一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置及方法与流程

本发明属于燃料气制备技术领域，尤其涉及一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置及方法。

背景技术：

随着经济的不断发展和生活水平的不断提升，环保要求正变得越来越严格。其中：含碳固体物料作为日常生活及生产中最常见的污染物，主要包括生活垃圾、城市污泥、畜禽粪便、农林废弃物等，具有形态多样、组成复杂、体积能量密度低、堆放占用空间大的特征，同时由于内部通常易挥发有机物质，会对环境造成污染。因此，含碳固体物料的减量化、无害化、资源化利用正变成越来越热门的课题。

目前，含碳固体物料通过热化学转化法来实现减量化处理，其中气化技术是热化学转化法中重要的技术之一。在我国，气化技术按照工艺流程可分为：固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术三大类，各种气化技术均有其各自的优缺点，对原料的品质有不同的要求，其工艺的先进性、技术成熟程度也有差异。其中：固定床气化技术由于反应温度适中，设备造价便宜，对于小中型燃料气改造和燃气应用具有一定的技术优势。

当利用固定床气化技术处理含碳固体物料时，由于传统固体床的炉腔温度低，无法将易挥发有机物质完全去除，致使燃料气中含有较多的焦油、甲烷等有机物质，而燃料气中的有机物质可形成二噁英等污染物，同时排出的灰渣碳含量较高；另外由于传统固体床普遍飞灰量较大，由于飞灰中含碳量也较高，排放后依然会造成二次污染。因此对于含碳固体物料的处理，急需一种反应温度更高、排渣无害化、飞灰及二噁英等污染物量少的气化技术。

技术实现要素：

为解决现有技术的缺点和不足，提供一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置及方法，从而可解决传统固体床的炉腔温度低导致燃料气及灰渣的含碳量偏高、传统固定床飞灰较大易造成二次污染的问题。

为实现本发明目的而提供的一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置，包括自下而上依次连接的出渣口短节、椭圆封头、气化炉腔体、变径段及提升段，所述出渣口短节底部设置有熔渣出口，所述熔渣出口与激冷装置相连接，所述出渣口短节的外部设置有水夹套，所述出渣口短节侧壁自上而下依次设置有环管进气口及若干排渣口喷嘴，每排所述渣口喷嘴沿出渣口短节的圆周方向均匀布置4-8个，所述椭圆封头内腔中设置有分布板，所述椭圆封头的下部设置有气化剂进口，所述气化炉腔体的侧壁设置有物料进口若干，所述提升段的侧壁设置有若干排气化剂喷嘴，每排所述气化剂喷嘴沿提升段的圆周方向均匀布置4-8个，所述提升段的顶部设置有气体出口，所述气体出口与除尘系统连接。

作为上述方案的进一步改进，所述提升段、气化炉腔体及出渣口短节的内壁上均涂覆有隔热层和耐火层，所述耐火层位于隔热层的外侧，隔热层材料为轻质莫来石料，耐火层材料为白刚玉耐磨料和高强高铝耐磨料，所述出渣口短节外部设置有水夹套，所述水夹套内部设置有空腔，所述水夹套上设置有进水口、出水口，所述空腔、进水口及出水口连通，以实现冷却水的进出。

作为上述方案的进一步改进，所述气化剂喷嘴、渣口喷嘴的内层为通气管道，所述通气管道外部套设有外壳，所述外壳与通气管道之间形成冷却通道。

作为上述方案的进一步改进，所述分布板为倒锥形，所述分布板的倾斜度为30°-60°，所述分布板上开有出气孔，所述出气孔的孔径为1-6mm，数量为200-2000个，以实现椭圆封头与气化炉腔体中的气体连通，所述分布板的外表面涂覆有耐火层。

作为上述方案的进一步改进，所述提升段与气化炉腔体的内径比为1:3～3:4。

作为上述方案的进一步改进，所述物料进口的数量为1-3个。

一种利用含碳固体物料制备燃料气的方法，包括以下步骤：

步骤1，进料：含碳固体物料从物料进口进入气化炉腔体内部；

步骤2，气化剂供气：气化剂通过气化剂进口通入椭圆封头内，再通过分布板均匀进入气化炉腔体内部；

步骤3，第一次气化反应：气化剂与含碳固体物料在气化炉腔体内进行第一次气化反应，生成气体与灰渣；

步骤4，第二次气化反应：第一次气化反应产生的气体进入提升段中，通过气化剂喷嘴向提升段中通入气化剂，第一次气化反应产生的气体与气化剂混合燃烧，以对气体中的含碳颗粒、各种有机物进行第二次气化反应，提高整个气化过程中的碳转化率；

