專利名稱：常壓移動床煤氣發(fā)生爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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(jī)械強度、熱穩(wěn)定性、灰分含量和灰熔點有嚴(yán)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(jìn)行嚴(yán)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)蒸氣不足時，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(yán)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，使用蒸氣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，生生產(chǎn)過程在常壓下進(jìn)行。其蒸氣與空氣的換向是遵照發(fā)生爐氧化層給出的嚴(yán)格溫度指令進(jìn)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(yán)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(jì)損失，多年來未能解決，大型的現(xiàn)在改用流態(tài)化床或加壓氣化，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，本實用新型設(shè)計了一種能自動調(diào)節(jié)蒸氣和氣化強度的常壓移動床煤氣發(fā)生爐。本實用新型的煤氣發(fā)生爐對原有的發(fā)生爐煤氣氣化劑混合方式進(jìn)行改進(jìn)，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，在本實用新型煤氣發(fā)生爐底部安裝一個可升降旋轉(zhuǎn)排渣器。
以下結(jié)合附圖，對本實用新型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(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1是本實用新型的示意圖；圖2是蒸汽內(nèi)透氣管的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是
圖1的A－A剖視圖；圖4是本實用新型的可升降旋轉(zhuǎn)排渣器的結(jié)構(gòu)圖5是本實用新型直接應(yīng)用于炊事的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的煤氣發(fā)生爐是對現(xiàn)有的常壓移動床煤氣發(fā)生爐的改進(jìn)，除半水套爐體結(jié)構(gòu)相同外，對其它結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。
本實用新型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(xì)描述。
本實用新型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(yán)密連接的蒸汽均壓室3，在蒸汽均壓室下面與其嚴(yán)密連接的氣化劑混合室4組成。
本實用新型的發(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)計的蒸氣內(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)水面所上的空間，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(jìn)入輸入管21，然后進(jìn)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，蒸氣管8進(jìn)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(jìn)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(jìn)入的空氣和通過蒸氣均壓室的微孔11進(jìn)入的蒸汽進(jìn)入氣化劑混合室4中進(jìn)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口25排出；氣化劑通過折流板9的下端進(jìn)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(jìn)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，本實用新型的煤氣發(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(jī)構(gòu)和升降機(jī)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(jī)構(gòu)35和37可以是蝸輪、蝸桿或傘形齒輪嚙合機(jī)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(jī)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)渣粉粉后，由排渣口32排出。
此時，當(dāng)變速機(jī)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(jī)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(jìn)退或液壓進(jìn)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，本實用新型中的可升降旋轉(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(jìn)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的排渣；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，下面介紹本實用新型工作原理及過程
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，本實用新型就是一種實現(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(jìn)爐底，使氧化層溫度升高。為了促進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行強制熱交換，并控制了蒸汽的輸入量，使多余的蒸汽進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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，煤炭中的炭由固體轉(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。本實用新型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)明人利用該項實用新型技術(shù)試制了爐床直徑φ500mm成發(fā)生裝置采用了近20種煤炭進(jìn)行氣化試驗，其中有的煤炭灰分高達(dá)37％，機(jī)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(jìn)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)。
本實用新型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(jìn)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。
本實用新型用于炊事燃?xì)獾纳a(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?xì)?，使炭的轉(zhuǎn)換率達(dá)到90％)等特點，發(fā)生裝置的總熱效率達(dá)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。
由于采用本實用新型的煤氣發(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(jìn)我國廣大地區(qū)實現(xiàn)炊事作業(yè)的煤氣化過程。
本實用新型結(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φ1000－2200mm可采用鋼板壓制焊接生產(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(yán)密連接的蒸汽均壓室(3)和蒸汽均壓室下面與其嚴(yán)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經(jīng)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)退或液壓進(jìn)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(jī)構(gòu)(35)和(37)可以是蝸桿、蝸輪或 形齒輪嚙合機(jī)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(jī)構(gòu)(35)和(37)可以是蝸桿、蝸輪或 形齒輪嚙合機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實用新型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C10J3/20GK2040099SQ8821460
公開日1989年6月28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