CN108048136A - 一种生物质气发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质气发生装置，包括送料装置、气化炉、排渣装置，其特征是：所述气化炉包括炉体，炉体底部设置有排渣口，排渣口上设置有排渣装置，炉体下端设置有炉排，炉排上端自下而上分为还原层、炭化层、干馏层，炉体顶部设置有进料口，进料口与送料装置配合向炉体内送入生物质燃料，炉体内设置有送风管道和出气口，送风管道端部和出气口均与炉体内腔连通，送风管道与炉腔的连接处设置在炭化层侧面，出气口与炉腔的连接处设置在还原层侧面。该生物质气发生装置能较好地减少产生的生物质气内含有的焦油的量。

Description

一种生物质气发生装置

技术领域

本发明涉及生物质气化领域，特别涉及一种生物质气发生装置。

背景技术

生物质燃料作为一种可再生能源价格低廉，一般的农作物秸秆、竹木碎屑等均属于生物质燃料，生物质能源具有可再生性、挥发分含量高、含硫量低等优点，在工业生产中被越来越广泛地应用，但直接燃用生物质燃料会产生大量的烟尘、粉尘对大气造成污染，现有的解决方案是通过将生物质通过生物质气化装置转化为生物质气来解决这一问题。

现有的生物质气化主要通过气化炉来实现，现有的生物质气化炉一般采用底部进风顶部出气的方式进行，对生物质进行气化时通过从气化炉侧面或者顶部进料，生物质进入到气化炉后在气化炉内经过生物质干燥、生物质裂解、还原反应、氧化反应等过程生成可燃的生物质气。生物质气产生后从气化炉顶部的出气口排出，同时残存在气化炉内的残渣从气化炉底部排出。使用现有的气化炉产生生物质气的同时会产生一定量的灰分和焦油，灰分和焦油也会随着生物质气被送入到出气口及与其连接的管道内。当焦油温度降低后会发生液化，液化后的焦油会混合粉尘黏在出气口和管道内，造成管道堵塞。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种生物质气发生装置，能较好地克服上述技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种生物质气发生装置，包括送料装置、气化炉、排渣装置，其特征是：所述气化炉包括炉体，炉体底部设置有排渣口，排渣口上设置有排渣装置，炉体下端设置有炉排，炉排上端自下而上分为还原层、炭化层、干馏层，炉体顶部设置有进料口，进料口与送料装置配合向炉体内送入生物质燃料，炉体内设置有送风管道和出气口，送风管道端部和出气口均与炉体内腔连通，送风管道与炉腔的连接处设置在炭化层侧面，出气口与炉腔的连接处设置在还原层侧面。

通过上述技术方案，气化炉在正常工作时炉腔内部自下而上分成还原层、炭化层和干馏层，当气化炉内物料进行更替时还原层内的物料在排渣装置的作用下从排渣口排出，在此同时原炭化层内被炭化后的生物质燃料进入到还原层，而原来干馏层内的生物燃料也进入到炭化层内，同时送料装置将生物质燃料输送到气化炉顶部的进料口并从进料口投入到炉体内填充到干馏层内。由于送风管道的出口设置在炭化层侧面而出气口与炉腔的连接处设置在还原层侧面，所以当该气化炉正常运作时，外界的空气会被送入到炭化层内，使炭化层处于稳定可控的不完全燃烧状态，由于炉体顶部封闭，炉腔上部的压强会高于外界气压，而炉腔下部由于还原层侧面设置有出气口与外界连通，该处气压反而低于炉腔上部，所以炉腔内的气流会向该处流动，并通过出气口排出炉腔。送风管道和出气口这样设置可以使炉腔内的生物质实现下吸式燃烧，从而使还原层的温度最高。当外界的空气通过送风管道进入到炭化层后，炭化层内的生物质燃料发生不完全燃烧，在此过程中生物质燃料会发生炭化并产生一定量的生物质气。同时炭化层燃烧产生的热量会传递到干馏层内，使覆盖在炭化层上方的生物质燃料在热量的作用下进一步干燥、升温。在此过程中干馏层内的生物质燃料中的水分变成水蒸气，同时生物质燃料内的焦油等可挥发成分发生挥发。由于炉腔内部的气流是向下流动的，所以炭化层和干馏层产生的气体会向下运动并经过还原层。还原层内均为炭化后的生物质燃料，其主要成分为碳并处于高温的燃烧状态，当炭化层和干馏层产生的气体经过还原层后会在还原层内进一步发生反应，其中水蒸汽、碳和二氧化碳等会进一步反应产生水煤气，同时焦油也会在该处进一步裂解，生成分子量更小的可燃气体。在此过程中炭化层燃烧产生的烟也会得到进一步的吸附和过滤，从而使输出的生物质气更为洁净。

