CN103980945B - 外置燃烧器生物质气化炉及生物质气化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物质能源制取领域，尤其是一种外置燃烧器生物质气化炉及生物质气化方法。气化炉包括热解气化装置和高温除尘器，热解气化装置包括呈圆筒状的壳体，壳体的下段为燃烧室，燃烧室的底部设置有蜗壳，蜗壳切口处对应安装有燃烧器。利用外置燃烧器向气化炉内提供生物质热解气化所需的热量，通过控制燃烧器的负荷实现较为准确的控制气化炉内热解气化温度，并通过把燃烧器的空气系数控制在0.7～1之间，减少气化炉内过剩空气量，使可燃气体中的氮气含量减少，提高了可燃气体的热值，提高燃气产量、稳定控制生产工艺条件、提高热利用效率，减少排渣含炭量，低成本制取较高热值生物质可燃气。

Description

外置燃烧器生物质气化炉及生物质气化方法

技术领域

本发明涉及生物质能源制取领域，尤其是一种外置燃烧器生物质气化炉及生物质气化方法。

背景技术

生物质包括自然界的植物、粪便以及城乡有机废物，是一种非化石可再生能源。与生物质直接燃烧的能源利用方式相比，把生物质热解气化后进行利用具有扩展用途、减少污染、清洁高效的优点。但是我国生物质热解气化技术相对落后，目前生物质热解气化处理设备主要采用固定床气化炉和常压流化床气化炉，其中固定床气化炉由于生产过程中会产生大量酚水，焦油含量高，次生污染较严重，单炉产气量小，产出的可燃气热值低，已被限制使用；常压流化床气化炉的炉内温度波动范围大，生产工艺控制困难，运行可靠性差，热损耗大，排渣含炭量高，制取的可燃气体中含氮气量多，热值低，燃气含尘浓度高净化困难等不足，因此至今未能得到广泛使用。生物质热解气化技术的落后，阻碍了我国生物质能源的清洁高效利用。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种外置燃烧器生物质气化炉及生物质气化方法，该装置是利用外置燃烧器向气化炉内提供生物质热解气化所需的热量，通过控制燃烧器的负荷实现较为准确的控制气化炉内热解气化温度，并通过把燃烧器的空气系数控制在0.7～1之间，减少气化炉内过剩空气量，从而使可燃气体中的氮气含量减少，提高了可燃气体的热值，为提高燃气产量、稳定控制生产工艺条件、提高热利用效率，减少排渣含炭量，低成本制取较高热值生物质可燃气提供了技术条件。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种外置燃烧器生物质气化炉，包括热解气化装置和高温除尘器，热解气化装置包括呈圆筒状的壳体，壳体的上段为气化室，其中，所述壳体的下段为燃烧室，气化室和燃烧室之间通过喉部连接，喉部处设有环形气化剂管，在环形气化剂管上安装有气化剂喷嘴，气化剂喷嘴伸至壳体内部并沿环形气化剂管的内圆切线方向安装，燃烧室的底部设置有蜗壳，蜗壳切口处对应安装有燃烧器，壳体的外侧设有生物质原料进料斗，生物质原料进料斗通过进料管与燃烧室连接，进料管上设有播料风管Ⅰ，燃烧室的侧壁设有灰渣进料口；

燃烧室的下部连接有集灰室，气化剂均气室位于集灰室的下方，集灰室和气化剂均气室之间通过斜板隔开，斜板上均布有气化剂进气孔；

高温除尘器包括外壳体和与外壳体下部固定连接的锥形斗，锥形斗依次通过控制阀和下料管与燃烧器连接。

本发明中，气化室的顶部设有混合气体出口，气化室通过混合气体出口和混合气体管道与高温除尘器连接。

所述壳体的顶部设有封头，封头上设有混合气体出口。

所述气化剂喷嘴与壳体中心线之间呈15～25°的夹角。

所述斜板上的气化剂进气孔大小为2～4mm，斜板上的开孔率为4～8％。所述斜板最下端对应的集灰室侧壁设有出渣口，多余的灰渣经出渣口排出；所述气化剂均气室与进气管连接，气化剂由进气管供入气化剂均气室均压，通过斜板上的气化剂进气孔进入集灰室。

