CN101649226A - 一种生物质物料气化制取燃气的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种生物质物料气化制取燃气的方法及其设备，属于生物质固态物料经过气化工艺制取燃气的方法及其设备技术领域。该方法包括：上料、气化、除尘、喷雾净化、脱焦油、由罗茨风机进行前流程气体抽吸和后流程燃气燃气输送、经防回火器输送至储气柜。实现该方法的设备，包括有上料机构、可控气化炉及循环水泵、重力式除尘器、喷雾净化器及喷淋泵、生物质焦油净化器、罗茨风机、防回火器、储气柜。用于将秸秆等生物质物料转化成杂质少、热值高的燃气，并且实现集中供气给用户。

Description

一种生物质物料气化制取燃气的方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种碳化或焦化的工艺过程及其装置，特别是一种生物质固态物料经过气化工艺制取燃气的方法及其设备。

背景技术

在农林生产产业中，每年都产生巨额数量的生物质废弃物，如秸秆、果壳、芯皮、树枝、树叶、树根等，其中只有一部分是作为肥料、饲料、栽培基质得到利用之外，还有相当大的数量没有被利用，任其自然腐烂分解，或者在田里被烧掉，不仅是对这些自然资源的浪费，而且会对环境造成污染。在一些地方传统上使用作物秸秆和树木作为燃料供作生活和供暖使用，直接使用秸秆和树木作为燃料不仅热值低，占用堆放场地，而且产生的烟尘对人和环境造成极大的危害，同时，生物质中含有的很多宝贵成分被浪费掉，实为可惜。如何能够使这些可再生的生物质资源得到充分利用，既作到保护环境不被污染，又能够解决生物质资源丰富的地区人们能够获得清洁方便的生活和取暖能源，提高人们的生活质量，成为技术人员亟待在技术上研究解决的课题。为了实现上述技术目的，技术人员发明了生物质气化技术，就是将生物质原料置于缺氧状态下进行裂解、燃烧和还原反应，通过控制反应过程，使生物质物料转变成主要是一氧化碳、氢气、甲烷等组分组成的可燃气体，使生物质中大部分能量都转移到燃气中，去除可燃气体中的灰分、焦油、木醋液等杂质后，制成使用方便、清洁的气体燃料。在实践中，由于一家一户单独使用的小型生物质气化设备存在能量转化差、杂质含量多、产气热值小且压力不可控的缺陷，为此，技术人员又发明了生物质气化集中供气技术，通过气化供气系统将生物质材料通过工业化规模化的设备集中处理，生产出洁净、热值高的燃气，并且能够将燃气以稳定的压力送入用户家中。

现有技术中，生物质气化集中供气技术一般采用的工艺方法是：生物质物料在气化炉中加热气化，再经除尘、除焦油，输入储气罐储存，通过管路输入用户家中使用。执行该工艺方法的设备构成包含有多种不同的装置配置，例如：CN200720013160.5专利，《秸秆气化系统》，其构造包括炉体、净化器、内部装有水介质的冷却过滤器、旋风过滤器、内部装有滤材的净化过滤器、储气罐；炉体包括上炉膛及配有出气口的下炉膛；出气口经管道与净化器的入气口相通；净化器的出气口与冷却过滤器的底部相通；冷却过滤器的出气口与旋风过滤器的入气口相通；旋风过滤器的出气口与净化过滤器；净化过滤器的出气口经风机与储气罐的入气口相通。

现有技术的设计普遍存在工艺流程上比较长，没有在每一个工艺环节上作到处理的高效率；在相应执行该工艺流程的设备上，存在执行工艺流程的装置件数多，必然会带来设备投资大、日常使用和维修工作量大的缺陷，因而会导致经济效果降低。如何解决现有技术普遍存在的技术缺陷，在生物质物料集中气化工艺方法及其执行设备的设计上进行新的改进，力求在气化工艺方法上作到流程简洁，效率高；在相关设备上力求用较少的设备来实现高产气量，低焦油含量，产气具有较高燃气热值，每一工艺流程装置处理彻底，并且要求在使用中可靠性高，运行经济效果好，成为技术人员对现有技术进行新的工艺流程及其相关设备的设计目标。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种生物质物料气化制取燃气的方法及其设备，其气化工艺方法上作到流程简洁，效率高；在相关设备上力求用较少的设备来实现高产气量，低焦油含量，产生燃气热值高，使用中可靠性高，运行经济效果好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种生物质物料气化制取燃气的方法，其包含如下步骤：

