專利名稱：等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤氣化裝備，特別是涉及到一種等離子體煤氣化爐設備。
背景技術：
當前，常規煤氣化裝置中直接把水蒸汽+空氣或水蒸汽+氧氣作為氣化劑送入氣 化爐，使水蒸汽與煤炭發生造氣反應生成合成氣，其反應為吸熱反應，需要由空氣或氧氣與 炭發生氧化反應為其提供熱量，這種氣化方式將增加煤炭資源消耗，同時，合成氣中產生大 量的二氧化碳廢氣，不僅影響到合成氣的品質，而且使后級生產中排放大量的溫室氣體。現有的熱化學分解水制氫研究中揭示，純水的熱分解避開了“熱一功”轉換過程， 將熱能直接轉換為氫能，理論轉換效率很高，但此反應需吸收大量熱能。若壓力固定為 0. 05Par，則溫度為2000K時水基本不分解，2500K時可以有25%的水發生分解，2800K時水 的分解率可高達陽％。在常壓條件下熱解水的最佳溫度為3400 3500K，一般的加熱方式 難以達到這么高的溫度，而使用等離子噴槍則很容易做到。然而，單獨使用等離子噴槍熱解 水制氫時，氫、氧不能及時分離易發生逆反應使得氫收率低，并且存在余熱回收難題，造成 能量損失，因而不具經濟性。上述的煤氣化技術、等離子體熱解水制氫技術在單獨應用時各存在難予克服的缺 點，如把這二種技術結合應用，則可以相互彌補，克服上述缺點。
實用新型內容本實用新型的目的是把等離子體熱解水制氫和煤氣化結合進行聯產造氣，形成互 補，以克服單獨技術各自存在的缺點，從而達到提升合成氣品質、節省煤炭損耗和減少溫室 氣體排放。等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的作用是一.把氣化爐內的炭作為吸 氧和吸氫元件，及時吸收等離子體熱解水產生的分解物，生成一氧化碳和氫氣，避免水分解 的氫、氧進行逆反應；二.利用煤氣化過程中的吸熱來回收等離子體熱解水制氫的余熱，利 用水分子的分解物與炭的放熱反應為煤原料烘干和熱解提供所需的熱量，因而不需向氣化 爐內輸入氧氣燃炭，減少氧化反應的炭損耗和減少廢氣；三.反應點的溫度高，可以提高氣 化率，氣化率幾乎達到100%。本實用新型的裝置以煤為原料進行造氣，生產以氫氣和一 氧化碳為主要成分的合成氣，所產合成氣作為生產氫氣、合成氨、甲醇或二甲醚的原料氣應 用。本實用新型的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，包括氣化爐設 備，其特征是裝置由氣化爐、等離子體噴槍(6)、螺旋推料器和料倉(25a)組成，其中氣化 爐包括防焦水套(4)、耐火層a(15)、保溫層a(3)和外殼乂2)，防焦水套(4)和耐火層a(15) 的內空間構成氣化爐膛(13)，氣化爐膛(13)呈臥式結構，耐火層a(15)為氣化爐膛(13)的 前部分爐墻，防焦水套(4)為氣化爐膛(13)的后部分爐墻，耐火層a (15)和防焦水套(4)的 外層是保溫層a(3)，保溫層a C3)的外層是外殼a(》；在氣化爐膛(1 的前部爐墻上方有 合成氣通道(16)引出，合成氣通道(16)的頂端有合成氣出口(38)接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過水封(11)連接到渣池；在氣化爐膛 (13)的后端設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6)的噴口指向氣化爐膛(13)內；在氣 化爐膛(1 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器包括螺旋殼體(18a)和螺旋軸(19)，螺旋 軸(19)前部的螺旋推料頭在螺旋殼體(18a)內，螺旋殼體(18a)的出料端從氣化爐膛(13) 的前端伸進氣化爐膛(1 內；料倉(25a)連接在螺旋殼體(18a)的上方。本裝置在運行 時，氣化爐膛后端的溫度為1300 1600°C，通過合成氣的流動，使溫度由后端向前端分布， 氣化爐膛前部分耐火層爐墻具有蓄熱作用，可以使煤炭獲得氣化所需的熱量，氣化爐膛后 部分的防焦水套(4)具有降低爐墻表面溫度的作用，防止煤炭結焦與爐墻粘結。本裝置中 的螺旋推料器由螺旋殼體(18a)、螺旋軸(19)、軸箱和減速箱04)組成，其中螺旋 軸(19)前部的螺旋推料頭在螺旋殼體(18a)內，螺旋軸(19)后部的軸桿穿過軸箱(21)， 再通過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸進行連接，減速箱04)的主動軸由電機驅動。 