CN1032812A - 气体发生器装置 - Google Patents

Abstract

一种将固体有机燃料转化为可燃性气体的气体 发生器，它包括一圆筒形本体。在本体的顶部有一燃 料送料漏斗，在其下方且位于本体内部有一倒置的截 头圆锥体。在圆锥体咽喉的下方有一支撑燃料的炉 栅，在其下方有一组折流板。依靠一与气体发生器出 口相连的风机，经过本体的上部分吸进燃料空气。向 下抽吸的气流减少了烟雾和污染物，而依靠气体流速 的提高，折流板使装置实现自清理。炉膛和炉栅结构 也消除了燃料的挂料现象。

Description

本发明总的涉及一种将有机材料转变成可燃气的装置，更特别是涉及一种小规格气体发生器的特殊结构，该发生器成功的消除了已有技术设备所固有的许多问题。

这里所使用的气化，指的是利用热量从固体有机材料中制取可燃气，即高温分解。这里涉及到的通常类型的气化器已有了200多年了。在工业革命期间，大量的煤在用于冶炼工作之前就被炼成焦炭。在炼焦过程中排出的气体是可燃的，早在十八世纪中就被用于气体照明。接着，气体发生器被用于内燃机上。在第一次世界大战期间，由于禁止油进口，德国军队就将螺栓固定的气体发生器用作汽车的燃料源。

对于气化来说，燃烧可定义为氧与有机燃料之间的化学反应，即在这种燃料中元素碳存在于它的化学结构中。在燃烧期间，氧与燃料化学合成为新的化合物，而且可发现：反应速度取决于燃料本身的化学结构以外的其他许多因素。例如，进入燃料的氧量对于燃烧速度有很大的作用，正如加给燃料的热量以释放出进行燃烧所必需的气体的作用一样。另一个因素是燃料的物理特性，即燃料的形状和与氧接触的全表面积。

有效的气化也取决于这样一种方式，即尚未燃烧的材料吸收了在燃料燃烧中释放出的热量。由于热量上升，未燃烧的燃料就会处在大于燃烧正在进行的温度上。

改变或影响燃烧性质的另一个变量在于将氧化剂加给燃料的方式。氧化剂，通常为空气，能从三个主要方向即从下、从上或从侧面被加到燃烧区。每个方向各具有特殊的优点和缺点。自然的空气流来自下方。这是因为由火焰造成的气和烟的温度要比四周大气的温度高，所以，也就更轻些。这样就使这些气和烟经过燃烧区上升，又使更多的空气从底部进入以对燃烧区进行补充。这种自然对流空气源的优点是自给而不需要使空气运动的外界动力如风机。自然气流的缺点是会引起污染问题的烟和排出的气体将煤溚和其它未燃烧的副产品带走。这些煤溚和副产品还会凝结在气体发生器装置的壁上，从而要求定期扫清以保持洁净。另外，经过燃料物质向上通过的煤溚物质会在燃料上凝聚成一粘性余渣，影响了燃料的流动性。

在一旨在缓和或减除煤溚形成问题的设想中，设计出许多从侧面输送燃烧空气的已有技术气体发生器。在单侧送气系统中，燃烧区呈现一扩大的卵形外形。这证明是有很大的副作用，其中所用的贮存容器的横截面形状常常是圆形的。实际上，这意味着：一些未燃烧的原料简单地通过燃烧区的侧面落入灰槽中。后来，有人作了改进，从几个分散的方向引入燃烧空气以形成一重叠卵形的燃烧区。例如，如将若干个空气进口设在燃烧区的周边上且相互间隔60°，每个空气进口只进入单进口进空气量的16.6%，这样就根本上产生了减少了的几乎没有重叠的卵形，其最终结果使燃烧性能变坏。

一侧供气的设计是使燃烧气经过未燃烧的原料而排出，这样就排出由于部分高温分解形成的煤溚，已测定出，煤溚产生在700℃以上中断。在700℃温度以上产生的任何煤溚很快就分解为较简单的化学组分。这样，在原料中在低于700℃界限温度下产生的煤溚，通过在700℃以上高温下加热煤溚这一简单方法，而随意得到分解。也许，实现这一目的的最简单的方法是从顶部将燃烧空气引入到火焰或气体发生器中。燃烧空气夹带着任何煤溚制品和伴随的蒸汽直接进入到气体发生器的热燃烧区中。燃烧气是经燃烧区并且从火焰的底部排出。