-上料：使用木质树枝、树根、秸秆、皮壳类物料，物料预处理长度截短，从料仓输送物料由上部装填到气化炉内，木质物料装填在下部；

-气化：在横流、下流式可控气化炉气化，气化炉上部为燃烧室、下部为灰室，中间为循环水水管炉排，通过循环水对水管炉排和外胆、内胆冷却控温，空气从气化炉上部、中部进入气化炉内，物料形成干燥层、裂解层、氧化层、还原层，物料经过温度100℃-300℃的干燥层、温度400℃-600℃的裂解层、温度800℃-1000℃的氧化层、温度600℃-800℃的还原层进行气化反应，在氧化层横向和气化炉灰室吸出燃气，在燃烧过程中，控制空气的进入量，空气物料比为2-2.5m3/kg，进行缺氧燃烧，温度控制范围300-1000℃；

-除尘：燃气进入重力式除尘器，焦油进一步裂解，较大固体颗粒沉降，燃气经三层拦截网降尘，由烟管式循环水换热器将燃气从700℃-900℃降温至400℃-600℃；

-喷雾净化：燃气先向上经过烟管式循环水换热器降温，碱水喷雾逆流降温脱硫和焦油，向下经烟管式循环水换热器降温至35℃以下，向上与三块导流板碰撞脱除水滴；

-脱焦油：燃气顺序经过生物质焦油净化器第一净化室、第二净化室、第三净化室内玉米芯填料吸附焦油和大部分水蒸气，经过第四净化室玻璃纤维填料过滤粒度小于400目杂质，经过第五净化室氧化铁填料过滤脱除硫化物；

-由罗茨风机进行前流程气体抽吸和后流程燃气燃气输送及储气柜定压；

-由防回火器防止燃气倒流回火，燃气由外胆进气，经内胆金属网底部向上穿过内胆装填木炭填料，从上部输出；

-燃气输入储气柜储存，储气柜靠气罩自重定压。

该方法还包括：在干燥层、裂解层、还原层、氧化层分别设置热电偶取温度值，设置循环水温度控制测点，由测点给出信号，经PLC系统控制开闭送气阀门，在燃气出口装气体检测仪，设定数值，检测O₂、CO₂、CO、N、H、CH₄含量，由测点读取数据传输给PLC进行数据处理后发出指令，以控制给氧量，薪柴加入量，或者关闭主气阀及打开放散阀安全排放，在进气口装设空气流量计和控制阀。

由于发明上述生物质物料气化制取燃气的工艺方法，在实际操作中，对生物质物料要进行预处理，将其截短至与气化炉内部尺寸相适应的长度，可以增加气化炉的物料装填量和装填密实度，通常应当将木质物料，如树枝、树根等置于气化炉下部，将秸秆、枝叶、皮壳等轻质物料装填在上部，使炉内气化反应时间长，反应状态稳定。点燃气化炉后，物料燃烧形成干燥层、裂解层、氧化层、还原层，在炉体设备上装设的温度和气体成分含量测点检测，通过工业控制装置控制调整进气量、各层的温度、冷却水的温度，使炉内气化反应稳定进行。由于整个工艺流程气体流动的动力是由罗茨风机提供的，罗茨风机从进料口抽取空气进入气化炉，穿过处在最上层干燥区的物料，进入裂解区，秸秆开始裂解，分解为炭、挥发成分及焦油等；炭、分解的气化物和焦油继续下行到氧化层，在氧化层高温之下继续裂解释放出可燃气；其中的炭下行至还原层，燃气中的二氧化碳和水在高温炭层中还原为一氧化碳和氢，由于本发明是采取在中部高温区氧化层横向抽取大部分燃气，再由下部相对低温区还原层下部抽取部分燃气并混合，控制燃气温度在700℃-900℃之间，使燃气能够在管道和重力式除尘器内高温下，使焦油进一步裂解为可燃气体，形成焦油含量低、热值高的燃气。该方法改变了现有技术气化炉燃气由1个出口抽出燃气，单一的上流式或下流方式，燃料和氧的供给量无法控制，造成燃气出口温度变化大，焦油含量高、燃气成分不稳定、热值低、仅局限使用少数种类物料的缺陷。通过对原料的供给量、氧气供给量、可燃气体的抽出量、温度控制、燃气成分控制，达到生产的高质量、安全、节能、高效。

由于从气化炉中抽出的燃气含有固体和焦油杂质，且温度高，不能直接输送给用户使用，必须进行净化、降温工艺过程，以去除燃气中的灰分、炭颗粒、水分、焦油，并且将燃气冷却至适宜温度。净化过程中，在重力式除尘器中使高温燃气中焦油进一步裂解、固体颗粒沉降、拦截网拦截灰分、水套降温，使燃气初步净化；在喷雾净化器中，燃气经逆流式喷雾，用碱液中和硫化物和去除焦油，水套降温，经导流板去除水分，使燃气进一步净化；在生物质焦油净化器中经三道玉米芯吸附焦油和大部分水蒸气，经过一道玻璃纤维填料过滤净化微尘，经过一道氧化铁填料过滤脱硫净化，得到符合净化标准和温度标准的燃气。克服了现有技术中旋风除尘、塔式喷淋工艺存在的技术缺陷。经罗茨风机输送，燃气经过防回火器木炭填料进一步吸附残存的焦油、有害杂质和气味，成为高质量的燃气，输入具有防腐保温层储气罐，靠自重定压输送给用户。

