本发明专利技术公开了一种固体燃料的气化反应装置。该装置包括旋风炉，旋风炉包括呈圆筒形的上段部分和呈圆锥筒形的下段部分；上段部分的下端与下段部分的上端成一体的无缝连接；上段部分的顶端有一顶盖，所述顶盖的中心位置设有一排气管；所述旋风炉上段部分的高度与其筒直径的比值在１～２０之间；所述旋风炉靠近顶盖的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道；所述旋风炉上段部分的侧壁上设有沿侧壁正切方向的第一补气通道，第一补气通道位于所述固气进入通道下方；所述固气进入通道与第一补气通道的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分的底端设有一排灰口。本装置气化工艺成本低，可以在比较低的温度下连续运行，较高效率地产生气体燃料。本装置可用于煤、污泥或生物质等固体废料的气化反应。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
一种固体燃料的气化反应装置
本专利技术涉及一种固体燃料的气化反应装置。技术背景煤气化工艺已有二百多年的发展历史，被广泛地应用于工业和民用领域，在传统的应用领域已经发展到非常成熟的水平。近二十年来，对环境保护的要求越来越高，将煤在锅炉中直接燃烧产生蒸汽发电的传统工艺受到了极大的挑战，出现了各种煤气化联合循环的新型发电工艺，将煤先气化，然后在燃气轮机中燃烧做功直接带动发电机。由于这类新型发电工艺对煤气化的要求与传统的煤气化应用领域不同，一系列新的煤气化工艺应运而生，主要有煤粉气化、鼓泡流化床气化和循环流化床气化等。煤粉气化一般采用纯氧在煤灰熔点以上的高温状态下进行，气化效率非常高，但是工艺成本也非常高；鼓泡流化床的气化一般在高压状态下进行，由于工艺的限制，容量和炉膛的空间利用率有限；循环流化床气化工艺是近十几年发展起来的，目前的气化效率还比较低，由于要求固相物料循环流动，气化温度必须限制在煤灰的熔点以下，研究工作主要集中在提高气化效率方面。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中成本高或气化效率低的主要缺点，从而提供了一种固体燃料的气化反应装置。本专利技术提供的一种固体燃料的气化反应装置，包括旋风炉1；所述旋风炉1包括上段部分2和下段部分3，上段部分2基本上呈圆筒形，下段部分3基本上呈上大下小的圆锥筒形；上段部分2的下端与下段部分3的上端成一体的无缝连接；上段部分2的顶端有一顶盖4，所述顶盖4的中心位置设有一排气管5；所述旋风炉上段部分2的高度与其筒直径的比值在1-20之间；所述旋风炉1靠近顶盖4的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道6；所述旋风炉上段部分2的侧壁上设有一个或多个沿侧壁正切方向的第一补气通道7，第一补气通道7位-->于所述固气进入通道6下方；所述固气进入通道6与第一补气通道7的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分3的底端设有一排灰口8。在进行气化反应时，先将固体燃料或气化剂加热到反应温度。参与反应的颗粒状固体燃料和气化剂从固气进入通道6沿切向进入旋风炉1，所述固体燃料可以为煤、污泥或生物质等固体废料，所述气化剂可以为空气、富氧空气、水蒸气或其混合气体。根据已知的流体力学原理，固气混合物在旋风炉1内沿侧壁向下呈螺旋状流动。到达旋风炉1的下段部分3后，气相折返成直径较小的向上的螺旋流动，旋转方向不变，最后从设置于旋风炉顶盖4中心位置的排气管5排出旋风炉1；固相继续向下流动，从位于下段部分3圆锥底部地排灰口8排出旋风炉1。为了避免气相在未达到旋风炉1的底部前因动量损失而失去旋转能力，通过旋风炉1侧壁上的第一补气通道7在不同高度上沿水平切向加入补充气体，补充气体在旋风炉1中的旋转方向与旋风炉1内已有气相的旋转方向相同，增强旋风炉内气相的旋转动量，维持气相的切向速度，这也是本专利技术的特点所在。作为本专利技术的进一步改进，本专利技术提供的一种固体燃料的气化反应装置，还包括一个设有顶盖的提升管9，用于降低固体燃料进入口的高度，并进一步延长了气相和固相的反应时间。所述提升管9最上部侧壁上设有与旋风炉1固气进入通道6相连通的连接管；所述提升管9底端侧壁上开有一进气通道10；所述提升管9侧壁上开有一固体燃料的进料口11，且靠近提升管9底部。本专利技术提供的一种固体燃料的气化反应装置，还可进一步包括一个返料口12，位于所述提升管9侧壁上且靠近提升管9的底部；所述返料口12与旋风炉的排灰口8之间设有一返料通道13；所述返料通道13上设有一个阀14。所述提升管侧壁上进料口的11上方设有一个或者多个第二补气通道15。所述提升管9底端设有排渣口16。所述的阀14为机械阀或非机械阀；所述的机械阀为螺旋给料机或旋转叶轮，所述的非机械阀为U型阀、L型阀或虹吸阀。所述旋风炉1和提升管9的材料为高温不锈钢、耐火砖、耐火浇筑料和水冷壁。使用改进后的这种固体燃料的气化反应装置，固体燃料的入口进料口11位于提升管9的下部。通过在进气通道10和第二补气通道15加入气化剂将颗粒状固体燃料带动到提升管9的顶部，并进入旋风炉1。旋风炉1底部排出的未反应的固相通过机械或非机械阀送回到提升管9的底部，继续参与气化反应。根据本专利技术提供的固体燃料的气化反应装置的结构特点，可将气化剂分成三部分，分别-->从进气通道10，第一补气通道7和第二补气通道15中加入。