CN101988710A - 多功能高效热裂解气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明的多功能高效热裂解气化炉，为生物质燃料气化炉具，包括采用固定床下吸式的气化炉炉体；炉体内可形成上下风道对生物质燃料通风加氧助燃；炉排(10)上固定有电炉丝(11)，形成引火系统；固定在气化炉炉体(71)中间的催化床(4)可完成燃气的第一次净化；组合过滤器(74)可完成三次净化；聚结型过滤器(62)可完成第五次净化，经五次净化的高纯度的燃气可供发电机使用。本发明具有节能、环保、无污染，可燃烧压制成整块的生物质燃料进行燃烧气化，适用范围广，性能稳定等特点。

Description

多功能高效热裂解气化炉

本发明涉及农作物的废弃物的环保节能处理技术，也涉及把农作物粉碎料进行压块固化后，制备洁净燃气的高效生物质气化炉技术。

目前，国际能源供应紧张特别是石油等不可再生能源日益减少，制约了人类社会的发展历程。所以，作为可再生的农作物等生物质气化制备燃气技术，可在一定程度上化解能源危机，这种利国利民的技术发展，必将得到国家的支持。

生物质气化技术，原理就是生物质原料通过缺氧燃烧，在密闭的环境中热解气化，可产生一氧化碳、氢气等可燃气体，利于人类开发。如今，国内的生物质气化炉技术有上百种，它们基本上可分为三种类型，一是上吸式气化炉、二是下吸式气化炉、三是直燃式半气化炉。这三种类型，各有利弊，但有以下几个问题没能解决：1是引燃生物质原料难；2是产气不连贯，容易断气；3是只能使用散碎状的生物质物料，由于引火难，所以不能使用压制成整块状的生物质物料，限制了气化炉的使用区域，也就是只适合于农村使用；4是生物质气化过程中产生的焦油处理率不高，容易使焦油气和焦油液造成环境污染；5是由于生物质气化过程中产生的焦油处理不完善，使产生的燃气不够纯净，水分高，不能直接用于发电机发电。例如：申请号为00101428.5的发明专利“热裂解除焦生物质气化炉”，它属于下吸式气化炉，它的催化床设计在炉底，虽然它的焦油处理率较高，但炉排下漂浮的灰尘和未完全裂解的焦油会向下坠落在催化床的通道进口处，时间久了必然会造成催化床进口的堵塞，从而会造成气化炉的性能下降和使用的危险。

本发明的目的在于，针对目前国内气化炉产品技术的利弊，提供一种生物质物料点火容易，不易断火断气，可烧压制成整块的生物质物料，同时，在提高气化效率和燃气热值的基础上，没有环境污染，还提高了燃气的纯洁度，使生成的燃气可直接供发电机发电的生物质气化炉。

为了实现上述目的，本发明的多功能高效热裂解气化炉，包括采用固定床下吸式的炉体；采用有环形通风道、固定有电炉丝的炉排；在炉排下固定有燃气裂解、过滤的催化床；炉体外的过滤器采用文丘里管与旋风装置、迷宫过滤通道、分子筛过滤等组合，所述组合过滤器套装在水套里；专供发电机使用的凝结型燃气水分过滤器；发电机组；储气装置等组成。

实现本发明的技术方案是这样的：

本发明采用固定床下吸式的气化炉炉体(71)，可使燃气的热解反应在炉排(10)下进行，可实现加料不断气，没有气体外逸造成环境污染。

本发明的炉排(10)设有连接炉体外的通气环道(13)，可产生上风道对生物质燃料进行通风加氧助燃，特别有利于对压制成整块的块状生物质燃料(70)，从而构成引风系统。同时，炉排(10)上固定有电炉丝(11)，可起到轻松引燃生物质物料的作用，尤其是压制成整块的块状生物质燃料，从而构成引火系统。

