一种绝氧热解环境的固体循环量可控的固体热载体炉的制作方法

此发明涉及热载体炉领域，具体涉及一种绝氧热解环境的固体循环量可控的固体热载体炉。

背景技术：

生活垃圾在无氧环境下热解处理技术可以减少生活垃圾的废弃物排放，在处理过程中几乎不产生二噁英，热解处理后的可燃油是一种洁净环保的液体燃料，热解处理后的热解气主要为co、ch4、h2等，既可作为天然气的替代燃料，也可作为各种化工产品的原料。利用固体热载体与生活垃圾直接接触热解，具有固体热载体单位体积热容量高、热效率高、可循环利用、可实现绝氧热解等优势。因此，利用高温固体介质作为热载体热解生活垃圾，是一种快速、高效、环保的手段，具有巨大的发展潜力。

固体热载体的循环加热、流量可控，以及可连续运行的绝氧热解环境，是生活垃圾热解过程中的关键。采用固体热载体热解技术，涉及到固体热载体在高温下的气固、固固分离、热载体在热载体炉内均匀加热、热载体连续循环利用、特别是可连续运行的绝氧热解环境以及热载体循环量可根据垃圾处理量精确控制等多种问题。

目前生活垃圾热解炉主要是间接换热，或者利用高温气体直接接触换热。实现绝氧环境有的是依靠密封机构，其结构复杂，易产生故障；有的是依靠设置阀门，利用阀门间断性的开阀和关阀实现缺氧密封，联锁程序复杂，不能保证完全的绝氧；还有的是依靠喷入惰性气体的气封形式，会降低热解产物的热值。利用高温固体热载体直接接触换热，并且保证连续运行的绝氧热解环境还未见报道。

常规循环流化床循环会经旋风分离器后，直接通过返料设备返回炉膛。循环量取决于被流化风吹入旋风分离器的量，吹入旋风分离器的量决定了返料设备返回炉内的量，无法实现循环量的控制。

有部分流化床为增设了返料设备，为“u”或“l”阀结构，循环料返回炉膛内靠外部提供空气或蒸汽，通过气体的流化作用，将循环料返回炉膛内。循环料可能结成块状渣，从而堵塞返料设备，造成系统故障，且通过风量控制返料量精度低，几乎无法实现循环量的精确控制。

目前还未有一种固体热载体炉可实现连续稳定的绝氧环境，并且同时实现固体热载体循环量的精确控制的炉型结构，阻碍了固体热载体热解生活垃圾技术的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种固体热载体炉，利用高温固体热载体的连续稳定的动态料封实现绝氧的热解环境，同时实现固体热载体循环量精确控制。

本发明的技术方案如下：一种绝氧热解环境的固体循环量可控的固体热载体炉，包括炉体，炉体底部设有排渣管、布风装置；炉体后墙布置热载体加料设备，热载体加料设备下部设有加料控制阀和加料斜管，加料斜管与炉体连接；炉体顶部前墙与旋风分离器连接；旋风分离器下部依次连接缓冲仓、下料控制器、固体流量计、反应器、中间料仓、返料设备、返料管，返料管与炉体连接，形成固体热载体路的循环通道；

炉体侧墙布置有二次风油气燃烧器，一次风燃烧室与底部燃烧器连接，送风设备分别与二次风油气燃烧器和底部燃烧器连接；旋风分离器顶部烟气出口与余热回收设备连接,形成气相通道；

下料控制器安装在缓冲仓的下部；

中间料仓为下部带有锥形结构的腔体，内部敷设耐磨和绝热浇注料，中间料仓上布置固体料位计；

返料设备采用螺旋结构；

热载体加料设备下部连接有加料控制阀和加料斜管，加料斜管与炉体连接。

炉体为矩形截面结构，采用内保温设计，为水冷壁炉膛或绝热浇注料炉膛。

在炉体床下设置了底部燃烧器和一次风燃烧室，在炉体侧墙设置了二次风油气燃烧器；送风设备为变频风机。

布风装置包含布风板、风帽及耐磨内衬；风帽为一体铸造成型的钟罩式结构，通过螺纹结构与布风板连接，风帽可拆卸，易于检修更换；排渣管位于布风板中心位置。

反应器是一种具备输送、混合、加热、高温无氧密封功能的卧式机械流化设备，内壁由耐磨耐火浇注料和轻质保温材料构成，外壁为碳钢板。

旋风分离器下部设有缓冲仓；其中，旋风分离器为立式圆筒结构的气固分离器，采用内保温结构，为水冷壁型式或绝热浇注料型式；缓冲仓为锥形结构，内壁敷设绝热和耐磨浇注料，缓冲仓侧壁上分4层布置固体料位计。

