CN104327882A - 下吸式生物质气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下吸式生物质气化炉，用于燃烧生物质原料生产气体燃料，其包括：上炉体，包括：侧壁和用于将用于为生物质原料燃烧助燃的助燃气体引入上炉体内的进气结构，侧壁设置夹层，助燃空气通过进气结构在侧壁夹层中循环后，再进入上炉体中；下炉体；用于输出生物质原料反应后生成的气体燃料的输出装置；用于为上炉体内燃烧的生物质原料提供包含助燃蒸汽的助燃气体的供气装置。本发明中的下吸式生物质气化炉，通过侧入式引入助燃气体，解决了生物质原料燃烧不均匀的问题。通过使用带有夹层侧壁的上炉体，既为助燃气体预热，又降低了上炉体侧壁温度。通过引入蒸汽作为助燃气体，降低了气体燃料中不可燃气体的比例。

Description

下吸式生物质气化炉

技术领域

本发明涉及一种使用生物质制备气体燃料的气化炉，属于再生资源利用领域。 

背景技术

如图2所示，现有技术中的下吸式生物质气化炉包括：位于生物质气化炉上部的上炉体101，位于生物质气化炉下部的下炉体102，位于上炉体101底端的箅子103，用于输出生物质气化炉所产生气体燃料8的输出管道104，输出管道104与下炉体102连通，输出管道104上还设置有用于为气体燃料8输出提供动力的第一气泵7。

工作时，将生物质原料5投放到上炉体101中，在上炉体101的下部点燃生物质原料。生物质原料燃烧稳定后，生物质原料可根据其燃烧程度分为三个部分：位于上部的待燃烧层501、位于其下部的燃烧层502和位于底部的灰层503。由于生物质气化炉的顶端开放，所以，在第一气泵7的抽吸作用下，助燃气体6会源源不断的由上炉体101的顶部进入，通过待燃烧层501进入到燃烧层502处为生物质原料的燃烧提供助燃气体6。燃烧所生成的气体燃料8也通过第一气泵7的作用通过下炉体102吸出，泵送至后续装置中，进行进一步处理。

上述下吸式生物质气化炉虽然可以制备气体燃料，但由于生物质原料的多样性，例如，不同种类的生物质原料的粉碎程度、孔隙度、湿度等并不相同，造成待燃烧层501各处对空气的阻尼不同，导致燃烧层502各处所能够摄取的助燃气体6的量也不尽相同，所以，燃烧层502各处燃烧程度也不相同。由于燃烧程度不同，往往会造成气体燃料8的品质波动，尤其是当待燃烧层501的某处或某几处被 “烧穿”时，生物质气化炉内所产生的气体燃料8直接与外部空气接触、燃烧产生CO₂，导致输出的气体燃料8中的CO₂的成分大大增加，品质不合格。并且，空气中氮气含量约占78%，氮气的化学性质稳定，所以在使用空气作为助燃气体而生成的气体燃料中，氮气的比例仍很高，这样势必会影响助燃气体的品质。

另外，由于生物质原料燃烧时还产生大量的热，这样就是下吸式生物质气化炉的炉体温度很高，工作人员在工作过程中容易被高温炉体烫伤，而且当下吸式生物质气化炉需要维修时，也需要长时间的降温，影响了工期和生产。

发明内容

为了解决现有技术中下吸式生物质气化炉无法保证其生产的气体燃料品质的问题，本发明提供一种改进的下吸式生物质气化炉，其在现有下吸式生物质气化炉的基础上将上炉体侧壁设置成夹层结构，并在上炉体侧壁设置进气孔，还通过使用含有蒸汽的助燃气体为生物质原料燃烧助燃。通过上述改进，使助燃气体由侧方进入到上炉体中，避免生物质对助燃气体的阻碍；保证生物质燃烧的稳定性和均一性。