炉排(10)的具体结构，是由电炉丝(11)、炉排底座(10-1)组成，炉排底座(10-1)可托住电炉丝(11)，电炉丝围栏(10-2)和炉排凸起通气围拦(10-4)，把弯曲的电炉丝(11)隔开，不至于短路；在炉排底座(10-1)上开有炉灰下落口(10-6)，在炉灰下落口(10-6)的空间段连接有电炉丝支撑柱(14)，可保证电炉丝(11)不往下坠：在炉排底座(10-1)有电炉丝一端通道(15)、电炉丝另一端通道(16)、进气通道(18)组成联合通道，该通道首先垂直向下，穿过两个炉排支架(3)的空隙，在与炉排支架(3)上端平行的时候，就折向从紧贴的炉体穿出，通往炉体外；炉排底座(10-1)内为中空，形成炉排内的通气环道(13)可连通炉排进气通道(18)，进气通道(18)可吸入炉体外的空气，通过通气环道(13)由炉排出气口(12)喷出空气，助燃块状生物质燃料(70)；炉排底座(10-1)上的电炉丝(11)，分别进入电炉丝一端的通道口(10-3)、电炉丝另一端的通道口(10-7)，经过通往气化炉炉体(71)外的电炉丝一端通道(15)、电炉丝另一端通道(16)，在两个通道上分别有电炉丝电源接口A(23)、电炉丝电源接口B(24)，这两个触点可外接220伏的电源，使电炉丝(11)通电加热燃料。

本发明的炉排支架(3)为金属制品，长、宽各约5厘米，固定在炉排(10)下的气化炉炉体(71)内圆等高部位，每间隔10厘米左右固定安装一个，炉排支架(3)彼此之间的间隔，可与块状生物质燃料(70)形成间隙，方便空气进入气化区(72)助燃。

本发明的催化床(4)设置在炉排(10)下面的气化炉炉体(71)的内侧，催化床(4)为中空的圆斗形容器，所占的空间约为炉排(10)到炉底的距离的三分之二。催化床(4)的催化剂(20)主要由成分为含有凹凸棒石粘土、高铝矾土、氧化铁、活性碳等物质混合、造粒、烧结而成，每个催化剂(20)颗粒的直径在0.5～1厘米之间，这些催化剂既可催化裂解焦油，还可净化燃气中的硫化物、碱金属等，为市场上有销售的天然气常用催化剂，催化剂(20)可再生。在炉排(10)下1000度左右的高温作用下，被催化床(4)阻隔缓行的焦油裂解为可燃气，二氧化碳和水分被分解为一氧化碳和氢气，这些可燃气通过催化器通气口(19)可顺利地穿过催化剂(20)的缝隙，进入炉体外的净化器，保证了出气化炉炉体(71)外的可燃气的纯净度，减少污染，完成第一次净化。

本发明的组合过滤器(74)是由净化器水套(27)把文丘里管(21)、旋风分离管(22)、挡板过滤器(75)、吸附床(76)、净化器出气管(42)的一端等容器密封套装在水套里，集尘器设置在净化器水套(27)外面，有管道穿过净化器水套(27)的底部与挡板过滤器(75)的底部连通。文丘里管(21)的一端连通催化床(4)的出气口，另一端分别穿过净化器水套(27)和挡板过滤器(75)第一级的外板，并固定在外板上，旋风分离管(22)套装在挡板过滤器(75)第一级的隔板(39)上，挡板过滤器(75)和吸附床(76)是相通并连接在一起的容器，吸附床(76)的燃气出口由净化器出气管(42)穿过净化器水套(27)连接到抽气机(45)的抽气端。净化器水套(27)上端有注水口(69)，净化器水套(27)下端有出水口(67)和出水口阀门(68)。净化器水套(27)里的水与挡板过滤器(75)、吸附床(76)这两个容器的金属外壳进行热交换，对水套里的水加热，既可得到热水使用，也可减小可燃气出组合过滤器(74)时的温度。吸附床(76)的吸附剂(40)也可采用催化剂(20)大体相同的原料成分，同样可以完成吸附、裂解焦油的工作目的。

本发明的抽风机(45)有两个抽气口，第一个是净化器出气管(42)，第二个抽气口是二次进氧口(43)，二次进氧口(43)上有二次进氧口调气阀(44)，抽风机(45)通过送气管道(46)给聚结型过滤器(62)、炉灶(49)、储气箱(53)送气。

