專利名稱：蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)的常壓移動床煤氣發(fā)生爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)的常壓移動床煤氣發(fā)生爐，該發(fā)生爐能采用碎煤、粉煤及高灰分劣質(zhì)煤制取低熱值混合煤氣，屬煤炭氣化技術(shù)領(lǐng)域。
當(dāng)前的常壓移動床煤氣發(fā)生爐在生產(chǎn)混合煤氣時存在以下幾個問題一、不適應(yīng)較廣的煤種，對入爐制取煤氣的煤炭的粒態(tài)、粘結(jié)性、機械強度、熱穩(wěn)定性、灰分含量和灰熔點有嚴格的要求，其中某項指標(biāo)不符合要求就難于實現(xiàn)正常氣化。
二、由空氣和蒸氣組成的氣化劑，其飽和溫度必須通過設(shè)置于發(fā)生爐上的儀表指示進行嚴格調(diào)節(jié)控制。
三、當(dāng)改變有一定限度范圍的氣化用料時，必須重新測驗制定新的操作標(biāo)準(zhǔn)。
四、因其蒸汽采用外供方式，自產(chǎn)蒸汽不足時，必須采取另設(shè)蒸汽汽源的裝置，對蒸汽的輸送壓力和流量有著嚴格的控制指標(biāo)。
美國專利US4556402號給出一種固體燃料在移動床及流化床中的氣化方法，該方法采用氧氣和水蒸汽為氣化介質(zhì)，整個氣化過程壓力為5-150巴，但該煤氣化設(shè)備結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜，且使用氧氣作為氣化介質(zhì)，要求高溫高壓的生產(chǎn)條件。
中國專利申請CN87108092A號給出一種雙流換向煤氣發(fā)生的方法和設(shè)備，使用蒸汽和混合氣兩種不同的氣化介質(zhì)，分別從移動床上、下兩端送入移動床床層，且周期性更換通入移動床床層的方向，生產(chǎn)過程在常壓下進行。其蒸汽與空氣的換向是遵照發(fā)生爐氧化層給出的嚴格溫度指令進行，屬于半水煤氣生產(chǎn)工藝范疇，因此，該發(fā)生爐如使用碎煤，要先合成型煤，無法適用劣質(zhì)煤和粉煤氣化。
一般，不論大型或小型氣化爐，對于煤種選用要求比較嚴格，因為一旦選用不當(dāng)會在爐中結(jié)起渣來，給爐子帶來操作麻煩和經(jīng)濟損失，多年來未能解決，大型的現(xiàn)在改用流態(tài)化床式加壓氣化，對于小型爐子，結(jié)渣問題仍未得到較好解決，因而，對劣質(zhì)煤和粉煤未能大膽暢開在爐內(nèi)應(yīng)用。因我國煤炭分布不均，北方煤且多為優(yōu)質(zhì)煤，南方煤少且多為劣質(zhì)煤，且煤礦洗煤之后，留下大量粉煤無法應(yīng)用，主要因顆粒小和灰分多。
為此，本發(fā)明設(shè)計了一種能自動調(diào)節(jié)蒸汽和氣化強度的常壓移動床煤氣發(fā)生爐。本發(fā)明的煤氣發(fā)生爐對原有的發(fā)生爐煤氣氣化劑混合方式進行改進，在煤氣發(fā)生爐中設(shè)計了一個能自動調(diào)節(jié)氣化劑飽和溫度與氣化強度的裝置，從而使煤氣發(fā)生爐廣泛適應(yīng)不同煤種并實現(xiàn)有效氣化。
另外，為了適應(yīng)不同程度的結(jié)渣，保證安全操作，在本發(fā)明煤氣發(fā)生爐底部安裝一個可升降旋轉(zhuǎn)排渣器。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)的常壓移動床煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)進行詳細描述。


圖1是本發(fā)明的示意2是蒸汽內(nèi)透氣管的結(jié)構(gòu)原理3是圖1的A-A剖視4是本發(fā)明的可升降旋轉(zhuǎn)排渣器的結(jié)構(gòu)5是本發(fā)明直接應(yīng)用于炊事的結(jié)構(gòu)示意圖本發(fā)明的煤氣發(fā)生爐是對現(xiàn)有的常壓移動床煤氣發(fā)生爐的改進，除半水套爐體結(jié)構(gòu)相同外，對其它結(jié)構(gòu)進行了改進。
