一种热裂解气化炉论文和设计-张京荣

全文摘要

本实用新型公开了一种热裂解气化炉，其包括炉体，炉体上设有燃烧室和至少一组干燥裂解设备，燃烧室设有进口端、排气端和灰渣输出端，燃烧室安装有气化器，干燥裂解设备包括至少两个上下并行排布的干燥器和至少两个上下并行排布的裂解器，各裂解器均位于各干燥器的下方，燃烧室设置在炉体的底部且位于各裂解器的下方，上下相邻的两个干燥器相连通，上下相邻的两个裂解器相连通，靠近裂解器的干燥器与靠近干燥器的裂解器相连通，位于最上方的干燥器上设有进料口，位于最下方的裂解器上设有出料口，出料口与进口端相连通，各干燥器和各裂解器上均设有排气口。本实用新型提供的热裂解气化炉结构简单，能提高热裂解气化效果，降低能耗。

主设计要求

1.一种热裂解气化炉，其特征在于：包括炉体，所述炉体上设有燃烧室和至少一组干燥裂解设备，所述燃烧室设有进口端、排气端和灰渣输出端，所述燃烧室安装有气化器，所述干燥裂解设备包括至少两个上下并行排布的干燥器和至少两个上下并行排布的裂解器，各所述裂解器均位于各所述干燥器的下方，所述燃烧室设置在炉体的底部且位于各所述裂解器的下方，上下相邻的两个所述干燥器相连通，上下相邻的两个所述裂解器相连通，靠近所述裂解器的所述干燥器与靠近所述干燥器的所述裂解器相连通，位于最上方的干燥器上设有进料口，位于最下方的裂解器上设有出料口，所述出料口与所述进口端相连通，各所述干燥器和各所述裂解器上均设有排气口。

设计方案

1.一种热裂解气化炉，其特征在于：包括炉体，所述炉体上设有燃烧室和至少一组干燥裂解设备，

所述燃烧室设有进口端、排气端和灰渣输出端，所述燃烧室安装有气化器，

所述干燥裂解设备包括至少两个上下并行排布的干燥器和至少两个上下并行排布的裂解器，各所述裂解器均位于各所述干燥器的下方，所述燃烧室设置在炉体的底部且位于各所述裂解器的下方，

上下相邻的两个所述干燥器相连通，上下相邻的两个所述裂解器相连通，靠近所述裂解器的所述干燥器与靠近所述干燥器的所述裂解器相连通，

位于最上方的干燥器上设有进料口，位于最下方的裂解器上设有出料口，所述出料口与所述进口端相连通，各所述干燥器和各所述裂解器上均设有排气口。

2.根据权利要求1所述的热裂解气化炉，其特征在于：各所述干燥器和各所述裂解器的形状均为管状，各所述干燥器和各所述裂解器均水平穿设于所述炉体上。

3.根据权利要求2所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述干燥裂解设备包括三个干燥器，分别为第一干燥器、第二干燥器和第三干燥器，所述第一干燥器位于所述第二干燥器的上方，所述第二干燥器位于所述第三干燥器的上方，

所述干燥裂解设备包括三个裂解器，分别为第一裂解器、第二裂解器和第三裂解器，所述第一裂解器设置在所述第三干燥器的下方且位于所述第二裂解器的上方，所述第二裂解器位于所述第三裂解器的上方，所述第三裂解器位于所述燃烧室的上方。

4.根据权利要求3所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述第一干燥器、所述第二干燥器、所述第三干燥器、第一裂解器、第二裂解器和第三裂解器均具有左右两个端部，所述进料口位于所述第一干燥器的左右两个端部的其中一端的上侧，所述第一干燥器的另一端的下侧设有第一出口，所述第二干燥器与所述第一出口位置对应的一端的上侧设有第一进口，所述第一出口与所述第一进口相连通，以实现所述第一干燥器与所述第二干燥器相连通，

所述第二干燥器的另一端的下侧设有第二出口，所述第三干燥器与所述第二出口位置对应的一端的上侧设有第二进口，所述第二出口与所述第二进口相连通，以实现所述第二干燥器与所述第三干燥器相连通，

所述第三干燥器的另一端的下侧设有第三出口，所述第一裂解器与所述第三出口位置对应的一端的上侧设有第三进口，所述第三出口与所述第三进口相连通，以实现所述第三干燥器与所述第一裂解器相连通，