为了实现上述工艺方法，本发明还提供一种生物质物料气化制取燃气的设备技术方案。

一种生物质物料气化制取燃气的设备，包括有上料机构、可控气化炉及循环水泵、重力式除尘器、喷雾净化器及喷淋泵、生物质焦油净化器、罗茨风机、防回火器、储气柜，其中：

上料机构位于料仓至可控气化炉加料口上方；

可控气化炉的燃气上出口和燃气下出口通过管路连通重力式除尘器燃气入口，循环水泵管路连通可控气化炉外胆下部的进水口和外胆上部的出水口；

重力式除尘器燃气出口通过管路连通喷雾净化器燃气入口；

喷雾净化器及喷淋泵连通雾化室雾化喷头，燃气出口通过管路连通生物质焦油净化器燃气进口；

罗茨风机进口连通生物质焦油净化器燃气出口，罗茨风机出口连通防回火器燃气进口；

防回火器燃气出口通过管路连通储气柜。

可控气化炉炉体为由内胆和外胆组成的水冷套，外胆下部具有进水口，外胆上部具有出水口，炉体中部由水管炉排将炉腔分为上部的燃烧室和下部的灰室，燃烧室内壁具有耐火层，气化室顶部具有进料口和喷淋管，侧壁上部具有进风口，侧壁下部具有燃气上出口；灰室侧壁上部具有燃气下出口，灰室侧壁下部具有出渣口。

重力式除尘器的燃气入口通入壳体内部降尘室，口部向下，外胆内壁具有耐火层，外胆中部具有三层拦截网，拦截网上方具有烟管式循环水换热器，燃气出口在外胆上部。

喷雾净化器具有一外胆，外胆内部被隔板隔离为两部分，二者之间为烟管式循环水换热器所连通，燃气进口设置在隔板一侧下部的第一回程除焦油室壁上，烟管式循环水换热器上方第二回程雾化室设置雾化喷头，隔板另一侧第三回程脱水室具有多道导流板，燃气出口设于第三回程脱水室上方，外胆底部具有溢流口。

生物质焦油净化器具有5个腔室，第一级净化室、第二级净化室和第三级净化室内填充玉米芯填料，第四级净化室填充玻璃纤维填料，第五级净化室填充氧化铁填料，各净化室底部具有排污口，第一级净化室具有燃气进口，第五级净化室具有燃气出口。

防回火器内胆设置在外胆内，外胆下部连通燃气进口，外胆接近底部具有排污口，内胆具有网状底部，内胆内装填木炭阻燃填料，与内胆顶部加料盖连通的燃气管穿过外胆至燃气管出口。

储气柜的气罩扣置在水封槽中，气罩的上下导轮置于导轨中，水封槽内外壁包覆玻璃钢层，气罩外壁包覆聚氨酯保温层，聚氨酯保温层外包覆玻璃钢层。

由于采用上述设备方案后，在使用过程中，可控气化炉改变为现有技术所没有的横流与下流混合抽气方式，使物料和供氧量可控，燃气温度变化幅度小，燃气成分稳定，热值高，气化效率高。重力式除尘器燃气由进口进入，经过弯管向下排出、燃气缓慢向上，在底部形成涡流、较大固体颗粒以及与焦油粘附在一起的灰尘由于重力作用沉降，高温燃气上升继续裂解、被上部三层拦截网进一步降尘，经过烟管式循环水换热器，燃气温度由700℃-900℃降至400℃-600℃送出。解决了现有技术没有该设备，在运行中发生管道和净化器堵塞问题，提高了净化效果，减少检修劳动强度，提高运行可靠性。燃气在喷雾净化器经降温、喷雾净化、除去焦油和水分。燃气再经过生物质焦油净化器的五级净化脱去微小灰尘，以及焦油、气味、水分，得到符合标准的燃气。在经过防回火器的木炭填料时燃气又被吸附残存气味杂质，得到高质量的成品燃气。最后储存在焦油保温防腐层的储气柜中，定压向用户供气。作到气化工艺方法简洁，效率高；用较少的设备实现了高产气量，低焦油含量，产生燃气热值高，使用中可靠性高，运行经济效果好。

