CN101560411A - 一种上吸式户用生物质气化装置 - Google Patents

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孟抒
邢献军
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Abstract

一种上吸式户用生物质气化装置，为直立圆筒结构；其特征在于：其构造由上段的干馏室、中段的主气化室和下段的灰室构成，各段分别由蓄热格栅和蓄热炉栅分开；主气化室的四周由辐射圆筒围护。本发明无需使用外部点火热源，且点火迅速，气化中心区温度高，焦油含量显著降低，炉体散热损失减低，气化效率高，气化炉的封火时间长，结构简单、紧凑，操作方便。运行成本低。

Description

一种上吸式户用生物质气化装置
技术领域
本发明涉及气化装置，具体地说是一种上吸式户用生物质气化装置。
背景技术
中国是一个农业大国，农作物秸秆资源非常丰富，但由于目前秸秆综合利用程度较低，相当多的作物秸秆被弃置在田间地头，每当收获季节，在农田放火焚烧秸秆的现象随处可见。这不但造成了资源的极大浪费，而且焚烧秸秆的烟雾也对大气环境造成了严重污染，还成为引发火灾、交通事故、烧毁电线通讯电缆的隐患。所以，在农村普及生物质燃料气化炉具有重要的意义，不仅变废为宝，而且解决了环境污染问题，提高人们的生活质量，另外，节约能源，减轻了农民负担。
目前，大规模开发应用的生物质气化方法和装置主要有上吸式固定床、下吸式固定床、流化床等。其中，固定床气化炉因其具有结构简单、制造简便、造价低廉、操作容易、适用于块状及大颗粒原料等优点，适合我国农村使用。但该类型的气化炉在实际应用的时候都普遍存在一些共同问题。
首先，燃气中焦油含量高，导致后序单元设备因焦油堵塞而无法正常运行。针对这一问题，许多学者都提出了一些解决方法，有采用外部加热来提高气化反应温度和加热速率，如高温空气气化方法。《太阳能学报》(2005，26(3)，第391～395页)介绍了这一种气化方法所采用的高温空气发生器，可以看出，提升空气温度的热能来源与煤气燃烧所产生的热量。这种方法确实可以减少气化混合燃气中焦油的含量，提高燃气的热值，但牺牲了外部等能源并且增加了复杂设备的投资，总体上降低了生物质能源利用的经济性；也有一些学者干脆在生物质气化炉之外又开发使用一套专门用于裂解生物质燃料气中焦油的方法及其装置，如中国专利CN101117589A公开的一种生物质燃气焦油裂解方法及装置，又如中国专利CN101130698A公开的生物质气焦油高温裂解方法及装置，等等。这些方法和装置的利用将直接增加生物质气化成本，并使得气化工艺复杂，运行操作繁琐。
其次，每次使用需要重新点火，而且点火时间长，点火时会有大量的烟气溢出，呛人又不方便。这一点在气化炉的相关网络报道中经常看到。针对这一问题，有专家提出单独设置电话器，如中国专利申请号CN200720146012公开的气化炉底部电点火装置，这种方法的使用优点是解决了点火问题，但是也直接增加了生物质气化成本。
再者，一些气化炉运行过程中热量损失严重，这包括几个方面，一是气化炉炉壁保温不够；二是排灰的显热损失严重；三是引出气化炉的燃气显热损失严重。如果能避免这些热量的散失，气化炉中心的反应温度将大大提升，从而有助于焦油的裂解。
发明内容
本发明提出一种上吸式户用生物质气化装置，以克服现有技术的上述缺陷，实现生物质的经济高效气化，并进一步提高燃气热值。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种上吸式户用生物质气化装置，为直立圆筒结构；其特征在于：其构造由上段的干馏室、中段的主气化室和下段的灰室构成，各段分别由蓄热格栅和蓄热炉栅分开；主气化室的四周由辐射圆筒围护。
本发明的结构特点也在于：
主气化室在径向上从内到外由辐射圆筒、导热圆筒、下段保温层和外壁构成，并围成环形空气腔和环形燃气腔；在主气化室上部的炉体侧壁上设置贯穿下段保温层的空气进口；在辐射圆筒的上部侧壁上设置燃气孔，在其对称位置的下部贯穿导热圆筒、下段保温层和外壁设置燃气出口。
所述的干馏室由圆形外壁和上段保温层围成，顶部设有端盖，在其外壁上部的外侧设置水封环槽。
所述的灰室由外壁和下段保温层围护，在其侧壁上设置排灰口，中心设置凹形灰斗。
所述的蓄热炉栅承重在凹形灰斗上，并支撑辐射圆筒和导热圆筒。
所述的蓄热炉栅中心设置圆台形空气上升孔，外层设置截面为倒圆台形的灰渣下落孔。
所述的凹形灰斗的上部侧壁上设置风孔。
与已有技术方案相比，本发明的显著效果体现在：
(1)解决了每次启动需要点火，及点火时间长、点火冒烟的问题。
通过设置干馏室和主气化室，湿生物质物料首先进入干馏室，在该段完成干馏过程后并形成炭料后再进入主气化室气化，这样，将湿生物质物料干燥、预热的低温干馏室与炭料的高温气化分开。由于多层保温层的存在，使得主气化室内的温度可以长时间地维持在较高温度，所以，再次使用的时候，主气化室内炭料本身的温度仍然较高，使得干馏后的炭料进入主气化室后无需外在点火热源或者使用一点火种即可完成点火过程。这样，每次使用时点火时间大大缩短，甚至无需重新点火即可维持着火状态，避免了长时间点火过程中大量烟气的溢出。