优选的，所述排渣装置另一端的出口处设置有闷炭室，闷炭室上设置有可开合的密封仓门。

通过上述技术方案，排渣装置排出的物料可以进入到闷炭室，由于排渣装置排出的为燃烧状态的炭，当燃烧状态的炭进入到闷炭室后，闷炭室的舱门关闭，使闷炭室内处于密封状态，在这种情况下炭会逐渐停止燃烧并冷却，形成活性炭，从而提高整套装置的经济性。

优选的，所述送风管道从炉体下端穿入炉体并经过还原层侧面。

通过上述技术方案，送风管道从炉体下端穿入炉体并经过还原层侧面可以使送风管道内的空气得到加热，实现对炭化层的热风配氧。由于炉膛内的温度直接关系着生物质气的产量，热风配氧可以避免在向炭化层送氧的过程中导致炭化层温度降低，以至于影响生物质气的产量。

优选的，所述炉体浇铸而成，炉体内部预设有环形的夹层，出气口环绕夹层设置并与炉腔连通。

通过上述技术方案，夹层的设置可以使进入到夹层内的生物质气中混杂的少量粉尘和焦油进行二次气化，进一步去除焦油和粉尘，使产生的生物质气更加洁净。

优选的，所述炉体上端设置有输气管道，输气管道与夹层连通，输气管道另一端连接有洗气筒，洗气筒内盛放有用于洗气的液体，洗气筒中部设置有隔板，隔板下端没入液面，输气管道端部与洗气筒隔板一侧顶部连接，洗气筒隔板另一端的顶部设置有生物质气出口。

通过上述技术方案，洗气筒的设置可以对产生的生物质气进行清洗，从而进一步减少生物质气中混杂的粉尘等物质，避免燃烧后对环境造成污染。同时洗气筒的设置可以起到防回火的作用，避免生物质气出口发生回火时，火焰顺着输气管道进入到气化炉内。

优选的，所述生物质气出口连接有水气分离装置。

通过上述技术方案，水气分力装置的设置可以对经过清洗的生物质气进行脱水，避免清洗后的生物质气内混杂大量的水气，导致生物质气不易点燃。

优选的，所述气化炉顶部自下而上设置有两道气缸闸门和一道水封门。

通过上述技术方案，两道气缸闸门和一道水封门的设置可以较好地保证在气化炉工作机加料时炉体内的生物质气及烟气不从炉体顶部跑出。当需要向炉体内进行加料时，先打开水封门，使物料进入到第一道气缸闸门和水封门之间，然后关闭水封门，打开第一道气缸闸门，使物料进入到第一道气缸闸门和第二到气缸闸门之间，然后关闭第一道气缸闸门，最后打开第二道气缸闸门，使物料进入到炉腔内。

