CN103215081A - 一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物质能利用技术领域，特别设计采用生物质成型颗粒炭气化的装置。利用煤炭气化的先进技术，改变现有的生物质能的利用方式，设计一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，主要有炭化室和炭气化室两部分组成。包括成型颗粒入口，炉内耐火内衬，显热回收室，生物质炭化反应室，炭化产气出口，进水管道，除尘炉座，外部输料绞龙装置，气化产物出口，空气煤气管道，生物质气出口，生物质炭的气化反应室，生物质炭进料口，燃烧室，余热回收蓄热体等核心部件。成型颗粒进入炭化炉炭化后再以蒸气作为气化剂在高温下进行气化，产生的燃气无焦油无污染且热解效率高，同时实现了能量的充分利用及资源的多级利用。

Description

一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备

技术领域：

本发明属于生物质能利用技术领域，特别涉及生物质成型颗粒炭气化的装置。

背景技术：

针对目前的能源及环境现状，固体能源的气化以其运输方便、安全性好、利用率高等诸多优点被广泛推广，尤以煤炭的气化为典型。但对目前成熟的煤炭气化方法，无论是常压固定床还是加压固定床，由于干馏成分的存在，煤气中含有焦油、笨、酚等成分，净化难度大，且在煤种的选用上需要使用块煤，煤种选择范围窄、经济性差；流化床技术目前还存在较多的不确定因素，加之不能完全消除污染，目前还不能确认是否适合未来发展的方向；而气流化床技术虽说具有效率高、污染小、可以使用末煤气化的特点，但是气流化技术一般都是高温高压气化，有系统投资大，运行费用高，有较高热量损失的缺点。加之煤炭资源的不可再生性，生物质能源应运而生。生物质直接气化是开发生物质能的一个重要方向，但热解气中焦油含量高是生物质气化过程中遇到的主要问题。此外，秸秆在气化过程中，只将部分原料进行气化利用，而未气化的含有可燃性成分的固体物当作废物进行处理，秸秆不能得到完全利用；其次，大型的秸秆气化站管理、运行成本高，难以广泛推广；而且现有的秸秆气化集中供气站存在产气质量差、热值较低等缺点。

发明内容：

为了克服目前上述问题，本发明利用煤炭气化的思想及其先进技术，改变现有的生物质能的利用方式，设计一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，主要有炭化室和炭气化室两部分组成。炉体外面设有钢板密封，生物质炭化反应室和生物质炭的气化反应室上部均设有密封装置，以防止气化产物的泄漏。矩形炭化室和炭气化室四周设置两组蓄热回收系统，两者之间用耐火材料隔开，换向周期为1分钟，一组蓄热室热回收系统用于生物质成型颗粒炭化产气和炭气化气体的显热回收，并将水加热形成的高温水蒸气作为炭化和气化的唯一气化剂，另一组用于燃烧室的烟气余热回收。

使用时，先将成型颗粒从生物质致密成型颗粒入口加入到生物质炭化反应室中。炭化室中间设有转动套管，在转动套管的上部设有转动齿轮，在转动套管的下部设有布料辊，转动套管内部设有转动轴，由下部的支撑轴套支撑，转动轴下部连接有刮炭刀，刮炭刀下部设有托料板，炉下设有锥形卸炭斗，卸炭斗下部由卸料阀与外部输料绞龙装置连接。炭化产物经外部输料绞龙装置输送到生物质炭进料口以完成生物质炭的二级气化。气化产物经气化产物出口、炉外产气排出管道、换向阀，并经引风机引出，产气的显热被回收，其热量用于将进水管道中的水加热成高温的水蒸气作为气化剂，并提供炭气化时部分热量。气化后的灰渣由底部的排灰口排出。

矩形生物质炭化反应室上设有炭化产气出口，与燃烧室相通，使挥发份和焦油在高温燃烧室中进行裂解，裂解产物连同炭化产气可作为部分燃料实现对资源的有效利用。

矩形生物质炭的气化反应室两侧各设有燃烧室，每侧燃烧室下面设有一对余热回收蓄热体，并与炉外管道、换向阀连接。通过换向阀的周期动作将蓄热室交替置为燃烧或余热回收状态，用于烟气余热回收及预热空气、炭化气。蓄热室上部为燃烧室，空气及炭化气经余热回收蓄热体后被预热到400℃左右，然后进入燃烧室中燃烧，废弃经同侧相邻并处于排烟状态的余热回收蓄热体排出炉外，烟气余热被余热回收蓄热体回收。燃烧室中产生的热量通过耐火材料加热生物质炭的气化反应室完成高转化率的气化反应。

