有机固废加压气化及余热回收利用系统和方法

摘要

本发明公开了有机固废加压气化及余热回收利用系统和方法。其中，有机固废加压气化及余热回收利用系统包括：加压气化炉、旋风分离器、废热锅炉、间接冷却器、陶瓷多管除尘器。该系统采用加压低焦油气化的方式，有利提高气化处理规模和气化强度；气化压力条件灵活，可根据物料性质或可燃气要求调节气化炉压力；可燃气有一定的压头，能够降低下游深度利用的气体增压成本。

权利要求

1.一种采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，

所述有机固废加压气化及余热回收利用系统包括：加压气化炉、旋风分离器、废热锅炉、间接冷却器、陶瓷多管除尘器；其中，所述加压气化炉具有以下其中之一的结构：(1)所述加压气化炉包括：

进料装置；

反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体；其中，所述上段炉体的直径小于所述下段炉体的直径，所述上段炉体套设在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体之间形成有环形空腔，所述环形空腔顶部设有密封件；所述上段炉体内的上方设有布料装置，所述下段炉体内的底部设有炉篦；

多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在位于所述环形空腔上方的所述上段炉体的侧壁上，延伸至所述上段炉体内；

至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体的侧壁上，并穿过所述上段炉体的侧壁，延伸至所述上段炉体内；

炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在下段炉体的底壁或底部侧壁上，延伸至所述下段炉体内，与所述炉篦的下部连通；

一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体侧壁上，且位于所述中段气化剂进气口的上方，所述煤气出气口与所述环形空腔连通；

气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

排渣装置，所述排渣装置设在所述下段炉体的正下方或侧下方；

(2)或者，所述加压气化炉包括：进料装置；

反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括炉壁和炉腔，所述炉腔上段设有布料装置、中段设有套筒、底部设有炉篦，所述套筒与所述炉壁之间形成有环形空腔，所述套筒上部为上宽下窄结构且所述套筒的上端止抵于所述炉壁；

多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在所述炉壁的上部和/或顶部上，所述炉顶气化剂进气口延伸至所述炉腔内；

至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在所述炉壁的中部且高于所述套筒所在区域布置，所述中段气化剂进气口延伸至所述炉腔内；

炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在所述炉壁的下部且位于所述炉篦的下方，所述炉底气化剂进气口延伸至所述炉腔内并与所述炉篦的下部连通；

一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在所述炉壁的中部且位于所述环形空腔所在的区域内；

气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

排渣装置，所述排渣装置设在所述反应区炉体的正下方或侧下方；

所述旋风分离器具有煤气进气口和分离后气体出口，所述煤气进气口与所述煤气出气口相连；

所述废热锅炉具有分离后气体进口和换热后气体出口，所述分离后气体进口与所述分离后气体出口相连；

所述间接冷却器具有换热后气体进口和冷却气体出口，所述换热后气体进口与所述换热后气体出口相连；

所述陶瓷多管除尘器具有冷却气体进口和除尘气体出口，所述冷却气体进口与所述冷却气体出口相连。

所述有机固废加压气化及余热回收利用方法包括：利用进料装置向反应区炉体供给有机固废；通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性气体；

利用炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，将所述反应区炉体由上至下分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层；

其中，(1)所述干燥层、干馏层、上氧化层位于所述上段炉体内，所述下氧化层、灰渣层位于所述上段炉体下部的下段炉体内，所述还原层位于所述上段炉体下端界面处；

或者，(2)所述干燥层、干馏层、上氧化层位于所述套筒上部、所述套筒位于所述还原层区域内，所述套筒下端为上还原层和下还原层的交界，所述下氧化层、灰渣层位于所述套筒下部；

所述中段气化剂进气口用于控制所述上氧化层的位置；

使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣；由所述布料装置实现物料在所述干燥层的均匀布料，所述干燥层温度在20～200℃范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入所述干馏层释放挥发分，生成焦油和半焦，所述干馏层的温度在

200～600℃范围；所述焦油和半焦进入到所述上氧化层内，与所述气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使所述上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分焦油也在高温区发生裂解，半焦由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以半焦为主的物料重力作用下进入到所述还原层，所述上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与所述还原层的半焦发生气化反应；所述还原层未反应完的半焦进入到所述下氧化层与所述炉底气化剂进气口通入的气化剂发生进一步氧化反应释热量；所述还原层的热量来源于所述上氧化层和所述下氧化层的热辐射，温度范围在600～1100℃之间，所述下氧化层的温度范围在600～1100℃内；所述半焦在所述下氧化层发生完全氧化反应后变为炉渣进入炉篦上方的灰渣层，所述灰渣层温度范围在200～600℃内；

使所述可燃气通过所述煤气出气口排出所述反应区炉体；

利用所述排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体；

将所述可燃气供给至旋风分离器中进行分离处理，得到分离后气体；

将所述分离后气体供给至废热锅炉中进行换热处理，得到换热后气体；

将所述换热后气体供给至间接冷却器中进行冷却处理，得到冷却气体；

将所述冷却气体供给至陶瓷多管除尘器中进行除尘处理，得到可燃气产品。

2.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述进料装置由上至下依次包括进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀、惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设有进料缓冲仓充泄压口。

3.根据权利要求2所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述进料缓冲仓包括一个或两个。

4.根据权利要求2所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用系统，其特征在于，所述进料缓冲仓包括两个，两个所述进料缓冲仓之间设有连通阀门；

所述上段炉体进一步包括过渡仓，所述过渡仓位于所述上段炉体的顶部，所述炉顶气化剂进气口设在所述过渡仓的侧壁上。

5.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％。

6.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％。

7.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述套筒上端距离进料装置的进料缓冲仓下阀的高度与所述反应区炉体总高度的比值为(0.4～0.8):1，所述套筒下端距离所述炉篦的顶部高度与所述反应区炉体总高度的比值为(0.2～0.6):1，所述套筒的高度与所述反应区炉体内径的比值为(0.2～0.6):1。

8.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述套筒与所述炉壁之间形成的环形空腔的最大厚度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1。

9.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述上段炉体、所述下段炉体、所述炉壁的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁。

10.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀， 所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口。

11.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的正下方，且与所述出渣口相连；

12.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连。

13.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述反应区炉体内存在压力，压力范围为

0.1～10.0MPa。

14.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧中的至少之一。

15.根据权利要求14所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述3

水蒸气的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm。

16.根据权利要求14所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃。

17.根据权利要求14所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所3

述二氧化碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm。

18.根据权利要求1所述的采用有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法，其特征在于，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的70％～90％，所述中段气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的

10％～30％；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％。

说明书

有机固废加压气化及余热回收利用系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固废处理处置与资源化领域，具体而言，本发明涉及有机固废加压气化及余热回收利用系统和方法。

背景技术

[0002] 有机固体废弃物热解气化是指废弃物中的有机质在高温条件下化学键发生断裂，产生小分子气体、可冷凝挥发物(焦油)和固体残渣的过程。热解气化是一个复杂且连续的
化学反应过程，主要包括大分子变成小分子的裂解过程、小分子聚合成大分子的缩聚过程
和挥发物的二次反应过程。有机固体废弃物热处理因为兼具无害化、减量化和资源化方面
的优势，在发达国家已被广泛应用，而随着我国社会和经济的发展，也逐步推广应用到国内
有机固废的资源化处理，特别是生活垃圾、农林废弃物、污泥等。

[0003] 气化炉及气化工艺是有机固废热解气化过程中工艺设备中最重要的部分，其相关设计参数、内部结构形式、操作工艺条件等对可燃气品质、碳转化率等均有重要影响。目前
生物质气化技术或者生活垃圾气化技术主要包括固定床气化和流化床气化，常见的气化炉
炉型有上吸式固定床气化炉、下吸式固定床气化炉、循环流化床气化炉、鼓泡流化床气化炉
等。虽然有机固废气化工艺及设备的研究已经较为深入，但是目前的气化技术和设备的研
究主要集中在常压或微正压(气化压力小于0.1MPa)条件下，有机固废加压气化的研究很少
见。现有的有机固废气化炉及气化工艺仍有待改进。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出有机固废加压气化及余热回收利用系统和方法。该系统可通过加压多级
供风实现有机固废的低焦油气化产气，并充分有效利用产气降温冷却过程中的余热，提高
系统能量和热量的利用率。

[0005] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固废加压气化及余热回收利用系统。根据本发明的实施例，该有机固废加压气化及余热回收利用系统包括：加压气化炉、旋
风分离器、废热锅炉、间接冷却器、陶瓷多管除尘器；其中，所述加压气化炉具有以下其中之
一的结构：