為了使氣化爐內空間與外界隔離，本裝置在料倉(25a)的頂部有進料器(35)，進料器(35) 包括料斗a (35-2)、料鐘a (35-4)、料斗b (35-1)和料鐘b (35-5)，料斗a (35-2)連接在料斗 b(35-l)的上方，料斗b(35-l)連接在料倉(25a)頂部的殼體(26)上，料鐘a(35_4)為料 斗a(351)的出料閥，料鐘b(354)為料斗b(35-l)的出料閥，在進料時，通過輪流操作料 鐘a(35-4)、料鐘b (35-5)開啟和關閉，使爐內空間與外界隔離。 本實用新型的另一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征是裝 置由氣化爐、等離子體噴槍(6)、螺旋推料器組成，其中氣化爐包括預熱倉(25b)和氣化 爐膛(13)，預熱倉0 )為立式結構，預熱倉0 )的爐墻由內而外為耐火層b(31)、保溫 層b(30)和外殼bQ9)，耐火層b(31)中有管腔(觀)，下部的耐火層b (31)中有環形分氣室 (27)，上部的耐火層b (31)中有環形集氣室(33)，環形分氣室(XT)和環形集氣室(3 之間 通過管腔08)進行連通；氣化爐膛(13)為臥式結構，氣化爐膛(13)的爐墻包括防焦水套 (4)、耐火層a(15)、保溫層a(3)和外殼乂2)，耐火層a(15)為氣化爐膛(13)前部和中部的 爐墻，防焦水套(4)為氣化爐膛(13)后部分的爐墻，耐火層a(15)和防焦水套的外層 是保溫層a(3)，保溫層aC3)的外層是外殼a(》；在氣化爐膛(1 的前部爐墻上方有進料 口，預熱倉(25b)通過進料口連通到氣化爐膛(13)；在氣化爐膛(13)的中部爐墻上方有出 氣口，氣化爐膛(1 的出氣口通過合成氣通道(16)連通到預熱倉(25b)下部的環形分氣 室(27)，環形分氣室07)通過管腔08)連通到環形集氣室(33)，環形集氣室(3 有合成 氣出口(38)接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過 水封(11)連接到渣池；在氣化爐膛(1 的后端設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6) 的噴口指向氣化爐膛(1 內；在氣化爐膛(1 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器的螺旋 推料頭伸進氣化爐膛(1 的前部。本裝置中預熱倉(25b)的作用是利用合成氣的余熱來加 熱進爐原料，以降低氣化爐的能耗，運行時，氣化爐膛后端的溫度為1300 1600°C，通過合 成氣的流動，使溫度由后端向前端分布，高溫的合成氣在通過預熱倉(25b)耐火層爐墻中 的管腔08)時，把熱量傳遞給了耐火層b(31)，耐火層b(31)具有蓄熱和輻射紅外熱能的作 用，耐火層b(31)以輻射傳熱的方式，使預熱倉0 )內的原料受熱升溫；氣化爐膛前部分 耐火層爐墻具有蓄熱作用，可以使煤炭獲得氣化所需的熱量，氣化爐膛后部分的防焦水套 (4)具有降低爐墻表面溫度的作用，防止煤炭結焦與爐墻粘結。為了使螺旋推料頭的作用 區的爐墻不易損壞，本裝置在氣化爐膛(13)前部的耐火層內壁上有鋼護套(18b)。本裝置的螺旋推料器由螺旋軸(19)、軸封(20)、軸箱和減速箱04)組成，其中螺旋軸(19) 的前部為螺旋推料頭，后部為軸桿；螺旋軸(19)后部的軸桿穿過軸封連接到軸箱(21)，軸 桿穿過軸箱通過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸進行連接，減速箱04)的主動 軸由電機驅動；螺旋推料器的軸封00)連接到氣化爐的氣化爐膛(1 前端上，具體實施 時，在軸封OO)的填料盒內加入石棉密封材料，防止爐內的合成氣泄漏。為了更好地利用 合成氣余熱來加熱入爐的原料，在預熱倉(25b)耐火層中的管腔08)為多管腔方式，管腔 (28)均勻分布在耐火層b(31)中。為了使氣化爐內空間與外界隔離，本裝置在預熱倉(25b) 的頂部有進料器(35)，進料器(35)包括料斗a (35-2)、料鐘a (35-4)、料斗b (35-1)和料鐘 b (35-5)，料斗a (35-2)連接在料斗b(35_l)的上方，料斗b (35_1)連接在預熱倉(25b)頂 部的外殼M29)上，料鐘a (35-4)為料斗a(35_2)的出料閥，料鐘b (35_5)為料斗b(35_l) 的出料閥，在進料時，通過輪流操作料鐘a(35-4)、料鐘b(35-5)的開啟和關閉，使爐內空間 與外界隔離。