CN106854475B - 一种三段式气化炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三段式气化炉，包括:炉体，所述炉体包括彼此部分嵌套设置的内炉体和外炉体；分构成中段炉体，所述中段炉体上部的所述内炉体构成上段炉体，所述中段炉体下部的所述外炉体构成下段炉体；所述炉体内设置有位于所述内炉体下方的炉排；所述内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部设置有出气口；所述气化炉还包括三级空气进口，用于向所述炉体内鼓入空气。根据本发明提供的三段式气化炉，将空气分别由三级空气进口鼓入气化炉，以在三段炉体中分别形成高温氧化区，使焦油得到深度裂解，降低燃气中焦油的含量。通过本发明所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。

Description

一种三段式气化炉
技术领域
本发明涉及生物质气化装置领域，具体而言涉及一种三段式气化炉。
背景技术
我国全国每年产生各类农作物秸秆约7亿吨，林业树枝条约2亿吨，相当标煤约4亿吨。生物质能作为一种可再生资源越来越受到重视，生物质气化是生物质利用的一个有效途径。生物质气化产出的混合燃气，可用于供热、发电、费托合成，也可用于发酵生产乙醇，是一种很有发展前景的技术。
现有的生物质气化技术中，气化炉多采用上吸式或下吸式炉型。上吸式气化炉是将生物质落于炉篦上，空气自炉篦下引入，燃气自气化炉顶部引出，具有热效率高、燃气热值较高等优点，但是燃气焦油含量高；下吸式气化炉是将生物质直接推入炉篦上，空气自料层中部进入，燃气从炉篦下引出，产生的燃气焦油含量低，但是温度较高，灰渣含炭量高，热效率偏低。由于各自存在的缺点，限制了生物质气化技术的发展。
因此，有必要提出一种新的生物质气化炉，具有气化效率高、焦油含量低等特点。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种三段式气化炉，包括：
炉体，所述炉体包括彼此部分嵌套设置的内炉体和外炉体；
所述内炉体与所述外炉体彼此重叠的部分构成中段炉体，所述中段炉体上部的所述内炉体构成上段炉体，所述中段炉体下部的所述外炉体构成下段炉体；
所述炉体内设置有位于所述内炉体下方的炉排；
所述内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部设置有出气口；
所述气化炉还包括三级空气进口，用于向所述炉体内鼓入空气。
进一步，所述上段炉体内从上到下依次包括干燥区、热解区、一次氧化区和部分二次氧化区。
进一步，所述中段炉体内包括部分二次氧化区。
进一步，所述下段炉体内从上到下依次包括三次氧化区和灰烬区。
进一步，所述三级空气进口包括设置于所述炉体顶部的一级空气进口、上段炉体下部的炉体侧壁上的二级空气进口和炉体底部的三级空气进口。
进一步，空气进口设置有风门。
进一步，所述炉体顶部设置有进料通道。
进一步，所述出气口处设置有引风机。
进一步，所述炉排的外沿上设置有排灰孔。
进一步，所述炉排与外炉体之间形成有环形缝隙。
进一步，所述炉排为中间高周围低的山状旋转炉排。
进一步，所述炉排的下部设置有灰斗。
进一步，所述灰斗为湿式密封。
进一步，所述内炉体的径向宽度从顶部向下逐渐缩小，在所述内炉体的中部区域形成喉口。
进一步，所述炉体采用耐火材料砌筑。
根据本发明提供的三段式气化炉，将空气分别由三级空气进口鼓入气化炉，以在三段炉体中分别形成高温氧化区，使焦油得到深度裂解，降低燃气中焦油的含量。在上段炉体中，物料和燃气的流动方向一致，为从上向下流动，当于下吸式气化炉；在下段炉体中，燃气的流向为从下向上流动，与物料的移动方向相反，相当于上吸式气化炉；将燃气从设置于内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部的出气口抽出。通过本发明所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
附图中：
图1是根据本发明示例性实施例的一种三段式气化炉的示意性剖面图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
我国全国每年产生各类农作物秸秆约7亿吨，林业树枝条约2亿吨，相当标煤约4亿吨。生物质能作为一种可再生资源越来越受到重视，生物质气化是生物质利用的一个有效途径。生物质气化产出的混合燃气，可用于供热、发电、费托合成，也可用于发酵生产乙醇，是一种很有发展前景的技术。