[0006] (1)所述加压气化炉包括：

[0007] 进料装置；

[0008] 反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括上段炉体和下段炉体；其中，所述上段炉体的直径小于所述下段炉体的直径，所述上段炉体套设
在所述下段炉体内，所述上段炉体与所述下段炉体之间形成有环形空腔，所述环形空腔顶
部设有密封件；所述上段炉体内的上方设有布料装置，所述下段炉体内的底部设有炉篦；

[0009] 多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在位于所述环形空腔上方的所述上段炉体的侧壁上，延伸至所述上段炉体内；

[0010] 至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体的侧壁上，并穿过所述上段炉体的侧壁，延伸至所述上段炉体内；

[0011] 炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在下段炉体的底壁或底部侧壁上，延伸至所述下段炉体内，与所述炉篦的下部连通；

[0012] 一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在位于所述环形空腔侧方的所述下段炉体侧壁上，且位于所述中段气化剂进气口的上方，所述煤气出气口与所述环形空腔连通；

[0013] 气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

[0014] 排渣装置，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方或侧下方；

[0015] (2)或者，所述加压气化炉包括：

[0016] 进料装置；

[0017] 反应区炉体，所述反应区炉体设在所述进料装置下方，所述反应区炉体包括炉壁和炉腔，所述炉腔上段设有布料装置、中段设有套筒、底部设有炉篦，所述套筒与所述炉壁
之间形成有环形空腔，所述套筒上部为上宽下窄结构且所述套筒的上端止抵于所述炉壁；

[0018] 多个炉顶气化剂进气口，所述炉顶气化剂进气口设在所述炉壁的上部和/或顶部上，所述炉顶气化剂进气口延伸至所述炉腔内；

[0019] 至少一个中段气化剂进气口，所述中段气化剂进气口设在所述炉壁的中部且高于所述套筒所在区域布置，所述中段气化剂进气口延伸至所述炉腔内；

[0020] 炉底气化剂进气口，所述炉底气化剂进气口设在所述炉壁的下部且位于所述炉篦的下方，所述炉底气化剂进气口延伸至所述炉腔内并与所述炉篦的下部连通；

[0021] 一个或多个煤气出气口，所述煤气出气口设在所述炉壁的中部且位于所述环形空腔所在的区域内；

[0022] 气化剂分布调节器，所述气化剂分布调节器可上下移动地设在所述炉底气化剂进气口的出口端，且位于所述炉篦内；

[0023] 排渣装置，所述排渣装置设在所述反应区炉体的下方或侧下方；

[0024] 所述旋风分离器具有煤气进气口和分离后气体出口，所述煤气进气口与所述煤气出气口相连；

[0025] 所述废热锅炉具有分离后气体进口和换热后气体出口，所述分离后气体进口与所述分离后气体出口相连；

[0026] 所述间接冷却器具有换热后气体进口和冷却气体出口，所述换热后气体进口与所述换热后气体出口相连；

[0027] 所述陶瓷多管除尘器具有冷却气体进口和除尘气体出口，所述冷却气体进口与所述冷却气体出口相连。

[0028] 根据本发明上述实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统，其加压气化炉中，气化剂通过炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口，实现气化剂多
级供应，通过精准稳定的多级氧化实现氧化层的稳定控制，让燃气中的焦油充分裂解，从而
既提高了产出可燃气的品质，又保证了炉渣较低的含碳量。通过调节不同位置气化剂供应
量、中段气化剂进气口位置，可以应对不同挥发份含量和固定碳含量的含碳有机固体的气
化需求，气化剂分布调节器能够更好地适应炉底气化剂进气口小流量情况下的均匀布气。
环形空腔区可以给燃气中的颗粒物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物，并降
低煤气出气口的可燃气温度，上段顺流和下段逆流的气体流动方式能够避免顶部进料口燃
气泄漏。进一步地，加压气化炉产出的高温可燃气进入到旋风分离器中，含尘气体经初步除
尘，然后进入废热锅炉中换热；经过废热锅炉降温后的可燃气进入间接冷却器，进一步冷却
降温后，进入陶瓷多管除尘器中进行除尘处理，得到清洁的可燃气产品。由此，该系统可通
过加压多级供风实现有机固废的低焦油气化产气，并充分有效利用产气降温冷却过程中的
余热，提高系统能量和热量的利用率。

[0029] 另外，根据本发明上述实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统还可以具有如下附加的技术特征：

[0030] 在本发明的一些实施例中，所述进料装置由上至下依次包括进料口、进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓、进料缓冲仓下阀、惰性气体吹扫进气口，所述进料缓冲仓的侧部设有进
料缓冲仓充泄压口。

[0031] 在本发明的一些实施例中，所述进料缓冲仓包括一个或两个。

[0032] 在本发明的一些实施例中，所述进料缓冲仓包括两个，两个所述进料缓冲仓之间设有连通阀门；所述上段炉体进一步包括过渡仓，所述过渡仓位于所述上段炉体的顶部，所
述炉顶气化剂进气口设在所述过渡仓的侧壁上。

[0033] 在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的内径为0.3～8.0m，所述下段炉体的内径为0.4～8.0m。

[0034] 在本发明的一些实施例中，所述上段炉体的高度为所述反应区炉体总高度的40％～80％，例如40％、50％、60％、70％、80％等。由此，可以保证上段炉体与下段炉体之间形成
的环形空腔具有足够的高度，进一步有利于对可燃气产品进行降温，并给可燃气中的颗粒
物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物。

[0035] 在本发明的一些实施例中，所述上段炉体距所述炉篦的高度为所述反应区炉体总高度的20％～60％，例如20％、30％、40％、50％、60％等。由此，可以使氧化层产生的二氧化
碳与还原段的碳层反应生成所需要的一氧化碳，上段炉体与炉篦之间的距离设置为上述范
围，可以使二氧化碳和碳层具有合理的反应接触时间。

[0036] 在本发明的一些实施例中，所述套筒上端距离进料装置的进料缓冲仓下阀的高度与所述反应区炉体总高度的比值为(0.4～0.8):1，例如0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1
等；所述套筒下端距离所述炉篦的顶部高度与所述反应区炉体总高度的比值为(0.2～
0.6):1，例如0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1等；所述套筒的高度与所述反应区炉体内径
的比值为(0.2～0.6):1，例如0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1等。由此，不仅可以保证套
筒与炉壁之间形成的环形空腔具有足够的高度，从而进一步有利于对可燃气产品进行降
温，并给可燃气中的颗粒物提供了充足的沉降空间，减少可燃气中的颗粒物；还能使氧化层
产生的二氧化碳与还原段的碳层反应生成所需要的一氧化碳，通过控制套筒端部与炉篦之
间为上述距离范围可以使二氧化碳和碳层具有合理的反应接触时间。

[0037] 在本发明的一些实施例中，所述套筒与所述炉壁之间形成的环形空腔的最大厚度与反应区炉体内径的比值为(0.1～0.3):1，例如0.1:1、0.2:1、0.3:1等。发明人发现，若环
形空腔的厚度过大，会降低炉内的反应空间，导致气化炉处理能力显著降低，而若环形空腔
的厚度过小，既不利于颗粒物的沉降，也不利于工作人员对套筒进行检修，而通过控制环形
空腔为上述厚度范围，既能同时兼顾气化炉的处理能力与燃气中颗粒物的沉降效果，避免
出现因气流量较大时灰渣上浮影响燃气品质的问题，还便于实现套筒的安装及检修；另外，
反应区炉体的内径可以为0.3～8m，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。需要说明
的是，套筒包括直径上宽下窄的上部筒体和直径上下一致的下部筒体，环形空腔的最大厚
度指的是套筒下部筒体对应的环形空腔的厚度。

[0038] 在本发明的一些实施例中，所述上段炉体、所述下段炉体、所述炉壁的外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁。

[0039] 在本发明的一些实施例中，所述排渣装置由上至下依次包括渣仓上阀、渣仓、渣仓下阀、所述渣仓的侧部设有渣仓充泄压口。

[0040] 在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部呈倒锥形，所述下段炉体的底部设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的下方，且与所述出渣口相连。

[0041] 在本发明的一些实施例中，所述下段炉体的下部侧壁设有出渣口，所述排渣装置设在所述下段炉体的侧下方，且与所述出渣口相连。

[0042] 在本发明的另一方面，本发明提出了一种采用上述实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统实施的有机固废加压气化及余热回收利用方法。根据本发明的实施例，
有机固废加压气化及余热回收利用方法包括：

[0043] 利用进料装置向反应区炉体供给有机固废；通过惰性气体吹扫进气口向进料装置下方吹扫惰性气体；

[0044] 利用炉顶气化剂进气口、中段气化剂进气口和炉底气化剂进气口向所述反应区炉体供给气化剂，将所述反应区炉体由上至下分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化
层、灰渣层；