返料设备采用螺旋结构，螺旋体为耐热不锈钢，内部敷设耐磨隔热浇注料。

返料设备采用星型布料器。

返料管与炉体夹角不大于60度，内壁敷设耐磨隔热浇注料。

热载体加料设备下部连接有加料控制阀和加料斜管，加料斜管与炉体连接，加料斜管与炉体夹角不大于60度。

本发明的显著效果在于：

1)本发明涉及的固体热载体炉设置的中间料仓(7)具有存储一定量的固体热载体的作用，在中间料仓(7)下部设有返料设备(5)，返料设备(5)工作时将固体热载体返回炉膛，返料设备(5)停止工作时，固体热载体会被存储在中间料仓(7)内。设备运行时，可以通过控制返料设备(5)转速、调节送风设备(16)的频率、下料控制器(10)的开度，实现循环量的精确控制，并通过固体流量计(9)查看固体热载体的循环量数值。即通过送风设备(16)、固体流量计(9)、返料设备(5)的联合调节可实现固体热载体循环量的精确控制。

2)本发明在中间料仓(7)和缓冲仓(11)上均设有固体料位计(6)监测中间料仓(7)和缓冲仓(11)中的固体料位，通过料位信号实现对下料控制器(10)开度和返料设备(5)转速的控制，自动控制中间料仓(7)和缓冲仓(11)中固的固体料位，实现稳定的固体料位；形成固体物料的稳定动态料封，从而实现反应器(8)内的绝氧环境。

附图说明

附图1是绝氧热解环境的固体循环量可控的固体热载体炉示意图；

图中：1一次风燃烧室、2排渣管、3布风装置、4返料管、5返料设备、6固体料位计、7中间料仓、8反应器、9固体流量计、10下料控制器、11缓冲仓、12余热回收设备、13旋风分离器、14炉体、15二次风油气燃烧器、16送风设备、17热载体加料设备、18加料斜管、19加料控制阀、20底部燃烧器。

a排渣口、b固体热载体加料口

具体实施方式

一种绝氧热解环境的固体循环量可控的固体热载体炉，包括炉体14，炉体14底部设有排渣管2、布风装置3。炉体14后墙布置热载体加料设备17，热载体加料设备17下部设有加料控制阀19和加料斜管18，加料斜管18与炉体14连接。炉体14顶部前墙与旋风分离器13连接。旋风分离器13下部依次连接缓冲仓11、下料控制器10、固体流量计9、反应器8、中间料仓7、返料设备5、返料管4，返料管4与炉体14连接，形成固体热载体路的循环通道。

炉体14侧墙布置有二次风油气燃烧器15，一次风燃烧室1与底部燃烧器20连接，送风设备16分别与二次风油气燃烧器15和底部燃烧器20连接。旋风分离器13顶部烟气出口与余热回收设备12连接。形成气相通道。

炉体14为矩形截面结构，采用内保温设计，本方案为水冷壁炉膛，水冷壁外表面敷设一层耐磨浇注料，浇注料厚度小于50mm。也可采用绝热浇注料结构。炉体高度为同等热负荷下常规流化床高度的1.5-2倍。

布风装置3是炉膛底部支撑床料并分配一次风的装置，起到保证流化风均匀进入固体热载体炉炉膛，实现物料均匀流化的作用。主要包含布风板、风帽及耐磨内衬。采用310s耐热钢材料制成，风帽为一体铸造成型的钟罩式结构，通过螺纹结构与布风板连接，风帽可拆卸，易于检修更换。排渣管位于布风板中心位置。

送风设备16为变频风机。

二次风油气燃烧器15为油气两用燃烧器。

底部燃烧器20为燃气燃烧器。

反应器8是一种卧式机械流化设备，具备输送、混合、加热、高温无氧密封四大功能。反应器8壳体为耐磨耐火浇注料和轻质保温材料构成，反应器外壁为碳钢板。

旋风分离器13为立式圆筒结构的气固分离器，采用内保温结构，为水冷壁炉膛，水冷壁外表面敷设一层耐磨浇注料，浇注料厚度小于50mm，也可采用绝热炉膛。分离效率>90％，dc99:100-110μm，dc50:10-20μm。

缓冲仓11为锥形结构，内壁敷设绝热和耐磨浇注料。侧壁上分4层布置固体料位计6。

下料控制器10安装在缓冲仓11的下部，为自动调节的气动式高温固体调节阀。

固体流量计9为可实时计量高温固体热载体量的固体流量计。

中间料仓7为“直筒 锥段”结构型式，为下部带有锥形结构的腔体，内部敷设耐磨和绝热浇注料。中间料仓筒体上分4层布置固体料位计6。

返料设备5采用螺旋结构，主要有减速电机、链轮、轴承、轴、密封、壳体、螺旋、耐磨隔热浇注料和水冷接头等组成。可输送固体热载体、残炭、块状无机物(砖瓦、石块、金属等)等组成的混合物。壳体内部，螺旋为悬臂式支撑，螺旋体为耐热不锈钢铸件，内部敷设耐磨隔热浇注料。返料设备5也可采用星型布料器

