專(zhuān)利名稱(chēng)：氣化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣化反應(yīng)裝置。
更具體的，題述的裝置是用于將有機(jī)原料、或含有機(jī)物的原料轉(zhuǎn)化為高熱能值的氣體。它尤其適合用于垃圾的處理。
對(duì)處理諸如商業(yè)和城市生活垃圾一直存在著迫切的需求。垃圾填埋法是一種傳統(tǒng)的處理方法，但是其存在一些顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)。燃燒法或許是一種更好的處理方法。但也有它的限制。具體而言，它的能量轉(zhuǎn)化率相當(dāng)?shù)?，并且?duì)于廢熱的利用，例如用于地區(qū)取暖，受到諸如效率問(wèn)題和熱能傳送的高資金花費(fèi)的困擾。燃燒器產(chǎn)生大量的低熱能值的煙道氣。這些煙道氣必須在排放到大氣之前進(jìn)行昂貴的凈化處理。燃燒器還產(chǎn)生大量需要處理的灰燼。
因此燃燒法不是一種替代垃圾填埋法的理想方法。
氣化是替代燃燒法的一種具有潛力和吸引力的方法。在氣化過(guò)程中，有機(jī)物被直接分解，例如在沒(méi)有空氣的條件下進(jìn)行熱解，將其轉(zhuǎn)化為可燃?xì)夂突覡a。不幸的是，利用已有的氣化器產(chǎn)生的氣體被碳和灰燼顆粒嚴(yán)重地污染。氣體在有效地應(yīng)用于熱源或轉(zhuǎn)化為電能以前，需要艱巨的和昂貴的凈化。通常，利用已有的氣化設(shè)備生成的氣體被高毒性的二氧所污染。
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種高效轉(zhuǎn)化器或氣化器，使其能夠在僅產(chǎn)生很少灰燼的情況下，生產(chǎn)干凈、高熱能值的氣體。另一個(gè)目的是發(fā)明一種具有適應(yīng)性的轉(zhuǎn)化器或氣化器設(shè)計(jì)，使其既可用于大規(guī)模的城市垃圾處理場(chǎng)所，也可以用于如旅館、工廠和購(gòu)物區(qū)等小型地點(diǎn)。在后者的應(yīng)用中，理想的氣化器將能夠提供該地區(qū)所需的全部能量，并且真正實(shí)現(xiàn)自給自足。
包含本發(fā)明的氣化反應(yīng)裝置的一個(gè)城市垃圾處理工廠，可以用概括如下。
將運(yùn)來(lái)的固體垃圾輸送到一個(gè)分類(lèi)站。在這里，鐵和非鐵金屬物品被取出。還被取出的有陶瓷和玻璃物品。剩余的固體垃圾主要是有機(jī)物，包含纖維素、塑料和橡膠材料。這些垃圾被送到粉碎站，將其破碎為同一尺寸的小顆粒。在這一階段，垃圾通常含有大量水分，因此它被送到干燥器。來(lái)自于鍋爐/發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣向干燥器提供能量，并且還用于進(jìn)一步將氣體轉(zhuǎn)化為可利用的能量，如電能或熱能。以氣態(tài)形式排出的水分經(jīng)冷凝排放到下水道。
干燥的垃圾，如果呈餅狀先進(jìn)行粉碎，然后被傳送到氣化器以便分解為可燃?xì)夂突覡a。所生產(chǎn)的氣體可以有多種用途，但其首要用途是驅(qū)動(dòng)一個(gè)氣體渦輪發(fā)電機(jī)來(lái)生產(chǎn)電能，由此所獲得的部分或全部電能將被輸往國(guó)家的高壓輸電網(wǎng)系統(tǒng)。部分氣體被用來(lái)加熱氣化裝置。從氣化器排出的廢氣可以間接用來(lái)加熱干燥器。從氣體渦輪發(fā)電機(jī)排出的廢氣被通入換熱器用以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，后者用作蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)的動(dòng)力。部分蒸汽可以用來(lái)加熱干燥器。由蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能可以用來(lái)滿足工廠內(nèi)設(shè)備的能量需要，或者輸送到高壓輸電網(wǎng)系統(tǒng)。
從前述的描述可以看出氣化工廠有很高的令人滿意的經(jīng)濟(jì)性。燃料(垃圾)的獲得，將不會(huì)使工廠經(jīng)營(yíng)者有任何花費(fèi)。實(shí)際上，經(jīng)營(yíng)者還可以向垃圾的生產(chǎn)者收取排污費(fèi)。一旦建立和投入運(yùn)行，除了員工薪金和日常的維持及修理，這個(gè)工廠不需要任何大的花費(fèi)。用于工廠運(yùn)行的能量輸入可以從垃圾自身有效地獲得。從垃圾獲得的額外能量可以銷(xiāo)售獲取利潤(rùn)，例如，以電能或熱能的形式。
