CN101195757A - 生产生物质干馏炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明是生产生物质干馏炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉，利用生物质秸秆、树枝等物料通过加料管口加入炉内，加满物料后，打开设置在炉内气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，打开设置在气化反应室下部的炉门，点燃气化反应室下部的气化物料后关好炉门，抽吸气化反应室中所产生的可燃气体经由设置在气化室上部燃气扩散口扩散到设置在气化反应室周边的干馏炭化室中将碳化物料干馏成生物质炭，同时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物ChHmm与气化反应室所产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3左右，经经净化处理后用于燃气发电机组发电或供城镇居民烧用洁净廉价优质的生物质燃气。

Description

生产生物质干馏炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉
技术领域
本发明涉及一种将生物质秸秆、树枝、果壳、稻壳等农林废弃物在炉内设置干餾炭化室，在干餾炭化室的中间设置气化反应室来生产生物质干餾炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉。
背景技术：
现有技术中的双炉腔炭化炉的生产方法，它是在炉内分开并立设置独立的气化炉腔和炭化炉腔，运行时将生物质秸秆等农业废弃物经加工切碎烘干后分别加入各自独立的气化炉腔和炭化炉腔，将经气化炉腔中产生的高温燃气再吸入设置在旁边的炭化炉腔中将物料干餾炭化成生物质炭和生物质燃气的方法，用这种方法生产的生物质炭与木质炭成份基本相同，然而在工业运行中尚存在一定的缺陷如下：由于炉内气化炉腔和炭化炉腔是分开并立设置，在运行时将从气化炉腔中产生的高温燃气再进入设置在旁边的炭化炉腔中干餾碳化物料时，由于两炉腔相隔距离较远，使被吸入炭化炉腔中的高温燃气分布不均，如在两腔相近的一边炭化效果较为理想，而在两腔距离较远的另一边由于高温燃气扩散不充分其炭化效果并不理想，而出现半生炭的现象，故使炭化产品质量不稳定。
由于炉内采用分开并立设置的气化炉腔和炭化炉腔的体积庞大，耗用钢材量多，炉体造价高，特别是在运行时两个炉腔的各自加料口开启操作频繁，对炉内严格要求密封运行的性能较差，带来不安全因素较大。
现有技术中还有生产生物质炭化燃气的方法及反火生物质炭化燃气发生炉，它的生产方法是将生物质秸秆、棉杆、玉米杆切断(稻壳不须加工)烘干、粉碎成型后，分别加入炉内设置的上层气化室和下层炭化室中，运行时主要是将经炉内上层气化室中产生的高温燃气直接抽吸到炉下层炭化室中将炭化物料干餾碳化生产生物质炭，并同时释放出挥发份中的甲烷CH4、氢H2、碳氢化合物ChHmm等高发热量烃类物质与从炉上层气化室进入的燃气混合后燃气中的热值高达5000-6000kJ/m3，用这种方法生产的生物质炭和生物质燃气都较为理想，但在该炉的制造工艺中尚存在一定的难度和缺陷，因该炉内设有上层气化室和下层炭化室的炉排都处于高温状态下运行，对使用的耐高温不锈钢材料的质量要求较高，价格昂贵，炉体制造工艺复杂等缺陷。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提出一种在炉内干餾炭化室的中间设置气化反应室来生产生物质干餾炭和生物质燃气的方法及快速热解炭化炉。
本发明的技术解决方案：生产生物质干餾炭和生物质燃气的方法，其特征是在同一炉内干餾炭化室的中心部位设置气化反应室，并在炉顶部设置一个加料管口，通过该加料管口向炉内气化反应室和干餾炭化室加料，待两室物料加满；关闭加料密封阀，打开设置在气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，而后开启设置在气化反应室下部的炉门；点燃气化反应室下部的气化物料，关好炉门；在炉外负压罗茨风机的作用下，抽吸炉内气化室中所产生500-700C°高温缺氧的燃气，通过设置在气化反应室上部的燃气扩散口扩散到气化反应室周边的干餾炭化室中，将炭化物料干餾成生物质炭；生物质炭进入设置在干餾炭化室的下部集炭室内，通过设置在集炭室底部刮炭板将生物质干餾炭刮入设置在集炭室底部的出炭管口排出炉外即成生物质干餾炭产品；物料在干餾炭化室被干餾时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物高发热量烃类物质，与从气化反应室产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3。