為了使原料在預熱時蒸發出來的水蒸汽傍路到合成氣出口，以減少水蒸汽對 氣化爐膛(1 前部的溫度影響，在預熱倉(25b)的頂部有水蒸汽出口(36)接出，在合成氣 出口有水蒸汽進口(39)接入，水蒸汽出口(36)通過S形連接管(37)連接到水蒸汽進口 (39)，S形連接管(37)具有氣體隔離作用，當S形連接管(37)內充滿水蒸汽時，其下部的 彎管部分可以阻止比重小于水蒸汽的氫氣進入預熱倉0 ),其上部的彎管部分可以阻止 比重大于水蒸汽的一氧化碳進入預熱倉0恥)，而預熱倉0 )內的水蒸汽則很容易進入 合成氣管道，傍路到合成氣出口的水蒸汽起到使高溫的合成氣降溫作用，然后在后級的一 氧化碳變換器中作變換劑使用。本裝置在防焦水套的高位有回水出口(1)接出，在防 焦水套(4)的低位有水套的進水接口(8)接入；在氣化爐膛(1 的后部爐墻上有水蒸汽噴 嘴(5)接入；在氣化爐的外圍設置汽水分離器GO)，防焦水套(4)的回水出口(1)連接到汽 水分離器GO)的回水進口(40-5)，汽水分離器00)的出水口 G0-8)連接到防焦水套(4) 的進水接口(8)，汽水分離器GO)的蒸汽出口 G0-4)通過蒸汽閥G0-3)連接到氣化爐膛 (13)的水蒸汽噴嘴(5)，裝置運行時，防焦水套(4)吸收了氣化爐膛(13)熱量使水套內的 水升溫并部分汽化，汽水混合物在汽水分離器GO)中進行分離，分離出的水返回到防焦水 套內進行循環利用，分離出的水蒸汽通過水蒸汽噴嘴(5)進入氣化爐膛(13)的后部作 為氣化劑利用，使被防焦水套(4)移去的熱能返回到氣化爐膛(1 內，不會有能量損失。 上述的裝置在運行時，煤塊原料從預熱倉(25b)或料倉(25a)頂部的進料器(35) 進入到預熱倉(25b)或料倉0 ),再由螺旋推料器送入氣化爐膛(1 內，原料由前端向 后端運行，在氣化爐膛(1 前部的煤塊進行干餾和熱解逸出揮發成分，煤塊逸出揮發成分 后成為焦炭進入到氣化爐膛(1 的后部完成氣化，熔渣從排渣口(10)排入水封式渣池；把 水或水蒸汽通過等離子體噴槍(6)加熱到4000°C以上，使水分子分解為氫氣、氫、氧氣、氧 和氫氧原子團的活性化學物，噴入氣化爐膛(13)的后部作氣化劑利用，與焦炭進行化學反 應生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的合成氣，氣化爐膛(1 后部產生的合成氣向前部 運行，與揮發成分混合后從合成氣通道(16)引出氣化爐膛(1 ；等離子體噴槍噴入氣化爐 膛(1 的氣化劑還兼作載熱元件，攜帶等離子體噴槍產生的熱量進入氣化爐膛(13)，為氣 化爐提供熱量。具體實施時，控制氣化爐膛(13)的溫度在1000 1600°C之間，其中，氣化 爐膛后端的溫度為1300 1600°C，通過合成氣的流動，使溫度由后端向前端分布。在氣化 爐膛(13)內的后部，等離子體噴槍(6)分解水的活性化學物與炭進行化學反應的反應式如下C (s) +4H* = CH4+87. 7kjC(s)+0* = C0+251. 7kjC (s) +20* = C02+503. 4kjC (s) +O2* = C02+503. 4kjC (s) +2 * = CH4+87. 7kj......上述的反應式中，幾乎全是放熱反應。同時，氣化爐膛(13)內還有C(s)+C02 = 2C0-172. 2kj的還原反應、C(s)+H20(g) = C0+H2_131. 2kj的造氣反應及原料烘干和熱解， 這些都是吸熱過程，上述放熱反應所產生的熱量提供給氣化爐膛(13)的還原反應、造氣反 應、原料烘干和熱解所需，不需向氣化爐內輸入空氣或氧氣助燃就能使爐內的氣化連續進 行，并且反應點的溫度達到5500°C以上，使得煤焦炭非常容易完全氣化，氣化率幾乎高達 100%，減少煤炭資源的消耗，氣化爐內產生的廢氣量少，因此，合成氣的品質高，合成氣中 氫的分數比例高，非常有利后級生產。上述裝置生產的合成氣通過后級除塵、脫硫凈化和一氧化碳變換操作后，可作為 生產氫氣、合成氨或甲醇、二甲醚的原料氣應用。上述的裝置在甲醇生產線上應用時，生產每噸甲醇的等離子體噴槍耗電為 678kw · h左右，耗煤為775kg左右，比常規技術減少耗煤725kg左右，目前的發電技術達到 每kw -h的發電煤耗為345g，所減少的耗煤可發電2100kw *h，具有非常好的性價比。同理， 在生產氫氣、合成氨、甲醇或二甲醚的生產線上應用時，也具有非常好的性價比。本實用新型的有益效果是把等離子體熱解水制氫和煤氣化結合進行聯產造氣， 形成互補，以克服單獨技術各自存在的缺點，與常規煤氣化技術相比，可以減少煤炭資源消 耗和減排溫室氣體，在能量轉化率和經濟效益這二方面都有非常好的性價比。