(2)通过以下措施提高主气化室内的气化温度，大大减少了焦油的生成量。
a)将湿生物质物料的低温干馏室和炭料的高温气化段分开，有助于提升主气化室内的温度水平。
b)在本技术中，生物质气化反应所生成的燃气由辐射内筒上部的燃气孔导出，进入由辐射圆筒和导热圆筒围成的环形燃气腔，而气化所需的空气由空气进口进入炉体后，首先充注在由下段保温层和导热圆筒围成的环形空气腔内。这样通过导热性能良好的导热圆筒使外部进来的冷空气和热燃气进行换热，使冷空气进行第一次加热；然后，经过第一次加热的空气通过凹形灰斗上的风孔进入灰室，通过吸收灰渣的高温余热进行第二次加热，然后再通过蓄热炉栅中心的圆台形空气上升孔，吸收蓄热炉栅的热量，完成空气的第三次升温，最后进入主气化室进行气化反应。这样，通过三次加热升温，使气化所需的空气温度达到500℃左右，从而大大促进了主气化室内气化温度的提升。
c)更重要的是，通过蓄热格栅、辐射圆筒和蓄热炉栅的强烈的蓄热作用和辐射作用加强主气化室内的物料换热，使主气化室内的温度维持在高温区。
总之，这种结构的设计使得的采用主气化室内的中心温度维持在1000℃以上，使得生物质能够进行充分的气化，气化效率大幅度提高，气化产生的焦油充分裂解，实现生物质的高效气化。
(3)环形空气腔的设置使得气化炉的外壁温度大大降低，显著减少了炉体的散热损失；空气与燃气和灰渣的热交换使得排灰和燃气的温度减低，大大减少了排灰和燃气的携带热损失。
(4)多层保温层的设置使得在不使用气化炉的时间内，保留在主气化室内未反应完全高温炭料的热损失显著降低，炭料的高温水平可以维持很长时间，大大延长了气化炉的封火时间。
(5)另外，本气化炉的对生物质的种类、形状、大小没有限制，克服了一些气化炉仅仅适用于粉状或颗粒状生物质的限制。
(6)结构简单、紧凑，操作方便。运行成本低。
附图说明：
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中A-A剖视图。
图中标号：1干馏室，2主气化室，3灰室，4外壁，5水封环槽，6端盖，7端盖保温层，8上段保温层，9蓄热格栅，10燃气孔，11空气进口，12环形空气腔，13辐射圆筒，14导热圆筒，15环形燃气腔，16风孔，17凹形灰斗，18蓄热炉栅，19排灰口，20圆台形空气上升孔，21灰渣下落孔，22下段保温层，23燃气出口。
下面通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
下参见图1，该气化炉外壁4为直立圆筒结构，其内部构造由上段的干馏室1、中段的主气化室2和下段的灰室3构成，各段分别由蓄热格栅9和蓄热炉栅18分开。
干馏室1由圆形外壁4和上段保温层8围成，顶部设有端盖6，在其外壁4上部的外侧设置水封环槽5。
主气化室2在径向上从内到外由辐射圆筒13、导热圆筒14、下段保温层22和外壁4构成，并围成两个环形空间。在主气化室2上部的炉体侧壁上设置贯穿下段保温层22的空气进口11；在辐射圆筒13的上部侧壁上设置燃气孔10，在其对称位置的下部贯穿导热圆筒14、下段保温层22和外壁4设置燃气出口23。蓄热炉栅18承重在凹形灰斗17上，并支撑辐射圆筒13和导热圆筒14。蓄热炉栅18中心设置圆台形空气上升孔20，外层设置截面为倒圆台形的灰渣下落孔21。
灰室3由外壁4和下段保温层22围护，在其侧壁上设置排灰口19，中心设置凹形灰斗17。在凹形灰斗17的上部侧壁上设置风孔16。
第一次使用时，打开端盖6，在主气化室2内的蓄热格栅9上放置一些引燃物或易燃物料，例如，放置木炭或干柴禾，并洒一些易燃油料，如酒精、煤油等，点火燃烧，将主气化室2内的温度提升，并通过蓄热格栅9、辐射圆筒13和蓄热炉栅18的蓄热作用将引燃物的燃烧放热吸收储存起来；一段时间后，在干馏室1内填充生物质物料，盖上端盖6，并在水封环槽5内注水形成水封。主气化室2内的燃料继续反应并使得干馏室1内的生物质物料完成干熘过程，形成炭料。炭料的形成过程中，其体积大大减小，且发生断裂，从而部分炭料通过蓄热格栅9自行落入主气化室2内补充炭料，完成炭料的连续气化过程。
运行时，主气化室2内生成的燃气经过辐射圆筒13上部侧壁上的燃气孔10进入环形燃气腔15，绕着环形燃气腔15下行至燃气出口23。气化所需的空气由外壁4上的空气进口11切向进入环形空气腔12，空气旋转下行的同时受到环形燃气腔15内高温燃气传递过来的热量，空气温度上升，燃气温度减低；空气下行至环形空气腔12的底部时由凹形灰斗17侧壁上的风孔16进入灰室3，与主气化室2下落的高温灰渣进行第二次热量交换；然后再通过蓄热炉栅18中心的圆台形空气上升孔20，吸收蓄热炉栅18的热量，完成空气的第三次升温，最后进入主气化室2进行气化反应。这样，通过三次加热升温，使气化所需的空气温度达到500℃左右，从而大大促进了主气化室2内气化温度的提升。
在以后的每次使用时，由于上次使用后保留在主气化室2内的炭料温度仍然较高，而堆积在干馏室1内的物料也已经完成了干熘过程，只需使用一些简单工具将干馏室1内的炭料拨落至主气化室2内，并在干馏室1内填充湿生物质物料，盖上端盖6，即可启动气化炉，重新使用。

