一種旋轉式充氣閘門及使用該閘門的負壓煤炭熱解爐的制作方法

本實用新型涉及一種旋轉式充氣閘門及使用該閘門的負壓煤炭熱解爐，屬于煤炭深加工機械設備技術領域。

背景技術：

我國已探明的煤炭儲量中，大約有55%的煤炭屬于煤化程度低的低階煤，比如褐煤和次煙煤。這些低階煤雖然不利于直接燃燒，但是基于其揮發分含量高和反應活性強的特點，特別適合進行氣化合成加工。氣化合成加工工藝可分為高溫熱解和煤焦氣化兩個過程，其中前期的高溫熱解對于后續的煤焦氣化過程具有重要的影響。因為高溫熱解條件的改變將會影響煤焦的物化性質及結構，進而影響煤焦氣化的反應速率和產物組成等，所以低階煤氣化合成加工首先的要對其高溫熱解過程進行研究。本實用新型是在內蒙古自治區科技計劃資助項目《鄂爾多斯地區煤化工氣化用煤煤種適應性研究》進行過程中得出的創新成果，設計的旋轉式充氣閘門及使用該閘門的負壓煤炭熱解爐主要用于低階煤的高溫熱解加工過程。

壓力對于煤炭熱解行為的研究已經有大量報道。一般來說，提高壓力普遍影響規律是抑制焦油生成和降低總揮發份產量，并加劇揮發分的二次反應，增加煤氣產量。一般認為揮發分前驅體在煤顆粒內部的輸運機理歸結于濃度差引起的體積擴散和壓力梯度引起的強制對流，增加周圍氣體的壓力將減小揮發分前驅體的擴散發生，從而使其通過孔向周圍氣相擴散的速度降低，同時外部氣體壓力的增加將減少壓力梯度。顆粒內部的輸運的減慢意味著揮發分前驅體在顆粒內部停留的時間延長，從而通過二次熱解反應產生大量輕氣體。

現有技術中，煤炭熱解在微正壓或正壓下進行，存在焦油收率低，荒煤氣外泄，污染環境等問題。基于壓力對煤炭熱解過程的影響機制，可采用負壓熱解工藝，不僅可以提高焦油收率，減少揮發分的擴散阻力，同時也能有效降低揮發分的二次裂解。在中國發明專利“一種煤熱解多產焦油的方法”（專利申請號為200910260075.2，公開日為2011年6月29日）中提出了一種采用負壓熱解原理多產焦油的煤熱解工藝，減少煤熱解過程中二次反應的發生，提高焦油收率，實現了煤熱解的清潔生產，同時解決了低變質煤不能合理利用的問題。在專利名稱為“一種提高油氣產率和高效回收油氣的裝置及工藝”的中國發明專利申請中（專利申請號：2014102611315，公開日：2014.09.17），提出了一種采用負壓熱解原理的煤炭熱解加工工藝及裝置，包括依次連接的熱解爐、高溫除塵器、高效過濾器、高溫風機和油氣回收系統，熱解爐產生的高溫荒煤氣經高溫除塵器初步除塵和高效過濾器深度除塵后，得到的除塵氣體經高溫風機送入油氣回收系統回收油氣，熱解過程在由高溫風機提供的負壓狀態下完成，高溫風機為油氣回收系統提供動力源，油氣回收過程在正壓狀態下完成。但遺憾的是，負壓熱解爐的結構，尤其是其入料和排料是如何實現密封并連續工作的問題上述兩個專利的申請人沒有做出介紹。

技術實現要素：

本實用新型同樣采用負壓熱解原理，在現有技術的基礎上設計了一種旋轉式充氣閘門及使用該閘門的負壓煤炭熱解爐，以適應低階煤的負壓熱解加工工藝要求。

本實用新型中旋轉式充氣閘門的技術方案為：一種旋轉式充氣閘門，主要包括閘座、閘片、氣囊、轉軸、傳動裝置和充氣放氣裝置，所述閘座為固定的臥式中空圓柱體，臥式中空圓柱體上設置上下對稱的兩個矩形開口作為入料口和出料口；