快速热解炭化炉，其结构是在上炉顶的上部中间设有加料管口，在加料管口的两侧设有炉顶人孔炉门和炉内燃气放散防爆管口，加料管口的上部设有密封加料阀，上炉顶的下部设有圆弧形底板，在圆弧型底板上部设有保温隔热层，水夹套炉体的炉内设有干餾炭化室，在干餾炭化室的中部设有档料圈，挡料圈的外部两侧设有第一抽吸炉内燃气管口、第二抽吸炉内燃气管口，在挡料圈的下部设有炉内挡料圈进气口，在干餾炭化室的下部设有锥形水夹套集炭室，锥形水夹套集炭室的底部设有出炭管口和刮炭板，刮炭板与刮炭转动套管齿轮相接，干餾炭化室的中间设有气化反应室、气化反应室设有耐火套，在耐火套的上部设有燃气扩散口，在耐火套的下部设有气化反应室炉门，在气化反应室炉门的下部设有炉排刮灰板，炉排刮灰板的下部设有集灰斗，在集灰斗的下部设有刮灰板转动绞龙齿轮，在刮灰板转动绞龙齿轮的上部设有绞龙出灰管口，炉体的下部设有炉体支撑柱，炉体支撑柱与炉体支撑柱之间设有炉体下部支撑架，水夹套炉体内壁的中部设有耐火内衬支撑圈，水夹套炉体的上部设有水夹套出水管口。
本发明的优点：在干餾碳化运行时，炉内所被干餾碳化的物料和气化物料产生的挥发份中甲烷CH4、一氧化碳CO、氢H2、碳氢化合物ChHmm等高发热量的烃类物质，将全部转化成高发热量的燃气来提高生物质燃气中的热值，每立方米高达6000kJ/m3左右，克服了现有各种下吸式热解炉和下吸式气化炉在气化运行时，由于所使用的空气(气化剂)从上炉口吸入炉内，首先进入炉内上部物料干燥层，而后进入干燥层下部的物料干餾层，最后进入氧化层和还原层发生气化反应，因此，物料在上部干餾时所释放出的挥发份中甲烷CH4、一氧化碳CO、氢H2、碳氢化合物ChHmm等高发热量的烃类物质，都被吸入到下面氧化层中被燃烧生成二氧化碳等不可燃的气体而后再进入下面的还原层被还原成一氧化碳CO、氢H2等可燃气体，所以各种下吸式热解炉和下吸式气化炉所生产的燃气热值都只有4000-5000kJ/m3。
本发明生产的生物质干餾炭具有良好的表面特性，炭质疏松多孔、灰份少、含碳量高，与传统的木质炭成份相同，可广泛替代木质炭用做工业、化工、环境保护等方面的炭化材料，生产活性炭，炭黑等具有高附加值的炭化产品和人们生活中的烧烤炭。物料在炉内气化反应和干餾炭化时生产的生物质燃气不但可供城镇居民烧用洁净廉价的优质燃气，而且更主要的是用于燃气内燃机发电，可节约能源、减少二氧化碳CO2和二氧化硫的SO2的排放。快速热解炭化炉的结构简单，耗用钢材少、产品造价低、运行时安全卫生，无污染排放，所有排放物木醋酸(乙酸)、木焦油、生物质油等都将收集用做工业、化工原料、运行时炭化速度快、生产效率高、工程投资少、便于工业规模化生产。
附图说明：
附图1是本发明快速热解炭化炉实施例的结构示意图，
图中1是加料管密封阀、2是炉顶加料管口、3是炉顶人孔炉门、4是上炉顶、5是炉内上部加料室、6是炉体联接法兰、7是水夹套炉体、8是气化反应室燃气扩散口、9是炉内耐火内衬、10是炉内干餾炭化室、11是炉内气化反应室、12是抽吸炉内燃气管口、13是炉内挡料圈、14是气化反应室下部炉门、15是气化反应室刮灰板、16是气化反应室集灰斗、17是干餾炭集炭室、18是集炭室出炭管口、19是集灰斗绞龙出灰管口、20是气化反应室刮灰板转动绞龙齿轮、21是炉体下部支撑架、22是炉体支撑柱、23是集灰斗出灰绞龙、24是刮炭板转动套管齿轮、25是炉内进空气管口、26是集炭室刮炭板、27是炉内气化反应室支撑架、28是炉内档料圈进气口、29是抽吸炉内燃气管口、30是炉体内壁耐火内衬支撑圈、31是气化反应室耐火套、32是炉体水夹套出水管口、33是炉顶隔热保温层、34是炉顶圆弧底板、35是炉内可燃气放散防爆管口。
具体实施方法：