步骤5，气体处理：第二次气化反应产生的气体通过气体出口进入后续气体除尘处理系统；

步骤6，灰渣处理：第一次气化反应和第二次气化反应产生的灰渣向下沉降，当灰渣到达出渣口短节的上方时，通过环管气入口向出渣口短节中通入气体，控制通入气体的气量以调节灰渣的落渣速度，当灰渣到达出渣口短节内时，通过渣口喷嘴向出渣口短节中通入气化剂，灰渣与气化剂混合燃烧，使灰渣进一步熔融，再通过常规激冷装置可得到玻璃体。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤2和步骤3的气化炉腔体内的操作压力为0-3mpa，操作温度为800℃-1100℃。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤1-6中的气化剂为蒸汽、氧气、二氧化碳气体或蒸汽氧气二氧化碳的混合气体，所述步骤6中通过环管气入口向渣口短节中通入的气体为蒸汽或氮气。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置及方法，方法易于操作，同时方法涉及的装置结构简单；另外该装置设置了提升段，并在提升段设置了气化剂喷嘴，使燃料气中的焦油、有机物、粉尘、二噁英等可燃组分在提升段内充分燃烧，有效提升了物料的碳转化率；另外该装置设置了出渣口短节，并在出渣口短节的侧壁上设置渣口喷嘴，从渣口喷嘴中通入气化剂，使灰渣再次燃烧后形成熔融态，再通过常规激冷装置可得到玻璃体，从而实现灰渣的无害化处理。

附图说明

图1为本发明中装置的剖切图；

图2为本发明中气化剂喷嘴及渣口喷嘴的剖切图。

其中：1-气体出口，2-提升段，3-气化剂喷嘴，4-椭圆封头，5-变径段，6-气化炉腔，7-分布板，8-气化剂进口，9-环管气入口，10-渣口喷嘴，11-熔渣出口，12-渣口短节，13-物料进口，14-进水口，15-水夹套，16-出水口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：

实施例1

如图1-图2所示，一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置，包括自下而上依次连接的出渣口短节12、椭圆封头4、气化炉腔体6、变径段5及提升段2，所述出渣口短节12底部设置有熔渣出口11，所述熔渣出口11与激冷装置相连接，所述出渣口短节12的外部设置有水夹套15，所述出渣口短节12侧壁自下而上设置有环管进气口9及1排渣口喷嘴10，每排所述渣口喷嘴10沿出渣口短节12的圆周方向均匀布置6个，所述椭圆封头4内腔中设置有分布板7，所述椭圆封头4的下部设置有气化剂进口8，所述气化炉腔体6的侧壁设置有1个物料进口13，所述提升段2的侧壁设置有2排气化剂喷嘴3，每排所述气化剂喷嘴3沿提升段2的圆周方向均匀布置4个，所述提升段2的顶部设置有气体出口1，所述气体出口1与除尘系统连接；其中：所述提升段2与气化炉腔体6的内径比为1:3；所述提升段2、气化炉腔体6及出渣口短节12的内壁上均涂覆有隔热层和耐火层，所述耐火层位于隔热层的外侧，隔热层材料为轻质莫来石，厚度为150mm，耐火层材料为刚玉浇注料，厚度为100mm，所述出渣口短节12外部设置有水夹套15，所述水夹套15内部设置有空腔，所述水夹套15上设置有进水口14、出水口16，所述空腔、进水口14及出水口16连通，以实现冷却水的进出；所述气化剂喷嘴3、渣口喷嘴10的内层为通气管道，所述通气管道外部套设有外壳，所述外壳与通气管道之间形成冷却通道；所述分布板7为倒锥形，所述分布板7的倾斜度为30°-60°，所述分布板7上开有出气孔，所述出气孔的孔径为3mm，数量为1000个，以实现椭圆封头4与气化炉腔体6中的气体连通，所述分布板7的外表面涂覆有耐火层。

