CN102344835B - 农林生物质二次过程反应气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明是农林生物质二次过程反应气化炉及其应用，气化炉顶部的旋转拨料器与拨料升降器相接；气化炉中部的气化炉腔内设有二次气化反应室；气化炉下部设有连续往复运行的大孔径炉排和固定炉排，其中往复大孔径炉排下方为生物质炭冷却及出炭口，出炭口与出料装置密封连接；在往复大孔径炉排上方设有气化气体抽出口，用管道连接至除尘器。优点：将农林生物质（无需粉碎）送入气化炉中，采用控制料层高度、抽风机的风量和鼓风机二次通入气化剂—空气来调节控制炉内反应，经净化分离后得到可燃气和生物质提取液，未完全热解的固体即生物质炭。解决了传统的气化炉反应不充分所产生的气体焦油含量高、气体净化难，影响可燃气利用而造成环境污染等难题。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种以农林生物质为主要燃料的农林生物质二次过程反应气化炉及其应用。属于农林生物质气化技术领域。
背景技术
当前农林生物质气化技术的主要设备有固定床气化炉和流化床气化炉，在发展中也暴露了现行气化设备的诸多问题，而使得该项技术在推广中遇到了严峻的考验。其中最重要的三个问题：一是当前的气化设备对原料要求较严格，固定床气化炉需要的原料要求粒度大小均匀并有一定的密度如稻壳，而流化床气化炉对原料的粒度要求更加均匀、细小，使得多种农林生物质原料目前无法直接利用，需要经过粉碎加工才有可能利用；二是在气化过程中产生的生物质炭的排出理论上是可连续的，而实际生产中很难实现，只能间歇式排出，造成炉内反应不稳定，产气量也不能稳定；三是气化层无外动力运行，反应不均匀，容易局部烧穿、搭桥、漏气，炉内可燃气存储空间大，极易造成爆炉，安全隐患严重。这三个问题使得目前很多生物质气化炉都已经停产。因此寻找能适用各种农林生物质原料，并且可以连续稳定安全生产的新型气化炉设备是当前研究的重点问题。
发明内容
本发明提出的是一种农林生物质二次过程反应气化炉及其应用，其目的旨在解决现有技术所存在的上述三个问题。
本发明的技术解决方案：其特征是在气化炉顶部设有由电机减速器带动旋转的旋转拨料器、拨料升降器和进料口，其中旋转拨料器与拨料升降器相接； 在气化炉中部的气化炉腔内设有气化反应室，气化反应室自上而下依次分为预热干燥室、氧化反应室、还原反应室，其中预热干燥室与一次进气管相通，氧化反应室与二次进气管相通，还原反应室下端设有气固分离室；气化炉腔外壁设有保温层；在气化炉下部设有连续往复运行的大孔径炉排和固定炉排，其中往复大孔径炉排下方为生物质炭冷却及出炭口，出炭口与出料装置密封连接；在往复大孔径炉排上方设有气化气体抽出口，气化气体抽出口用管道连接至除尘器。
本发明的有益效果：1）在气化炉顶部设有由电机减速器带动旋转的旋转拨料器，该旋转拨料器与拨料升降器相接，实现拨料器的上下往复运行，从而使物料既能分布均匀，又能消除物料不均匀反应带来的搭桥现象，确保气化反应均匀。当拨料器运行到两端时，由电控限位开关实现电机反向转动，带动拨料器往回移动。2）在气化炉下部设有连续运行的往复式炉排和固定炉排，炉排内通冷却水，既起到了冷却生物质炭的作用，又通过往复运动提高了气化炉反应的均匀性和稳定性；其中往复式炉排下方为生物质炭冷却及出炭口，出炭口与出料装置密封连接，经水冷却后出炭；气化反应后形成的固体炭，不论颗粒大小，都可通过往复式炉排的运行带出气化反应室，解决了农林生物质气化对原料的苛刻要求。换言之，二次过程反应气化炉能适应各种农林生物质原料。3）设计二次进气装置。