现有的生物质气化技术中，气化炉多采用上吸式或下吸式炉型。上吸式气化炉是将生物质落于炉篦上，空气自炉篦下引入，燃气自气化炉顶部引出，具有热效率高、燃气热值较高等优点，但是由于热解层产出的挥发分随气流向上，直接混入可燃气体，因此燃气中焦油含量很高，通常在50g/m3左右，甚至更高；此外，由于原料入口和燃气出口位置接近，为了防止燃气泄漏，必须采取密封加料措施，导致加料不便。下吸式气化炉是将生物质直接推入炉篦上，空气自料层中部进入，燃气从炉篦下引出，产生的燃气焦油含量低，但是灰渣含炭量高，气化效率偏低；燃气离开时，经过气化后的细颗粒床层，因此飞灰量较多。由于各自存在的缺点，限制了生物质气化技术的发展。
针对现有技术的不足，本发明提供一种三段式气化炉，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
下面参考图1，图1其中示出了本发明示例性实施例的一种三段式气化炉示意性剖面图。所述三段式气化炉包括：
炉体，所述炉体包括彼此部分嵌套设置的内炉体和外炉体。
示例性地，所述炉体采用耐火材料砌筑，具有很好的保温效果。所述内炉体的内径为1.8-2.2m。所述内炉体的径向宽度从顶部向下逐渐缩小，在所述内炉体的中部区域形成喉口，所述喉口的内径为1.4-1.6m。所述炉体顶部设置有进料通道，所述进料通道处为负压，所述负压为20pa～30pa。
所述内炉体与所述外炉体彼此重叠的部分构成中段炉体，所述中段炉体上部的所述内炉体构成上段炉体，所述中段炉体下部的所述外炉体构成下段炉体。
示例性地，所述上段炉体内从上到下依次包括干燥区、热解区、一次氧化区和部分二次氧化区；所述中段炉体内包括部分二次氧化区；所述下段炉体内从上到下依次包括三次氧化区和灰烬区。在上段炉体中，物料和燃气的流动方向一致，为从上向下流动，当于下吸式气化炉；在下段炉体中，燃气的流向为从下向上流动，与物料的移动方向相反，相当于上吸式气化炉。通过所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
所述炉体内设置有位于所述内炉体下方的炉排。
示例性地，所述炉排的外沿上设置有排灰孔；所述炉排与外炉体之间形成有环形缝隙；所述炉排为中间高周围低的山状旋转炉排；所述炉排的下部设置有灰斗；所述灰斗为湿式密封，以防止空气从灰斗进入气化炉。
所述内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部设置有出气口；
示例性地，所述出气口处设置有引风机，通过控制引风机的抽气量，从而控制所述三段式气化炉的处理量。
所述气化炉还包括三级空气进口，用于向所述炉体内鼓入空气。
示例性地，所述三级空气进口包括设置于所述炉体顶部的一级空气进口、上段炉体下部的炉体侧壁上的二级空气进口和炉体底部的三级空气进口；空气进口设置有风门，通过风门控制空气流量，从而控制炉体中的反应温度。所述二级空气进口包括6个空气喷嘴。将空气分别由三级空气进口鼓入气化炉，以在炉体内形成多个高温氧化层，氧化层的温度在900℃以上，生物质燃气穿过料层，使燃气中的焦油得到深度裂解，降低燃气中焦油的含量。
根据本发明提供的三段式气化炉，将空气分别由三级空气进口鼓入气化炉，以在三段炉体中分别形成高温氧化区，使焦油得到深度裂解，降低燃气中焦油的含量。在上段炉体中，物料和燃气的流动方向一致，为从上向下流动，当于下吸式气化炉；在下段炉体中，燃气的流向为从下向上流动，与物料的移动方向相反，相当于上吸式气化炉；将燃气从设置于内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部的出气口抽出。通过本发明所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
下面以所述三段式气化炉每小时处理350kg秸秆压块为例，进一步说明通过所述三段式气化炉制备生物质燃气的过程。
首先，物料由螺旋给料机送入进料通道，进料通道处为负压运行，所述负压控制在20～30pa。进料通道与内炉体顶部相连，物料落入炉体内，加料过程方便。所述内炉体的内径约为2m，同时一级空气也通过设置于所述炉体顶部侧壁上的一级空气进口进入炉内。物料自上而下，依次发生干燥、热解、氧化三个过程，形成了三个反应区。一级空气进口处设有风门，通过控制一级空气流量，控制氧化层温度在900℃以上。接着，物料和燃气继续向下移动，炉体收缩，在内炉体的中部区域形成喉口，所述喉口的内径约为1.5m。在所述喉口的侧壁上设置有6个空气喷嘴，二级空气由此进入炉内，空气与炽热的物料相遇，发生氧化反应，形成二次氧化区，温度在900℃以上，促使焦油进一步裂解。