助燃气体在侧壁夹层中循环，既可以对助燃气体预热，还能够为上炉体降温，改善工作人员的工作环境。通过使用包括蒸汽的助燃气体，有效的降低了气体燃料中不可燃气体的含量。另外，本发明的一种下吸式生物质气化炉还具有结构简单，安装方便，不但适用于新产品生产，还适用于老设备的改造等优点。

为解决上述问题，本发明所提供的技术方案为：

一种下吸式生物质气化炉，用于燃烧生物质原料生产气体燃料，该气化炉包括： 

上炉体，其上端封闭，包括：侧壁和用于将助燃气体引入所述上炉体内的进气结构，所述侧壁设置夹层，所述助燃空气通过所述进气结构在所述侧壁夹层中循环后，再进入所述上炉体中；

下炉体，设置在所述上炉体的下方；

输出装置，与所述下炉体连通，用于输出生物质原料反应后生成的气体燃料；

供气装置，与所述进气结构连通，用于为所述上炉体内燃烧的生物质原料提供包含蒸汽的助燃气体。

进一步，所述上炉体的侧壁包括内侧壁和外侧壁；所述夹层为内、外侧壁之间的间隙；所述进气结构包括设置在所述外侧壁上的、与所述供气装置连通将所述助燃气体引入所述夹层中的若干第一进气孔和设置在所述内侧壁上用于将所述助燃气体引入上炉体内的若干第二进气孔。

进一步，若干所述第一进气孔沿所述外侧壁周向均布；若干所述第二进气孔沿所述内侧壁周向均布。

进一步，所述进气结构还包括若干用于将所述助燃气体由所述第一进气孔导入第二进气孔的导气管，由所述第一进气孔输入的所述助燃气体仅通过所述导气管进入到所述第二进气孔中。

进一步，所述导气管包括设置在夹层结构内、用于输入所述助燃气体的进气端和与所述第二进气孔连通的出气端；所述进气端位于所述出气端的上方。

进一步，所述输出装置包括与所述下炉体连通的输出管道和设置在所述输出管道上的用于将气体燃料泵送出所述下吸式生物质气化炉的第一气泵。

进一步，所述供气装置其包括蒸汽输入装置和空气输入装置，所述蒸汽输入装置包括：以下炉体自身余热作为热源生产助燃蒸汽的第一蒸汽提供装置，使用所述气体燃料所携带余热为热源生产助燃蒸汽的第二蒸汽提供装置和用于将产生的助燃蒸汽输入到所述上炉体内的若干蒸汽管道；

所述空气输入装置包括用于提供助燃空气的空气提供装置和用于将助燃空气由所述空气提供装置输入到所述上炉体内的若干空气输入管道。

进一步，所述上炉体本体的侧壁上还设置有若干用于观察炉内燃烧情况的观察结构，所述观察结构包括设置在所述外侧壁上的第一观察孔、设置在所述内侧壁上的第二观察孔、设置在所述第一观察孔处的透明窗体和用于连接所述第一观察孔和所述第二观察孔的连接体，所述窗体与所述连接体之间为气密封连接；所述连接体与所述第一观察孔和所述第二观察孔之间均为气密封连接。

进一步，所述第二观察孔为第二进气孔。

进一步，所述导气管与所述连接体连通，将所述助燃空气导入所述上炉体中。

本发明中的下吸式生物质气化炉，将现有的助燃气体由炉体上方开口处进入的 “上入式”方式，改为由侧壁上设置的若干进气孔进入的“侧入式”，使助燃气体直接由设置在燃烧层附近的进气孔进入，直接到达燃烧层，由于在进入过程中，与生物质原料接触较少，其颗粒度、湿度等自身因素在助燃气体进入的过程中对其影响很小。避免了现有技术中“上入式”所存在的助燃气体进入到燃烧层过程中由于生物质原料颗粒度、湿度等不同，造成的各处阻力不同，进而影响到燃烧层各处燃烧层度不同，导致气体燃料的品质波动的问题。

