CN108865277A - 一种生物质垃圾气化炉 - 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、保温罩、喷水管和排水管，所述炭化活化仓的顶部设有支撑座，所述炉本体位于所述保温罩内，所述炉本体和所述保温罩安装于所述支撑座，所述保温罩的内侧、所述炉本体的外侧以及所述支撑座之间围成夹层空间，所述喷水管位于所述夹层空间，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，所述支撑座开设有出水口，所述排水管的第一端连接于所述出水口处，所述排水管的第二端伸出于所述炭化活化仓的外部。上述生物质垃圾气化炉运行时，喷水管的出水端朝炉本体的外壁喷射冷却水，能够对炉本体及夹层空间进行降温，且使用后的冷却水能够顺利地通过水口及排水管排到炭化活化仓的外部。

Description

一种生物质垃圾气化炉

技术领域

本发明涉及生物质气化技术领域，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。气化介质通过喷管进入炉本体内。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中，炉体的夹层内经常高温结焦，难以冷却处理。

发明内容

基于此，有必要针对夹层难以冷却处理的问题，提供一种生物质垃圾气化炉，它能够冷却夹层，并且顺利地将冷却水排出炉体的外部。

一种生物质垃圾气化炉，包括炉本体、炭化活化仓、保温罩、喷水管和排水管，所述炭化活化仓的顶部设有支撑座，所述炉本体位于所述保温罩内，所述炉本体和所述保温罩均安装于所述支撑座，所述保温罩的内侧、所述炉本体的外侧以及所述支撑座之间围成夹层空间，所述喷水管位于所述夹层空间，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，所述支撑座开设有出水口，所述排水管的第一端连接于所述出水口处，所述排水管的第二端伸出于所述炭化活化仓的外部。

上述生物质垃圾气化炉运行时，喷水管的出水端朝炉本体的外壁喷射冷却水，能够对炉本体及夹层空间进行降温，同时制造水蒸气供气化反应，防止炉本体的外壁高温结焦，减少或者避免停机维护。并且，使用后的冷却水能够顺利地通过水口及排水管排到炭化活化仓的外部。

在其中一个实施例中，所述炭化活化仓包括内仓和外仓，所述内仓与所述炉本体连通，所述内仓位于所述外仓内，所述内仓与所述外仓之间具有间隙，所述排水管的第二端穿过所述间隙并伸出于所述外仓的外部。

在其中一个实施例中，所述外仓安装有法兰板，所述排水管的第二端穿设于所述法兰板。

在其中一个实施例中，所述内仓为锥形壳，所述锥形壳的上部开口小于所述锥形壳的下部开口，所述锥形壳的下部抵触所述外仓的侧壁。

在其中一个实施例中，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和所述回收管均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，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，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，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，还包括位于所述夹层空间的夹板，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。

在其中一个实施例中，所述风机内部设有加热件，所述加热件用于加热所述风机内部的气体。

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A处的局部放大图；

图3为图1中B处的局部放大图；

图4为图1中C处的局部放大图；

图5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；

图6为图1中所述喷射装置的结构示意图；

图7为图1中所述支撑座的展开示意图。

100、炉本体，101、预处理仓，102、氧化焚烧仓，103、还原裂解仓，104、入料口，200、炭化活化仓，210、内仓，220、外仓，201、出气口，202、刮刀，300、保温罩，310、夹层空间，311、第一空间，312、第二空间，400、喷水管，500、排水管，601、支撑座，6011、支撑盘，6012、立柱，6013、第一加强梁，6014、第二加强梁，602、出水口，603、第一管道，604、风机，605、第二管道，606、第三管道，607、第四管道，608、夹板，609、流量控制阀，700、供气化介质装置，710、空心轴，711、第二喷孔，720、气化介质传输管，721、第一喷孔，730、回收管，800、喷射装置，801、安装盘，802、分配管，803、喷射件。

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”、“第四”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

结合图1和图2，一种生物质垃圾气化炉，包括炉本体100、炭化活化仓200、保温罩300、喷水管400和排水管500。炭化活化仓200的顶部设有支撑座601。炉本体100位于保温罩300内。炉本体100和保温罩300均安装于支撑座601。保温罩300的内侧、炉本体100的外侧以及支撑座601之间围成夹层空间310，喷水管400位于夹层空间310。喷水管400的出水端用于朝炉本体100的外壁喷射冷却水。支撑座601开设有出水口602。排水管500的第一端连接于出水口602处，排水管500的第二端伸出于炭化活化仓200的外部。

上述生物质垃圾气化炉运行时，喷水管400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310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。并且，使用后的冷却水能够顺利地通过水口及排水管500排到炭化活化仓200的外部。