利用本發(fā)明，氣化固體或液體有機(jī)物以生產(chǎn)高熱能值的氣體的一種方法包含如下步驟，在從氣化罐排出空氣的同時(shí)，升高氣化罐中的溫度，在無(wú)空氣條件下加料到氣化罐頂部，利用風(fēng)扇將物料離心分散，使之與加熱的氣化罐內(nèi)側(cè)直接接觸，從而分解為氣體和灰燼，然后用旋風(fēng)裝置將氣化罐內(nèi)的產(chǎn)品氣裂解并充分去除諸如灰燼的顆粒物，氣體沿著穿過(guò)氣化罐的中軸線方向?qū)蛞粋€(gè)出料口。
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的氣化反應(yīng)裝置。因此，依據(jù)本發(fā)明，提供了一個(gè)氣化反應(yīng)裝置，在其中設(shè)置了一個(gè)氣化罐的燃燒室，氣化罐有一個(gè)用于加入將被氣化的物料的進(jìn)料口和排放產(chǎn)品氣的出料口，進(jìn)料口包含空氣隔離和密封元件，以防止空氣隨原料進(jìn)入氣化罐，在氣化罐內(nèi)的上部有一個(gè)組合的旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇和旋風(fēng)組件，它們分別用于a)分散進(jìn)入的原料使其與氣化罐加熱的內(nèi)壁相接觸和b)使產(chǎn)品氣形成旋風(fēng)以便在從出料口排放前去除顆粒物。
下面以實(shí)施例的形式，參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地介紹，其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明的第一氣化反應(yīng)裝置的部分截面圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明的第二氣化反應(yīng)裝置的部分截面圖；圖3是圖2中氣化反應(yīng)裝置的轉(zhuǎn)筒組件的剖面圖；圖4和圖5分別是上部和下部軸組件的剖面圖，它們支撐著圖2中氣化反應(yīng)裝置的轉(zhuǎn)筒組件；圖6是圖2中所圍的部分VI的細(xì)節(jié)圖；圖7是圖2中所圍的部分VII的細(xì)節(jié)圖。
圖1中氣化反應(yīng)裝置10包含一個(gè)氣化罐12，例如，由不銹鋼制成。罐12內(nèi)，在無(wú)氧化氣體條件下，原料14，14′被熱解為高熱能值的氣體和灰燼。罐12具有一個(gè)正圓柱形的上部12′和一個(gè)截錐形的下部12″，12″沿灰燼收集器16方向逐漸變細(xì)并中止于灰燼收集器。16是由兩個(gè)彼此相隔一定距離的閘門(mén)閥18組成，以形成一個(gè)空氣閘門(mén)，利用它可以定期將灰燼排出而不會(huì)使空氣進(jìn)入氣化罐12。
氣化罐12內(nèi)，位于它的上部12′，有一個(gè)旋風(fēng)扇組件20，旋風(fēng)扇20固定于一個(gè)空心軸22上， 后者從氣化罐向上延伸。這個(gè)軸內(nèi)部含有一個(gè)焊接于氣化罐頂蓋26上的豎直管道24。依次，軸22與驅(qū)動(dòng)軸28相連。驅(qū)動(dòng)軸28懸掛于一個(gè)密封的、空氣和氣體密閉的支撐組件30中，后者在管道24頂部的附近，并且優(yōu)選液冷。電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備32是用來(lái)使兩個(gè)軸22、28旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致旋風(fēng)扇20的轉(zhuǎn)動(dòng)。
兩個(gè)軸22、28僅由支撐組件30提供基本支撐。軸22穿過(guò)旋風(fēng)扇20向下延伸。固定于它的底部的是一個(gè)石墨襯套34，在該襯套的內(nèi)部由一個(gè)中心定位銷(xiāo)固定于一個(gè)輻條36上。在襯套34和中心定位銷(xiāo)之間有1mm左右的間隙。襯套和定位銷(xiāo)一起對(duì)軸28并不起支撐作用；只有支撐組件30對(duì)軸的旋轉(zhuǎn)起支撐作用。定位銷(xiāo)和襯套34主要是組成一個(gè)安全組件，來(lái)約束或限制軸22和旋風(fēng)扇20的徑向運(yùn)動(dòng)在安全的界限以內(nèi)。
空氣不能夠進(jìn)入裝置10特別是所述的罐12，而且除非通過(guò)氣體管道38，氣體也無(wú)法從罐內(nèi)逃逸出。管道38是從豎直的管道24引出的分支，包含一個(gè)通往安全壓力密封裝置的連接件40，但所述的安全壓力密封裝置沒(méi)有在圖中顯示。