另外，本发明的上炉体的侧壁内部设置夹层，供气装置所提供的助燃气体在夹层内循环预热后，再进入上炉体内，这样既降低了上炉体侧壁的温度，改善了工作环境，还利用上炉体余热为助燃气体预热，使生物质原料燃烧更加充分完全。将原有的仅使用空气作为助燃气体改为使用包括助燃蒸汽的助燃气体。通过为下吸式生物质气化炉提供由蒸汽和空气混合的助燃气体，降低其所生产的气体燃料中的氮含量，提高气体燃料的品质。并且本发明的下吸式生物质气化炉还具有结构简单，安装方便，制作成本低和实用性较强等优点。

附图说明

图1为使用生物质制备气体燃料的系统结构示意图；

图2为现有技术中下吸式生物质气化炉结构示意图；

图3为本发明中下吸式生物质气化炉结构示意图（局部剖视图）；

图4为本发明中下吸式生物质气化炉结构示意图（剖面图）；

图5为进气结构结构示意图；

图6为蒸汽提供装置结构示意图。

图中：1.气化炉；101.上炉体；101a.外侧壁；101b.内侧壁；101c.夹层；102.下炉体；103.箅子；104.输出管道；105.炉盖；106.进气孔；106a.第一进气孔；106b.第二进气孔；106c.导气管；107.观察结构；107a.第一观察孔；107b. 第二观察孔；107c.连接体；107d.窗体；108.蒸汽输入管道；109.空气输入管道；110.输入管道；2.净化装置；3.干燥装置；4.储气罐；5.生物质原料；501.待燃烧层；502.燃烧层；503.灰层；6.助燃气体；6a.助燃蒸汽；6b.助燃空气；7.第一气泵；8.气体燃料；9.蒸汽锅炉；10.水套本体；10a.进水管；10b.蒸汽输出管；11.汽水分离装置；12.水；13.隔离蒸汽。

 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图3、4所示，本发明中的下吸式生物质气化炉包括：上炉体101、下炉体102、输出装置和供气装置。

如图3、4所示，上炉体101设置在下炉体102的上方。上炉体101包括：顶盖105、侧壁、箅子103和进气结构。其中，炉盖105设置在上炉体101的顶端，用于封闭上炉体，当需要投料时，将炉盖105打开；当生物质原料投放完毕后，将炉盖105关闭，需要注意的是，炉盖105与上炉体101之间不需要密封。箅子103设置在上炉体101的底端，用于分隔上、下炉体，并将上炉体101内生物质原料燃烧所生成的灰漏到下炉体102中。

如图3-5所示，上炉体101的侧壁为夹层结构，包括外侧壁101a、内侧壁101b，内外侧壁之间沿径向方向具有设定距离的间隙，该间隙既为夹层101c。进气结构用于将助燃气体6输入到上炉体101内，为在其内燃烧的生物质原料助燃，通过进气结构的引导，助燃气体6在夹层101c中循环后，再进入到上炉体101中。这种将侧壁中设置夹层，并使用进气结构使助燃气体6在夹层中循环后再进入上炉体的进气方式，首先，可利用上炉体101的余热为助燃气体6余热，使其温度升高，对炉内温度影响小，保证生物质原料气化的正常进行。另外，还能够为上炉体101降温，改善工作人员的工作环境和炉体本身工况，延长炉子的使用寿命。

如图3－5所示，进气结构包括设置在外侧壁101a上的第一进气孔106a、设置在内侧壁101b上的第二进气孔106b和若干导气管106c，优选的，第一进气孔106a沿外侧壁101a的周向均布，并位于同一水平高度上；第二进气孔106b沿内侧壁101b周向均布，并位于同一水平高度上。导气管106c用于将由第一进气孔106a输入的助燃气体6引入到第二进气孔106b中，导气管106c的进气端设置在夹层101c中，其出气端与第二进气孔106b连通。导气管106c沿上炉体101的轴向呈设定角度在夹层101c内延伸，优选的，导气管106c平行于上炉体101的轴向方向。并为了更好的使助燃气体6在夹层101c中循环预热后再进入到上炉体101中，本发明中的若干第一进气孔106a均位于第二若干进气孔106b的的下方，而导气管106c的进气端位于出气端的上方。当供气装置所提供的助燃气体6由位于上炉体101底部的第一进气孔106a进入到夹层101c中后，经过上炉体101的余热加热上升，由导气管106c的进气端进入到导气管106c中，并通过导气管106c的出气端进入到上炉体101中，为在其内燃烧的生物质原料助燃。

