CN101270288A - 生物质原料造气设备及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质原料造气、造炭的工艺方法及设备。所述生物质原料造气设备含有燃烧产气装置、除尘冷却净化装置、储存干燥装置，上述的三种装置之间通过带有阀门的气管道联通；燃烧产气装置含有造气炉、压力空气源；除尘冷却净化装置含有均封闭的旋风除尘器、冷却器、水净化器，以及储水器；储存干燥装置含有均封闭的储气罐、干燥器。所述造气工艺包括生物质原料加工、生物质原料气化、燃气冷却净化、燃气储存干燥、缺氧灭火炭化等步骤。本发明安全性能高，运营成本低廉，能够充分利用各种生物质资源，能制造洁净的燃气，同时也能制造木炭。

Description

生物质原料造气设备及工艺方法

(一)技术领域

本发明涉及生物质热解气化技术领域，尤其涉及一种生物质原料造气、造炭的工艺方法及设备。

(二)背景技术

农业和林业残余物量大面广，其中农业秸、茎产量是粮食产量的1.4倍，2001年我国产量达6.5亿吨；林木采集和林业加工剩余物也达上亿吨。

生物质气化是生物质高效利用的重要方式之一，利用生物质能制取可燃气体用于锅炉、烘干、发电或作为某些动力机械的燃料，在国内外均有应用，但因生物质原料为木材及其残余物质，致使该项技术的发展受到限制.近年来已有用秸秆等低热值的生物质进行热解气化推广应用，但在使用过程中一直存在着燃气热值偏低，焦油量过高，燃气中含氧量偏高等问题，一方面易使机组和灶具发生堵塞；一方面由于气体含氧量达3.5～4％，易腐蚀机组，并造成安全隐患，在一定程度上影响该项秸秆气化技术的推广应用。目前国内有关生物质气化的技术方案很多，这些技术方案的主要缺点是：结构工艺复杂，制造及运营成本高昂，例如，有的虽然结构比较简单，但原料利用的效率不高，有的除尘及净化效果不近如人意。

由于近年来制炭行业的兴起，产生了一个不容忽视的问题那就是在木炭生产过程中产生的许多可燃性气体大多直接排放到大气中去了，既浪费了宝贵的资源，又对环境造成污染。

(三)发明的内容

本发明要解决的技术问题是提供一种充分利用生物质原料制造可燃气体的设备及工艺方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种生物质原料造气设备，含有燃烧产气装置、除尘冷却净化装置、储存干燥装置，上述的三种装置之间通过带有阀门的气管道联通，在连通燃烧产气装置和除尘净化装置的气管道的阀门前方引出有点火取样气管道、放空气管道，所述的点火取样管道和放空气管道均装有阀门；

所述的燃烧产气装置含有造气炉、压力空气源，所述的造气炉外部设有环形水套，该水套通过水管道与除尘冷却净化装置中所述的供水泵连接，该水套上部设有出气口；造气炉上部设有进料机构和出气管道，所述的出气管道连通至除尘冷却净化装置中的旋风除尘器；造气炉下部设有炉篦，炉篦下方设有出灰机构、供气管道，该供气管道连通至压力空气源；

所述的除尘冷却净化装置含有均封闭的旋风除尘器、冷却器、水净化器，以及储水器；所述的旋风除尘器的上方经气管道连通所述的燃烧产气装置，除尘器下部经气管道连通冷却器，该管道贯穿冷却器后插入水净化器内的水面下部，冷却器分上下两层，上部为水箱，下部为收集室，在冷却器内的管道设有引管连通至收集室，水净化器的上部设有出气管道连通至储存干燥装置；所述的储水器通过水管道与冷却器、水净化器连通，并在水管道上安装有供水泵、阀门，冷却器和储水池之间形成水循环结构；

所述的储存干燥装置含有均封闭的储气罐、干燥器，所述的储气罐一端通过气管道连通所述的水净化器的出气管道，另一端通过气管道连通至干燥器，所述干燥器出气管连通至供气阀门；所述干燥器上部设有装料口，下部设有出料口、排水阀，干燥器下部设有遮盖排水阀的筛网，在筛网的上部装有干燥材料。