附图说明

图1为本发明生物质物料气化制取燃气的方法的工艺流程示意框图；

图2为本发明生物质物料气化制取燃气的方法的系统布置示意框图；

图3为本发明生物质物料气化制取燃气的设备实际安装布置示意图；

图4为本发明生物质物料气化制取燃气的设备可控气化炉剖视图；

图5为本发明生物质物料气化制取燃气的设备可控气化炉A-A视图；

图6为本发明生物质物料气化制取燃气的设备重力式除尘器剖视图；

图7为本发明生物质物料气化制取燃气的设备重力式除尘器左视图；

图8为本发明生物质物料气化制取燃气的设备重力式除尘器B-B视图；

图9为本发明生物质物料气化制取燃气的设备喷雾净化器剖视图；

图10为本发明生物质物料气化制取燃气的设备喷雾净化器左视图；

图11为本发明生物质物料气化制取燃气的设备喷雾净化器C-C视图；

图12为本发明生物质物料气化制取燃气的设备生物质焦油净化器剖视图；

图13为本发明生物质物料气化制取燃气的设备图12生物质焦油净化器俯视图；

图14为本发明生物质物料气化制取燃气的设备防回火器剖视图；

图15为本发明生物质物料气化制取燃气的设备储气罐剖视图；

图16为本发明生物质物料气化制取燃气的设备储气罐气罩D局部剖视图；

图17为本发明生物质物料气化制取燃气的设备储气罐水封槽E局部剖视图。

附图中标号：

1.可控气化炉，101.进料口，102.喷淋管，103.外胆，104.内胆，105.燃烧室，106.耐火层，107.燃气上出口，108.水管炉排，109.燃气下出口，110.出渣口，111.进水口，112.灰室，113.进风口，114.出水口，115.温度计和真空表，116.温度计和真空表，117温度计和真空表。

2.重力式除尘器，201.燃气出口，202.烟管式循环水换热器，203.拦截网，204.外胆，205.出渣口，206.降尘室，207.耐火层，208.燃气入口，209.进水口，210.出水口，211.温度计和压力表，212.温度计和真空表。

3.喷雾净化器，301.燃气出口，302.外胆，303.隔板，304.导流板，305.导流板，306.第一回程除焦油室，307.燃气入口，308.隔板，309.烟管式循环水换热器，310.第二回程雾化室，311.雾化喷头，312.第三回程脱水室，313.排污口，314.溢流口，315.出水口，316.进水口，317.排污口，318.溢流口，319.温度表和真空表，320.温度表和真空表。

4.生物质焦油净化器，401.燃气入口，402.第一级净化室，403.第二级净化室，404.第三级净化室，405.玉米芯填料，406.填料入口，407.玻璃纤维填料，408.填料出口，409.填料入口，410.氧化铁填料，411.填料出口，412.燃气出口，413.第四净化室，414.第五净化室，415.排污口。

5.罗茨风机。

6.防回火器，601.弯管，602.燃气出口，603.加料盖，604.外胆，605.内胆，606.木炭填料，607.网状底部，608.排污口，609.燃气进口。

7.储气柜，701.水封槽，702.气罩，703.导轨，704.下导轮，705.上导轮，706.气罩立板，707.气罩顶板，708.聚氨酯保温层，709.玻璃钢层，710.玻璃钢层，711.聚氨酯保温层，712.水封槽底板，713.水封槽立板，714.玻璃钢层，715.玻璃钢层。

8.循环水泵。

9.喷淋泵。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明一种生物质物料气化制取燃气的方法的一种具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本发明的的方法主要包含如下步骤：

上料-气化-除尘-喷雾净化-脱焦油-气体的抽取和输送-防回火-储气罐储存，其中：

-上料：气化物料可以使用木质树枝、树根、秸秆、皮壳等各种生物质物料以及木材加工的下脚材料，物料的预处理简单，只是需要将长的物料长度截短，以适合气化炉内胆尺寸，并且可以使气化炉物料能够装填紧密，增加单炉产量和防止气化时物料层烧出空洞，物料从料仓由上部装填入气化炉内，应当将木质物料装填在下部，将秸秆类气化时间短的物料置于上部；上料可以采用输送机械，也可以采用人工上料。

-气化：本发明采用横流下流式可控气化炉气化工艺，改变了现有技术气化炉燃气仅由一个出口输出，单一的上流式或下流式工艺，使得燃料及氧的供给量无法控制，造成燃气温度变化大，焦油含量高，成分不稳定，燃气热值低，或者只能使用焦油低的特定物料等缺陷。本发明气化炉上部为燃烧室、下部为灰室，中间为循环水水管炉排，通过循环水对水管炉排和外胆、内胆冷却控温，空气从气化炉上部进料口、进风口进入气化炉内，物料形成干燥层、裂解层、氧化层、还原层，物料经过温度100℃-300℃的干燥层、温度400℃-600℃的裂解层、温度800℃-1000℃的氧化层、温度600℃-800℃的还原层进行气化反应。在燃烧过程中，控制空气的进入量，空气物料比为2-2.5m3/kg，进行缺氧燃烧，将温度控制在300-1000℃范围。依据物料中焦油在温度400℃-700℃时大量析出；焦油的大部分在大于700℃时发生裂解为可燃气体；燃气温度大于700℃时，温度越高，反应时间越短，产气量越大的原理，采取在气化炉中部高温区氧化层横向抽取大部分燃气，并且在下部低温区抽取部分燃气相混合，将燃气温度控制在700℃-900℃之间，使高温燃气中的焦油可以在管道和除尘器内继续进行裂解为可燃气体，物料在干燥层析出的水蒸汽以及在氧化层生成的二氧化碳在经过还原层时与高温炭反应生成一氧化碳和氢，提高了燃气的热值，使最终生产的燃气焦油含量低、热值高。