当然，在实际应用中，也可不使用导气管106c而将第一进气孔106c设置在外侧壁101a的顶端，使助燃气体6由上方进入夹层101c中，然后经过上炉体101的预热后，再由第二进气孔106b进入到上炉体101内。另外，还可以使用螺旋型的导气管，其一端与第一进气孔106a连通，另一端与第二进气孔106b连通，助燃气体6在夹层内全程通过螺旋型导气管输送，与上炉体101进行热交换。需要注意的是，如果使用导气管106c则助燃气体6只能通过导气管106c由夹层101c或第一进气管106a进入到第二进气孔106b中。在实际应用中，也可采用其他结构形式的导气管，只要能够使助燃气体6在夹层101c中充分预热的导气管均可应用于此。

如图3、4所示，下炉体102设置在上炉体101的下方，用于容纳生物质原料燃烧所产生的灰，并且与输出装置连通，输出气体燃料8。

如图3所示，用于为下吸式生物质气化炉提供助燃气体6的供气装置包括用于为在上炉体101内燃烧的生物质原料提供助燃蒸汽6a的蒸汽输入装置和用于提供助燃空体6b的空气输入装置。蒸汽输入装置包括：蒸汽输入管道108、设置在蒸汽输入管道108上的蒸汽泵（图中未示出）、设置在蒸汽输入管道108上的蒸汽阀门（图中未示出）和蒸汽提供装置；蒸汽输入管道108的一端通过进气孔106为在上炉体101内燃烧的生物质原料提供助燃蒸汽6a；另一端与蒸汽提供装置连通。蒸汽提供装置所产生的助燃蒸汽6a通过蒸汽泵泵送，经蒸汽输入管道108进入到上炉体101内。如图3、4所示，蒸汽输入管道108的设置方式可为每个进气孔106对应设置有一个独立的蒸汽输入管道108，也可若干个进气孔106共用一个蒸汽输入管道108。

如图4、6所示，本发明的蒸汽提供装置包括第一蒸汽提供装置和第二蒸汽提供装置。为了节约能源，第一蒸汽提供装置设置在下炉体102内，使用下炉体102的余热生产助燃蒸汽6a。第一蒸汽提供装置包括：水套、水槽（图中未示出）和汽水分离装置11。水套包括：设置在下炉体内的水套本体10、进水管10a、蒸汽输出管10b。下炉体102的侧壁为夹层结构，水套本体10设置在夹层结构中，进水管10a一端与水套本体10连通，另一端与水槽连通。蒸汽输出管10b将水套本体10所产生的输入到汽水分离装置11中进行汽水分离，最终形成助燃蒸汽6a。工作时，用于生产蒸汽的水12通过进水管10a由水槽输入到水套本体10中，水套本体10内的水与下炉体102进行热交换，使用下炉体103的余热为其加热，所产生的蒸汽通过蒸汽输出管10b输入到汽水分离装置11中进行汽水分离，最后由汽水分离装置11处理后即为助燃蒸汽6a。 蒸汽输入管道108与汽水分离装置11的输出管道连通，将助燃蒸汽6a输入到上炉体101中。通过将蒸汽提供装置设置在下炉体102内，既可利用下炉体102的余热用来生产蒸汽、节约能源，同时还为下炉体102和箅子103降温，延长其使用寿命，并使工作人员不会被下炉体102烫伤，使其工作场所更加安全。

在实际应用中，还可以将下炉体102的侧壁的夹层直接设置为水套，也可以在夹层内设置换热管、换热壁等其他结构的换热装置生产蒸汽。可以理解的，下炉体102的侧壁也可为单层结构，此时将换热装置直接设置在侧壁内侧即可。