比较容易进行的气化反应主要在提升管中完成，因此气化剂中大部分的氧气从提升管的进气通道10和第二补气通道15中加入；比较难于进行的气化反应主要在旋风炉1中完成，气化剂中大部分水蒸气在旋风炉加入，充分利用旋风炉中非常好的气相与固相、气相与气相之间的掺混条件和比较长的停留时间，在一定程度上弥补了反应温度比较低对气化反应的不利影响。本专利技术提供的固体燃料的气化反应装置并不局限于只是使用一个旋风炉。在本专利技术提供的技术方案基础之上，本领域的一般技术人员可以很容易地将此技术方案应用到多个旋风炉同时使用的实施方式中。本专利技术提供的一种固体燃料的气化反应装置具有的有益效果为：1、旋风炉的上段部分可具有较大的高度直径比，并通过补充气体延长旋风炉内气相和固相的反应路径和反应时间，提高了气化效率。2、气化反应中的气相和固相在旋风炉中呈螺旋状流动，气相和与固相以及气相之间的掺混强度比单向流动强烈，从而提高了气化反应速度。3、整个装置可以在反应温度相对比较低的条件下运行，降低了气化工艺成本，可用于煤、污泥或生物质等固体废料的气化反应。附图说明图1是本专利技术的一种固体燃料的气化反应装置的侧视图。图2是图1所示固体燃料的气化反应装置沿E-E线的俯视抛面图。图3是具有提升管的固体燃料的气化反应装置的侧视图。图4是具有两个旋风炉的固体燃料的气化反应装置的俯视示意图。图5是两种非机械阀的结构示意图。图面说明：旋风炉1 上段部分2 下段部分3 顶盖4排气管5 固气进入通道6 第一补气通道7 排灰口8提升管9 进气通道10 进料口11 返料口12返料通道13 阀14 第二补气通道15 排渣口16第二旋风炉1’ 第二固气进入通道6’ U型阀17 虹吸阀18具体实施方式-->下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：如图1所示的本专利技术的一种固体燃料的气化反应装置，包括高温不锈钢材料的旋风炉1；旋风炉1上段部分2呈圆筒形，高度为2000毫米、直径为100毫米，高径比为20∶1；下段部分3为的圆锥筒形，其上端直径为100毫米，与上段部分2的圆筒下端成一体的无缝连接，其底端设有一排灰口8；上段部分2的顶端有一顶盖4，顶盖4的中心位置设有一排气管5；旋风炉1靠近顶盖4的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道6；旋风炉上段部分2的侧壁上设有4个沿侧壁正切方向的第一补气通道7(图中未全部标出)，位于固气进入通道6下方。在这里，旋风炉1上段部分2的高径比可以在1∶1～20∶1之间选取，比值越大，气化反应的路径和时间越长，但是为了维持气相的切向速度，也就需要从第一补气通道7注入更多、速度更快的补充气体。固气进入通道6与第一补气通道7的方向相对于侧壁成一致右旋，如图2所示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体燃料的气化反应装置，其特征在于，它包括旋风炉（１）；所述旋风炉（１）包括上段部分（２）和下段部分（３），上段部分（２）基本上呈圆筒形，下段部分（３）基本上呈上大下小的圆锥筒形；上段部分（２）的下端与下段部分（３）的上端成一体的无缝连接；上段部分（２）的顶端有一顶盖（４），所述顶盖（４）的中心位置设有一排气管（５）；所述旋风炉（１）靠近顶盖（４）的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道（６）；所述旋风炉上段部分（２）的侧壁上设有沿侧壁正切方向的第一补气通道（７），第一补气通道（７）位于所述固气进入通道（６）下方；所述固气进入通道（６）与第一补气通道（７）的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分（３）的底端设有一排灰口（８）。
【技术特征摘要】
1、一种固体燃料的气化反应装置，其特征在于，它包括旋风炉(1)；所述旋风炉(1)包括上段部分(2)和下段部分(3)，上段部分(2)基本上呈圆筒形，下段部分(3)基本上呈上大下小的圆锥筒形；上段部分(2)的下端与下段部分(3)的上端成一体的无缝连接；上段部分(2)的顶端有一顶盖(4)，所述顶盖(4)的中心位置设有一排气管(5)；所述旋风炉(1)靠近顶盖(4)的侧壁上设一沿侧壁正切方向的固气进入通道(6)；所述旋风炉上段部分(2)的侧壁上设有沿侧壁正切方向的第一补气通道(7)，第一补气通道(7)位于所述固气进入通道(6)下方；所述固气进入通道(6)与第一补气通道(7)的方向相对于侧壁成一致的左旋或右旋；所述旋风炉下段部分(3)的底端设有一排灰口(8)。2、根据权利要求1所述的一种固体燃料的气化反应装置，其特征在于，还包括一个设有顶盖的提升管(9)；所述提升管(9)最上部侧壁上设有与旋风炉固气进入通道(6)相连通的连接管；所述提升管(9)底端侧壁上开有一进气通道(10)；所述提升管(9)侧壁上开有一固体燃料的进料口(11)，且靠近提升管(9)底部。3、根据权利要求1所述的一种固体燃料的气化反应装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕清刚，那永洁，包绍麟，孙运凯，贺军，王东宇，高鸣，张荣光，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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