欲被轉(zhuǎn)化為氣體的原料14、14′是通過(guò)進(jìn)料口41以隔絕空氣的方式引入罐12，進(jìn)料口41具有一個(gè)焊接在頂蓋26上的，氣密的套筒式的伸縮管道42。一般而言，原料14是小顆粒態(tài)的城市固體垃圾，主要是纖維性的干燥形態(tài)。然而，原料決不僅僅限制在城市固體垃圾范圍內(nèi)。實(shí)際上，其他有機(jī)原料也可以使用，并且不一定是固態(tài)。例如，廢油可以作為原料14′，通過(guò)管線44加入罐12來(lái)進(jìn)行氣化。這類(lèi)油能夠被轉(zhuǎn)化為熱能值極高的氣體。在某些情況下同時(shí)加入固體和氣體原料到罐12中是有利的，因?yàn)?，利用混合原料可以控制產(chǎn)品氣的化學(xué)組成和熱能值。
固體原料是用密封加料設(shè)備50，以隔絕空氣的方式加入進(jìn)料口41。
簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，向管道42提供隔絕空氣的固體原料的加料設(shè)備50，包括一個(gè)具有原料進(jìn)料口54以及開(kāi)口與管道相連的原料出料口的室52。位于進(jìn)料口和出料口之間的密封設(shè)備56橫穿過(guò)室52。密封設(shè)備包含一對(duì)相向旋轉(zhuǎn)的滾筒58，這兩個(gè)滾筒相互接觸并形成一個(gè)可以發(fā)生形變的輥隙。輥隙沿基本上豎直的方向延展，允許原料經(jīng)滾筒58之間去往出料口，并且形成一個(gè)嚴(yán)密的密封以阻止氣體或空氣從滾筒間穿過(guò)。
封閉的加料設(shè)備50位于一個(gè)原料輸送機(jī)(未顯示)的下方，以便從輸送機(jī)獲得顆粒態(tài)原料14，密封設(shè)備56有效地將室52分成兩部分，一部分包含向空氣敞開(kāi)的進(jìn)料口54，另一部分與空氣隔絕，位于密封設(shè)備下部。由于有被馬達(dá)60驅(qū)動(dòng)的可以產(chǎn)生形變的滾筒58，原料14利用重力作用，在隔絕空氣條件下從加料設(shè)備落下進(jìn)入室52的下部。從那里利用已知的振動(dòng)擋板輸送設(shè)備61，原料前進(jìn)至出料口、管道42和進(jìn)料口41。這個(gè)室的下部可以具有至少一個(gè)氣體配件(未顯示)。利用這種方式，在啟動(dòng)設(shè)備10時(shí)，室的下部可以抽空或用惰性氣體填充。在實(shí)際氣化操作中，它被由罐12產(chǎn)生的氣體所填充。
如上所述，密封設(shè)備由一對(duì)相互接觸、相向旋轉(zhuǎn)的滾筒58構(gòu)成，形成了一個(gè)可以產(chǎn)生形變的密封輥隙，滾筒的周邊是由聚合物輪箍構(gòu)成，使得它們具有形變性、彈性和可壓縮性。進(jìn)入可形變的密封輥隙的原料顆粒被向下輸送，在輥隙中具有彈性、壓縮性的周邊形變或彎曲，以包住和捕獲原料顆粒，同時(shí)防止任何顯著數(shù)量的空氣進(jìn)入室52的下部。
旋風(fēng)扇20由位于最上面的牢固固定于空心軸22上的金屬碟片62組成。在碟片62的上表面，固定有扇葉64。碟片62和扇葉64安置在罐12的頂蓋26下面緊鄰位置，因此扇葉可以在進(jìn)料口41下方緊鄰處旋轉(zhuǎn)。扇葉64可以是三片、四片或更多。
同樣的在碟片的下表面有許多金屬槳葉66，例如4片，牢固地固定于軸22上。每一個(gè)槳葉66都從軸沿徑向伸出，并且其最外端彎曲，彎轉(zhuǎn)或向前形成一定角度，也就是沿旋風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向。槳葉66在軸22上等距分布。除了沿軸22的徑向伸出，槳葉可以——優(yōu)選——沿切線方向布置，以便于沿旋風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)方向向前伸出。同前，按照這種方法布置每一片槳葉66的最外端彎曲，彎轉(zhuǎn)或向前形成一定角度。使用中，當(dāng)旋風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，就象后文所描述的，槳葉66讓罐12中的氣體形成旋渦運(yùn)動(dòng)。
每一個(gè)槳葉66都有一個(gè)正方形或矩形的上部66′和倒三角形的下部66″。
金屬碟片62、扇葉64和槳葉66可以用不銹鋼制成，彼此焊接在一起并且焊接在軸22上。
罐12固定于一個(gè)燃燒室70的內(nèi)部。這個(gè)燃燒室有一個(gè)頂72、底74和側(cè)壁76，它們是用鋼制造，并加有厚的保溫內(nèi)襯，如耐火磚、耐火泥和陶瓷纖維。一些氣體燃燒器78按間距固定在室70的側(cè)壁76的周?chē)Ｋ鼈內(nèi)紵扇細(xì)馀c空氣的混合物，在操作中將罐加熱到900℃或更高。使用中，可燃?xì)饪梢允窃蠚饣a(chǎn)品氣的一部分。在進(jìn)行氣化的進(jìn)程中，可以用任何可燃?xì)馓鎿Q，如丙烷。