-除尘：在本发明中增加了现有技术所没有的重力式除尘器，来解决现有技术除尘工艺中，大量灰尘进入净化器，堵塞管道和净化器，降低后续工序处理效果，增加检修工作量和劳动强度，降低系统的安全可靠性，燃气焦油杂质多的技术缺陷。在重力式除尘器中，高温燃气中的焦油进一步裂解为可燃气体，降低燃气中的焦油含量，燃气由弯管向下排出、燃气缓慢向上，在底部形成涡流、较大颗粒由于重力作用自然沉降，燃气经三层拦截网拦截，灰尘和焦油灰尘混合物被阻挡在除尘器内，由降温水套将燃气从700℃-900℃降温至400℃-600℃，燃气中的焦油还十分活跃，与部分灰尘粘附结合形成较大颗粒，由于重力作用落下，使燃气进一步净化。

-喷雾净化：燃气先向上经过烟管式循环水换热器降温，碱水喷雾逆流降温脱硫和焦油，向下经烟管式循环水换热器降温至35℃以下，再向上与三块导流板碰撞脱除水滴，得到低温、洁净的燃气。改变了现有技术中净化器只有一个回程，大部分焦油和水蒸气未被脱出，而被带到下一流程，使下一步的干式脱焦油无法进行。由于采用三回程工艺、使燃气经过第一次穿过烟管式循环水换热器降温后，燃气中焦油凝出，经过喷雾，携带燃气中的焦油雾滴向下落入焦油池，未落下的部分细小焦油微粒随燃气向下第二次经过烟管式循环水换热器降温，焦油继续凝出，随燃气流与导流板碰撞，落入焦油池，燃气继续上升再与三块导流板碰撞，尽可能多的脱出燃气中的焦油和水分。

-脱焦油：燃气经过生物质焦油净化器五级净化室净化，燃气顺序经过生物质焦油净化器第一净化室、第二净化室、第三净化室内玉米芯填料吸附焦油和大部分水蒸气，经过第四净化室玻璃纤维填料过滤粒度小于400目杂质，经过第五净化室氧化铁填料过滤脱除硫化物。该工艺改变了现有技术净化器前段多根斜管、后段加0.5-1立方米的玉米棒填料的方式，克服了处理后的燃气中焦油和硫化物含量高，并且被带入下一工序或者直接带入用户，粘附在管道、炉灶和用具上，硫化物对人产生刺激的缺陷。此时处理后的燃气纯度已经高于国家标准要求，而且使用过的玉米芯填料仍然可以作为产气物料入炉去生产燃气。

-由罗茨风机进行前流程气体抽吸和后流程燃气输送及储气柜定压；

-防回火：由防回火器防止燃气倒流回火，燃气由外胆进气，经内胆金属网底部向上穿过内胆装填的木炭填料，从上部输出。防回火器采用木炭作为填料，改变现有技术用水封式或者干式碎石、卵石、金属网等方式，不仅能够防止系统回火，而且木炭还能吸附脱除燃气中残余的微量硫化物和焦油，使燃气中的有害物质含量降低到最少。

-燃气输入储气柜储存，储气柜靠钟罩自重定压。工艺：气浮式储气柜、下部进气、靠自重定压。在储气柜上附加聚氨酯保温层和玻璃钢防腐层，解决了储气柜冬季保温正常送气问题，无需加盖气柜保温房，使施工期短，减少投资。

如图2所示本发明一种生物质物料气化制取燃气的方法控制系统控制点的示意框图。在可控气化炉的干燥层、裂解层、氧化层、还原层分别设置热电偶取温度值，设置循环水温度控制测点，由测点给出信号，经PLC系统控制开闭送气阀门，在燃气出口装气体检测仪，设定数值，检测O₂、CO₂、CO、N、H、CH₄含量，由测点读取数据传输给PLC进行数据处理后发出指令，以控制给氧量，薪柴加入量，或者关闭主气阀及打开放散阀安全排放，在进气口装设空气流量计和控制阀，控制气化炉的工作过程在最佳状态，在整个流程中对原料的供给量、氧气供给量、可燃气体的抽出量、燃气中的O₂、CH₄、CO、CO₂、H₂、N₂的含量进行控制，生产出高质量、高热值的燃气。并且在喷雾净化器前后管路、生物质焦油净化器、储气柜上设置燃气温度测点，来保障工艺流程参数。在可控气化炉燃气出口、防回火器前后、通往用户的管路上设置氧测点来控制生产工艺流程和保证燃气中氧含量低于燃气产生爆燃下限值，保证生产和使用安全。

