CN101021334A - 内燃加热式生物质气化炉 - Google Patents
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Abstract
内燃加热式生物质气化炉，其结构特点是采用圆筒状炉体，在炉体内部，设置蛇形内燃管道，内燃管道入口位于圆筒状炉体下部，其出口自圆筒状炉体顶部引伸至炉体外部，点火器位于内燃管道入口位置；在圆筒状炉体上方，设置螺旋进料机构，螺旋进料口位于圆筒状炉体顶部的偏心位置上，在圆筒状炉体的中轴位置上，设置带有搅拌叶片的搅拌轴，在圆筒状炉体的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面呈设置多层挡板；助燃空气入口设置在圆筒状炉体的顶部，炉体中的燃气出口位于炉体下方。本发明在提高炉膛温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的空气中的氮气混入炉内，大大提高了生物质气化率和燃气热值。
Description
技术领域
本发明涉及气化装置，更具体地说是以生物质为原料的气化炉。
背景技术
生物质是一种可再生能源，储量丰富，作为替代能源利用，可实现CO2零排放，且其中S、N含量低，大大减轻温室效应和环境污染。
目前，生物质气化技术和燃气利用过程主要存在的问题一是燃气热值较低，由于生物质气化过程中直接引入较多的空气，导致燃气中含氮量超过55％，燃气的热值一般低于7000KJ/kg；二是气化过程产生的焦油较多，由于气化过程引入较多的冷空气，气化炉内温度不够高，导致焦油产率较高，不仅影响气化炉的正常工作和燃气的输送、储存和利用，而且浪费大量的能源和资源；三是生物质裂解后尾渣残碳含量仍较高，不仅处理和处置成本高，而且造成资源浪费。
针对燃气中含有较多焦油的问题，目前的解决方法有两种：一是水洗处理，将燃气中的焦油转移到水溶液中去，这种方法虽然简单，燃气净化效率也较高，但是会产生大量含焦油废水，该类废水处理难度大、成本高，造成二次污染，而且会影响气化系统的高效运转，最终导致燃气成本较高，不利于生物质能源的利用和推广；二是催化裂解，在催化剂的作用下，将焦油裂解为低分子燃气，不仅解决了焦油的危害问题，而且可以提高燃气热值，不产生二次污染。
焦油的催化裂解，处理成本低、无二次污染、可提高生物质气化率和燃气热值，成为解决燃气中存在焦油问题的首选方法。但目前的焦油催化裂解技术仍存在焦油裂解率低、裂解装置复杂、裂解系统本身易粘附焦油等不足，实际使用效果较差。焦油的催化裂解效率与温度有关，温度越高，裂解效率越高，而目前的催化裂解方式要么是燃气通过冷的催化剂床层，催化裂解效率低，要么是通过外加热来提高催化剂床层的温度，能耗增加。如中国专利授权公开号CN1667086A，授权公开日为2005年9月14日，名称为“生物质气化炉净化系统”，公开了“一种生物质气化炉净化系统，其技术方案的要点是：生物质气化炉净化系统由催化器、催化剂、迷宫式储气柜、吸附过滤器、吸附过滤剂、废焦油和废水的收集池组成。”该发明虽有较好的燃气净化效果，但由于催化剂是冷的，对焦油的催化裂解效率极低，后续迷宫式储气柜和吸附过滤器也是利用焦油冷凝后的粘稠特性，将燃气中的焦油截留，达到燃气净化的目的。因此，此净化系统没有真正将焦油催化裂解为可燃性气体，所以不能提高燃气热值；冷凝的焦油很快就会堵塞净化系统的管路和催化、吸附床层，系统不能长时间运转；净化过程将产生含焦油废水，处理困难，易造成二次污染。又如中国专利授权公开号CN1664066A，授权公开日为2005年9月7日，名称为“复合式生物质气化炉及热裂解装置”，公开了“一种复合式生物质气化炉及热裂解装置，其技术方案的要点是：由二座生物质气化炉、四套U型催化器、催化剂、一台鼓风机和风量调节器组成。”