对照附图1，其结构是在上炉顶4的上部中间设有加料管口2，在加料管口2的两侧设有炉顶人孔炉门3和炉内燃气放散防爆管口35，加料管口2的上部设有密封加料阀1，上炉顶4的下部设有圆弧形底板34，在圆弧型底板34上部设有保温隔热层33，水夹套炉体7的炉内设有干餾炭化室10，在干餾炭化室10的中部设有档料圈13，挡料圈13的外部两侧设有第一抽吸炉内燃气管口12、第二抽吸炉内燃气管口29，在挡料圈13的下部设有炉内挡料圈进气口28，在干餾炭化室10的下部设有锥形水夹套集炭室17，锥形水夹套集炭室17的底部设有出炭管口18和刮炭板26，刮炭板26与刮炭转动套管齿轮24相接，干餾炭化室10的中间设有气化反应室11、气化反应室11设有耐火套31，在耐火套31的上部设有燃气扩散口8，在耐火套31的下部设有气化反应室下部炉门14，在气化反应室炉门14的下部设有炉排刮灰板15，炉排刮灰板15的下部设有集灰斗16，在集灰斗16的下部设有刮灰板转动绞龙齿轮20，在刮灰板转动绞龙齿轮20的上部设有绞龙出灰管口19，炉体7的下部设有炉体支撑柱22，炉体支撑柱22与炉体支撑柱22之间设有炉体下部支撑架21，水夹套炉体7的内壁中部设有耐火内衬支撑圈30，水夹套炉体7的上部设有水夹套出水管口32。
实施例1：
以稻壳、果壳等物料(水分控制在10％左右)，通过设置在上炉顶4的上部中间加料管口2，加入炉(Φ直径1.6米，炉体高5.3米)内的炉内上部集料室5分布进入干餾炭化室10和气化反应室11中，待物料加满后，关闭加料密封阀1，打开设置在气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，而后开启设置在气化反应室下部的炉门14；点燃气化反应室内的气化物料，关好炉门14；在炉外负压罗茨风机的作用下，抽吸气化室中所产生500-700C°高温缺氧的燃气，通过设置在气化反应室上部的燃气扩散口扩散到气化反应室周边的干餾炭化室10中，将炭化物料干餾成生物质炭；生物质炭进入设置在干餾炭化室10的下部集炭室17内，通过设置在集炭室17底部刮炭板26将生物质干餾炭刮入设置在集炭室17底部的出炭管口18排出炉外即成生物质干餾炭产品。物料在干餾炭化室10被干餾时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物高发热量烃类物质，与从气化反应室产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3。
该炉每小时耗用稻壳1000kg，其中，用做炉内气化反应室中的气化物料500kg生产生物质燃气，用做炉内干餾炭化室中的碳化物料500kg，每小时可生产生物质干餾炭200kg/h，氧化碳(灰渣)150kg/h含水份生物质油及木醋酸100kg/h，木焦油10kg/h并同时生产物质燃气1250-1500m3/h，可供发电450kw/h给中小型大米厂自用电。
实施例2：
以棉花秆、玉米杆、大豆杆、高粱杆为主要物料，经加工切断，其长度控制在30-50毫米，水份控制在10％左右，从设置在上炉顶4的上部中间加料管口2加入炉(Φ直径2.4米，炉体高5.6米)内的炉内上部集料室5分佈进入干餾炭化室10和气化反应室11中，待物料加满后，关闭加料密封阀1，打开设置在气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，而后开启设置在气化反应室下部的炉门14；点燃气化反应室内的气化物料，关好炉门14；在炉外负压罗茨风机的作用下，抽吸气化室中所产生500-700C°高温缺氧的燃气，通过设置在气化反应室上部的燃气扩散口扩散到气化反应室周边的干餾炭化室10中，将炭化物料干餾成生物质炭；生物质炭进入设置在干餾炭化室10的下部集炭室17内，通过设置在集炭室17底部刮炭板26将生物质干餾炭刮入设置在集炭室17底部的出炭管口18排出炉外即成生物质干餾炭产品。物料在干餾炭化室10被干餾时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物高发热量烃类物质，与从气化反应室产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3。