所述第一裂解器的另一端的下侧设有第四出口，所述第二裂解器与所述第四出口位置对应的一端的上侧设有第四进口，所述第四出口与所述第四进口相连通，以实现所述第一裂解器与所述第二裂解器相连通，

所述第二裂解器的另一端的下侧设有第五出口，所述第三裂解器与所述第五出口位置对应的一端的上侧设有第五进口，所述第五出口与所述第五进口相连通，以实现所述第二裂解器与所述第三裂解器相连通，

所述出料口位于所述第三裂解器的另一端的下侧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的热裂解气化炉，其特征在于：各所述干燥器和各所述裂解器均设有用于推动物料前进的物料推进装置。

6.根据权利要求5所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述物料推进装置包括驱动装置、传动装置和推进器，

所述驱动装置的输入端与外接电源电连接，所述驱动装置的输出端与所述传动装置的输入端相连接，所述传动装置的输出端与所述推进器相连接，

在工作状态下，所述驱动装置驱动所述传动装置转动，以带动推进器转动，以推动物料前进。

7.根据权利要求1所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述燃烧室设有水蒸气气化喷嘴。

8.根据权利要求7所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述燃烧室内设有炉排。

9.根据权利要求1所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述干燥裂解设备的数量为两组。

10.根据权利要求1所述的热裂解气化炉，其特征在于：所述干燥器的材质为能承受500℃以上高温的耐腐蚀金属材料，所述裂解器的材质为能承受1000℃以上高温的耐腐蚀金属材料。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及垃圾处理技术领域，特别是一种热裂解气化炉。

背景技术

随着城市化进程的迅猛发展，城市生活垃圾的处理已经成为制约各城市可持续发展的难题。据统计，国内垃圾的处理方式主要以填埋、焚烧和堆肥为主。其中，填埋法占用了大量土地，易对大气、土壤、水体造成污染。焚烧法运行处理成本高，容易产生二噁英等有害物质。堆肥肥料质量达不到肥料质量标准，垃圾中含有的重金属会对土壤造成新的污染。

现有一种新的垃圾处理方法——热解气化法，热解气化法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的处理方法。其中，热解产率取决于原料的化学结构、物理形态和热解的温度与速度。热解气化法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解气化需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解气化的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳，液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等，固态的主要是焦炭和炭黑。

垃圾热解气化技术可以从垃圾中提取需要的产物，是一种环保的处理方式。但目前的热解气化设备的结构复杂，体积庞大，不能很好地保持热解气化时的温度，导致热裂解气化效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种热裂解气化炉，其结构简单，能提高热裂解气化效果，降低能耗。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种热裂解气化炉，包括炉体，所述炉体上设有燃烧室和至少一组干燥裂解设备，

所述燃烧室设有进口端、排气端和灰渣输出端，所述燃烧室安装有气化器，

上下相邻的两个所述干燥器相连通，上下相邻的两个所述裂解器相连通，靠近所述裂解器的所述干燥器与靠近所述干燥器的所述裂解器相连通，

作为优选方案，各所述干燥器和各所述裂解器的形状均为管状，各所述干燥器和各所述裂解器均水平穿设于所述炉体上。

作为优选方案，所述干燥裂解设备包括三个干燥器，分别为第一干燥器、第二干燥器和第三干燥器，所述第一干燥器位于所述第二干燥器的上方，所述第二干燥器位于所述第三干燥器的上方，

作为优选方案，所述第一干燥器、所述第二干燥器、所述第三干燥器、第一裂解器、第二裂解器和第三裂解器均具有左右两个端部，所述进料口位于所述第一干燥器的左右两个端部的其中一端的上侧，所述第一干燥器的另一端的下侧设有第一出口，所述第二干燥器与所述第一出口位置对应的一端的上侧设有第一进口，所述第一出口与所述第一进口相连通，以实现所述第一干燥器与所述第二干燥器相连通，

