CN101251265A - 一种多进料口的生物质气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多进料口的生物质气化炉，包括气化炉体(1)、进料机构(2)、进风装置(3)、点火装置、排渣机构(5)、可燃气体除尘机构(6)和可燃气体的出口(7)，其中，进料机构(2)在点火装置的上方，排渣机构(5)则在点火装置的下方，所述进料机构(2)为两个或者两个以上，分布在气化炉体上部并与炉腔相通，且按不同的生物质原料特点设于炉壁垂直高度的相应位置处。本发明按不同的生物质原料特点设置的多个生物质进料口使得在一个气化炉上可以单独或者同时使用一种或者多种不同种类或者含水率的原料，扩大了生物质原料的使用范围。

Description

一种多进料口的生物质气化炉

技术领域

本发明涉及一种气化炉，特别是涉及一种多进料口的生物质气化炉。

背景技术

生物质能是一种以生物质为载体、由生物质产生的可再生能源，它是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，其来源包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质，其储量丰富，遍布世界各地，每年的生产量就相当于现阶段人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍，它不仅具有取之不尽，用之不竭的特点；而且它作为能源利用时，可实现CO₂的零排放，能够大大减少温室效应现象；在生物质转化为可燃气体的过程中，其中的S、N含量比较低，从而能有效降低环境污染，因此，生物质能是当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的绿色能源。我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，我国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

气化炉是生物质能利用的重要技术之一，它是将植物主要是农作物的废弃物，例如秸秆、稻壳、树枝、木屑、杂草等作为原料进行燃烧气化，获得可燃气体——能源原料的技术。在现有技术中，生物质气化炉一般包括气化炉体、位于炉体上部的进料机构、炉内的点火装置、进风装置、设于炉体底部的排渣机构和可燃气体的出口及用于除尘的除尘机构，生物质原料通过进料机构进入炉体内，与通过进风装置进入炉体内的氧气发生经过炉体内氧化反应与还原反应，即产生CO、CH₄、H₂等可燃气体(包括灰尘、焦油等杂质)，并从燃气出口排出，燃烧的灰烬落入排渣机构排走，可燃气体在排出炉体的过程中需经除尘机构进行除尘，以提供尽可能干净的可燃气体。其不足之处在于：

(1)现有生物质气化炉对原料的使用单一、要求高

现有技术中的生物质气化炉只有单一的进料口，由于不同类型的气化炉对不同品种的生物质原料及其含水率都有严格的要求，例如稻草和麦秆由于单位体积密度太低而难以单独气化，含水量在15％以上的生物质原料则因湿度大难以燃烧而气化困难等，使得单一的进料口难以适应不同品种的生物质原料的燃烧气化的要求，导致了生物质气化炉往往只能适应小范围的生物质原料，造成它所使用的原料受到极大的限制，使生物质气化技术难以普及和发展。

(2)可燃气体的热能损失过大

现有结构的气化炉进行可燃气体的排放时，其温度仍然保持在600℃以上，对于含有这样高热量的可燃气体来说，无疑是一种热能的浪费。目前，高温可燃气体的余热利用技术研究还处于基本空白阶段，中国专利公报曾公开了发明专利《小型生物质气化炉燃气净化和余热利用装置》(CN200610052449.8)，是采用水套对高温可燃气体降温，将热量传递给水套中的水，形成适温的燃气与热水供应。但是，该技术方案仅适应于小型户用燃气的生产，而对于大型生物质气化炉并不适用。

(3)可燃气体水洗降温的用水量大

可燃气体的温度在600℃以上，是必须对其进行降温后才能使用的。在现有技术中，一般是通过2-4级冷凝塔对可燃气体降温的，从气化炉出来的可燃气体经过冷凝塔中大量水的喷淋，既洗去气体中的灰尘、焦油等，又对高温燃气进行了降温，洁净且低温的可燃气体便可直接输往燃气用户或者进行罐装。上述洗尘、降温的过程往往需要大量的水资源，不但浪费了大量的水，而且还产生了大量含有焦油的污水，该污水很难进行净化和再利用，如果污水排放不慎，又会造成周遭环境的污染，从而破坏生态环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可同时使用多种生物质原料的多进料口的生物质气化炉。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现：一种多进料口的生物质气化炉，包括气化炉体、进料机构、进风装置、点火装置、排渣机构、可燃气体除尘机构和可燃气体的出口，其中，进料机构在点火装置的上方，进风机构和排渣机构则在点火装置的下方，其特征在于所述进料机构为两个或者两个以上，分布在气化炉体上部并与炉腔相通，且按不同的生物质原料特点设于炉壁垂直高度的相应位置处。