圖1是本實用新型的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣裝置的結構圖；圖2是本實用新型的一種有預熱倉的等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣裝 置的結構圖；圖3是本實用新型的另一種有預熱倉的等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣 裝置的結構圖；圖4是圖2或圖3中A-A剖面圖；圖5是圖2或圖3中B-B剖面圖。圖中1.回水出口，2.外殼a，3.保溫層a，4.防焦水套，5.水蒸汽噴嘴，6.等離子 體噴槍，6-1.冷卻水接口，6-2.水/工作氣接口，7.觀火鏡，8.進水接口，9.溫度傳感器b， 10.排渣口，11.水封，12.料位傳感器，13.氣化爐膛，14.爐基，15.耐火層a，16.合成氣通 道，17.溫度傳感器a，18a.螺旋殼體，18b.鋼護套，19.螺旋軸，20.軸封，20-1.填料，20-2. 填料盒蓋，21.軸箱，22.聯軸器，23.螺旋推料器基座，24.減速箱，25a.料倉，25b.預熱倉， 26.料倉殼體，27.環形分氣室，28.管腔，29.外殼b，30.保溫層b，31.耐火層b，32.低料位 傳感器，33.環形集氣室，34.高料位傳感器，35.進料器，35-1.料斗b，35-2.料斗a，35-3.料鐘驅動連桿，35-4.料鐘a，35-5.料鐘b，36.水蒸汽出口，37. S形連接管，38.合成氣出 口，39.水蒸汽進口，40.汽/水分離器，40-1.壓力表，40-2.安全閥，40-3.蒸汽閥，40-4. 蒸汽出口，40-5.回水進口，40-6.水位計，40-7.補水接口，40-8.出水口，40-9.排污接口。
具體實施方式實施例1圖1所示的實施方式中，等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置 由氣化爐、等離子體噴槍(6)、螺旋推料器和料倉(25a)組成，其中氣化爐包括防焦水套 (4)、耐火層a(15)、保溫層a(3)和外殼乂2)，防焦水套(4)和耐火層a(15)的內空間構成 氣化爐膛(13)，氣化爐膛(13)呈臥式結構，耐火層a(15)為氣化爐膛(13)的前部分爐墻， 防焦水套(4)為氣化爐膛(13)的后部分爐墻，耐火層a(15)和防焦水套(4)的外層是保溫 層a(3)，保溫層aC3)的外層是外殼a(》；在氣化爐膛(1 的前部爐墻上方有合成氣通道 (16)引出，合成氣通道(16)的頂端有合成氣出口(38)接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻 下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過水封(11)連接到渣池；在氣化爐膛(13)的后端 設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6)的噴口指向氣化爐膛(13)內；在氣化爐膛(13) 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器由螺旋殼體(18a)、螺旋軸(19)、軸箱和減速箱 (24)組成，其中螺旋軸(19)前部的螺旋推料頭在螺旋殼體(18a)內，螺旋殼體(18a)的出 料端從氣化爐膛(13)的前端伸進氣化爐膛(13)內，料倉(25a)連接在螺旋殼體(18a)的 上方，螺旋軸(19)后部的軸桿穿過軸箱(21)，再通過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸 進行連接，減速箱04)的主動軸由電機驅動；在料倉(25a)的頂部有進料器(35)，進料器 (35)包括料斗a (35-2)、料鐘a (35-4)、料斗b (35-1)和料鐘b (35_5)，料斗a (35_2)連接在 料斗b (35-1)的上方，料斗b (35-1)連接在料倉(25a)頂部的殼體Q6)上，料鐘a(35_4)為 料斗a(351)的出料閥，料鐘b(354)為料斗b(35-l)的出料閥，在進料時，通過輪流操作 料鐘a(35-4)、料鐘b (35-5)開啟和關閉，使爐內空間與外界隔離；防焦水套的低位有 進水接口(8)連接到供水系統，防焦水套的高位有回水出口(1)連接到裝置后級的余 熱鍋爐。