本發(fā)明的蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)的常壓移動床煤氣發(fā)生爐主要由半水套爐體50，移動床51，蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置52和可升降旋轉(zhuǎn)排渣器5組成。其中，半水套爐體和移動床與現(xiàn)有的常壓煤氣發(fā)生爐相同，不再描述。蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置和可升降旋轉(zhuǎn)排渣器為本實用新型的核心，下面分別予以詳細描述。
本發(fā)明的蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，該裝置位于爐壁上，主要由水套式發(fā)生爐中段2，位于發(fā)生爐中段下面與其嚴密連接的蒸汽均壓室3，在蒸汽均壓室下面與其嚴密連接的氣化劑混合室4組成。
本發(fā)明的發(fā)生爐中段2的水套內(nèi)設(shè)置有隨不同爐床直徑而設(shè)計的蒸汽內(nèi)送氣管8，其數(shù)量為2只以上，蒸汽管8的一頭為輸出管23，另一頭為輸入管21，輸入、輸出管中間有閥門22，閥門22可是手動閥或電動閥，蒸汽管8的輸出管23伸入到水套內(nèi)水面以上的空間，然后伸出水套通過閥門22控制又從旁側(cè)(即輸入管21)伸入到水套內(nèi)，并通過水層伸入到下面蒸汽均壓室3中。蒸汽管8穿過上述各室時全部采用密封，蒸汽由輸出管23通過閥門22進入輸入管21，然后進入蒸汽均壓室3。閥門22在發(fā)生爐運行時呈全開狀，無須調(diào)節(jié)。
蒸汽均壓室3的底部環(huán)板14上有一圈微孔11，蒸汽管8進入蒸汽均壓室3后，根據(jù)氣化劑混合室4中的壓力，使蒸汽均壓室中的蒸汽通過底部環(huán)板上的一圈微孔11進入到氣化劑混合室4，微孔11的總截面要使蒸汽輸入時保證氣化強度，底部環(huán)板上的一圈微孔11的總截面積最好是水套截面積的1/5。
氣化劑混合室4的外側(cè)開有一個空氣輸入管13，室內(nèi)有一個環(huán)狀折流板9，環(huán)狀折流板上端與蒸汽均壓室的底部環(huán)板14連在一起，下端懸空。氣化劑混合室的內(nèi)壁24的環(huán)狀面上有一圈微孔12，折流板9與內(nèi)壁24之間形成一個混合室后腔。當(dāng)由空氣管13進入的空氣和通過蒸汽均壓室的微孔11進入的蒸汽進入氣化劑混合室4中進行熱交換時，利用折流板9的粘滯作用，使交換后的冷凝水粘滯于該板上，借助交換后的氣化劑流速將冷凝水吹到混合室的底部，然后冷凝水從底部的出水口25排出;氣化劑通過折流板9的下端進入混合室后腔，由混合室的內(nèi)壁24的環(huán)狀面上的一圈微孔12進入到移動床51爐床下面，微孔12可以根據(jù)爐床料層的阻力變化對氣化劑形成不同的節(jié)流作用。微孔12的總截面積最好為蒸汽管與空氣管截面積的總和。
為了適應(yīng)不同程度的結(jié)渣排出，保證安全操作，本發(fā)明的煤氣發(fā)生爐的底部安裝了一個可升降旋轉(zhuǎn)排渣器5。圖4是其圖結(jié)構(gòu)，主要由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和升降機構(gòu)組成。
可升降旋轉(zhuǎn)排渣器5由渣刀架和渣刀31、刮灰板32、出渣口33起旋轉(zhuǎn)作用的變速箱34，起升降作用的變速箱36，旋轉(zhuǎn)軸套38和升降軸桿39組成。變速箱34和36中的變速機構(gòu)35和37可以是蝸輪、蝸桿或傘形齒輪嚙合機構(gòu)，可根據(jù)力的強弱選擇其中一種，變速箱36位于變速箱34的下面，其工作過程為當(dāng)變速箱34中的變速機構(gòu)35被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，其軸套38也同時轉(zhuǎn)動并驅(qū)動置于該套內(nèi)的升降軸桿39一起轉(zhuǎn)動，由于軸桿39的頂部牢固地裝有排渣刀架31，因此排渣刀架和渣刀31也同時旋轉(zhuǎn)，同時安裝在軸套38上的刮灰板32也隨之轉(zhuǎn)動，這樣將結(jié)渣粉碎后，由排渣口32排出。