本发明所述的在炉壁上设置相应高度的进料机构按不同的生物质原料特点，是指根据生物质原料的特性和状态，如较轻、颗粒较小或较干燥的生物质原料容易点燃和充分燃烧，则将其进料口设置在气化炉壁较低的位置上，较重、颗粒较大或有较大含水率的生物质原料则将其进料口设置在气化炉壁较高的位置上，使之进入炉体内下落至燃烧点的距离较长，从而具有较长的烘干时间，当所述生物质原料落至燃烧点时就具有了与从低位置进料口进入的生物质原料差不多的干燥度，从而使得不同种类或含水率不同的生物质原料可以同时在一个气化炉上使用。

本发明所述二个或多个进料机构设于炉壁上的高度可以是相同的，也可以是不同高度的，或者部分相同，部分不同，视选择的生物质原料种类和状态确定。

所述进料机构按不同朝向设置气化炉体外壁上。不同生物质原料在不同朝向的进料机构进入到炉内，使得各生物质原料互不影响，燃烧的效果更好。

本发明可以做以下改进：所述气化炉体采用双流化床的结构，由主流化床和副流化床组成且并列设置，主流化床和副流化床的上部连通，主流化床为气化炉体，所述进料机构、点火装置均位于主流化床上，进料机构位于主流化床外壁上，点火装置位于主流化床中进料口的下方，进风装置在点火装置的下方，除尘机构则设置于副流化床的可燃气体出口处。其工作过程是在主流化床内点火，从进料机构进入炉内的生物质原料与通过进风装置进入炉体内的氧气发生氧化与还原反应，而产生含有氮气、氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、CnHm等混合气体，混合气体中夹带灰尘、焦油等杂质，该混合气体在除尘机构内的风机作用下流向副流化床，利用副流化床的空间，使混合气体所含的灰尘等杂质大部分能因自身重力的作用下落至副流化床下部，只有小部分的灰尘杂质随混合气体向出口流动，并被设置在出口处的除尘机构除去，从而减少除尘机构的除尘量，提高进入冷凝塔的混合气体的清洁度，相比现有技术中单气化炉体，去除杂质的效果更好。

本发明还可以做以下的改进：在所述副流化床内壁上及顶部设置有水冷壁，当温度高达600～900℃的混合气体进入副流化床后，通过热传导、热辐射等方式将热量传递给水冷壁，一方面使得高温混合气体降温，使其排出的温度可降至250～300℃左右；另一方面，水冷壁吸收的热量使水冷壁中的水升温并产生热水和水蒸汽。这样，通过高温混合气体与水冷壁的热交换过程，实现热能的转化，向其他系统提供热水和水蒸汽；而由气化炉排出的可燃气体的后续降温则只需经过1-2级冷凝塔就可以直接输送给用户使用或者进行罐装，既可大大节省水资源，又大大减少含有焦油的污水，从而减少环境的污染，同时又充分利用了混合气体的热能，为其他环节提供热水和水蒸汽。

本发明还可以进一步做改进：将副流化床内壁面设置的水冷壁延伸至所述主流化床腔体内壁的上部，以进一步利用更多的混合气体热量，提高对高温可燃气体的降温效果和余热的利用率。

本发明所述除尘机构可采用旋风分离器，它设于副流化炉炉壁中部以上的可燃气体出口管内处，可燃气体出口管道的内壁上也设置有水冷壁，该旋风分离器通过其底部的还渣螺旋机构与副流化床下部腔室连通。将旋风分离器设于副流化床中部，有利于使得依靠重力下沉的灰尘量增多，旋风除尘量减少，从而使从可燃气出口排出的可燃气体的清洁度更高。

