CN106336905A - 用于处理生物质的流化床气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于处理生物质的流化床气化炉,炉本体由圆筒结构的上筒体、圆筒结构的下筒体、以及连接上筒体和下筒体的衔接段构成,其特征在于,所述上筒体和所述下筒体的直径比为1.5~2:1,所述衔接段呈去顶锥形结构,所述衔接段的倾斜角度为45°~75°;所述下筒体底部设置有布风板,所述布风板为上大下小的中空圆台结构,所述布风板与下筒体底部的夹角为20~55°。本发明可以大规模处理生物质原料,具有高效的能源转化率,且产生的燃气中焦油含量少,不会有二次污染。

Description

用于处理生物质的流化床气化炉
技术领域
本发明涉及生物质气化炉领域。更具体地说,本发明涉及一种用于处理生物质的流化床气化炉。
背景技术
生物质作为一种可再生能源,具有可再生性、低污染性和分布广泛等特点。利用生物质作为替代能源,生物质发也是国际上发达国家普遍推行的清洁发展机制项目。我国每年因无法处理在田间直接焚烧的剩余农作物秸秆超过两亿吨,不仅浪费了秸秆资源,还造成严重的空气污染,充分利用废弃的秸秆资源,明显改善当地的大气环境,减少因燃煤产生的大量温室气体排放。生物质气化采用的技术路线种类繁多,但总体特征是为规模较小,能源转化效率低,产生的焦油量大,处理难度大,造成的二次污染较为严重。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种可以大规模处理生物质原料,高效的能源转化率,且产生的燃气中焦油含量少,不会有二次污染的生物质流化床气化炉。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种用于处理生物质的流化床气化炉,炉本体由圆筒结构的上筒体、圆筒结构的下筒体、以及连接上筒体和下筒体的衔接段构成,所述上筒体和所述下筒体的直径比为1.5~2:1,所述衔接段呈去顶锥形结构,所述衔接段的倾斜角度为45°~75°;所述下筒体底部设置有布风板,所述布风板为上大下小的中空圆台结构,所述布风板与下筒体底部的夹角为20~55°。
优选的是,所述布风板与下筒体底部的夹角30°。
优选的是,所述上筒体和所述下筒体的直径比为1.7:1。
优选的是,所述上筒体顶部设置有燃气出口,其与旋风分离器连接,所述下筒体的侧壁开设有返料口,所述返料口与所述旋风分离器的固体出口连接。
优选的是,所述布风板内设置有床料,所述床料堆置的高度为300~500mm,所述床料为Al2O3球体、合金球和石英砂中的一种或多种。
优选的是,所述下筒体的下部开设有1~4个进料口,每个进料口均与螺旋输送机连通,且螺旋输送机的螺杆沿输送方向其螺距逐渐减小;当进料口的数量大于1时,多个进料口绕下筒体的圆周均匀分布。
优选的是,所述螺旋输送机中的螺杆靠近螺旋输送机进料口的一端的初始螺距为200~400mm,并向着螺旋输送机出料口一端按初始螺距的5%的比例逐渐减少至初始螺距的50%后,保持不变。
优选的是,
所述炉本体内壁设置有绝热材料层,其厚度为100~200mm;所述绝热材料层的内壁设置有耐高温耐磨蚀材料层,其厚度为200~300mm;
所述炉本体底部设置有排灰口,以及气化剂进气管。
优选的是,所述床料由Al2O3球体、铝合金球和石英砂按1:2:1的体积比混合而成;所述Al2O3、铝合金球和石英砂的粒度均为40~150um;其中,所述铝合金球为中空球体,其表面为多孔结构。
本发明至少包括以下有益效果:
从气化剂进气管进入炉本体相同的气量,筒体的直径越大,气体的流速就越小,筒体的直径越小,气体的流速就越大,由于生物质颗粒是大小不一的,颗粒大的自重大,要使其处于悬浮状态,就需要更大的气速来克服自身的重力,颗粒小的自重小,较小的气速就能使小颗粒处于悬浮状态,本发明利用该原理高效的将生物质颗粒进行分区气化,使自重较小的生物质原料在上筒体中气化、自重较大的生物质原料在下筒体中气化,底部生物质颗粒尺寸大、比表面积小,底部气化温度高,上部生物质颗粒尺寸小,比表面大,上筒体中生物质颗粒气化温度低,因此能够保证大小颗粒完全气化,且充分利用了生物质氧化反应放出的热量,气化效率大大提高,经过物料衡算和能量衡算,气化效率可达到85%。