[0045] 使所述有机固废发生气化反应，得到可燃气和灰渣；使所述可燃气通过煤气出气口排出所述反应区炉体；

[0046] 利用排渣装置将所述灰渣排出所述反应区炉体；

[0047] 将所述可燃气供给至旋风分离器中进行分离处理，得到分离后气体；

[0048] 将所述分离后气体供给至废热锅炉中进行换热处理，得到换热后气体；

[0049] 将所述换热后气体供给至间接冷却器中进行冷却处理，得到冷却气体；

[0050] 将所述冷却气体供给至陶瓷多管除尘器中进行除尘处理，得到可燃气产品。

[0051] 由此，该方法可通过加压多级供风实现有机固废的低焦油气化产气，并充分有效利用产气降温冷却过程中的余热，提高系统能量和热量的利用率。

[0052] 另外，根据本发明上述实施例的有机固废加压气化及余热回收利用方法还可以具有如下附加的技术特征：

[0053] 在本发明的一些实施例中，所述反应区炉体内存在压力，压力范围为0.1～10.0MPa，例如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa
等。通过对气化炉进行加压，可以进一步提高有机固废的处理效率。

[0054] 在本发明的一些实施例中，所述气化剂包括水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)中的至少之一。

[0055] 在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和富氧的混合气，所述水蒸气的3 3 3 3
质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～8.0kg/Nm ，例如0kg/Nm 、0.1kg/Nm 、0.5kg/Nm 、
3 3 3 3 3 3 3 3
1.0kg/Nm 、2.0kg/Nm 、3.0kg/Nm、4.0kg/Nm、5.0kg/Nm、6.0kg/Nm、7.0kg/Nm、8.0kg/Nm
等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和富氧的混合气时，通过控制水蒸气的质量与富氧中
氧气的体积之比在上述范围，可以使不同灰熔点的物料气化温度维持在灰渣的软化点温度
以下，防止灰渣结渣影响气化炉正常运行。优选地，水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比
3
设置为1.0～6.0kg/Nm。更优选地，气化压力设置为100kPa时，水蒸气的质量与富氧中氧气
3
的体积之比设置为约2.0kg/Nm ；气化压力设置为2MPa时，水蒸气的质量与富氧中氧气的体
3
积之比设置为约5.0kg/Nm 。如果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过大，则可能使气
化反应温度降低，造成煤气中有效组分一氧化碳和氢气等组分含量降低，煤气热值降低。如
果水蒸气的质量与富氧中氧气的体积之比过小，则可能使气化反应温度升高使氧化层温度
高于灰渣的软化点温度，使灰渣结渣气化炉不能正常运行。

[0056] 在本发明的一些实施例中，所述气化剂为水蒸气和空气的混合气，所述气化剂的温度为40～70℃，例如40℃、50℃、60℃、70℃等。发明人发现，当气化剂采用水蒸气和空气
的混合气时，通过控制气化剂的温度在上述范围，可以使空气带入适量的水蒸气进入气化
炉的氧化还原层发生碳与水蒸气的水煤气反应，生成一氧化碳和氢气。如果气化剂的温度
过低，则可能带入的水蒸气量较少，使氧化层温度过高，若高于灰渣的软化点温度，会造成
严重的结渣现象，影响气化炉正常运行；如果气化剂的温度过高，则可能带入的水蒸气量过
多，反应温度过低，导致煤气品质降低。

[0057] 在本发明的一些实施例中，所述气化剂为二氧化碳和富氧的混合气，所述二氧化3 3 3
碳的质量与所述富氧中氧气的体积之比为0～19.5kg/Nm ，例如0kg/Nm 、0.10kg/Nm 、
3 3 3 3 3 3 3
0.5kg/Nm、1.0kg/Nm 、2.0kg/Nm 、3.0kg/Nm、5.0kg/Nm 、8.0kg/Nm、10.0kg/Nm 、12.0kg/
3 3 3 3 3
Nm、15.0kg/Nm、16.0kg/Nm、18.0kg/Nm、19.5kg/Nm等。发明人发现，当气化剂采用二氧化
碳和富氧的混合气时，通过控制二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比在上述范围，可
以使二氧化碳和碳发生还原反应生成一氧化碳，并吸收反应层热量，使反应层温度维持在
合理范围内，保持煤气品质及灰渣不结渣。优选地，二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之
3
比设置为1.0～15.0kg/Nm 。更优选地，气化压力设置为100kPa时，二氧化碳的质量与富氧
3
中氧气的体积之比设置为约6.0kg/Nm ；气化压力设置为2MPa时，水二氧化碳的质量与富氧
3
中氧气的体积之比设置为约14.0kg/Nm。如果二氧化碳的质量与富氧中氧气的体积之比过
大，则可能反应层温度降低过大，导致煤气品质较差。

[0058] 在本发明的一些实施例中，所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的30％～90％(例如30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％
等)，其中，所述炉顶气化剂进气口的进气量为所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进
气口总进气量的70％～90％(例如70％、80％、90％等)，所述中段气化剂进气口的进气量为
所述炉顶气化剂进气口和所述中段气化剂进气口总进气量的10％～30％(例如10％、20％、
30％等)；所述炉底气化剂进气口的进气量为所述气化剂总进气量的10％～70％(例如
10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％等)。通过控制气化炉各进气口的气化剂进气量在
上述范围，可以使上氧化层中产生焦油的挥发分直接被气化剂中的氧气氧化成煤气，避免
焦油的产生，同时下氧化层中的碳被气化剂中的氧气氧化生成煤气。

[0059] 在本发明的一些实施例中，所述干燥层的温度为20～200℃(例如20℃、60℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃、200℃等)，所述干馏层的温度为200～600℃(例如200℃、
250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃等)，所述上氧化层的温度为600～
1200℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃等)，所述还原层的温度为
600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述下氧化层的温度为
600～1100℃(例如600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃等)，所述灰渣层的温度为
200～600℃(例如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、600℃等)。通过控制气
化炉中各反应区域的温度在上述范围，可以使氧化层反应层维持合理的反应温度，保证煤
气品质，同时使灰渣反应温度低于软化点，不发生结渣。

[0060] 另外，需要说明的是，本发明中针对有机固废加压气化及余热回收利用系统所描述的全部特征和优点，同样适用于该有机固废加压气化及余热回收利用方法，在此不再一
一赘述。

[0061] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0062] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0063] 图1是根据本发明一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统中加压气化炉的结构示意图；

[0064] 图2是根据本发明再一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统中加压气化炉的结构示意图；

[0065] 图3是根据本发明再一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统中加压气化炉的结构示意图；

[0066] 图4是根据本发明再一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统中加压气化炉的结构示意图；

[0067] 图5是根据本发明一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统的结构示意图；

[0068] 图6是根据本发明再一个实施例的有机固废加压气化及余热回收利用系统的结构示意图。

具体实施方式

[0069] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0070] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴
向”、“径向”、“周向”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
了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

[0071] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0072] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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
连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，
可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0073] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0074] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种有机固废加压气化及余热回收利用系统。

[0075] 首先，对该有机固废加压气化及余热回收利用系统中的加压气化炉进行详细描述。

[0076] 根据本发明的实施例，该加压气化炉的进料装置可以具有一个或两个进料缓冲仓。具有一个进料缓冲仓的进料装置也称为单通道进料装置，具有两个进料缓冲仓的进料
装置也称为双通道进料装置。

[0077] 根据本发明的一些实施例，在单通道进料装置中，进料口为上宽下窄的圆锥形进料口，下部焊接有圆形法兰。进料口下部为进料缓冲仓上阀，通过法兰进行连接，进料缓冲
仓上阀下部炉体为进料缓冲仓，进料缓冲仓下部为进料缓冲仓下阀，进料缓冲仓上阀、进料
缓冲仓、进料缓冲仓下阀之间通过法兰连接，进料缓冲仓是上下窄中间宽的圆柱形结构，进
料缓冲仓侧边设有进料缓冲仓充泄压口，进料缓冲仓充泄压口水平布置。

[0078] 根据本发明的另一些实施例，在双通道进料装置中，进料缓冲仓为两个，对应的进料缓冲仓上阀、进料缓冲仓下阀和惰性气体吹扫进气口均有两个。进料口底部由两个圆锥
形出料口，分别与两个进料缓冲仓上阀通过法兰进行连接，进料缓冲仓下阀下部为进料缓
冲仓，通过法兰进行连接，进料缓冲仓之间存在进料缓冲仓气体通道，并通过连通阀门控制
开关；两个进料缓冲仓侧边各有一个进料缓冲仓充泄压口；进料缓冲仓下部为进料缓冲仓
下阀通过法兰进行连接；进料缓冲仓下阀为接入过渡仓的通道，惰性气体吹扫进气口位于
进料缓冲仓下阀下部通道上，水平布置。