本實施例中，耐火層用礬土水泥混凝土澆筑，保溫層a ( 選用硅酸鋁耐火纖 維材料，外殼a(2)選用鋼板材料；等離子體噴槍(6)以轉移弧方式工作，等離子體噴槍(6) 的陰極電源線連接件分別連接到電源控制器主電源的負極和引弧高頻電源的負極，陽極上 的電源接線端分別連接到電源控制器主電源的正極和引弧高頻電源的正極，在等離子體噴 槍(6)上有冷卻水接口(6-1)、水/工作氣接口(6-2)，冷卻水接口(6-1)和水/工作氣接 口(6- 分別通過一段50cm長度的陶瓷管連接到供水系統和供汽系統；設備啟動時，先用 水蒸汽作為等離子體噴槍啟動時的工作氣，拉出電弧正常工作后，再用水替代水蒸汽分二 路進入等離子體噴槍。本實施例在運行時，煤塊原料從料倉(25a)頂部的進料器(3 進入 到料倉0 ),再由螺旋推料器送入氣化爐膛(1 內，原料由前端向后端運行，在氣化爐膛 (13)前部的煤塊進行干餾和熱解逸出揮發成分，煤塊逸出揮發成分后成為焦炭進入到氣化 爐膛(1 的后部完成氣化，熔渣從排渣口(10)排入水封式渣池；同時，把水或水蒸汽通過 等離子體噴槍(6)加熱到4000°C以上，使水分子分解為氫氣、氫、氧氣、氧和氫氧原子團的 活性化學物，噴入氣化爐膛(1 的后部作氣化劑利用，與焦炭進行化學反應生成以一氧化 碳和氫氣為主要成分的合成氣，氣化爐膛(1 后部產生的合成氣向前部運行，與揮發成分 混合后經氣化爐膛(13)的出氣口、合成氣通道(16)引出氣化爐；等離子體噴槍噴入氣化爐膛(1 的氣化劑還兼作載熱元件，攜帶等離子體噴槍產生的熱量進入氣化爐膛(13)，為氣 化爐提供熱量；氣化爐膛后端的溫度為1300 1600°C，通過合成氣的流動，使溫度由后端 向前端分布，氣化爐膛前端的溫度為1000°C左右。本實施例裝置的后級有余熱鍋爐，用來回 收合成氣的余熱，進行綜合利用。本實施例作為合成氨生產線上的煤氣化造氣裝置，生產以 一氧化碳和氫氣為主要成分的富氫合成氣，從氣化爐的合成氣出口(38)引出的富氫合成 氣通過后級除塵、脫硫凈化、一氧化碳變換操作后，送入合成氨反應器生產氨，生產每噸氨 的等離子體噴槍耗電為638kw · h左右，耗煤為730kg左右，比常規技術減少耗煤570kg左 右。本實施例還可作為生產氫氣或甲醇、二甲醚生產線的造氣裝置。 實施例2圖2所示的實施方式中，等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置 由氣化爐、等離子體噴槍(6)、螺旋推料器組成，其中氣化爐包括預熱倉(25b)和氣化爐 膛(13)，預熱倉0 )為立式結構，預熱倉0 )的爐墻由內而外為耐火層b (31)、保溫層 b(30)和外殼bQ9)，耐火層b(31)中有管腔(觀)，12根管腔均勻分布在耐火層b (31)中，下 部的耐火層b (31)中有環形分氣室(27)，上部的耐火層b (31)中有環形集氣室(33)，環形 分氣室(XT)和環形集氣室(33)之間通過管腔08)進行連通；氣化爐膛(13)為臥式結構， 氣化爐膛(1 的爐墻包括防焦水套G)、耐火層a(15)、保溫層aC3)和外殼乂2)，耐火層 a(15)為氣化爐膛(13)的前部和中部爐墻，防焦水套⑷為氣化爐膛(13)的后部分爐墻， 耐火層a (1 和防焦水套(4)的外層是保溫層a (3)，保溫層a C3)的外層是外殼a ( ；在氣 化爐膛(13)前部的耐火層內壁上有鋼護套(18b)，在氣化爐膛(13)的前部爐墻上方有進料 口，預熱倉(25b)通過進料口連通到氣化爐膛(1 ；在預熱倉0 )的頂部有水蒸汽出口 (36)接出，在合成氣出口有水蒸汽進口(39)接入，水蒸汽出口(36)通過S形連接管(37) 連接到水蒸汽進口(39)，把水蒸汽傍路到合成氣出口，以減少水蒸汽對氣化爐膛(1 前部 的溫度影響，傍路到合成氣出口的水蒸汽起到使高溫的合成氣降溫作用，然后在后級的一 氧化碳變換器中作變換劑使用；在氣化爐膛(13)的中部爐墻上方有出氣口，氣化爐膛(13) 的出氣口通過合成氣通道(16)連通到預熱倉(25b)耐火層下部的環形分氣室(27)，環形 分氣室07)通過管腔08)連通到環形集氣室(33)，環形集氣室(3 有合成氣出口(38) 接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過水封(11)連 接到渣池；在氣化爐膛(13)的后端設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6)的噴口指向 氣化爐膛(1 內；在氣化爐膛(1 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器由螺旋軸(19)、軸 