此時，當(dāng)變速機構(gòu)35改變旋轉(zhuǎn)方向時，升降軸桿39的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變，這樣，鑲套在軸桿39上的變速機構(gòu)37也改變旋轉(zhuǎn)方向，在起升降作用的變速箱36的傳動下使升降軸桿39上升或下降，從而起到對排渣深淺的控制作用。升降可采用螺桿進退或液壓進退，它們的行程由行程開關(guān)來控制，由多組行程開關(guān)組成即可實現(xiàn)不同排渣深度的操作。
另外，本發(fā)明中的可升降旋轉(zhuǎn)排渣器的旋轉(zhuǎn)軸套38和升降軸桿39也可以采用其它結(jié)構(gòu)形式。例如，旋轉(zhuǎn)軸套可以是空管結(jié)構(gòu)，空管兩端設(shè)滑動槽，使升降軸桿39定位，并能上下滑動，升降軸桿39也可采用空管結(jié)構(gòu)。它們的結(jié)構(gòu)主要取決于計算的排渣力的大小，以保證足夠的排渣力，一般設(shè)計其旋轉(zhuǎn)軸套38的直徑應(yīng)為爐床直徑的1/3，其旋轉(zhuǎn)軸桿39的直徑應(yīng)為軸套直徑的1/3，這樣可以保證有足夠的排渣力。
可升降旋轉(zhuǎn)排渣器的特點是它可以根據(jù)不同煤炭的結(jié)渣特性，進行調(diào)節(jié)排渣。如形成的灰渣顆粒小時，排渣器的灰刀可控制在淺層排渣;如形成的灰渣顆粒大時，排渣器的灰刀便升入到深層處排渣，它可以根據(jù)氣化爐入爐料的煤炭質(zhì)量，以及氣化后形成的結(jié)渣特性，調(diào)節(jié)排渣的深度以保證氣化爐能不斷加料、排渣，實現(xiàn)煤氣連續(xù)生產(chǎn)。
煤炭具有復(fù)雜的物理特性，很難使多種煤能在同一發(fā)生爐中都得到氣化，因此需要說明本實用新型對多種煤炭的適應(yīng)性，下面介紹本發(fā)明工作原理及過程正在熱備狀態(tài)的發(fā)生爐，料床上已鋪置一定厚的煤層。作為氣化工藝概念，氣化料層必須具備有渣層、氧化層、還原層、干層、干渣層和空層。各層的溫度不同，同時由于料層的密度不同，故對由爐床吹入的氣化劑形成不同的阻力。煤炭必須通過氣化劑的作用，在一定的溫度下實現(xiàn)碳的氣固相反應(yīng)，而生產(chǎn)出煤氣。氣化劑的空氣與蒸汽比對煤炭的氣化有十分重要的作用，本發(fā)明就是一種實現(xiàn)氣化劑混合比自動調(diào)節(jié)的裝置。首先空氣由氣化劑混合室4吹進爐底，使氧化層溫度升高。為了促進氧化并控制高灰分煤的結(jié)渣，當(dāng)開啟發(fā)生爐水套頂部的蒸汽閥門22時，水套內(nèi)空層便通過蒸汽送氣管8與蒸汽均壓室3相通。蒸汽有壓力時會送入到蒸汽均壓室并通過蒸汽均壓室的微孔11進入到氣化劑混合室4，如蒸汽尚未產(chǎn)生壓力時，由于氣化劑混合室的空氣正在向爐底運動，同時對蒸汽均壓室3形成了虹吸作用，使水套內(nèi)的表面水蒸發(fā)汽自動引入到氣化劑混合室4。溫度高的水蒸汽和冷的空氣發(fā)生熱交換，使空氣溫度增高并含有一定的濕度進入氣化爐底，經(jīng)變換后的冷凝水由氣化劑混合室底部的出水口25和U形排水管溢出爐外。當(dāng)空氣料層阻力大，迫使空氣和蒸汽在氣化劑混合室進行強制熱交換，并控制了蒸汽的輸入量，使多余的蒸汽進入到與發(fā)生爐中段相連通的位于爐套外的貯水箱7，對備用水進行加熱。此時，具有較高溫度和一定含量濕度的空氣對氧化層進行氧化加速;隨著氧化層溫度的增高，氧化層上的還原層也相應(yīng)形成了還原溫度，整個料層由于溫度的增高其阻力相應(yīng)變小，此時空氣的流速加快，蒸汽也相應(yīng)從蒸汽均壓室進入到氣化劑混合室，實現(xiàn)穩(wěn)定的氣化劑組合，并對煤炭進行快速氣化，形成穩(wěn)定的活化中心。氣化爐中，冷煤炭接加料周期不斷填補下移的料層，同時料層的阻力和溫度也在一定的溫度范圍內(nèi)變化著;料層阻力大，溫度低，相應(yīng)蒸汽的供入量就自動減少，料層溫度高阻力小時，蒸汽的供入量就大。這種氣化劑飽和溫度自動調(diào)節(jié)可以有效保證氣化反應(yīng)中，氣體氧化還原的需要，同時防止高灰分煤在氧化過程中的結(jié)渣，體現(xiàn)了蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)下較多煤炭品種能夠進行有效氣化的特點。