[0079] 进一步地，根据本发明的实施例，进料缓冲仓下阀下部为反应区炉体。如前所述，本发明的有机固废加压气化及余热回收利用系统中所采用的加压气化炉可以采用两种结
构设计方案，可概括为：(1)反应区炉体分为上段炉体和下段炉体之间形成环形空腔，煤气
出气口设在位于环形空腔侧方的下段炉体侧壁上，并与环形空腔连通；(2)反应区炉体为一
体式设计，炉腔中段设有套筒，套筒与炉壁之间形成有环形空腔，煤气出气口设在炉壁中
部，并与环形空腔连通。

[0080] 具体的，上述技术方案(1)的加压气化炉也称为双层炉体固定床气化炉。在上述方案(1)中，反应区炉体包括直径较短的上段炉体和直径较大的下段炉体，上段炉体内径0.3
～8.0m，下段炉体0.4～8.0m，上段炉体和下段炉体顶部通过密封件(例如法兰)连接，上段
炉体插入下段炉体内，上段炉体和下端炉体中间形成环形空腔；上段炉体高度为反应区炉
体总高度的40％～80％，上段炉体下端距离炉篦高度为反应区炉体高度的20％～60％。上
段炉体和下段炉体外侧为膜式水冷壁或夹套水冷壁，膜式水冷壁可以为列管式或盘管式，
也可以替换为水夹套；进料缓冲仓下部的上段炉体顶部水平布置有惰性气体吹扫进气口，
惰性气体吹扫进气口下部上段炉体顶部或侧边设有一个以上炉顶气化剂进气口，多个炉顶
气化剂进气口位于侧边时可沿周向均匀布置，位于顶部时环形均匀布置，通过多个炉顶气
化剂进气口和上段炉体顶部内空腔区实现均匀布气，所通气化剂为水蒸气、二氧化碳、空
气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)以及这四种气体不同比例的混合气体；上段炉体内安装
有布料装置。上段炉体中段区域布置有中段气化剂进气口，该中段气化剂进气口穿过上段
炉体与中段炉体所形成环形空腔与上段炉体炉内连通，布置数量可以为一个或多个。环形
空腔区域的下段炉体存在一个或多个煤气出气口，位于下段炉体顶部区域与环形空腔连
通，煤气出气口为水平放置。考虑到煤气出气口较多时会导致气化炉的结构更加复杂，可以
优选设置一个煤气出气口；为避免炉型结构过于复杂，当设置多个煤气出气口时，可优选煤
气出气口的个数为两个或三个，此时可使多个煤气出气口沿下段炉体的周向均匀、水平布
置，由此能够有效实现均匀出气，避免单侧出气口造成的炉层反应不均匀问题。

[0081] 具体的，上述技术方案(2)的加压气化炉也称为套筒式固定床气化炉。在上述方案(2)中，反应区炉体包括炉壁和由炉壁形成的炉腔，炉腔上段设有布料装置、中段设有套筒
(套筒通过与炉内壁焊接的方式固定)、底部设有炉篦，套筒与炉壁之间形成有环形空腔，套
筒上部为上宽下窄结构且套筒的上端止抵于炉壁。炉顶气化剂进气口设在炉壁的上部和/
或顶部上，并延伸至炉腔内；中段气化剂进气口设在炉壁的中部且高于套筒所在区域布置，
并延伸至炉腔内；炉底气化剂进气口设在炉壁的下部且位于炉篦的下方，例如可以设在炉
壁的底壁上或侧壁下端，炉底气化剂进气口可延伸至炉腔内并与炉篦的下部连通。煤气出
气口设在炉壁的中部且位于环形空腔所在的区域内，煤气出气口的个数可以为一个或多
个，考虑到煤气出气口较多时会导致气化炉的结构更加复杂，可以优选设置一个煤气出气
口；为避免炉型结构过于复杂，当设置多个煤气出气口时，可优选煤气出气口的个数为两个
或三个，此时可使多个煤气出气口沿上段炉体的周向均匀、水平布置，由此能够有效实现均
匀出气，避免单侧出气口造成的炉层反应不均匀问题。通过采用方案(2)的炉型设计，不仅
可以实现气化剂的多级供应，还可通过精准稳定的多级氧化实现双氧化层的稳定控制，使
燃气中的焦油充分裂解，从而提高获得的煤气品质并降低炉渣含碳量；另外，还可通过调节
不同位置气化剂的供应量、中段气化剂进气口的位置来应对不同挥发份含量和固定碳含量
的含碳有机固体的气化需求；利用炉篦气化剂分布调节器能够更好的适应炉底气化剂进气
口小流量情况下的均匀布气，以满足气化炉小负荷运行条件下炉内布风的均匀；炉壁与套
筒之间形成的环形空腔能够实现燃气内颗粒物的沉降，从而有效降低颗粒物含量；上段顺
流和下段逆流的气体流动方式因气化炉两段为气化剂，故能够避免顶部进料口燃气泄漏，
这是传统气化炉不具有的优势；套筒的上部水冷冷壁炉结构可更有利于干馏半焦沿套筒内
壁下落，避免焦油在炉壁上黏附。该套筒式固定床气化炉可适用于气化产物中焦油含量高
的有机固废处理。

[0082] 根据本发明的实施例，下段炉体底部设有炉篦，炉篦下端设有炉底气化剂进气与炉篦连通，炉底气化剂进气口通过位于下方倒锥形区域的管道与外部气源连接；炉篦两侧
炉体底部焊接有刮刀对灰渣进行破碎，炉篦上分布有布气口实现炉底气化剂的均匀布气，
所通气化剂为水蒸气、二氧化碳、空气、富氧(氧气浓度21v％～100v％)以及这四种气体不
同比例的混合气体。炉篦内空腔区域与炉底气化剂进气口连通位置上方布置有一个可上下
伸缩调节的气化剂分布调节器，用于调节炉篦内气化剂分布。

[0083] 根据本发明的实施例，该加压气化炉的排渣装置可以设置为中心排渣或侧排渣。具体的，排渣装置采用中心排渣时，下段炉体的下部呈倒锥形，底部设有出渣口，炉篦下方
为倒锥形空腔实现灰渣的中心收集；排渣装置采用侧排渣时，下段炉体的下部侧壁设有出
渣口，实现灰渣的侧排。

[0084] 根据本发明的实施例，反应区炉体底部下方或侧下方为渣仓上阀，所述炉体底部与渣仓通过法兰连接，所述渣仓上阀下部为渣仓，渣仓上阀和渣仓之间通过法兰连接，渣仓
为上下窄中间宽的圆柱形结构，用于对灰渣进行收集，所述渣仓下部为渣仓下阀，渣仓下阀
与渣仓通过法兰连接。

[0085] 根据本发明的实施例，气化炉体内存在压力，压力范围为0.1～10.0MPa(例如0.1MPa、0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等)，炉顶气化
剂进气口和中段气化剂进气口的气化剂压力也在0.1～10.0MPa(例如0.1MPa、0.5MPa、
1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa等)，压力为压力仪表测量得到
的相对压力，通过加压气化的方法能够提高气化强度和气化效率。

[0086] 气化炉通过加压实现高效气化，但是单位时间内物料的处理量受限于进料口阀门直径以及间歇式的充泄压，无法实现处理量的进一步提升，同时单通道进料充泄压过程会
带来大量含尘烟气通过充泄压口排出。而通过采用如上所述的双通道进料装置，则可以有
效解决该问题，实现处理量的提升以及减少进料泄压过程含尘气体的排出。

[0087] 下面对本发明的有机固废加压气化及余热回收利用系统中，适于将加压气化炉产出的可燃气进行余热回收的装置单元进行详细描述。需要说明的是，本发明中旋风分离器、
废热锅炉、间接冷却器、陶瓷多管除尘器的具体种类或结构并不受特别限制，可以采用本领
域的成熟设备。

[0088] 根据本发明的实施例，加压气化炉产出的高温可燃气道首先进入到旋风分离器中，含尘气体由旋风分离器进口切向引入至筒体造成旋转运动，其中的固体颗粒在惯性离
心力和重力的作用下分离。初步除尘的可燃气随后进入到废热锅炉中，在冷却可燃气的同
时收集高温气体的余热进行再利用。

[0089] 进一步地，根据本发明的实施例，经过废热锅炉降温后的可燃气由烟气管道通入到间接冷却器的管程(上进下出)，冷却水从壳程下进上出，经过换热管箱混合后由下管箱
气体出口排出，对可燃气进行冷却降温。接下来可燃气进入陶瓷多管除尘器中，在以多个陶
瓷材料为过滤元件的除尘器中气体从短通道端进入过滤器，然后在每个通道过滤后进入通
道较长的清洁气体端，清洁气体通道的一端封死使气体流入清洁气体汇集箱，短通道内所
捕集的尘粒通过反向脉冲气流定期清除。