该发明虽然提高了催化剂床层的温度，提高了焦油裂解率，但大量冷气通过催化剂床层，影响了焦油的催化裂解效果；含焦油的燃气通过鼓风机，会产生焦油冷凝附着，影响鼓风机正常运转；冷空气直接进入气化炉，使燃烧区温度不高，热解气没经高温裂解，焦油产率较高；装置较复杂，实用性较差。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种内燃加热式生物质气化炉，一是为提高热值、降低焦油的产率；二是通过对焦油进行催化裂解，进一步提高生物质气化率和燃气热值，避免二次污染；三是提高尾渣残碳的利用利率，避免二次污水的产生。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明内燃加热式生物质气化炉，其结构特点是：
采用圆筒状炉体，在所述圆筒状炉体的内部，设置蛇形内燃管道，所述蛇形内燃管道的入口位于圆筒状炉体的下部，其出口自圆筒状炉体的顶部引伸至炉体的外部，点火器位于内燃管道的入口位置；
在圆筒状炉体的上方，设置螺旋进料机构，螺旋进料口位于圆筒状炉体顶部的偏心位置上，在圆筒状炉体的中轴位置上，设置带有搅拌叶片的搅拌轴，在圆筒状炉体的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面呈设置多层挡板；
助燃空气入口设置在圆筒状炉体的顶部，炉体中的燃气出口位于炉体下方。
本发明内燃加热式生物质气化炉的结构特点也在于：
在圆筒状炉体的底部承接有锥状炉底，在锥状炉底内设置雾化器，排渣口位于锥底口，在排渣口上设置螺旋出渣机构。
圆筒状炉体的侧壁设置为夹套结构，所述夹套自内向外依次为耐高温炉壁、燃气通道、催化剂床层、保温层和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道底口的整流板为入口，燃气通道的顶部出口通过顶部滤网31通向其外围的催化剂床层，燃气输出口位于催化剂床层的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道通过引风机接至储气柜。
在输气管道上设置燃气回流支路，以燃气回流支路为蛇形内燃管道的供气管。
在燃气输出口位置处的输气管道上设置热交换器，雾化器是与来自热交换器中的输水管相通。
在催化剂床层的顶部和底部分别设置顶部入口和底部出口。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明采用内燃加热，并将燃烧管的出风口引出在炉体外部，这一结构形式在提高炉膛温度和生物质热解效率的同时，有效避免了燃烧后的空气中的氮气混入炉内，大大提高了生物质气化率和燃气热值；
2、本发明内燃加热的方式可保持较高的炉膛温度，从而提高生物质气化效率，大大降低焦油产率、燃气净化难度和净化成本；
3、本发明设置挡板和搅拌机，使生物质原料在炉膛内分布均匀，增加生物质气化时间和气化效率；
4、本发明采用螺旋进出料系统，运转方便、稳定，可以连续运行；
5、本发明炉膛内所需助燃空气自上端引入，不影响炉膛中下部保持高温，同样起到降低焦油产率，提高生物质气化率和燃气热值的效果；
6、本发明通过在炉膛底部高温区采用雾化增湿，使水汽与高温残碳发生水煤气反应，产生可燃气，可有效提高资源利用率，降低灰渣产量和处理难度，节约运行成本；
7、本发明通过将炉体侧壁设置为夹套结构，将催化剂床层紧贴于耐高温炉壁，使催化剂床层始终保持较高的温度，裂解后的热的燃气直接进入催化剂床层，保证了很高的焦油催化裂解效率，确保焦油裂解为可燃气体，不会造成燃气输送管道系统的焦油粘附堵塞；
8、本发明在内燃管道中的燃烧是以回流的炉内高温燃气为燃料，利于炉内温度的提高及降低能耗；