所述出料口位于所述第三裂解器的另一端的下侧。

作为优选方案，各所述干燥器和各所述裂解器均设有用于推动物料前进的物料推进装置。

作为优选方案，所述物料推进装置包括驱动装置、传动装置和推进器，

所述驱动装置的输入端与外接电源电连接，所述驱动装置的输出端与所述传动装置的输入端相连接，所述传动装置的输出端与所述推进器相连接，

在工作状态下，所述驱动装置驱动所述传动装置转动，以带动推进器转动，以推动物料前进。

作为优选方案，所述燃烧室设有水蒸气气化喷嘴。

作为优选方案，所述燃烧室内设有炉排。

作为优选方案，所述干燥裂解设备的数量为两组。

作为优选方案，所述干燥器的材质为能承受500℃以上高温的耐腐蚀金属材料，所述裂解器的材质为能承受1000℃以上高温的耐腐蚀金属材料。

综上，本实用新型实施例所提供的一种热裂解气化炉，具有以下优点：

1、热裂解气化炉上上下排布有干燥器和位于干燥器下方的裂解器，两个以上的干燥器将物料反复干燥，两个以上的裂解器将物料多次热解，提高了热裂解气化效果，干燥器可吸收裂解器在热解中产生的上升的热量，该热裂解气化炉充分利用了热解气化反应中的产生的热能，增加了物料的热值，降低能量损耗；

2、各干燥器和各裂解器的形状均为管状，有利于保持炉体内较高的温度，达到较好的传热效果，强化了热裂解气化效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的热裂解气化炉的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的热裂解气化炉的横截面结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的热裂解气化炉的侧视图。

附图标记：

1、炉体，2、燃烧室，21、进口端，22、排气端，23、灰渣输出端，24、燃烧器，25、水蒸气气化喷嘴，26、炉排，27、气化器，3、小车，4、干燥器，41、第一干燥器，411、进料口，412、第一出口，42、第二干燥器，421、第一进口，422、第二出口，43、第三干燥器，431、第二进口，432、第三出口，5、裂解器，51、第一裂解器，511、第三进口，512、第四出口，52、第二裂解器，521、第四进口，522、第五出口，53、第三裂解器，531、第五进口，532、出料口，6、排气口，7、推进器，8、传动装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“左”、“右”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图3所示，本实用新型提供一种热裂解气化炉，其包括炉体1，炉体1上设有燃烧室2和至少一组干燥裂解设备，燃烧室2设有进口端21、排气端22和灰渣输出端23，燃烧室2安装有气化器27，干燥裂解设备包括至少两个上下并行排布的干燥器4和至少两个上下并行排布的裂解器5，各裂解器5均位于各干燥器4的下方，燃烧室2设置在炉体1的底部且位于各裂解器5的下方，上下相邻的两个干燥器4相连通，上下相邻的两个裂解器5相连通，靠近裂解器5的干燥器4与靠近干燥器4的裂解器5相连通，位于最上方的干燥器4上设有进料口411，位于最下方的裂解器5上设有出料口532，出料口532与进口端21相连通，各干燥器4和各裂解器5上均设有排气口6。

基于上述技术方案，本实用新型实施例提供的热裂解气化炉可进行间接干燥和热解气化反应。在物料投入炉体1内前，需要将物料破碎成尺寸小于20mm的碎块，且物料中不能含有金属物质。物料从进料口411进入位于最上方的干燥器4中干燥后，物料中的水分被蒸发，从干燥器4上的排气口6排出。因上下相邻两个干燥器4相连通，物料从位于最上方的干燥器4掉入下一个干燥器4中，被二次干燥，水分被进一步蒸发，同样通过排气口6排出。如此反复直至物料从最后一个干燥器4中掉入裂解器5中，发生热裂解反应。各裂解器5可按不同的温度梯度，从温度低至高依次排列在各干燥器4的下方。物料中的低温热解物质在与干燥器4连通的裂解器5中热裂解，产生的可燃气体从该裂解器5上的排气口6排出，在本实施例中，可用管道连通该排气口6至燃烧室2中，便于热解气的循环使用，增加了燃烧的热值，节约能源，又解决了烟气排放的污染问题。物料在被多次干燥后发生多次热裂解反应。当物料掉入位于最下方的裂解器5且发生热裂解反应后，物料顺着出料口532进入燃烧室2中。燃烧室2中设有气化器27，气化器27能促进物料气化，具有提高热值、增加火力强度、节能环保的使用效果。在本实施例中，气化器27优选为等离子气化器，可产生纯度高、洁净的可燃气体。燃烧产生的二氧化碳从排气端22排出，优选地，排气端22设置在炉体1的顶部。燃烧室2的两侧安装有燃烧器24，便于将物料中的残余碳物质充分燃烧，燃烧后的残渣从灰渣输出端23排出，使用者可在灰渣输出端23放置小车3，用于装载残渣。