矩形生物质炭化反应室和生物质炭的气化反应室两侧设置三个蓄热式显热回收室，显热回收室与矩形炭化室和气化室用耐火材料隔开。显热回收室中填充陶瓷球蓄热体，蓄热体下部各有一个进水管道和气化产物出口，并分别与炉外的换向阀连接。当一侧的显热回收室处于蒸汽加热状态时，此侧的气化产物出口处于关闭状态，进水管道处于打开状态。水经过进水管道进入显热回收室中被气化为水蒸气向上流动，经炭化产气出口和生物质气出口分别进入生物质炭化反应室和生物质炭的气化反应室中作为炭化剂和气化剂。通过换向阀使两个显热回收室轮番做产气排出和蒸汽加热状态，每1分钟转换一次。三个显热回收室除回收显热、将水加热成高温水蒸气外，还具有除尘以及清除炭化焦油的功能，其下部采用水封方式，以防止气体泄漏。陶瓷球蓄热体可从下部排出，经清洗后重复使用。

本发明的有益效果是：利用成型机制备致密生物质成型颗粒，进入炭化炉炭化产生生物质炭，再对生物质炭以蒸气作为气化剂在高温下进行气化，产生的合成气无焦油无污染，同时克服了热解效率低、热量利用不高等缺陷；以一种高效、清洁的新能源代替传统能源，对解决目前的资源、环境问题提供了一种有效途径；使用了多种蓄热回收装置，充分利用了反应中的产热和余热，保证生物质炭在高温度下有较高气化率的同时实现了能量的充分利用；以炭化产物作为气化燃料实现了资源的多级利用。

附图说明：

图1为本发明一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备主视图。

图2为本发明一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备左视图。

在上述附图中：1为转动齿轮，2为生物质致密成型颗粒入口，3为炉内耐火内衬，4为布料辊，5为显热回收室，6为炉体，7为生物质炭化反应室，8为炭化产气出口，9为进水管道，10为刮炭刀，11为支撑轴套，12为除尘炉座，13为锥形卸炭斗，14为卸料阀，15为外部输料绞龙装置，16为气化产物出口，17为空气煤气管道，18为生物质气出口，19为生物质炭的气化反应室，20为生物质炭进料口，21为密封装置，22为转动轴，23为燃烧室，24为余热回收蓄热体，25为排灰口。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备的具体实施方式。

一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，主要有炭化室和炭气化室两部分组成。附图中，炉体6外面设有钢板密封，生物质炭化反应室7和生物质炭的气化反应室19上部均设有密封装置，以防止煤气的泄漏。矩形炭化室和炭气化室四周设置两组蓄热回收系统，两者之间用耐火材料隔开，换向周期为1分钟，一组蓄热室热回收系统用于生物质成型颗粒炭化产气和炭气化气体的显热回收，并将水加热至高温水蒸气作为炭化和气化的唯一气化剂，另一组用于燃烧室的烟气余热回收。

使用时，先将成型颗粒从生物质致密成型颗粒入口2加入到生物质炭化反应室7中。炭化室中间设有转动套管，在转动套管的上部设有转动齿轮1，在转动套管的下部设有布料辊4，转动套管内部设有转动轴，由下部的支撑轴套1支撑，转动轴下部连接有刮炭刀10，刮炭刀下部设有托料板，炉下设有锥形卸炭斗13，锥形卸炭斗13下部由卸料阀14与外部输料绞龙装置15连接。炭化产物经外部输料绞龙装置15输送到生物质炭进料口20以完成生物质炭的二级气化。气化产物经气化产物出口16、炉外产气排出管道、换向阀，并经引风机引出，产气的显热被回收，其热量用于将进水管道9中的水加热成高温的水蒸气作为气化剂，并提供炭气化所需的部分热量。气化后的灰渣由底部的排灰口25排出。

