一种多段式螺旋移动床热解气化装置的制作方法

本发明涉及生物质固体废弃物热化学转换领域，具体涉及一种多段式螺旋移动床热解气化装置。

背景技术：

作为生物质热化学转化技术路径之一，生物质热解气化技术是较直燃更清洁高效的一种转化方式，在高温缺氧的条件下，将生物质转化为可燃气体、液体混合物和固体炭，产物由不同工艺条件确定，产品可用于发电供热、合成燃料和化学品等。

该技术核心设备为热解气化反应器，目前工程应用主流设备为固定床和流化床两种类型，各自又分别包括不同形式。固定床具有结构简单、制造成本低、运动部件少的优点，但缺点是热解过程不容易人为控制，生物质在炉内容易搭桥形成空腔或反应不均易发生结焦，故而热解气化效率较低。流化床具有反应速度快、处理能力大的优势，但需要小粒径生物质物料的供给，系统运行控制和检测手段较复杂，设备投资大。

由实际工程经验可知，利用热解气化技术获得所需产品的关键在于热解气化工艺与生物质理化特性和热解气化特性的匹配程度，因此，针对生物质种类多样性和组分复杂的特点，亟需一种生物质热解气化反应器，有较好的物料适应性，并能有效控制工艺条件。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种多段式螺旋移动床热解气化装置，一能通过三个独立的炉膛分段完成物料的干燥、热解、气化过程，各段采用不同的参数，满足物料热解气化过程各阶段最合适的反应参数；二能使得气相-固相之间具有良好的接触，有利于提高热解气化反应强度和速率；三能调节物料的停留时间，结合布风板分段送风，实现气化剂和物料匹配量的人为精准控制，从而保证目标产物的可获得性和可选择性，同时兼顾经济性和系统运行可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多段式螺旋移动床热解气化装置，包括干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器，干燥段反应器用于对物料进行干燥处理，热解段反应器用于对物料进行热解处理，气化段反应器用于对物料进行气化处理；

干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器均设有进料口和出料口，干燥段反应器的出料口与热解段反应器的进料口连接，热解段反应器的出料口与气化段反应器的进料口连接。

本发明的作用原理：装置由干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器依次串联，形成多段独立的反应段，本发明中，采用多段式反应器，每段反应器都可以单独设置反应参数，从而通过设置不同反应参数，控制物料热解气化过程各段的反应参数，获得不同产品，保证每段风箱相互独立、连续运行，实现物料热解气化过程的精确控制；同时也可以通过设置不同反应参数，来满足物料热解气化过程各阶段最合适的反应参数。

进一步地，所述干燥段反应器的出料口与热解段反应器的进料口通过星型阀连接，所述热解段反应器的出料口与气化段反应器的进料口通过星型阀连接。

在干燥段反应器与热解段反应器之间、热解段反应器与气化段反应器之间均设置有星型阀，利用星型卸料阀进行隔断，炉内反应采用微正压运行，可以防止外部空气进入炉膛，发生爆燃事故。

作为本发明的一种改进，所述干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器都包括卧式炉体，卧式炉体一端的顶部设有进料口、另一端的底部设有出料口，卧式炉体顶部设有燃气出口；卧式炉体内在轴向设有由电机驱动的螺旋轴，螺旋轴上固定有螺旋叶片，螺旋轴用于将物料搅拌并从进料口输送至出料口处；所述卧式炉体内在螺旋叶片的下方设有布风板，布风板下方设有密封板，密封板、布风板与卧式炉体底壁之间的空间构成风箱结构，所述风箱在卧式炉体底壁上设有进风口。

具体地，物料从干燥段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至出料口处，此时干燥段反应器的进风口通入高温烟气或热空气，物料经高温烟气或热空气加热后水份蒸发，产生的气体经燃气出口排出炉体，物料由干燥段反应器的出料口排出，经星型阀进入热解段反应器，物料从热解段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至热解段反应器出料口处，此时热解段反应器进风口通入高温烟气或气化剂，物料经高温烟气或气化剂加热后快速裂解，产生燃气经燃气出口排出炉体，物料经星型阀进入气化段反应器；物料从气化段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至出料口处，此时气化段反应器的进风口通入空气或气化剂，物料与空气或气化剂反应，温度升高后快速裂解，产生燃气经燃气出口排出炉体，炉渣由气化段反应器出料口排出。

