CN104566507B - 一种木质纤维素类生物质无焦油气化炉灶 - Google Patents

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Abstract

一种木质纤维素类生物质无焦油高效气化炉灶，由空气‑燃气混合器和气化炉两部分构成。空气‑燃气混合器包括灶头、水箱、燃气导入器、燃气导气孔等；气化炉包括独立炉芯、白云石、不锈钢丝网等；空气‑燃气混合器的锥形集气筒与气化炉的燃气出口对接，空气‑燃气混合器还通过水封槽和风机的上行的输气管与气化炉紧密连接。本发明中的裂解气焦油分离与焦油的二次催化气化装置，改变了同类设备在使用过程中烟味重，以及管道系统容易被焦油堵塞，产出的焦油难以处理的老大难问题。

Description

一种木质纤维素类生物质无焦油气化炉灶
技术领域
本发明涉及生物质能源技术领域，具体涉及一种气化炉灶。
背景技术
木质纤维素类生物质（以下简称生物质）气化的目标是得到尽可能多的可燃气体产物，但在现有的生物质气化过程中，焦油似乎是不可避免的副产物。市场常见的生物质气化炉灶烟熏火燎的现状比较常见，其中原因主要是缺乏对生物质裂解气中焦油的分离、以及缺少促进焦油二次裂解的有效手段。由于焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时（如低于200℃）凝结为液态，容易和水、灰分等结合在一起，堵塞裂解气通道，使生物质气化设备运行发生困难。另外，焦油的存在对气化还有其他的不利影响，首先它降低了气化效率；其次焦油成分中含有含量很高的PAH（稠环芳香烃类物质），PAH具有致癌的危险性且难于治理，会对环境造成长久污染，危害人体健康，必须尽量减少其发生。
传统的气化炉大部分存在燃气中焦油含量高或焦油处理效率低的问题。中国专利CN 1664066A公开了一种复合式生物质气化炉及热解装置，其技术方案要点是：由两座生物质气化炉和四套U型催化器组成。尽管该设计方案的焦油裂解率较好，但结构复杂、成本较高、体系庞大、设备占用空间大，不适合农村家庭使用。
白云石是目前为止研究得最多和最成功的焦油二次裂解催化剂，一般当白云石中CaCO3/MgCO3在1~1.5时效果较好。白云石作为焦油裂解催化剂的主要优点是催化效率高，低成本，所以具有很好的实用价值。
影响白云石催化焦油裂解效果的最重要因素是温度和接触时间。在800℃以上即有很高的裂解率，而在900℃左右即可得到理想的效果，而这一温度和生物质气化的温度相近。接触时间是由气相停留时间和催化剂的比表面积决定的，所以气相停留时间与白云石的颗粒大小成为催化裂解的重要工艺条件。例如在800℃，气相停留时间在0.5s左右时，对d≈2.00mm的白云石，其催化效率达到95%。
发明内容
本发明的目的是提供一种木质纤维素类生物质无焦油高效气化炉灶。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明包括灶头（1）、水箱（2）、燃气导入器（3）、水箱出水口（4）、裂解气出口（5）、倒U型裂解气阻流罩（6）、隔热保温层（7）、不锈钢丝网（8）、白云石（9）、固定栓（10）、半开式炉栅（11）、水箱注水口（12）、燃气导气孔（13）、水封槽（14）、进料口（15）、独立炉芯（16）、调节阀（17）、输气管（18）、活动栓（19）、风机（20）、灰室（21）。分为上部的空气-燃气混合器（24）和下部的气化炉（25）两部分。
本发明上部为空气-燃气混合器，其顶部设有灶头（1），并有水箱（2）环绕，水箱（2）设有进水口（12）和出水口（4）供随时添加冷水和放出热水。空气-燃气混合器的主体是锥形集气筒， 由其内部向外突出的螺旋形上升褶皱是燃气导入器（3），燃气导入器（3）的外壁兼作空气上升的导气板，导气板上钻有一排排燃气导气孔（13），锥形集气筒与下部的气化炉的燃气出口紧密对接。
本发明装置的下部为气化炉，其核心部位是独立炉芯（16）。独立炉芯（16）外周的中下部由白云石（9）环绕并用不锈钢丝网（8）固定；独立炉芯（16）的中上部用倒U型裂解气阻流罩（6）罩盖，在独立炉芯上设有进料口（15）；独立炉芯（16）上端设有裂解气出口（5），它与裂解气-燃气通道相通。所述的裂解气-燃气通道由三段通道组成：第一段是由白云石（9）和不锈钢丝网（8）构成的焦油二次裂解催化层与倒U型裂解气阻流罩（6）之间形成的夹缝；第二段是由倒U型裂解气阻流罩（6）与隔热保温层（7）之间形成的夹缝；第三段是由隔热保温层（7）与空气-燃气混合器的锥形集气筒衔接所构成的通道构成。独立炉芯（16）的下端与灰室（21）连接；灰室（21）与风机（20）连接；灰室（21）内设半开式炉栅（11），其一端用活动栓（19）固定于灰室的顶端一侧，其另一端在设备正常运行时固定在固定栓（10）上；设备正常运行时，炉栅紧贴独立炉芯底部，连带灰室门（22）封闭；停机时松开固定栓，使半开式炉栅（11）成半开状态，灰室门（22）开启，从灰室（21）底部掏灰和收集未反应完全的炭块；水封槽（14）位于气化炉隔热保温层（7）的顶端。
本发明的空气-燃气混合器（上部）（24）与气化炉（下部）（25）还通过水封槽（14）和风机（20）的上行的输气管（18）连接。输气管（18）上设有上行气体流量调节阀（17）。
本发明通过炉灶的独立炉芯气化区氧化反应产生的热量使得紧贴炉芯外壁的白云石受热达到焦油催化裂解所需的反应温度，倒U型裂解气阻流罩，炉芯之间形成的裂解气通道，可以使裂解气中的的焦油析出并滴落在高温的白云石催化剂上发生二次催化裂解；不锈钢丝网包裹的白云石颗粒一方面加大了催化接触面积，另一方面通过不锈钢丝网高温下的红外聚能特性，确保催化所需的反应温度。
空气-燃气混合器通过二次进风及水箱降低燃气温度，冷凝回流燃气中残余的少量焦油。螺旋式的导气板延长燃气冷凝接触时间，并将冷凝的焦油倒流回焦油二次裂解区域。
本发明的优点：在木质纤维素类生物质的气化炉灶的设计中增设了裂解气焦油分离与焦油的二次催化气化装置，改变同类设备在使用过程中烟味重，以及管道系统容易被焦油堵塞，产出的焦油难以处理的老大难问题。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。图中：1为灶头、2为水箱、3为燃气导入器、4为水箱出水口、5为裂解气出口、6为倒U型裂解气阻流罩、7为隔热保温层、8为不锈钢丝网、9为白云石、10为固定栓、11为半开式炉栅、12为水箱注水口、13为燃气导气孔、14为水封槽、15为进料口、16为独立炉芯、17为调节阀、18为输气管、19为活动栓、20为风机、21为灰室。22为灰室门、23为锥形集气筒、24为空气-燃气混合器（上部）；25为气化炉（下部）。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种木质纤维素类生物质无焦油高效气化炉灶的使用方法，能够很好的解决传统气化炉灶存在燃气中焦油含量高或焦油处理效率低的问题。以下进行详细说明。
先给水封槽14及通过水箱注水口12给水箱2注水，打开风机20，通过固定栓10固定半开式炉栅11，封闭灰室门22，从进料口15加入生物质，点火，封闭进料口，待火势稳定后，打开调节阀17，调整到最佳工作状态：不完全燃烧生成的裂解气流向裂解气出口5，在倒U型裂解气阻流罩6的作用下，裂解气流经催化区与被不锈钢丝网8包裹的白云石9接触，裂解气中的焦油析出并被二次催化气化。经催化后的可燃气进入空气-燃气混合器。风机导入的一部分空气经过输气管道18、顺螺旋形导气板上升，形成上升气流；、燃气则通过燃气导入器3上密布的燃气导气孔13与顺着螺旋导气板上升的空气混合进入灶台1。气化炉停止运转时，可打开固定栓10，使半开式炉栅11成半开状态，连带灰室门（22）开启。从灰室21底部掏灰和收集未反应完全的炭块。必要时可以取下空气-燃气混合器24、倒U型裂解气阻流罩6清洗炉内壁或更换不锈钢丝网8及白云石9。打开水箱出水口4，水箱中通过热传递被加热的水可以提供日常所需之热水。