由鼓风机送入气固分离室外围的空气预热室，再通过一次进气管、二次进气管向气化炉内分别送入的，气化剂的通入量可根据气化反应过程温度和反应层高度进行分配调节。该装置让一台气化炉实现了两段气化全过程反应（氧化还原反应），提高了气化炉单位面积产气量，缩小了同规模气化炉的直径；把一次过程反应产生的大量较大分子有机物通过二次过程反应再次裂解、还原，大大降低产出可燃气中焦油的含量。4）气化室与积炭室直联，出气口既能均匀出气，混合气体空间设计到最小，提高了气化炉运行的安全性。5）水冷却密封出炭装置，使产出的炭经往复炉排进入带夹套冷却的积炭室后，再进入带夹套冷却的螺旋输送机，通过星形排料阀排出，解决了气化炉出炭不均匀、排出的高温炭遇空气后会自燃的问题。
实现了农林生物质原料气化连续工业化生产、同时产生炭、气、液三种产品，解决了生物质提取液所带来的污染问题，而且也解决了现有气化设备不能连续稳定地产生可燃气、无法直接供应发电机稳定发电的难题，使得各种农林生物质原料得到真正的高效、无公害、资源化利用。
附图说明
附图1是农林生物质二次过程反应气化炉的结构示意图。
附图中的1是拨料升降器、2是旋转拨料器、3是保温层、4是混合气体出口、5是空气预热室、6是鼓风机、7是排料阀、8是出炭螺旋输送机、9是固定炉排、10是往复大孔径炉排、11是二次进气管、12是一次进气管、13是检修口、14是进料口、15是预热干燥室、16是氧化反应室、17是还原反应室、18是气固分离室、19是炭冷却室。
具体实施方式
对照附图1，其结构是在气化炉顶部设有由电机减速器带动旋转的旋转拨料器2、拨料升降器1、进料口14，旋转拨料器2与拨料升降器1相接，该旋转拨料器与拨料升降器1相接，可实现拨料器的上下往复运行，从而使物料既能分布均匀，又能消除物料不均匀反应带来的搭桥现象，确保气化反应均匀。当拨料器运行到两端时，由电控限位开关实现电机反向转动，带动拨料器往回移动；进料口14的下端还设有检修口13。
在气化炉中部的气化炉腔内设有气化反应室，气化反应室自上而下依次分为预热干燥室15、氧化反应室16、还原反应室17，其中预热干燥室15与一次进气管12相通，氧化反应室16与二次进气管11相通，还原反应室17下端设有气固分离室18，气固分离室18外围是空气预热室5；气化炉腔外壁设有保温层3。
在气化炉下部设有连续运行的往复大孔径炉排10和固定炉排9，既起到了冷却生物质炭的作用，又通过往复运动提高了气化炉反应的均匀性和稳定性；其中往复大孔径炉排10下方为生物质炭冷却及出炭口，出炭口与出料装置密封连接，经水冷却后出炭；气化反应后形成的固体炭，不论颗粒大小，都可通过往复大孔径炉排10的运行带出气化反应室，在往复大孔径炉排10上方设有气化气体抽出口4，气化气体抽出口用管道连接至除尘器，使气体中的固体粉尘分离排出；固定炉排9支撑往复炉排10，固定炉排9的下部设有冷却夹套密封出炭装置，该冷却夹套密封出炭装置包括炭冷却室19、出炭螺旋输送机8和排料阀7；炭冷却室19、出炭螺旋输送机8分别带有冷却夹套，炭冷却室19的夹套分上段夹套和下段夹套，上段夹套即空气预热室5通过气化剂冷却炉体和生物质炭的同时并加热气化剂，下段夹套和固定炉排9通入水冷却起到冷却生物质炭的同时又实现了余热回收利用，产出的炭经往复炉排进入带夹套冷却的积炭室后，再进入带夹套冷却的出炭螺旋输送机8，通过星形排料阀7排出，其速度可调并与反应过程相匹配；气化反应室与出炭室直接连通，使气化炉内的可燃混合气体空间降到最小，确保气化炉连续、安全平稳运行，从而提高气化炉的热效率。
由固定炉排、往复大孔径炉排、气固分离室、气化气体抽出口组成集气区，其中往复大孔径炉排设在气固分离室的下方，并由固定炉排支撑；气固分离室由环形冷却盘管组成，每环盘管间有透气的间隙。