在所述旋风除尘器、冷却器下部均设有排废阀，在所述储水器、水净化器的下部均设有排污水阀；所述储气罐上部设有安全阀和压力表，下部设有排污阀；在造气炉上部的出气管道上安装有压力表；在所述的水套上连接有水位计。

所述的冷却器为两个，或为三个，通过气管道前后串联；所述的干燥器为两个，或为三个，通过气管道前后串联，干燥器内部装的干燥材料为稻壳，或为锯末，或为刨花，或为其中两种的混合物，或为三种的混合物。

所述除尘器为罐体，在正对进气管处设有圆锥形的分气帽，在罐体内壁上设有螺旋叶片，在该除尘器内的出气管伸至分气帽的下部；所述的供气源为空压机，或为鼓风机。

所述的气化炉至少为三个，分别通过气管道和阀门与上述除尘冷却净化装置连通，如此可实现造气、造炭的连续生产。

一种生物质原料造气工艺，包括以下步骤：

(1)生物质原料加工      将生物质原料切段或粉碎或机制成人造木棒；

(2)生物质原料气化

①将盛有木棒的篓或粉碎的生物质原料装入设置有缓慢燃烧层的气化炉内，生物质原料填满后关闭进料机构和出灰机构；

②向气化炉内鼓入空气；

(3)燃气冷却净化

①将气化炉产生的可燃气体通入除尘器中进行除尘处理；

②经除尘的可燃气体通入水冷器中冷却分离木焦油、木醋液；

③冷却后的可燃气体再通入水净化器进行净化处理，水净化器中的水定期更换；

(4)燃气储存干燥

①水净化处理后的气体压入储气装置；

②储气装置中的可燃气体经过干燥装置除水后供给用户；

向所述气化炉内鼓入空气的压力为0.15～0.2MPa。

所述缓慢燃烧层由可燃物燃烧形成，高度为100～150mm。

当气化炉点火取样口点燃后的燃烧温度达到150℃时，再将可燃气体引入旋风除尘器，并关闭气化炉放空口。

当用生物质原料为人造棒或木棒，即可同时造炭，所述工艺还包括缺氧灭火炭化的步骤，即在生物质原料气化过程中，当气化炉点火取样口的气体不能点燃时，停止向气化炉内鼓空气，密闭气化炉，缺氧灭火碳化处理8～12小时，即制得木炭，如此重复前面所述过程，不断将生物质原料气化，不断向储气罐中压入新的可燃气体。

本发明具有积极有益的效果：

1.充分利用生物资源，回收利用副产品   在燃烧产气装置产生的可燃性气体中，还含有焦油、木醋的物质，容易堵赛燃气设备，给用气人带来很大麻烦，该设备中的冷却器，能够通过循环水冷却可燃性气体，是其中的绝大部分焦油、木醋能够回收，若采用多个冷却器串联的结构，其效果会更好。

2.旋风除尘器结构简单，除尘效率高。该设备的除尘器内设有分气帽、螺旋叶片等结构，使带有灰尘的气体在除尘器内行进的路径延长或受到一定阻碍，利于灰尘的降落或附着，进而分离，并且出气管伸至分气帽下部，位置较高，进一步提升了除尘效果。

3.安全性能高   由于在连通燃烧产气装置和除尘净化装置的气管道的阀门前方引出有点火取样气管道、放空气管道，可以在燃烧产气装置刚开始工作时排空燃气造气装置多余的非可燃性气体，并且可以通过点火取样以判断产生可燃性气体的含量，来控制何时把产生的可燃性气体送到除尘净化装置，以免不达标的气体引发事故。

4.创新了气体干燥工艺   在储气装置后设置干燥设备，以廉价易得的稻壳、锯末、刨花等材料作为干燥剂，且废弃的干燥材料还可以送至燃烧产气装置内做生物质原料使用，进行充分的利用，降低了其运营成本。