接下来，物料和燃气继续向下移动，进入中段炉体，中段炉体包括内炉体和外炉体的重叠部分，内炉体部分为物料通道，外炉体部分为燃气通道。内炉体下方设置有炉排，所述炉排与外炉体之间形成有环形缝隙，炉排表面有排灰孔，由炉体底部的三级空气进口进入的三级空气通过排灰孔进入炉内，在紧邻炉排的区域形成了第三氧化区。燃气穿过第三氧化区，使焦油再次裂解，降低燃气中焦油的含量。在中段炉体与下段炉体的连接处附近，燃气穿出内炉体中的物料层，流向内炉体和外炉体之间的环形空腔，然后通过出气口排出气化炉。出气口设置于内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部，出气口处设置有引风机，为燃气穿过物料层提供动力，通过控制引风机抽气量，可控制反应强度，从而控制气化炉的处理量。在本实施例中，生成的燃气温度为550-600℃，焦油含量低于50mg/m3。
在上段炉体中，物料和燃气的流动方向一致，为从上向下流动，当于下吸式气化炉；在下段炉体中，燃气的流向为从下向上流动，与物料的移动方向相反，相当于上吸式气化炉；中段炉体包括内炉体和外炉体两层，将燃气从设置于内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部的出气口抽出。通过所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
进入灰烬区中的未反应完全的生物质焦炭，与炉排上排灰孔鼓入的空气进一步反应，使焦炭中的固定碳转化为二氧化碳，然后再进一步转化为一氧化碳。反应完全后的灰渣继续向下移动到炉排表面，小颗粒灰渣通过炉排外沿表面上的小孔向下排入灰斗，大颗粒灰渣通过炉排与外炉体之间的环形缝隙排入灰斗，排灰速度可通过调整炉排的转速进行控制。通过控制三级空气的鼓入量，可有效将灰渣的含炭量控制在15％以下，提高了气化炉效率。
根据本发明提供的三段式气化炉，将空气分别由三级空气进口鼓入气化炉，以在三段炉体中分别形成高温氧化区，使焦油得到深度裂解，降低燃气中焦油的含量。在上段炉体中，物料和燃气的流动方向一致，为从上向下流动，当于下吸式气化炉；在下段炉体中，燃气的流向为从下向上流动，与物料的移动方向相反，相当于上吸式气化炉；将燃气从设置于内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部的出气口抽出。通过本发明所述三段式气化炉制备生物质燃气，具有气化效率高、焦油含量低等优点。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种三段式气化炉，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体包括彼此部分嵌套设置的内炉体和外炉体；
所述内炉体与所述外炉体彼此重叠的部分构成中段炉体，所述中段炉体上部的所述内炉体构成上段炉体，所述中段炉体下部的所述外炉体构成下段炉体；其中，所述上段炉体内从上到下依次包括干燥区、热解区、一次氧化区和部分二次氧化区，所述中段炉体内包括部分二次氧化区，所述下段炉体内从上到下依次包括三次氧化区和灰烬区；
所述炉体内设置有位于所述内炉体下方的炉排，所述炉排为中间高周围低的山状旋转炉排，在紧邻炉排的区域形成了所述三次氧化区；
所述内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部设置有出气口；
所述气化炉还包括三级空气进口，用于向所述炉体内鼓入空气。
2.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述三级空气进口包括设置于所述炉体顶部的一级空气进口、上段炉体下部的炉体侧壁上的二级空气进口和炉体底部的三级空气进口。
3.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，空气进口设置有风门。
4.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述炉体顶部设置有进料通道。
5.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述出气口处设置有引风机。
6.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述炉排的外沿上设置有排灰孔。
7.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述炉排与外炉体之间形成有环形缝隙。
8.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述炉排的下部设置有灰斗。
9.如权利要求8所述的三段式气化炉，其特征在于，所述灰斗为湿式密封。
10.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述内炉体的径向宽度从顶部向下逐渐缩小，在所述内炉体的中部区域形成喉口。
11.如权利要求1所述的三段式气化炉，其特征在于，所述炉体采用耐火材料砌筑。
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