本发明涉及一种炉内自脱焦油式有机固体燃料气化装置与方法。
背景技术：
在世界能源储量中，煤炭约占79％，石油与天然气约占12％，煤炭利用技术的研究和开发是能源战略的重要内容之一。但随着石油化学工业的兴起与发展，煤在化工原料中所占的比例不断下降并逐渐被石油和天然气替代，直到20世纪70年代末，由于石油价格大幅攀升，影响了世界石油化学工业的发展，同时煤化工在煤气化、煤液化等方面取得了显著的进展。特别是20世纪90年代后，世界石油价格长期在高位运行，且呈现不断上升趋势，这就更加促进了煤化工技术的发展，煤化工重新受到了人们的重视。中国的不可再生资源储备又有着富煤、贫油、少气的特点，褐煤、长焰煤等低阶煤又占我国煤炭储量的30％以上，是我国重要的能源组成部分，因此低阶煤气化是我国重点研究的领域。
煤的结构特点决定了低阶煤挥发分高、活性强。由于水分和氧含量高而热值低，直接利用(燃烧或气化)效率低，经济价值远不如高阶煤，大规模开发利用必须先对其进行加工提质。最为科学和常用的方法之一是热解，即“干馏”或热分解。热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应。在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二次反应，最终得到气体(煤气)、液体(焦油)、及固体(半焦)等产物。焦油相比，热解实现了煤中不同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，具有减少燃煤造成的环境污染，提高低阶煤资源综合利用价值的优势，可创造显著的经济社会效益。但是由于低阶煤的特性，热解产生的大量气态焦油、大部分挥发分和水份会一同进入到气化气中，焦油含量过高会导致其极易析出堵塞管道，而使用净化气化气又需要使用大量水来进行洗涤冷却，产生大量废水，处理难度大，成本过高直接排放又会对环境造成严重污染，同样类似的问题也出现在生物质气化领域。
因此如何提供一种其既能实现良好的除焦油效果，实现焦化废水零排放，又能在过程中优化气体品质，提高能源效率，降低运营成本的固体燃料气化装置成为了业界需要解决的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种炉内自脱焦油式有机固体燃料气化装置与方法，其既能实现良好的除焦油效果，实现焦化废水零排放，又能在过程中优化气体品质，提高能源效率，降低运营成本。
本发明的技术方案：
一种炉内自脱焦油式有机固体燃料气化装置，包括进料装置1、气化装置2、气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4、冷凝装置5、冷凝水蒸发装置8、气化介质预热装置7、灰渣排出装置3和储气罐9；
所述的进料装置1包括进料口1a、两级密封进料阀1b和螺旋进料器1c，进料口1a出口与两级螺旋进料器1b入口相连，两级螺旋进料器1b出口处设有螺旋进料器1c，与气化装置2炉膛顶部相连；
所述的气化装置2包括热解干燥段2a、螺旋落料装置、气化燃烧段2c和灰渣段2e，在气化装置2内部，从上到下，依次为热解干燥段2a、气化燃烧段2c和灰渣段2e，热解干燥段2a和气化燃烧段2c间设有第一螺旋落料装置2b，气化燃烧段2c和灰渣段2e间设有第二螺旋落料装置2d；气化燃烧段2c与灰渣段2e间设有气化剂入口，该入口位于第二螺旋落料装置2d下；热解干燥段2a分为干燥段和热解段两部分，干燥段位于热解段上方；
所述的灰渣排出装置3包括螺旋出料器3a、两级密封出料阀3b和出渣口3c，气化装置2的灰渣段2e底部与螺旋出料器3a入口相连，螺旋出料器3a出口与出渣口3c相连，螺旋出料器3a与出渣口3c间设有两级密封出料阀3b；