所述轉軸為沿閘座中心軸線設置的中空管，中空管的一端開口并與充氣放氣裝置相連，中空管的另一端封閉并與傳動裝置相連，位于閘座內部的中空管上設置以中空管中心軸線為中心對稱分布的兩排通氣孔；

所述閘片為連接轉軸和閘座內壁的的矩形片，其中閘片與轉軸固定連接，閘片與閘座內壁活動、密封連接；

所述閘座內部設置四個閘片，四個閘片圍繞轉軸以X形對稱分布并將轉軸上的兩排通氣孔間隔開來；

在由兩相鄰閘片、轉軸和閘座內壁圍成的且包含通氣孔在內的中空扇形柱體內，分別設置與相應通氣孔相通的氣囊。

進一步優化，所述氣囊在充氣狀態下為扇形柱體，并且與由兩相鄰閘片、轉軸和閘座內壁圍成且包含通氣孔在內的中空扇形柱體相配合。

進一步優化，所述閘片與閘座內壁活動連接處設置耐高溫密封條，所述氣囊采用耐高溫橡膠材料制作。

進一步優化，中間設置氣囊的兩相鄰閘片之間的夾角為30-80°。

進一步優化，所述充氣放氣裝置為全自動充氣放氣機。

進一步優化，所述傳動裝置為帶動轉軸旋轉的電動機、減速器、離合器、齒輪組和軸承。

本實用新型的旋轉式充氣閘門中，四個閘片圍繞轉軸并在傳動裝置和轉軸的帶動下，在臥式中空圓柱體式的閘座內部自由旋轉。在旋轉過程中，從上端入料口進入的原料，在閘片的帶動下，從下端的排料口排出。充氣放氣裝置通過中空的轉軸以及轉軸上對稱設置的兩排通氣孔對兩個氣囊分別進行充氣或放氣。當相對稱的且內部設置氣囊的兩中空扇形柱體旋轉到水平位置時，充氣放氣裝置對相對稱的一對氣囊進行快速充氣，氣囊膨脹后充滿整個中空扇形柱體內部，且與閘座內壁緊密接觸產生摩擦阻力，導致閘片停止旋轉，從而可以在入料口和排料口之間實現隔離密封作用。然后，充氣放氣裝置對氣囊進行快速放氣，使閘片恢復旋轉。

本實用新型中負壓煤炭熱解爐的技術方案為：一種使用該旋轉式充氣閘門的負壓煤炭熱解爐，主要包括爐體、煤炭給料器、高溫半焦給料器和卸料器，所述爐體為立式中空柱體，分為上端的圓柱段和下端的截頭圓錐段，并在圓柱段上設置油氣出口；

所述煤炭給料器和高溫半焦給料器位于爐體上方且并列平行，所述爐體的圓柱段通過Y型三通接頭分別與煤炭給料器和高溫半焦給料器相通；所述卸料器位于爐體下方，所述爐體的截頭圓錐段與卸料器相通；

所述煤炭給料器、高溫半焦給料器和卸料器都是由上下依次排列的兩個所述旋轉式充氣閘門串聯構成；

所述油氣出口依次與高溫除塵器、高溫風機、油氣回收系統連接。

進一步優化，所述爐體的圓筒段上設置3-10個環形排列的油氣出口。

進一步優化，所述高溫風機是為爐體內部制造負壓環境的高溫負壓風機。

進一步優化，所述油氣回收系統包括冷凝器、氣液分離器、精餾塔和換熱器。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，煤炭給料器、高溫半焦給料器和卸料器都使用了旋轉式充氣閘門，從而通過旋轉的閘片實現向爐體內部加入煤炭和高溫半焦，同時也實現將熱解反應后的物料從爐體內部排出。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，通過煤炭給料器、高溫半焦給料器和卸料器中兩個相互串聯的旋轉式充氣閘門中氣囊的交替充氣和放氣，即一個處于充氣狀態，另一個處于放氣狀態，從而可以保證在物料順利通過的情況下，使爐體內部與外界空氣之間一直處于隔離密封狀態。高溫風機為爐體內部制造負壓環境，同時也為熱解反應產生的油氣從油氣出口排出以及進入油氣回收系統提供了動力源。可見，在煤炭給料器、高溫半焦給料器和卸料器中兩個相互串聯的旋轉式充氣閘門以及高溫風機共同作用下，爐體內部可以達到一個密閉負壓環境，為低階煤的負壓熱解加工提供了條件。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐內部一直保持密閉負壓環境，加入的原料煤炭和高溫半焦在高溫條件下進行熱解反應，其中高溫半焦提供了熱解反應所需要的熱量。煤炭熱解反應后產生高溫油氣，在高溫風機作用下高溫油氣從油氣出口排出，經高溫除塵器進行除塵后，進入油氣回收系統中進行氣液分離操作后獲得產品。