[0090] 综上可知，本发明的有机固废加压气化及余热回收利用系统可以具有选自下列优点的至少之一：

[0091] (1)采用加压气化的方式对有机固废资源化处理，有利于提高气化强度，大幅度提升处理规模；采用顶部和底部进气在炉内形成双氧化层，可有效降低可燃气的焦油含量和
灰渣的含碳率；

[0092] (2)整体工艺的管道和配套设备体积紧凑，整体成本也有所下降；相比于常压的固定床和流化床气化炉，由于压力容器设备体积相对较小，使得投资成本小、动力消耗低；

[0093] (3)采用陶瓷多管除尘器能够在带压条件下对降温后的气体进行二次除尘，除尘效果大于95％，且压力损失小；

[0094] (4)可燃气下游利用(如制备富氢燃气、合成甲醇、石油化工等)也需要一定的压头，加压气化生成的可燃气可以避免气体再次加压的过程，或在一定程度上降低气体增压
成本。

[0095] 下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

[0096] 实施例1

[0097] 双层炉体固定床气化炉采用单通道进料和中心排渣设计，其结构如图1所示，图1中：1‑1：渣仓，1‑2：膜式水冷壁，1‑3：炉篦，1‑4：刮刀，1‑5：下段炉体，1‑6：上段炉体，1‑7：布
料装置，1‑8：进料缓冲仓，1‑9：进料口，1‑10：进料缓冲仓上阀，1‑11：进料缓冲仓下阀，1‑
12：渣仓上阀，1‑13：渣仓下阀，1‑14：炉底气化剂进气口，1‑15：煤气出气口，1‑16：炉顶气化
剂进气口，1‑17：进料缓冲仓充泄压口，1‑18：渣仓充泄压口，1‑19：中段气化剂进气口，1‑
20：惰性气体吹扫进气口，1‑21：气化剂分布调节器。

[0098] (1)进料

[0099] 本实施例的双层炉体固定床气化炉为圆锥形的进料口1‑9，上下窄中间宽的圆柱体的进料缓冲仓1‑8以及圆柱体的上段炉体1‑6和下段炉体1‑5构成，进料口1‑9和进料缓冲
仓1‑8之间安装有进料缓冲仓上阀1‑10，并通过法兰连接。进料缓冲仓1‑8和上段炉体1‑6之
间安装有进料缓冲仓下阀1‑11，并通过法兰连接，进料缓冲仓1‑8侧边设有进料缓冲仓充泄
压口1‑17。物料从进料口1‑9进入气化炉，此时炉内存在一定压力，进料缓冲仓下阀1‑11保
持密闭状态，打开进料缓冲仓上阀1‑10使进料口中的物料进入到进料缓冲仓1‑8中，此时进
料缓冲仓1‑8处于常压状态，待进料缓冲仓1‑8中加入物料后关闭进料缓冲仓上阀1‑10，实
现进料缓冲仓1‑8的密封，此时通过进料缓冲仓充泄压口1‑17进行充压，使进料缓冲仓1‑8
中压力与反应炉内压力一致，通过进料缓冲仓下阀1‑11下部的惰性气体吹扫进气口1‑20通
入氮气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀1‑11下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀
1‑11，使进料缓冲仓1‑8内物料在重力作用下进入气化反应区进行气化。进料缓冲仓1‑8内
物料完全进入气化区后关闭进料缓冲仓下阀1‑11，通过进料缓冲仓充泄压口1‑17进行进料
缓冲仓1‑8泄压，达到常压状态，打开进料缓冲仓上阀1‑10开启新一轮进料。

[0100] (2)气化剂进气

[0101] 气化炉设有三处气化剂进气口，一是炉顶气化剂进气口1‑16，位于惰性气体吹扫进气口1‑20下方上段炉体1‑6的顶部，环形均匀设置有一个或多个，通过对称布置实现顶部
均匀布气。二是中段气化剂进气口1‑19位于上段炉体1‑6中段位置，沿周向水平布置，与上
段炉体1‑6连通。三为炉底气化剂进气口1‑14，该进气口与底部炉篦1‑3连通，通过炉篦1‑3
的布气口实现底部均匀布气，炉篦1‑3内部布置有气化剂分布调节器1‑21。上段炉体1‑6顶
部和炉篦1‑3布气孔上下形成的的均匀布气能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的
反应层，避免出现不均匀反应的现象。中段气化剂进气口1‑19用于控制上氧化层位置，避免
出现上氧化层过高或者过低问题，当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂
进气口1‑14气化剂供入量需求量较少，通过降低调节气化剂分布调节器1‑21的高度，实现
小流量的均匀布气。三个进气口通入的气化剂为富氧+水蒸气。

[0102] (3)气化过程

[0103] 反应区炉体自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏层、上氧化层位于上段炉体1‑6内，下氧化层、灰渣层位于上段炉体1‑6下部
的下段炉体1‑5内，还原层位于上段炉体1‑6下端界面处。物料从进料缓冲仓1‑8进入上段炉
体1‑6内，由布料装置1‑7实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温度在20～200℃范围内，
物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入干馏层释放挥发分，生成焦油和
半焦，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和半焦进入到上氧化层内，与气化剂中的氧气
发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分焦油也在高温区发
生裂解，半焦由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以半焦为主的物料重力作用下
进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还原层的半焦发生气化反应，从而提高
产气品质。还原层未反应完的半焦进入到下氧化层与炉底气化剂进气口1‑14通入的气化剂
发生进一步氧化反应释放热量。还原层的热量来源于上氧化层和下氧化层的热辐射，温度
范围在600～1100℃之间，下氧化层的温度范围在600～1100℃内。半焦在下氧化层发生完
全氧化反应后变为炉渣进入炉篦1‑3上方的灰渣层，灰渣层温度范围在200～600℃内，炉篦
1‑3通过电机带动旋转，将上方灰渣层的炉渣由刮刀1‑4实现炉渣的破碎，避免大块的炉渣
堵塞，炉渣通过炉篦1‑3下方的收集口进入渣仓1‑1。炉底气化剂进气口通入的气化剂经由
炉篦布气孔进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及灰渣的冷却。

[0104] (4)排渣

[0105] 渣仓1‑1为交替排灰，渣仓下阀1‑13为关闭状态，渣仓上阀1‑12为打开状态，灰渣由炉篦破碎后沿下方的中心收集口在重力作用下进入渣仓1‑1，之后关闭渣仓上阀1‑12，通
过渣仓充泄压口1‑18，泄压使渣仓1‑1压力变为常压状态，打开渣仓下阀1‑13，排出灰渣，之
后关闭渣仓下阀1‑13，通过渣仓充泄压口1‑18进行充压，渣仓1‑1压力和炉内相同，之后打
开渣仓上阀1‑12使灰渣层的灰渣进入渣仓1‑1内开始新一轮排渣。

[0106] (5)出气

[0107] 反应区炉体由直径较小的上段炉体1‑6和直径较大的下段炉体1‑5组成，上段炉体1‑6伸入下段炉体1‑5中形成夹层，夹层形成较高高度的环形空腔，环形空腔上部布置有煤
气出气口1‑15，环形空腔具有一定高度，能够使燃气中的颗粒物实现沉降，减少燃气中的颗
粒物。上段炉体1‑6和下段炉体1‑5外层为膜式水冷壁1‑2，通过膜式水冷壁1‑2降低炉体向
外辐射热量同时有效避免炉内因为高温产生的结渣现象，还能使煤气出气口燃气温度降
低，较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

[0108] 以下为本实施例的双层炉体固定床气化炉的具体运行案例：

[0109] 该气化炉的炉内径为3.6m，处理物料为生物质，处理量为24.4t/h。主要操作条件及气化结果如下：

[0110] (1)物料工业分析如下表1所示

[0111] 表1

[0112]   Mt(％) Mad(％) Aad(％) Vad(％) Qnet,ar(MJ/kg)生物质 5.00 3.16 2.59 75.59 18.25

[0113] (2)操作条件：

[0114] 气化压力：3.0MPa

[0115] 气化剂：富氧(氧气浓度100v％)+水蒸气

[0116] 氧气量：1500Nm3/h

[0117] 水蒸气量：7300kg/h

[0118] (3)气化结果：

[0119] 产气量：31400Nm3/h

[0120] 可燃气组成：H2：38.70％，CO：14.65％，CH4：10.60％，CO2：34.02％，N2：0.80％，O2：0.43％，CnHm：0.80％。

