CN102041097B - 发动机排气加热下吸式生物质气化炉的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机排气加热下吸式生物质气化炉的方法与装置，由生物质气化炉、双燃料发动机、热交换器等组成。其将双燃料发动机排出的高温废气，部分引入气化炉内设置的螺旋管，可加热气化炉内物料，提高生物质气化温度和炉内催化裂解室温度，有利于燃气中焦油在炉内的裂解。气化炉出口设置的热交换器能为气化炉提供自产水蒸气，并使燃气冷凝降温，实现以水蒸气和空气为气化剂，与下吸式气化炉通常以空气为气化剂相比，燃气热值提高20％以上。该装置能将生物质气化与焦油的炉内催化裂解集于一体，有效解决燃气中焦油的净化，使焦油含量比一般固定床气化炉燃气中焦油的含量降低60％以上。该装置结构简单、流动阻力小、易于实施。

Description

发动机排气加热下吸式生物质气化炉的方法与装置

技术领域

本发明涉及气化炉，具体涉及一种利用发动机排出的废气，以间壁加热方式加热下吸式生物质气化炉内物料的方法与装置，属于可再生能源利用的生物质气化技术领域。

背景技术

在生物质气化领域，常用的固定床气化方法一般采用空气为气化剂，虽然结构简单，但存在燃气热值低、气化效率不高、气化炉的产气中焦油较高等问题。气化炉内的反应温度对燃气成分和热值有很大影响；增加气化反应温度，可提高气化炉效率，促进焦油的热裂解，减少燃气中焦油含量。

朱华柄，胡孔元，陈天虎等人在“内燃加热式生物质气化炉设计”(农业机械学报2009，vol40(3)：96-102)，设计了一种内燃加热式气化炉，抽取气化炉产气的一部分与空气混合点燃后进入蛇形管给气化炉内提供热量，提高热解气的热值。该方法通过气化炉自产气的燃烧虽可提高炉内气化温度，但减少了燃气产量。

中国专利授权公共号CN 1098910，受权公共日为2003年1月15日，名称为“热裂解除焦生物质气化炉”，该发明“特征在于炉排下方设置有一个燃气气流迂回流道。也能够在炉底上增设裂解催化床，本发明强迫燃气在流道中缓行，延长了燃气在高温环境中的停留时间，使燃气中的部分焦油被裂解。在设置催化床的情形下，其裂解反应更为充分，进一步提高了焦油裂解率、气化效率和燃气热值”。上述专利的不足之处是“在燃气气流迂回流道”中进行焦油的热裂解，要求温度达1100℃以上才能得到较高转化率，显然该处温度不够；如果“炉底增设催化裂解床”，燃气流过裂解床要发生催化裂解反应，必须达到一定温度方可进行，而此处位于气化炉炉体最下部，因温度较低难以达到使焦油裂解的目的。

在使用生物质燃气和汽油的双燃料发动机的实际应用中，尚未出现利用发动机排出的废气，以间壁加热方式加热气化炉内物料，为气化炉提供热量并提高生物质气化温度、促进燃气中焦油催化裂解的气化装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用发动机排出的废气，以间壁加热方式加热气化炉内物料，为气化炉提供热量并提高生物质气化温度，将生物质气化与焦油的炉内催化裂解集于一体的装置。

本发明的目的是这样实现的：

采用固定床下吸式气化炉结构，生物质原料从料斗9加入，经进料机构8，物料落入炉内，经层层滑落逐步向炉底移动。作为气化剂的空气从空气进口管2进入。生物质在炉内先被干燥，达到一定温度后发生热解并析出挥发份，然后与气化剂发生氧化和还原反应，反应后生成的燃料气由炉体下部沿内外圆筒之间的环形空间向上运动，先经过滤室4除去部分灰尘后，进入过滤室上部的炉内催化裂解室5，裂解室内放有粒径约4～8mm的催化剂6，催化剂可采用白云石。燃料气随后流入热交换器11，流动过程中通过壁面与夹套中的水进行热量交换。给水吸收热量升温并气化，经水蒸气管22流入气化炉内氧化还原区，与空气进口管进入的空气混合，共同作为生物质气化用的气化剂。

热交换器11的燃料气出口与初级滤清器13和次级滤清器14依次相连，经引风机15流入生物质燃气稳压箱16，再经燃气流量控制阀17与双燃料发动机18的进气管相连。系统设引风机可使气化炉维持微负压运行。

本发明所述装置中的双燃料发动机18，在排气总管19上设排气支管21。排气支管上设分流排气控制阀20，并与气化炉内的螺旋管7连接。双燃料发动机排出的具有一定排气压力的高温废气，部分通过排气支管21流入气化炉内设置的螺旋管，经螺旋管螺旋向上流动后从排气出口10流出，并经净化后排入大气。发动机废气流经螺旋管的过程中，以间壁加热方式加热了炉内物料，并给炉内催化裂解室提供较高反应温度。

由于发动机废气的加热和裂解室中催化剂的作用，使燃气通过炉内裂解室时夹带的焦油具备进行裂解反应需要的温度条件；实现了生物质气化与燃气焦油的裂解同时进行，不需再为焦油的裂解提供新的热源。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