热载体加料设备17为“直筒 锥段”结构式料仓，下部连接有加料控制阀19和加料斜管18，加料斜管18与炉体14连接。

返料管4与炉体14夹角不大于60度，内壁敷设耐磨隔热浇注料。加料斜管18与炉体14夹角不大于60度。

本发明装置的工作过程如下：

[1]由送风设备(16)向底部燃烧器(20)和二次风油气燃烧器(15)通入一、二次风，并送入炉体(14)内，从热载体加料设备(17)分次加入足够量的固体热载体，达到循环量后停止加料。

[2]固体热载体在一、二次风的作用下在炉体(14)内形成气固两相流，在旋风分离器(13)内实现气固分离。分离后的烟气排入余热回收设备(12)进行热量回收利用，固体热载体分离后依次通过缓冲仓(11)、反应器(8)、中间料仓(7)、返料设备(5)返回炉体(14)内进行固体物料循环。

[3]固体热载体在炉体(14)内为吸热过程，出炉膛温度为850℃左右；固体热载体在反应器(8)内为放热过程，出反应器(8)返回炉体(14)内时的温度为500℃左右。

[4]缓冲仓(11)内的固体堆积高度形成上料封，中间料仓(7)内的固体堆积高度形成下料封，实现反应器(8)内的绝氧环境。

[5]通过调节返料设备(5)的转速控制进入炉体(14)内的固体热载体循环量，从而达到精确控制循环量的目的。

1)固体热载体循环量的精确控制实现过程：

送风设备(16)采用变频风机，可以通过调节风机频率和送风阀门开度调节送入底部燃烧器(20)和二次风油气燃烧器(15)的一二次风量，从而控制炉体(14)内被一二次风吹入旋风分离器(13)的固体热载体量。

通过固体流量计(9)可以精确计量固体热载体的流量。

返料设备(5)采用变频电机驱动螺旋转动，通过调节螺旋的转速从而调节返料量。返料设备(5)内部空间尺寸大，只要转动就会返料，不会产生堵塞。由于返料设备(5)上部有中间料仓(7)，因此返料设备(5)内始终处于满料状态，返料量和返料设备(5)的转速成线性关系，根据固体流量计(9)的流量调节返料设备(5)的转速即可实现炉体(14)内固体热载体循环量的平衡控制。

当需要调大循环量时，提高送风设备(16)的风机频率，增大一二次风，在保持缓冲仓(11)内料位稳定时，需加大下料控制器(10)的开度，从而固体流量计(9)的流量读数升高，根据流量值提高返料设备(5)的转速，提高返回炉体(14)内的固体热载体量，实现循环量的增大。

当需要调小循环量时，减小送风设备(16)的风机频率，减少一二次风，在保持缓冲仓(11)内料位稳定时，需减小下料控制器(10)的开度，从而固体流量计(9)的流量读数下降，根据流量值减小返料设备(5)的转速，减少返回炉体(14)内的固体热载体量，实现循环量的减小。

2)固体料位的稳定实现过程：

缓冲仓(11)的料位通过设置在缓冲仓(11)上的固体料位计(6)进行监测，沿高度方向分层布置4层，分别为高高料位、高料位、低料位、低低料位。其中高料位和低料位作为报警值，正常运行时，料位高度保持在高料位和低料位之间。当高料位报警时，系统自动调大下料控制器(10)的开度从而加快缓冲仓(11)内的物料流出，降低料位；当低料位报警时，自动调小下料控制器(10)的开度从而减慢缓冲仓(11)内的物料流出，增高料位。

中间料仓(7)的料位通过设置在中间料仓(7)上的固体料位计(6)进行监测，沿高度方向分层布置4层，分别为高高料位、高料位、低料位、低低料位。其中高料位和低料位作为报警值，正常运行时，料位高度保持在高料位和低料位之间。当高料位报警时，系统自动调大返料设备(5)的转速从而加快中间料仓(7)内的物料流出，降低料位；当低料位报警时，自动调小返料设备(5)的转速从而减慢中间料仓(7)内的物料流出，增高料位。

3)反应器(8)内的绝氧环境实现过程：

通过调节下料控制器(10)的开度，可连续调节缓冲仓(11)内的固体热载体量，实现缓冲仓(11)的进出物料的动态平衡，从而保证物料在一定料位范围内，形成稳定的动态料封。

通过调节返料设备(5)的转速，可连续调节中间料仓(7)内的固体热载体的出料量，实现中间料仓(7)内的进出物料的动态平衡，从而保证物料在一定的料位范围内，形成稳定的动态料封。

在两个料封作用下，反应器(8)内实现了与外界隔绝的绝氧环境。