CN108841415A - 生物质垃圾气化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质垃圾气化炉，包括炉本体、炭化活化仓和导气管，所述炭化活化仓安装于所述还原裂解仓的下方，所述炭化活化仓包括外壳和内壳，所述内壳安装于所述外壳内，所述内壳与所述外壳之间具有间隙，所述内壳的侧壁设有出气孔，所述外壳设有与所述出气孔错开设置的出气口，所述导气管的第一端与所述出气孔连通，所述导气管的第二端与所述出气口连通。燃气依次通过出气孔和出气口进行收集利用，而出气口与出气孔错开设置，使得燃气的流动不会形成对流，炭粉由于气流通道为曲折通道而不易通过出气孔和出气口，起到沉降初级过滤炭粉的作用，从而不会混入燃气中，则出气口处得到的燃气中炭粉含量低。

Description

生物质垃圾气化炉

技术领域

本发明涉及生物质设备技术领域，特别是涉及一种生物质垃圾气化炉。

背景技术

一般地，城市生活垃圾处理方法是焚烧法。然而，一般的垃圾焚烧设备在运行时存在烟气中污染物含量高、不能有效消除致癌剧毒物二恶英和呋喃。另外，我国是一个农业大国，生物质资源非常丰富，仅稻草、麦草、芦苇、竹子等非木材纤维就年产超过10亿吨，加上大量木材加工剩余物，都是巨大的能源“仓库”。

因此，生物质垃圾气化炉应运而生。生物质垃圾气化炉是把垃圾和生物质通过气化的方法转化为清洁的二次能源，不仅可以解决环境污染问题，而且可以减少对石油煤炭资源的依赖。炉本体自上至下依次为预处理仓、氧化焚烧仓、还原裂解仓以及炭化活化仓，让生物质原料及垃圾依次通过预处理仓、氧化焚烧仓、还原裂解仓以及炭化活化仓分别进行处理，在炭化活化仓中得到燃气和活性炭，实现多床层分级气化，将生物质热解、氧化焚烧、还原裂解及炭化活化相对分开。

传统的生物质垃圾气化炉中，生物质原料及垃圾依次通过预处理仓、氧化焚烧仓、还原裂解仓以及炭化活化仓。其中，生物质原料及垃圾在预处理仓内进行蒸发干燥并发生热解反应，生物质原料及垃圾裂解得到第一中间产物，该第一中间产物包括可燃气、焦油及炭。该第一中间产物进入到氧化焚烧仓，在900℃-1300℃温度条件及气化介质的作用下发生氧化反应，得到第二中间产物。气化介质通过安装在炉本体侧部上的管道进入炉本体内。该第二中间产物包括二氧化碳、水蒸气、炭和焦油。可选地，该气化介质为空气、氧气或水蒸气中的一种或多种。该第二中间产物向下进入到还原裂解仓，在900℃-1100℃温度条件发生还原反应，得到第三中间产物。该第三中间产物包括生物燃气及炭。

然而，传统的生物质垃圾气化炉使用时，炭化活化仓输出的燃气中存在着炭粉，导致燃气纯度低。

发明内容

基于此，有必要针对燃气纯度低问题，提供一种生物质垃圾气化炉，它能够制得纯度高的燃气。

一种生物质垃圾气化炉，包括炉本体、炭化活化仓和导气管，所述炉本体自上由下依次为预处理仓、氧化焚烧仓和还原裂解仓，所述炭化活化仓安装于所述还原裂解仓的下方，所述炭化活化仓包括外壳和内壳，所述内壳安装于所述外壳内，所述内壳与所述外壳之间具有间隙，所述内壳的侧壁设有出气孔，所述外壳设有与所述出气孔错开设置的出气口，所述导气管的第一端与所述出气孔连通，所述导气管的第二端与所述出气口连通。

上述生物质垃圾气化炉使用中，来自气化炉还原裂解仓的燃气和活性炭落入内壳中。其中，燃气依次通过出气孔和出气口进行收集利用，而出气口与出气孔错开设置，使得燃气的流动不会形成对流，炭粉由于气流通道为曲折通道而不易通过出气孔和出气口，起到沉降初级过滤炭粉的作用，从而炭粉不会混入燃气中，则出气口处得到的燃气中炭粉含量低。因此，上述生物质垃圾气化炉能够拦截过滤炭粉，使得燃气纯度高。