如图4、6所示，第二蒸汽提供装置为使用上炉体101内的生物质原料燃烧所产生的气体燃料8所携带的余热作为热源进行助燃蒸汽生产的蒸汽生产装置。优选的，第二蒸汽提供装置为蒸汽锅炉9。当然在实际应用中，所有可通过热交换将水转换成水蒸汽的蒸汽生产设备均可应用于此。优选的，第二蒸汽提供装置也使用水槽作为其蒸汽水源。工作时，输出管道104将气体燃料8输入至蒸汽锅炉9中，气体燃料8在蒸汽锅炉9中进行热交换，冷却后的气体燃料8由蒸汽锅炉9输出，并进入到后续工序中进行进一步处理。蒸汽锅炉9利用气体燃料8所携带的余热为其内的水加热生成助燃蒸汽6a。本发明的这种助燃蒸汽6a的生产方式既为助燃蒸汽6a的生产节约了能源，又降低了气体燃料8的输出温度，不必增设单独的冷却设备，节省了设备投资。

第一蒸汽提供装置和第二蒸汽提供装置可单独使用，也可配合使用。在实际生产中需根据上炉体101中生物质原料的来调整助燃蒸汽6a的使用量来确定。优选的，由第一蒸汽提供装置生产的助燃蒸汽6a和由第二蒸汽提供装置生产的助燃蒸汽6a在混合后，再通过蒸汽输入管道108输入到上炉体101中。

如图3、4所示，空气输入装置包括：若干空气输入管道109、设置在各空气输入管道上的第二气泵（图中未示出）和空气提供装置（图中未示出）。空气输入管道109的一端通过进气孔106为在上炉体101内燃烧的生物质原料5提供助燃气体6b，另一端与空气提供装置连通。空气输入管道109的设置方式可为每个进气孔106对应设置有一个独立的空气输入管道109，也可若干个进气孔106对应一个蒸汽输入管道109。优选的，如图3所示，空气输入管道109和蒸汽输入管道108在进气孔106前使用三通汇合成一条输入管道110，助燃气体6b和助燃蒸汽6a在输入管道110中混合，然后再通过进气孔106进入到上炉体101中，为生物质原料的燃烧提供助燃气体。

如图3、4所示，输出装置包括用于输出气体燃料8的输出管道104和第一气泵7。输出管道104设置在下炉体102上，并与下炉体102内部空间连通。第一气泵7设置在输出管道104上，用于为上炉体101内生物质原料反应所产生气体燃料8的输出提供动力。由输出管道104输出的气体燃料8进入到蒸汽锅炉9中，在其内经过热交换后，再进入到后续工序进一步处理。

如图3、4所示，为了观察上炉体101内生物质原料的燃烧情况，在上炉体101的侧壁上还设置由若干观察结构107。观察结构107包括：设置在外侧壁101a上的第一观察孔107a，设置在内侧壁101b上的第二观察孔107b、用于连接第一观察孔的连接体107c和设置在第二观察控107b处的透明窗107d。窗体107d与连接体107c之间为气密封连接。连接体107c与第一观察孔107a和第二观察孔107b之间也为气密封连接。优选的，使用第二进气孔106b作为第二观察孔107b，导气管106c与连接体107c连通。由于，窗体107d基本由玻璃制成，而上炉体101内生物质原料燃烧温度很高，最高可达到1200℃，如果在工作过程中不对窗体107d进行冷却的话，则窗体107d极易熔化。所以，将第二进气孔106b用作第二观察孔107b并将导气管106c与连接体107c连通，将助燃气体6引入到连接体107c中，使用助燃气体6为窗体107d降温，使窗体107d能够正常工作。