本发明的聚结型过滤器(62)，它的聚结型分子筛(64)材质可以采用不锈钢或其它材质，聚结型分子筛(64)的孔径要求在10微米左右，它可以过滤更加微小的水珠，并可把过滤的小水珠凝结成大水珠，由排水口(63)排出，同时可以得到更纯净的可燃气，完成第五次净化。只有这么纯净的可燃气才不会腐蚀发电机，并可保证发电机正常运转。

本发明的发电机组(66)，可以采用国内普遍使用的低压启动沼气发电机组，在保证发电机组(66)正常使用的基础上，可以通过约150瓦抽风机(45)的低启动电能，启动气化炉产气，运转发电机组(66)发电，从而得到数千瓦的、大的工作电能。

本发明的储气箱(53)是密封的容器，由储气箱分管(51)、储气箱分管调气阀(52)、储气箱出气管调气阀(55)、储气箱出气管(54)控制储气箱(53)的进出燃气，它可以把来自组合过滤器(74)的低温、低气压的可燃气储存起来，在使用储存的可燃气时，只要通电打开储气箱抽气机(56)，通过储气箱送气管(59)给炉灶(49)供气就可点火使用，在储气箱抽气机(56)上还有三次进氧口调气阀(58)，可以给可燃气进行加氧助燃。

本发明的多功能高效热裂解气化炉，其净化系统净化效率高，结构简单，造价低廉，使用、维护简单方便，对环境没有污染。同时，经过反复实验，本发明的多功能高效热裂解气化炉，其焦油净化率在90％左右，相比现有技术的下吸式气化炉，本发明的多功能高效热裂解气化炉，气化率和燃气热值都可以提高25％。

附图说明：

图1是本发明的多功能高效热裂解气化炉的整体结构示意图。

图2是本发明的炉排的俯视图。

图3是本发明的炉排的示意图。

图4是本发明的炉排的横剖视图。

图中：1.壳体，2.壳体保温层，3.炉排支架，4.催化床，5.炉盖，6.通气孔，7.炉盖把手，8.排灰盖，9.炉腿，10.炉排，10-1.炉排底座，10-2.电炉丝围栏，10-3电炉丝一端的通道口，10-4炉排凸起通气围拦，10-5.电炉丝围栏入口，10-6.炉灰下落口，10-7电炉丝另一端的通道口，10-8.炉排底座通气口，11.电炉丝，12.炉排出气口，13.炉排内的通气环道，14.电炉丝支撑柱，15.电炉丝一端通道，16.电炉丝另一端通道，17.催化器保温层，18.炉排进气通道，19.催化器通气口，20.催化剂，21.文丘里管，22.旋风分离管，23.电炉丝电源接口A，24.电炉丝电源接口B，25.净化器支腿，26.水，27.净化器水套，28.挡板，29.集尘器A，30.集尘器阀门1，31.集尘器B，32.集尘器阀门2，33.集尘器C，34.集尘器阀门3，35.集尘器D，36.集尘器阀门4，37.集尘器E，38.集尘器阀门5，39.隔板，40.吸附剂，41.吸附器通气口，42.净化器出气管，43.二次进氧口，44.二次进氧口调气阀，45.抽风机，46.送气管道，47.直燃分管，48.直燃分管调气阀，49.炉灶，50.灶头，51.储气箱分管，52.储气箱分管调气阀，53.储气箱，54.储气箱出气管，55.储气箱出气管调气阀，56.储气箱抽气机，57.三次进氧口，58.三次进氧口调气阀，59.储气箱送气管，60.发电机分管，61.发电机分管调气阀，62.聚结型过滤器，63.排水口，64.聚结型分子筛，65.送气管道，66.发电机组，67.出水口，68.出水口阀门，69.注水口，70.块状生物质燃料，71.气化炉炉体，72.气化区，73.热解区，74.组合过滤器，75.挡板过滤器，76.吸附床。