在其中一个实施例中，所述导气管上安装有过滤件，所述过滤件设有过滤网孔。

在其中一个实施例中，所述过滤件为过滤板，所述过滤板可拆卸地插设于所述导气管上。

在其中一个实施例中，所述出气孔为多个，若干个所述出气孔为第一出气孔，若干个所述出气孔为第二出气孔，所述第一出气孔的轴线与所述第二出气孔的轴线之间具有夹角，所述夹角介于30°～150°，所述出气口位于所述第一出气孔和所述第二出气孔之间，且所述出气口处设有抽真空装置。

在其中一个实施例中，所述出气口高于所述出气孔。

在其中一个实施例中，上述生物质垃圾气化炉还包括供气化介质装置，所述供气化介质装置包括空心轴、气化介质传输管和回收管，所述空心轴的第一端位于所述炉本体的外部，所述空心轴的第二端位于所述炉本体的内部且封闭；所述气化介质传输管安装于所述空心轴内；所述气化介质传输管的侧壁具有第一喷孔，所述空心轴设有与所述第一喷孔连通的第二喷孔；所述回收管的入口端位于所述空心轴内，所述回收管的出口端位于所述空心轴外。

在其中一个实施例中，上述生物质垃圾气化炉还包括第一管道，所述第一管道的第一端与所述炉本体的内部连通，所述第一管道的第二端与所述回收管的出口端连通。

在其中一个实施例中于，上述生物质垃圾气化炉还包括风机，所述风机的入口与所述回收管的出口端连通，所述风机的出口与所述第一管道的第二端连通。

在其中一个实施例中，上述生物质垃圾气化炉还包括第二管道，所述第二管道的第一端与所述空心轴的第一端连通，所述第二管道的第二端与所述风机的出口连通。

在其中一个实施例中，上述生物质垃圾气化炉还包括保温罩、夹板和喷水管，所述保温罩罩设于所述炉本体的外部，所述保温罩的内壁与所述炉本体的外壁之间具有夹层空间，所述夹板位于所述夹层空间内，所述夹板将所述夹层空间分割成第一空间和第二空间，所述喷水管位于所述第一空间，所述喷水管的出水端用于朝所述炉本体的外壁喷射冷却水，所述第一管道的第二端和所述第二管道的第二端位于所述第二空间，所述风机的入口通过第三管道与所述第一空间连通，所述风机的出口通过第四管道与所述第二空间连通。

附图说明

图1为本发明一实施例中所述生物质垃圾气化炉的结构示意图；

图2为图1中所述炭化活化仓内导气管的安装示意图；

图3为图2中所述内壳的结构示意图；

图4为图2中所述炭化活化仓的底部结构示意图；

图5为图1中A处的局部放大图；

图6为图1中B处的局部放大图；

图7为图1中所述生物质垃圾气化炉内气化剂的循环流动示意图。

100、炉本体，101、预处理仓，102、氧化焚烧仓，103、还原裂解仓，104、进料口，200、炭化活化仓，210、外壳，211、出气口，220、内壳，221、出气孔，2211、第一出气孔，2212、第二出气孔，230、出炭槽口，231、活动件，232、驱动件，300、导气管，310、过滤件，400、供气化介质装置，410、空心轴，411、第二喷孔，420、气化介质传输管，421、第一喷孔，430、回收管，501、第一管道，502、风机，503、第二管道，504、保温罩，505、夹板，506、喷水管，507、第三管道，508、第四管道，509、流量控制阀，510、夹层空间，511、第一空间，512、第二空间。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。本发明中所述“第一”、“第二”、“第三”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

图1为本发明一实施例中生物质垃圾气化炉的结构示意图。该生物质垃圾气化炉包括炉本体100、炭化活化仓200和导气管300。炉本体100自上由下依次为预处理仓101、氧化焚烧仓102和还原裂解仓103。炭化活化仓200安装于还原裂解仓103的下方。请结合图2，炭化活化仓200包括外壳210和内壳220。内壳220安装于外壳210内，内壳220与外壳210之间具有间隙，内壳220的侧壁设有出气孔221，外壳210设有与出气孔221错开设置的出气口211。导气管300的第一端与出气孔221连通，导气管300的第二端与出气口211连通。