本发明所述的水冷壁可以是采用管式水冷壁、或者板式水冷式水冷壁；也可以采用模块式水冷壁拼接而成。因为热水或者水蒸汽可应用于水暖气系统、热能空调系统、热水洗浴系统、蒸汽发电系统，因此，所述水冷壁可根据计划应用的情况进行设计，既可以是仅提供一种热水或者蒸汽的单一水系统的水冷壁，也可以是同时提供不同要求的热水和蒸汽的二种或多种水系统的水冷壁。

本发明的水冷壁在所述副流化床腔体内是利用外加动力自下而上地流动，即水冷壁的进水口设置在位于副流化床下方的水冷壁处，出水口设置在热水位于副流化床上方的水冷壁处，出水口与热水或者蒸汽所应用的系统管路连接，。所述外加一般采用水泵，水泵既可设置在本发明的水冷壁管路系统中，也可以设置在外接的热水或者蒸汽应用系统的管路中。

由于本发明采用多个进料口进料，使气化炉的进料量有所提高，为使生物质得到更充分的燃烧，本发明还可做以下的改进：在所述气化炉或者主流化床点火装置的下方设置均布有多个进风孔的布风板，该布风板水平安装在气化炉或者主流化床炉腔内壁上，在布风板下方设置进气鼓风机，使大量空气流经布风板上的进风孔进入炉内，空气中的氧气在炉内分布均匀，使生物质原料充分地燃烧。与现有技术相比，本发明具有如下显著的技术效果：

1、本发明采用多个进料机构，以适应生物质原料多样化的情况，使得不同种类或含水率不同的生物质原料可以同时在一个气化炉上使用，解决了生物质气化炉原料使用范围单一、局限的问题，有利于生物质气化技术的普及和发展。

2、本发明可进一步采用双流化床结构，以提高除尘的效率，减少可燃气体内灰尘、炭颗粒等杂质。

3、本发明进一步采用水冷壁热交换器，一方面使得高温可燃气体降温，使其排出的温度可降至250～300℃左右；另一方面，可利用可燃气体的高温生产高温水或者水蒸汽供其它用途使用，如用于水暖气系统、热能空调系统、热水洗浴系统、蒸汽发电系统等，对节能降耗具有积极的社会和经济效益。

4、本发明采用双硫化床和水冷壁结构，能有效地减少气化炉排出的可燃气体的后续降温工序，使原需要经过多级冷凝塔降温的出炉的可燃气体改进为只需要1-2级冷凝塔除尘和降温即可，不但比现有技术节约一半以上的用水量，降低生物质气化炉生产可燃气体的成本，节能降耗；而且，还能减少了含有焦油等化学物质的污水的排放，从而有利于环境保护。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例一的主视结构示意图；

图2为图1的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例二的主视结构示意图；

图4为图3的俯视结构示意图(进料仓9未画出)；

图5为本发明实施例三的主视结构示意图；

图6为图5的俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图1、2所示的多进料口生物质气化炉是本发明的实施例之一，它包括单体圆柱形气化炉体1、六个进料机构2、进风装置3、点火装置、排渣机构5、可燃气体除尘机构6和可燃气体的出口7，其中，进料机构在点火装置的上方，排渣机构位于所述点火装置的下方，六个进料机构均采用螺旋进料机，它们分别为树枝木屑螺旋进料机21、高粱杆、玉米杆螺旋进料机22、谷壳螺旋进料机23、芦苇进料机24、棉杆颗粒螺旋进料机25和稻草麦草颗粒螺旋进料机26，它们分别沿气化炉体1外壁圆周的不同方向与炉腔相通且以螺旋进料机位于气化炉上的高度基本相同的为一组，同组进料机在炉壁圆周上分布的位置以最远的相对位置为首选，本实施例分3组螺旋进料机分别设于气化炉体1炉壁垂直高度的不同位置处，其中，根据具体生物质的特性来设置进料口高度，以颗粒较大、较重或含水率较大的原料从较高的进料口进入炉内，以颗粒较小、较轻或含水率较低的原料从较高的进料口进入炉内，棉杆树枝木屑和谷壳质密度较高，但谷壳颗粒小，高粱杆、玉米杆、芦苇质密度次之，但含水率较高，所以螺旋进料机21及22为同组设于炉壁上较高的位置处，使经其进入炉内的原料下落至燃烧点的距离较长，从而具有较长的烘干时间，稻草麦草颗粒质轻含水率较低为一组，其螺旋进料机26则设于较低位置处，经其进入炉内的原料下落至燃烧区的距离较短，螺旋进料机23、24和25为同一组位于炉壁1上的高度则介于螺旋进料机21、22与螺旋进料机26之间，从而使各进料机构所进的原料至燃烧区域时具有相近的可燃状态，实现六种重量、大小、含水率不同的生物质原料可以同时在一个气化炉上使用的目的。