所述的气化装置2气化气出口与气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4入口相连，气化气飞灰旋风分离装置底部或飞灰分离过滤装置与飞灰回收管入口相连，飞灰回收管出口与灰渣排出装置3的出渣口3c相连；气化气飞灰旋风分离装置上侧或飞灰分离过滤装置设有气化气出口，气化气出口与气化介质预热装置7气化气入口相连，气化介质预热装置7气化气出口与冷凝水蒸发装置8气化气入口相连，气化介质预热装置7设有空气氧气入口，气化介质预热装置7预热空气或氧气出口与气化装置2气化剂入口相连，冷凝水蒸发装置8气化气出口与储气罐9相连；
热解干燥段2a的顶部气化气出口与冷凝装置5气化气入口相连，冷凝装置5气化气出口与抽气泵6入口相连，抽气泵6出口与储气罐9相连，冷凝装置5冷凝水出口与冷凝水蒸发装置8冷凝水入口相连，冷凝水蒸发装置8设有补充水入口，冷凝水蒸发装置8蒸气出口与气化装置2气化剂入口相连；
每个螺旋落料装置由多个螺旋传动装置组成，相邻螺旋落料装置间隔小于1.2倍螺距，且运动方向相反。
所述的气化装置2内热解干燥段、气化燃烧段、尾灰段之间设有多层螺旋落料装置，螺旋落料装置处设有多孔支撑隔板。
一种炉内自脱焦油式有机固体燃料气化方法，即为一种将焦油于装置内先吸附后燃烧并为气化过程提供热量的方法，具体步骤如下：
(1)将固体燃料从进料口1a加入，通过两级密封进料阀1b隔绝空气后，进入气化装置2炉体上部的热解干燥段2a，经过干燥烘焙后的固体燃料在气化装置2内向下移动，进入到热解段，经过热解后的热解产物半焦通第一过螺旋落料装置2b进入气化燃烧段2c，气化反应后的炙热灰通过第二螺旋落料装置进入尾灰段2e，冷却灰通过螺旋出料器3a送出系统；
(2)气化燃烧段2c产生的一部分气化气由下至上进入热解干燥段2a，为热解反应和物料干燥提供必要热量，与热解干燥过程中产生的热解气、焦油及水蒸气等气态产物混合后一起进入干燥段，热解气态产物在向上经过热解干燥段2a时被冷却，大部分焦油在降温过程被冷物料吸附再次随物料进入热解段进行热解，吸附在冷物料上的冷凝焦油在热解段遇高温又形成气态焦油向上，此过程反复进行，气态焦油在此过程中以形成固体焦碳的形式继续参与后续反应，被冷却的热解气与干燥段水蒸气由反应器排出进入冷凝装置5，气化气冷凝脱除水蒸气和少量轻质焦油后，通过抽气泵6送入储气罐9储存，脱除的冷凝水和少量轻质焦油送入冷凝水蒸发装置8中；
(3)气化燃烧段2c产生的另一部分气化气进入气化气旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4脱除细灰后，通过气化气旋风分离装置上端或飞灰分离过滤装置气化气出口进入气化介质预热装置7与气化剂氧气(空气)进行热交换后进入冷凝水蒸发装置，预热氧气(空气)通过气化装置2气化剂入口送入气化装置2参与气化反应，进入冷凝水蒸发装置8的气化气继续为冷凝水、补充水和少量轻质焦油蒸发提供热量降温后送入储气罐储存；
(4)冷凝装置5中的冷凝水和少量轻质焦油送入冷凝水蒸发装置8后与补充水一起蒸发后通过气化装置2气化剂入口送入气化装置2用做气化剂参与气化反应。
本发明的有益效果：
1.干燥段和热解段的温差使焦油在气态和液态之间反复转化，增加了焦油在炉内的停留时间，使焦油在此过程中不断浓缩聚合，形成固体焦炭继续参与后续反应，避免了焦油对气化气管道的堵塞，同时省去了后续焦油洗涤净化工艺，节约成本，大大提高了能量利用率。
2.进入热解干燥段的气化气在热解段带出的热解气、水蒸气等气态产物，通过冷凝装置和冷凝水蒸发装置在尾灰收集段和气化段间气化剂入口回到气化装置内，继续参与气化反应，实现了废水废气零排放，同时在过程中提高了气化气热值和气化炉热效率，提高了出炉气化气的品质。
3.气化炉结构简单紧凑，安装方便，相比于循环流化床、双床汽化器等气化装置，适用范围广，中、小型工业领域也可使用。
附图说明
图1是本发明的气化炉的结构示意图。
图中：1进料装置；1a进料口；1b两级密封进料阀；1c螺旋进料器；
2气化装置；2a热解干燥段；2b第一螺旋落料装置；2c气化燃烧段；
2d第二螺旋落料装置；2e尾灰段；3灰渣排出装置；3a螺旋出料器；
3b两级密封出料阀；3c出渣口；