上述生物质垃圾气化炉使用中，来自气化炉还原裂解仓103的燃气和活性炭落入内壳220中。其中，燃气依次通过出气孔221和出气口211进行收集利用，而出气口211与出气孔221错开设置，使得燃气的流动不会形成对流，炭粉由于气流通道为曲折通道而不易通过出气孔221和出气口211，从而不会混入燃气中，则出气口211处得到的燃气中炭粉含量低。因此，上述生物质垃圾气化炉能够拦截过滤炭粉，使得燃气纯度高。

其中，预处理仓101的顶部设有进料口104。生物质原料通过进料口104进入炉本体100100内，依次经过预处理仓101、氧化焚烧仓102、还原裂解仓103以及炭化活化仓200，并通过控制各分仓的反应条件，实现生物质原料的分级气化，有效去除焦油。生物质原料在预处理仓101内，在20℃-200℃的温度条件下进行蒸发干燥，继续在200℃-600℃温度下发生热解反应，生物质原料裂解得到第一中间产物，该第一中间产物包括可燃气、焦油及炭。该第一中间产物进入到氧化焚烧仓102，在900℃-1300℃温度条件及气化介质的作用下发生氧化反应，得到第二中间产物。该第二中间产物包括二氧化碳、水蒸气、炭和焦油。可选地，该气化介质为空气、氧气或水蒸气中的一种或多种。该第二中间产物向下进入到还原裂解仓103103，在900℃-1100℃温度条件发生还原反应，得到第三中间产物。该第三中间产物包括生物燃气及炭。可选地，该生物燃气的组份包括一氧化炭28份-42份、氢气25份-30份和甲烷10份-20份。该炭进入到炭化活化仓200，在450℃-900℃温度条件以及加入水蒸气或二氧化碳的作用下进行活化反应，得到碘值大于800mg/g的活性炭终产物。该生物质垃圾气化炉的气化效率高、焦油可完全分解，气体组份调控能力强，原料适用范围广，其运行稳定。该自除焦油式生物质气化反应方法在生产高品质生物燃气的同时，能够生产高附加值的生物炭和活性炭。

具体地，结合图1和图3，内壳220为锥形壳。锥形壳的上部开口小于锥形壳的下部开口，锥形壳的下部抵触外壳210的侧壁。由于锥形壳呈上小下大结构，从而锥形壳的下部抵触外壳210的侧壁时，锥形壳的下部与外壳210的侧壁能够密封接触。同时，外壳210对锥形壳起支撑作用。可以理解，出气孔221为激光微孔。激光加工出来的出气孔221的孔径能够足够小，以避免炭粉的通过，从而实现燃气与炭粉的分离。

具体地，参见图4，炭化活化仓200的底部具有出炭槽口230。炭化活化仓200内的活性炭通过该出炭槽口230输送出去，炭化活化仓200内的燃气通过出气孔221和出气口211输送出去。其中，该生物质垃圾气化炉还包括活动件231和驱动件232。活动件231设置于出炭槽口230处。驱动件232与活动件231连接、以使活动件231封闭或开启出炭槽口230。如此，通过驱动件232控制活动件231的移动，实现控制出炭槽口230，进而实现定时定量地控制炭仓的进炭量。并且，当炭仓从底板处拆卸下来后，活动件231密封出炭槽口230，能够维持炭化活化仓200内部处于真空状态。

具体地，请继续参见图2，导气管300上安装有过滤件310。过滤件310设有过滤网孔。则即使炭化活化仓200内的炭粉通过出气孔221，过滤件310能够拦截该炭粉，避免该炭粉继续流动而通过出气口211，从而提高燃气纯度。

进一步地，结合图2，过滤件310为过滤板，过滤板可拆卸地插设于导气管300上。如此，当过滤板吸附的炭粉过多时，工作人员能够将过滤板拆卸下来并更换新的过滤板。当过滤板的一侧吸附炭粉较多时，容易引起堵塞，此时，工作人员能够先将过滤板拆卸下来并翻转180度后再装回到导气管300上，则过滤板的另一侧能够继续用来拦截炭粉，能够充分利用过滤板的吸附能力。