实施例二

如图3、4所示的多进料口生物质气化炉是本发明的实施例二，与实施例一的不同之处在于气化炉体1采用双流化床的结构，由主流化床11和副流化床12组成且并列设置，主流化床11和副流化床12的上部连通，主流化床11为气化炉体，所述进料机构2、点火装置均位于主流化床11的下部，进料机构位于点火装置的上方，排渣机构分有主、副排渣机构51、52，分别位于主流化床11和副流化床12的底部，进风装置3采用进风鼓风机，设置在主流化床11底部的进风口处，可燃气体除尘机构6则设置于副流化床12的可燃气体出口7处。

本实施例的进料机构采用了3个进料螺旋机，它们分别是谷壳螺旋进料机23、棉杆颗粒螺旋进料机25及稻草麦草颗粒螺旋进料机26，均配有进料仓9，该三螺旋进料机分布在主流化床5的外壁上并与炉腔相通，且分别设于主流化床11炉壁垂直高度的不同位置处，且按主流化床11外壁圆周的不同朝向进行设置。

本实施例在所述主流化床点火装置的下方设置均布有多个进风孔的布风板8，该布风板8水平安装在主流化床11炉腔内壁上，进气鼓风机3自下而上进风，使大量空气流经布风板8上的进风孔进入炉内，空气中的氧气在炉内分布均匀，使生物质原料充分地翻腾燃烧，有利于提高气化的效果。

本实施例所述可燃气体出口7设于副流化床12炉壁的中部，所述可燃气体出口除尘机构6则设于可燃气体出口7的前端，采用旋风分离器，从主流化床11进入副流化床12中的混合气体经旋风分离器6除尘后成为基本干净的可燃气体，再从可燃气体出口7流出，而旋风分离器6的底部还通过接管和还渣螺旋机10与副流化床11下部连接，用于将混合气体中分离出的灰尘排到副流化床12内，与副流化床12内依靠重力的惯性沉降的灰尘等固态颗粒物通过副排渣螺旋52一起排出炉体外。

本实施例在副流化床12的内壁及其顶部以及主流化床11的顶部及其与主、副流化床12之间连通的管道均设有水冷壁2，该水冷壁为管式水冷壁，多根直管横向排列在副流化床12内自下而上设置，冷水从水冷壁最下方进入，经水冷壁进行热交换而产生的热水从水冷壁位于副流化床的上方出。另外，在副流化床上的可燃气体出口前端安装旋风分离器的管道内壁上也安装了水冷壁，以增加可燃体的降温效果。不同种类的生物质原料从不同方位、高低不同的进料口进入主流化床内，主流化床点火装置点火，原料与从炉底部进风口进入并由布风板均布的氧气发生一系列的化学反应，翻腾燃烧产生含有氮气、氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、CnHm等混合气体以及灰渣、炭颗粒等一系列混合物。此时，混合气体的温度位于700～900℃之间，在进气鼓风机和可燃气体出口处的旋风分离器引力的作用下，该混合气体由主流化床向副流化床流动，在进入副流化床后，混合气体的化学反应由活跃逐渐趋于缓慢并结束，混合气体中的一部分灰尘会因自重的惯性在副流化床中沉降，旋风分离器也会分离出一部分灰尘，落入副流化床内，经副流化床底部的副排渣螺旋排出。而混合气体流经主副流化床上所设置的水冷壁时，将热量传递给水冷壁中的水，完成高温可燃气体的降温过程，这时从可燃气体出口排出的可燃气体的温度在250℃左右，之后只需再经过1-2级冷凝塔的进一步降温和洗尘，就可输送给用户使用或者进行罐装。