本发明中，炉中物料受螺旋叶片翻转，处于运动状态，与固定床气化炉相比，能保证受热均匀，气化强度高，不易出现局部超温及结焦的现象；热源和气化介质都是从下方进入到炉内，物料与气化介质直接接触，能使得气相-固相之间具有良好的接触，有利于提高热解气化反应强度和速率；物料停留时间通过调节电机转速得以控制，并结合布风板分段送风的风速，实现气化剂和物料匹配量的人为精准控制，从而可以控制目标产物的物理特性和化学特性，保证目标产物的可获得性和可选择性，同时兼顾经济性和系统运行可靠性。

作为本发明的一种改进，所述燃气出口设在卧式炉体一端的顶部且靠近进料口处。

作为本发明的一种改进，所述卧式炉体在进料口处设有向炉体内凸出的导料管。

作为本发明的一种改进，所述螺旋轴与螺旋叶片通过钢筋焊接固定连接。

作为本发明的一种改进，所述螺旋轴为空心轴，螺旋轴的两端分别设有冷介质入口和冷介质出口。

进一步地，所述布风板与螺旋叶片下缘之间的距离为10mm～20mm。

进一步地，所述风箱内设有分隔板，分隔板将风箱分割为三个独立风箱。

进一步地，所述布风板由三段组成，每段布风板对应一个独立风箱，相邻段布风板之间采用榫接结构连接。

进一步地，所述螺旋轴的数量两个，两个螺旋轴的旋转方向相反。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、设置三段反应器分别完成物料热解气化过程的三个阶段，反应参数设置不同，有利于根据物料热解气化特性控制反应过程，获得不同的产品。

2、炉中物料受螺旋叶片翻转，处于运动状态，与固定床气化炉相比，能保证受热均匀，气化强度高，不易出现局部超温及结焦的现象；另一方面，物料与气化介质直接接触，大大提高传热效率，高于一般回转式热解反应器。

3、与流化床气化炉相比，本发明中物料与气化剂的均匀接触依靠气化剂流速与螺旋叶片的双重作用，对处理量波动不敏感，运行操作维护简单。

4、物料停留时间通过调节电机转速得以控制，并结合布风板分段送风的风速，实现气化剂和物料匹配量的人为精准控制，从而可以控制目标产物的物理特性和化学特性，保证目标产物的可获得性和可选择性，同时兼顾经济性和系统运行可靠性。

5、本发明结构紧凑、轻巧，便于制造、施工、安装，根据处理量实际需求，可灵活匹配置风箱的数量。

附图说明

图1为本发明多段式螺旋移动床热解气化装置的示意图；

图2为本发明卧式炉体的正视图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明螺旋轴与螺旋叶片连接的示意图；

图5为本发明相邻段布风板之间连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例

本发明通过利用干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器依次串联，形成多段独立的反应段，保证每段风箱相互独立、连续运行，实现物料热解气化过程的精确控制，下面利用具体实施方法对本发明结构进行详细描述。

请参考图1至图5，一种多段式螺旋移动床热解气化装置，包括干燥段反应,100、热解段反应器200和气化段反应器300，干燥段反应器100用于对物料进行干燥处理，热解段反应器200用于对物料进行热解处理，气化段反应器300用于对物料进行气化处理；

干燥段反应器100、热解段反应器200和气化段反应器300均设有进料口和出料口，干燥段反应器100的出料口与热解段反应器200的进料口连接，热解段反应器200的出料口与气化段反应器300的进料口连接。

本发明的作用原理：装置由干燥段反应器、热解段反应器和气化段反应器依次串联，形成多段独立的反应段，本发明中，采用多段式反应器，每段反应器都可以单独设置反应参数，从而通过设置不同反应参数，控制物料热解气化过程各段的反应参数，获得不同产品，保证每段风箱相互独立、连续运行，实现物料热解气化过程的精确控制；同时也可以通过设置不同反应参数，来满足物料热解气化过程各阶段最合适的反应参数。

在上述基础上，所述干燥段反应器100的出料口与热解段反应器200的进料口通过星型阀400连接，所述热解段反应器200的出料口与气化段反应器300的进料口通过星型阀400连接。在干燥段反应器与热解段反应器之间、热解段反应器与气化段反应器之间均设置有星型阀，利用星型卸料阀进行隔断，炉内反应采用微正压运行，可以防止外部空气进入炉膛，发生爆燃事故。

在本实施例中，请参考图2和图3，所述干燥段反应器100、热解段反应器200和气化段反应器300都包括卧式炉体1，卧式炉体1一端的顶部设有进料口11、另一端的底部设有出料口12，卧式炉体1顶部设有燃气出口13；卧式炉体1内在轴向设有由电机2驱动的螺旋轴3，螺旋轴3上固定有螺旋叶片4，螺旋轴3用于将物料搅拌并从进料口输送至出料口处；所述卧式炉体1内在螺旋叶片4的下方设有布风板5，布风板5下方设有密封板6，密封板6、布风板5与卧式炉体1底壁之间的空间构成风箱结构，所述风箱在卧式炉体1底壁上设有进风口14。

