气化器的制作方法

本发明涉及一种气化器。

背景技术：

众所周知，可以在包括独立的热解和气化单元的模块化废物处理装置中通过热解和气化来处理废物。热解是材料在单独的热作用下(即在没有氧情况下)的热分解，热解是吸热过程。在热解期间，热解原料(例如人类或消费者废物)被分解成热解炭和可燃热解气。

气化是碳质材料(例如热解炭)与氧气和/或蒸汽的放热反应，以产生可燃合成气。合成气可以包括氢气、一氧化碳和二氧化碳。

所得的热解气和合成气可以燃烧以提供维持热解过程的热能，并且任何剩余的热能可以被转换(例如使用发电机转换为电)或在现场使用。

然而，已知的用于单独处理热解、气化和燃烧的废物处理装置还存在许多问题。

特别地，在之前研究的废物处理器中，已知颗粒材料(如灰分)会引起一些问题。颗粒在氧化器和热解器加热室的氧化器下游的沉积和积聚，可能会降低废物处理设备的性能，并导致频繁的设备维护和停机以去除颗粒材料。例如，颗粒材料在加热室内的热解管上的沉积可能导致加热室中的热气体与加热室接收的原料材料之间的低效热传递。此外，已知颗粒材料在氧化器的底板和热解器加热室的底板上积累形成沉降的颗粒材料堆积层，其通常需要通过分别打开氧化器和加热室去清除。

此外，在之前研究的气化器中，原料材料堆积层(例如气化器中的热解原料)可能会变得附聚或结块，导致原料材料堆积层的低效气化过程和/或堵塞。

有鉴于此，确有必要提供一种可以解决上述问题的改进气化器。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种用于接收主级可燃气体和用于气化以生产次可燃气体的原料材料的气化器，气化器包括：气化室，原料材料堆积层在气化室内气化以产生灰分和次可燃气体；通向气化室的原料入口，用于将原料材料和主可燃气体引入气化室；通向气化室的气体出口，用于将气化室中接收的主可燃气体和气化室中产生的次可燃气体从气化室排出；以及位于原料入口和气体出口之间并穿过气化室的流动路径，使得主可燃气体流过气化室，部分流动路径具有在气化室内的向上分部，使得夹带在主可燃气体中的颗粒材料自主可燃气体分离并落在原料材料堆积层上。

气化室可以垂直方向设置，以在气化室的上部接收原料材料并从气化室的下部排出灰分。

气化器可以包括底板，可以是设置于气化室内的灰篦。原料入口和气体出口可以从底板上方通向气化室。气化室可以垂直设置，以接收底板上方的原料并从底板下方排出灰分。

流动路径可以在气化室内从具有向下分量的流动路径的入口部分转向具有向上分量的部分，使得夹带在主可燃气体中的颗粒材料自主可燃气体分离并落在原料材料堆积层上。

流动路径可以被限定为至少部分地通过惯性来分离夹带在主可燃气体中的颗粒材料。特别地，颗粒材料可以至少部分地沿流动路径具有向上分量的方向以外的方向(例如向下方向)因惯性自主可燃气体分离。例如，主可燃气体和夹带材料可以沿着大致向下的方向被引入气化室中，并且可以在气化室中沿着流动路径具有向上分量的分部转动。因此，颗粒材料可能因为其向下惯性太大而不能沿着流动路径转动，使得颗粒材料自主可燃气体分离。流动路径可以被限定为至少部分地通过重力分离夹带在主可燃气体中的颗粒材料。

原料入口可以设置成将原料材料和主可燃气体引入气化室的上部，其可以为底板上方的部分气化室。气体出口可设置成从气化室的上部排出主可燃气体和次可燃气体。

原料入口可以设置为沿着气化室的具有向下分量的流动路径的入口部将主可燃气体引入气化室(即部分流动路径起始于原料入口)。气体出口可以被设置为使得主可燃气体沿着气化室内具有向上分量的流动路径的出口部从气化室向气体出口流动(即部分流动路径终止于气体出口)。

原料入口可以包括管道，管道设置成使得气化室内的流动路径的入口部分具有向下分量，主可燃气体沿着入口部分流入气化室。流动路径的入口部分的方向可以大致向下，流动路径的入口部分的方向可以基本垂直向下。