该炉每小时耗用上述物料2000kg/h，其中，用做炉内气化反应室中的气化物料1000kg生产生物质燃气，用做炉内干餾炭化室中的碳化物料1000kg，每小时可生产生物质干餾炭400kg/h，氧化碳(灰渣)200kg/h含水份生物质油及木醋酸200kg/h木焦油20kg/h并同时生产生物质燃气2500-3000m3/h，可供发电900kw/h或给农村城镇居民烧用洁净廉价的优质气体燃料。
实施例3：
以稻草、茅草、麦秆、菜籽秆、甘蔗渣为主要物料，将其切碎或粉碎、烘干后，用机械挤压成块状或棒状成型物料，水份控制在10％左右，从设置在上炉顶4的上部中间加料管口2加入炉(Φ直径3.3米，炉体高5.8米)内的炉内上部集料室5分佈进入干餾炭化室10和气化反应室11中，待物料加满后，关闭加料密封阀1，打开设置在气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，而后开启设置在气化反应室下部的炉门14；点燃气化反应室下部的气化物料，关好炉门14；在炉外负压罗茨风机的作用下，抽吸炉内气化室中所产生500-700C°高温缺氧的燃气，通过设置在气化反应室上部的燃气扩散口扩散到气化反应室周边的干餾炭化室10中，将炭化物料干餾成生物质炭；生物质炭进入设置在干餾炭化室10的下部集炭室17内，通过设置在集炭室17底部刮炭板26将生物质干餾炭刮入设置在集炭室17底部的出炭管口18排出炉外即成生物质干餾炭产品。物料在干餾炭化室10被干餾时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物高发热量烃类物质，与从气化反应室产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3。
该炉每小时耗用上述物料4000kg/h，其中，用做炉内气化反应室的气化物料2000kg生产生物质燃气，用做炉内干餾炭化室中的碳化物料2000kg，每小时可生产生物质干餾炭800kg/h，氧化碳(灰渣)500kg/h含水份生物质油及木醋酸400kg/h木焦油40kg/h并同时生产生物质燃气5000-6000m3/h，可供发电1800kw/h或给农村城镇居民烧用洁净廉价的优质气体燃料。

Claims (2)

1.生产生物质干餾炭和生物质燃气的方法，其特征是在同一炉内干餾炭化室的中心部位设置气化反应室，并在炉顶部设置一个加料管口，通过该加料管口向炉内气化反应室和干餾炭化室加料，待两室物料加满；关闭加料密封阀，打开设置在气化反应室底部的进空气管口，启动设置在炉外的负压罗茨风机，而后开启设置在气化反应室下部的炉门；点燃气化反应室下部的气化物料，关好炉门；在炉外负压罗茨风机的作用下，抽吸炉内气化室中所产生500-700C°高温缺氧的燃气，通过设置在气化反应室上部的燃气扩散口扩散到气化反应室周边的干餾炭化室中，将炭化物料干餾成生物质炭；生物质炭进入设置在干餾炭化室的下部集炭室内，通过设置在集炭室底部刮炭板将生物质干餾炭刮入设置在集炭室底部的出炭管口排出炉外即成生物质干餾炭产品；物料在干餾炭化室被干餾时释放出挥发份中的甲烷、一氧化碳、氢、碳氢化合物高发热量烃类物质，与从气化反应室产生的燃气混合后其燃气热值高达6000kJ/m3。
2.快速热解炭化炉，其特征是在上炉顶的上部中间设有加料管口，在加料管口的两侧设有炉顶人孔炉门和炉内燃气放散防爆管口，加料管口的上部设有密封加料阀，上炉顶的下部设有圆弧形底板，在圆弧型底板上部设有保温隔热层，水夹套炉体的炉内设有干餾炭化室，在干餾炭化室的中间设有档料圈，挡料圈的外部两侧设有第一抽吸炉内燃气管口、第二抽吸炉内燃气管口，在挡料圈的下部设有炉内挡料圈进气口，在干餾炭化室的下部设有锥形水夹套集炭室，锥形水夹套集炭室的底部设有出炭管口和刮炭板，刮炭板与刮炭转动套管齿轮相接，干餾炭化室的中间设有气化反应室、气化反应室设有耐火套，在耐火套的上部设有燃气扩散口，在耐火套的下部设有气化反应室炉门，在气化反应室炉门的下部设有炉排刮灰板，炉排刮灰板的下部设有集灰室，在集灰室的下部设有刮灰板转动绞龙齿轮，在刮灰板转动绞龙齿轮的上部设有绞龙出灰管口，炉体的下部设有炉体支撑柱，炉体支撑柱与炉体支撑柱之间设有炉体下部支撑架，水夹套炉体内壁的中部设有耐火内衬支撑圈，水夹套炉体的上部设有水夹套出水管口。
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