布风板设置为中空圆台结构,相对于常规平面布风板,其特点为气体的流通截面积更大,布风更加均匀,布风口流速控制更加方便,可以保持生物质原料反应,且流过圆锥形布风板的气体量更多,提高了气化炉处理生物质的能力,气化炉处理生物质的能力为50~1200吨/天。
通过改变进料处螺旋输送机螺杆的螺距,依照逐渐减小至特定距离,使物料在输送过程中能逐级增加物料的堆密度,达到更好的节能效果,通过本发明中螺杆的输送能使堆密度达到0.5t/m3~1.3t/m3,以该堆密度的物料进入气化炉内,有利于生物质与气化剂的接触,利于气化反应的进行。
在炉本体内壁设置绝热材料层,防止气化炉热量的散失并保持外壁的较低温度以保护气化炉壳体;在炉本体内设置耐高温耐磨蚀材料层,保证气化炉内腔体承受高温和磨蚀。
将气化剂进气管设置于炉本体的底部,气化剂通入不仅可以控制床料和物料在炉体中的运动,同时其与排灰口相邻,气化剂风量可以对排出的灰有风选功能,将较细的飞灰吹走,但可保持较大颗粒灰的排放。
采用Al2O3床料、铝合金球床料和石英砂床料中的一种或多种,与常规的床料相比,具有更高的耐磨性和更好的传热效果。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的用于处理生物质的生物质流化床气化炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中,术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示,本发明提供一种用于处理生物质的流化床气化炉,炉本体1由圆筒结构的上筒体11、圆筒结构的下筒体13、以及连接上筒体11和下筒体13的衔接段12构成,所述上筒体11和所述下筒体13的直径比为1.5~2:1,所述衔接段12呈去顶锥形结构,所述衔接段12的倾斜角度为45°~75°;所述下筒体13底部设置有布风板2,所述布风板2为上大下小的中空圆台结构,所述布风板2与下筒体13底部的夹角为20~55°。在该实施方案中,将炉本体1从上到下分为了三段式结构,通过改变上下筒体13的直径比,有效的使生物质颗粒分区气化,从而自重较小的生物质原料在上筒体11中气化、自重较大的生物质原料在下筒体13中气化,底部生物质颗粒尺寸大、比表面积小,底部气化温度高,上部生物质颗粒尺寸小,比表面大,上筒体11中生物质颗粒气化温度低,因此能够保证大小颗粒完全气化,且充分利用了生物质氧化反应放出的热量,气化效率大大提高,经过物料衡算和能量衡算,气化效率可达到85%。需要说明的是上筒体11和下筒体13不局限于正圆柱形,其顶部和底部可根据生产而产生适当的形变,例如底面和顶面如图1所示为曲面,也可以是平面结构。
在另一种技术方案中,所述布风板2与下筒体13底部的夹角30°。布风板2设置为中空圆台结构,当夹角为30°时,相对于常规平面布风板2和其他夹角其布风更加均匀。
在另一种技术方案中,所述上筒体11和所述下筒体13的直径比为1.7:1。
在另一种技术方案中,所述上筒体11顶部设置有燃气出口,其与旋风分离器6连接,所述下筒体13的侧壁开设有返料口,所述返料口与所述旋风分离器6的固体出口连接。在该技术方案中生物质颗粒在炉体中气化后,燃气从燃气出口进入到旋风分离器6,分离其中的粉尘后,燃气从旋风分离器6的顶部出来,粉尘重新返回气化炉再次反应,以保证高的碳转化率,提高燃气的纯度。
在另一种技术方案中,所述布风板2内设置有床料3,所述床料3堆置的高度为300~500mm,所述床料3为Al2O3球体、合金球和石英砂中的一种或多种;与常规的床料相比,具有更高的耐磨性和更好的传热效果。
在另一种技术方案中,所述下筒体13的下部开设有1~4个进料口,每个进料口均与螺旋输送机4连通,且螺旋输送机4的螺杆沿输送方向其螺距逐渐减小;当进料口的数量大于1时,多个进料口绕下筒体13的圆周均匀分布。