气体出口可以包括管道，管道设置成使得气化室内的流动路径的出口部分具有向上分量，主可燃气体沿着出口部分流向气体出口。

流动路径的入口部分与垂直方向的角度不小于20度，流动路径的出口部分与垂直方向的角度不小于25度。

气化器可以包括设置在原料入口和气体出口之间的挡板结构，使得流动路径在原料入口和气体出口之间的气化室内围绕挡板结构向上转动。挡板结构可以包括气化器的顶壁的一部分，挡板结构可以向下突出到气化室中。挡板结构可以包括原料入口的室壁和/或气体出口的室壁。挡板结构可以包括原料入口的室壁和气体出口的室壁，其可以通过气化室的顶壁的一部分彼此间隔开。

气体出口可以从原料入口上方通向气化室。因此，从原料入口到气体出口的流动路径具有一向上分量。

原料入口可以相对于气化室的轴线设置在大致中心的位置，气体出口可以设置在相对于同一轴线的径向外部位置。轴线可以是对应于在气化室内气化的原料材料的输送方向的气化器的大致垂直轴线。输送方向对应于原料材料气化时在气化室内移动的方向。例如，当原料材料接收于气化室的上部(即气化室内的底板上方)并以灰分从气化室的下部(即气化室内的底板下方)排出时，其传送方向通常向下。

气体出口可以具有以环状形式进入气化室的开口，或者，进入气化室的开口可以是环状的扇区形式。扇区可以是主扇区(即，在大于180°的弧上延伸)。环状结构可以与原料入口同轴。

主可燃气体可以是来自上游热解过程的热解气，次可燃气体可以是原料材料气化后产生的合成气。

挡板结构可以包括设置在原料入口和气体出口之间的环形结构，其限定原料入口的室壁和/或气体出口的室壁。

本文中引用的原料入口的室壁和/或气体出口的室壁与气体流动入口的内表面相对应。

本发明还提供了一种废物处理装置，其包括：热解器，用于分解热解原料以产生热解炭和热解气；本申请所述的任一气化器，其中，热解炭形成气化器中的原料，热解气形成主可燃气体。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种用于接收原料材料的气化器，其包括：室壁，设有用于气化原料材料堆积层的气化室；设置于气化室内的灰篦；以及设置于气化室内且位于灰篦上方的旋转破碎机，其包括至少一个破碎基元；在使用中，破碎机的旋转使得堆积层中附聚的原料材料在破碎基元及其相对表面之间破碎。

可以设置多个破碎基元，破碎基元可以包括从破碎机基座延伸的破碎突起。破碎突起可以包括一球形帽。破碎突起可以在破碎机基座及其相对表面之间延伸至少5％，10％，20％，30％，40％或至少50％的距离。

旋转破碎机可以包括支撑破碎基元的破碎机基座，破碎机基座可以是大致圆顶形的。

灰篦可以固定在气化室中。也就是说，灰篦可以静态安装。灰篦可以是可更换的。

相对表面可以是室壁，也就是说，相对表面可以是室壁的内表面或者可以由室壁限定。相对表面可以是室壁的内表面下部。

压碎附聚原料材料的部分室壁是可更换的。可更换室壁部分收容于空腔中。可更换的室壁部分可容纳于室壁的空腔中。

可更换室壁部分的材料可以与其它室壁部分的材料不同。可更换室壁部分的材料可以与室壁的固定或不可更换部分的材料不同。术语“可更换”在本文中表示室壁的一部分，其被设计为可频繁或常规地进行更换，与室壁的可修复部分的指示意思相反。

可更换的室壁部分可以由耐火砖构成。除了可更换的室壁部分外，室壁可以由合适的耐火内衬构成，例如高铝材料铸件、冲压模制或喷涂耐火材料或者烧结耐火砖。

气化器可以包括使可更换室壁部分保持在其相应位置的室壁固定器。室壁固定器可更换。室壁固定器可以包括用于附接到气化室内的相应附接部分的附接部件。室壁固定器可以被设置成附接到室壁和/或灰篦上。室壁固定器可以被设置成邻接可更换室壁的内表面，以维持可更换室壁部分。

可选择地，相对表面可以是设置在气化室内并与室壁隔开的破碎室壁的内表面。

旋转破碎机可以包括用于将气化气体引入气化室中的气体喷嘴，气化气体可以包括蒸汽或含氧气体。

旋转破碎机的气体喷嘴可以是用于将气化气体引入气化室的唯一气体入口。气体喷嘴可从旋转破碎机的基部延伸到气化室中，使得在使用中，气体喷嘴将气化气体在与旋转破碎机基部分离的位置处引入气化室中。气体喷嘴可从旋转破碎机的基座向上延伸到气化室中，使得在使用中，喷嘴将气化气体引入原料材料堆积层的大致中心部分。

