤炭梯级利用，分布式能源等，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的窑式气化炉的结构示意图。

图2是图1所示的窑式气化炉的推进扬料结构的示意图。

图3是图1所示的窑式气化炉的环形布气装置的示意图。

图4是图1所示的窑式气化炉的弧形布气装置的示意图。

图中标号：1为壳体，2为轴，3为进料口，4为产品气出口，5为出渣口，6为固定轴，7为推进扬料槽，8为进气总管，9为布气外环管，10为布气内环管，11为喷嘴，12为连通管，13为支撑件，14为进气管，15为配气室，16为防堵喷嘴。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个实施例的用于固态含碳原料的窑式气化炉，包括固定的壳体1、设置于壳体一端的进料口3与设置于壳体另一端的产品气出口4与出渣口5。

用于固态含碳原料的窑式气化炉还包括设置于壳体1内的可旋转的轴2，轴2沿壳体1的轴向设置，轴2的两端与壳体1密封连接。

由于采用固定的壳体1与可旋转的轴2，易于将轴2与壳体1密封，解决了现有技术中窑头窑尾密封不严，无组织空气渗漏问题。

轴2上设置有推进扬料结构，用于将固态含碳原料从窑式气化炉的一端推向另一端，并促进固态含碳原料与进气的混合，从而提高碳转化率。

推进扬料结构沿轴2间隔设置。

如图2所示，推进扬料结构包括固定轴6与推进扬料槽7，固定轴6用于将推进扬料槽7固定于轴2上。

轴2上设置有环形布气装置，环形布气装置通过支撑件13固定于壳体1的内侧，如图3所示。

环形布气装置包括进气总管8以及与进气总管8连接的布气外环管9和/或布气内环管10，布气外环管9和/或布气内环管10上设置有喷嘴11。

本实施例中，环形布气装置包括布气外环管9和布气内环管10，布气外环管9与布气内环管10通过连通管12连接。

环形布气装置与推进扬料结构间隔设置。

设置环形布气装置，可以根据需要在任意位置进行补气设计，进一步优化温度分布、组分分布等，从而提高碳转化率。

壳体1的底部还可以设置有一个或多个弧形布气装置。

弧形布气装置包括进气管14、配气室15与防堵喷嘴16，配气室15沿壳体1的内表面设置，连接进气管14与防堵喷嘴16，如图4所示。

壳体1的底部设置弧形布气装置，使得进气首先经过窑式气化炉的底部，能够优先与床层固态含碳原料接触反应，从而大大提高碳转化率。

本实施例中的用于固态含碳原料的窑式气化炉，工作过程如下：固态含碳原料由进料口3进入炉内，通过轴2的旋转将物料逐步推进到气化炉的另一端；在推进过程中，通过用于固态含碳原料的窑式气化炉底部的弧形布气装置以及环形布气装置供入所需气化剂，进行精细化配气，使固态含碳原料经历热解、燃烧、气化等过程，生成满足要求的合成气产品，合成气通过产品气出口4进入后续净化装置，固态炉渣从出渣口5排出，进入渣处理装置。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。