另一个在已有技术的气体发生器设计中尚存在的问题是“挂料”，即输入的原料在燃烧区中聚集而不随着燃烧的发生而自然流动。应付燃料挂料问题的实践提供了多种机械搅拌器以搅拌有机材料原料和拆散挂住的燃料，这样就使燃料能连续不断地流入到燃烧区中。这种机械装置需要看管，又要有频繁的维修和更换。

一种成功的气体发生器系统要具有下列特性：

1.无挂料;

2.最少的维护;

3.用于清理和/或除灰用的停机时间最短;?

4.有用的发生的气体，即无煤溚，无凝结物，无粒状物，无讨厌的排出物。

本发明的系统具有所有上述的性能，它能处理较大范围的各种类型和规格的原料，且不要求操作者在场。该系统能长期运行而不必定期停机。它不产生煤溚、凝结物、碳氢化合物或讨厌排出物且满足所有EPA标准。本发明无挂料或送料问题大大减少了清理和灰尘处理工作。气体发生器本身是全部自身清理的，所有形成的灰沉积到一容器中而不必依靠螺旋钻或任一种机械装置。本发明的系统不要求任何下流式气清理装置，在该种装置中发生的气体边产生边被使用。

实现本发明的上述特征和优点的方法是：提供一个具有由不锈钢外壳组成的底部和侧壁的圆筒形缸，其中侧壁、一不锈钢内套和置于上述两同心套之间的适宜的高温绝缘材料。在气体发生器的内表面的底部和圆筒侧壁上也可衬上耐火砖。从圆缸体的顶部凸出一截头圆锥体状的送料漏斗组件，它也是由用一种耐高温材料隔开的不锈钢外壁和不锈钢内壁做成的。截头圆锥体的顶部是开口的，有机燃料就由此口加入。

放置在圆筒缸体内部并倒置于顶部送料漏斗锥体的下方的是一与送料漏斗螺栓连接的炉膛圆锥体组件。围绕送料漏斗底部的四周有一空气进口管道，它与许多间隔分布的经向通孔相通，这些孔位于圆锥体形送料漏斗的底部上，输入空气随同原料一起经过倒置的圆锥体送入到燃烧区中。此期间，炉膛圆锥体产生一空气的节流作用，空气流速得以提高以有助于燃烧。

在倒置的截头炉膛圆锥体构件的咽喉的下方一预定距离处，置有一炉栅组件，该炉栅组件是由许多同心环排列成一金字塔状结构，这些环焊于四根主撑杆和四根中间撑杆上以使炉栅组成从侧面看上去象圆锥外形。该炉栅支撑住燃料并能使燃料在一受控的供氧环境中以均匀分布方式燃烧。

直接在圆锥体状炉栅的下方的是一圆锥体状的折流板，它使燃烧着的燃料颗粒经过炉栅掉落并且朝着气体发生器的壁流动，再落到一清灰室中，该清灰室位于气体发生器本体的底部。在圆锥状折流板的下方是一组三个以上的垂直设置的折流板，每个折流板包括一与内圆筒同心的外圆筒并有一系列螺旋状叶片，它们从内圆筒的外圆周面伸展到外圆筒的内圆周面上。

在气体发生器本体或缸体的附近有一气体出口接头，其与一翼式轴流风扇或风机相连。当风机一运转，经过在燃烧漏斗四周的空气管道将外界的空气吸进，再经过漏斗中的燃料以提高的速度流经由圆锥体炉栅支撑的燃料。经过折流板的下一个空气通路，将粒状物质（灰）送到一位置上，在该位置上灰落到一灰槽中，与此同时，附加的折流板产生了端流，该端流将存在于气体流中的剩余的灰粒减小为微米大小以使悬浮于出口气中，使在使用发生的气体的终端使用设备中充分燃烧。折流板的另一功能是提高气体停留在气体发生器的高温区中的停顿时间。这一提高了的停留时间提供了使存在于燃料中的如二氧己环的有毒化合物得以分解的充分时间。

由于提供一空气输入控制，在缺氧环境中发生的高温分解保证了在气体发生器本身内部不产生火焰。燃料漏斗、炉栅及炉栅相对于燃料漏斗中开口的相对定位的设计，均确保了不会发生燃料的挂料。此外，由于空气是从顶部到底部，煤溚、甲氧甲酚和其他从燃料中沸腾出的有机物残渣不会向上通过输入的燃料以形成一前面提到的、作为某种已有技术设计的缺点的粘性物质。