进一步地，结合图2至图4，出气孔221为多个。若干个出气孔221为第一出气孔2211，若干个出气孔221为第二出气孔2212。请参见图2，第一出气孔2211的轴线和第二出气孔2212的轴线之间具有夹角，该夹角α介于30°～150°，出气口211位于第一出气孔2211和第二出气孔2212之间。燃气可从第一出气孔2211和第二出气孔2212分别流出，使得炭化活化仓200内部的气压更加均衡。特别地，出气口211位于该夹角的角平分线上，从而燃气的流动更加均匀，整个炭化活化仓200内的气压分布均匀。其中，出气口211处设有抽真空装置。抽真空装置能够促进燃气的流动，有效地提高燃气与炭粉的分离效率。

进一步地，出气口211高于出气孔221，则燃气从出气孔221离开内壳220后，需要继续上行才能通过出气口211，此时，即使炭粉也随之离开内壳220，但是由于重力的缘故，炭粉难以继续上升，从而不能通过出气口211，实现炭粉与燃气的分离，提高燃气的纯度。

结合图1和图7，上述生物质垃圾气化炉还包括供气化介质装置400。供气化介质装置400包括空心轴410、气化介质传输管420和回收管430。空心轴410的第一端位于炉本体100的外部，空心轴410的第二端位于炉本体100的内部且封闭。气化介质传输管420安装于空心轴410内。参见图5，气化介质传输管420的侧壁具有第一喷孔421，空心轴410设有与第一喷孔421连通的第二喷孔411；回收管430的入口端位于空心轴410内，回收管430的出口端位于空心轴410外。

其中，位于气化介质传输管420内的气化介质能够依次通过第一喷孔421、第二喷孔411传输到炉本体100中，从而在氧化焚烧仓102内，生物质原料和垃圾在气化介质的作用下发生氧化反应。前述谈及，气化介质为空气、氧气或水蒸气中的一种或多种。气化介质反应后会产生水蒸气，水蒸气沉积在空心轴410内凝结成水。回收管430能够将沉积在空心轴410的水抽出空心轴410外部。

进一步地，结合图1、图6和图7，上述生物质垃圾气化炉还包括第一管道501。第一管道501的第一端与炉本体100的内部连通，第一管道501的第二端与回收管430的出口端连通。滞留在空心轴410的气化介质能够通过回收管430流出炉本体100外，并再通过第一管道501进入到从炉本体100的侧部进入氧化焚烧仓102内，从而能够参与氧化反应。上述生物质垃圾气化炉能够把炉本体100中未参与反应的气化介质回收，再重新输入到炉本体100内，从而充分利用气化介质，避免气化介质直接排放到炉本体100外部。

进一步地，结合图1、图6和图7，上述生物质垃圾气化炉还包括风机502。风机502的入口与回收管430的出口端连通，风机502的出口与第一管道501的第二端连通。风机502用于驱动空心轴410中未参与反应的气化介质通过回收管430和第一管道501再重新输入到炉本体100内，从而加快气化介质的流通速度，进而实现加快气化介质的回收利用效率。可以理解，风机502内部设有加热件。加热件用于加热风机502内部的气体。风机502能够对流经风机502的气化介质进行加热，避免低温的气化介质进入到炉本体100内将水蒸气冷却成水，影响氧化反应的进行。

进一步地，结合图1、图6和图7，上述生物质垃圾气化炉还包括第二管道503。第二管道503的第一端与空心轴410的第一端连通，第二管道503的第二端与风机502的出口连通。空心轴410中未参与反应的气化介质既可以通过回收管430、风机502和第二管道503循环回到空心轴410中，再次通过空心轴410的第二喷孔411进而气化炉的中部参与氧化反应，也可以通过回收管430、风机502和第一管道501进入气化炉的侧部参与氧化反应。并且，气化炉的中部及侧部均有气化介质，从而氧化反应的区域更大，生物质垃圾气化炉的生产效率更高。

进一步地，结合图1、图6和图7，上述生物质垃圾气化炉还包括保温罩504、夹板505和喷水管506。保温罩504罩设于炉本体100的外部，保温罩504的内壁与炉本体100的外壁之间具有夹层空间510，夹板505位于夹层空间510内，夹板505将夹层空间510分割成第一空间511和第二空间512，喷水管506位于第一空间511，喷水管506的出水端用于朝炉本体100的外壁喷射冷却水，第一管道501的第二端和第二管道503的第二端位于第二空间512，风机502的入口通过第三管道507与第一空间511连通，风机502的出口通过第四管道508与第二空间512连通。

