一种回转式气化燃烧装置以及气化燃烧工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热化学反应器设备领域，特别是涉及一种回转式气化燃烧装置以及气化燃烧工艺。
【背景技术】
[0002]回转炉窑作为一种特殊的燃烧炉型，目前主要应用于水泥煅烧以及废弃物热解焚烧处理等领域。煅烧和焚烧等过程需要固相原料与空气的充分接触，回转炉反应器能较好地组织空气与固相物质的混合接触，并能促进烟气与燃料，炉膛与燃料之间的换热过程，具有良好的混合换热特性。由于采用回转式机械扰动，该类型的反应器具有优异的原料适应性，能适应各种粒径质地的物料。
[0003]公开号为CN203550526U的中国专利文献公开了一种瀑落式回转窑，其包括回转窑支座，回转窑支座上转动连接有回转窑筒体，回转窑筒体自前往后倾斜向下设置，回转窑支座上还装有驱动回转窑筒体转动的回转窑动力装置，回转窑筒体的内壁上装有沿回转窑筒体轴向延伸且沿其截面环布的至少三个物料翻动筒，所述瀑落式回转窑还包括进料套筒和出料套筒，所述回转窑筒体的前后端部分别转动连接在进料套筒和出料套筒上，进料套筒上装有伸入回转窑筒体内腔的回转窑进料管，出料套筒的底部设有回转窑出料管，出料套筒的后端部还装有喷火端喷向回转窑筒体内的喷火器，进料套筒的顶部装有排风机。
[0004]传统回转炉由于结构和运行原理的限制，物料燃烧温度均匀性较差，易形成局部高温，对于原料含水率、热值波动的适应性也不足；物料通过回转过程向前移动，为保证充分燃烧所需停留时间，需要较大的长径比，导致反应器内空间利用率不足；此外，在物料较轻或者物料灰含量较高的情况下，回转扰动对强化气固相反应的作用难以发挥，仍存在气固相间的传质限制。
[0005]流态化技术是近几十年来在化工反应领域迅速发展起来的一种高效反应装置，在能源领域流态化燃烧气化具有低温可控，气固、固固混合特性优异，原料适应性强，可控性好，在诸多场合都得到广泛的应用。流化床反应器的优异控温特性很大程度上依赖于惰性床料的存在以及流态化过程对床料颗粒强烈的扰动混合；在气化燃烧领域，床料的存在保证了热化学反应温度的均匀可控性，提高了对原料种类与品质变化的适应性，确保了气化燃烧过程转化效率。但高质量流态化的组织对流化介质的压头和流量都有严格的要求，也需要慎重考虑床料颗粒的粒径和比重等问题，运行中必然存在能耗大，运行操作要求高，难以小型化问题，通常还会涉及需要高效气固分离和物料返送料等一系列问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种容积利用率高，气化效果好的回转式气化燃烧装置。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]—种回转式气化燃烧装置，包括固定架以及安装在固定架上且配置有驱动机构的回转筒体，回转筒体内部为用于填装固相床料以及进行燃烧的反应室，在回转筒体上设有与反应室相通的气相进、出口以及固相进出、口。
[0009]回转筒体在驱动机构的作用下能够围绕几何轴线旋转。在回转时，反应室填装有固相床料，固相床料为惰性固相物质，不直接参与燃烧或者气化等气固相反应，但是能够在回转过程中被携带扰动和燃料均匀混合，回转筒体内壁可以设置拌料筋板或其他类似结构，帮助在回转筒体进行回转运动时对固相床料和燃料进行搅动混合。回转筒体包含有保温层，整体为绝热设计。
[0010]本发明回转式气化燃烧装置结合了回转炉内机械扰动混合与流化床内床料的优点，充分发挥了固相床料传质传热特点。固相床料在回转运动带动下与燃料均匀混合并不断相互碰撞，使燃料颗粒周围的传热传质得到大幅度强化，气固相反应效果得到大幅提升，从而有利于提高反应器单位容积工作能力，提高反应器空间利用率和设备经济性。固相床料具有大的蓄热量，一方面能够有效维持反应室内的温度稳定和均匀，确保气固相反应发生在最合适的温度，另一方面极大地提升了装置对燃料品质波动的适应性。
[0011]作为优选，所述反应室内填装有固相床料，填料系数(装料容积与全容积之比)为0.2 ?0.8。
[0012]因为固相床料需要和燃料充分的混合，强化燃料颗粒周围的传热传质，同时还要起到维持反应室内的温度稳定和提升装置对燃料品质波动的适应性的作用，因此在反应室中的固相床料的填料系数(装料容积与全容积之比)需要保持在0.2?0.8，为了达到更好的气化效果，优选填料系数保持在0.25?0.5。