本发明的主要目的是提供一种从有机物质中产生一可燃性燃料用的新的改造了的气体发生器。

本发明的另一目的是提供一种能消除在已有技术中出现的问题的气体发生器装置。

本发明的另一目的是提供一种维护要求低且不需要操作者始终在场的气体发生器。

本发明的还有另一目的，即提供一种高效率运行、能满足有关空气污染的现行的EPA标准的气体发生器装置。

本发明又一个目的是提供一种能消除燃料挂料问题的连续送料的气体发生器。

本发明还有一个目的，即提供一种小规格、低成本气体发生器，该气体发生器可制造出直接在许多用途上适用的干净而可燃性气体，但又不需要进一步的清理工序。

根据下面对一最佳实施例的详细说明并参阅附图，熟悉本技术领域的技术人员将会清楚理解本发明的这些与其他目的和它的优点，在几个附图中所用的相同的序号表示相应的另部件。

图1是本发明的气体发生器装置的侧视图;

图2是图1所示的装置的横剖面图;

图3是用于最佳实施例中的炉栅组件的顶视图;

图4是图3所示的炉栅的侧视局部横剖面图。

先看图1。该图表示了实施本发明原理的气体发生器的一侧视图。气体发生器组件总的用10表示，其包括一作为本体构件的圆筒状缸12，其固定在横梁16支撑的底座14上。横梁16可为用于可移动安装的拖车架的一部分，或是固定的。在横梁16上还固定一电机驱动的翼式轴流风机18，它的入口靠合适的导管件20和气体发生器的出口24上的法兰22相连。风机18的出口26靠合适的导管件28与如一锅炉或一内燃机（未画出）的气体使用装置相连。与气体排放口导管件28相连的还有一与其装成一排的自控阀32的通风竖管30。正如下面要指出的，控制阀32是一允许气体发生器12产生的挥发气体排到大气中而不是释放到例如会引起过热状况的使用装置中的安全装置。

与圆筒本体12的上端部用螺栓连接的是一呈截头圆锥体状的燃料进口漏斗34。利用一在图1中用序号36只表示出一部分的进给推进加料器，可将诸如木片、锯木块、块状动物废料等的燃料加到气体发生器组件10中。经过进口竖管38和截头圆锥体形的燃料进给漏斗34的开口的顶部使送入的燃料掉落进去。与本体件12的上端部和漏斗34的周围相连的是一环状燃烧空气管道40。

下面看图2所示的横剖面图。可看出，本体件12包括一内圆筒44，在它的外面包有一陶瓷套筒46，在它的内表面上砌有耐火砖或一陶瓷绝缘层。这些材料的组合足以使本体12绝缘，使本体的外表面接触到时较安全，并使燃烧中产生的热量保持在气体发生器中以提高换能效率。通常，耐火层48和陶瓷层46的厚度可各为3英寸。

在一类似的型式中，底座14包括第一和第二圆钢板50和52，中间夹有高温陶瓷54，上方的不锈钢板52还支撑了一耐火砖衬56。这样，本体件和底座的构造使能基本上防止热量由此而跑失。

进给漏斗34上，围绕着漏斗底部径向360°、并在空气进口管道40范围内有许多空气进口。总起来说，这些径向的空气进口58的面积等于或大于气体出口24和空气入口42的面积。进给漏斗34最好是用如不锈钢的合适材料做成，并在它上面涂上一陶瓷层60以限制热量从此跑失。

截头圆锥体状进给漏斗34有一围绕着它的底座的环形法兰62，该法兰与一围绕着一倒置的截头圆锥体件66的上圆周形成的相应的环形法兰64相连结，其中截头圆锥体件66是向下凸进本体件12的内部。圆锥体66收口至一炉膛咽喉68，其位于一主炉栅70上方一个预定距离的地方。如在图3和4中可清楚看出的，该炉栅包括一系列同心环72、74等等，这些环支撑在四根以90°间隔分散设置的径向伸展的支撑杆76上。在主撑杆之间的中间处置有中间支撑77，和主撑杆一样，是焊接到环72、74等等上的。由于要接触到高温，方便的办法可用304型不锈钢制造炉栅和支撑杆，但并不限于这种材料。如也能从图4中看到的，支撑杆76和77是向外和向下倾斜，这样，使间隔分布的同心环72、74等形成一金字塔外形。按照这种方式组成的同心环使超过预定尺寸的未燃烧的原料不至从它们处落下。进一步考虚的是：制作炉栅时，可用支撑好的螺旋状的钛线材料代替不锈钢环。

