一种煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤粉气化炉，特别是一种煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置。

背景技术：

2.煤粉气流的预热干馏与气化的装置（或称为煤粉气化炉）是一种用于提供适当高温的发生炉煤气（以下简称热煤气）的热工设备，通常称为热煤气发生炉，由于环保要求一度被停止使用，发生炉煤气被天然气所取代。但随着煤粉气化工艺的改进以及煤炭综合利用的巨大需求，煤粉气化装置及其相关技术仍得到了长足的发展，尤其是大型煤气化装置。由于种种原因能源价格上涨，尤其是天然气价格上涨，成为不少热利用设备（如各种炉窑）正常使用的掣肘。因此，在环保达标的前提下利用优质煤粉产生清洁热煤气成为取代天然气与其他燃气的一种有效手段。有鉴于此，提出一种结构新颖的旋流煤粉气流经温回流热煤气混合加热而被干馏，而干馏气燃烧进一步导致煤粉继续气化的煤粉气化设备——一种煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置（回流煤气加热的干馏气化炉），以期达到结构稳定、运行安全、热煤气温度与成分可控、节能高效与低成本、以及低污染物排放的技术要求势在必行。

技术实现要素：

3.针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，可有效解决现有技术热煤气温度与成分不可控、耗能低效成本高的问题。
4.本实用新型解决的技术方案是，包括炉体，其特征在于，炉体由上下封闭的不同直径的两个钢制圆筒体内砌筑耐火材料而构成的瓶状结构，其上部筒体形状为钟罩形，其内空间构成上部的旋流干馏室和下部的干馏气混合加热室，下部筒体由圆锥筒体连接下部的圆筒体构成，其内空间构成上部的燃烧气化室和下部的燃气旋流分离室，旋流干馏室、干馏气混合加热室、燃烧气化室、燃气旋流分离室从上至下依次相连通。
5.本实用新型气化装置具备了稳定安全且紧凑的优化结构，做到了高气化效率、高煤气质量、高可控可调性、以及节能与环保的优良性能，是干馏气化装置（炉）追求探索结稳定牢固与性能优异的一大创新。
附图说明
6.图1为本实用新型结构的剖面主视图。
7.图2为本实用新型结构的旋流干馏室部位截面图。
8.图3为本实用新型结构的干馏气混合加热室截面图。
9.图4为本实用新型结构的燃气旋流分离室截面图。
10.图5为本实用新型结构的射流混合燃气导入管截面图。
[0011] 其中，1 旋流干馏室墙体，1-1旋流干馏室，1-2煤粉气流均化环墙，1-3煤粉气流均化环道，1-4 煤粉气流进口管，1-5 调节气流进口管，1-6 煤粉气流导向环槽，1-7 回流煤气导向环槽，1-8 上回流煤气引入管，1-9 射流混合燃气导入管，1-10干馏气流喷出口；2-1下回流煤气引入管，2-2回流煤气分配环道，2-3 回流煤气引出口，2-4 干馏气混合加热室，3 燃烧气化室墙体，3-1燃烧气化室，3-2燃气旋流分离室，3-3内热煤气汇集孔口，3-4 内热煤气汇集环道，3-5外热煤气汇集孔口，3-6外热煤气汇集环道，3-5热煤气导出管，3-7 中心灰渣汇集管，3-8环道灰渣汇集管，3-9热煤气导出管，4-1下热煤气回流管，4-2上热煤气回流管，4-3下热煤气引出管，4-4上热煤气引出管。
实施方式
[0012]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
[0013]
由图1-5给出，本实用新型包括炉体，炉体由上下封闭的不同直径的两个钢制圆筒体内砌筑耐火材料而构成的瓶状结构，其上部筒体形状为钟罩形，其内空间构成上部的旋流干馏室1-1和下部的干馏气混合加热室2-4，下部筒体由圆锥筒体连接下部的圆筒体构成，其内空间构成上部的燃烧气化室3-1和下部的燃气旋流分离室3-2，旋流干馏室1-1、干馏气混合加热室2-4、燃烧气化室3-1、燃气旋流分离室3-2从上至下依次相连通。
[0014]
为了保证使用效果，所述的炉体砌筑的耐火材料从内到外依次为重质耐温承重材质、轻质保温材质、陶瓷纤维毡、结构钢制外壳。