气体喷嘴可以通过安装于旋转破碎机上的旋转轴连接到气化气体源。旋转轴可以通过室壁的下端壁，在室壁外部的马达或驱动单元与旋转破碎机之间延伸。

旋转破碎机可以设置成在自身旋转的情况下，同时在气化室内作轴向上下移动。旋转破碎机可以安装在驱动器的旋转轴上，旋转轴可以设置成通过凸轮机构作轴向移动，其中，凸轮机构可以是驱动器的凸轮机构。

旋转轴可包括与驱动器的副轴花键相配合或键接的主轴，其相对于副轴作轴向移动。主轴和副轴可一起旋转。在使用中，副轴可以被驱动旋转，并通过与副轴的花键配合或键接使得主轴旋转。

旋转破碎机可安装在驱动器的旋转轴上，且旋转轴可以连接致动机构，以可选择地驱动旋转轴和旋转破碎机相对于气化室作旋转运动。

本发明还提供了一种气化器和包含气化器的废物处理器。

根据本文的描述，废物处理装置可以进一步包括用于将废物进料到热解器中的进料组件，用于热解废物以形成热解炭和热解气的热解器，以及气化器。废物处理装置还可以包括用于燃烧热解气和从热解炭的气化产生的用以生成热气体的合成气的氧化器，热解器可以包括加热容器，其设置成接收用于加热热解器的热解管的热气体。

在本说明书的描述和权利要求书中，术语“包括”、“包含”及其变形，例如“其包括”和“其包含”，是指“包括但不限于”，并且不排除其他组件、数字或步骤。此外，单数包含复数，除非上下文另有要求：特别地，在使用不定冠词时，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为同时考虑复数和单数。

本发明的每个方面的优选特征可以结合任何其他方面加以描述。本发明的其它特征将从以下实施例中得到清晰阐述。一般来说，本发明的范围应包括本说明书公开的任一新颖技术特征及其任一新颖组合(包括任一附属权利要求和说明书附图)。因此，结合本发明特定方面所描述的数值或特征，本发明的实施例或范例，除了与其不兼容的，都应被理解为可应用于本文所描述的任一其它方面。此外，除非另有说明，本文公开的任何特征可以由用于相同或类似目的的替代特征代替。

当上限和下限被引用限定同一属性时，则被任一上限和任一下限所定义的数值范围也应认为可限定该属性。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明，其中：

图1所示为本发明废物处理装置的一个实施方式的示意图；

图2为图1所示废物处理装置的另一方向的结构示意图；

图3为用于图1所示废物处理装置的气化器；

图4为图3所示气化器的旋转破碎机的凸轮机构；

图5为图4所示凸轮机构旋转180°的示意图；以及

图6为图3所示气化器的旋转破碎机的顶升机构。

具体实施方式

请参见图1所示，废物处理装置100，包括进料组件200，设有回转窑或旋转热解管302和加热容器400的热解器300，气化器500和氧化器600。

在使用中，废物被进料组件200接收并且被输送到热解器300的旋转热解管302中，在热解的作用下其被分解以形成热解炭和热解气。旋转热解管302设置在加热容器400的加热室404内，热量从加热室404接收的热气体传递到旋转热解管302。热解炭和热解气离开旋转热解管302进入气化器500，在气化器500中热解炭通过引入氧气和/或蒸汽而气化以产生合成气和灰分。热解气和合成气一起从气化器500流到氧化器600(参见图2)，气体在氧化器600中燃烧并产生热气体。热气体被重新引导到加热容器400的加热室404，以加热旋转热解管302。热气体随后从加热室404被引导到单独的热回收单元，例如用于发电的蒸汽涡轮机。

灰分形成于气化器且收集于氧化器和加热室中，其通过多个灰分供给管702,704收集在灰分收集单元的灰仓中(图示未标出)。

请参阅图3所示，气化器500包括接口管道502和气化容器504。接口管道502设置成从热解器大致水平的热解管302的出口端接收热解炭和热解气，并且将热解炭和热解气提供给垂直方向的气化容器504。接口管道502通过出口旋转密封件连接到热解管302，使得两者与外部大气密封。