附圖說明

圖1為本實用新型中旋轉式充氣閘門的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A截面示意圖。

圖3為本實用新型中使用該旋轉式充氣閘門的負壓煤炭熱解爐的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案作進一步詳細的說明。

如圖1和圖2中所示，本實用新型中的旋轉式充氣閘門主要包括閘座1、閘片2、氣囊3、轉軸4、傳動裝置5和充氣放氣裝置6，所述閘座1為固定的臥式中空圓柱體，臥式中空圓柱體上設置上下對稱的兩個矩形開口作為入料口7和出料口8；

所述轉軸4為沿閘座1中心軸線設置的中空管，中空管的一端開口并與充氣放氣裝置6相連，中空管的另一端封閉并與傳動裝置5相連，位于閘座1內部的中空管上設置以中空管中心軸線為中心對稱分布的兩排通氣孔9；

所述閘片2為連接轉軸4和閘座1內壁的矩形片，其中閘片2與轉軸4固定連接，閘片2與閘座1內壁活動、密封連接；

所述閘座1內部設置四個閘片2，四個閘片2圍繞轉軸4以X形對稱分布并將轉軸4上的兩排通氣孔9間隔開來；

在由兩相鄰閘片2、轉軸4和閘座1內壁圍成的且包含通氣孔9在內的中空扇形柱體內，分別設置與相應通氣孔9相通的氣囊3。

而且，進一步優化，所述氣囊3在充氣狀態下為扇形柱體，并且與由兩相鄰閘片2、轉軸4和閘座1內壁圍成的且包含通氣孔9在內的中空扇形柱體相配合；所述閘片2與閘座1內壁活動連接處設置耐高溫密封條，所述氣囊3采用耐高溫橡膠材料制作；中間設置氣囊3的兩相鄰閘片2之間的夾角為30-80°；所述充氣放氣裝置6為全自動充氣放氣機；所述傳動裝置5為帶動轉軸旋轉的電動機、減速器、離合器、齒輪組和軸承。

本實用新型的旋轉式充氣閘門中，四個閘片2圍繞轉軸4并在傳動裝置5和轉軸4的帶動下，在臥式中空圓柱體式的閘座1內部自由旋轉。在旋轉過程中，從上端入料口7進入的原料，在閘片2的旋轉帶動下，從下端的排料口8排出。充氣放氣裝置6通過中空的轉軸4以及轉軸4上對稱設置的兩排通氣孔9對兩個氣囊3分別進行充氣或放氣。當相對稱的且內部設置氣囊3的兩中空扇形柱體旋轉到水平位置時，充氣放氣裝置6對相對稱的兩個氣囊3進行快速充氣，氣囊3膨脹后充滿整個中空扇形柱體內部，且與閘座1內壁緊密接觸產生摩擦阻力，導致閘片2停止旋轉，從而可以在入料口7和排料口8之間實現隔離密封作用。然后，充氣放氣裝置6對相對稱的兩個氣囊3進行快速放氣，使閘片2恢復旋轉。

如圖3所示，使用該旋轉式充氣閘門的負壓煤炭熱解爐主要包括爐體10、煤炭給料器11、高溫半焦給料器12和卸料器13，所述爐體10為立式中空柱體，分為上端的圓柱段和下端的截頭圓錐段，并在圓柱段上設置油氣出口14；

所述煤炭給料器11和高溫半焦給料器12位于爐體10上方且并列平行，所述爐體10的圓柱段通過Y型三通接頭分別與煤炭給料器11和高溫半焦給料器12相通；所述卸料器13位于爐體10下方，所述爐體10的截頭圓錐段與卸料器13相通；