9、本发明利用高温燃气预热炉内增湿用水，节约能源，减少对炉膛温度的影响；
10、本发明使生物质的热解气化和燃气净化在一座炉内完成，操作和维护管理简便、生产和运行成本低、气化率和焦油裂解率高；
11、本发明装置结构紧凑，圆筒形结构降低了对材料强度的要求，在选择加工材料上更加灵活。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图。
图2为本发明俯视结构示意图。
图中标号：1炉体、2内燃管道、3点火器、4螺旋进料机构、5搅拌叶片、6搅拌轴、7挡板、8风量流量计、9燃气出口、10锥状炉底、11雾化器、12排渣口、13耐高温炉壁、14燃气通道、15催化剂床层、16保温层、17整流板、18输气管道、19引风机、20燃气回流支路、21热交换器、22催化剂顶部入口、23催化剂底部出口、24螺旋出渣机构、25排气风机、26进料斗、27经风量调节阀、28燃气量调节阀、29空气调节阀、30空气流量计、31滤网。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述。
具体实施方式
参见图1、图2，本实施例采用圆筒状炉体1，在圆筒状炉体1的内部，设置蛇形内燃管道2，蛇形内燃管道2的入口位于圆筒状炉体1的下部，其出口自圆筒状炉体1的顶部引伸至炉体的外部，点火器3位于内燃管道2的入口位置；
在圆筒状炉体1的上方，设置螺旋进料机构4，螺旋进料口位于圆筒状炉体1的顶部偏心位置上，在圆筒状炉体1的中轴位置上，设置带有搅拌叶片5的搅拌轴6，在圆筒状炉体1的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面呈设置多层挡板7；
助燃空气入口设置在圆筒状炉体1的顶部，炉体中的燃气出口9位于圆筒状炉体1的下方。
在圆筒状炉体1的底部承接有锥状炉底10，在锥状炉底10内设置雾化器11，排渣口12位于锥底口，在排渣口12上设置螺旋出渣机构24。
本实施例中，设置生物质的热解气化和燃气净化一体化完成，具体是将圆筒状炉体1的侧壁设置为夹套结构，夹套自内向外依次为耐高温炉壁13、燃气通道14、催化剂床层15、保温层16和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道14底口的整流板17为入口，燃气通道14的顶部出口通过顶部滤网31通向其外围的催化剂床层15，燃气输出口位于催化剂床层15的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道18通过引风机19接至储气柜。
具体的实施还包括：
在输气管道18上设置燃气回流支路20，以燃气回流支路20为蛇形内燃管道2的供气管，高温燃气的供给有利于提高炉内温度，并降低能耗。
在燃气输出口位置处的输气管道18上设置热交换器21，雾化器11是与来自热交换器21中的输水管相通，雾化器11中的水在通过热交换器21时，与高温燃气进行热交换，得到温升，有利于保持炉内温度、提高气化效果。
为了便于催化剂的定期更换，在催化剂床层15的顶部和底部分别设置催化剂顶部入口22和催化剂底部出口23。
本实施例给出了生物质热解气化和燃气净化的一体化设备，其结构简单、加工制作成本低廉、运行操作和管理维护简便；内燃式加热大大降低了燃气中的含氮量，燃气热值比现有设备提高2～3倍；可以维持很高的炉膛温度，降低焦油产率、提高生物质气化率；燃气净化过程始终在高温条件下进行，焦油催化裂解率高、净化效果好；采用雾化增湿技术，利用水煤气反应提高气化率、降低残碳量。适用于各种生物质原料，生产高热值燃气，可供村镇、家庭、种养殖场、宾馆、浴室、机关和厂矿企业等使用。