实施例三

如图5、6所示的多进料口生物质气化炉是本发明的实施例三，与实施例一的不同之处在于本实施例的进料口有8个，其中有七个进料口采用了螺旋进料机，它们分别为树枝木屑螺旋进料机21、高粱杆、玉米杆螺旋进料机22、谷壳螺旋进料机23、芦苇进料机24、棉杆颗粒螺旋进料机25、稻草麦草颗粒螺旋进料机26和蔗渣螺旋进料机27，比实施例一多了蔗渣螺旋进料机27，其分组情况与实施例一基本相同，只是新增的原料——蔗渣的颗粒大小和含水率都较高，设置在气化炉1外壁较高的位置上。

另外，在气化炉1顶面还设置有一回渣进料口28，用于将未烧透的生物质原料从该进料口回炉再做一次燃烧。

Claims (10)

1.一种多进料口的生物质气化炉，包括气化炉体(1)、进料机构(2)、进风装置(3)、点火装置、排渣机构(5)、可燃气体除尘机构(6)和可燃气体的出口(7)，其中，进料机构(2)在点火装置的上方，排渣机构(5)则在点火装置的下方，其特征在于：所述进料机构(2)为两个或者两个以上，分布在气化炉体(1)上部并与炉腔相通，且按不同的生物质原料特点设于炉壁垂直高度的相应位置处。

2.根据权利要求1所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述进料机构(2)按不同朝向设置气化炉体外壁上，以使不同生物质原料在不同朝向的进料机构(2)进入到炉内时互不干扰。

3.根据权利要求2所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述进料机构(2)设于炉壁不同的垂直高度上。

4.根据权利要求1或2或3所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：在所述气化炉点火装置的下方设置均布有多个进风孔的布风板(8)，该布风板(8)水平安装在气化炉(1)炉腔内壁上，在布风板(8)下方设置进气鼓风机(3)，使大量空气流经布风板(8)上的进风孔进入炉内，空气中的氧气在炉内分布均匀。

5.根据权利要求4所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述气化炉体采用双流化床的结构，由主流化床(11)和副流化床(12)组成且并列设置，主流化床(11)和副流化床(12)的上部连通，主流化床(11)为气化炉主体，所述进料机构(2)、点火装置和进风装置(3)均位于主流化床(11)上，除尘机构(6)则设置于副流化床(12)的可燃气体出口(7)处。

6.根据权利要求5所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：在所述副气化床(12)内壁上及顶部设置有水冷壁(2)，以使高温混合气体降温；同时，水冷壁(2)吸收的混合气体的热量使水冷壁(2)中的水升温并产生热水和水蒸汽，水冷壁(2)具有用于与该热水或者蒸汽所应用的系统管路连接的出水口。

7.根据权利要求6所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述在副流化床(12)内壁面设置的水冷壁(2)延伸至主流化床(11)腔体内壁的上部，以进一步利用更多的混合气体热量。

8.根据权利要求7所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述除尘机构(6)可采用旋风分离器，它设于副流化炉炉壁上的可燃气体出口管(7)处，可燃气体出口管(7)道的内壁上也设置有水冷壁(2)，该旋风分离器通过其底部的还渣螺旋管(10)与副流化床(12)下部腔室连通。

9.根据权利要求8所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述水冷壁(2)在所述副流化床(12)腔体内是利用外力自下而上地流动，水冷壁(2)的进水口设置在位于副流化床(12)下方的水冷壁处，出水口设置在位于副流化床(12)上方的水冷壁(2)处。

10.根据权利要求9所述的多进料口生的物质气化炉，其特征在于：所述的水冷壁(2)采用管式水冷壁。

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