封(20)、軸箱和減速箱04)組成，螺旋軸(19)的前部為螺旋推料頭，后部為軸桿；螺 旋軸(19)后部的軸桿穿過軸封OO)連接到軸箱(21)，在軸封OO)的填料盒內加入石棉 密封材料，軸桿又穿過軸箱通過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸進行連接，減速 箱04)的主動軸由電機驅動；螺旋推料器的軸封OO)連接到氣化爐的氣化爐膛(13)前 端，螺旋推料器的螺旋推料頭伸進氣化爐膛(1 的前部；在預熱倉0 )的頂部有進料器 (35)，進料器(35)包括料斗a (35-2)、料鐘a (35-4)、料斗b (35-1)和料鐘b (35_5)，料斗 a (35-2)連接在料斗b (35-1)的上方，料斗b (35_1)連接在預熱倉(25b)頂部的外殼M29) 上，料鐘a(35-4)為料斗a(351)的出料閥，料鐘b (35- 為料斗b(35_l)的出料閥，通過 輪流操作料鐘a(35-4)、料鐘b(35-5)，實現在進料時使爐內空間與外界隔離；在防焦水套 (4)的高位有回水出口(1)連接到裝置后級的余熱鍋爐，在防焦水套(4)的低位有水套的進 水接口(8)連接到供水系統。本實施例中，耐火層用礬土水泥混凝土澆筑，保溫層選用硅酸鋁耐火纖維材料，外殼選用鋼板材料；等離子體噴槍(6)以轉移弧方式工作，等離子體噴槍 (6)的陰極電源線連接件分別連接到電源控制器主電源的負極和引弧高頻電源的負極，陽 極上的電源接線端分別連接到電源控制器主電源的正極和引弧高頻電源的正極，在等離子 體噴槍(6)有冷卻水接口(6-1)、水/工作氣接口(6-2)，冷卻水接口 (6-1)和水/工作氣接 口(6- 分別通過一段50cm長度的陶瓷管連接到供水系統和供汽系統；設備啟動時，先用 水蒸汽作為等離子體噴槍啟動時的工作氣，拉出電弧正常工作后，再用水替代水蒸汽分二 路進入等離子體噴槍。本實施例運行時煤塊原料從預熱倉(25b)頂部的進料器(3 進入 到預熱倉0 )內，經預熱和逸出水蒸汽后，再由螺旋推料器送入氣化爐膛(1 內，原料由 前端向后端運行，在氣化爐膛(1 中部的煤塊進行熱解逸出揮發成分，煤塊逸出揮發成分 后成為焦炭進入到氣化爐膛(1 的后部完成氣化，熔渣從排渣口(10)排入水封式渣池；把 水或水蒸汽通過等離子體噴槍(6)加熱到4000°C以上，使水分子分解為氫氣、氫、氧氣、氧 和氫氧原子團的活性化學物，噴入氣化爐膛(13)的后部作氣化劑利用，與焦炭進行化學反 應生成以一氧化碳和氫氣為主要成分的合成氣，氣化爐膛(1 后部產生的合成氣向前部 運行，與揮發成分混合后經氣化爐膛(1 的出氣口、合成氣通道(16)引出氣化爐膛(13)； 等離子體噴槍噴入氣化爐膛(13)的氣化劑還兼作載熱元件，攜帶等離子體噴槍產生的熱 量進入氣化爐膛(1 ，為氣化爐提供熱量；控制氣化爐膛(1 的溫度在1000 1600°C之 間，其中，氣化爐膛后端的溫度為1300 1600°C，通過合成氣的流動，使溫度由后端向前端 分布，氣化爐膛前部分耐火層爐墻具有蓄熱作用，可以使煤炭獲得氣化所需的熱量；氣化爐 膛(1 內產生的高溫合成氣由合成氣通道(16)引入到預熱倉(25b)耐火層下部的環形分 氣室(27)，然后通過管腔08)進入到環形集氣室(33)，再由合成氣出口(38)引出氣化爐 進入后級工序；高溫合成氣在通過預熱倉(25b)耐火層爐墻中的管腔08)時，把熱量傳遞 給了耐火層b (31)，耐火層b (31)具有蓄熱和輻射紅外熱能的作用，耐火層b (31)以輻射傳 熱的方式，使預熱倉0 )內的原料受熱升溫。本實施例裝置的后級有余熱鍋爐，用來回收 合成氣的余熱，進行綜合利用。本實施例作為煤制甲醇生產線上的造氣裝置，從氣化爐的合 成氣出口(38)引出的合成氣通過后級除塵、脫硫凈化和一氧化碳變換操作后，送入甲醇合 成反應器生產甲醇，生產每噸甲醇的等離子體噴槍耗電為678kw · h左右，耗煤為775kg左 右，比常規技術減少耗煤725kg左右。本實施例還可作為生產氫氣或合成氨、二甲醚生產線 的造氣裝置。 