具体地，物料从干燥段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至出料口处，此时干燥段反应器的进风口通入高温烟气或热空气，物料经高温烟气或热空气加热后水份蒸发，产生的气体经燃气出口排出炉体，物料由干燥段反应器的出料口排出，经星型阀进入热解段反应器，物料从热解段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至热解段反应器出料口处，此时热解段反应器进风口通入高温烟气或气化剂，物料经高温烟气或气化剂加热后快速裂解，产生燃气经燃气出口排出炉体，物料经星型阀进入气化段反应器；物料从气化段反应器的进料口进入到卧式炉体内，螺旋叶片对物料进行搅拌并将物料从进料口输送至出料口处，此时气化段反应器的进风口通入空气或气化剂，物料与空气或气化剂反应，温度升高后快速裂解，产生燃气经燃气出口排出炉体，炉渣由气化段反应器出料口排出。

本发明中，炉中物料受螺旋叶片翻转，处于运动状态，与固定床气化炉相比，能保证受热均匀，气化强度高，不易出现局部超温及结焦的现象；热源和气化介质都是从下方进入到炉内，物料与气化介质直接接触，能使得气相-固相之间具有良好的接触，有利于提高热解气化反应强度和速率；物料停留时间通过调节电机转速得以控制，并结合布风板分段送风的风速，实现气化剂和物料匹配量的人为精准控制，从而可以控制目标产物的物理特性和化学特性，保证目标产物的可获得性和可选择性，同时兼顾经济性和系统运行可靠性。

在本实施例中，所述燃气出口13设在卧式炉体1一端的顶部且靠近进料口11处。物料经过热解气化后产生由挥发性气体、焦油和水蒸气混合的气体，混合气体由燃气出口排出，进入分馏提纯工艺；燃气出口设置在炉膛顶部靠近进料口，炉膛后端反应温度高，产生的混合气体在炉膛内向前流动，以保证炉膛温度分布更均匀，燃气和生物质逆行运行，出口温度低，热效率高。

而且，所述卧式炉体1在进料口11处设有向炉体内凸出的导料管15，由于产生的混合气体在炉膛内向前流动，混合气体可能会从进料口处漏出，为解决该问题，在在进料口处设有向炉体内凸出的导料管，一方面可以有序引导物料进入到炉内，另一方面进料口的位置比燃气出口低，导料管起到围堰作用，防止混合气体进入到进料口。

由于物料为固态物质，物料在被螺旋叶片搅拌过程中可能会出现粘结的问题，为了避免该问题，在本实施例中，请参考图4，所述螺旋轴3与螺旋叶片4通过钢筋9焊接固定连接，而不是直接将螺旋轴与螺旋叶片焊接固定。这样既可以消除螺旋轴与螺旋叶片的热变形差异，又同时确保炉膛透气率，避免物料在叶片根部粘结。

在本实施例中，所述螺旋轴3为空心轴，螺旋轴3的两端分别设有冷介质入口31和冷介质出口32，螺旋轴通过冷介质入口和冷介质出口与冷却系统相连接，为螺旋轴提供冷却降温作用，由于发明在工作过程中会通入热源、空气或气化剂，会使得反应器内的温度较高，过高的温度会影响螺旋轴的使用寿命，特别是通入的是空气时，反应温度可能更高一些，螺旋轴更加需要冷却。

为了保证物料在炉内能够顺畅流动且保证通风效果，所述布风板5与螺旋叶片4下缘之间的距离保持在10mm～20mm范围之间。

在本实施例中，所述风箱内设有分隔板7，分隔板7将风箱分割为三个独立风箱8，将风箱再分割为三个独立风箱，可以更精确和均匀地将热源或气化剂送至卧式炉体内的每个位置，更便于物料热解气化过程的精确控制。相应地，所述布风板5由三段组成，每段布风板5对应一个独立风箱8，相邻段布风板5之间采用榫接结构连接，具体地，请参考图5，一段布风板的配合面设有榫头51，另一端布风板的配合面开有榫槽52，采用榫接结构连接可以适应布风板的热膨胀变形。

在本实施例中，请参考图2和图3，所述螺旋轴3的数量两个，两个螺旋轴3的旋转方向相反。与流化床气化炉相比，本发明中物料与气化剂的均匀接触依靠气化剂流速与螺旋叶片的双重作用，对处理量波动不敏感，运行操作维护简单。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。