一种旋转式充气闸门及使用该闸门的负压煤炭热解炉的制作方法

本实用新型涉及一种旋转式充气闸门及使用该闸门的负压煤炭热解炉，属于煤炭深加工机械设备技术领域。

背景技术：

我国已探明的煤炭储量中，大约有55%的煤炭属于煤化程度低的低阶煤，比如褐煤和次烟煤。这些低阶煤虽然不利于直接燃烧，但是基于其挥发分含量高和反应活性强的特点，特别适合进行气化合成加工。气化合成加工工艺可分为高温热解和煤焦气化两个过程，其中前期的高温热解对于后续的煤焦气化过程具有重要的影响。因为高温热解条件的改变将会影响煤焦的物化性质及结构，进而影响煤焦气化的反应速率和产物组成等，所以低阶煤气化合成加工首先的要对其高温热解过程进行研究。本实用新型是在内蒙古自治区科技计划资助项目《鄂尔多斯地区煤化工气化用煤煤种适应性研究》进行过程中得出的创新成果，设计的旋转式充气闸门及使用该闸门的负压煤炭热解炉主要用于低阶煤的高温热解加工过程。

压力对于煤炭热解行为的研究已经有大量报道。一般来说，提高压力普遍影响规律是抑制焦油生成和降低总挥发份产量，并加剧挥发分的二次反应，增加煤气产量。一般认为挥发分前驱体在煤颗粒内部的输运机理归结于浓度差引起的体积扩散和压力梯度引起的强制对流，增加周围气体的压力将减小挥发分前驱体的扩散发生，从而使其通过孔向周围气相扩散的速度降低，同时外部气体压力的增加将减少压力梯度。颗粒内部的输运的减慢意味着挥发分前驱体在颗粒内部停留的时间延长，从而通过二次热解反应产生大量轻气体。

现有技术中，煤炭热解在微正压或正压下进行，存在焦油收率低，荒煤气外泄，污染环境等问题。基于压力对煤炭热解过程的影响机制，可采用负压热解工艺，不仅可以提高焦油收率，减少挥发分的扩散阻力，同时也能有效降低挥发分的二次裂解。在中国发明专利“一种煤热解多产焦油的方法”（专利申请号为200910260075.2，公开日为2011年6月29日）中提出了一种采用负压热解原理多产焦油的煤热解工艺，减少煤热解过程中二次反应的发生，提高焦油收率，实现了煤热解的清洁生产，同时解决了低变质煤不能合理利用的问题。在专利名称为“一种提高油气产率和高效回收油气的装置及工艺”的中国发明专利申请中（专利申请号：2014102611315，公开日：2014.09.17），提出了一种采用负压热解原理的煤炭热解加工工艺及装置，包括依次连接的热解炉、高温除尘器、高效过滤器、高温风机和油气回收系统，热解炉产生的高温荒煤气经高温除尘器初步除尘和高效过滤器深度除尘后，得到的除尘气体经高温风机送入油气回收系统回收油气，热解过程在由高温风机提供的负压状态下完成，高温风机为油气回收系统提供动力源，油气回收过程在正压状态下完成。但遗憾的是，负压热解炉的结构，尤其是其入料和排料是如何实现密封并连续工作的问题上述两个专利的申请人没有做出介绍。

技术实现要素：

本实用新型同样采用负压热解原理，在现有技术的基础上设计了一种旋转式充气闸门及使用该闸门的负压煤炭热解炉，以适应低阶煤的负压热解加工工艺要求。

本实用新型中旋转式充气闸门的技术方案为：一种旋转式充气闸门，主要包括闸座、闸片、气囊、转轴、传动装置和充气放气装置，所述闸座为固定的卧式中空圆柱体，卧式中空圆柱体上设置上下对称的两个矩形开口作为入料口和出料口；

所述转轴为沿闸座中心轴线设置的中空管，中空管的一端开口并与充气放气装置相连，中空管的另一端封闭并与传动装置相连，位于闸座内部的中空管上设置以中空管中心轴线为中心对称分布的两排通气孔；

所述闸片为连接转轴和闸座内壁的的矩形片，其中闸片与转轴固定连接，闸片与闸座内壁活动、密封连接；

所述闸座内部设置四个闸片，四个闸片围绕转轴以X形对称分布并将转轴上的两排通气孔间隔开来；

在由两相邻闸片、转轴和闸座内壁围成的且包含通气孔在内的中空扇形柱体内，分别设置与相应通气孔相通的气囊。

进一步优化，所述气囊在充气状态下为扇形柱体，并且与由两相邻闸片、转轴和闸座内壁围成且包含通气孔在内的中空扇形柱体相配合。

进一步优化，所述闸片与闸座内壁活动连接处设置耐高温密封条，所述气囊采用耐高温橡胶材料制作。

进一步优化，中间设置气囊的两相邻闸片之间的夹角为30-80°。

进一步优化，所述充气放气装置为全自动充气放气机。

进一步优化，所述传动装置为带动转轴旋转的电动机、减速器、离合器、齿轮组和轴承。

本实用新型的旋转式充气闸门中，四个闸片围绕转轴并在传动装置和转轴的带动下，在卧式中空圆柱体式的闸座内部自由旋转。在旋转过程中，从上端入料口进入的原料，在闸片的带动下，从下端的排料口排出。充气放气装置通过中空的转轴以及转轴上对称设置的两排通气孔对两个气囊分别进行充气或放气。当相对称的且内部设置气囊的两中空扇形柱体旋转到水平位置时，充气放气装置对相对称的一对气囊进行快速充气，气囊膨胀后充满整个中空扇形柱体内部，且与闸座内壁紧密接触产生摩擦阻力，导致闸片停止旋转，从而可以在入料口和排料口之间实现隔离密封作用。然后，充气放气装置对气囊进行快速放气，使闸片恢复旋转。