5.连续生产供气   由于采用多个造气炉循环工作，能持续快速的生产造气。

6.既造气又造炭，高效利用生物质能源   当将人造棒或木棒放入木炭炭化炉(与一般造气炉相比，木炭炭化炉的进料口较大，便于装填木棒篓)，同时造气、造优质木炭，既节约大量的林木资源，又能充分的利用废弃的生物资源。

(四)附图说明

图1为该设备的造气炉结构示意图；

图2为该设备的除尘冷却净化装置结构示意图之一；

图3为该设备的存储干燥装置的结构示意图之一；

图4为该设备的除尘冷却净化装置结构示意图之二；

图5为该设备的存储干燥装置的结构示意图之二；

图6为该设备中的木炭炭化炉。

(五)具体实施方式

实施例一：一种生物质原料造气设备，参见图1、图2、图3，含有燃烧造气装置、除尘冷却净化装置、储存干燥装置，上述的三种装置之间通过带有阀门的气管道联通，在连通燃烧产气装置和除尘净化装置的气管道的阀门前方引出有点火取样气管道203、放空气管道204，所述的点火取样管道和放空气管道均装有阀门；燃烧产气装置含有造气炉、压力空气源，所述的造气炉外部设有环形水套103，该水套103通过水管道108与除尘冷却净化装置中所述的供水泵210连接，该水套103上部设有出气口102；造气炉上部设有进料机构101和出气管道109，所述的出气管道109连通至除尘冷却净化装置中的旋风除尘器223；造气炉下部设有炉篦105，炉篦105下方设有出灰机构106、供气管道107，该供气管道107连通至压力空气源；所述的造气炉下部设有支架111；除尘冷却净化装置含有均封闭的旋风除尘器223、冷却器221、水净化器218，以及储水器207；所述的旋风除尘器223的上方经气管道201连通所述的燃烧产气装置，除尘器223下部经气管道连通冷却器221，该管道贯穿冷却器221后插入水净化器218内的水面下部，冷却器221分上下两层上部为水箱，下部为收集室215，在冷却器221内的管道设有引管连通至收集室215，水净化器218的上部设有出气管道219连通至储存干燥装置；所述的储水器207通过水管道与水冷罐221、水净化器218连通，并在水管道上安装有供水泵210、阀门212，冷却器221和储水池207之间形成水循环结构；

所述的储存干燥装置含有均封闭的储气罐302、干燥器304，所述的储气罐302一端通过气管道301连通所述的水净化器的出气管道219，另一端通过气管道连通至干燥器304，所述干燥器304出气管连通至供气阀门308；所述干燥器304上部设有装料口303，下部设有出料口305、排水阀306，并且在下部设有筛网把出料口305和排水阀306隔开，在筛网的上部装有干燥材料307；在所述旋风除尘器223、冷却器221下部均设有排废阀211、313，在所述储水器207、水净化器217的下部均设有排污水阀208、217；所述储气罐302上部设有安全阀310和压力表309，下部设有排污阀；在造气炉上部的出气管道109上安装有压力表110；在所述的水套上连接有水位计104；所述的干燥器304内部装的干燥材料307为稻壳、刨花的混合物；所述除尘器223为罐体，在正对进气管处设有圆锥形的分气帽206，在罐体内壁上设有螺旋叶片222，在该除尘器223内的出气管伸至分气帽206的下部；所述的造气炉的进料机构101和出灰机构106均为螺旋压力密封盖机构；所述的供气源为空压机，图中未画出。

所述的旋风出尘器223、水冷罐221、水净化器218，以及储水器207、以及水管道和气管道都带有各自的支架，附图中未画出。所述的造气炉内的燃料为两层，下层为缓慢燃烧层112，上层为生物质原料层113，一般为秸秆或木棒。所述的冷却器下设有焦油收集器214，与上述排废阀213连通。

一种生物质原料造气工艺，包括以下步骤：

(1)生物质原料加工   将秸秆原料切段或粉碎；

(2)生物质原料气化   ①将粉碎的秸秆原料装入设置有缓慢燃烧层112的气化炉内，秸秆原料填满后关闭进料机构101和出灰机构106，所述缓慢燃烧层112由可燃物燃烧形成，高度为150mm；②向气化炉内鼓入压力为0.20MPa的空气；