结合附图1、2、3、4做说明，本发明的具体实施方式：

如附图所示，通过炉盖把手(7)打开炉盖(5)，放入压制成整个圆柱形的块状生物质燃料(70)，该块状生物质燃料(70)含水分约为20％，盖上炉盖(5)，电炉丝电源接口A(23)和电炉丝电源接口B(24)这两个接口接上220伏的交流电源，接通抽气机(45)的电源抽风。2分钟左右的时间，电炉丝(11)发热，点燃块状生物质燃料(70)的底部，这时关掉电炉丝(11)的电源。由于气化炉炉体(71)里面的空气被抽掉，炉内产生负压，一股空气从炉盖(5)的通气孔(6)进入气化炉炉体(71)内形成下吹风道，通过块状生物质燃料(70)与炉排支架的间隙给块状生物质燃料(70)送氧助燃；另一股空气从炉排(11)的炉排进气通道(18)通过炉排底座通气口(10-8)进入炉排内的通气环道(13)，再从炉排出气口(12)喷出，给块状生物质燃料(70)的底部送氧助燃，在上下风道的作用下，保证块状生物质燃料(70)的持续燃烧。

块状生物质燃料(70)是在密闭的环境中，缺氧不充分燃烧，由于抽气机(45)抽风形成负压的作用，就在炉排(11)下面形成气化区(72)，产生大量的一氧化碳、二氧化碳、焦油、水气、灰尘等，这些气体、焦油和灰尘等随后进入到热解区(73)，这时的气化区(72)、热解区(73)构成燃烧气化的炉膛。气体、焦油和灰尘等通过催化器通气口(19)，被催化器(4)里密布的催化剂(20)阻隔缓行，这时因块状生物质燃料(70)的燃烧，炉排(11)下产生1000度左右的高温，被阻挡的二氧化碳和水分受热反应分解为一氧化碳和氢气，催化剂(20)吸附过滤出焦油并进行裂解，分解为可燃气，这些经过吸附、热解、过滤的比较纯净的可燃气，通过催化器通气口(19)，穿过催化剂(20)的缝隙，进入下一级净化器。焦油在气化炉炉体(71)内大部分被裂解，裂解率在80％左右，气化率和燃气热值都提高了20％，同时，避免了焦油堵塞、污染下一级净化器的燃气管道。被过滤出来的灰尘，由于重力的作用下落到炉底，不会堵塞催化器(4)。

从气化炉炉体(71)的催化器(4)刚出来的可燃气体，还含有部分焦油、水分、灰尘，所以还需要进行净化。可燃气从催化床(4)出来进入文丘里管(21)，根据文丘里管(21)中间小，两边大的特点，可燃气体中的水分经过文丘里管(21)中间段时，流速加大，水分雾化，可燃气体中的灰尘高速通过文丘里管(21)中间段时，与雾化的水分吸附在一起，凝聚成大颗粒的灰水滴，又随可燃气一起冲向旋风分离管(22)，可燃气和灰水滴绕着旋风分离管(22)高速旋转，最后在离心力和重力的作用下，灰水滴坠落在集尘器A(29)中，使可燃气中含有的水分和灰尘得到过滤，同理，也可过滤可燃气中的焦油成分，完成第二次净化。其后，由于隔板(39)阻挡，可燃气穿过旋风分离管(22)进入挡板过滤器(75)，可燃气气流不断撞击阻碍气流穿行的竖排着的挡板过滤器(75)的挡板(28)，可燃气中的水分和灰凝结在一起，由于重力的作用向下坠落，分别坠落到集尘器(31)、(33)、(35)、(37)中，可燃气中的水分和灰尘得到进一步的净化，完成第三次净化。最后，可燃气经吸附器通气口(41)进入到吸附床(76)，吸附床(76)的吸附剂(40)可采用催化床的催化剂(20)相似的成分，可对燃气中的焦油、水分进行吸附、催化分解，被过滤出来的灰水滴则坠落到集尘器(37)中，从而得到更为纯净的可燃气，完成第四次净化。坠落在集尘器(29)、(31)、(35)、(37)的污水，可打开集尘器阀门(30)、(32)、(34)、(36)、(38)进行排污。净化器水套(27)里的水可与挡板过滤器(75)、吸附床(76)这两个容器的金属外部进行热能量交换，可使水套产生热水，燃气出组合过滤器(74)时降低了温度，温度低的燃气也便于储气箱(53)储气。