所述煤炭給料器11、高溫半焦給料器12和卸料器13都是由上下依次排列的兩個所述旋轉式充氣閘門串聯構成；

所述油氣出口14依次與高溫除塵器15、高溫風機16、油氣回收系統17連接。

而且，進一步優化，所述爐體10的圓筒段上設置3-10個環形排列的油氣出口14；所述高溫風機16是為爐體內部制造負壓環境的高溫負壓風機；所述油氣回收系統17包括冷凝器、氣液分離器、精餾塔和換熱器。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，煤炭給料器11、高溫半焦給料器12和卸料器13都使用了該旋轉式充氣閘門，從而可以通過旋轉的閘片2實現向爐體內部加入煤炭和高溫半焦，同時也實現將熱解反應后的物料從爐體10內排出。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，通過煤炭給料器11、高溫半焦給料器12和卸料器13中兩個相互串聯的旋轉式充氣閘門中氣囊3的交替充氣和放氣，即一個處于充氣狀態，另一個處于放氣狀態，可以保證在物料順利通過的情況下，使爐體10內部與外界空氣之間一直保持隔離密封狀態。

接下來以煤炭給料器11為例進行詳細的說明。在煤炭給料器11中，當上端的旋轉式充氣閘門的氣囊3處于放氣狀態時，旋轉的閘片2可以將加入的煤炭帶入到下端的旋轉式充氣閘門中，而此時下端的旋轉式充氣閘門的氣囊3處于充氣狀態，可以保證爐體10內部與外界空氣之間保持隔離密封狀態；然后，上端的旋轉式充氣閘門的氣囊3轉變為充氣狀態，相應的下端的旋轉式充氣閘門的氣囊3轉變為放氣狀態，旋轉的閘片2將煤炭進一步帶入到爐體內部，也保證了爐體10內部與外界空氣之間保持隔離密封狀態。所以，通過煤炭給料器11中兩個交替進行充氣和放氣的旋轉式充氣閘門，既可以將煤炭順利運到爐體內部，同時也可以保證爐體10內部與外界空氣之間保持隔離密封狀態。

由于高溫半焦給料器12、卸料器13與煤炭給料器11的結構相同，基于上述同樣的工作原理，高溫半焦給料器12中兩個交替進行充氣和放氣的旋轉式充氣閘門，既可以將高溫半焦順利運到爐體10內部，同時也可以保證爐體10內部與外界空氣之間保持隔離密封狀態；卸料器13中兩個交替進行充氣和放氣的旋轉式充氣閘門，既可以將熱解反應后的物料順利排出爐體10，同時也可以保證爐體10內部與外界空氣之間保持隔離密封狀態。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，高溫風機16為爐體10內部制造負壓環境，同時也為熱解反應產生的高溫油氣從油氣出口14排出以及進入油氣回收系統17提供了動力源。可見，在煤炭給料器11、高溫半焦給料器12和卸料器13中兩個相互串聯的旋轉式充氣閘門之間的相互配合，以及高溫風機16共同的作用下，爐體10內部最終達到一個密閉負壓環境，為低階煤的負壓熱解加工提供了條件。

本實用新型的負壓煤炭熱解爐中，煤炭給料器11、高溫半焦給料器12交替進行給料，使爐體10內部中的煤炭和高溫半焦相互交錯重疊分布，形成夾帶床結構，使煤炭與高溫半焦充分接觸，利于熱量的傳導和熱解反應的充分進行。在爐體10內部的密閉負壓環境中，高溫半焦提供了熱解反應所需要的熱量。煤炭進行負壓熱解反應后生成高溫油氣，在高溫風機16作用下，高溫油氣從油氣出口14排出，經高溫除塵器15進行除塵后，進入油氣回收系統17中進行氣液分離操作后獲得產品。最后，爐體內部煤炭熱解反應后的物料通過卸料器13從爐體10排出。

最后需要說明的是，以上文字和附圖詳細描述了本實用新型的主要結構特征和工作原理，但是本領域的技術人員應該了解，本實用新型不受上述具體實施方式的的限制，在不脫離本實用新型設計構思、發明內容和精神的前提下，對本實用新型所做的任何變形方式也應該在本實用新型的的保護范圍內。