實施例3圖3所示的實施方式中，等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣裝置 的結構與第2實施例相同，不同之處在于氣化爐膛(13)的后部爐墻上有水蒸汽噴嘴(5) 接入；在氣化爐的外圍設置汽水分離器(40)，在汽水分離器00)中位的一側有回水進口 (40-5)，在汽水分離器00)中位的另一側有水位計(40-6)，汽水分離器00)低位的一側有 出水口(40-8)，在汽水分離器00)低位的另一側有補水接口(40-7)，在汽水分離器00) 的頂部有壓力表(40-1)、安全閥00-2)和水蒸汽出口(40-4)，在汽水分離器00)的底 部有排污接口 G0-9)；防焦水套的回水出口(1)連接到汽水分離器G0)的回水進口 (40-5)，汽水分離器00)的出水口 G0-8)連接到防焦水套的進水接口(8)，汽水分離 器^))的蒸汽出口 G0-4)通過蒸汽閥G0-3)連接到氣化爐膛(13)的水蒸汽噴嘴(5)； 本實施例使防焦水套(4)吸收氣化爐膛(13)的熱量產生的汽水混合物在汽水分離器G0) 中進行分離，分離出的水返回到防焦水套內進行循環利用，分離出的水蒸汽通過水蒸汽噴嘴(5)進入氣化爐膛(13)的后部作為氣化劑利用，使被防焦水套(4)移去的熱能返回 到氣化爐膛(13)內，不會有能量損失。 上述的實施例中，為了便于操作和控制，在氣化爐膛(13)的后部有觀火鏡(7)、溫 度傳感器b (9)和料位傳感器(12)，在氣化爐膛(1 的前部或中部有溫度傳感器a (17)，在 料倉(25a)或預熱倉(25b)上有低料位傳感器(3 和高料位傳感器(34)。
權利要求1.一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，包括氣化爐設備，其特征是裝 置由氣化爐、等離子體噴槍(6)、螺旋推料器和料倉(25a)組成，其中氣化爐包括防焦水套 (4)、耐火層a(15)、保溫層a(3)和外殼乂2)，防焦水套(4)和耐火層a(15)的內空間構成 氣化爐膛(13)，氣化爐膛(13)呈臥式結構，耐火層a(15)為氣化爐膛(13)的前部分爐墻， 防焦水套(4)為氣化爐膛(13)的后部分爐墻，耐火層a(15)和防焦水套(4)的外層是保溫 層a (3)，保溫層a C3)的外層是外殼a ( ；在氣化爐膛(1 的前部爐墻上方有合成氣通道 (16)引出，合成氣通道(16)的頂端有合成氣出口(38)接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻 下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過水封(11)連接到渣池；在氣化爐膛(13)的后端 設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6)的噴口指向氣化爐膛(13)內；在氣化爐膛(13) 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器包括螺旋殼體(18a)和螺旋軸(19)，螺旋軸(19)前部 的螺旋推料頭在螺旋殼體(18a)內，螺旋殼體(18a)的出料端從氣化爐膛(1 的前端伸進 氣化爐膛(1 內；料倉(25a)連接在螺旋殼體(18a)的上方。
2.根據權利要求1所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是螺旋推料器由螺旋殼體(18a)、螺旋軸(19)、軸箱和減速箱04)組成，其中螺旋軸 (19)前部的螺旋推料頭在螺旋殼體(18a)內，螺旋軸(19)后部的軸桿穿過軸箱(21)，再通 過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸進行連接，減速箱04)的主動軸由電機驅動。
3.根據權利要求1所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是在料倉(25a)的頂部有進料器(35)，進料器(3 包括料斗a (35_2)、料鐘a (35_4)、料斗 b(35-l)和料鐘b (35-5)，料斗a (35-2)連接在料斗b (35-1)的上方，料斗b (35-1)連接在 料倉(25a)頂部的殼體(26)上，料鐘a(35-4)為料斗a(35_2)的出料閥，料鐘b (35_5)為 料斗b (35-1)的出料閥。
4.一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征是裝置由氣化爐、等 離子體噴槍(6)、螺旋推料器組成，其中氣化爐包括預熱倉(25b)和氣化爐膛(13)，預熱 倉0 )為立式結構，預熱倉0 )的爐墻由內而外為耐火層b(31)、保溫層b(30)和外 殼bQ9)，耐火層b(31)中有管腔(觀)，下部的耐火層b (31)中有環形分氣室(27)，上部的 耐火層b (31)中有環形集氣室(33)，環形分氣室(XT)和環形集氣室(3 之間通過管腔 (28)進行連通；氣化爐膛(13)為臥式結構，氣化爐膛(13)的爐墻包括防焦水套、耐火 