氣體燃燒器78優(yōu)選英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB9812975.2所描述的，但是任何其他適合的燃燒器都可以使用。
室70中的燃燒產(chǎn)物由廢氣管道80排到空氣中。適宜地，燃燒產(chǎn)物首先通過(guò)一個(gè)蒸汽或熱水發(fā)生器(未顯示)的換熱器進(jìn)行冷卻?；厥盏臒崮茉诠S中得到適宜的應(yīng)用，如用于去除原料中水分的干燥器。換熱后，燃燒產(chǎn)物排放到空氣中。
下面講述氣化反應(yīng)裝置10的操作。
在從冷態(tài)開(kāi)始前，將一種惰性氣體如氮?dú)庥梢粋€(gè)進(jìn)料口(未顯示)加入罐12中，并由管道38排出。密封的加料設(shè)備50也用惰性氣體填充。
在罐12中保持惰性氣體氛圍的條件下，點(diǎn)燃燃燒器78將罐12升溫。罐12中的溫度可以用已知的設(shè)備如高溫計(jì)(未顯示)測(cè)量。同時(shí)，利用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備32，使旋風(fēng)扇20以500-1000轉(zhuǎn)/分的速度開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。
一旦罐12到達(dá)適宜的溫度，就開(kāi)始進(jìn)原料。原料14，14′穿過(guò)進(jìn)料口41遇到快速旋轉(zhuǎn)的扇葉64并且迎著罐12內(nèi)部的熱浪噴出。轉(zhuǎn)化為高熱能值的氣體的氣化反應(yīng)迅速開(kāi)始，通常認(rèn)為是在百分之一秒內(nèi)。氣化的快速啟動(dòng)被認(rèn)為是避免產(chǎn)生二氧化物的一個(gè)重要因素。隨著原料的加入和氣化的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品氣對(duì)旋風(fēng)扇20起到推動(dòng)作用，保持它的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)設(shè)備32的電能可以切斷。而且，它還可以用于發(fā)電機(jī)以提供電能給工廠。隨著氣化的進(jìn)行，惰性氣體的加入可以停止，并導(dǎo)致高熱能的氣體從管道38流出罐12，進(jìn)行進(jìn)一步的處理，收集和使用。
在氣化中，產(chǎn)品氣可能被顆粒所污染。然而，如上所述，槳葉66對(duì)氣體產(chǎn)生旋渦運(yùn)動(dòng)——或旋風(fēng)效果。其結(jié)果是，顆粒物被拋向罐12的內(nèi)壁。如果顆粒物沒(méi)有完全氣化，它可以在罐12內(nèi)壁附近處繼續(xù)分解和氣化。并且它最終轉(zhuǎn)化為灰燼。旋風(fēng)效果成功地將顆粒污染物從氣體中除去。
通過(guò)此過(guò)程產(chǎn)生的氣體由下端開(kāi)口22′進(jìn)入空心軸22中。它穿過(guò)軸22，通過(guò)軸開(kāi)口22″到達(dá)管道24的上部。
大部分氣體通過(guò)管道38離開(kāi)管道24，但是一部分氣體向下穿過(guò)管道24回到罐12中，在其中由于旋風(fēng)扇64的離心運(yùn)動(dòng)，它被抽回，抽回的氣體協(xié)助進(jìn)入的原料到達(dá)罐12的高溫內(nèi)表面。
進(jìn)入管道38的氣體被傳送到一個(gè)鼓風(fēng)冷卻器或滌氣器，在此它被流經(jīng)的冷卻水或油噴霧迅速冷卻。經(jīng)過(guò)如上的冷卻器或滌氣器的冷卻，使得氣體處于十分純凈的狀態(tài)，并可以保證有效地避免它的組分形成如二氧芑的污染物。這種可以保證質(zhì)量的氣體燃燒清潔并且當(dāng)它的燃燒產(chǎn)物排放到空氣中將會(huì)使其造成的環(huán)境問(wèn)題最小化。
產(chǎn)品氣的小部分用作燃燒器78的燃料。大部分的產(chǎn)品氣轉(zhuǎn)化為熱能或電能。
在非限制性的實(shí)施例中，裝置10可以裝有直徑3.6米的旋風(fēng)扇20，罐12能夠每小時(shí)處理1.5噸的干燥城市固體垃圾。這樣的裝置可以在從冷態(tài)開(kāi)始約一小時(shí)后開(kāi)始生產(chǎn)氣體。緊急情況下，通過(guò)停止加入原料，可以在約25秒內(nèi)停止氣體的生產(chǎn)。
原料14，14′轉(zhuǎn)化為氣體的轉(zhuǎn)化率約為90-95％。
根據(jù)原料14和14′的性質(zhì)，每小時(shí)生產(chǎn)的氣體能夠產(chǎn)生大約2.5到14兆瓦電能，如果這些氣體被用于渦輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電，峰值轉(zhuǎn)化率為42％左右。實(shí)踐中，根據(jù)原料的質(zhì)量，從1.0噸干燥原料可以產(chǎn)生0.7到4.5兆瓦的電能。