所述锥形斗的下部通过出料管与控制阀入口连接，控制阀出口处连接有下料管，下料管的另一端通过灰渣进料口与燃烧器连接，同时下料管上设有用于喷入气化剂的播料风管Ⅲ，控制阀上设有至少一个播料风管Ⅱ。

所述燃烧器的空气系数为0.7～1。

本发明还包括一种生物质气化方法，该方法包括以下步骤：

(1)生物质原料粉碎成＜12mm颗粒输入进料斗，生物质原料沿进料管并在播料风管Ⅰ供入的播料风作用下，进入燃烧室；

(2)燃烧器沿蜗壳喷入1050℃～1350℃火焰，火焰在蜗壳的弧线导流作用下在燃烧器内形成高速旋流，将生物质原料迅速加热并吹起，气化剂由进气管供入气化剂均气室均压，通过斜板上的气化剂进气孔进入集灰室，并透过灰渣层进入燃烧室，在气化剂气流和火焰高速旋流的共同作用下，生物质颗粒随气流以4～5m/s的速度上升，并在喉部被气化剂喷嘴再次增压加速，生物质颗粒在高速旋流中与高温气体充分接触并热解气化，气流与灰渣上升至气化室的顶部，并进入高温除尘器；

(3)混合气体高速进入高温除尘器后，在离心力作用下使粉尘脱除，净化后的可燃气体从可燃气出口排出，被分离的灰渣进入壳体中，部分灰渣参与再次循环，多余的灰渣经出渣口排出。

本发明的有益效果是：与现有的固定床气化炉和常压流化床气化炉相比，该外置燃烧器生物质气化炉是利用外置燃烧器向气化炉内提供生物质热解气化所需的热量，通过控制燃烧器的负荷实现较为准确的控制气化炉内热解气化温度，并通过把燃烧器的空气系数控制在 0.7～1之间，减少气化炉内过剩空气量，从而使可燃气体中的氮气含量减少，提高了可燃气体的热值，为提高燃气产量、稳定控制生产工艺条件、提高热利用效率，减少排渣含炭量，低成本制取较高热值生物质可燃气提供了技术条件。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2(a)为实施例1中设有两个燃烧器时的A-A向视图；

图2(b)为实施例2中设有四个燃烧器时的A-A向视图；

图3为图1的B-B向视图。

其中：1壳体；2耐火材料层；3封头；4气化室；5喉部；6环形气化剂管；7气化剂喷嘴；8燃烧室；9蜗壳；10燃烧器；11原料进料斗；12进料管；13播料风管Ⅰ；14灰渣进料口；15混合气体出口；16混合气体管道；17高温除尘器；18外壳体；19锥形斗；20耐火材料层；21出料管；22控料阀；23播料风管Ⅱ；24下料管；25播料风管Ⅲ；26集灰室；27斜板；28出渣口；29均气室；30气化剂进气管；31可燃气体出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示，该外置燃烧器生物质气化炉包括热解气化装置和高温除尘器17。其中，所述的热解气化装置包括呈圆筒状的壳体1，壳体1由钢板制成，壳体1的内表面设有耐火材料层2，壳体1的顶部焊有半圆形封头3。壳体1的上段为气化室4，壳体1的下段为燃烧室8，气化室4和燃烧室8之间通过喉部5连接。喉部5处设有环形气化剂管6，在环形气化剂管6上安装有至少两个气化剂喷嘴7，气化剂喷嘴7伸至壳体1内部并沿环形气化剂管6的内圆切线方向安装，同时气化剂喷嘴7与壳体1中心线之间呈15～25°的夹角。如图3所示，在环形气化剂管6内侧安装有四个气化剂喷嘴7。燃烧室8的底部设置有蜗壳9，蜗壳切口处安装有燃烧器10，燃烧器10的空气系数为0.7～1。如图2(a)所示，在壳体1上可设置两个蜗壳切口，切口处对应的安装燃烧器10，所述燃烧器10可以采用外购的产成品，燃料可以采用油、可燃气或煤粉。壳体1的外侧设有生物质原料进料斗11，生物质原料进料斗11通过进料管12与燃烧室8连接，同时进料管12上设有播料风管Ⅰ13。燃烧室8的侧壁设有灰渣进料口14。燃烧室8的下部连接有集灰室26和气化剂均气室29，气化剂均气室29位于集灰室26的下方，集灰室26和气化剂均气室29之间通过斜板27隔开，斜板27上均布有大小为2～4mm的气化剂进气孔，斜板上的开孔率为4～8％。所述斜板最下端对应的集灰室26 侧壁设有出渣口28，气化剂均气室29与进气管30连接。生物质原料粉碎成＜12mm颗粒后输入进料斗11，生物质原料沿进料管12并在播料风管Ⅰ13供入的播料风作用下，进入燃烧室8。