[0015]
所述的旋流干馏室1-1下部有水平切向接入的煤粉气流进口管1-4，煤粉气流进口管1-4与煤粉气流导向环槽1-6相连通，煤粉气流导向环槽1-6与煤粉气流均化环道1-3相连通，煤粉气流均化环道1-3与旋流干馏室1-1相连通，旋流干馏室1-1与其下方的干馏气流喷出口1-10相连通，干馏气流喷出口1-10与其下方的干馏气混合加热室2-4相连通；煤粉气流经其进入煤粉气流导向环槽1-6，在其导流下形成周向均匀且快速旋转的强旋流煤粉气流，并经煤粉气流均化环道1-3的引导旋流向上进入旋流干馏室1-1并向上旋流折返向下；此时，受旋流干馏室顶部下来的热煤气混合气流的加热作用而形成干馏气流（煤粉干馏后的气流），向下经干馏气流喷出口1-10进入干馏气混合加热室2-4。
[0016]
所述的煤粉气流均化环道1-3为上部开口的矩形截面状，其宽度影响煤粉气流的周向均匀程度以及上行的回旋气流的旋流强度。
[0017]
为强化干馏室的预热与导流作用，所述的旋流干馏室1-1顶部设置有射流混合燃气导入管1-9，射流混合燃气导入管1-9顶端设置调节空气进口管1-5，侧壁水平切向设置有上回流煤气引入管1-8并连通射流混合燃气导入管1-9壁面上的回流煤气导向环槽1-7；用调节空气进口管1-5喷射的调节空气卷吸从上回流煤气引入管1-8引入的热煤气气流，形成旋流向下喷射的高温混合气流，于是在旋流干馏室1-1中与上行的强旋流煤粉气流相遇，形成涡旋状的旋流流动（旋转的涡圈结构），有效强化了煤粉气流的加热与干馏的热、质交换过程（完成一级煤气回流涡旋流动的加热煤粉干馏），同时也加强了干馏气流向下进入干馏气流喷出口1-10的旋流流动动能。
[0018]
所述的回流煤气导向环槽1-7截面形状为圆弧形并与切向接入的煤粉气流进口管1-4实现平滑过渡，用以提高煤粉气流沿周向运动的均匀程度，并降低煤粉气流的紊乱程度以减小气流的运动阻力。
[0019]
所述的干馏气混合加热室2-4外的旋流干馏室墙体1中设有回流煤气分配环道2-2，回流煤气分配环道2-2外侧连通有下回流煤气引入管2-1，内侧设有周向均布的多个水平倾斜的与干馏气混合加热室2-4相连通的回流煤气引出口2-3；于是回流热煤气受到干馏气流向下旋流流动动能的牵引而进入干馏气混合加热室2-4，相互间进行强旋流混合与传热，形成旋流干馏气燃烧气流而向下进入燃烧气化室3-1（完成二级煤气回流强旋流加热干馏气与煤粉）。
[0020]
所述的燃烧气化室3-1为上锥筒中圆筒下锥筒的瓮状结构，其直径大于上部干馏气混合加热室2-4的直径，利用旋流附壁效应旋流气流会形成中心回流涡旋；这就使得从干馏气混合加热室2-4流出干馏气燃烧气流利用燃烧气化室结构使煤粉气流形成强旋涡旋流动，以实现煤粉的充分停留、部分燃烧与充分气化，而且从燃烧气化室3-1过渡到下部燃气旋流分离室3-2也是一个收缩的锥筒，这就使得强旋涡旋流动效果得到加强。
[0021] 所述的燃气旋流分离室3-2直径小于燃烧气化室3-1中部圆筒直径，且在燃烧气化室墙体3内同心设置有内热煤气汇集环道3-4、外热煤气汇集环道3-6，并经外热煤气汇集孔口3-5相连通，内热煤气汇集环道3-4经内热煤气汇集孔口3-3与燃气旋流分离室3-2相连通，燃烧气化室墙体3外壁面上设置有与外热煤气汇集环道 3-6相连通的热煤气流导出管3-9；这样的设置改变了气流流场的结构，不仅使得燃气旋流分离室3-2的燃烧气流能通过热煤气汇集孔口3-3顺利进入内热煤气汇集环道 3-4，再经由并经由外热煤气汇集孔口3-5进入外热煤气汇集环道3-6，之后再经热煤气导出管3-9进入热利用设备，有效减小了热煤气导出管3-9内流体流动对燃气旋流分离室3-2与燃烧气化室3-1内的均匀的旋流流场结构的影响。
[0022]
所述的内热煤气汇集孔口3-3、外热煤气汇集孔口3-5为上下多层次水平布置与周向多孔口均布的矩形截面孔口，内热煤气汇集孔口3-3沿燃气旋流分离室3-2内气流方向倾斜布置，倾斜角度为15
°‑
25
°
