CN104531228B - 一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现生物质燃气高效净化的装置，包括反应炉，反应炉设有反应区、净化通道和燃气出口，反应区的底部出口与净化通道底部的入口连通，燃气出口位于净化通道的顶部，净化通道内设有雾化喷淋装置，雾化喷淋装置的喷雾方向与净化通道的燃气流向相反。本发明将雾化喷淋装置集成至反应炉内，其喷出的雾化水与在净化通道中上升的高温生物质燃气逆流接触，一方面黏附灰尘，达到除尘效果；另一方面吸附焦油，并且焦油与水雾沉降至高温残炭中，发生重整反应，还能对燃气降温，一定程度提升生物质燃气的品质，实现后端生物质燃气处理及应用的稳定、便捷。本发明还涉及一种实现生物质燃气的净化方法。本发明可应用于生物质燃气的净化。

Description

一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置及方法
技术领域
本发明涉及生物质能源领域，特别是一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置及方法。
背景技术
生物质气化技术是生物质能高效利用的一种方式。生产的生物质燃气可有效替代传统化石能源，广泛应用在工业及民用供热领域，缓解当前传统化石能源短缺和环境污染带来的压力。其基本过程包括：生物质通过热化学转化为生物质燃气，生物质燃气经除尘除焦设备进行净化，生物质燃气经管道输送至供热设备（锅炉、窑炉）燃烧加以利用。
生物质是一种碳水有机化合物，从工业组成上看，含氧量高，挥发分多；加上生物质本身机械强度不高，易破碎，易产生粉尘。在生物质气化过程中，高挥发分裂解不完全，会产生大量的焦油，同时，生物质在气化床层的移动、反应过程中，会产生一定的尘灰、炭灰等颗粒物。高温条件下，焦油呈气态，可与颗粒物一起输送。但在常温条件下，焦油会冷凝，与尘灰、炭灰等包裹形成焦结物，输送过程燃气温度下降时，焦结物会粘附内壁，堵塞管道，清理困难。生物质燃气在终端使用之前需要进行除尘除焦净化，以保证气体系统的安全稳定使用。
传统的方法是高温除炭灰（旋风分离器）后，再在较低温度下采用喷淋塔净化焦油或者通入裂解器进一步裂解焦油。通常，存在2个问题，第一，旋风分离器只能去除较大的颗粒，对于细小炭颗粒无法去除，除尘效率有限；第二，喷淋净化会产生大量的焦油废水，裂解器需要外部热源加热或者通入催化剂，不实用。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，从而提供易处理的洁净生物质燃气。
本发明所采用的技术方案是：
一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，包括反应炉，所述反应炉设有反应区、净化通道和燃气出口，所述反应区的底部出口与净化通道底部的入口连通，所述燃气出口位于净化通道的顶部，所述净化通道内设有雾化喷淋装置，所述雾化喷淋装置的喷雾方向与净化通道的燃气流向相反。
作为上述技术方案的进一步改进，所述燃气出口处设有测温器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应区由筒状的夹套围成，所述夹套位于反应炉中部并两端开口，上端开口为进料端，下端开口连通净化通道，所述夹套外壁与反应炉内壁围成净化通道。
作为上述技术方案的进一步改进，所述夹套上设有进风单元，所述进风单元将气化介质从反应炉外引入反应区。
作为上述技术方案的进一步改进，所述进风单元包括安装在夹套上的风箱，连接风箱的风嘴和进风管，所述进风管穿过反应炉外壁，所述风嘴位于反应区内。
作为上述技术方案的进一步改进，所述雾化喷淋装置环绕在夹套外周。
作为上述技术方案的进一步改进，所述反应炉的底部设有炉排和灰室，所述炉排位于反应区下方，所述灰室连接炉排并位于炉排下方。
作为上述技术方案的进一步改进，所述夹套上方密封连接有进料系统。
本发明还提供一种生物质燃气高效净化的方法，其采用的技术方案是：
一种生物质燃气炉内高效净化的方法，包括以下步骤：
a.生物质原料在反应区反应后产生高温生物质燃气及残炭；
b.高温生物质燃气之后在净化通道中上升并与雾化喷淋装置喷射的雾化水逆流接触，燃气中的尘灰及焦油与雾化水一起被沉降在高温的残炭中发生重整反应；
c.净化后的燃气从燃气出口排出。
作为上述技术方案的进一步改进，通过检测燃气出口的燃气温度控制雾化喷淋装置的喷淋量。
本发明的有益效果是：本发明将雾化喷淋装置集成至反应炉内，其喷出的雾化水与在净化通道中上升的高温生物质燃气逆流接触，一方面黏附灰尘达到除尘效果，另一方面吸附焦油，并且焦油与水雾沉降在高温残炭中发生重整反应，同时还能对燃气降温；本发明的装置既可去除绝大部分尘灰及大量焦油，同时一定程度提升生物质燃气的品质，实现后端生物质燃气处理及应用的稳定、便捷。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A向的剖面示意图。
具体实施方式
如图1所示的可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，包括一个反应炉1，反应炉1内被分为反应区和净化通道2，反应炉1上部还设置有燃气出口3。其中，反应区为生物质原料与气化介质反应的区域，生物质燃气在该区域中产生。反应区的底部出口与净化通道2底部的入口连通，燃气出口3位于净化通道2的顶部，因此生物质燃气生成后从反应区进入净化通道2并上升至燃气出口3后排出。净化通道2中设有雾化喷淋装置，该雾化喷淋装置的喷雾方向与净化通道2的燃气流向相反，即朝向下，生物质燃气气流与喷雾呈逆流状。