圆锥体状的炉栅70最合适地装在本体件12内，以便于垂直方向定位，由此，炉栅和炉膛圆锥体66的咽喉68之间的距离就可调节以容纳不同的燃料。为此，可用如75（图4）所示的螺纹杆从围绕进给漏斗的下底的法兰处将炉栅悬吊起来。

在炉栅70的下方是包括一主折流板78的许多个折流板件。这种折流板有一相对于水平面倾斜约25°的不锈钢表面79，它能使通过炉栅落下的燃料颗粒转向它的圆周边。折流板78是用销子（未表示出）从本体的侧壁处将其悬吊起来的，并使折流板的圆周边与本体的内径之间留出一空隙，以便使燃料颗粒及灰从此落下。在圆锥体状折流板78的下面是一组三片附加折流板80、82和84，每片附加折流板包括一基板、一与内圆筒88同心的外圆筒86和一组从内圆筒88的外圆周面伸展到外圆筒86的内圆周面的螺旋形缝隙，以便形成一通过燃烧气的扩大的环形通道。更具体地，折流板80有许多自己的叶片，叶片的形状能使产生的气体从折流板78的外缘流向折流板80的基板上的中心孔。这个作用是使气流形成旋转运动以提高其流速。折流板82设有中心孔，其收集从折流板80的中心出来的气体。它的叶片将气体引向它的外圆周面。如此，使气体的速度又降低。折流板84的结构与折流板80相同，并再将气体引向它的底板上的中心孔以再次提高气体流速。位于最下方折流板84的下面的是和气体出口24相连的气体出口管道90。

通过折流板80的底部钻有一泄放孔，拧在该孔中的是一排放组件92，其包括-45°弯头94和一穿透本体12的壁的延伸管。经过这个组件92，可将诸如玻璃、非黑色金属等的含在燃烧物质中的这些物质，经气体发生器熔化和分离后排出去。

在阐述了按照本发明的气体发生器的总的结构之后，现在该考虑其操作。

气化的有机燃料被连续送到漏斗34中，再落进炉膛圆锥体66中，在此与经过空气入口42并经过在送料漏斗34的底部上穿透的许多径向孔58被风机18抽吸进的燃烧空气混合。然后炉膛圆锥体66将燃烧产品送入到炉膛咽喉68处。最初的燃烧是利用在尚未燃烧的原料中发生的高温分解过程中产生的燃烧热在炉膛圆锥体66的内部开始的。这个高温分解的产品包括二氧化碳，一氧化碳、氢、甲烷（CH₄）、煤溚和水蒸汽。

在咽喉68处，将燃烧着的固体有机燃料导入炉栅70中。与此同时，咽喉部的圆锥状收缩口因其截面减小而提高了气体流速，这样就在咽喉内及咽喉下部形成一高温区。经合理的设计使炉膛圆锥体66对水平面的锥度约50°，以及对限定咽喉68的开口直径和咽喉部68离炉栅70的高度的合理设计，使燃烧着的燃料能均匀分布在炉栅70的表面上。热煤被托在炉栅70上并有所停留，以确保原料的充分燃烧，并进一步将不燃性的二氧化碳转化为可燃性一氧化碳。经过炉栅各环之间的空隙，可使细颗粒燃料到达主折流板78上，在此当存在有燃烧的炭煤的情况下可进一步将不燃性二氧化碳转换为可燃性一氧化碳，这种转换过程的发生与二氧化碳接触煤的时间成正比。折流板78还加长了排气流出的路程长度，这样就提高了这些气体在气体发生器中的停留时间以增强了转换过程。此外，利用折流板的节流作用提高了气体的流速，有助于气流携带出细渣和飞灰。附加的折流板80，82和84也可用来提高细固体燃料粒子在气体发生器内的停留时间，折流板上具有的螺旋叶片使气流产生的旋涡作用也有助于使折流板和被气流冲撞的其它表面保持于洁净状态。还可发现，涡流可将飞灰减小到微米大小，以便于被气流携带走，而不必使用在已有技术系统中必须采用从可用燃料中分离走大粒子灰所需的昂贵的设备。