气化容器504包括内衬耐火材料的室壁510，其具有向上渐缩的截头圆锥形室壁部分512，顶壁部分514和底壁516，其间设有气化室518。顶壁部分514设有与气化室518的中心垂直轴线a对齐的中心锥形入口管520，并且设置成在大致向下的方向上通过入口开口522将热解炭和热解气引入气化室518。

顶壁部分514还包括气体出口管道523，其在环形出口开口524处通向气化室518，用于排出气化室518中接收的热解气和来自气化室518的合成气。气体出口523经由排气管562(图2所示)与氧化器600的氧化剂入口连通。

锥形入口520伸入腔室518的中心，使得环形出口开口524位于入口开口522的水平面上方。

室壁510的顶壁部分514在入口管道520和气体出口管道523之间形成挡板结构525，从入口管道520进入气化室518的热解气必须沿着挡板结构525流动排出。在本实施例中，挡板结构525部分地形成入口管道520和气体出口管道523的内壁，并且是以环形突起的形式向下突出到气化室518中。

气化器500在入口管道520和气体出口523之间具有延伸穿过气化室518的流动路径。流动路径具有入口部分，其从入口开口522向下延伸并在气化室内向上转向朝向环形出口开口524和气体出口523延伸的出口部分。在本实施例中，流动路径被约束成围绕挡板结构525向上转动。

灰篦526设置在气化室518内底壁516的水平面上方，并被安装到截头圆锥形壁部分512。

截头圆锥形壁部分512的下端具有位于灰篦526上方的环形凹部528，由耐火砖构成的可更换室壁部分530收容于其中。可更换室壁部分530通过可更换的环形壁固定器532保持就位，可更换的环形壁固定器532可释放地连接到灰篦526，并且邻接可更换室壁部分530的径向内表面以将其保持在适当位置。

气化器504还包括安装在轴534上的旋转破碎机532，轴534延伸穿过气化器504的底壁516和灰篦526，并连接到外部驱动单元536，轴延伸穿过容纳于底壁516的开孔内的密封件544。旋转破碎机532设置在灰篦526的正上方，并具有大致圆顶形的基座535，多个破碎基元或突起536安装于基座535上。破碎突起536从旋转破碎机基座535朝向可更换室壁部分530突出并具有一球形帽。

旋转破碎机532还包括安装在基座535上并连接到气化气体(即氧气和/或蒸汽)的外部源的多个喷嘴538，用于将气化气体引入气化室518内热解炭的堆积层中(即，气化器的原料材料500)。用于喷嘴的气体导管(未示出)延伸穿过安装有旋转破碎机532的旋转轴534。在本实施例中，喷嘴538直接安装于基座535上，但应当理解的是，在其它实施例中，喷嘴可以设置于从旋转破碎机基座535延伸到气化室518中的延伸支撑件的端部，使得在使用中，气化气体可以被引向热解炭堆积层的中心位置。

请参阅图4和图5所示，旋转破碎机532的轴534与驱动单元536的短轴542键合，并被设置成可通过斜盘机构540相对于短轴542轴向移动。

短轴542从驱动单元536的中空齿轮箱537的下方通过齿轮箱537朝向旋转破碎机532垂直向上延伸，并由中空齿轮箱537驱动旋转。旋转破碎机532的轴534与短轴542键合，使其被限制为与短轴542一起轴向旋转，但可相对于短轴542作轴向移动。收容于室壁510的底壁516的轴开口内的轴534的密封件544，其支撑有顶面相对于水平倾斜的凸轮板546。相应的倾斜斜盘548安装于旋转破碎机532的轴534上，使其被限制为与轴534一起旋转并由凸轮板546支撑。因此，当短轴542旋转时，轴534随之旋转并随着斜盘548越过凸轮板546而作轴向上下移动。图4示出了旋转破碎机532的下部位置，其对应于旋转斜盘548和凸轮盘546之间的校准位置，图5示出了旋转破碎机532对应于轴534旋转180°的上部位置。

中空齿轮箱537下方的短轴542的下端设有入口543，用于接收用于喷射到气化器室518中的气化气体。短轴542是中空的，并且与用于旋转破碎机的轴534的中空内部连通，使得在使用中，气化气体流过短轴542，轴534，以及基座535和旋转破碎机532的喷嘴538进入气化室518。