喷水管506的出水端朝炉本体100的外壁喷射冷却水，能够对炉本体100及夹层空间510进行降温，防止炉本体100的外壁高温结焦，减少或者避免停机维护。可以理解，喷水管506竖向设置。喷水管506为两条以上。两条以上喷水管506的喷射高度各不相同，从而能够全面地降低炉本体100的温度。喷水管506喷出的冷却水遇到炉本体100后受热甚至蒸发，从而能够得到热水或蒸汽。热水可以用作为采暖用水。蒸汽可以用于取暖，也可以利用其动能驱动蒸汽装置运行。

其中，喷水管506将冷却水喷射到炉本体100的外壁上，冷却水会因受热蒸发转化为水蒸气甚至发生化学反应制得氢气，从而水蒸气以及氢气作为气化介质通过第三管道507进入风机502内，并经风机502出口流入气化炉内，参与氧化焚烧仓102的氧化反应。第二空间512一个三通的区域，实现风机502的出口分别与第一管道501和第二管道503连通。第二空间512不仅起到分配气化介质的作用，也能起到缓存气化介质的作用。

并且，位于炉本体100的外壁与保温罩504之间的夹层空间510能够防止炉本体100的温度降低过快，保证炉本体100内部温度维持在反应温度区间内，不影响生物质原料的氧化反应和还原反应。

可以理解，第三管道507和/或第四管道508上安装有流量控制阀509。根据氧化反应对气化介质的需求量，流量控制阀509控制并分配回收利用的气化介质进入第三管道507及第四管道508内的流量大小，实现氧化反应平稳进行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种生物质垃圾气化炉，其特征在于，包括炉本体、炭化活化仓和导气管，所述炉本体自上由下依次为预处理仓、氧化焚烧仓和还原裂解仓，所述炭化活化仓安装于所述还原裂解仓的下方，所述炭化活化仓包括外壳和内壳，所述内壳安装于所述外壳内，所述内壳与所述外壳之间具有间隙，所述内壳的侧壁设有出气孔，所述外壳设有与所述出气孔错开设置的出气口，所述导气管的第一端与所述出气孔连通，所述导气管的第二端与所述出气口连通。

2.根据权利要求1所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述导气管上安装有过滤件，所述过滤件设有过滤网孔。

3.根据权利要求2所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述过滤件为过滤板，所述过滤板可拆卸地插设于所述导气管上。

4.根据权利要求1所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述出气孔为多个，若干个所述出气孔为第一出气孔，若干个所述出气孔为第二出气孔，所述第一出气孔的轴线与所述第二出气孔的轴线之间具有夹角，所述夹角介于30°～150°，所述出气口位于所述第一出气孔和所述第二出气孔之间，且所述出气口处设有抽真空装置。

5.根据权利要求1所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述出气口高于所述出气孔。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括供气化介质装置，所述供气化介质装置包括空心轴、气化介质传输管和回收管，所述空心轴的第一端位于所述炉本体的外部，所述空心轴的第二端位于所述炉本体的内部且封闭；所述气化介质传输管安装于所述空心轴内；所述气化介质传输管的侧壁具有第一喷孔，所述空心轴设有与所述第一喷孔连通的第二喷孔；所述回收管的入口端位于所述空心轴内，所述回收管的出口端位于所述空心轴外。

7.根据权利要求6所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括第一管道，所述第一管道的第一端与所述炉本体的内部连通，所述第一管道的第二端与所述回收管的出口端连通。

8.根据权利要求7所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括风机，所述风机的入口与所述回收管的出口端连通，所述风机的出口与所述第一管道的第二端连通。

9.根据权利要求8所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括第二管道，所述第二管道的第一端与所述空心轴的第一端连通，所述第二管道的第二端与所述风机的出口连通。

10.根据权利要求9所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括保温罩、夹板和喷水管，所述保温罩罩设于所述炉本体的外部，所述保温罩的内壁与所述炉本体的外壁之间具有夹层空间，所述夹板位于所述夹层空间内，所述夹板将所述夹层空间分割成第一空间和第二空间，所述喷水管位于所述第一空间，所述喷水管的出水端用于朝所述炉本体的外壁喷射冷却水，所述第一管道的第二端和所述第二管道的第二端位于所述第二空间，所述风机的入口通过第三管道与所述第一空间连通，所述风机的出口通过第四管道与所述第二空间连通。