CN105018146A

CN105018146A - 插销式多功能生物质气化炉

Info

Publication number: CN105018146A
Application number: CN201510389363.3A
Authority: CN
Inventors: 王清成; 蔡建军
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2015-11-04

Abstract

本发明涉及一种插销式多功能生物质气化炉，包括炉体，所述炉体内设置可装、拆的插销板，用于隔离各气化阶段间传热或实现生物质直燃功能；所述插销板上设有多孔结构，用于各气化阶段间的传质通顺。本发明通过在炉内设置可装、拆的插销板及插销槽结构，实现生物质气化炉的气化、直燃功能。拆掉插销板时，可实现生物质直燃功能；装上插销板时，可将生物质气化过程的四个气化阶段从空间分离，有效隔离各气化阶段间的气相传热，但插销板上的多孔结构可保证各气化阶段间气相介质的传质通顺，提高生物质气化效率。

Description

插销式多功能生物质气化炉

技术领域

本发明涉及一种生物质气化炉，尤其涉及一种插销式多功能生物质气化炉。

背景技术

生物质是一种在世界能源比重中仅次于传统化石能源的可再生能源，随着化石能源逐渐匮乏，生物质能源具有深远的研究价值和战略意义。生物质气化是一种十分重要的生物质利用技术，指在一定反应温度下，与一定气化剂发生化学反应，生成 CO、H₂、CH₄和碳氢化合物等可燃气体的过程。生物质气化可分为加热阶段、热解阶段、还原阶段及氧化阶段，各阶段对于加热温度、反应时间及反应气体环境都有不同要求，因此各阶段的反应环境对于生物质气化具有明显的影响。生物质气化剂包括：空气、氧气、水蒸汽、氢气及水蒸汽-氧气混合气，以空气为气化介质的气化过程，空气中的氧气与生物质中的可燃组分进行氧化反应，产生可燃气，反应过程中放出的热量为气化反应的其他过程即干燥、热解与还原过程提供所需热量，整个过程为一个自供热系统；氧气气化是指向生物质燃料提供一定氧气，使之进行氧化还原反应，产生可燃气体，但没有惰性气体N₂，在于空气气化相同的当量比下，反应温度提高，反应速率加快，热效率提高，气化热值提高一倍以上；水蒸汽气化是指水蒸汽同高温下的生物质发生反应，它不仅包括水蒸汽-碳的还原反应，尚有CO与水蒸汽的变换反应等各种甲烷化反应以及生物质在气化炉内的热解反应等，其主要气化反应是吸热反应过程，因此，水蒸汽气化的源热来自外部热源与蒸汽本身热源；水蒸汽-氧气混合气化是指空气（氧气）和水蒸汽同时作为气化介质的气化过程，从理论上分析，空气（或氧气）-水蒸汽气化是比单用空气或单用水蒸汽都优越的气化方法，一方面，它是自供热系统，不需要复杂的外供热源，另一方面，气化所需的一部分氧气可由水蒸汽提供，减少了空气（或氧气）消耗量，并生成更多的H₂及碳氢化合物，特别是在有催化剂存在条件下，CO变成CO₂反应的进行，降低了气体中CO的含量，使气体燃料更适合于用作城市燃气。

生物质气化是生物质利用技术之一，优于生物质直接燃烧，不会产生粉尘，利于环保，具有很好的社会效益。生物质幅员辽阔，不仅包括常见的农林废弃物，如秸秆、果壳、木屑及动物粪便等，还包括生活垃圾、污水淤泥及微生物等非常规废弃物质。

目前市场上有很多种生物质气化炉，包括：上吸式固定床气化炉、下吸式固定气化炉、鼓泡流化床气化炉、循环流化床气化炉、双流化床气化炉以及携带流化床气化炉，但现有的生物质气化炉在设计上存在以下几点不足：1、生物质在气化炉中的停留时间无法精确控制；2、生物质气化炉炉膛温度无法控制；3、气化炉对于不同生物质燃料的气化，缺少专一性；4、气化剂组合方式单一，缺乏灵活性、适应性；5、无法根据实际情况实现直接功能。

发明内容

为解决现有技术所存在的不足，本发明旨在将生物质气化原理与传统链条炉特征相结合，提供一种适用于生物质气化及直燃的插销式多功能生物质气化炉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种插销式多功能生物质气化炉，包括炉体，特征在于：所述炉体内设置可装、拆的插销板，用于隔离各气化阶段间传热或实现生物质直燃功能；所述插销板上设有多孔结构，用于各气化阶段间的传质通顺。