如图6所示，驱动单元536还包括用于在顶升操作中有选择地垂直上下移动旋转破碎机的短轴542和轴534的千斤顶550，其独立于旋转斜盘机构540。千斤顶550可以是任何合适的致动器，例如液压致动器。驱动单元536具有控制器，其可以根据固定的时间表、气化器堆积层中检测到的堵塞或实际需要有选择性地启动顶升操作。短轴534被设置成相对于驱动单元536的中空齿轮箱537垂直地移动，使得齿轮箱537在顶起操作期间保持静止。

在使用中，来自热解器300的旋转热解管302的热解炭被输送到气化器500的接口管道502中，并且通过向下延伸的入口管道520向下落入气化室518中，以形成热解炭的待气化堆积层。同时，热解气从热解管302流动通过接口管道502并向下通过入口管道520进入气化室518。

一些颗粒材料(例如灰分)可以被夹在热解气中一起带进入气化室518。热解气沿着上述气化室内的流动路径在入口管道520的入口开口522和气体出口523的环形出口开口524之间流动。因此，热解气最初沿着流动路径的入口部分向下流动，然后在气化室518内围绕挡板结构525向上转动。虽然轻质热解气可以向上转动以从气体出口管道523排出，但是夹带在气体中的较重颗粒材料由于向下动量过大而不能在气化室内向上转动，因此自热解气分离并且落入热解炭的堆积层上。此外，颗粒材料可以通过重力向下掉落。

气化气体(即氧气和/或蒸汽)通过旋转式破碎机上的喷嘴538被引入热解炭堆积层中以加热气化反应，并且将热解炭气化成合成气和灰分。合成气向上通过堆积层朝向环形出口开口524移动，并且与热解气一起经由气体出口523从气化室518排出，以在氧化器600中燃烧。

在气化反应期间，旋转破碎机532由驱动单元536驱动旋转。破碎突起532搅动热解炭并将附聚的热解炭压碎在可更换室壁部分530上以将其分开。旋转破碎机532被驱动以每分钟五转(0.52弧度/秒)的速度旋转。压碎分离热解炭增加了热解炭的表面积，因此提高了其气化反应的效率。此外，压碎热解炭可以防止因热解炭附聚在堆积层中形成堵塞，否则可能导致气化器(和相关的废物处理单元)停止运行。

当旋转斜盘548越过凸轮板546时，旋转破碎机532每转一圈轴向上下运动一次。旋转破碎机532的轴向运动在气化期间搅动热解炭堆积层以将其分散。驱动单元控制器选择性地启动顶升操作，其中千斤顶500驱动短轴542，从而使得轴534和旋转破碎机532轴向上下移动以搅动热解炭堆积层。在本实施例中，驱动单元控制器被配置成以设定的时间表(例如每五分钟一次)启动顶升操作。此外，可手动启动顶升操作，例如通过按钮命令或来自远程操作站的信号驱动单元控制器。例如，当确定在堆积层中可能存在堵塞时，例如当灰分以非常低的速率排出时，操作者可以选择性地启动顶升操作。在其它实施例中，气化器可以被配置成每当检测到堆积层中的堵塞或桥接状况时启动顶升操作。可通过监测旋转破碎机的旋转阻力(例如使用扭矩传感器或通过监测旋转破碎机的功率消耗)或通过监测气化器的灰分输出速率来检测堆积层中的堵塞。当堆积层在气化室中(即在旋转破碎机532上方)中间水平处被压实时，发生桥接状态，并在气化室内形成空腔。桥接条件因此是一种特殊类型的阻塞。桥接条件可以通过监测气化器的灰分输出速率来检测。例如，当存在桥接状态时，灰分输出速率会显著降低，而旋转破碎机不会受到明显的旋转阻力。气化室518的截头圆锥形壁512还有助于防止桥接状态，因为当截头圆锥形壁512径向向外压紧时，截锥形壁512倾向于使材料向下转向。

因此，旋转斜盘机构540和千斤顶500提供了一种在气化期间搅动热解炭堆积层的方式，以分散热解炭并防止阻塞。

由于旋转破碎机532的破碎作用，可更换室壁部分相对于室壁510的其余部分会经受更多的磨损。在气化器停止使用的定期维护期间，可更换室壁部分530可通过拆除室壁固定器532并从空腔528中抽出可更换室壁部分530更换。可更换壁部分530随后被插入到空腔528中，室壁固定器532被重新插入以将其保持在适当位置。

由于在腔壁内设有空腔，因此可更换室壁部分和室壁固定器可使得磨损最严重的室壁部分的更换简便。