另外，煤炭中含灰份量的高低及其不同的化學(xué)成分在煤炭的氣固相反應(yīng)中，勢必造成不同的炭損失量，煤炭中的碳由固體轉(zhuǎn)換成氣體是一個熱分解過程，只有在一定的高溫下，固體碳才能轉(zhuǎn)換為氣體，這個熱分解需要氧氣和碳的反應(yīng)來實現(xiàn)。因為任何煤炭的灰分熔點都有一定標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)氧化溫度超過灰熔點時，灰渣便熔成液態(tài)，當(dāng)碳消耗完后便變冷形成硬渣不易排出，只有當(dāng)蒸汽在灰分未熔化前輸入，借蒸汽的滲透性和還原性，使結(jié)渣的物理性能得到改變，形成松脆的蜂窩體，使渣的硬度大大降低。同時蒸汽在高溫的氧化層中分解出大量的氫氣，一部分氫氣參與繼續(xù)氧化的燃燒增溫，一部分氫氣析出混入由二氧化碳還原成的大量一氧化碳，使煤氣的熱值提高。本發(fā)明由于靈活地控制了蒸汽的輸入和借助氫氣的活化能，使高灰分的煤在熱解中形成一種蒸汽量的無級供給方式，蒸汽分解的氫氣加速了即將形成熔渣上部煤的燃燒加溫，形成的冷凝水滲入即將形成的熔渣內(nèi)部而降低了渣的硬度，從而容易除渣。
發(fā)明人利用該項發(fā)明技術(shù)試制了爐床直徑φ500mm發(fā)生爐裝置，采用了近20種煤炭進行氣化試驗，其中有的煤炭灰分高達37%，機械強度和熱穩(wěn)定性大都不符合標(biāo)準(zhǔn)造氣用料標(biāo)準(zhǔn)，原料的顆粒有20-40mm的煤塊，也有5-15mm的混合碎煤，甚至采用3mm以下的粉煤、泥沙煤進行氣化試驗。除氣化強度因煤種的變異較大有不同外煤氣成份、產(chǎn)氣率、氣化效率均符合發(fā)生爐煤氣的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明不但可以采用較廣泛的煤炭品種直接制取煤氣供炊事燃用，也可通過管道進行小范圍的煤氣輸送燃用。圖5是本實用新型加裝燃燒頭直接用于炊事的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中26為鍋，27是廢氣排出管，28是燃燒器，29是點火器，25是應(yīng)用本實用新型的煤氣發(fā)生爐裝置。
本發(fā)明用于炊事燃氣的生產(chǎn)，可節(jié)約煤炭35%-50%，由于具有產(chǎn)氣快(1-3分鐘氣體點燃)，熱效率高(全部氧化后的料層能持續(xù)產(chǎn)生含氫高的燃氣，使炭的轉(zhuǎn)換率達到90%)等特點，發(fā)生裝置的總熱效率達到84%以上。這種設(shè)備不但可發(fā)展食堂自備煤氣，同時可作為小型煤氣站的氣源。
由于采用本發(fā)明的煤氣發(fā)生爐裝置適用較多煤種，從而提高了煤炭資源利用率，促進我國廣大地區(qū)實現(xiàn)炊事作業(yè)的煤氣化過程。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)在爐床直徑φ1000mm內(nèi)均可采用鑄造加工，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，爐床直徑為φ1000-2200mm可采用鋼板壓制焊直接生產(chǎn)，與常規(guī)的煤氣發(fā)生爐工藝相同，制造方便。
權(quán)利要求
1.一種由半水套爐體，移動床和排渣器組成的常壓移動床煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的煤氣發(fā)生爐上設(shè)有蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置，所說的蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置位于爐壁上，由水套式爐體中段(2)，位于發(fā)生爐中段下面與其嚴密連接的蒸汽均壓室(3)和蒸汽均壓室下面與其嚴密連接的氣化劑混合室(4)組成。
2.如權(quán)利要求一所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的發(fā)生爐中段(2)的水套內(nèi)設(shè)置有2只以上的隨不同爐床直徑而設(shè)計的蒸汽內(nèi)送氣管(8)，蒸汽管(8)的一頭為輸出管(23)，另一頭為輸入管(21)，輸入和輸出管中間有一個手動或電動閥(22)，輸出管(23)伸入到水套內(nèi)水面以上的空間，然后伸出水套通過閥門(22)控制，另一頭輸入管(21)伸入水套內(nèi)，并通過水層伸入到下面蒸汽均壓室(3)中，蒸汽管(8)穿過上述各室時全部采用密封。