图3所示本发明的设备根据工艺流程在实际生产中的一种实际布置示意图。实现工艺流程的设备包括有上料机构、可控气化炉1及循环水泵8、重力式除尘器2、喷雾净化器3及喷淋泵9、生物质焦油净化器4、罗茨风机5、防回火器6、储气柜7，其中：

上料机构位于料仓至可控气化炉1进料口101上方，也可以省略上料机构，由人工上料；可控气化炉1的燃气上出口107和燃气下出口109通过管路连通重力式除尘器2燃气入口208，循环水泵8管路连通可控气化炉1外胆103下部的进水口111和外胆103上部的出水口114；重力式除尘器2燃气出口201通过管路连通喷雾净化器3燃气入口208；喷雾净化器3的喷淋泵9连通雾化室雾化喷头311，燃气出口通过管路连通生物质焦油净化器燃气进口；罗茨风机5进口连通生物质焦油净化器4燃气出口412，罗茨风机5出口连通防回火器6燃气进口609；防回火器6燃气出口602通过管路连通储气柜7，储气柜7通过管路将燃气输送到用户家中，实现将农林业的废弃物生物质材料转化为清洁、高热值燃料，不仅节约了不可再生的能源，而且充分利用了生物质物料，减少环境污染，规模化的为一定范围用户提供了高产量，低焦油含量，热值高，可靠性高，经济效果好的新能源。

如图4和图5所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备可控气化炉的构造。可控气化炉1炉体结构由内胆104和外胆103组成水冷套和水管炉排108，其外胆103下部具有进水口111，外胆103上部具有出水口114，外置的水循环泵8将冷却水打入水冷套内对炉体冷却，由于对冷却水的控制，不仅是为了保护炉体寿命，而且是对炉温的控制，保证工艺的实施。炉体中部由水管炉排108将炉腔分为上部的燃烧室105和下部的灰室112，燃烧室105内壁具有耐火层，燃烧室105顶部具有进料口101供填充气化物料，顶部还设置喷淋管102来用于熄灭炉火或者喷水控制炉温，以及适时喷入适量的水来使生产出来的燃气在经过还原层后提高热值。炉体侧壁上部具有进风口113，为炉内燃烧提供空气，侧壁下部具有燃气上出口107，其位置位于燃烧室的氧化层处，供横向从氧化层抽出燃气，灰室112侧壁上部具有燃气下出口109，供下向抽出燃气，灰室112侧壁下部具有出渣口110，供人工清理残存灰烬。炉体上设置温度计和真空表115，温度计和真空表116及温度计和真空表117，对燃烧室105内干燥层、氧化层以及灰室112内温度和气压监控。工作时，由于后流程的罗茨风机5抽吸，空气从进风口113或者进料口101进入炉内，从上向下流动，穿过物料干燥层和裂解层，进入氧化层使物料燃烧产生高温，高温使物料裂解气化生成可燃气体和析出焦油、木醋液等成分，并且高温使焦油继续分解成为可燃气态组分，气流从干燥层带来的水分和燃烧生成的二氧化碳继续下行经过还原层与高温的炭进行吸热还原反应生成氢和一氧化碳可燃气体，进一步提高燃气的热值。分别从燃气上出口107和燃气下出口109抽出的不同温度的燃气在管路中混合，使可控气化炉1输出相对稳定温度范围的燃气来进行下一步工艺程序。

如图6、图7、图8所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备重力式除尘器的构造。重力式除尘器2的外胆204内壁具有耐火层207，燃气入口208通入外胆204内部降尘室206，口部向下，燃气从管路进入较大空间的降尘室206，流速大幅下降，其中夹带的较大固体颗粒被重力作用落下到底部，高温燃气中的焦油继续裂解成为可燃气体，外胆204中部具有三层拦截网203，拦截上升的燃气中更小的固体颗粒，拦截网203上方具有烟管式循环水换热器202，外置的水循环泵连接进水口209和出水口210，燃气穿过烟管式循环水换热器202使温度从700℃-900℃降至400℃-600℃，通过外胆204上部的燃气出口201输出。重力式除尘器2的沉降物可以由外胆204下部的出渣口205清出。在燃气输出部位设置温度计和真空表211温度计和真空表212，以控制内部燃气的温度和流动速度，保证燃气中焦油能够充分裂解，以及固体颗粒能够尽可能落下分离。