本实用新型提供的热裂解气化炉为一体式组合热裂解炉，结构简单，缩小了设备的体积，尤其适用于垃圾的热解气化工艺，针对生活垃圾水分含量高的问题，采用两级以上连续干燥的方法，将生活垃圾含水率降到适宜进行热裂解气化的状态。针对生活垃圾成分复杂的特点，采用不同温度阶梯的裂解器5进行热裂解工艺。本实用新型提供的热裂解气化炉结构简单，干燥器4设置在裂解器5的上方，裂解器5需要的工作温度较高，干燥器4需要的工作温度较低。在炉体1工作时，热量从下往上升，干燥器4可以吸收裂解器5传递过来的热能，高度利用了垃圾热氧化产生的热值，减少热量的浪费。采用两个以上的干燥器4和两个以上的裂解器5对物料进行多次干燥和热解，提高了热解气体的热值，增大了物料热解的效率，加强了热裂解气化效果。在实际生产中，可在进料口411处放置一个带有密闭功能的上料装置，该炉体1仅有一个进料口411，该进料口411位于最上方的干燥器4上，裂解气以及其他干燥器4几乎接触不到外界的空气，减少氧气进入其他干燥器4或裂解器5中的可能性，从而减少反应时产生二噁英等有害物质的可能性。

其中，各干燥器4和各裂解器5的形状均为管状，各干燥器4和各裂解器5均水平穿设于炉体1上。干燥器4和裂解器5的管状设计有利于保持干燥器4或裂解器5内较高的温度，达到较好的传热效果，加速物料干燥和促进热解反应的进行。

特别地，干燥裂解设备包括三个干燥器4，分别为第一干燥器41、第二干燥器42和第三干燥器43，第一干燥器41位于第二干燥器42的上方，第二干燥器42位于第三干燥器43的上方，干燥裂解设备包括三个裂解器5，分别为第一裂解器51、第二裂解器52和第三裂解器53，第一裂解器51设置在第三干燥器43的下方且位于第二裂解器52的上方，第二裂解器52位于第三裂解器53的上方，第三裂解器53位于燃烧室2的上方。在本实施例中，第一干燥器41的工作温度为250℃，第二干燥器42的工作温度为300℃，第三干燥器43的工作温度为350℃-450℃，第一裂解器51的工作温度为450℃-650℃，第二裂解器52的工作温度为650℃-750℃，第三裂解管工作温度750℃-850℃，燃烧室2的工作温度为850℃-950℃。其中，各裂解器5的温度由物料中残余的碳物质燃烧所产生的热量与被气化的物料的量的比例控制，燃烧室2的燃烧温度由物料中残余的碳物质的质量与供氧的量的比例控制。在实际应用中，使用者可以根据需要设定干燥器4和裂解器5的数量。

进一步的，第一干燥器41、第二干燥器42、第三干燥器43、第一裂解器51、第二裂解器52和第三裂解器53均具有左右两个端部，进料口411位于第一干燥器41的左右两个端部的其中一端的上侧，第一干燥器41的另一端的下侧设有第一出口412，第二干燥器42与第一出口412位置对应的一端的上侧设有第一进口421，第一出口412与第一进口421相连通，以实现第一干燥器41与第二干燥器42相连通，第二干燥器42的另一端的下侧设有第二出口422，第三干燥器43与第二出口422位置对应的一端的上侧设有第二进口431，第二出口422与第二进口431相连通，以实现第二干燥器42与第三干燥器43相连通，第三干燥器43的另一端的下侧设有第三出口432，第一裂解器51与第三出口432位置对应的一端的上侧设有第三进口511，第三出口432与第三进口511相连通，以实现第三干燥器43与第一裂解器51相连通，第一裂解器51的另一端的下侧设有第四出口512，第二裂解器52与第四出口512位置对应的一端的上侧设有第四进口521，第四出口512与第四进口521相连通，以实现第一裂解器51与第二裂解器52相连通，第二裂解器52的另一端的下侧设有第五出口522，第三裂解器53与第五出口522位置对应的一端的上侧设有第五进口531，第五出口522与第五进口531相连通，以实现第二裂解器52与第三裂解器53相连通，出料口532位于第三裂解器53的另一端的下侧。