气化室4的顶部设有混合气体出口15。混合气体管道16的一端与混合气体出口15连接，另一端与高温除尘器17连接，即气化室4通过混合气体出口15和混合气体管道16与高温除尘器17连接。所述高温除尘器17包括外壳体18和与外壳体18下部固定连接的锥形斗19，外壳体18由钢板制成，外壳体18和锥形斗19的内表面设有耐火材料层20。锥形斗19的下部通过出料管21与控制阀22入口连接，控制阀22出口处连接有下料管24，下料管24的另一端通过灰渣进料口14与燃烧器8连接，同时下料管24上设有播料风管Ⅲ25，通过播料风管Ⅲ25向下料管24内喷入气化剂。控制阀22上设有至少一个播料风管Ⅱ23。被播料风管Ⅲ25喷入的气化剂吹入下料管24，再被播料风管Ⅲ25喷入的气化剂加压，经灰渣进料口14进入壳体1中，部分灰渣参与再次的循环，多余的灰渣经出渣口28排出。

本发明还包括生物质气化方法，该方法包括以下步骤：生物质原料粉碎成＜12mm颗粒后输入进料斗11，生物质原料沿进料管12并在播料风管Ⅰ13供入的播料风作用下，进入燃烧室8。燃烧器10沿蜗壳9喷入1050℃～1350℃火焰，火焰在蜗壳9的弧线导流作用下在燃烧器10内形成高速旋流，将生物质原料迅速加热并吹起，气化剂由进气管30供入气化剂均气室29均压，通过斜板27上的气化剂进气孔进入集灰室26，并透过灰渣层进入燃烧室8，在气化剂气流和火焰高速旋流的共同作用下，生物质颗粒随气流以4～5m/s的速度上升，并在喉部5被气化剂喷嘴7再次增压加速，生物质颗粒在高速旋流中与高温气体充分接触并热解气化，气流与灰渣上升至气化室4的顶部，分别经混合气体出口15和混合气体管道16，进入高温除尘器17，混合气体高速进入高温除尘器17后，沿外壳体18的内侧形成高速旋流，在离心力作用下使粉尘脱除，净化后的可燃气体从可燃气出口31排出，被分离的灰渣进入锥形斗19，在重力作用下依次落入出料管21和控制阀22。在控制阀22中，被播料风管Ⅱ23喷入的气化剂吹入下料管24，再被播料风管Ⅲ25喷入的气化剂加压，经灰渣进料口14进入壳体1中，部分灰渣参与再次的循环，多余的灰渣经出渣口28排出。

本发明中，所述的气化剂采用蒸汽。

实施例2

与实施例1不同的是：如图2(b)所示，在壳体1上可设置四个蜗壳9，对应的设有四个燃烧器10。实际生产中，燃烧器10的数量根据产气量的需要来确定，可以根据实际需要设置至少一个蜗壳9和燃烧器10。 其它同实施例1。

Claims (9)