Claims (1)

1.一种木质纤维素类生物质无焦油气化炉灶，其特征是包括上部的空气-燃气混合器（24）和下部的气化炉（25）两部分；
所述的空气-燃气混合器，包括灶头（1）、水箱（2）、燃气导入器（3）、锥形集气筒（23）；其顶部设有灶头（1），并有水箱（2）环绕，水箱（2）设有进水口（12）和出水口（4）；锥形集气筒（23）内部向外突出的螺旋形上升褶皱是燃气导入器（3），燃气导入器（3）的外壁钻有一排排燃气导气孔（13），锥形集气筒（23）与气化炉（25）的燃气出口紧密对接；
所述的气化炉，包括独立炉芯（16）、裂解气出口（5）、倒U型裂解气阻流罩（6）、隔热保温层（7）、不锈钢丝网（8）、白云石（9）、固定栓（10）、半开式炉栅（11）、水封槽（14）、进料口（15）、调节阀（17）、活动栓（19）、灰室（21）、灰室门（22）；独立炉芯（16）外周的中下部由白云石（9）环绕并用不锈钢丝网（8）固定；独立炉芯（16）的中上部用倒U型裂解气阻流罩（6）罩盖，在独立炉芯（16）上设有进料口（15）；独立炉芯（16）上端设有裂解气出口（5），它与裂解气-燃气通道相通，裂解气-燃气通道由三段通道组成：第一段是由白云石（9）和不锈钢丝网（8）构成的焦油二次裂解催化层与倒U型裂解气阻流罩（6）之间形成的夹缝；第二段是由倒U型裂解气阻流罩（6）与隔热保温层（7）之间形成的夹缝；第三段是由隔热保温层（7）与空气-燃气混合器的锥形集气筒衔接所构成的通道构成；独立炉芯（16）的下端与灰室（21）连接；灰室（21）与风机（20）连接；灰室（21）内设半开式炉栅（11），其一端用活动栓（19）固定于灰室的顶端一侧，其另一端在设备正常运行时固定在固定栓（10）上；设备正常运行时，炉栅紧贴独立炉芯底部，连带灰室门（22）封闭；停机时松开固定栓（10），使半开式炉栅（11）成半开状态，灰室门（22）开启；水封槽（14）位于气化炉隔热保温层（7）的顶端；
所述的空气-燃气混合器（24）与气化炉（25）通过水封槽（14）和风机（20）的上行的输气管（18）连接，输气管（18）上设有上行气体流量调节阀（17）。
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