[0121] 气化效率：74％

[0122] 灰渣含碳量：3.1％

[0123] 可燃气焦油含量：<1g/Nm3

[0124] 实施例2

[0125] 双层炉体固定床气化炉采用双通道进料和侧排渣设计，其结构如图2所示，图2中：2‑1a、2‑1b：进料缓冲仓上阀，2‑2a、2‑2b：进料缓冲仓充泄压口，2‑3a、2‑3b：进料缓冲仓，2‑
4a、2‑4b：进料缓冲仓下阀，2‑5a、2‑5b：惰性气体吹扫进气口，2‑6：进料口，2‑7：过渡仓，2‑
8：炉顶气化剂进气口，2‑9：布料装置，2‑10：上段炉体，2‑11：煤气出气口，2‑12：下段炉体，
2‑13：膜式水冷壁，2‑14：炉篦，2‑15：炉底气化剂进气口，2‑16：渣仓上阀，2‑17：渣仓，2‑18：
渣仓下阀，2‑19：渣仓充泄压口，2‑20：气化剂分布调节器，2‑21：中段气化剂进气口，2‑22：
进料缓冲仓连通阀门。

[0126] (1)进料

[0127] 本实施例的双层炉体固定床气化炉采用双通道进料设计。双通道进料工作流程为进料缓冲仓2‑3a处于常压状态时，进料缓冲仓连通阀门2‑22和进料缓冲仓下阀2‑4a处于关
闭状态，进料缓冲仓上阀2‑1a处于打开状态，物料经由进料口2‑6通过打开的进料缓冲仓上
阀2‑1a进入到进料缓冲仓2‑3a中，之后关闭进料缓冲仓上阀2‑1a，进料缓冲仓2‑3a形成常
压密闭空间。同时另一个进料缓冲仓2‑3b已经装填好的物料，通过进料缓冲仓充泄压口2‑
2b使进料缓冲仓2‑3b内的压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀2‑4b下部的惰性气体
吹扫进气口2‑5b通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀2‑4b下部气氛为不可燃
气体，打开进料缓冲仓下阀2‑4b，物料经重力作用落入过渡仓2‑7内，过渡仓2‑7内的气体进
入进料缓冲仓2‑3b，然后关闭进料缓冲仓下阀2‑4b，打开进料缓冲仓连通阀门2‑22，使进料
缓冲仓2‑3b中的高压气体进入到进料缓冲仓2‑3a，使两个进料缓冲仓的压力相同，此时关
闭进料缓冲仓连通阀门2‑22，没有物料的进料缓冲仓2‑3b通过进料缓冲仓充泄压口2‑2b进
行泄压，使进料缓冲仓2‑3b变为常压状态，然后打开进料缓冲仓上阀2‑1b进行装料，有物料
的进料缓冲仓2‑3a通过进料缓冲仓充泄压口2‑2a进行充压，使压力与炉内压力相同，通过
进料缓冲仓下阀2‑4a下部的惰性气体吹扫进气口2‑5a通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进
料缓冲仓下阀2‑4a下部气氛为不可燃气体，之后打开进料缓冲仓下阀2‑4a使物料在重力作
用下进入过渡仓2‑7，两个进料缓冲仓交替工作，可有效地提高充泄压效率，并减少泄压过
程排出的含尘气体。

[0128] (2)气化剂进气

[0129] 反应区炉体主要包括炉顶气化剂进气口2‑8、布料装置2‑9、上段炉体2‑10、煤气出气口2‑11、下段炉体2‑12、炉篦2‑14、炉底气化剂进气口2‑15、膜式水冷壁2‑13、气化剂分布
调节器2‑20、中段气化剂进气口2‑21。炉顶气化剂进气口2‑8位于过渡仓2‑7侧边布置，沿周
向对称设置有多个炉顶气化剂进气口，在过渡仓区域形成的空腔以及多个进气口从而实现
顶部的均匀布风。中段气化剂进气口2‑21位于炉体中段偏上位置，与上段炉体2‑10连通沿
周向水平布置，用于调控上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题。炉底气化剂
进气口2‑15与底部炉篦2‑14连通，通过炉篦2‑14上的布气孔实现底部的均匀布风。当气化
原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口2‑15气化剂供入量需求量较少，通
过降低调节气化剂分布调节器2‑20的高度，实现小流量的均匀布气。通过炉顶气化剂进气
口2‑8和炉底气化剂进气口2‑15的均匀布风能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的
反应层，避免出现不均匀反应的现象。两个进气口通入的气化剂为空气+水蒸气。布料装置
2‑9位于过渡仓2‑7正下方的气化炉体上部，从过渡仓2‑7落入炉内的物料通过布料装置2‑9
实现炉内的均匀布料。炉体外层为膜式水冷壁2‑13避免炉内高温向外界辐射，同时也避免
炉内壁发生结渣现象，较传统采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

[0130] (3)气化过程

[0131] 基本流程同实施例1。

[0132] (4)排渣

[0133] 基本流程同实施例1。

[0134] (3)出气

[0135] 基本流程同实施例1。

[0136] 以下为本实施例的双层炉体固定床气化炉的具体运行案例：

[0137] 该气化炉的炉内径为3.2m，处理物料为生物质，处理量为24.0t/h。主要操作条件及气化结果如下：

[0138] (1)物料工业分析如下表2所示

[0139] 表2

[0140]  Mt(％) Mad(％) Aad(％) Vad(％) Qnet,ar(MJ/kg)
生物质 5.00 3.16 2.59 75.59 18.25

[0141] (2)操作条件：

[0142] 气化压力：0.8MPa

[0143] 气化剂：空气+水蒸气

[0144] 空气量：4400Nm3/h

[0145] 水蒸气量：430kg/h

[0146] (3)气化结果：

[0147] 产气量：6300Nm3/h

[0148] 可燃气组成：H2：12.41％，CO：22.70％，CH4：1.46％，CO2：8.14％，N2：54.66％，O2：0.40％，CnHm：0.23％。

[0149] 气化效率：71％

[0150] 灰渣含碳量：3.4％

[0151] 可燃气焦油含量：<1g/Nm3

[0152] 实施例3

[0153] 套筒式固定床气化炉采用单通道进料和中心排渣设计，其结构如图3所示，图3中：3‑1：渣仓，3‑2：膜式水冷壁，3‑3：炉篦，3‑4：刮刀，3‑5：气化炉炉体，3‑6：套筒，3‑7：渣仓充
泄压口，3‑8：进料缓冲仓，3‑9：进料口，3‑10：进料缓冲仓上阀，3‑11：进料缓冲仓下阀，3‑
12：渣仓上阀，3‑13：渣仓下阀，3‑14：炉底气化剂进气口，3‑15：煤气出气口，3‑16：炉顶气化
剂进气口，3‑17：进料缓冲仓充泄压口，3‑18：布料装置，3‑19：炉篦气化剂分布调节剂，3‑
20：惰性气体吹扫进气口，3‑21：中段气化剂进气口。

[0154] (1)进料

[0155] 本实施例的套筒式固定床气化炉为圆锥形的进料口3‑9，上下窄中间宽的圆柱体的进料缓冲仓3‑8以及圆柱体的气化炉体3‑5构成，进料口3‑9和进料缓冲仓3‑8之间安装有
进料缓冲仓上阀3‑100，并通过法兰连接。进料缓冲仓3‑8和气化炉体3‑5之间安装有进料缓
冲仓下阀3‑11，并通过法兰连接，进料缓冲仓3‑8侧边设有进料缓冲仓充泄压口3‑17。物料
从进料口3‑9进入气化炉，此时炉内存在一定压力，进料缓冲仓下阀3‑11保持密闭状态，打
开进料缓冲仓上阀3‑10使进料口中的物料进入到进料缓冲仓3‑8中，此时进料缓冲仓3‑8处
于常压状态，待进料缓冲仓3‑8中加入物料后关闭进料缓冲仓上阀3‑10，实现进料缓冲仓3‑
8的密封，此时通过进料缓冲仓充泄压口3‑17进行充压，使进料缓冲仓3‑8中压力与反应炉
内压力一致，通过进料缓冲仓下阀3‑11下部的惰性气体吹扫进气口3‑20通入氮气、水蒸气
或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀3‑11下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀3‑11，使
进料缓冲仓3‑8内物料在重力作用下进入气化反应区进行气化。进料缓冲仓3‑8内物料完全
进入气化区后关闭进料缓冲仓下阀3‑11，通过进料缓冲仓充泄压口3‑17进行进料缓冲仓3‑
8泄压，达到常压状态，打开进料缓冲仓上阀3‑10开启新一轮进料。

[0156] (2)气化剂进气

[0157] 炉体内设有三处气化剂进气口，一是炉顶气化剂进气口3‑16，位于惰性气体吹扫进气口3‑20下方气化炉体3‑5的顶部，环形均匀设置有多个，通过对称布置实现顶部均匀布
气。二是中段气化剂进气口3‑21水平布置于炉体中段偏上区域，沿周向水平布置。三为炉底
气化剂进气口3‑14，该进气口与底部炉篦3‑3连通，通过炉篦3‑3的布气口实现底部均匀布
气，炉篦3‑3内部布置有炉篦气化剂分布调节器3‑19。炉体顶部和炉篦3‑3上下形成的进气
口均匀布气能够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的
现象。中段气化剂进气口3‑21用于控制上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问
题，当气化原料热值较低或固定碳含量较低时，炉底气化剂进气口3‑14的气化剂供入量需
求量较少，通过降低调节炉篦气化剂分布调节器3‑19的高度，实现小流量的均匀布气。三个
气化剂进气口通入的气化剂为富氧(氧气浓度100％)和水蒸气。