如果從裝置10獲得的氣體部分用于供暖(例如地區(qū)供暖)，并且部分用于生產(chǎn)電能，可以得到30％的電能和50％的熱能。預(yù)計(jì)的能量損失為20％。
下面的表格是對(duì)圖1所示氣化器產(chǎn)生氣體的分析和沒(méi)有含氯污染物的證明。
如下表所示，與前面對(duì)比，垃圾填埋法的氣體污染嚴(yán)重得多。本分析是對(duì)迪斯廷頓、坎伯蘭、英格蘭的三個(gè)氣體樣品進(jìn)行的。
<p>在進(jìn)行的四項(xiàng)分析中，濃度單位是mg/m3，“ND”表示未檢出。
由本裝置10所生產(chǎn)的氣體，其主要組成物是，各種烴類(lèi)、氫氣、一氧化碳和二氧化碳。下表所示為利用本發(fā)明裝置所獲得的兩個(gè)氣體樣品的主要組成和熱能值。<
>樣品1是由城市固體垃圾氣化生產(chǎn)的氣體。樣品2是含有50％發(fā)動(dòng)機(jī)廢潤(rùn)滑油的油混合物氣化生產(chǎn)的氣體。須注意，所述原料可以由處理問(wèn)題加劇的“任何”廢原料組成。高熱能值的產(chǎn)品氣是十分有益的。熱能值由氣體組成計(jì)算出，并且與天然氣具有很好的可比性，天然氣的熱能值約為38MJ/m3。
下面來(lái)參考圖2到7，本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案是一個(gè)氣化反應(yīng)裝置100，包括例如用不銹鋼制成的氣化罐112。與第一個(gè)實(shí)施方案一樣，原料14和14′在罐112內(nèi)部的無(wú)氧化氛圍熱解為高熱能值的氣體和灰燼。
罐112有一個(gè)圓柱形的側(cè)壁112′，一個(gè)向上的拱形頂壁112″，和一個(gè)向上的拱形底壁112，側(cè)壁112′的下端和底壁112匯合形成一個(gè)環(huán)形槽116。槽116收集原料14和14′的氣化產(chǎn)物灰燼，操作旋轉(zhuǎn)閥118使灰燼經(jīng)管道117從罐112中取出。
從低于旋轉(zhuǎn)閥118的位置，通過(guò)一個(gè)完全壓力密封的螺旋輸送器(未顯示)取出的“碳灰”，可以用以下兩種方法之一加以處理。
一種方法是將灰燼加入一個(gè)活化室并且在室內(nèi)活化后，通過(guò)另一個(gè)螺旋輸送器和兩個(gè)氣封閥，在沒(méi)有氣體逃逸出和空氣滲入條件下，將其取出。
另一種方法是將灰燼升到更高的溫度然后與高溫蒸汽反應(yīng)，后者與碳充分反應(yīng)生成含有氫氣和二氧化碳的進(jìn)一步的蒸汽。剩余的惰性灰燼用與活性炭灰類(lèi)似的方法排出。
上部和下部的中空管道119和121分別與罐的頂壁和底壁112″、112焊接在一起，并且相互以及同罐112同軸。原料14和14′通過(guò)位于罐112頂壁112″的管道142加入罐內(nèi)，管道142偏離但很接近罐112的縱軸。
氣化罐112有一個(gè)旋風(fēng)扇組件120，它固定于空心軸122上，該軸位于管道119和121之間，用于支撐旋轉(zhuǎn)。特別的如圖3，4和7所示，軸122的上端焊接有一個(gè)外套，即環(huán)狀套管200，利用螺栓204將套管200和帶有法蘭203的裝配軸202連接在一起。陶瓷保溫材料制成的圓盤(pán)206加在套管200和法蘭203之間形成隔熱層。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖3，5和6，軸122的下端焊接有一個(gè)外套，即環(huán)狀套管208，利用螺栓212將套管208和帶有法蘭211的裝配軸210連接在一起。陶瓷保溫材料制成的圓盤(pán)214加在套管208和法蘭211之間形成隔熱層。
上部和下部的管道119和121被罩216和218覆蓋，在各自的管道和罩之間，有陶瓷保溫圈219和219′將管道和罩分開(kāi)以形成隔熱層。固定于管道上端和下端的是轉(zhuǎn)動(dòng)軸承密封組件220和222。前者位于止推軸承支架223上面，支撐著旋風(fēng)扇組件120。它們也支撐著固定軸202和210，旋轉(zhuǎn)的同時(shí)組件220也可以在氣化裝置100的熱循環(huán)中沿縱軸方向膨脹和收縮，如圖7中點(diǎn)線223所示。
滾動(dòng)軸承密封組件以空氣和氣體密封的形式支撐旋風(fēng)扇120。優(yōu)選液冷對(duì)它們進(jìn)行冷卻。
軸210的下部與一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置212相連，在本實(shí)施方案中功率為5.5KW，用于旋轉(zhuǎn)旋風(fēng)扇120。