一种利用含碳固体物料制备燃料气的方法，具体步骤如下：

步骤1，进料：将粒径约8-10mm的含碳固体物料从物料进口13进入气化炉腔6内部；

步骤2，气化剂供气：气化剂通过气化剂进口8通入椭圆封头4内，再通过分布板7均匀进入气化炉腔体6内部；

步骤3，第一次气化反应：气化剂与含碳固体物料在气化炉腔体6内进行第一次气化反应，生成气体与灰渣；

步骤4，第二次气化反应：第一次气化反应产生的气体进入提升段2中，通过气化剂喷嘴3向提升段2中通入氧气和蒸汽的混合气体，第一次气化反应产生的气体与气化剂混合燃烧，以对气体中的含碳颗粒、各种有机物进行第二次气化反应，提高整个气化过程中的碳转化率；

步骤5，气体处理：第二次气化反应产生的气体通过气体出口1进入后续气体除尘处理系统；

步骤6，灰渣处理：第一次气化反应和第二次气化反应产生的灰渣向下沉降，当灰渣到达出渣口短节12的上方时，通过环管气入口9向出渣口短节12中通入气体，控制通入气体的气量以调节灰渣的落渣速度，当灰渣到达出渣口短节12内时，通过渣口喷嘴10向出渣口短节12中通入气化剂，灰渣与气化剂混合燃烧，使灰渣进一步熔融，再通过常规激冷装置可得到玻璃体。

其中，步骤2和步骤3的气化炉腔6内的操作压力为0.6mpa，操作温度为1000℃。

实施例2

如图1-图2所示，一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置，包括有自下而上依次连接的出渣口短节12、椭圆封头4、气化炉腔体6、变径段5及提升段2，所述出渣口短节12底部设置有熔渣出口11，所述熔渣出口11与激冷装置相连接，所述出渣口短节12的外部设置有水夹套15，所述出渣口短节12侧壁自下而上设置有环管进气口9及1排渣口喷嘴10，每排所述渣口喷嘴10沿出渣口短节12的圆周方向均匀布置4个，所述椭圆封头4内腔中设置有分布板7，所述椭圆封头4的下部设置有气化剂进口8，所述气化炉腔体6的侧壁设置有1个物料进口13，所述提升段2的侧壁设置有1排气化剂喷嘴3，每排所述气化剂喷嘴3沿提升段2的圆周方向均匀布置6个，所述提升段2的顶部设置有气体出口1，所述气体出口1与除尘系统连接；其中：所述提升段2与气化炉腔体6的内径比为1:2；所述提升段2、气化炉腔体6及出渣口短节12的内壁上均涂覆有隔热层和耐火层，所述耐火层位于隔热层的外侧，隔热层材料为轻质莫来石，厚度为150mm，耐火层材料为刚玉浇注料，厚度为100mm，所述出渣口短节12外部设置有水夹套15，所述水夹套15内部设置有空腔，所述水夹套15上设置有进水口14、出水口16，所述空腔、进水口14及出水口16连通，以实现冷却水的进出；所述气化剂喷嘴3、渣口喷嘴10的内层为通气管道，所述通气管道外部套设有外壳，所述外壳与通气管道之间形成冷却通道；所述分布板7为倒锥形，所述分布板7的倾斜度为45°，所述分布板7上开有出气孔，所述出气孔的孔径为3mm，数量为200个，以实现椭圆封头4与气化炉腔体6中的气体连通，所述分布板7的外表面涂覆有耐火层。

一种利用含碳固体物料制备燃料气的方法，具体步骤如下：

步骤1，进料：将粒径约10-20mm的含碳固体物料从物料进口13进入气化炉腔6内部；

步骤2，气化剂供气：气化剂通过气化剂进口8通入椭圆封头4内，再通过分布板7均匀进入气化炉腔体6内部；

步骤3，第一次气化反应：气化剂与含碳固体物料在气化炉腔体6内进行第一次气化反应，生成气体与灰渣；

步骤4，第二次气化反应：第一次气化反应产生的气体进入提升段2中，通过气化剂喷嘴3向提升段2中通入氧气和蒸汽的混合气体，第一次气化反应产生的气体与气化剂混合燃烧，以对气体中的含碳颗粒、各种有机物进行第二次气化反应，提高整个气化过程中的碳转化率；