，以便在内热煤气汇集环道3-4内形成旋流流动，而外热煤气汇集孔口3-5沿燃气旋流分离室3-2环道径向布置，内热煤气汇集环道3-4下方连接有垂直伸出炉底的环道灰渣汇集管3-8，燃气旋流分离室3-2底部设置有垂直伸出炉底的中心灰渣汇集管3-7；这样的内、外热煤气汇集孔口的布置特征，不仅有助于燃烧气化室气流流场的均匀分布，且不受热煤气导出管3-9内热煤气流动的影响，而且能使旋流燃气中的煤粉灰渣因惯性前行而与携带气流（热煤气）在进入热煤气汇集孔口3-3时相互分离（尤其是较大的煤粉颗粒），这样煤粉灰渣就自行在炉底逐步集聚，之后从中心灰渣汇集管3-7定期排除；同样的分离过程也会发生在内热煤气汇集环道3-4（内热煤气汇集孔口3-3的水平倾斜而使气流在其中是旋流流动的）与外热煤气汇集孔口3-5之间，其集聚的灰渣由设置在内热煤气汇集环道3-4底部的环道灰渣汇集管3-8定期排出。
[0023]
所述的热煤气流导出管3-9经其上方垂直设置的下热煤气引出管4-3与下热煤气回流管4-1相连通，下热煤气回流管4-1分别与下回流煤气引入管2-1、上热煤气引出管4-4相连通，上热煤气引出管4-4经上热煤气回流管4-2与上回流煤气引入管1-8相连通，热煤气的回流是通过设置垂直连通下热煤气回流管4-1和上热煤气回流管4-2得以实现的，下热煤气回流管4-1通过下热煤气引出管4-3从热煤气导出管3-9的顶部垂直引出，而上热煤气回流管4-2通过上热煤气引出管4-4从下热煤气回流管4-1的水平段的顶部垂直向上引出；单独设置热煤气回流管既能实现多级回流预热，还有助于有效控制回流量，进而有效控制干
馏气化过程的温度与热煤气的组分。
[0024]
本实用新型的使用情况是，一定压力的空气（一次助燃空气）携带粉进入煤粉气流进口管切向进入煤粉气流均化环道1-3下部的煤粉气流导向环槽1-7形成均匀的强旋流的旋流煤粉气流，之后旋流向上离开煤粉气流均化环道1-3而进入旋流干馏室1-1并继续旋流上行并在拱顶折返；同时，在旋流干馏室1-1顶部的射流混合热煤气导入管1-9的顶部有调节气流从调节空气进口管1-5喷出进入射流混合热煤气导入管1-9，在此卷吸从回流热煤气引入管1-8切向进入的高温热煤气流形成高温混合的旋流气流，并经射流混合燃气导入管1-9的出口旋流向下进入旋流干馏室1-1；在此向下的高温混合气流与上行的旋流煤粉气流相遇形成强旋涡环流态，用以实现相互间回旋流动混合与传热，煤粉被加热析出挥发份（完成一级煤气回流强旋流加热煤粉产生干馏气与完成或部分完成干馏后旋流煤粉气流向下经收缩结构的干馏气流喷出口1-10进入下部的干馏气混合加热室2-4；因其干馏煤粉气流高速向下流动而卷吸由下回流煤气引入管2-1进入的回流热煤气，它经回流煤气分配环道2-2继而经周向均布的多个水平倾斜的回流煤气引出口2-3而以旋流流动方式进入干馏气混合加热室2-4；在此相互间进行强旋流混合与传热，形成旋流干馏气燃烧气流而向下进入燃烧气化室3-1（完成二级煤气回流强旋流加热干馏气与煤粉，产生部分燃烧）；在燃烧气化室3-1在强旋流的导引下较高温度使得煤粉干馏析出挥发分与快速完成燃烧放热，同时干馏后的煤粉继续在欠氧环境下完成吸热气化并释放出煤气（主要是co）；控制煤粉气流和调节气流各自的流量，维持燃烧气化室3-1内合适的反应温度，让煤粉气流在其中实现尽可能充分的气化，并形成含有煤粉灰渣与大量热煤气（以co为主）的高温燃气流进入燃气旋流分离室3-2；在此，燃烧气流旋流运动后经内热煤气汇集孔口3-3进入内热煤气汇集环道3-4,再经外热煤气汇集孔口3-5进入外热煤气汇集环道3-6,之后从热煤气导出管3-9流出，并输送到相关的热利用设备与装置；这样的结构设置使得热煤气导出管3-9内的流体流动对燃气旋流分离室3-2与燃烧气化室3-1内的均匀旋流流场结构的影响极大削弱；更重要的是，将矩形截面通道结构的内热煤气汇集孔口3-3，做成与燃气旋流方向一致的周向倾斜角度，同时采用分上下多层布置与周向多孔口的均匀布置还能使得内热煤气汇集环道3-4中气流回旋运动，这样残存的煤粉灰渣也会进一步得到旋流分离；这样煤粉灰渣就自行在炉底逐步集聚，之后从灰渣排出口3-7定期排除；同样，集聚的灰渣由设置在内热煤气汇集环道3-4底部的环道灰渣汇集管3-8定期排出；这样热煤气的含尘量得到有效控制。