本实用新型中负压煤炭热解炉的技术方案为：一种使用该旋转式充气闸门的负压煤炭热解炉，主要包括炉体、煤炭给料器、高温半焦给料器和卸料器，所述炉体为立式中空柱体，分为上端的圆柱段和下端的截头圆锥段，并在圆柱段上设置油气出口；

所述煤炭给料器和高温半焦给料器位于炉体上方且并列平行，所述炉体的圆柱段通过Y型三通接头分别与煤炭给料器和高温半焦给料器相通；所述卸料器位于炉体下方，所述炉体的截头圆锥段与卸料器相通；

所述煤炭给料器、高温半焦给料器和卸料器都是由上下依次排列的两个所述旋转式充气闸门串联构成；

所述油气出口依次与高温除尘器、高温风机、油气回收系统连接。

进一步优化，所述炉体的圆筒段上设置3-10个环形排列的油气出口。

进一步优化，所述高温风机是为炉体内部制造负压环境的高温负压风机。

进一步优化，所述油气回收系统包括冷凝器、气液分离器、精馏塔和换热器。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，煤炭给料器、高温半焦给料器和卸料器都使用了旋转式充气闸门，从而通过旋转的闸片实现向炉体内部加入煤炭和高温半焦，同时也实现将热解反应后的物料从炉体内部排出。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，通过煤炭给料器、高温半焦给料器和卸料器中两个相互串联的旋转式充气闸门中气囊的交替充气和放气，即一个处于充气状态，另一个处于放气状态，从而可以保证在物料顺利通过的情况下，使炉体内部与外界空气之间一直处于隔离密封状态。高温风机为炉体内部制造负压环境，同时也为热解反应产生的油气从油气出口排出以及进入油气回收系统提供了动力源。可见，在煤炭给料器、高温半焦给料器和卸料器中两个相互串联的旋转式充气闸门以及高温风机共同作用下，炉体内部可以达到一个密闭负压环境，为低阶煤的负压热解加工提供了条件。

本实用新型的负压煤炭热解炉内部一直保持密闭负压环境，加入的原料煤炭和高温半焦在高温条件下进行热解反应，其中高温半焦提供了热解反应所需要的热量。煤炭热解反应后产生高温油气，在高温风机作用下高温油气从油气出口排出，经高温除尘器进行除尘后，进入油气回收系统中进行气液分离操作后获得产品。

附图说明

图1为本实用新型中旋转式充气闸门的结构示意图。

图2为图1的A-A截面示意图。

图3为本实用新型中使用该旋转式充气闸门的负压煤炭热解炉的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。

如图1和图2中所示，本实用新型中的旋转式充气闸门主要包括闸座1、闸片2、气囊3、转轴4、传动装置5和充气放气装置6，所述闸座1为固定的卧式中空圆柱体，卧式中空圆柱体上设置上下对称的两个矩形开口作为入料口7和出料口8；

所述转轴4为沿闸座1中心轴线设置的中空管，中空管的一端开口并与充气放气装置6相连，中空管的另一端封闭并与传动装置5相连，位于闸座1内部的中空管上设置以中空管中心轴线为中心对称分布的两排通气孔9；

所述闸片2为连接转轴4和闸座1内壁的矩形片，其中闸片2与转轴4固定连接，闸片2与闸座1内壁活动、密封连接；

所述闸座1内部设置四个闸片2，四个闸片2围绕转轴4以X形对称分布并将转轴4上的两排通气孔9间隔开来；

在由两相邻闸片2、转轴4和闸座1内壁围成的且包含通气孔9在内的中空扇形柱体内，分别设置与相应通气孔9相通的气囊3。

而且，进一步优化，所述气囊3在充气状态下为扇形柱体，并且与由两相邻闸片2、转轴4和闸座1内壁围成的且包含通气孔9在内的中空扇形柱体相配合；所述闸片2与闸座1内壁活动连接处设置耐高温密封条，所述气囊3采用耐高温橡胶材料制作；中间设置气囊3的两相邻闸片2之间的夹角为30-80°；所述充气放气装置6为全自动充气放气机；所述传动装置5为带动转轴旋转的电动机、减速器、离合器、齿轮组和轴承。