Claims (7)

1、一种上吸式户用生物质气化装置，为直立圆筒结构；其特征在于：其构造由上段的干馏室(1)、中段的主气化室(2)和下段的灰室(3)构成，各段分别由蓄热格栅(9)和蓄热炉栅(18)分开；主气化室(2)的四周由辐射圆筒(13)围护。
2、根据权利要求1所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是所述的主气化室(2)在径向上从内到外由辐射圆筒(13)、导热圆筒(14)、下段保温层(22)和外壁(4)构成，并围成环形空气腔(12)和环形燃气腔(15)；在主气化室(2)上部的炉体侧壁上设置贯穿下段保温层(22)的空气进口(11)；在辐射圆筒(13)的上部侧壁上设置燃气孔(10)，在其对称位置的下部贯穿导热圆筒(14)、下段保温层(22)和外壁(4)设置燃气出口(23)。
3、根据权利要求1所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是所述的干馏室(1)由圆形外壁(4)和上段保温层(8)围成，顶部设有端盖(6)，在其外壁(4)上部的外侧设置水封环槽(5)。
4、根据权利要求1所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是所述的灰室(3)由外壁(4)和下段保温层(22)围护，在其侧壁上设置排灰口(19)，中心设置凹形灰斗(17)。
5、根据权利要求1所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是所述的蓄热炉栅(18)承重在凹形灰斗(17)上，并支撑辐射圆筒(13)和导热圆筒(14)。
6、根据权利要求1所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是所述的蓄热炉栅(18)中心设置圆台形空气上升孔(20)，外层设置截面为倒圆台形的灰渣下落孔(21)。
7、根据权利要求4所述的一种上吸式户用生物质气化装置，其特征是在所述的凹形灰斗(17)的上部侧壁上设置风孔(16)。
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