1.利用双燃料发动机排出的废气，以间壁加热方式加热气化炉内物料，提高生物质气化炉内气化温度，提高了气化效率和系统的整体经济性。

2.气化炉出口设置的热交换器能为气化炉提供自产水蒸气，并使燃气冷凝降温；采用水蒸气和空气为气化剂，与下吸式气化炉通常仅以空气为气化剂相比，燃气热值提高20％以上。

3.设置的炉内催化裂解室，由于发动机废气加热，可有效地将生物质气化与焦油的催化裂解集于一体，解决燃气中焦油的净化问题，生物质燃气中焦油含量比一般固定床气化炉焦油的含量降低60％以上。该装置结构简单、流动阻力小、易于实施。

附图说明

附图为本发明发动机废气加热下吸式生物质气化装置的结构示意图。

图中各标号表示：

1生物质气化炉  2空气进口管  3折流板  4过滤室  5催化裂解室

6催化剂  7螺旋管  8进料机构  9料斗  10排气出口

11热交换器  12进水调节阀  13初级滤清器  14次级滤清器  15引风机

16稳压箱  17燃气流量控制阀  18双燃料发动机  19排气总管

20分流排气控制阀  21分流排气支管  22水蒸汽管  23出灰口

具体实施方式

如附图所示，本发明实施例生物质气化设备采用固定床下吸式生物质气化炉1，生物质原料从料斗9加入，经进料机构8，物料落入炉内，经层层滑落逐步向炉底移动。作为气化剂之一的空气从空气进口管2进入。生物质在炉内先被干燥，达到一定温度后发生热解并析出挥发份，然后与气化剂发生氧化和还原反应；生物质经充分反应后产生的灰分落入气化炉下部的灰室，灰室上设有出灰口23。气化炉内反应生成的燃料气则从炉体下部转过180°方向向上流动，流过气化炉内外圆筒之间设置的过滤室4，过滤室内设有多片折流板3，燃气流经折流板，可除去部分夹带的灰尘，再进入过滤室上部的炉内催化裂解室5，催化裂解室内放有粒径约4～8mm的催化剂6，催化剂可采用白云石。在催化剂作用下，燃气中的焦油在催化裂解室中发生裂解反应；随后流入间壁式热交换器11，燃气流动过程中通过壁面与夹套中的水进行热量交换。进入热交换器夹套的给水量由进水调节阀12控制。夹套水吸收燃气热量升温并气化，经水蒸气管22送入生物质气化炉1内的氧化还原区，与空气进口管进入的空气混合，共同作为生物质气化用的气化剂。

热交换器11的燃料气出口与初级滤清器13和次级滤清器14依次相连，经过两级旋流滤清除去燃气中灰分和焦油等杂质后，经引风机15，流入生物质燃气稳压箱16。燃气稳压箱16的出口与燃气流量控制阀17相接，通过燃气流量控制阀17控制通入双燃料发动机18的燃气量。

本发明所述装置中的双燃料发动机，使用生物质燃气和汽油两种燃料。经过除焦、冷却降温和滤清去杂质后的燃气能满足发动机的使用要求，并在发动机进气冲程吸入气缸，同时发动机根据工况需要喷入适量汽油混合燃烧。发动机输出动力可以发电或带动机械设备。发动机内燃料燃烧后排出的废气经排气总管19排出，排气总管上设排气支管21。排气支管上设分流排气控制阀20，由分流排气控制阀控制通入气化炉内的发动机排气流量。排气支管与气化炉内的螺旋管7连接。螺旋管布置在气化炉内，并靠近气化炉内圆筒壁面。双燃料发动机排出的具有一定排气压力的高温废气，部分通过排气支管21流入气化炉内设置的螺旋管，废气流经螺旋管时放出热量，以间壁加热方式，加热气化炉内的生物质原料，并提高催化裂解室5内的焦油裂解温度。废气经螺旋管螺旋向上流动，最后经排气出口10排入大气。

双燃料发动机输出功率可为机械设备提供动力或通过发电机产生电力。整套装置可选用中小产气量的下吸式气化炉，并根据实际需要选用适当功率的发动机，并与相应产气量的生物质气化炉相匹配。

Claims (3)

1.一种发动机排气加热下吸式生物质气化炉的装置，由生物质气化炉(1)、双燃料发动机(18)、热交换器(11)组成，其特征是双燃料发动机有排气支管(21)与生物质气化炉内的螺旋管(7)连接，排气支管上有分流排气控制阀(20)，生物质气化炉内设过滤室(4)和催化裂解室(5)，气化炉出口连接间壁式热交换器(11)，螺旋管布置在气化炉内，并靠近气化炉的内圆筒壁面。

2.根据权利要求1所述的发动机排气加热下吸式生物质气化炉的装置，其特征是在气化炉内外圆筒间设有过滤室(4)，过滤室内设置有多片折流板(3)，过滤室上部是催化裂解室(5)，催化裂解室内有催化剂(6)。

3.根据权利要求1所述的发动机排气加热下吸式生物质气化炉的装置，其特征是间壁式热交换器(11)上设有进水调节阀(12)，并有水蒸气管(22)与气化炉内相连。