工作过程中，生物质原料由进料斗26经螺旋进料机构4均匀送入炉膛，在物料挡板7和搅拌叶片5的作用下，物料缓慢通过炉膛；助燃空气经风量调节阀27和风量流量计8从位于炉体顶部的助燃空气入口引入；裂解后燃气经整流板17分离灰渣后进入燃气通道14，再由顶部滤网31进入催化剂床层15，由于燃气的温度很高，所以不会在整流板17、燃起通道14和顶部滤网31中形成粘附，最后，在引风机19的抽吸下，燃气在催化剂床层15中顺势下，经过催化裂解后在催化剂床层15的底部引出，并送入储气柜。由于催化剂床层15和燃气的温度均很高，燃气中的焦油经催化裂解转化为可燃气的效率得到大大提高。
部分高温燃气在燃气回流支路20中经燃气量调节阀28回流进入蛇形内燃管道2中，管内助燃空气自空气调节阀29和空气流量计30引入，通过点火器3点火燃烧，燃烧后的高温气体流经内燃管道2，废气由排气风机25引风排出炉体。这种内燃加热的方式使炉膛内维持很高的温度，大大降低了焦油产率，提高了生物质气化率，并且有效避免了大量氮气混入燃气中，极大地提高了燃气热值。
由雾化器11产生高温水汽，生物质气化后的含碳残渣在炉膛高温区与雾化水汽发生水煤气反应，进一步产生可燃气，提高了生物质气化率，降低了灰渣量和灰渣处置成本，少量灰渣由螺旋出渣机构24排出。
具体实施中，催化剂可以采用白云石颗粒、凹凸棒石粘土催化剂、载镍活性氧化铝Ni-Al2O3等市售脱焦油催化剂。
Claims (6)
1、内燃加热式生物质气化炉，其特征是：
采用圆筒状炉体(1)，在所述圆筒状炉体(1)的内部，设置蛇形内燃管道(2)，所述蛇形内燃管道(2)的入口位于圆筒状炉体(1)的下部，其出口自圆筒状炉体(1)的顶部引伸至炉体的外部，点火器(3)位于内燃管道(2)的入口位置；
在所述圆筒状炉体(1)的上方，设置螺旋进料机构(4)，螺旋进料口位于圆筒状炉体(1)的顶部偏心位置上，在所述圆筒状炉体(1)的中轴位置上，设置带有搅拌叶片(5)的搅拌轴(6)，在圆筒状炉体(1)的内侧壁上，沿其侧壁的圆周面呈设置多层挡板(7)；
助燃空气入口设置在圆筒状炉体(1)的顶部，炉体中的燃气出口(9)位于圆筒状炉体(1)的下方。
2、根据权利要求1所述的内燃加热式生物质气化炉，其特征是在所述圆筒状炉体(1)的底部承接有锥状炉底(10)，在锥状炉底(10)内设置雾化器(11)，排渣口(12)位于锥底口，在所述排渣口(12)上设置螺旋出渣机构(24)。
3、根据权利要求1或2所述的内燃加热式生物质气化炉，其特征是所述圆筒状炉体(1)的侧壁设置为夹套结构，所述夹套自内向外依次为耐高温炉壁(13)、燃气通道(14)、催化剂床层(15)、保温层(16)和炉体外壁；燃气自炉内引出的气流通道为：以位于圆筒状炉体底部、顺着锥状炉底的斜面引向燃气通道(14)底口的整流板(17)为入口，燃气通道(14)的顶部出口通过顶部滤网(31)通向其外围的催化剂床层(15)，燃气输出口位于催化剂床层(15)的底部，炉外连接在燃气输出口上输气管道(18)通过引风机(19)接至储气柜。
4、根据权利要求3所述的内燃加热式生物质气化炉，其特征是在所述输气管道(18)上设置燃气回流支路(20)，以所述燃气回流支路(20)为蛇形内燃管道(2)的供气管。
5、根据权利要求3所述的内燃加热式生物质气化炉，其特征是在所述燃气输出口位置处的输气管道(18)上设置热交换器(21)，所述雾化器(11)是与来自热交换器(21)中的输水管相通。
6、根据权利要求3所述的内燃加热式生物质气化炉，其特征是在所述催化剂床层(15)的顶部和底部分别设置催化剂顶部入口(22)和催化剂底部出口(23)。
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