如图9、图10、图11所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备喷雾净化器的构造。喷雾净化器3具有一外胆302，外胆302内部被隔板303和隔板308隔离为两部分，二者之间为烟管式循环水换热器309所连通，燃气入口307设置在隔板一侧下部的第一回程除焦油室306壁上，烟管式循环水换热器309上方第二回程雾化室310设置雾化喷头311，隔板303另一侧第三回程脱水室312具有多道导流板304、导流板305，燃气出口301设于第三回程脱水室312上方，外胆302底部具有溢流口318。烟管式循环水换热器309上具有出水口315和进水口316，外胆302下部连通两个隔腔分别设置排污口313、溢流口314、排污口317、溢流口318。外胆302设置温度计和真空表319和温度计和真空表320，作为工艺控制测点。工作时，燃气从燃气入口307进入喷雾净化器3第一回程除焦油室306，向上穿过烟管式循环水换热器309降低温度，进入第二回程雾化室，在烟管式循环水换热器309上方被雾化喷头311喷出的碱水喷淋，脱去燃气中的焦油雾滴、中和燃气中的酸性物并且降温，燃气向下再次穿过烟管式循环水换热器309进入第三回程脱水室312，燃气在上升过程中与导流板305和导流板304反复碰撞，其中的水滴、焦油雾滴和粘附灰尘凝聚为大液滴落下到外胆302底部，可以从溢流口314和溢流口318、排污口313和排污口317排出。处理后的燃气从燃气出口301输入后程序。喷雾净化器3改变了现有技术单程喷淋的构造，更加有效的排出燃气中的焦油和其他杂质。

如图12、图13所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备生物质焦油净化器的构造。生物质焦油净化器4具有5个腔室，第一级净化室402、第二级净化室403和第三级净化室404内填充玉米芯填料405，第四级净化室填充玻璃纤维填料407，第五级净化室填充氧化铁填料410，各净化室底部具有排污口415，第一级净化室具有燃气入口401，第五级净化室具有燃气出口412。第四级净化室413具有填料入口406和填料出口408，第五净化室414具有填料入口409和填料出口411，燃气出口412设在第五净化室414。由上一级喷雾净化器3输出的燃气经由第一净化室402上的燃气入口401进入生物质焦油净化器4的第一净化室402，其中包含的焦油、水分、灰尘和气味被玉米芯填料405吸附得以净化，并且顺序经过第二净化室403、第三净化室404被其中的玉米芯填料405进一步净化，然后经过第四级净化室413的玻璃纤维填料407滤出微小灰尘，经过第五级净化室414的氧化铁填料410吸收硫化物，得到清洁纯净的燃气从燃气出口412输出。当净化室中的玉米芯填料405趋近饱和失去净化能力时，从填料出口411将饱和的玉米芯掏出，从上部填料入口重新装填新的玉米芯填料405，废弃的玉米芯填料405可以作为燃烧物料装填在可控气化炉1中气化生产燃气，使用过的玉米芯和吸附的焦油在燃烧中被裂解为燃气。第四级净化室413内的玻璃纤维填料407可以通过填料入口406和填料出口407更换，第五级净化室414内的氧化铁填料410可以通过填料入口409和填料出口411更换。各级净化器分离出来的污水从下部的排污口415排出。

如图14所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备防回火器的构造。防回火器6内胆605设置在外胆604内，外胆604下部连通燃气进口609，外胆604接近底部具有排污口608，内胆605具有网状底部607，内胆605内装填木炭填料606，与内胆605顶部加料盖603连通的燃气管弯管601穿过外胆604至燃气出口602。工作时，由罗茨风机5输送过来的净化燃气从外胆604上的燃气进口609进入防回火器6内，穿过内胆605的网状底部607，经过木炭填料606，经由弯管601从燃气出口602输出。防回火器6改变了现有技术使用金属箔、石头等填料的方式，使用木炭作为填料，不仅可以有效的防止燃气发生回火爆燃，而且木炭填料606的吸附性能能够进一步吸附燃气中残存的气味和焦油，使成品燃气更加清洁。

如图15、图16、图17所示本发明生物质物料气化制取燃气的设备储气柜的构造。储气柜7的气罩702扣置在水封槽701中，气罩702的上导轮705和下导轮704置于导轨703中，水封槽底板712包覆玻璃钢层714，水封槽立板713两面包覆玻璃钢层715，气罩702的气罩立板706外壁包覆聚氨酯保温层711和玻璃钢层710，气罩顶板707外壁包覆聚氨酯保温层708和玻璃钢层709。由于气罩702外部包覆聚氨酯保温层，可以保证冬季燃气柜的保温和安全供气的问题，水封槽701和气罩702包覆玻璃钢层解决了钢质储气柜的防腐问题。

Claims (9)

1.一种生物质物料气化制取燃气的方法，其特征在于：

-上料：使用木质树枝、树根、秸秆、皮壳类物料，物料预处理长度截短，从料仓输送物料由上部装填到气化炉内，木质物料装填在下部；

-气化：在横流、下流式可控气化炉气化，气化炉上部为燃烧室、下部为灰室，中间为循环水水管炉排，通过循环水对水管炉排和外胆、内胆冷却控温，空气从气化炉上部、中部进入气化炉内，物料形成于燥层、裂解层、氧化层、还原层，物料经过温度100℃-300℃的干燥层、温度400℃-600℃的裂解层、温度800℃-1000℃的氧化层、温度600℃-800℃的还原层进行气化反应，在氧化层横向和气化炉灰室吸出燃气，在燃烧过程中，控制空气的进入量，空气物料比为2-2.5m3/kg，进行缺氧燃烧，温度控制范围300-1000℃；