优选的，燃气出口3处设有测温器，测温器为测温热电偶10，用于检测经净化的生物质燃气温度，并依据该温度控制雾化喷淋装置的喷淋量。
在本实施例中，反应区由一个圆筒状的夹套4围成。夹套4位于反应炉1中部并两端开口，上端开口为进料端，用于投入生物质原料，夹套4外壁与反应炉1内壁围成净化通道2，夹套4下端开口连通净化通道2。如图1所示，生物质原料在夹套4中与气化介质反应，产生的燃气经过一个拐角后进入净化通道2，而反应后的残炭、灰渣从夹套4下端开口落下并积聚在反应炉1底部，并且由于高温燃气的不断流动，在夹套4下方形成一个温度在500℃以上的高温区。
优选的，夹套4上设有进风单元，进风单元将气化介质从反应炉1外引入反应区。该进风单元包括安装在夹套4上的风箱5，连接风箱5的风嘴6和进风管7，进风管7穿过反应炉1外壁，风嘴6位于反应区内。进风管7有4～6根，呈环形均布在反应炉1壁上，风箱5与进风管7一一对应，而风嘴6均布环绕在夹套4内部，共有12～15个。
优选的，如图2所示，雾化喷淋装置由进水管11、环形管12和喷头13构成。两根进水管11由反应炉1外部穿入并相互对称，环形管12连接两进水管11并环绕在夹套4外周，多个喷头13均布于环形管12上，可朝下喷射雾化水并具有可调整的喷射角度，该喷射角度范围为0～180°。
优选的，反应炉1的底部设有炉排8和灰室9，炉排8位于反应区下方，灰室9连接炉排8并位于炉排8下方，用于收集炉排8的排渣。
优选的，反应区的加料可以由夹套4上方密封连接的进料系统完成。具体的如图1所示，夹套4上方密封连接有一密封仓，进料螺旋14伸入密封仓中为夹套4供料。
实施例中还提供了一种生物质燃气炉内高效净化的方法，包括以下步骤：
a．生物质原料通过进料系统密封进入夹套4，并与进风单元提供的气化介质接触，夹套4内形成下吸式气化方式，反应后产生高温生物质燃气及灰渣，灰渣中含有残炭，灰渣通过炉排8排至灰室9；
b.高温生物质燃气之后转弯进入净化通道2，并在净化通道2中上升与雾化喷淋装置喷射的雾化水逆流接触，燃气中的绝大部分尘灰及大部分焦油与雾化水一起被沉降在高温区与残炭中发生重整反应。重整反应的方程式为：
C(s)+H2O(g)←→CO(g)+H2(g)、CO(g)+H2O(g)←→CO2(g)+H2(g)；
因此生物质燃气得到了净化，同时其品质得到提高；
c.净化后的燃气从燃气出口3排出。该步骤中，通过测温热电偶10检测燃气出口3的燃气温度控制雾化喷淋装置的喷淋量，从而对生物质燃气起到了降温作用。
通过雾化喷淋装置的作用，燃气出口3处的生物质燃气温度范围控制在110～150℃，含尘量范围控制在5～10mg/Nm3，含焦油量范围控制在100～200mg/Nm3。
本实施例中的装置和方法不仅提高生物质燃气的净化效果，而且实现了反应及净化一体化，节省了空间和设备投资。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，包括反应炉(1)，其特征在于：所述反应炉(1)设有反应区、净化通道(2)和燃气出口(3)，所述反应区的底部出口与净化通道(2)底部的入口连通，所述燃气出口(3)位于净化通道(2)的顶部，所述净化通道(2)内设有雾化喷淋装置，所述雾化喷淋装置的喷雾方向与净化通道(2)的燃气流向相反，所述反应区由筒状的夹套(4)围成，所述夹套(4)位于反应炉(1)中部并两端开口，上端开口为进料端，下端开口连通净化通道(2)，所述夹套(4)外壁与反应炉(1)内壁围成净化通道(2)，所述夹套(4)上设有进风单元，所述进风单元将气化介质从反应炉(1)外引入反应区，所述进风单元包括安装在夹套(4)上的风箱(5)，连接风箱(5)的风嘴(6)和进风管(7)，所述进风管(7)穿过反应炉(1)外壁，所述风嘴(6)位于反应区内，所述进风管(7)有4~6根且呈环形均匀分布在反应炉的炉壁上，所述风箱(5)与进风管(7)一一对应，所述风嘴(6)为12~15个且均匀环绕在夹套内部。
2.根据权利要求1所述的可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，其特征在于：所述燃气出口(3)处设有测温器。
3.根据权利要求1所述的可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，其特征在于：所述雾化喷淋装置环绕在夹套(4)外周。
4.根据权利要求1所述的可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，其特征在于：所述反应炉(1)的底部设有炉排(8)和灰室(9)，所述炉排(8)位于反应区下方，所述灰室(9)连接炉排(8)并位于炉排(8)下方。
5.根据权利要求1所述的可实现生物质燃气炉内高效净化的装置，其特征在于：所述夹套(4)上方密封连接有进料系统。
6.一种使用权利要求1至5中任一项所述的装置进行生物质燃气炉内高效净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.生物质原料在反应区反应后产生高温生物质燃气及残炭；
b.高温生物质燃气之后在净化通道(2)中上升并与雾化喷淋装置喷射的雾化水逆流接触，燃气中的尘灰及焦油与雾化水一起被沉降在高温的残炭中发生重整反应；
c.净化后的燃气从燃气出口(3)排出。
7.根据权利要求6所述的生物质燃气炉内高效净化的方法，其特征在于：通过检测燃气出口(3)的燃气温度控制雾化喷淋装置的喷淋量。
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