可燃气体完成四次净化后，其焦油净化率在90％左右，可以送到炉灶(49)、储气箱(53)、发电机组(66)等器具使用了，具体可以有以下几种实施方式：

实施方式一：关闭储气箱分管调气阀(52)、发电机分管调气阀(61)，抽风机(45)通过净化器出气管(42)把可燃气从组合过滤器(74)抽出来，调节二次进氧口调气阀(44)配气，抽风机(45)通过送气管道(46)、直燃分管(47)给炉灶(49)送气，白色的燃气到达灶头(50)时，可用压电陶瓷点火器或打火机手动点火，同时可调节直燃分管调气阀(48)来调节灶头(50)火的大小。

实施方式二：关闭发电机分管调气阀(61)、直燃分管调气阀(48)，抽风机(45)通过净化器出气管(42)把可燃气从组合过滤器(74)抽出来，调节二次进氧口调气阀(44)配气，抽风机(45)通过送气管道(46)、储气箱分管(51)给储气箱(53)供气，同时打开储气箱分管调气阀(52)，关闭三次进氧口调气阀(58)，燃气流穿过储气箱出气管(54)、不接通电的储气箱抽气机(56)、储气箱送气管(59)、炉灶(49)给灶头(50)送气点火燃烧，可通过调节二次进氧口调气阀(44)配氧，调节火的大小。可实现一面储气一面燃烧。

实施方式三：关闭储气箱分管调气阀(52)、直燃分管调气阀(48)，抽风机(45)通过净化器出气管(42)把可燃气从组合过滤器(74)抽出来，调节二次进氧口调气阀(44)配气，抽风机(45)通过送气管道(46)、发电机分管(60)，送燃气进入聚结型过滤器(62)过滤，聚结型分子筛(64)的孔径要求在10微米左右，它可以过滤更加微小的水珠，并可把过滤的小水珠聚结成大水珠，由排水口(63)排出，同时可以得到更纯净的可燃气，燃气经过滤后，通过送气管道(65)给发电机组(66)供气，启动发电机组(66)发电。完成五次净化后，只有这么纯净的可燃气才不会腐蚀发电机，并可保证发电机正常运转，通过调节二次进氧口调气阀(44)配氧，调节气的大小，可调节发电机的运行功率。

实施方式四：当储气箱(53)充满燃气，不再需要气化炉炉体(71)产气时，可关闭抽风机(45)，同时可关闭储气箱分管调气阀(52)、储气箱出气管调气阀(55)，进行储气备用，由于可燃气是常压储存，储气箱(53)不用担心爆炸危险，可以安全使用。当要使用储气箱(53)的燃气时，打开储气箱出气管调气阀(55)，储气箱抽气机(56)通电抽气，调节三次进氧口调气阀(58)，通过三次进氧口(57)抽取氧气进行配气，最后，经混合的可燃气穿过储气箱送气管(59)、炉灶(49)，给灶头(50)送气点火燃烧，调节三次进氧口调气阀(58)可调节火的大小。

实施方式五：可同时打开发电机分管调气阀(61)、直燃分管调气阀(48)、储气箱分管调气阀(52)，抽风机(45)通过净化器出气管(42)把可燃气从组合过滤器(74)抽出来，调节二次进氧口调气阀(44)配气，抽风机(45)通过送气管道(46)分别通过发电机分管(60)、直燃分管(47)、储气箱分管(51)，给发电机组(66)、灶头(50)、储气箱(53)同时供气，实施可燃气一面供发电机组(66)发电、一面在灶头(50)燃烧、一面供储气箱(53)储气。

Claims (10)