空心軸122的壁穿有五個(gè)豎直排列成一列的孔124，這列孔124的位置在軸的下部罐112以內(nèi)。同樣的，軸122的上部穿有五個(gè)豎直排列成一列的孔126，這列孔126的位置在管道119的上部。
在管道119的上部側(cè)壁有一個(gè)管道128用來(lái)從罐112中抽氣，氣體是從孔124進(jìn)入軸122的內(nèi)部，然后通過(guò)孔128從軸122的內(nèi)部排出至管道119的內(nèi)部。管道119的上部被一個(gè)環(huán)形氣體閥門(mén)129與罐112完全密封隔開(kāi)。
參考圖1所描述的實(shí)施方案，原料14和14′通過(guò)加料設(shè)備(未顯示)在無(wú)空氣條件下加入罐112。
現(xiàn)在請(qǐng)參考圖2和3，旋風(fēng)扇120包含一個(gè)密封的錐狀法蘭盤(pán)162，它固定于軸122上，指向罐112的頂部，同時(shí)在它的成斜坡?tīng)畹纳媳砻婀潭ㄓ?個(gè)(在本實(shí)施方案中)等間距安置的豎直的扇葉163(圖中顯示2個(gè))，它們從軸122的附近向錐狀法蘭盤(pán)162的底部沿徑向延伸。
在本實(shí)施方案中，24個(gè)平板風(fēng)扇扇葉164豎直向下附著于錐狀法蘭盤(pán)162的邊緣。從外面沿徑向觀察，這些扇葉與軸向成一微小傾角，以便正對(duì)旋風(fēng)扇120的運(yùn)動(dòng)方向。
這些扇葉164在水平方向還可以沿徑向略微彎曲。
從錐狀法蘭盤(pán)162伸出的這些扇葉164在豎直方向上由一對(duì)上下排列的輻條136支撐，每一個(gè)槳葉都是水平固定于軸122和每一個(gè)扇葉164之間。
一個(gè)截錐形的耐磨片165焊接在罐112的角上，位于罐112的圓頂112″和側(cè)壁112′相接的地方，鄰近扇葉163的外沿。
罐112固定于一個(gè)帶有氣體燃燒器(未顯示)的燃燒室170中，燃燒器用與圖1的實(shí)施方案中燃燒室相同的材料制成，它們環(huán)繞罐112。
室70內(nèi)的燃燒產(chǎn)物從廢氣管道(未顯示)排放到空氣中。優(yōu)選地，氣化燃燒產(chǎn)物首先經(jīng)一個(gè)蒸汽或熱水發(fā)生器的換熱器(未顯示)進(jìn)行冷卻。回收的熱能得到適宜的應(yīng)用，如用于去除原料中水分的干燥器。換熱后，燃燒產(chǎn)物排放到空氣中。
氣化反應(yīng)裝置100的操作參考圖1和前面的描述。
從冷態(tài)開(kāi)始將一種惰性氣體如氮?dú)馔ㄟ^(guò)進(jìn)料口(未顯示)加入罐112。
在罐112中保持惰性氣體氛圍的條件下，罐112開(kāi)始升溫，并且由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備212帶動(dòng)旋風(fēng)扇120以500-1000轉(zhuǎn)/分的速度開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。
一旦罐112到達(dá)適宜的溫度，就開(kāi)始加入原料。原料14和14′穿過(guò)進(jìn)料的管道142遇到快速旋轉(zhuǎn)的扇葉164并且迎著罐112內(nèi)壁的熱浪噴出。耐磨片165在與罐112的初始碰撞點(diǎn)保護(hù)罐112。轉(zhuǎn)化為高熱能值的氣體的氣化反應(yīng)迅速開(kāi)始，如前所述，隨著原料的加入和氣化的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品氣對(duì)旋風(fēng)扇120起到推動(dòng)作用，保持它的轉(zhuǎn)動(dòng)。一樣的，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)設(shè)備212的電能可以切斷。而且，它還可以用于發(fā)電機(jī)以提供電能給工廠。隨著氣化的進(jìn)行，可以停止加入惰性氣體，高熱能的氣體從管道128流出罐112，進(jìn)行進(jìn)一步的處理，收集和使用。
在罐112內(nèi)，扇葉164對(duì)氣體產(chǎn)生并維持旋渦運(yùn)動(dòng)——或旋風(fēng)效果，顆粒物被拋向罐112的內(nèi)壁。如果顆粒物沒(méi)有完全氣化，它可以在罐112內(nèi)壁附近處繼續(xù)分解和氣化。并且它最終轉(zhuǎn)化為灰燼。在此過(guò)程生成的氣體進(jìn)入罐112中間的空心軸22的同時(shí)，旋風(fēng)效果成功地將顆粒污染物從氣體中除去，顆粒從下部的開(kāi)口124噴向罐側(cè)壁112′。產(chǎn)品氣穿過(guò)軸122向上，通過(guò)軸開(kāi)口126進(jìn)入管道119的上部區(qū)域。