-除尘：燃气进入重力式除尘器，焦油进一步裂解，较大固体颗粒沉降，燃气经三层拦截网降尘，由烟管式循环水换热器将燃气从700℃-900℃降温至400℃-600℃；

-喷雾净化：燃气先向上经过烟管式循环水换热器降温，碱水喷雾逆流降温脱硫和焦油，向下经烟管式循环水换热器降温至35℃以下，向上与三块导流板碰撞脱除水滴；

-脱焦油：燃气顺序经过生物质焦油净化器第一净化室、第二净化室、第三净化室内玉米芯填料吸附焦油和大部分水蒸气，经过第四净化室玻璃纤维填料过滤粒度小于400目杂质，经过第五净化室氧化铁填料过滤脱除硫化物；

-由罗茨风机进行前流程气体抽吸和后流程燃气燃气输送及储气柜定压；

-由防回火器防止燃气倒流回火，燃气由外胆进气，经内胆金属网底部向上穿过内胆装填木炭填料，从上部输出；

-燃气输入储气柜储存，储气柜靠钟罩自重定压。

2、根据权利要求1所述的一种生物质物料气化制取燃气的方法，其特征在于：在干燥层、裂解层、还原层、氧化层分别设置热电偶取温度值，设置循环水温度控制测点，由测点给出信号，经PLC系统控制开闭送气阀门，在燃气出口装气体检测仪，设定数值，检测O₂、CO₂、CO、N、H、CH₄含量，由测点读取数据传输给PLC进行数据处理后发出指令，以控制给氧量，薪柴加入量，或者关闭主气阀及打开放散阀安全排放，在进气口装设空气流量计和控制阀。

3、一种生物质物料气化制取燃气的设备，包括有上料机构、可控气化炉及循环水泵、重力式除尘器、喷雾净化器及喷淋泵、生物质焦油净化器、罗茨风机、防回火器、储气柜，其特征在于：

上料机构位于料仓至可控气化炉加料口上方；

可控气化炉的燃气上出口和燃气下出口通过管路连通重力式除尘器燃气入口，循环水泵管路连通可控气化炉外胆下部的进水口和外胆上部的出水口；

重力式除尘器燃气出口通过管路连通雾化净化器燃气入口；

喷雾净化器的喷淋泵连通雾化室雾化喷头，燃气出口通过管路连通生物质焦油净化器燃气进口；

罗茨风机进口连通生物质焦油净化器燃气出口，罗茨风机出口连通防回火器燃气进口；

防回火器燃气出口通过管路连通储气柜。

4、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：可控气化炉炉体为由内胆和外胆组成的水冷套，外胆下部具有进水口，外胆上部具有出水口，炉体中部由水管炉排将炉腔分为上部的燃烧室和下部的灰室，燃烧室内壁具有耐火层，气化室顶部具有进料口和喷淋管，侧壁上部具有进风口，侧壁下部具有燃气上出口；灰室侧壁上部具有燃气下出口，灰室侧壁下部具有出渣口。

5、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：重力式除尘器的燃气入口通入壳体内部降尘室，口部向下，外胆内壁具有耐火层，外胆中部具有三层拦截网，拦截网上方具有烟管式循环水换热器，燃气出口在外胆上部。

6、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：喷雾净化器具有一外胆，外胆内部被隔板隔离为两部分，二者之间为烟管式循环水换热器所连通，燃气进口设置在隔板一侧下部的第一回程除焦油室壁上，烟管式循环水换热器上方第二回程雾化室设置雾化喷头，隔板另一侧第三回程脱水室具有多道导流板，燃气出口设于第三回程脱水室上方，外胆底部具有溢流口。

7、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：生物质焦油净化器具有5个腔室，第一级净化室、第二级净化室和第三级净化室内填充玉米芯填料，第四级净化室填充玻璃纤维填料，第五级净化室填充氧化铁填料，各净化室底部具有排污口，第一级净化室具有燃气进口，第五级净化室具有燃气出口。

8、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：防回火器内胆设置在外胆内，外胆下部连通燃气进口，外胆接近底部具有排污口，内胆具有网状底部，内胆内装填木炭阻燃填料，与内胆顶部加料盖连通的燃气管穿过外胆至燃气管出口。

9、根据权利要求3所述的一种生物质物料气化制取燃气的设备，其特征在于：储气柜的气罩扣置在水封槽中，气罩的上下导轮置于导轨中，水封槽内外壁包覆玻璃钢层，气罩外壁包覆聚氨酯保温层，聚氨酯保温层外包覆玻璃钢层。

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