步骤5，气体处理：第二次气化反应产生的气体通过气体出口1进入后续气体除尘处理系统；

步骤6，灰渣处理：第一次气化反应和第二次气化反应产生的灰渣向下沉降，当灰渣到达出渣口短节12的上方时，通过环管气入口9向出渣口短节12中通入气体，控制通入气体的气量以调节灰渣的落渣速度，当灰渣到达出渣口短节12内时，通过渣口喷嘴10向出渣口短节12中通入气化剂，灰渣与气化剂混合燃烧，使灰渣进一步熔融，再通过常规激冷装置可得到玻璃体。

其中，步骤2和步骤3的气化炉腔6内的操作压力为1.0mpa，操作温度为900℃。

实施例3

如图1-图2所示，一种利用含碳固体物料制备燃料气的装置，包括有自下而上依次连接的出渣口短节12、椭圆封头4、气化炉腔体6、变径段5及提升段2，所述出渣口短节12底部设置有熔渣出口11，所述熔渣出口11与激冷装置相连接，所述出渣口短节12的外部设置有水夹套15，所述出渣口短节12侧壁自下而上设置有环管进气口9及1排渣口喷嘴10，每排所述渣口喷嘴10沿出渣口短节12的圆周方向均匀布置6个，所述椭圆封头4内腔中设置有分布板7，所述椭圆封头4的下部设置有气化剂进口8，所述气化炉腔体6的侧壁设置有1个物料进口13，所述提升段2的侧壁设置有2排气化剂喷嘴3，每排所述气化剂喷嘴3沿提升段2的圆周方向均匀布置4个，所述提升段2的顶部设置有气体出口1，所述气体出口1与除尘系统连接；其中：所述提升段2与气化炉腔体6的内径比为3:4；所述提升段2、气化炉腔体6及出渣口短节12的内壁上均涂覆有隔热层和耐火层，所述耐火层位于隔热层的外侧，隔热层材料为轻质莫来石，厚度为150mm，耐火层材料为刚玉浇注料，厚度为100mm，所述出渣口短节12外部设置有水夹套15，所述水夹套15内部设置有空腔，所述水夹套15上设置有进水口14、出水口16，所述空腔、进水口14及出水口16连通，以实现冷却水的进出；所述气化剂喷嘴3、渣口喷嘴10的内层为通气管道，所述通气管道外部套设有外壳，所述外壳与通气管道之间形成冷却通道；所述分布板7为倒锥形，所述分布板7的倾斜度为45°，所述分布板7上开有出气孔，所述出气孔的孔径为4mm，数量为600个，以实现椭圆封头4与气化炉腔体6中的气体连通，所述分布板7的外表面涂覆有耐火层。

一种利用含碳固体物料制备燃料气的方法，具体步骤如下：

步骤1，进料：将粒径约10-20mm的含碳固体物料从物料进口13进入气化炉腔6内部；

步骤2，气化剂供气：气化剂通过气化剂进口8通入椭圆封头4内，再通过分布板7均匀进入气化炉腔体6内部；

步骤3，第一次气化反应：气化剂与含碳固体物料在气化炉腔体6内进行第一次气化反应，生成气体与灰渣；

步骤4，第二次气化反应：第一次气化反应产生的气体进入提升段2中，通过气化剂喷嘴3向提升段2中通入氧气和蒸汽的混合气体，第一次气化反应产生的气体与气化剂混合燃烧，以对气体中的含碳颗粒、各种有机物进行第二次气化反应，提高整个气化过程中的碳转化率；

步骤5，气体处理：第二次气化反应产生的气体通过气体出口1进入后续气体除尘处理系统；

步骤6，灰渣处理：第一次气化反应和第二次气化反应产生的灰渣向下沉降，当灰渣到达出渣口短节12的上方时，通过环管气入口9向出渣口短节12中通入气体，控制通入气体的气量以调节灰渣的落渣速度，当灰渣到达出渣口短节12内时，通过渣口喷嘴10向出渣口短节12中通入气化剂，灰渣与气化剂混合燃烧，使灰渣进一步熔融，再通过常规激冷装置可得到玻璃体。

其中，步骤2和步骤3的气化炉腔6内的操作压力为0.2mpa，操作温度为1000℃。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。