1.一种外置燃烧器生物质气化炉，包括热解气化装置和高温除尘器(17)，热解气化装置包括呈圆筒状的壳体(1)，壳体(1)的上段为气化室(4)，其特征在于：所述壳体(1)的下段为燃烧室(8)，气化室(4)和燃烧室(8)之间通过喉部(5)连接，喉部(5)处设有环形气化剂管(6)，在环形气化剂管(6)上安装有气化剂喷嘴(7)，气化剂喷嘴(7)伸至壳体(1)内部并沿环形气化剂管(6)的内圆切线方向安装，燃烧室(8)的底部设置有蜗壳(9)，蜗壳切口处对应安装有燃烧器(10)，壳体(1)的外侧设有生物质原料进料斗(11)，生物质原料进料斗(11)通过进料管(12)与燃烧室(8)连接，进料管(12)上设有播料风管Ⅰ(13)，燃烧室(8)的侧壁设有灰渣进料口(14)；

燃烧室(8)的下部连接有集灰室(26)，气化剂均气室(29)位于集灰室(26)的下方，集灰室(26)和气化剂均气室(29)之间通过斜板(27)隔开，斜板(27)上均布有气化剂进气孔；

高温除尘器(17)包括外壳体(18)和与外壳体(18)下部固定连接的锥形斗(19)，锥形斗(19)依次通过控制阀(22)和下料管(24)与燃烧器(8)连接。

2.根据权利要求1所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：气化室(4)的顶部设有混合气体出口(15)，气化室(4)通过混合气体出口(15)和混合气体管道(16)与高温除尘器(17)连接。

3.根据权利要求2所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述壳体(1)的顶部设有封头(3)，封头(3)上设有混合气体出口(15)。

4.根据权利要求1所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述气化剂喷嘴(7)与壳体(1)中心线之间呈15～25°的夹角。

5.根据权利要求1所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述斜板(27)上的气化剂进气孔尺寸为2～4mm，斜板上的开孔率为4～8％。

6.根据权利要求5所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述斜板最下端对应的集灰室(26)侧壁设有出渣口(28)，所述气化剂均气室(29)与进气管(30)连接。

7.根据权利要求1所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述锥形斗(19)的下部通过出料管(21)与控制阀(22)入口连接，控制阀(22)出口处连接有下料管(24)，下料管(24)的另一端通过灰渣进料口(14)与燃烧器(8)连接，同时下料管(24)上设有用于喷入气化剂的播料风管Ⅲ(25)，控制阀(22)上设有至少一个播料风管Ⅱ(23)。

8.根据权利要求1所述的外置燃烧器生物质气化炉，其特征在于：所述燃烧器(10)的空气系数为0.7～1。

9.一种权利要求1所述外置燃烧器生物质气化炉的生物质气化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)生物质原料颗粒输入进料斗(11)，生物质原料沿进料管(12)并在播料风管Ⅰ(13)供入的播料风作用下，进入燃烧室(8)；

(2)燃烧器(10)沿蜗壳(9)喷入1050℃～1350℃火焰，火焰在蜗壳(9)的弧线导流作用下在燃烧器(10)内形成高速旋流，将生物质原料迅速加热并吹起，气化剂由进气管(30)供入气化剂均气室(29)均压，通过斜板(27)上的气化剂进气孔进入集灰室(26)，并透过灰渣层进入燃烧室(8)，在气化剂气流和火焰高速旋流的共同作用下，生物质颗粒随气流以4～5m/s的速度上升，并在喉部(5)被气化剂喷嘴(7)再次增压加速，生物质颗粒在高速旋流中与高温气体充分接触并热解气化，气流与灰渣上升至气化室(4)的顶部，并进入高温除尘器(17)；

(3)混合气体高速进入高温除尘器(17)后，在离心力作用下使粉尘脱除，净化后的可燃气体从可燃气出口(31)排出，被分离的灰渣进入壳体(1)中，部分灰渣参与再次循环，多余的灰渣经出渣口(28)排出。