CN201010626Y - 生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置 - Google Patents

Abstract

生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，属生物质气化领域，气化炉I内腔呈筒形，由圆锥漏斗分隔上下两腔，下腔腔身有气化剂入口2，底有水封排渣管1，上腔圆锥漏斗漏口上挂漏斗状旋向布风炉桥4，布风炉桥4上同圆心罩座底有导料孔顶活盖带导气孔圆锥盖9的内炉筒6，在外炉筒7腔身约内炉筒6的1/2高度处引出气化气，约内炉筒6的3/2高度处引出干馏气，气化气、干馏气经换热净化器换热净化，干馏气入气化炉燃烧作气化剂，气化气作成品气。装置集成了分段气化、旋流燃烧、水密封排渣、筒形建造等技术，制造简易，操作简单，自动密封，自动热预处理物料，能气化农业秸秆、生活垃圾、废塑料等原态物料，气化气余热低热值高无焦油。

Description

生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置

技术领域

本发明属生物质燃烧气化成可燃气或合成气装置。

背景技术

生物质是含碳高密度的再生能源物质，作为新能源利用引起世人的高度重视。传统生物质的利用方式效率低、粉尘大、焦油多、烟雾浓，将生物质气化成可燃气合成气，提高生物质能能量品位，进行热工、发电、合成应用，是生物质高效应用的方式，其中最快速简便的方法是热化学气化法。生物质热化学气化要解决以下几个典型问题：①生物质气化前预处理；②生物质气化输送贮存；③生物质气化设备适应物料广；④生物质气化后气化份焦油粉尘烟雾消除；⑤生物质气化设备余热充分利用；⑥生物质气化设备符合工况变化。解决这些问题有以下几个典型方案：

中国科学技术大学的《一种复合式生物质气化炉及其燃气制备方法》CN1116383C，该发明是用移动床气化炉作为气化装置，将生物质热干馏和热气化工序分开进行气化，实现热预处理物料为均质炭份，充分利用余热，消除焦油粉尘烟雾目的，但该发明余热还不能充分利用，产生可燃气焦油粉尘烟雾依然严重，物料输送劳动量大，工况变化操作繁。

山东省科学院能源研究所的《一种低焦油生物质气化方法和装置》CN1710023A，该发明是用移动床气化炉作为气化装置，将生物质热干馏和热气化分开进行，首先将生物质热干馏产生气馏份和固馏份，将气馏份燃烧作为气化剂利用，实现高效除焦油目的，但该发明余热散失大，热干馏工艺复杂，产生燃气热值低，物料输送复杂，工况变化操作繁。

中国科学院广州能源研究所的《生物质气化产生的可燃气裂解净化方法》CN1190476C，该发明运用喷射真空静态混合器、淋洗混合塔设备，以水为洗涤剂净化气化份，提供了一种水洗净化的方法，但该发明净化设备庞大、复杂、低效；水资源利用量大；二次污染严重；余热损失大。

宋武卿的《家用小型下吸式秸秆气化炉》CN2486552Y，该实用新型用下吸式法燃烧气化生物质，解决了工况频繁变化启动入料问题，用水和吸水剂净化可燃气，解决了气化份净化和含水气造成热值低等问题，但该实用新型使用湿态或原态热值低的物料时，气化反应将无法进行，同时余热散失大，吸水剂要频繁更新。

中国专利数据库中，生物质气化装置很多，但都存在生物质气化前预处理严格，气化后焦油粉尘大处理难，气化设备使用的生物质单一，气化过程余热不能充分利用，以及工况频繁变化不相适应的问题。

发明内容

本发明目的提供一种适合排气要求严格，工况频繁变化，生物质预处理简易，粉尘焦油烟雾量低，燃气热值高，生物质物料广谱适用，生物质物料气化效率高，气化装置制造简易的居家或工矿使用的生物质可燃气或合成气气化装置。

实现上述目的，本发明是这样设计的，一种生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，包括水封排渣管1、气化剂入口2、排渣筒3、布风炉桥4、导料孔5、内炉筒6、外炉筒7、气化份出口8、带导气孔圆锥盖9、气馏份出口10、水封圆槽11、活动封盖12、间壁换热净化器13、引风机14、鼓风机15，气化炉I内腔呈筒型，由圆锥漏斗分隔上下两腔，下腔腔身顶部有气化剂入口2，底部通水封排渣管1，上腔圆锥漏斗漏口挂带排渣筒3的布风炉桥4，与布风炉桥4同圆心罩坐底有导料孔5顶活盖带导气孔圆锥盖9的耐温内炉筒6，上腔外炉筒7腔身约内炉筒1/2高度处有气化份出口8，约内炉筒3/2高度处有气馏份出口10，约内炉筒4/2高度处以上有活动封盖12密封，气馏份出口10引出气馏份经间壁换热净化器13引风机14通气化剂入口2，含氧气气化剂经鼓风机15间壁换热净化器13通气化剂入口2，气化份出口8引出气化份经间壁换热净化器13通供气***。