在热煤气导出管3-9上部有垂直与之接通的下热煤气引出管4-3将一部分热煤气向上引出，进入连通下回流煤气引入管2-1，进入干馏气混合加热室2-4完成対干馏气及煤粉的加热；在下热煤气回流管4-1转折管段的上部有上热煤气引出管4-4与之连通，使一部分回流热煤气进入其上的上热煤气回流管4-2，向上转折后连通回流热煤气引入管1-8；射流混合燃气导入管1-9为渐缩截面的锥状管，其顶部中心装有管状渐缩的调节空气进口管1-5，在其侧面有上回流热煤气引入管1-8切向切入并与其壁面上的回流煤粉气导向环槽1-7平滑连通，在此，受调节空气进口管1-5内高速空气的喷射作用，使得侧面回流热煤气引入管1-8中的热煤气（热气化煤气）快速旋流进入射流混合燃气导入管1-9，并经相互混合后向下进入旋流干馏室1-1，调节空气进口管1-4与射流混合燃气导入管1-9的结构形状、以及回流热煤气引入管1-8直径等，都决定回流的高温热煤气的流入量。单独设置热煤气回流管既能实现多级回流预热，还有助于有效控制回流量，进而有效控制干馏气化过程的温度与热煤气的组分。
[0025]
本实用新型在实施过程中能借助煤粉气流与调节空气流的调节与控制，以及回流热煤气流量的调节与控制，产生热利用设备所需的高温热煤气或者高温烟气（不主要含可燃气体的热气流），有效满足了炉窑设备的具体需求。由于该装置在封闭与近乎绝热的状态下工作，且干馏气化过程中能对空气量与煤气量的有效控制，其性能特征必然是节能、高效且工艺适应性强；由于采用了高温自预燃烧的干馏气化过程没有煤焦油生成，产生较为干净的高温燃气，能在相关的炉窑上取代天然气等多中气体燃料；而且其预热干馏与燃烧气化的整个过程严格控制空气量与控制装置内温度，不会有超标的氮氧化物（nox）产生，其环保与低污染物排放的特征尤为突出；该装置严格设计以满足技术要求，强调技术创新、结构紧凑与合理、以及材料选用适配，使其结构的稳定与安全得到有效保障。
[0026]
本实用新型是集多种煤粉干馏气化装置的先进技术与于一体的干馏气化新结构，与现有技术相比，具有以下优点：
[0027]
a）采用独特的煤粉气流均化环道以强旋流的方式实现周向气流快速的均匀分布并旋流向上；
[0028]
b）设计独特的旋流干馏室结构，并结合干馏室顶部引射回流热煤气形成的向下的旋流射流，与旋流向上的煤粉气流一起形成高强度的涡旋（旋转的涡圈）流动，以便实现煤粉气流更加充分均匀的混合、预热与快速干馏；
[0029]
c）用两头直径小中间直径大的气化燃烧室结构使气流产生在中心部位出现回流流动，以便于实现煤粉气流的充分停留、部分燃烧与充分完成气化；
[0030]
d）采用双汇集环道引出气流的结构在不影响燃烧气化室内流场结构的基础上实现热煤气气流与灰渣的有效分离、均匀汇集与顺利导出。
[0031]
要指出的是，上述仅是本实用新型的较佳实施例，是用于说明本实用新型的具体实施方式，而不是用于限制本实用新型的保护范围，凡是采用等同、等效手段所作出的在本质上与本实用新型相同的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，包括炉体，其特征在于，炉体由上下封闭的不同直径的两个钢制圆筒体内砌筑耐火材料而构成的瓶状结构，其上部筒体形状为钟罩形，其内空间构成上部的旋流干馏室(1-1)和下部的干馏气混合加热室(2-4)，下部筒体由圆锥筒体连接下部的圆筒体构成，其内空间构成上部的燃烧气化室(3-1)和下部的燃气旋流分离室(3-2)，旋流干馏室(1-1)、干馏气混合加热室(2-4)、燃烧气化室(3-1)、燃气旋流分离室(3-2)从上至下依次相连通。2.根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的炉体砌筑的耐火材料从内到外依次为重质耐温承重材质、轻质保温材质、陶瓷纤维毡、结构钢制外壳。3.