所述的气化剂是由鼓风机6送入空气预热室5，再通过一次进气管12、二次进气管11向气化炉内分别送入的一次和二次气化剂，气化剂的通入量可根据气化反应过程温度和反应层高度进行调节。
实施例1：
气化面积为3.14m2（气化室直径2m）的二次过程反应气化炉，将农林生物质原料之一――废木片不需粉碎送入二次过程反应气化炉，采用控制抽
风机的风量和鼓风机的风量两次分配调节，向气化炉内提供适量的气化剂，使农林生物质在气化室内进行两次气化全过程反应，产生可燃性混合气体气化温度为600～950℃，采用密封夹套冷却出炭装置控制反应室下部积炭室产生的炭均匀连续排出；采用连续旋转的拨料器，炉排连续往复运行。原料消耗750kg/h，生成的可燃性气体经旋风除尘、冷凝分离后可带动500kw燃气机发电，每小时发电500kwh。冷凝得到150~210kg/h生物质提取液。由于是有限量的供应空气，热解并不完全，废木片气化时，每小时产生170~190kg木炭（含碳量可达70~85%）。可以制成有机复合肥、钢铁保温材料、民用烧烤炭等。
农林生物质燃气为低热值气体，其热值为4800~6500kJ/Nm3。
农林生物质二次过程反应气化炉的应用，能将农林生物质材料同时制备气、固、液三种产品并分别利用：产出的混合气体，经过净化分离系统得到洁净可燃气，可供内燃机、燃气轮机发电或供燃气锅炉供热或直接供气；得到生物质提取液，可用于家畜饲养场所的消毒液、除臭剂，也可以用于农药助剂或农药，或促进作物生长的叶面肥，在有机农作物中有奇特效果；产出的生物质炭，富含作物生长的必需营养元素，对水和肥有长效缓释作用，对重金属污染、退化的土壤具有改良、修复作用，可制成有机复合肥，或冶金行业的还原剂、钢铁工业的保温材料、民用烧烤炭。
Claims (5)
1.农林生物质二次过程反应气化炉，其特征是在气化炉顶部设有由电机减速器带动旋转的旋转拨料器、拨料升降器和进料口，其中旋转拨料器与拨料升降器相接； 在气化炉中部的气化炉腔内设有气化反应室，气化反应室自上而下依次分为预热干燥室、氧化反应室、还原反应室，其中预热干燥室与一次进气管相通，氧化反应室与二次进气管相通，还原反应室下端设有气固分离室；气化炉腔外壁设有保温层；在气化炉下部设有连续往复运行的大孔径炉排和固定炉排，其中往复大孔径炉排下方为生物质炭冷却及出炭口，出炭口与出料装置密封连接；在往复大孔径炉排上方设有气化气体抽出口，气化气体抽出口用管道连接至除尘器。
2.根据权利要求1所述的农林生物质二次过程反应气化炉，其特征是固定炉排、往复大孔径炉排、气固分离室、气化气体抽出口组成集气区，其中往复大孔径炉排设在气固分离室的下方，并由固定炉排支撑；气固分离室由环形冷却盘管组成，每环盘管间有透气的间隙。
3.根据权利要求1所述的农林生物质二次过程反应气化炉，其特征是氧化反应室、还原反应室、气固分离室与炭冷却室通过往复大孔径炉排和固定炉排直接连通，气化反应室底部设冷却夹套密封出炭装置，该冷却夹套密封出炭装置包括套炭冷却室、出炭螺旋输送机和密封排料阀，其中炭冷却室在出炭螺旋输送机的上方，炭冷却室、出炭螺旋输送机分别带有冷却水夹套。
4.根据权利要求1所述的农林生物质二次过程反应气化炉，其特征是气化剂分一次和二次气化剂，由鼓风机送入气固分离室外围的空气预热室，再通过一次进气管、二次进气管向气化炉内分别送入的。
5.根据权利要求1所述的农林生物质二次过程反应气化炉，其特征是进料口的下端还设有检修口。
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