(3)燃气冷却净化   ①当气化炉点火取样口203点燃后的燃烧温度达到150℃时，再将可燃气体引入旋风除尘器223，关闭气化炉放空口204，进行除尘处理。②经除尘的可燃气体通入水冷罐221中冷却分离木焦油、木醋液；③冷却后的可燃气体再通入水净化器218进行净化处理，水净化器218中的水定期更换；

(4)燃气储存干燥

①水净化处理后的气体自动压入储气罐302；②储气罐302中的可燃气体经过干燥器304除水后供给用户。

如此重复前面所述过程，不断将生物质原料气化，不断向储气罐中压入新的可燃气体。

实施例二：一种生物质原料造气设备，与实施例一基本相同，参见图2、图3、图6，图中标号相同的代表意义相同，不同之处为：本实施例中的造气炉为木炭炭化炉，且有三个循环使用木炭炭化炉分别通过气管道和阀门205与上述除尘冷却净化装置连通；该木炭炭化炉的进料机构101为封头可翻转式，打开后进料口与炉体直径几乎相同；木棒装铁篓后，再装入炉内。

一种生物质原料造气工艺，包括以下步骤：

(1)生物质原料加工   将生秸秆原料机制成人造木棒；

(2)生物质原料气化

①将盛有木棒的篓装入设置有缓慢燃烧层112的木炭炭化炉内，填满后关闭进料机构101和出灰机构106，所述缓慢燃烧层由可燃物燃烧形成，高度为100mm；②启动空压机，向气化炉内鼓入压力为0.15MPa的空气；

(3)燃气冷却净化   ①当气化炉点火取样口203点燃后的燃烧温度达到150℃时，再将可燃气体引入旋风除尘器223，关闭气化炉放空口204，进行除尘处理；②经除尘的可燃气体通入水冷罐221中冷却分离木焦油、木醋液；③冷却后的可燃气体再通入水净化器218进行净化处理，水净化器218中的水定期更换。

(4)燃气储存干燥

①水净化处理后的气体自动压入储气罐；②储气罐中的可燃气体经过干燥器304除水后供给用户；

(5)缺氧灭火炭化   当点火取样口203处的气体不能点燃时，关闭空压机，停止向木炭炭化炉内鼓入空气，密闭气化炉，缺氧灭火碳化处理8～12小时，即制得木炭。

设置三个木炭炭化炉，可保证在其中一个木炭炭化炉进行缺氧灭火炭化时，可启动其它的木炭炭化炉重复前面所述过程，不断将生物质原料气化，不断向储气罐中压入新的可燃气体，同时制得木炭。

实施例三：参见图1、图4、图5，本实施例与实施例一或实施例二基本相同，图中标号相同的代表意义相同，不同之处为：本例中所述的冷却器221为两个，通过气管道前后串联；所述的干燥器304为两个，通过气管道前后串联。

实施例四：附图未画，本实施例与实施例一或实施例二基本相同，不同之处为：本实施例中的水冷罐为三个，通过气管道前后串联；干燥器为三个，通过气管道前后串联。

实施例五：参见图1、图4、图5，本实施例与实施例一基本相同，图中标号相同的代表意义相同，不同之处为：所述的造气炉为三个或三个以上，分别通过气管道和阀门205与上述除尘冷却净化装置连通。

Claims (10)

1. 一种生物质原料造气设备，含有燃烧产气装置、除尘冷却净化装置、储存干燥装置，上述的三种装置之间通过带有阀门的气管道联通，其特征是：在连通燃烧产气装置和除尘净化装置的气管道的阀门前方引出有点火取样气管道、放空气管道，所述的点火取样管道和放空气管道均装有阀门；

所述的燃烧产气装置含有造气炉、压力空气源，所述的造气炉外部设有环形水套，该水套通过水管道与除尘冷却净化装置中所述的供水泵连接，该水套上部设有出气口；造气炉上部设有进料机构和出气管道，所述的出气管道连通至除尘冷却净化装置中的旋风除尘器；造气炉下部设有炉篦，炉篦下方设有出灰机构、供气管道，该供气管道连通至压力空气源；