3.如權(quán)利要求二所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的蒸汽均壓室(3)的底部環(huán)板(14)上有一圈微孔(11)，蒸汽均壓室(3)中的蒸汽通過這些微孔(11)進入氣化劑混合室(4)，微孔(11)的總截面積要使蒸汽輸入時保證氣化強度;氣化劑混合室(4)的外壁開有一個空氣輸入管(13)，室內(nèi)有一個環(huán)狀折流板(9)的上端與蒸汽均壓室的底部環(huán)板(14)連在一起，下端懸空氣化劑混合室的內(nèi)壁環(huán)狀面上有一圈微孔(12)，折流板(9)與內(nèi)壁(24)，之間形成一個混合室內(nèi)腔。
4.如權(quán)利要求三所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的蒸汽均壓室底部環(huán)板上的一圈微孔(11)的總截面積為水套截面積的1/5，所說的氣化劑混合室內(nèi)壁上的一圈微孔(12)的總截面積為蒸汽管與空氣輸入管截面積的總和。
5.如權(quán)利要求一、二、三、和四所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的排渣器為一個可升降旋轉(zhuǎn)排渣器，它由排渣刀架和渣刀(31)，刮灰板(32)，出渣口(33)，起旋轉(zhuǎn)作用的變速箱(34)，位于變速箱(34)下面的起升降作用的變速箱(36)，旋轉(zhuǎn)軸套(38)和升降軸桿(39)組成，升降軸桿(39)的頂部裝有排渣刀架和渣刀(31)刮灰板(32)裝在軸套(38)上，升降軸桿(39)置，于旋轉(zhuǎn)軸套(38)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸套(38)由變速箱(34)中的變速機構(gòu)(35)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸套(38)帶動升降軸桿(39)一起旋轉(zhuǎn)，變速箱(36)中的變速機構(gòu)(37)鑲套在軸桿(39)上。
6.如權(quán)利要求五所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的升降軸桿(39)上升或下降可以采用螺桿進退或液壓進退，其行程由行程開關(guān)或多組行程開關(guān)控制。
7.如權(quán)利要求五所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的變速機構(gòu)(35)和(37)可以是蝸桿、蝸輪或傘形齒輪嚙合機構(gòu)。
8.如權(quán)利要求六所述的煤氣發(fā)生爐，其特征在于所說的變速機構(gòu)(35)和(37)可以是蝸桿、蝸輪或傘形齒輪嚙合機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明為蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)的常壓移動床煤氣發(fā)生爐，該發(fā)生爐能采用碎煤、粉煤及高灰分劣質(zhì)煤制取低熱值混合煤氣，屬于煤炭氣化技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型在發(fā)生爐上安有水套式發(fā)生爐中段、蒸汽均壓室和氣化劑混合室組成的蒸汽與氣化強度自動調(diào)節(jié)裝置，從而使發(fā)生爐能廣泛適應(yīng)不同煤種并實現(xiàn)有效氣化。另外，本實用新型裝有一個可升降旋轉(zhuǎn)排渣器，能有效排渣，保證安全操作。
文檔編號C10J3/20GK1041777SQ8810693
公開日1990年5月2日 申請日期1988年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月7日
發(fā)明者張寶義 申請人:北京市房山新型煤氣設(shè)備廠, 北京市海淀區(qū)中關(guān)村江南能源環(huán)境研究室