4气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置；5冷凝装置；6抽气泵；
7气化介质预热装置；8冷凝水蒸发装置；9储气罐。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
一种炉内自脱焦油式有机固体燃料气化装置与方法，该装置包括进料装置1、气化装置2、气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4、冷凝装置5、冷凝水蒸发装置7、气化介质预热装置8、灰渣排出装置3和储气罐9；所述进料装置1包括进料口1a、两级密封进料阀1b和螺旋进料器1c，进料口1a出口与螺旋进料器1c入口相连，螺旋进料器1c出口与气化装置2炉膛顶部相连；所述气化装置2包括热解干燥段2a、螺旋落料装置2b2d、气化燃烧段2c和灰渣段2e，气化燃烧段2c与灰渣段2e之间设有气化剂入口；所述灰渣排出装置3包括螺旋出料器3a、两级密封出料阀3b和落料口3c，灰渣段2e底部与螺旋出料器3a入口相连，螺旋出料器3a出口与落料口3c相连；
气化装置2气化气出口与气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4入口相连，气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4底部与飞灰回收管入口相连，飞灰回收管出口与出渣口3c相连，气化气飞灰旋风分离装置或飞灰分离过滤装置4上侧设有气化气出口，气化气出口与气化介质预热装置7气化气入口相连，气化介质预热装置7气化气出口与冷凝水蒸发装置8气化气入口相连，气化介质预热装置7设有空气(氧气)入口，气化介质预热装置7预热空气(氧气)出口与气化装置2气化剂入口相连，冷凝水蒸发装置8气化气出口与储气罐9相连，热解干燥段2a的顶部气化气出口与冷凝装置5气化气入口相连，冷凝装置5气化气出口与抽气泵6入口相连，抽气泵6出口与储气罐9相连，冷凝装置5冷凝水出口与冷凝水蒸发装置8冷凝水入口相连，冷凝水蒸发装置8设有补充水入口，冷凝水蒸发装置8蒸气出口与气化装置气化剂入口相连；
所述炉内热解干燥段2a、气化燃烧段2c、尾灰段2e之间设有多层螺旋落料装置2b2d及多孔支撑隔板。
一种将焦油于装置内先吸附后燃烧并为气化过程提供热量的方法，具体步骤如下：
(1)将固体燃料从进料口加入，通过两级密封插板阀隔绝空气后，进入气化装置炉体上部的热解干燥段，经过干燥烘焙后的固体燃料在气化炉内向下移动，进入到热解段，经过热解后的热解产物半焦通过螺旋落料装置进入气化燃烧段，气化反应后的炙热灰通过螺旋落料装置进入尾灰段，冷却灰通过螺旋出料器送出系统；
(2)气化燃烧段产生的一部分气化气由下至上进入热解干燥段，为热解反应和物料干燥提供必要热量，与热解干燥过程中产生的热解气、焦油及水蒸气等气态产物混合后一起进入干燥段，热解气态产物在向上经过干燥段时被冷却，大部分焦油在降温过程被冷物料吸附再次随物料进入热解段进行热解，吸附在冷物料上的冷凝焦油在热解段遇高温又形成气态焦油向上，此过程反复进行，气态焦油在此过程中以形成固体焦碳的形式继续参与后续反应，被冷却的热解气与干燥段水蒸气由反应器排出进入冷凝装置，气化气冷凝脱除水蒸气和少量轻质焦油后，通过抽气泵送入储气罐储存，脱除的冷凝水和少量轻质焦油送入冷凝水蒸发装置中；
气化燃烧段产生的另一部分气化气进入气化气旋风分离装置或飞灰分离过滤装置脱除细灰后，通过气化气旋风分离装置上端或飞灰分离过滤装置气化气出口进入气化介质预热装置与气化剂氧气(空气)进行热交换后进入冷凝水蒸发装置，预热氧气(空气)通过气化装置气化剂入口送入气化装置参与气化反应，进入冷凝水蒸发装置的气化气继续为冷凝水、补充水和少量轻质焦油蒸发提供热量降温后送入储气罐储存；
冷凝装置中的冷凝水和少量轻质焦油送入冷凝水蒸发装置后与补充水一起蒸发后通过气化装置气化剂入口送入气化装置用做气化剂参与气化反应。