所述气化炉I布风炉桥4可以是带排渣筒3圆锥漏斗状，圆锥漏斗布风圈板打孔比5～30％，孔直径3～10mm；

所述气化炉I带排渣筒3圆锥漏斗状布风炉桥4圆锥漏斗布风圈导气孔道水平方向可以与圆锥漏斗布风圈内侧面水平方向相切，导气孔道以同方向旋转排列。

所述气化炉I活动封盖12密封可以是水封圆槽11水套活动封盖12密封，或可以是气化物料致密封盖密封。

所述气馏份是生物质热干馏、热分馏产生的混合可燃气。

所述气化份是生物质热气化产生的混合可燃气。

本发明分段气化原理是这样的，固体具有重力下降惯性，气体具有四通八达流动性质，气化炉I内炉筒6带导气孔圆锥盖9导气孔较小，气体可以从内炉筒6上导气孔出，固体不能从内炉筒6上带导气孔圆锥盖9导气孔入，只能从气化炉I内炉筒6与外炉筒7之间重力下降，从内炉筒6导料孔5入内炉筒6，内炉筒6带导气孔圆锥盖9以上的空间被引风机14主动吸升高温气流充容，内炉筒6以上的空间的物料被上升高温气流热干燥热干馏成为固体炭和气馏份，内炉筒6与外炉筒7之间下落固体炭被从内炉筒6导料孔上升和从内炉筒6导气孔圆锥盖9的导气孔出来下降两股高温气流汇集热气化成难气化固体和气化份，从而产生热干馏、热气化完全分开工艺，热干馏、热气化完全分开工艺是一炉体中自动完成，物料流动简单流畅。

本发明旋流床燃烧原理是这样的，发明使用圆锥漏斗状布风炉桥4布风，圆锥漏斗状构造使物料自动汇集下落，圆锥漏斗状圆锥面导气孔道水平方向与圆锥面内侧面水平相切，气流进入圆锥内侧面自动水平旋转运动，与垂直汇集下落物料碰撞，在导气孔道水平向气流作用下，物料、气流形成混合旋流循环物流床，在点燃情况下形成旋流床燃烧，旋流床燃烧具有旋流汇集火焰，火焰温度高，物料燃烧完全，氧气燃烧完全，用氧气量少，同时能自动旋流汇集排渣等特点和优势。

本发明气化份高洁净原理是这样的，生物质热化学气化过程中，起始生物质原态物料成份最复杂，因此在低温时发生热蒸发热裂解变化过程产生的气馏份成份最复杂含杂质最多，相反高温时发生热还原变化过程是原态物料转化为均质的炭份热气化，产生的成份是单一的洁净的氢气和一氧化碳。本发明将低温时热蒸发热裂解变化过程产生的气馏份冷却和燃烧，使气馏份杂质全部转化为简单的二氧化碳、水蒸气并作为高温气化剂利用，成份复杂杂质量大的气馏份已不存在，这样气化份中只是单一的洁净的氢气、一氧化碳等无机态小分子。同时高温烟气是通过炭层气化，炭层过滤了动力风吹扬的粉尘，大幅度减少了可燃气粉尘含量，因此所得气化份是高洁净气体。

本发明气化份高能值的原理是这样的，发明通过气馏份、气化份冷却换热，含低温态水蒸汽最多的气馏份被冷却，水蒸汽被凝结去除，气化份中低温态水蒸汽含量减少；通过将含氧气气化剂预热升温，以空气为主的含氧气气化剂预热升温后用量减少，气化份中氮气含量减少；通过含低热值成份的气馏份燃烧，减除了低热值成份；装置以旋流床燃烧，燃烧火焰温度高，产生高温烟气温度高，二氧化碳、水蒸汽与炭能充分反应产生高能值氢气和一氧化碳；装置气化份主要是以炭热还原变化获取，这样气化份中氮气含量低，水蒸汽含量低，二氧化碳含量低，氢气和一氧化碳含量高，所以热值大。

本发明积极效果：

1.气化炉I分步气化工艺，使产生气化份的生物质气化过程是单一的均质的炭份热还原气化，炭份含杂质少，使产生气化份是单纯成份；燃烧产生高温气流过程利用的燃料是均质的炭份，炭份气流流通好，燃烧温度高，产生高温烟气温度高，气化反应平稳，热气化温度均匀；