优选的，所述炉体内部上端设置有温度感应器，温度感应器连接有控制器，当温度感应器检测到的温度大于设定值时，控制器控制送料装置向炉体内送料。

通过上述技术方案，通过控制器可以自动对炉体内进行加料，保证炉体内部的生物质燃料的量，保证气化炉内的反应正常进行。

优选的，所述气化炉外壁上固定有振动器。

通过上述技术方案，振动器的设置可以促进还原层的排渣，使还原层内的物料能够更加顺畅地通过炉排掉落到炉体出料口上。

优选的，所述炉体外侧设置有保温层。

通过上述技术方案，保温层的设置可以提高炉体的保温性能，提高炉体内的温度，使相同生物质燃料能够产生更多的生物质气。

附图说明

图1为实施例的整体结构示意图；

图2为气化炉内部的结构示意图；

图3为洗气筒的结构示意图。

附图标记：1、气化炉；2、螺旋排渣器；3、闷炭室；4、洗气筒；5、旋风分离机；6、送风装置；7、提升机；8、输送管道；9、进料管；10、气缸闸门； 11、点火口；12、炉体；13、保温层；14、干馏层；15、炭化层；16、还原层； 17、炉排；18、出气口；19、送风管道；110、夹层；111、温度传根器；112、出料口；113、进料口；115、振动器；116、护板；41、隔板；42、水。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种生物质气发生装置，包括用作送料装置的提升机7、气化炉1、洗气筒4和用作水42气分离装置的旋风分离机5。气化炉1顶端设置有进料口113，提升机7上端正对进料口113，以便于向气化炉1内送入生物质燃料。气化炉1上端通过送气管道和洗气筒4连接，洗气筒4另一侧通过管道与旋风分离机5连接。气化炉1下方还设置有用作排渣装置的螺旋排渣器2，螺旋排渣装置另一端设置有闷炭室3，闷炭室3上下两端均设置有可开合的舱门。

提升机7包括架体、料斗，料斗处在架体内，架体上设置有电机，电机与料斗之间传动连接，当电机工作时将料斗向架体顶部拉动，当料斗运动到架体顶端时料斗翻转，将料斗内的生物质燃料倒入炉体12内。提升机7可以使用如专利号为201220662233.4中所记载的斗式提升机7。

如图2所示，炉体12上端设置有进料管9，进料管9顶端呈漏斗状，进料管9自下而上设置有两道气缸闸门10和一道水42封门。气缸闸门10包括气缸和闸门，闸门滑动设置在进料管9上，气缸固定在进料管9外侧，当气缸的活塞杆伸出时，将闸板推入到进料管9内部，截断进料管9，当气缸收缩时将闸板拉出进料管9，使物料能能够顺畅地通过进料管9。气化炉1包括炉体12，炉体 12顶部设置有进料口113，进料口113和进料管9连通，炉体12底部设置有出料口112，出料口112和作为排渣装置的螺旋输送器相连。炉体12中下部设置有炉排17，炉排17上侧依次分为还原层16，炭化层15和干馏层14，炭化层 15的厚度约为还原层16厚度的一倍。炉体12整体浇铸而成，炉体12内通设有送风管道19并预设有环形的夹层110。送风管道19从炉体12下部延伸入炉体 12，送风管道19的出口设置在炭化层15侧面并向炭化层15进行配氧，送风管道19的出口处在炭化层15的中上部，送风管道19在炉壁内经过还原层16侧面。送风管道19这样设置可以使送风管道19内的空气得到还原层16的加热，使进入到炭化层15的气体具有较高的温度，从而实现热风配氧的功能。采用热风配氧可以避免气化炉1内由于送风管道19送入的空气的原因造成炉膛内部温度降低，由于生物质气的产生量受炉膛温度的影响，较低的炉膛温度会降低生物质气的转化率，通过热风配氧可以在保证炉体12内部的氧气需求量的同时使炉膛温度处于较高的状态。还原层16侧面设置有连通夹层110的出气口18，出气口18设置在还原层16中下部靠近炉排17，炉体12上部设置有与还原层16连通的输气管道。当气化炉1正常工作时，气化炉1外侧的送风装置6通过送风管道19向炭化层15进行送风，从而使炭化层15处于稳定可控的不完全燃烧状态，处在炭化层15的生物质燃料在此过程中被逐渐炭化。在生物质不完全燃烧的时候，生物质燃料内的大分子会发生裂解，从而产生一定量的可燃气；生物质燃料不完全燃烧时会产生一定量的一氧化碳；生物质燃料内的挥发分进一步得以挥发。同时当原来的还原层16从炉排17上掉落后，炭化层15下端已经炭化的生物质燃料进入到还原层16，保证炉体12内部的物料流动。炭化层 15内的生物质燃料不完全燃烧时产生的热量会向上传递，对处在炭化层15上方的生物质燃料进行加热，从而可以使炭化层15上方干馏层14内的生物质燃料中含有的水42分蒸发形成水42蒸气，使其含水42量进一步下降形成干物料，以便于后期进入到炭化层15进行不完全燃烧及炭化。干馏层14内的生物质燃料在干燥的同时，其中富含的部分挥发分也会进行挥发，从而产生气态的焦油等物质。由于炉体12上端封闭，并且由于炉体12内部热力的作用，炉体12上端的气压较高，而还原层16侧面的出气口18与夹层110连通，而夹层110又通过输气管道与外界连通，所以炉体12内部的可燃气体、气态焦油、水42蒸气、烟尘及燃烧产生的部分二氧化碳等会向下流动，从而形成下吸式燃烧。这些气体在向下流动经过还原层16后会进入到炉体12的夹层110内然后再向上流动进入到输气管道内。由于还原层16为不完全燃烧炭化后的生物质燃料，其主要成分为碳并且处于炽热的燃烧状态，还原层16的温度较炭化层15的温度要更高。当炭化层15和干馏层14产生的气体经过还原层16后会发生一系列的化学反应，生成氢气、一氧化碳、甲烷等可燃气体。其中当气态的焦油经过还原层16时，在高温和具有还原性的一氧化碳、碳的作用下可以得到分解，从而避免了焦油进入到输气管道后温度降低从而发生液化，黏在输气管道内并与灰分等结合形成污垢堵塞输气管道。同时烟尘经过还原层16时，在高温的作用下会发生二次气化。烟尘包括燃料的灰分、碳粒、油滴以及高温裂解产物等，其中碳粒、油滴和高温裂解产物会在经过还原层16时被进一步的气化、还原形成可燃气，灰分会被还原层16内的炭吸附，从而保证从气化炉1输出的生物质气的洁净程度，减少生物质气内混着的颗粒物。