[0013]作为优选，所述回转筒体的旋转轴线与水平面夹角为O?60度。
[0014]固相床料需要在回转筒体旋转时保持在反应室内，因此，回转筒体的旋转轴线与水平面夹角为O?60度，为了更好的分配反应室内空间，提高气化的效果，优选的回转筒体的旋转轴线与水平面夹角为30?45度。
[0015]作为优选，所述回转筒体的母线为:
[0016]与旋转轴线平行的直线；
[0017]或弧顶朝外的弧线；
[0018]或与旋转轴线夹角设置的直线；
[0019]或折线。
[0020]其中折线的弯折方向并不做严格限制，可视作与旋转轴线夹角设置的至少两条直线段的衔接，在回转筒体横置或斜置时，可以保证一部分筒壁呈下沉状态以容纳更多的床料。
[0021]固相床料和燃料需要在生产过程中保持在回转筒体内，因此回转筒体的形状可以选用多种形式，例如回转筒体的母线
[0022]为与旋转轴线平行的直线，回转筒体为一个圆筒状；
[0023]为弧顶朝外的弧线，回转筒体为一个椭球状；
[0024]为与旋转轴线夹角设置的直线，回转筒体一个圆锥台形。
[0025]改变回转筒体的筒体轮廓的有益效果是在运行过程中，反应室内部能够稳定地蓄积相当量的固相床料。
[0026]作为优选，所述回转筒体一端为封闭端，另一端为可开启的盖板；所述封闭端为与回转筒体固定连接的封头，所述盖板与回转筒体转动密封配合；所述气相进口以及固相出口设置在封头上，气相出口以及固相进口设置在盖板上。
[0027]为了在保持固相床料的同时方便加料或检修，回转筒体优选的倾斜布置，选用一端固定的封头和一端可以开启的盖板，为了方便加料，封头处在较低的一端，可开启的盖板设置在较高的一端。盖板在关闭后与回转筒体保持转动密封配合。
[0028]为了更好地将气相介质与燃料混合，气相进口设计在封头上，气相出口设计在盖板上，使得气相介质必须通过整个固相床料和燃料的混合区才能离开反应室，保证气化的效果，同时在盖板上的气相出口也可以保证燃气的品质，不容易受到混合物的污染。
[0029]固相出口设计在封头上，能够方便的在反应结束后将灰分排出，通过滤板能够在排出灰分的同时将固相床料保持在反应室内。
[0030]为了方便盖板的开启，作为优选，所述固定架上设有用于引导盖板沿旋转轴线远离或靠近回转筒体的导向机构。
[0031]作为优选，所述导向机构为至少两根相互平行的导向杆，所述盖板上设有与导向杆相配合的导向套。
[0032]在固定架上设有多根导向杆，盖板通过导向套滑动安装在导向杆上，能够完成远离或靠近回转筒体的动作，从而关闭和开启回转筒体。
[0033]为了提高自动化控制程度，盖板可以优选的配置其来回运动的驱动机构。
[0034]作为优选，所述气相进口设置在封头的旋转轴线上，通过旋转接头与气源管路连接。
[0035]气相接口需要在回转筒体回转时保持连接，因此选用旋转接头连接，为了更好的保证气相介质充分与燃料混合，气相接口设置在封头的旋转轴线上，也避免了气源管路随回转筒体旋转造成的损耗。
[0036]作为另一种优选方式，所述回转筒体两端均为与回转筒体固定连接的封头；所述气相进口以及固相出口设置在其中一侧封头上，气相出口以及固相进口设置另一侧封头上。这样回转筒体结构相对简单，运行可靠。另外由于气相出口以及固相进口处在同一封头上，也可以将两者合并设置，并设计适宜的开口大小。
[0037]本发明还提供了一种回转式气化燃烧装置的气化燃烧工艺，预热回转筒体至设定温度，再通过固相进口将燃料加入反应室，在回转筒体的转动下燃料和固相床料充分混合，再通过气相进口将气化介质送入反应室并均匀穿过床料与燃料混合扰动区发生气化反应后形成燃气，燃气通过气相出口排出。
[0038]本发明提供的回转式气化燃烧装置结合了回转炉内机械扰动混合与流化床内床料强化传质传热特点，固相床料在回转运动带动下与燃料均匀混合并不断相互碰撞，使燃料颗粒周围的传热传质得到大幅度强化，气固相反应效果得到大幅提升，从而有利于提高反应器单位容积工作能力，提高反应器空间利用率和设备经济性。固相床料具有大的蓄热量，一方面能够有效维持反应室内的温度稳定和均匀，确保气固相反应发生在最合适的温度，另一方面极大地提升了装置对燃料品质波动的适应性。通过回转速度、固相床料以及回转筒体内壁结构设计等因素的组合，大大提升了良好气固相反应条件获取的便利性，非常适合