2.气化炉I分步气化工艺，使生物质热干馏工序成为物料预处理工序，用热预处理生物质，使复杂多变的物料最终以相同形态炭份进入热气化工序，气化炉可以适应多类型生物质物料；

3.气化炉I分步气化工艺，在一炉身中自动完成物料预处理工序，简化了生物质预处理操作过程，减轻生物质预处理劳动量，自动化程度高；

4.气化炉I分步气化工艺，将热干馏产生的气馏份和固馏份分开，将含焦油或其它杂质最大的气馏份氧化燃烧为气化剂，大幅度减少了可燃气中焦油含量等；将高温烟气通过炭层气化，炭层过滤了动力风吹扬的粉尘，大幅度减少了可燃气粉尘含量，使所得气化份成为高洁净气体；

5.气化炉I布风炉桥4运用圆锥漏斗状切向旋流布风技术，燃烧过程成为旋流床循环燃烧过程，燃烧高温集中在旋流床中心，气流速达到一定程度时，燃烧床成为旋流循环流化床，物料流化床彻底燃烧；旋流床旋流下沉汇集排渣，排渣自动化，不存在结渣堵塞现象；布风炉桥4布风圈面板与导入冷气流形成一种碰撞接触，并形成气流垫床，高温燃炭不与布风板接撞，冷气流与布风圈面板碰撞带走布风圈面板接受的热幅射热能，布风炉桥4受热小，布风炉桥4耐用。

6.气化炉I运用静压水封闭动态水排渣技术，使家庭、工矿频繁变化密封工况操作是用水自动水封，密封效果好；使家庭、工矿频繁变化的排渣工况操作是用水流冲洗，可以泵动排渣，可以流动排渣，排渣没有粉灰飞扬现象；

7.气化炉I是筒型结构，可用水泥混凝土模具化建造，在农村家庭、工矿企业建造使用，建造易，造价低；用金属管形材料焊制，制作工艺简单，材料少，制作工序少，制作操作简单。

附图说明

图1生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置

气化炉I水封排渣管1  气化剂入口2  排渣筒3  布风炉桥4  导料孔5  内炉筒6外炉筒7  气化份出口8  带导气孔圆锥盖9  气馏份出口10  水封圆槽11  活动封盖12  间壁换热器13  引风机14  鼓风机15

图2布风炉桥纵切剖视图

图3布风炉桥圆锥漏斗布风圈板横切剖视导气孔道分布图

图4布风炉桥4圆锥漏斗漏口上侧俯视图

图5布风炉桥4圆锥漏斗漏口下侧仰视图

具体实施方式

实例1

下面结合附图1、2、3、4、5说明一种生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，此例是本申请人实验用的模型。取筒状大口径钢桶，在离桶底钢桶长度1/4处焊制圆锥漏斗圆锥圈，将筒型钢桶分上小下大两腔，下腔底部焊封闭，腔身顶部开通气化剂入口2，底部开通接导入水的水封排渣管1，上腔圆锥漏斗圆锥圈漏口处挂圆锥漏斗布风炉桥4，圆锥漏斗布风炉桥4带排渣筒3呈圆锥漏斗状，圆锥漏斗布风圈板打孔比5～30％，孔直径3～10mm，圆锥漏斗布风圈板导气孔道水平方向与圆锥面漏斗布风圈内侧面水平相切，导气孔道以同方向旋转排列，上腔圆锥漏斗漏口上与布风炉桥4同圆心罩坐底有导料孔5顶活盖带导气孔圆锥盖9的生活煤炉用的耐火炉胆内炉筒6，得到外炉筒7高内炉筒6低两筒型内腔空间，在外炉筒7上约内炉筒1/2高度处开气化份出口8，约内炉筒3/2高度处开气馏份出口10，约内炉筒4/2高度处以上制水封圆槽11，用活动封盖12密封，气馏份出口10引出气馏份经间壁换热器13引风机14通气化剂入口2，空气经鼓风机15间壁换热器13通气化剂入口2，气化份出口8引出气化份经间壁换热器13通供气***。向外炉筒7与内炉筒6之间空间填入木炭等炭份至内炉筒圆锥盖9盖底，向内炉筒6筒内加入带余烬木炭和其它炭份至内炉筒圆锥盖9盖底，启动鼓风机15、引风机14鼓风，内炉筒6内余烬炭份升温燃烧后，盖上带导气孔活动圆锥盖9，在带导气孔活动圆锥盖9以上空腔填入原态干燥生物质，如各种秸杆、树叶、树枝、木屑、柴片、花生壳、稻谷壳、稻草、木薯渣、木薯杆、玉米秸、麦秸、甘蔗渣、废纸、生物质颗粒燃料、火炭等等纯生物质原态物料，盖上活动封盖12，约5分钟时间，气化份出口8引出气化份可以向供气***供气使用。鼓风机15、引风机14停止鼓风工作后，气化炉会保持微火状态，随时可以启动使用。随使用时间增长，秸杆、树叶、树枝、木屑、柴片、花生壳、稻谷壳、稻草、木薯渣、木薯杆、玉米秸、麦秸、甘蔗渣、废纸、生物质颗粒燃料、火炭等原态物料下降，适时打开活动封盖12，将不下落块状的干炭掏碎致下落或打开带导气孔活动圆锥盖9将不下落块状干炭转填入内炉筒7筒中，清理好后装入原态生物质物料盖上活动封盖12。水封排渣管1用软性可变形管，随使用时间增长，下腔积累灰渣过多，从软性可变形水封排渣管1引入水冲洗外排。