[0158] (3)气化过程

[0159] 本实施例的套筒式固定床气化炉炉体3‑5为主要气化反应区域，中段安装有套筒3‑6，自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏
层位于套筒3‑6上部，上氧化层位于套筒3‑6上部，套筒位于还原层区域内，套筒3‑6下端为
上还原层和下还原层的交界，下氧化层、灰渣层位于套筒3‑6下部。物料从进料缓冲仓3‑8进
入气化炉体3‑5内，由布料装置3‑9实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温度在20～200℃
范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入干馏层释放挥发分，生成
焦油和半焦，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和半焦进入到上氧化层内，焦油和半焦
与气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～1200℃，同时部分
焦油也在高温区发生裂解，半焦由于气固接触较不充分仅部分发生氧化反应，以半焦为主
的物料重力作用下进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还原层的半焦发生
气化反应，从而提高煤气品质。还原层未反应完的半焦进入到下氧化层与炉底气化剂进气
口3‑14通入的气化剂发生进一步氧化及水煤气反应释放热量。还原层的热量来源于上氧化
层和下氧化层的传热，温度范围在600～900℃之间，下氧化层的温度范围在600～1100℃
内。半焦在下氧化层发生完全氧化反应后变为炉渣进入炉篦3‑3上方的灰渣层，灰渣层温度
范围在200～600℃内，炉篦3‑3通过电机带动旋转，将上方灰渣层的炉渣由刮刀3‑4实现炉
渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞，炉渣通过炉篦3‑3下方的收集口进入渣仓3‑1。炉底气化剂
进气口通入的气化剂经由炉篦布气孔进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及
灰渣的冷却。

[0160] (4)排渣

[0161] 炉体下方的渣仓3‑1为交替排灰，渣仓下阀3‑13为关闭状态，渣仓上阀3‑12为打开状态，灰渣由炉篦破碎后沿下方的中心收集口在重力作用下进入渣仓3‑1，之后关闭渣仓上
阀3‑12，通过渣仓充泄压口3‑7，泄压使渣仓3‑1压力变为常压状态，打开渣仓下阀3‑13，排
出灰渣，之后关闭渣仓下阀3‑13，通过渣仓充泄压口3‑7进行充压，渣仓3‑1压力和炉内相
同，之后打开渣仓上阀3‑12使灰渣层的灰渣进入渣仓3‑1内开始新一轮排渣。

[0162] (5)出气

[0163] 炉体中段上氧化层下方和还原层中上部安置有套筒3‑6，套筒3‑6与气化炉体3‑5之间存在夹层，填充物料开始反应后该区域会形成环形空腔，环形空腔区域有煤气出气口
3‑15，沿周向水平均匀布置，能够有效实现均匀出气，避免单侧出气口造成的炉层反应不均
匀问题。环形空腔下方的物料起到过滤作用，减少燃气中的颗粒物。同时空腔受上氧化层和
还原层辐射具有较高温度，在200～800℃范围内，携带有焦油的燃气经过了上氧化层、还原
层以及套筒外环形空腔，确保焦油能够在高温下充分裂解气化，最终由煤气出气口3‑15得
到低焦油、低颗粒物、高热值的可燃气。

[0164] 气化炉体3‑5外层为膜式水冷壁3‑2，通过膜式水冷壁3‑2避免炉体产生较高温度向外辐射热量同时有效避免炉内因为高温产生的结焦挂焦现象，同时较传统采用水夹套的
方式可以有效避免鼓包问题。

[0165] 以下为具体的气化炉运行实施案例：

[0166] 该气化炉的炉内径为3.2m，处理物料为生物质，处理量为6400kg/h。主要操作条件及气化结果如下：

[0167] (1)物料工业分析如表3所示

[0168] 表3

[0169]  Mt(％) Mad(％) Aad(％) Vad(％) Qnet,ar(MJ/kg)
生物质 5.00 3.16 2.59 75.59 18.25

[0170] (2)操作条件：

[0171] 气化压力：1.0MPa

[0172] 气化剂：富氧(氧气浓度100％)+水蒸气

[0173] 氧气量：950Nm3/h

[0174] 水蒸气量：1900kg/h

[0175] (3)气化结果：

[0176] 产气量：8450Nm3/h

[0177] 燃气组成：H2：24.39％，CO：50.02％，CH4：3.32％，CO2：19.97％，N2：1.29％，O2：0.65％，CnHm：0.36％。

[0178] 气化效率：76％

[0179] 灰渣含碳量：2.8％

[0180] 燃气焦油含量：<1g/Nm3

[0181] 实施例4

[0182] 套筒式固定床气化炉采用双通道进料和侧排渣设计，其结构如图4所示，图4中：4‑1a、4‑1b：进料缓冲仓上阀，4‑2a、4‑2b：进料缓冲仓充泄压口，4‑3a、4‑3b：进料缓冲仓，4‑
4a、4‑4b：进料缓冲仓下阀，4‑5a、4‑5b：惰性气体吹扫进气口，4‑6：进料口，4‑7：过渡仓，4‑
8：炉顶气化剂进气口，4‑9：布料装置，4‑10：套筒，4‑11：煤气出气口，4‑12：膜式水冷壁，4‑
13：炉篦，4‑14：炉底气化剂进气口，4‑15：渣仓上阀，4‑16：渣仓，4‑17：渣仓下阀，4‑18：渣仓
充泄压口，4‑19：进料缓冲仓连通阀门，4‑20：中段气化剂进气口，4‑21：炉篦气化剂分布调
节器。

[0183] (1)进料

[0184] 本实施例的套筒式固定床气化炉采用双通道进料设计。双通道进料工作流程为双通道进料工作流程为进料缓冲仓4‑3a处于常压状态时，进料缓冲仓连通阀门4‑19和进料缓
冲仓下阀4‑4a处于关闭状态，进料缓冲仓上阀4‑1a处于打开状态，物料经由进料口4‑6通过
打开的进料缓冲仓上阀4‑1a进入到进料缓冲仓4‑3a中，之后关闭进料缓冲仓上阀4‑1a，进
料缓冲仓4‑3a形成常压密闭空间。同时另一个进料缓冲仓4‑3b已经装填好的物料，通过进
料缓冲仓充泄压口4‑2b使进料缓冲仓4‑3b内的压力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀
4‑4b下部的惰性气体吹扫进气口4‑5b通入氮气、水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀4‑
4b下部气氛为不可燃气体，打开进料缓冲仓下阀4‑4b，物料经重力作用落入过渡仓4‑7内，
过渡仓4‑7内的气体进入进料缓冲仓4‑3b，然后关闭进料缓冲仓下阀4‑4b，打开进料缓冲仓
连通阀门4‑19，使进料缓冲仓4‑3b中的高压气体进入到进料缓冲仓4‑3a，使两个进料缓冲
仓的压力相同，此时关闭进料缓冲仓连通阀门4‑19，没有物料的进料缓冲仓4‑3b通过进料
缓冲仓充泄压口4‑2b进行泄压，使进料缓冲仓4‑3b变为常压状态，然后打开进料缓冲仓上
阀4‑1b进行装料，有物料的进料缓冲仓4‑3a通过进料缓冲仓充泄压口4‑2a进行充压，使压
力与炉内压力相同，通过进料缓冲仓下阀4‑4a下部的惰性气体吹扫进气口4‑5a通入氮气、
水蒸气或二氧化碳，使进料缓冲仓下阀4‑4a下部气氛为不可燃气体，之后打开进料缓冲仓
下阀4‑4a使物料在重力作用下进入过渡仓4‑7，两个进料缓冲仓交替工作，有效的提高充泄
压效率，减少了泄压过程排出的含尘气体。