在另一种技术方案中,所述螺旋输送机4中的螺杆靠近螺旋输送机4进料口的一端的初始螺距为200~400mm,并向着螺旋输送机4出料口一端按初始螺距的5%的比例逐渐减少至初始螺距的50%后,保持不变,在该技术方案中螺旋输送机4的螺杆螺距具体变化的计算方法为,例如第一段螺距为a,第二段螺距为0.95a,第三段螺距为0.90a,按这种比例一直减小到0.50a。本实施方式中通过改变进料处螺旋输送机4螺杆的螺距,依照逐渐减小至特定距离,使物料在输送过程中能逐级增加物料的堆密度,达到更好的节能效果,通过本发明中螺杆的输送能使堆密度达到0.5t/m3~1.3t/m3,以该堆密度的物料进入气化炉内,有利于生物质与气化剂的接触,利于气化反应的进行。
在另一种技术方案中,所述炉本体1内壁设置有绝热材料层,其厚度为100~200mm,防止气化炉热量的散失并保持外壁的较低温度以保护气化炉壳体;所述绝热材料层的内壁设置有耐高温耐磨蚀材料层,其厚度为200~300mm,保证气化炉内腔体承受高温和磨蚀;
所述炉本体1底部设置有排灰口,以及气化剂进气管5。将气化剂进气管5设置于炉本体1的底部,气化剂通入不仅可以控制床料和物料在炉体中的运动,同时其与排灰口相邻,气化剂风量可以对排出的灰有风选功能,将较细的飞灰吹走,但可保持较大颗粒灰的排放。
在另一种技术方案中,所述床料由Al2O3球体、铝合金球和石英砂按1:2:1的体积比混合而成;所述Al2O3、铝合金球和石英砂的粒度均为40~150um;其中,所述铝合金球为中空球体,其表面为多孔结构。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,炉本体由圆筒结构的上筒体、圆筒结构的下筒体、以及连接上筒体和下筒体的衔接段构成,其特征在于,所述上筒体和所述下筒体的直径比为1.5~2:1,所述衔接段呈去顶锥形结构,所述衔接段的倾斜角度为45°~75°;所述下筒体底部设置有布风板,所述布风板为上大下小的中空圆台结构,所述布风板与下筒体底部的夹角为20~55°。
2.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述布风板与下筒体底部的夹角30°。
3.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述上筒体和所述下筒体的直径比为1.7:1。
4.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述上筒体顶部设置有燃气出口,其与旋风分离器连接,所述下筒体的侧壁开设有返料口,所述返料口与所述旋风分离器的固体出口连接。
5.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述布风板内设置有床料,所述床料堆置的高度为300~500mm,所述床料为Al2O3球体、合金球和石英砂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述下筒体的下部开设有1~4个进料口,每个进料口均与螺旋输送机连通,且螺旋输送机的螺杆沿输送方向其螺距逐渐减小;当进料口的数量大于1时,多个进料口绕下筒体的圆周均匀分布。
7.如权利要求6所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述螺旋输送机中的螺杆靠近螺旋输送机进料口的一端的初始螺距为200~400mm,并向着螺旋输送机出料口一端按初始螺距的5%的比例逐渐减少至初始螺距的50%后,保持不变。
8.如权利要求1所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,
所述炉本体内壁设置有绝热材料层,其厚度为100~200mm;所述绝热材料层的内壁设置有耐高温耐磨蚀材料层,其厚度为200~300mm;
所述炉本体底部设置有排灰口,以及气化剂进气管。
9.如权利要求5所述的用于处理生物质的流化床气化炉,其特征在于,所述床料由Al2O3球体、铝合金球和石英砂按1:2:1的体积比混合而成;所述Al2O3、铝合金球和石英砂的粒度均为40~150um;其中,所述铝合金球为中空球体,其表面为多孔结构。
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