实例2

在垃圾填埋场，向地下挖一上大下小地井，在上段地井与下段地井之间连接处修成圆锥漏斗状，在下段地井井口盖建布风炉桥4，下段地井底安装水管通到地面，水管成为水封排渣管1，下段地井上部引管道通地面，管道成为气化剂入口2 ，将布风炉桥4建造成带排渣筒3呈圆锥漏斗状，圆锥漏斗布风圈板打孔比5～30％，孔直径3～10mm，圆锥漏斗布风圈板导气孔道水平方向与圆锥面漏斗布风圈内侧面水平相切，导气孔道以同方向旋转排列，在上段地井内的布风炉桥4圆锥漏斗漏口上边缘用耐火砖建底有导料孔的筒型内炉筒6，内炉筒6筒顶上盖建有导气孔的圆锥盖作为带导气孔圆锥盖9，在上段地井约耐火砖内炉筒6的1/2高度处引管道通地面，管道成为气化份出口8，约耐火砖内炉筒6的3/2高度处引管道通地面，管道成为气馏份出口10，耐火砖内炉筒6的4/2高度以上到达地面井口。在地面，安装间壁换热净化器13、引风机14、鼓风机15，气馏份出口10引出气馏份经间壁换热器13引风机14通气化剂入口2，空气经鼓风机15间壁换热净化器13通气化剂入口2，气化份出口8引出气化份经间壁换热净化器13通供气***。在上段地井壁与耐火砖内炉筒6之间空间加入木炭至内炉筒圆锥盖9盖底，向内炉筒6内加入带余烬木炭至内炉筒圆锥盖9盖底，启开鼓风机15、引风机14鼓风，使内炉筒6炭份燃烧升温，盖上带导气孔活动圆锥盖9，在带导气孔活动圆锥盖9以上空腔填入生活垃圾，直到上段地井井口，在气化过程中不断补充原态生活垃圾密封上段地井口，适时从从水封排渣管1导水入下段地井用抽沙泵泵出灰渣浆。

Claims (4)

1.一种生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，其特征在于：气化炉I内腔呈筒型，由圆锥漏斗分隔上下两腔，下腔腔身顶部有气化剂入口(2)，底部通水封排渣管(1)，上腔圆锥漏斗漏口挂带排渣筒(3)的布风炉桥(4)，布风炉桥(4)上同圆心罩座底有导料孔(5)顶活盖带导气孔圆锥盖(9)的耐温内炉筒(6)，上腔外炉筒(7)腔身约内炉筒(6)的1/2高度处有气化份出口(8)，约内炉筒(6)的3/2高度处有气馏份出口(10)，内炉筒(6)的4/2高度处以上有活动封盖(12)密封，气馏份出口(10)引出气馏份经间壁换热净化器(13)引风机(14)通气化剂入口(2)，含氧气气化剂经鼓风机(15)间壁换热净化器(13)通气化剂入口(2)，气化份出口(8)引出气化份经间壁换热净化器(13)通供气***。

2.根据权利请求1的生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，其特征在于布风炉桥(4)呈圆锥漏斗状，圆锥面布风圈板打孔比10-30％，孔直径3～10mm。

3.根据权利请求1或权利请求2的一种生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，其特征在于布风炉桥(4)圆锥漏斗布风圈导气孔道水平方向与圆锥面漏斗布风圈内侧面水平相切，导气孔道以同方向旋转排列。

4.根据权利请求1的生物质高能值高洁净旋流床燃烧分段气化装置，其特征在于活动封盖(12)或是水套活动封盖或是致密气化物料活动封盖。

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