所述的除尘冷却净化装置含有均封闭的旋风除尘器、冷却器、水净化器，以及储水器；所述的旋风除尘器的上方经气管道连通所述的燃烧产气装置，除尘器下部经气管道连通冷却器，该管道贯穿冷却器后插入水净化器内的水面下部，冷却器分上下两层上部为水箱，下部为收集室，在冷却器内的管道设有引管连通至收集室，水净化器的上部设有出气管道连通至储存干燥装置；所述的储水器通过水管道与冷却器、水净化器连通，并在水管道上安装有供水泵、阀门，冷却器和储水池之间形成水循环结构；

所述的储存干燥装置含有均封闭的储气罐、干燥器，所述的储气罐一端通过气管道连通所述的水净化器的出气管道，另一端通过气管道连通至干燥器，所述干燥器出气管连通至供气阀门；所述干燥器上部设有装料口，下部设有出料口、排水阀，干燥器下部设有遮盖排水阀的筛网，在筛网的上部装有干燥材料。

2. 根据权利要求1所述的生物质原料造气设备，其特征是：在所述旋风除尘器、冷却器下部均设有排废阀，在所述储水器、水净化器的下部均设有排污水阀；所述储气罐上部设有安全阀和压力表，下部设有排污阀；在造气炉上部的出气管道上安装有压力表；在所述的水套上连接有水位计。

3. 根据权利要求2所述的生物质原料造气设备，其特征是：所述的冷却器为两个，或为三个，通过气管道前后串联；所述的干燥器为两个，或为三个，通过气管道前后串联，干燥器内部装的干燥材料为稻壳，或为锯末，或为刨花，或为其中两种的混合物，或为三种的混合物。

4. 根据权利要求3所述的生物质原料造气设备，其特征是：所述除尘器为罐体，在正对进气管处设有圆锥形的分气帽，在罐体内壁上设有螺旋叶片，在该除尘器内的出气管伸至分气帽的下部；所述的供气源为空压机，或为鼓风机。

5. 根据权利要求1至4任一权利要求所述的生物质原料造气设备，其特征是：所述的气化炉至少为三个，分别通过气管道和阀门与上述除尘冷却净化装置连通。

6. 一种生物质原料造气工艺，其特征是：所述工艺包括以下步骤：

(1)生物质原料加工  将生物质原料切段或粉碎或机制成人造木棒；

(2)生物质原料气化

①将盛有木棒的篓或粉碎的生物质原料装入设置有缓慢燃烧层的气化炉内，生物质原料填满后关闭进料机构和出灰机构；

②向气化炉内鼓入空气；

(3)燃气冷却净化

①将气化炉产生的可燃气体通入除尘器中进行除尘处理；

②经除尘的可燃气体通入水冷器中冷却分离木焦油、木醋液；

③冷却后的可燃气体再通入水净化器进行净化处理，水净化器中的水定期更换；

(4)燃气储存干燥

①水净化处理后的气体压入储气罐；

②储气罐中的可燃气体经过干燥装置除水后供给用户；

7. 根据权利要求6所述的生物质原料造气工艺，其特征是：向气化炉内鼓入空气的压力为0.15～0.2MPa。

8. 根据权利要求7所述的生物质原料造气工艺，其特征是：所述缓慢燃烧层由可燃物燃烧形成，高度为100～150mm。

9. 根据权利要求8所述的生物质原料造气工艺，其特征是：当气化炉点火取样口点燃后的燃烧温度达到150℃时，再将可燃气体引入旋风除尘器，并关闭气化炉放空口。

10. 根据权利要求6至9任意一项权利要求所述的生物质原料造气工艺，其特征是：所用生物质原料为木棒或人造木棒；所述工艺还包括缺氧灭火炭化的步骤，即在生物质原料气化过程中，当气化炉点火取样口的气体不能点燃时，停止向气化炉内鼓空气，密闭气化炉，缺氧灭火碳化处理8～12小时，即制得木炭，如此重复前面所述过程，不断将生物质原料气化，不断向储气罐中压入新的可燃气体。

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