層a(15)、保溫層a(3)和外殼乂2)，耐火層a(15)為氣化爐膛(13)前部和中部的爐墻，防 焦水套(4)為氣化爐膛(1 的后部分爐墻，耐火層和防焦水套(4)的外層是保溫層 a (3)，保溫層a C3)的外層是外殼a ( ；在氣化爐膛(1 的前部爐墻上方有進料口，預熱倉 (25b)通過進料口連通到氣化爐膛(13)；在氣化爐膛(13)的中部爐墻上方有出氣口，氣化 爐膛(1 的出氣口通過合成氣通道(16)連通到預熱倉(25b)下部的環形分氣窒(27)，環 形分氣室咖通過管腔08)連通到環形集氣室(33)，環形集氣室(3 有合成氣出口(38) 接出；在氣化爐膛(13)的后端爐墻下方有排渣口(10)接出，排渣口(10)通過水封(11)連 接到渣池；在氣化爐膛(13)的后端設置等離子體噴槍(6)，等離子體噴槍(6)的噴口指向 氣化爐膛(1 內；在氣化爐膛(1 的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器的螺旋推料頭伸進 氣化爐膛(13)的前部。
5.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是在氣化爐膛(13)前部的耐火層內壁上有鋼護套(18b)。
6.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是螺旋推料器由螺旋軸(19)、軸封(20)、軸箱和減速箱04)組成，其中螺旋軸(19) 的前部為螺旋推料頭，后部為軸桿；螺旋軸(19)后部的軸桿穿過軸封連接到軸箱(21)，軸 桿穿過軸箱通過聯軸器0 與減速箱04)的從動軸進行連接，減速箱04)的主動 軸由電機驅動；螺旋推料器的軸封00)連接到氣化爐的氣化爐膛(1 前端上。
7.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是預熱倉(25b)耐火層中的管腔08)為多管腔方式，管腔08)均勻分布在耐火層b(31) 中。
8.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是在預熱倉0 )的頂部有進料器(35)，進料器(3 包括料斗a(35-2)、料鐘a(35-4)、料 斗b (35-1)和料鐘b (35-5)，料斗a (35-2)連接在料斗b (35-1)的上方，料斗b (35-1)連接在 預熱倉(25b)頂部的外殼M29)上，料鐘a (35-4)為料斗a(35_2)的出料閥，料鐘b (35_5) 為料斗b (35-1)的出料閥。
9.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特征 是在預熱倉0 )的頂部有水蒸汽出口(36)接出，在合成氣出口有水蒸汽進口(39)接入， 水蒸汽出口(36)通過S形連接管(37)連接到水蒸汽進口(39)。
10.根據權利要求4所述的一種等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，其特 征是在防焦水套的高位有回水出口(1)接出，在防焦水套的低位有水套的進水 接口(8)接入；在氣化爐膛(13)的后部爐墻上有水蒸汽噴嘴(5)接入；在氣化爐的外圍 設置汽水分離器(40)，防焦水套的回水出口(1)連接到汽水分離器GO)的回水進口 (40-5)，汽水分離器00)的出水口 G0-8)連接到防焦水套的進水接口(8)，汽水分離 器GO)的蒸汽出口 G0-4)通過蒸汽閥G0-3)連接到氣化爐膛(13)的水蒸汽噴嘴(5)。
專利摘要等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣的裝置，涉及等離子體煤氣化爐設備。裝置由氣化爐、等離子體噴槍、螺旋推料器和料倉組成，其中防焦水套和耐火層a的內空間構成氣化爐膛，在氣化爐膛的前部爐墻上方有合成氣通道引出，合成氣通道的頂端有合成氣出口接出，在氣化爐膛的后端爐墻下方有排渣口接出，排渣口通過水封連接到渣池，在氣化爐膛的后端設置等離子體噴槍，等離子體噴槍的噴口指向氣化爐膛內，在氣化爐膛的前面設置螺旋推料器，螺旋推料器的出料端伸進氣化爐膛內。本裝置實現等離子體熱解水制氫和煤氣化聯產造氣，形成互補，以克服單獨技術各自存在的缺點，達到提升合成氣品質、節省煤炭損耗和減少溫室氣體排放。
文檔編號C10J3/76GK201901663SQ20102064989
公開日2011年7月20日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者周開根 申請人:周開根