被破碎的物料从进料口411进入第一干燥器41，物料中的水分被加热形成水蒸气，从第一干燥器41的排气口6排出，物料被干燥后从第一出口412经第一进口421进入第二干燥器42中被二次干燥，同样的，物料中的水分被进一步蒸发，从第二干燥器42的排气口6排出。物料从第二出口422排出，经第二进口431进入第三干燥器43中，物料中的水分被彻底蒸发，从第三干燥器43的排气口6排出。绝干的物料从第三出口432经第三进口511进入第一裂解器51中，物料中的低温热解物质在被热裂解，产生可燃气体，使用者可用管道将各个裂解器5的排气口6与燃烧室2相连通，从而将可燃气体引入燃烧室2中燃烧，充分利用热解气增强燃烧室2的燃烧效果。物料从第四出口512经第四进口521进入第二裂解器52中实现中温裂解，随后从第五出口522经第五进口531进入第三裂解器53中实现高温裂解。经过三级热裂解的残余的物料从出料口532排出，从进口端21进入燃烧室2中被充分燃烧。干燥器4和裂解器5的进口和出口分设于两端，使得物料要经过整个干燥器4或整个裂解器5才能被排出，有利于物料的充分干燥或充分热解。

另外，各干燥器4和各裂解器5均设有用于推动物料前进的物料推进装置。由于干燥器4和裂解器5均为管状结构，物料的前进需要物料推进装置的推动，方可进入下一级干燥器4或裂解器5或燃烧室2中。物料推进装置包括驱动装置、传动装置8和推进器7，驱动装置的输入端与外接电源电连接，驱动装置的输出端与传动装置8的输入端相连接，传动装置8的输出端与推进器7相连接，在工作状态下，驱动装置驱动传动装置8转动，以带动推进器7转动，以推动物料前进。接通电源后，驱动装置驱动传动装置8转动，使得推进器7工作，推动物料前进。在本实施例中，驱动装置为电机，传动装置8可以是减速机，推进器7为螺旋叶片，电机的输出端与减速机的输入端连接，减速机的输出端与螺旋叶片的中心连接。在其他实施例中，还可以通过皮带轮传动、液压传动或气动等方式传动，传动装置8有多种，不限于此例，推进器7可以是螺带或桨叶等，推进器7的材质必须为耐高温材质。

优选地，燃烧室2设有水蒸气气化喷嘴25。水蒸气气化喷嘴25将水蒸气喷入充分燃烧的物质中，促进物料发生进一步的气化反应，产生的一氧化碳和氢气可通过管道引入燃烧器24中以强化燃烧。更优选地，可使用管道将各干燥器4上的排气口6与水蒸气气化喷嘴25连通，充分利用物料中被蒸发的水分，环保节能。

燃烧室2内设有炉排26，物料均匀分布在炉排26上，燃烧室2每次能燃烧更多的物料，保证物料的充分燃烧。

值得一提的是，如图3所示，干燥裂解设备的数量为两组。在本实施例中，两组干燥裂解设备均设有三个干燥器4和三个裂解器5。两组干燥裂解设备可以同时运行，也可以错开时间运行。当其中一组干燥裂解设备需要维修时，另一组干燥裂解设备可处于工作状态，保证在设备维护时不停机，使垃圾处理工作可以如常进行。

此外，干燥器4的材质为能承受500℃以上高温的耐腐蚀金属材料，裂解器5的材质为能承受1000℃以上高温的耐腐蚀金属材料。考虑到垃圾具有腐蚀性，因此优选用耐腐蚀的材料。干燥器4最高的工作温度为450℃，采用能承受500℃以上高温的金属材料能满足干燥器的运行温度要求，同样的，裂解器最高的工作温度为950℃，因此选用能承受1000℃以上高温的金属材料。在本实施例中，干燥管4选用304不锈钢无缝管，裂解管4选用2520耐高温不锈钢管，其壁厚为16mm，2520不锈钢管可耐高温至1300℃，可长期在1150℃的环境下工作。304不锈钢管和2520不锈钢管价格实惠，能降低热裂解气化炉的成本。

综上，本实用新型实施例所提供的一种热裂解气化炉，具有以下优点：

热裂解气化炉上上下排布有干燥器和位于干燥器下方的裂解器，两个以上的干燥器将物料反复干燥，两个以上的裂解器将物料多次热解，提高了热裂解气化效果，干燥器可吸收裂解器在热解中产生的上升的热量，该热裂解气化炉充分利用了热解气化反应中的产生的热能，增加了物料的热值，降低能量损耗；

各干燥器和各裂解器的形状均为管状，有利于保持炉体内较高的温度，达到较好的传热效果，强化了热裂解气化效果。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

设计图

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