所述炉体内设有插销槽，三块插销板与插销槽可装、拆连接，装上三块插销板将生物质气化过程的四个气化阶段从空间分离；拆掉三块插销板可实现生物质直燃功能。

所述炉体为活动式上、下型炉体结构。所述炉体为前、后拱结构，用于生物质直燃、气化工况下可有效传热、传质。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过在炉内设置可装、拆的插销板及插销槽结构，实现生物质气化炉的气化、直燃功能。拆掉插销板时，可实现生物质直燃功能；装上插销板时，可将生物质气化过程的四个气化阶段从空间分离，有效隔离各气化阶段间的气相传热，但插销板上的多孔结构可保证各气化阶段间气相介质的传质通顺，提高生物质气化效率。

本发明根据生物质气化原理，针对生物质气化四个阶段（干燥、热解、还原及氧化），分别采用了四段链条式送料结构，可通过调节各段链条驱动电机转速来精确控制生物质在各阶段的停留时间，效果理想，操作方便；本发明根据生物质气化原理，针对生物质气化四个阶段（干燥、热解、还原及氧化）对于生物质气化温度的不同要求，在每个气化阶段的保温墙体中嵌入加热元件，该加热元件可根据炉膛实际温度与此气化阶段的气化温度要求对炉膛进行加热；本发明根据生物质气化原理，针对生物质气化四个阶段（干燥、热解、还原及氧化）对于生物质气体环境的不同要求，在每个气化阶段的链条炉排下方设置气化剂入口，可通入不同种类不同流量的气化剂来满足生物质气化要求，操作灵活、效果理想。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图；

图2是图1的右视图；

图3是本发明炉体内的插销结构图；

图4是本发明涉及的插销板上的多孔结构。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，一种插销式生物质气化炉，包括储料室1、干燥段链条驱动电机2、干燥段气体进口3、干燥段链条4、干燥段“老鹰”铁5、热解段驱动电机6、热解段气化剂入口7、热解段链条8、热解段“老鹰”铁9、氧化段驱动电机10、氧化段气化剂入口11、氧化段链条12、还原段“老鹰”铁13、还原段驱动电机14、还原段气化剂入口15、还原段链条16、还原段“老鹰”铁17、干燥段出料口18、热解段出料口19、氧化段出料口20、还原段出料口21、灰烬出料口22、炉体支架23、还原阶段热电偶24、还原阶段加热元件25、二次风入口26、氧化阶段加热元件27、氧化阶段热电偶28、氧化阶段氮氧化物还原剂入口29、热解阶段二次风入口30、热解阶段加热元件31、热解阶段氮氧化物还原剂入口32、点火口33、干燥阶段热电偶34、干燥阶段加热元件35、干燥阶段插销板36、热解阶段热电偶37、烟气出口38、热解阶段插销板39、耐火砖墙壁40、炉体外壁41、上炉体42、氧化阶段插销板43、刚玉壁44。

炉内设置可装、拆的插销板及插销槽结构，拆掉插销板可实现生物质直燃功能，装上插销板可将生物质气化过程的四个气化阶段从空间分离。此时，可有效隔离各气化阶段间传热，但插销板上的多孔结构可保证各气化阶段间的传质通顺。装上插销板时，炉体炉膛内从左至右设置干燥、热解、还原及氧化四个气化段，干燥、热解、还原及氧化四个气化段从上至下呈阶梯排列，每个气化段内装有由链条驱动电机驱动的链条炉排，每个气化段的炉体的保温墙体中嵌入加热元件，每个气化段的链条炉排内设置气化剂入口，炉排下方设有出料口。上、下链条炉排之间通过“老鹰”铁连接。炉体上面设有烟气出口。炉体炉膛内壁为刚玉墙壁，外壁为耐火砖墙壁。

如图3所示，插销式生物质气化炉插销结构，包括干燥、热解、氧化阶段插销板36，39，43，炉膛60，干燥、热解、氧化阶段插销槽51，52，53。

如图4所示，插销板上的多孔结构结构，包括干燥、热解、氧化阶段插销板36，39，43，干燥、热解、氧化阶段插销的多孔结构54，55，56，干燥、热解、氧化阶段插销槽57,58，59，多孔通道路径与烟气在炉膛中的走势一致，便于优化各气化阶段间的传质特性。

燃烧工况下，打开上炉体42，拆掉干燥、热解及氧化阶段插销板36、39及43，闭合上炉体，打开储料室1加入生物质原料，闭合储料室，打开干燥阶段加热元件35，运行干燥、热解、氧化、还原阶段驱动电机2、6、10、14，打开干燥、热解、氧化、还原阶段气化剂入口3、7、11、15，带动床层链条，运送床层上方生物质原料，从点火口33点燃生物质原料，从二次风入口26和热解阶段二次风入口30通入二次风，对生物质进行直燃。为降低生物质直燃过程中产生的氮氧化物浓度，从氮氧化物还原剂入口29和热解阶段氮氧化物还原剂入口32投入还原剂，通过热电偶对气化炉不同位置的温度进行实时监控。