根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的旋流干馏室(1-1)下部有水平切向接入的煤粉气流进口管(1-4)，煤粉气流进口管(1-4)与煤粉气流导向环槽(1-6)相连通，煤粉气流导向环槽(1-6)与煤粉气流均化环道(1-3)相连通，煤粉气流均化环道(1-3)与旋流干馏室(1-1)相连通，旋流干馏室(1-1)与其下方的干馏气流喷出口(1-10)相连通，干馏气流喷出口(1-10)与其下方的干馏气混合加热室(2-4)相连通。4.根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的旋流干馏室(1-1)顶部设置有射流混合燃气导入管(1-9)，射流混合燃气导入管(1-9)顶端设置调节空气进口管(1-5)，侧壁水平切向设置有上回流煤气引入管(1-8)并连通射流混合燃气导入管(1-9)壁面上的回流煤气导向环槽(1-7)。5.根据权利要求4所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的回流煤气导向环槽(1-7)截面形状为圆弧形并与切向接入的煤粉气流进口管(1-4)实现平滑过渡。6.根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的干馏气混合加热室(2-4)外的旋流干馏室墙体(1)中设有回流煤气分配环道(2-2)，回流煤气分配环道(2-2)外侧连通有下回流煤气引入管(2-1)，内侧设有周向均布的多个水平倾斜的与干馏气混合加热室(2-4)相连通的回流煤气引出口(2-3)。7.根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的燃烧气化室(3-1)为上锥筒中圆筒下锥筒的瓮状结构，其直径大于上部干馏气混合加热室(2-4)的直径。8. 根据权利要求1所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的燃气旋流分离室(3-2)直径小于燃烧气化室(3-1)中部圆筒直径，且在燃烧气化室墙体(3)内同心设置有内热煤气汇集环道(3-4)、外热煤气汇集环道(3-6)，并经外热煤气汇集孔口(3-5)相连通，内热煤气汇集环道(3-4)经内热煤气汇集孔口(3-3)与燃气旋流分离室(3-2)相连通，燃烧气化室墙体(3)外壁面上设置有与外热煤气汇集环道 (3-6)相连通的热煤气流导出管(3-9)。9.根据权利要求8所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的内热煤气汇集孔口(3-3)、外热煤气汇集孔口(3-5)为上下多层次水平布置与周向多孔口均布的矩形截面孔口，内热煤气汇集孔口(3-3)沿燃气旋流分离室(3-2)内气流方向倾斜布置，倾斜角度为15
°‑
25
°
，外热煤气汇集孔口(3-5)沿燃气旋流分离室(3-2)环道
径向布置，内热煤气汇集环道(3-4)下方连接有垂直伸出炉底的环道灰渣汇集管(3-8)，燃气旋流分离室(3-2)底部设置有垂直伸出炉底的中心灰渣汇集管(3-7)。10.根据权利要求8所述的煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，其特征在于，所述的热煤气流导出管(3-9)经其上方垂直设置的下热煤气引出管(4-3)与下热煤气回流管(4-1)相连通，下热煤气回流管(4-1)分别与下回流煤气引入管(2-1)、上热煤气引出管(4-4)相连通，上热煤气引出管(4-4)经上热煤气回流管(4-2)与上回流煤气引入管(1-8)相连通。

技术总结

本实用新型涉及煤粉旋流回流热煤气分级加热控温的干馏气化装置，可有效解决现有技术热煤气温度与成分不可控、耗能低效成本高的问题，其解决的技术方案是，炉体由上下封闭的不同直径的两个钢制圆筒体内砌筑耐火材料而构成的瓶状结构，其上部筒体形状为钟罩形，其内空间构成上部的旋流干馏室和下部的干馏气混合加热室，下部筒体由圆锥筒体连接下部的圆筒体构成，其内空间构成上部的旋流气化室和下部的燃气旋流分离室，本实用新型气化装置具备了稳定安全且紧凑的优化结构，做到了高气化效率、高煤气质量、高可控可调性、以及节能与环保的优良性能，是干馏气化装置上的创新。是干馏气化装置上的创新。是干馏气化装置上的创新。