送料圆锥体66的倒置圆锥形，以及当翼片轴流风扇18接到气体发生器装置的底部上的气体出口时由在气体12的顶部的附近送入的燃烧空气产生的向下抽拉力，这些能使基本消除煤溚的出现。另外，能消除原料挂料的趋势而不需要复杂的振荡器和机械搅拌器以向燃烧区提供连续的燃料。

由于本发明的气体发生器固有的倒转向下抽吸的结构性能，所有碳氢化合物被向下带经高温炉栅区，因而被有效地“裂解”为碳和多种气体。

为了遵守专利法则，为了给熟悉本领域的技术人员提供适合于新颖性原则及制造和使用这些所要求的具体组件所需的资料，在此对本发明作了相当详尽的描述。但是，可用具体不同的设备和装置实施本发明，在不超出本发明本身的范围的前提下，可作各种变动，甚至于设备细节和操作程序均可作改动。

Claims (14)

1、一种从固体有机材料制造可燃性气体用的气体发生器装置，它包括：

(a)-底座件；

(b)-竖立固定在所述底座上且有一开口顶部的通常为筒形的本体件；

(c)-具有固定于所述开口顶部上的向下和向外倾斜的侧边、用于杖荼黄挠谢牧系乃土下┒罚?

(d)-倒置的截头圆锥体，它设置于所述本体件内并直接位于所述送料漏斗的下方，用于将放入所述送料漏斗中的所述有机材料送到咽喉部；

(e)用于经过所述送料漏斗和所述倒置的截头圆锥体将燃烧空气均匀送入到燃烧区的装置；

(f)置于所述咽喉部位的下方，并用于将所述有机材料支撑在所述燃烧区中的炉栅装置；

(g)置于在所述本体件内所述炉栅装置的下方的折流板装置，用于提高燃烧气在所述本体件的高温区中的停留时间和因此提高了经过所述装置放出的气体的流速；

(h)-挨近所述底座的气体出口；

(i)连接到所述气体出口上的风机装置，用于经过所述导送燃烧空气用的装置和所述放置于所述支持其燃烧用的炉栅装置上的可燃性材料而将空气抽吸。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于折流板装置在气体流中形成足够大的涡流以阻止灰堆积在所述气体发生器本体件的表面上。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述本体件包括一具有一外套、一内套和一置于上述两者之间的高温绝缘材料的圆筒缸，所述内套衬有耐火砖。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述送料漏斗是截头圆锥体形，它具有开口的上、下底。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于它还包括一围绕所述截头圆锥体状送料漏斗的底边的环形管道，所述环形管道有一大气空气进口;所述管道有效地与所述均匀导入燃烧空气用的装置相连。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述炉栅装置的成型使在它和所述送料漏斗的共同作用下，能防止所述有机材料在所述炉栅装置上挂住。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述炉栅包括一用几根径向伸开的支撑杆连接在一起的、呈金字塔形布置的同心而相互间隔开的环组。

8、如权利要求1所述的装置，其特征在于所述折流板装置包括许多环状折流板件，这些板件在所述本体件内垂直互相隔开，并位于起搅动作用的所述炉栅装置的下方。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于所述折流板中的最上方一块是圆锥形状的，且在它的内部有许多叶片，用于将燃烧着的有机材料颗粒引向所述本体件的侧壁。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于至少一附加折流板包括：一外环件，一与前者同心设置的内环件和许多将所述外环件和内环件连接起来的螺旋叶片段，所述外环件和内环件固定在一底板上。

11、如权利要求1所述的气体发生器装置，其特征在于所述有机材料在加入到所述送料漏斗中之前要压制成块状。

12、如权利要求1所述的气体发生器装置，其特征在于所述截头圆锥体的外形做得使能提高吹到炉栅上的气体的流速，以促进放在所述炉栅上的有机材料的燃烧。

13、如权利要求5所述的气体发生器装置，其特征在于所述环状管道包括用于测量导入所述本体件中的空气量的装置。

14、如权利要求1所述的气体发生器装置，其特征在于还包括用于调节所述咽喉部与所述炉栅装置之间的垂直距离的装置。

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