大部分氣體通過(guò)管道128離開(kāi)管道119，但是一部分氣體向下穿過(guò)管道119回到罐112中，在其中由于旋風(fēng)扇163的離心運(yùn)動(dòng)，它被抽回，抽回的氣體協(xié)助進(jìn)入的原料到達(dá)罐112的高溫內(nèi)表面。
進(jìn)入管道128的氣體，如前所述，傳送到一個(gè)鼓風(fēng)冷卻器或滌氣器，在此它被流經(jīng)的冷卻水或油噴霧迅速冷卻。經(jīng)過(guò)如上的冷卻器或滌氣器的冷卻，使得氣體處于十分純凈的狀態(tài)，并可以保證有效地避免它的組分形成如二氧芑的污染物。這種可以保證質(zhì)量的氣體燃燒清潔并且當(dāng)它的燃燒產(chǎn)物排放到空氣中將會(huì)使其造成的環(huán)境問(wèn)題最小化。
產(chǎn)品氣的小部分加入燃燒器(未顯示)作為燃料。大部分的產(chǎn)品氣轉(zhuǎn)化為熱能或電能。
在一個(gè)典型的城市處理場(chǎng)，希望能夠有9臺(tái)裝置10或110并行操作。所預(yù)期的輸出能量約為30MW電能和50-60MW熱能。
從城市固體垃圾生產(chǎn)的氣體具有令人滿意的低鹵化物含量。一個(gè)典型的色譜分析表明這樣的化合物含量可以忽略。
權(quán)利要求
1.氣化反應(yīng)裝置(10)，其包括燃燒室(70)，燃燒室固定有一個(gè)氣化罐(12)，氣化罐有一個(gè)用于被氣化原料(14，14′)的進(jìn)料口(41)，和排放產(chǎn)品氣的出料口(24，38)，進(jìn)料口(41)帶有空氣隔絕和密封元件(50)以防止空氣和原料一起進(jìn)入罐(12)，并且在罐(12)的上部(12′)有旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇和旋風(fēng)組件的組合件(20)，其作用分別為a)分散加入的原料(14，14′)使之與罐(12)加熱的內(nèi)壁相接觸和b)在產(chǎn)品氣中形成旋風(fēng)以便在從出料口(24，38)排放前將顆粒物從氣體中除去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中燃燒室(70)是燃?xì)庑湾仩t。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述的進(jìn)料口(41)在罐(12)的頂蓋(26)上，并且風(fēng)扇和旋風(fēng)組件(20)安置在頂蓋(26)下面最近處。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其中風(fēng)扇和旋風(fēng)組件(20)包括與頂蓋(26)隔開(kāi)的碟片(62)和位于碟片上表面的扇葉(64)，它們將加入的原料(14，14′)分散向罐頂部被加熱的內(nèi)壁，并且碟片牢固地固定于一個(gè)中心軸(22)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中風(fēng)扇和旋風(fēng)組件(20)還包括一些旋風(fēng)槳葉(66)，這些槳葉牢固固定于碟片的下側(cè)和所述的軸。
6.如權(quán)利要求1到3任一項(xiàng)所述的氣化反應(yīng)裝置，其中風(fēng)扇和旋風(fēng)組件(120)包括一個(gè)固定于可旋轉(zhuǎn)的軸(122)上的錐狀法蘭盤(pán)，在此有一些沿徑向延伸，直立于錐狀法蘭盤(pán)(162)上表面的扇葉(163)，以及一些附著于錐狀法蘭盤(pán)(162)，靠近罐(112)的側(cè)壁(112′)的扇葉(164)。
7.如權(quán)利要求6所述的氣化反應(yīng)裝置，其包含一個(gè)或多個(gè)輻條(136)，用來(lái)連接扇葉(164)和軸(122)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的氣化反應(yīng)裝置，其包含一個(gè)環(huán)狀耐磨片(165)，面向扇葉(163)向外伸展的方向貼于罐上。
9.如權(quán)利要求1到8的任一項(xiàng)所述的氣化反應(yīng)裝置，其中罐(112)具有一個(gè)向內(nèi)的拱形底壁(112)，它與罐(112)的側(cè)壁(112′)合并形成一個(gè)環(huán)形槽(116)。
10.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中每一個(gè)槳葉(66)沿徑向的最外端都有彎曲、彎轉(zhuǎn)或沿組件(20)的旋轉(zhuǎn)方向向前形成一定的角度。
11.如權(quán)利要求5、6或10所述的裝置，其中每一個(gè)槳葉(66)都安置為軸的切線方向并沿組件(20)轉(zhuǎn)動(dòng)方向伸出。