[0185] (2)气化剂进气

[0186] 气化炉体主要由炉顶气化剂进气口4‑8、布料装置4‑9、套筒4‑10、煤气出气口4‑11、炉篦4‑13、炉底气化剂进气口4‑14、膜式水冷壁4‑12、中段气化剂进气口4‑20、炉篦气化
剂分布调节器4‑21构成。炉顶气化剂进气口4‑8位于过渡仓4‑7侧边布置，沿周向对称设置
有多个炉顶气化剂进气口，通过在过渡仓区域形成的空腔以及多个炉顶气化剂进气口从而
实现顶部的均匀布风。中段气化剂进气口4‑20位于套筒4‑10上方位置，沿周向水平布置，用
于调控上氧化层位置，避免出现上氧化层过高或者过低问题。炉底气化剂进气口4‑14与底
部炉篦4‑13连通，通过炉篦4‑13上的布气孔实现底部的均匀布风。炉篦气化剂分布调节器
4‑21位于炉篦4‑13内部空腔中，当气化原料为低热值或固定碳含量较低时，炉底气化剂进
气口4‑14气化剂供入量需求量较少，通过降低调节炉篦气化剂分布调节器4‑21的高度，实
现小流量的均匀布气。通过炉顶气化剂进气口4‑8和炉底气化剂进气口4‑14的均匀布风能
够确保物料在气化反应区内形成均匀稳定的反应层，避免出现不均匀反应的现象。气化剂
进气口4‑8和4‑14通入的气化剂为空气和水蒸气。布料装置4‑9位于过渡仓4‑7正下方的气
化炉体上部，从过渡仓4‑7落入炉内的物料通过布料装置4‑9实现炉内的均匀布料。炉体外
层为膜式水冷壁4‑12避免炉内高温向外界辐射，同时也避免炉内壁发生结渣现象，较传统
采用水夹套的方式可以有效避免鼓包问题。

[0187] (3)气化过程

[0188] 炉内反应区自上而下可以分为干燥层、干馏层、上氧化层、还原层、下氧化层、灰渣层。干燥层、干馏层位于炉内套筒上方，在上氧化层下方和还原层中上部之间的区域安置套
筒，下氧化层、灰渣层位于套筒下方。布料装置4‑9实现物料在干燥层的均匀布料，干燥层温
度在20～200℃范围内，物料中的水分受热蒸发进入到气相，经过干燥的物料进入挥发层释
放挥发分，生成焦油和半焦，干馏层的温度在200～600℃范围。焦油和半焦进入到上氧化层
内，焦油和半焦与气化剂中的氧气发生氧化反应释放热量使上氧化层温度能达到600～
1200℃，同时部分焦油也在高温区发生裂解，半焦由于气固接触较不充分仅部分发生氧化
反应，以半焦为主的物料重力作用下进入到还原层，上氧化层氧化生成的二氧化碳、水与还
原层的半焦发生气化反应，从而提高产气品质。还原层未反应完的半焦进入到下氧化层与
炉底气化剂进气口4‑14通入的气化剂发生进一步氧化反应释放热量。还原层的热量来源于
上氧化层和下氧化层的热辐射，温度范围在600～900℃之间，下氧化层的温度范围在600～
1100℃内。半焦在下氧化层发生完全氧化反应后变为炉渣进入炉篦4‑13上方的灰渣层，灰
渣层温度范围在200～600℃内，炉篦13通过电机带动旋转，炉篦4‑13上带有刮刀可以实现
炉渣的破碎，避免大块的炉渣堵塞。炉底气化剂进气口4‑14通入的气化剂经由炉篦布气口
进入灰渣层与灰渣进行换热实现气化剂的加热以及灰渣的冷却。

[0189] (4)排渣

[0190] 炉体下方的渣仓4‑16为交替排灰，渣仓下阀4‑17为关闭状态，渣仓上阀4‑15为打开状态，灰渣由炉篦破碎后通过侧方的排渣口通过旋转挤压进入渣仓4‑16，之后关闭渣仓
上阀4‑15，通过渣仓充泄压口4‑18泄压，渣仓4‑16压力变为常压状态，打开渣仓下阀4‑17，
排出灰渣，之后关闭渣仓下阀4‑17，通过渣仓充泄压口4‑18进行充压，渣仓4‑16压力和炉内
相同，之后打开渣仓上阀4‑15使灰渣层的灰渣进入渣仓4‑16内开始新一轮排渣。

[0191] (5)出气

[0192] 炉体中段上氧化层下方和还原层中上部安置有套筒4‑10，套筒4‑10为耐热钢，套筒4‑10与炉体形成夹层，填充物料开始反应后该区域会形成环形空腔，环形空腔区域有水
平布置的煤气出气口4‑11，能够有效实现均匀出气。夹层空腔下方的物料起到过滤作用，减
少燃气中的颗粒物。同时环形空腔受上氧化层和还原层辐射具有较高温度，在200～800℃
范围内，携带有焦油的燃气经过了上氧化层、还原层以及套筒4‑10外夹层空腔，确保焦油能
够在高温下充分裂解气化，最终由煤气出气口4‑11得到低焦油、低颗粒物、高热值的可燃
气。

[0193] 该气化炉的炉底内径为3.2m，处理物料为生物质，处理量为4000kg/h。主要操作条件及气化结果如下：

[0194] (1)物料工业分析如表4所示

[0195] 表4

[0196]   Mt(％) Mad(％) Aad(％) Vad(％) Qnet,ar(MJ/kg)生物质 5.00 3.16 2.59 75.59 18.25

[0197] (2)操作条件：

[0198] 气化压力：100kPa

[0199] 气化剂：空气+水蒸气

[0200] 空气量：6100Nm3/h

[0201] 水蒸气量：1000kg/h

[0202] (3)气化结果：

[0203] 产气量：9600Nm3/h

[0204] 燃气组成：H2：15.88％，CO：18.65％，CH4：3.17％，CO2：10.84％，N2：50.61％，O2：0.40％，CnHm：0.45％。

[0205] 气化效率：73％

[0206] 灰渣含碳量：3.1％

[0207] 燃气焦油含量：<1g/Nm3

[0208] 实施例5

[0209] 采用实施例1的双层炉体固定床气化炉组建余热回收利用系统，其结构如图5所示。图5中：5‑1：实施例1的双层炉体固定床气化炉，5‑1a：双层炉体固定床气化炉中的煤气
出口，5‑2：旋风分离器，5‑3：废热锅炉，5‑3a废热锅炉中的汽包，5‑4：间接冷却器，5‑5，陶瓷
多管除尘器。

[0210] 利用实施例1的双层炉体固定床气化炉对有机固废进行加压气化，生产的高温可燃气从气化炉煤气出口5‑1a经烟道首先进入到旋风分离器5‑2的中，当含尘气体沿轴向进
入旋风分离器5‑2的分离管后，气流在导向叶片的导流作用下旋转，沿筒体呈螺旋形向下进
入旋风筒体，密度大的尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出
旋风管排尘口至设备底部灰斗，从设备底部的出灰口排出。旋转的气流在筒体内收缩向中
心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化气室，再经旋风分离器5‑2顶部的出口排出。

[0211] 因气化生成的可燃气排出时为高温高压，采用废热锅炉5‑3对其降温和余热利用更为合适。可燃气从旋风分离器5‑2气体出口排出进入到废热锅炉5‑3的烟道中，沸水从汽
包5‑3a中经过下降管流入到废热锅炉5‑3底部，在管壁受热变成汽水化合物后由上升管返
回至汽包5‑3a中，产生的蒸汽或热水充分利用；可燃气经过废热锅炉5‑3后可将温度降低至
300℃左右。初步降温的可燃气进入到直接与废热锅炉5‑3烟道出口管道相连的间接冷却器
5‑4中进行冷却降温，在此冷却降温过程中，可燃气走管程自上而下，软水走壳程自下而上，
过程中发生热量交换使得可燃气温度降低至150～180℃。

[0212] 考虑到加压气化产生的可燃气也有一定的压力，选用陶瓷多管除尘器5‑5作为二次除尘的设备，该除尘器能够耐压、高效除尘，陶瓷过滤元件由多个空陶瓷板组成，通过烧
结形成带有通道的肋状整体。降温后的可燃气进入到陶瓷多管除尘器5‑5的下部通道，进入
到除尘器筒体中的多通道陶瓷管，经陶瓷旋风导流进行旋转，从而产生离心力，在离心力的
作用灰尘颗粒从气体中分离出来，然后落入到灰斗内，通过出灰口排出；净化后的清洁气体
形成上升的旋流，通过排气管汇于陶瓷多管除尘器5‑5的集气室中，经出口由排出，达到除
尘效果。后续的可燃气可以进入到脱酸(若有必要)、分离、化学合成等工序。

[0213] 实施例6

[0214] 采用实施例3的套筒式固定床气化炉组建余热回收利用系统，其结构如图6所示。图6中：6‑1：实施例3的套筒式固定床气化炉，6‑1a：套筒式固定床气化炉中的煤气出口，6‑
2：旋风分离器，6‑3：废热锅炉，6‑3a废热锅炉中的汽包，6‑4：间接冷却器，6‑5，陶瓷多管除
尘器。

[0215] 套筒式固定床气化炉产出的可燃气后续进入旋风分离器、废热锅炉、间接冷却器、陶瓷多管除尘器的处理工艺同实施例5。

[0216] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0217] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。