炉体12底部设置有出料口112，出料口112与螺旋输送器相连，当还原层 16内的物料从炉排17上掉落后会集中到炉体12底部的出料口112上，出料口 112上设置有挡板，挡板铰接在出料口112上，出料时挡板打开，正常工作时，挡板关闭。当需要将堆积在出料口112上的物料排出时，控制挡板打开，使物料掉落到螺旋输送器上，使物料顺着螺旋输送器被送到螺旋输送器的另一端。气化炉1外侧还设置有振动器115，振动器115工作时可以产生振动，促使还原层16上的物料从炉排17上掉落，促进炉体12内部的物料流动。

螺旋输送器的另一端设置有闷炭室3，闷炭室3上设置有可开合的密封仓门，舱门数量为两个，舱门分别铰接设置在闷炭室3的上下两侧，当螺旋输送器将物料输送到闷炭室3的一端时，水42平旋转闷炭室3上侧的舱门，将闷炭室3 上侧的舱门打开，使物料进入到闷炭室3内，当物料进入到闷炭室3内后上侧舱门关闭，使闷炭室3内处于密封状态。由于物料为炽热状态的炭块，当闷炭室3内的舱门关闭后物料会逐渐熄灭形成活性炭。当炭块完全熄灭后将水42平旋转闷炭室3下侧的舱门使其打开，闷炭室3内的活性炭可以从闷炭室3下侧落出。闷炭室3的设置可以在产生生物质气的同时生产活性炭，相对于普通生物质气化炉1直接将炉渣废弃的做法进一步提高该装置生产时的经济效益，减少炉渣等污染物的产生更加环保。