1.一种多功能高效热裂解气化炉，其特征在于设备本体主要由气化炉炉体(71)、组合过滤器(74)、抽气机(45)、聚结型过滤器(62)、发电机组(66)、储气箱(53)、储气箱抽气机(56)、炉灶(49)等组成。

2.根据权利要求1所述的一种多功能高效热裂解气化炉，包括采用现有技术的下吸式气化炉炉体(71)，其特征是气化炉炉体(71)主要由圆柱形壳体(1)、炉排(10)、气化区(72)、热解区(73)、催化床(4)、保温层(2)、炉盖(5)、排灰盖(8)，炉腿(9)组成，其中气化区(72)、热解区(73)构成燃烧气化的炉膛。

3.根据权利要求2所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是所述的炉排(10)的炉排底座(10-1)中空，设有连通炉体外的通气环道(13)，通气环道(13)开有炉排出气口(12)，可产生上风道对生物质燃料进行通风加氧助燃，从而构成引风系统；炉排(10)的炉排底座(10-1)固定有电炉丝(11)，电炉丝(11)通过炉排底座(10-1)的防短路和绝缘通道保护下通到气化炉炉体(71)外，有电炉丝电源接口A(23)、电炉丝电源接口B(24)两个接口可外接电源通电，构成引火系统；炉排底座(10-1)上开有炉灰下落口(10-6)，炉灰下落口(10-6)的空间段连接有电炉丝支撑柱(14)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是气化炉炉体(71)在抽风机(45)通电抽风工作时，炉内成为负压，空气通过炉盖(5)的通气孔(6)进入气化炉炉体(71)内形成下吹风道；空气通过炉排(10)连接炉体外的通气环道(13)，从炉排出气口(12)喷出，对块状生物质燃料(70)底部通风加氧助燃，形成上吹风道。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是所述的催化床(4)设置在炉排(10)下面的气化炉炉体(71)的内侧，催化床(4)为中空的圆斗形容器，所占的空间约为炉排(10)到炉底的距离的三分之二，催化床(4)设有催化器通气口(19)，内装有催化剂(20)，还开有通气口外接净化器，催化床(4)可完成燃气的第一次净化。

6.根据权利要求4所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是燃烧所用的生物质燃料，可为植物的根、叶、枝干，以及秸杆、锯末、含煤制品等的一种或几种或全部，还可以把植物粉碎料经加工压制成型或造粒，例如块状生物质燃料(70)。

7.根据权利要求1所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是所述的组合过滤器(74)的构成由净化器水套(27)把文丘里管(21)的一端、旋风分离管(22)、挡板过滤器(75)、吸附床(76)、净化器出气管(42)的一端密封套装在水套里，集尘器设置在净化器水套(27)外面，通过管道穿过净化器水套(27)的底部与挡板过滤器(75)的底部连通；其中文丘里管(21)与旋风分离管(22)完成燃气的第二次净化，挡板过滤器(75)完成燃气的第三次净化，吸附床(76)完成燃气的第四次净化；净化器水套(27)上有注水口(69)、出水口(67)和出水口阀门(68)；有燃气净化工作时，集尘器阀门是关闭的，坠落在集尘器的污水，可打开集尘器阀门进行排污。

8.根据权利要求1所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是所述的聚结型过滤器(62)，它的聚结型分子筛(64)的孔径要求在10微米左右，它可以过滤更加微小的水珠，并可把过滤的小水珠凝结成大水珠，由排水口(63)排出。

9.根据权利要求1所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是燃气使用的终端储气箱(53)、电机组(66)、炉灶(49)，在抽气机(45)通电抽气，气化炉炉体(71)产气工作时，可通过控制储气箱分管调气阀(52)、发电机分管调气阀(61)、直燃分管调气阀(48)，来控制储气箱(53)、电机组(66)、炉灶(49)三个器具的单独使用或组合使用或同时使用。

10.根据权利要求1或9所述的一种多功能高效热裂解气化炉，其特征是储气箱(53)为常压储气，可安全使用，当储气箱(53)储满可燃气时，可单独接通储气箱抽气机(56)电源，储气箱抽气机(56)从储气箱(53)抽出可燃气送到炉灶(49)燃烧。

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