矩形生物质炭化反应室7上设有炭化产气出口8，与燃烧室23相通，使挥发份和焦油在高温燃烧室23中进行裂解，裂解产物连同炭化产气可作为部分燃料实现对资源的有效利用。

矩形生物质炭的气化反应室19两侧各设有燃烧室23，每侧燃烧室下面设有一对余热回收蓄热体24，并与炉外管道、换向阀连接。通过换向阀的周期动作将蓄热室交替置为燃烧或余热回收状态，用于烟气余热回收及预热空气、煤气。蓄热室上部为燃烧室23，空气及煤气经余热回收蓄热体24后被预热到400°C左右，然后进入燃烧室23中燃烧，废气经同侧相邻并处于排烟状态的余热回收蓄热体24排出炉外，烟气余热被余热回收蓄热体24回收。燃烧室23中产生的热量通过耐火材料加热生物质炭的气化反应室19完成高转化率的气化反应。

矩形生物质炭化反应室7和生物质炭的气化反应室19两侧设置三个蓄热式显热回收室5，显热回收室5与矩形炭化室和气化室用耐火材料隔开。显热回收室5中填充陶瓷球蓄热体，蓄热体下部各有一个进水管道9和气化产物出口16，并分别与炉外的换向阀连接。当一侧的显热回收室5处于蒸汽加热状态时，此侧的气化产物出口16处于关闭状态，进水管道9处于打开状态。水经过进水管道9进入显热回收室5中被气化为水蒸气向上流动，经炭化产气出口8和生物质气出口18分别进入生物质炭化反应室7和生物质炭的气化反应室19中作为炭化剂和气化剂。通过换向阀使两个显热回收室5轮番做产气排出和蒸汽加热状态，每1分钟转换一次。三个显热回收室5除回收显热、将水加热成高温水蒸气外，还具有除尘以及清除炭化焦油的功能，其下部采用水封方式，以防止气体泄漏。陶瓷球蓄热体可从下部排出，经清洗后重复使用。本设备充分利用了反应过程中的产热和余热，并且产物纯净无污染。

Claims (4)

1.一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，主要有炭化室和炭气化室两部分组成，包括转动齿轮(1)，生物质致密成型颗粒入口(2)，炉内耐火内衬(3)，布料辊(4)，显热回收室(5)，炉体(6)，生物质炭化反应室(7)，炭化产气出口(8)，进水管道(9)，刮炭刀(10)，支撑轴套(11)，除尘炉座(12)，锥形卸炭斗(13)，卸料阀(14)，外部输料绞龙装置(15)，气化产物出口(16)，空气煤气管道(17)，生物质气出口(18)，生物质炭的气化反应室(19)，生物质炭进料口(20)，密封装置(21)，转动轴(22)，燃烧室(23)，余热回收蓄热体(24)，排灰口(25)；其特征在于矩形炭化室和炭气化室四周设置两组蓄热回收系统，两者之间用耐火材料隔开，一组蓄热室热回收系统用于生物质成型颗粒炭化产气和炭气化气体的显热回收，并将水加热至高温水蒸气作为炭化和气化的唯一气化剂，另一组用于燃烧室的烟气余热回收。

2.根据权利要求1所述的一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，特征在于炭化室中间设有转动套管，在转动套管的上部设有转动齿轮(1)，在转动套管的下部设有布料辊(4)，转动套管内部设有转动轴，由下部的支撑轴套(11)支撑，转动轴下部连接有刮炭刀(10)，刮炭刀下部设有托料板，炉下设有锥形卸炭斗(13)，锥形卸炭斗(13)下部由卸料阀(14)与外部输料绞龙装置(15)连接，炭化产物经外部输料绞龙装置(15)输送到生物质炭进料口(20)以完成生物质炭的二级气化。

3.根据权利要求1所述的一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，特征在于集生物质炭化反应室(7)与生物质炭的气化反应室(19)于一体，炭化和炭气化工序连贯紧凑完成，两侧设置三个蓄热式显热回收室(5)，实现显热和余热的多级利用。

4.根据权利要求1所述的一种生物质致密成型颗粒高效炭气化综合热解设备，特征在于矩形生物质炭化反应室(7)上设有炭化产气出口(8)，与燃烧室(23)想通，以实现对炭化产气的有效利用和挥发份、焦油的裂解。

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