燃烧工况下，打开上炉体，装上干燥、热解及氧化阶段插销板，闭合上炉体，打开储料室加入生物质原料，闭合储料室。炉膛内从左至右设置干燥、热解、氧化和还原四个气化段，并从上至下呈阶梯排列。插销板可将生物质气化过程的四个气化阶段从空间上半分离，即各气化阶段间由于插销板隔离，导致各气化阶段间的传热干扰大幅减小，但由于插销板上的多孔结构，导致各气化阶段间传质特性不受影响。干燥、热解、氧化和还原气化段中分别放置干燥、热解、氧化和还原链条炉排。干燥链条炉排由干燥段链条驱动电机和干燥段链条构成，干燥链条炉排中设有干燥段气体进口。热解链条炉排由热解段驱动电机和热解段链条构成，热解链条炉排中设有热解段气化剂入口。还原链条炉排由还原段驱动电机和还原段链条构成，还原链条炉排中设有还原段气化剂入口。氧化链条炉排由氧化段驱动电机和氧化链条构成，氧化链条炉排中设有氧化段气化剂入口。干燥链条炉排、热解链条炉排、还原链条炉排和氧化链条炉排下方分别设置干燥段出料口、干燥段出料口、还原段出料口、和氧化段出料口。氧化段出料口旁设置灰烬出料口。锅炉上面设有烟气出口。干燥链条炉排与热解链条炉排之间通过干燥段“老鹰”5铁连接。热解链条炉排与还原链条炉排之间通过热解段“老鹰”铁9连接。还原链条炉排与氧化链条炉排之间通过还原段“老鹰”铁13连接。氧化链条炉排与灰烬出料口21之间通过氧化段“老鹰”铁17连接。每个气化段的炉体的保温墙体中嵌入还原阶段热电偶24、氧化阶段加热元件27、热解阶段加热元件31及干燥阶段加热元件35，炉体炉膛内壁为刚玉墙壁44，外壁为耐火砖墙壁40。

生物质原料由储料室1进入干燥段链条炉排上，干燥区段温度由该区段对应加热元件控制，随预设的传送速度穿过干燥区域，在穿送过程中掉落的生物质原料由炉排下方出料口流出，到达区域末端时，由“老鹰”铁刮落至热解链条炉排上，随热解链条炉排预设速度及区域温度穿过热解区域，在穿送过程中掉落的生物质原料由炉排下方出料口流出，并且在可从链条炉排下方通入热解所需气化气体，如水蒸汽、二氧化碳等，到达区域末端时，由“老鹰”铁刮落至还原链条炉排上，随还原链条炉排预设速度及区域温度穿过还原区域，在穿送过程中掉落的生物质原料由炉排下方出料口流出，并且在可从链条炉排下方通入还原所需气化气体，如水蒸汽、二氧化碳等，到达区域末端时，由“老鹰”铁刮落至氧化链条炉排上，随还原链条炉排预设速度及区域温度穿过氧化区域，在穿送过程中掉落的生物质原料由炉排下方出料口流出，并且在可从链条炉排下方通入还原所需氧化气体，如空气、氧气等，由“老鹰”铁将最后剩余灰烬铁刮落至落料口，流出炉膛。

本发明通过在炉内设置可装、拆的插销板及插销槽结构，实现生物质气化炉的气化、直燃功能。拆掉插销板时，可实现生物质直燃功能。直燃工况下，可在热解、氧化阶段通入二次风及氮氧化物还原剂，同时可控制生物质原料在各阶段的停留时间及空气过量系数。装上插销板时，可实现生物质气化功能。气化工况下，炉膛内从左至右设置干燥、热解、氧化和还原四个气化段，并从上至下呈阶梯排列。生物质气化过程的四个气化阶段从空间上半分离，有效隔离各气化阶段间的气相传热，但通过插销板上的多孔结构可保证各气化阶段间气相介质的有效传质，提高生物质气化效率。同时，可控制生物质在各气化阶段停留时间的组合链条式结构、可根据炉膛实际温度设置加热温度的分段加热元件、可灵活组合气化剂种类及进气流量的进气组件。

Claims

1.一种插销式多功能生物质气化炉，包括炉体，特征在于：所述炉体内设置可装、拆的插销板，用于隔离各气化阶段间传热或实现生物质直燃功能；所述插销板上设有多孔结构，用于各气化阶段间的传质通顺。

2.根据权利要求1所述的插销式多功能生物质气化炉，其特征在于：所述炉体内设有插销槽，三块插销板与插销槽可装、拆连接，装上三块插销板将生物质气化过程的四个气化阶段从空间分离；拆掉三块插销板可实现生物质直燃功能。

3.根据权利要求1所述的插销式多功能生物质气化炉，其特征在于：所述炉体为活动式上、下型炉体结构。

4. 根据权利要求1所述的插销式多功能生物质气化炉，其特征在于：所述炉体为前、后拱结构，用于生物质直燃、气化工况下可有效传热、传质。