工作时，首先，将炉盖105打开，将生物质原料投入到上炉体101中，关闭炉盖105。并启动第一气泵7和供气装置。助燃气体6由供气装置经过进气结构进入到上炉体101中。随后，将生物质原料在下部点燃，当燃烧稳定后，根据生物质原料的燃烧程度，可将生物质原料由上至下分为待燃烧层501、燃烧层502和灰层503。由第一蒸汽生产装置和第二蒸汽生产装置所生产的助燃蒸汽和由空气生产装置所生产的助燃空气组成的助燃气体6由第一进气孔106a进入到夹层101c中，在其内预热后，通过导气管106c经第二进气孔106b进入到上炉体101中，为生物质原料的燃烧助燃，燃烧后生成的气体燃料8由上炉体101的下方抽吸出来，并通过下炉体102进入到输出管道104中，泵送至第二蒸汽生产装之中用于蒸汽生产，随后进入到后续工序中，进行进一步处理。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种下吸式生物质气化炉，用于燃烧生物质原料生产气体燃料，其特征在于，所述下吸式生物质气化炉包括： 

上炉体，其上端封闭，包括：侧壁和用于将助燃气体引入所述上炉体内的进气结构，所述侧壁设置夹层，所述助燃空气通过所述进气结构在所述侧壁夹层中循环后，再进入所述上炉体中；

下炉体，设置在所述上炉体的下方；

输出装置，与所述下炉体连通，用于输出生物质原料反应后生成的气体燃料；

供气装置，与所述进气结构连通，用于为所述上炉体内燃烧的生物质原料提供包含蒸汽的助燃气体。

2.根据权利要求1中所述的气化炉，其特征在于，所述上炉体的侧壁包括内侧壁和外侧壁；所述夹层为内、外侧壁之间的间隙；所述进气结构包括设置在所述外侧壁上的、与所述供气装置连通将所述助燃气体引入所述夹层中的若干第一进气孔和设置在所述内侧壁上用于将所述助燃气体引入上炉体内的若干第二进气孔。

3.根据权利要求3中所述的气化炉，其特征在于，若干所述第一进气孔沿所述外侧壁周向均布；若干所述第二进气孔沿所述内侧壁周向均布。

4.根据权利要求2中所述的气化炉，其特征在于，所述进气结构还包括若干用于将所述助燃气体由所述第一进气孔导入第二进气孔的导气管，由所述第一进气孔输入的所述助燃气体仅通过所述导气管进入到所述第二进气孔中。

5.根据权利要求4中所述的气化炉，其特征在于，所述导气管包括设置在夹层结构内、用于输入所述助燃气体的进气端和与所述第二进气孔连通的出气端；所述进气端位于所述出气端的上方。

6.根据权利要求1中所述的气化炉，其特征在于，所述输出装置包括与所述下炉体连通的输出管道和设置在所述输出管道上的用于将气体燃料泵送出所述下吸式生物质气化炉的第一气泵。

7.根据权利要求1中所述的气化炉，其特征在于，所述供气装置其包括蒸汽输入装置和空气输入装置，所述蒸汽输入装置包括：以下炉体自身余热作为热源生产助燃蒸汽的第一蒸汽提供装置，使用所述气体燃料所携带余热为热源生产助燃蒸汽的第二蒸汽提供装置和用于将产生的助燃蒸汽输入到所述上炉体内的若干蒸汽管道；

所述空气输入装置包括用于提供助燃空气的空气提供装置和用于将助燃空气由所述空气提供装置输入到所述上炉体内的若干空气输入管道。

8.根据权利要求2中所述的气化炉，其特征在于，所述上炉体本体的侧壁上还设置有若干用于观察炉内燃烧情况的观察结构，所述观察结构包括设置在所述外侧壁上的第一观察孔、设置在所述内侧壁上的第二观察孔、设置在所述第一观察孔处的透明窗体和用于连接所述第一观察孔和所述第二观察孔的连接体，所述窗体与所述连接体之间为气密封连接；所述连接体与所述第一观察孔和所述第二观察孔之间均为气密封连接。

9.根据权利要求8中所述的气化炉，其特征在于，所述第二观察孔为第二进气孔。

10.根据权利要求9中所述的气化炉，其特征在于，所述导气管与所述连接体连通，将所述助燃空气导入所述上炉体中。