本实用新型的旋转式充气闸门中，四个闸片2围绕转轴4并在传动装置5和转轴4的带动下，在卧式中空圆柱体式的闸座1内部自由旋转。在旋转过程中，从上端入料口7进入的原料，在闸片2的旋转带动下，从下端的排料口8排出。充气放气装置6通过中空的转轴4以及转轴4上对称设置的两排通气孔9对两个气囊3分别进行充气或放气。当相对称的且内部设置气囊3的两中空扇形柱体旋转到水平位置时，充气放气装置6对相对称的两个气囊3进行快速充气，气囊3膨胀后充满整个中空扇形柱体内部，且与闸座1内壁紧密接触产生摩擦阻力，导致闸片2停止旋转，从而可以在入料口7和排料口8之间实现隔离密封作用。然后，充气放气装置6对相对称的两个气囊3进行快速放气，使闸片2恢复旋转。

如图3所示，使用该旋转式充气闸门的负压煤炭热解炉主要包括炉体10、煤炭给料器11、高温半焦给料器12和卸料器13，所述炉体10为立式中空柱体，分为上端的圆柱段和下端的截头圆锥段，并在圆柱段上设置油气出口14；

所述煤炭给料器11和高温半焦给料器12位于炉体10上方且并列平行，所述炉体10的圆柱段通过Y型三通接头分别与煤炭给料器11和高温半焦给料器12相通；所述卸料器13位于炉体10下方，所述炉体10的截头圆锥段与卸料器13相通；

所述煤炭给料器11、高温半焦给料器12和卸料器13都是由上下依次排列的两个所述旋转式充气闸门串联构成；

所述油气出口14依次与高温除尘器15、高温风机16、油气回收系统17连接。

而且，进一步优化，所述炉体10的圆筒段上设置3-10个环形排列的油气出口14；所述高温风机16是为炉体内部制造负压环境的高温负压风机；所述油气回收系统17包括冷凝器、气液分离器、精馏塔和换热器。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，煤炭给料器11、高温半焦给料器12和卸料器13都使用了该旋转式充气闸门，从而可以通过旋转的闸片2实现向炉体内部加入煤炭和高温半焦，同时也实现将热解反应后的物料从炉体10内排出。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，通过煤炭给料器11、高温半焦给料器12和卸料器13中两个相互串联的旋转式充气闸门中气囊3的交替充气和放气，即一个处于充气状态，另一个处于放气状态，可以保证在物料顺利通过的情况下，使炉体10内部与外界空气之间一直保持隔离密封状态。

接下来以煤炭给料器11为例进行详细的说明。在煤炭给料器11中，当上端的旋转式充气闸门的气囊3处于放气状态时，旋转的闸片2可以将加入的煤炭带入到下端的旋转式充气闸门中，而此时下端的旋转式充气闸门的气囊3处于充气状态，可以保证炉体10内部与外界空气之间保持隔离密封状态；然后，上端的旋转式充气闸门的气囊3转变为充气状态，相应的下端的旋转式充气闸门的气囊3转变为放气状态，旋转的闸片2将煤炭进一步带入到炉体内部，也保证了炉体10内部与外界空气之间保持隔离密封状态。所以，通过煤炭给料器11中两个交替进行充气和放气的旋转式充气闸门，既可以将煤炭顺利运到炉体内部，同时也可以保证炉体10内部与外界空气之间保持隔离密封状态。

由于高温半焦给料器12、卸料器13与煤炭给料器11的结构相同，基于上述同样的工作原理，高温半焦给料器12中两个交替进行充气和放气的旋转式充气闸门，既可以将高温半焦顺利运到炉体10内部，同时也可以保证炉体10内部与外界空气之间保持隔离密封状态；卸料器13中两个交替进行充气和放气的旋转式充气闸门，既可以将热解反应后的物料顺利排出炉体10，同时也可以保证炉体10内部与外界空气之间保持隔离密封状态。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，高温风机16为炉体10内部制造负压环境，同时也为热解反应产生的高温油气从油气出口14排出以及进入油气回收系统17提供了动力源。可见，在煤炭给料器11、高温半焦给料器12和卸料器13中两个相互串联的旋转式充气闸门之间的相互配合，以及高温风机16共同的作用下，炉体10内部最终达到一个密闭负压环境，为低阶煤的负压热解加工提供了条件。

本实用新型的负压煤炭热解炉中，煤炭给料器11、高温半焦给料器12交替进行给料，使炉体10内部中的煤炭和高温半焦相互交错重叠分布，形成夹带床结构，使煤炭与高温半焦充分接触，利于热量的传导和热解反应的充分进行。在炉体10内部的密闭负压环境中，高温半焦提供了热解反应所需要的热量。煤炭进行负压热解反应后生成高温油气，在高温风机16作用下，高温油气从油气出口14排出，经高温除尘器15进行除尘后，进入油气回收系统17中进行气液分离操作后获得产品。最后，炉体内部煤炭热解反应后的物料通过卸料器13从炉体10排出。

最后需要说明的是，以上文字和附图详细描述了本实用新型的主要结构特征和工作原理，但是本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施方式的的限制，在不脱离本实用新型设计构思、发明内容和精神的前提下，对本实用新型所做的任何变形方式也应该在本实用新型的的保护范围内。