12.如前述的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中罐有一個(gè)中心豎立的管道(24)，其頂部由氣體密封軸承(30)封閉，并且風(fēng)扇和旋風(fēng)組件(20)沿管道(24)向上的方向固定于軸(22，122)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中在軸(22)的下端有一個(gè)襯套(34)，它是在罐(12)中軸向固定的中心桿周?chē)乃裳b配。
14.如權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中軸(32)是空心并且在靠近其上下兩末端處有孔(22′，22″)，空心軸(32)作為將不含顆粒的產(chǎn)品氣導(dǎo)向出料口(24，38)的管道。
15.如前述的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中出料口(24，38)是為滿足在產(chǎn)品氣排放過(guò)程中，將部分產(chǎn)品氣再循環(huán)回罐(12)的需要而建造和安置。
16.如前述的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中罐(12)的底部有一個(gè)氣密導(dǎo)管(16)，用來(lái)在不向罐內(nèi)引入空氣的條件下排出灰燼。
17.如前述的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中空氣隔絕和密封元件是一個(gè)密封的加料設(shè)備(50)，用于在隔絕空氣條件下向進(jìn)料口(41)提供原料。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述加料設(shè)備包含一個(gè)有進(jìn)料口(54)的小室(52)，包含滾筒(58)的密封設(shè)備(56)，滾筒具有可形成可發(fā)生形變的密封輥隙的可發(fā)生形變的外表面，它用于使固體原料通過(guò)而不讓空氣進(jìn)入，還包括一個(gè)用于將原料輸送到進(jìn)料口(41)的輸送器(60)。
19.如權(quán)利要求16或17所述的裝置，其中加料設(shè)備(50)進(jìn)一步包括一個(gè)管線(44)，用于向進(jìn)料口(41)加入液體原料(14′)。
20.如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置，其中出料口(38)與一個(gè)油或水幕滌洗器/冷卻器相連。
21.一種氣化固體和/或液體有機(jī)物以生產(chǎn)高熱能值產(chǎn)品氣的方法，包括下列步驟加熱氣化罐(12)到足夠高的溫度同時(shí)從中排出空氣，在隔絕空氣條件下加入原料(14，14′)到罐(12)的頂部并分散原料使之與罐頂部加熱的內(nèi)壁直接接觸，以將其分解為氣體和灰燼，在罐(12)中對(duì)產(chǎn)品氣施加旋風(fēng)運(yùn)動(dòng)，并沿著中心軸向路徑穿過(guò)罐體將基本上不含顆粒的氣體導(dǎo)向出料口(24，38)。
22.如權(quán)利要求22的方法，其中原料(14，14′)的氣化在其進(jìn)入罐(12)約1/100秒內(nèi)啟動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22或23的方法，其中罐(12)被加熱到溫度為900℃或更高。
24.按照權(quán)利要求22到24的任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品氣，其具有的總熱能值最低為23.1MJ/m3，例如23.1到34.8MJ/m3。
全文摘要
一個(gè)氣化反應(yīng)裝置(10),包括一個(gè)氣化罐(12)、一個(gè)氣體燃燒室(70)和在罐(12)上部(12′)的風(fēng)扇和旋風(fēng)組合件(20),組合件(20)有兩個(gè)功能:第一,扇葉對(duì)進(jìn)入的原料(14,14′)施加離心運(yùn)動(dòng),使之與罐加熱的內(nèi)壁直接接觸以使氣化反應(yīng)快速啟動(dòng);第二,組合件(20)對(duì)產(chǎn)品氣施加旋風(fēng)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致顆粒物從氣體中分離出去,氣體經(jīng)一個(gè)穿過(guò)罐(12)中部的路徑輸送到出料口。
文檔編號(hào)C10J3/46GK1272870SQ9980095
公開(kāi)日2000年11月8日 申請(qǐng)日期1999年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月16日
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