如图3所示，当气化炉1上端连接的输气管道另一端连接有洗气筒4，洗气筒4内存放有用于对生物质气进行清洗的水42，洗气筒4中部竖直设置有隔板 41，隔板41下端伸入水42面以下，输气管道一端与洗气筒4隔板41一侧的顶部连通，洗气筒4另一侧的顶部通过管道连接有作为水42气分离装置的旋风分离机5。当生物质气从输送管道8进入到洗气筒4一侧上端后会将该侧的水压向另一侧，在气压的作用下，生物质气会越过隔板41从隔板41的另一端的水42 中穿过并进入到液面以上。在此过程中生物质气实现清洗。此外洗气筒4的设置还能起到防止回火的作用，避免火焰沿着管道回火到输气管道或者炉体12夹层110内。旋风分离机5的设置可以对清洗后的生物质气进行脱水42，使生物质气保持干燥状态。旋风分离机5下端与洗气筒4下端连通，以使脱出的水42 能够回流到洗气筒4内。

此外，炉体12外侧还设置有保温层13，保温层13的设置可以提高炉体12 的保温效果，使炉体12内的热量不易散出，这样炉体12内部能够保持较高的温度，有利于提高生物质燃料转化为生物质气。同时保温层13的设置还能起到一定的防护作用，避面炉体12外侧温度过高导致操作人员误触时发生烫伤事故。

炉体12内部还设置有温度传感器，炉体12进料口113下端设置有到锥形的复板，传感器设置在复板和炉体12之间，炉体12外侧设置有控制器，实际生产中可以使用PLC作为控制器。提升机7、水42封门、气缸均受控制器控制。温度传感器设置在干馏层14上侧，当干馏层14内的物料减少时，炭化层15产生的热量较为容易地传递到干馏层14上侧，使干馏层14上侧的温度升高，温度传感器设置在该处，可以对该处的温度进行检测同时将温度信号传递给控制器。控制器接收到传感器传递过来的信号后跟设定值进行比较，当控制器判定该处的温度高于设定值时，控制器控制提升机7向气化炉1内进行加料，在进行加料的过程中控制器依次控制水42封门打开、水42封门关闭、第一道气缸闸门10打开、第一道气缸闸门10关闭、第二道气缸闸门10打开、第二道气缸闸门10关闭，从而实现对于炉腔内部的加料。

当该装置刚开始工作时，先向气化炉1内装入一定量的生物质燃料，然后从炉体12下侧的点火口11进行点火，将炉排17上侧的生物质燃料点燃，当还原层16内的生物质燃料炭化并燃烧后关闭点火口11，随后通过送风管道19向炭化层15进行送风，此时炭化层15内的生物质燃料会在空气的作用下发红并进行不完全燃烧，自此气化炉1开始正常工作，将生物质燃料转化为生物质气。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物质气发生装置，包括送料装置、气化炉、排渣装置，其特征是：所述气化炉包括炉体，炉体底部设置有排渣口，排渣口上设置有排渣装置，炉体下端设置有炉排，炉排上端自下而上分为还原层、炭化层、干馏层，炉体顶部设置有进料口，进料口与送料装置配合向炉体内送入生物质燃料，炉体内设置有送风管道和出气口，送风管道端部和出气口均与炉体内腔连通，送风管道与炉腔的连接处设置在炭化层侧面，出气口与炉腔的连接处设置在还原层侧面。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述排渣装置另一端的出口处设置有闷炭室，闷炭室上设置有可开合的密封仓门。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述送风管道从炉体下端穿入炉体并经过还原层侧面。

4.根据权利要求3所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述炉体浇铸而成，炉体内部预设有环形的夹层，出气口环绕夹层设置并与炉腔连通。

5.根据权利要求4所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述炉体上端设置有输气管道，输气管道与夹层连通，输气管道另一端连接有洗气筒，洗气筒内盛放有用于洗气的液体，洗气筒中部设置有隔板，隔板下端没入液面，输气管道端部与洗气筒隔板一侧顶部连接，洗气筒隔板另一端的顶部设置有生物质气出口。

6.根据权利要求5所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述生物质气出口连接有水气分离装置。

7.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述气化炉顶部自下而上设置有两道气缸闸门和一道水封门。

8.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述炉体内部上端设置有温度感应器，温度感应器连接有控制器，当温度感应器检测到的温度大于设定值时，控制器控制送料装置向炉体内送料。

9.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述气化炉外壁上固定有振动器。

10.根据权利要求1所述的一种生物质气发生装置，其特征是：所述炉体外侧设置有保温层。