可以理解，喷水管400竖向设置。喷水管400为两条以上。两条以上喷水管400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400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，炉本体100包括由上至下依次连通的预处理仓101、氧化焚烧仓102和还原裂解仓103。还原裂解仓103通过安装座安装到炭化活化仓200上，且与炭化活化仓200连通。预处理仓101的顶部具有入料口104。生物质原料通过进料口进入炉本体100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103，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2，炭化活化仓200包括内仓210和外仓220。内仓210与炉本体100连通，内仓210位于外仓220内，内仓210与外仓220之间具有间隙。排水管500的第二端穿过间隙并伸出于外仓220的外部。炭化活化仓200为双层结构，容易实现保温。排水管500的一端连接在支撑座601上，另一端穿过外仓220，从而不会破坏炉本体100和内仓210的结构，不会影响生物质的气化反应。

进一步地，外仓220安装有法兰板(图未示)，排水管500的第二端穿设于法兰板。排水管500通过法兰板能够方便地安装到外仓220上，便于拆卸。假设排水管500直接安装到外仓220上，在拆装过程中，容易卡在外仓220上。

进一步地，结合图2，内仓210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仓220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仓220的侧壁时，锥形壳的下部与外仓220的侧壁能够密封接触。同时，外仓220对锥形壳起支撑作用。

其中，请结合图2，炭化活化仓200用于接收来自还原裂解仓103的燃气和活性炭。炭化活化仓200的侧壁设有出气孔，外仓220设有出气口201，出气口201与出气孔错开设置。来自还原裂解仓103的燃气和活性炭落入炭化活化仓200中。其中，燃气依次通过出气孔和出气口201后被收集利用，而出气口201与出气孔错开设置，使得燃气的流动不会形成对流，则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201，避免炭粉混入燃气中，使得燃气纯度高。

具体地，炭化活化仓200的底部具有出炭槽口(图未示)。炭化活化仓200内设有转轴。转轴上连接有刮刀202。刮刀202202旋转，能够将吸附在炭化活化仓200内表面的活性炭铲除，避免炭化活化仓200堵塞。

具体地，结合图1和图4，上述生物质垃圾气化炉还包括供气化介质装置700。供气化介质装置700包括空心轴710、气化介质传输管720和回收管730。空心轴710的第一端位于炉本体100的外部，空心轴710的第二端位于炉本体100的内部且封闭。气化介质传输管720和回收管730均安装于空心轴710内。请一并参见图4，气化介质传输管720的侧壁具有第一喷孔721，空心轴710设有与第一喷孔721连通的第二喷孔711。回收管730的入口端位于空心轴710内，回收管730的出口端位于空心轴710外。其中，位于气化介质传输管720内的气化介质能够依次通过第一喷孔721、第二喷孔711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710内凝结成水。回收管730能够将沉积在空心轴710的水抽出空心轴710外部。

进一步地，请参见图1、图3和图5，上述生物质垃圾气化炉还包括第一管道603。第一管道603的第一端与炉本体100的内部连通，第一管道603的第二端与回收管730的出口端连通。滞留在空心轴710的气化介质能够通过回收管730流出炉本体100外，并再通过第一管道603进入到氧化焚烧仓102内，从而能够参与氧化反应。上述能回收利用气化介质的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，请参见图1、图3和图5，上述生物质垃圾气化炉还包括风机604。风机604的入口与回收管730的出口端连通，风机604的出口与第一管道603的第二端连通。风机604用于驱动空心轴710中未参与反应的气化介质通过回收管730和第一管道603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。

进一步地，请参见图1、图3和图5，上述生物质垃圾气化炉还包括第二管道605。第二管道605的第一端与空心轴710的第一端连通，第二管道605的第二端与风机604的出口连通。空心轴710中未参与反应的气化介质既可以通过回收管730、风机604和第二管道605循环回到空心轴710中，再次通过空心轴710的第二喷孔711进而气化炉的中部参与氧化反应，也可以通过回收管730、风机604和第一管道603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，请参见图1、图3和图5，上述生物质垃圾气化炉还包括位于夹层空间310的夹板608。夹板608将夹层空间310分割成第一空间311和第二空间312。喷水管400位于第一空间311，第一管道603的第二端和第二管道605的第二端位于第二空间312。风机604的入口通过第三管道606与第一空间311连通，风机604的出口通过第四管道607与第二空间312连通。

请结合图5，喷水管400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606进入风机604内，并经风机604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312是一个三通的区域，实现风机604的出口分别与第一管道603和第二管道605连通。第二空间312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300之间的夹层空间310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。

进一步地，结合图3，第三管道606和/或第四管道607上安装有流量控制阀609。根据氧化反应对气化介质的需求量，流量控制阀609控制并分配回收利用的气化介质进入第三管道606及第四管道607内的流量大小，实现氧化反应平稳进行。

可以理解，风机604内部设有加热件。加热件用于加热风机604内部的气体。风机604能够对流经风机604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。

具体地，请结合图1和图6，上述生物质垃圾气化炉还包括喷射装置800。喷射装置800包括安装盘801、分配管802和喷射件803。安装盘801套设安装于空心轴710上，安装盘801开设有第一通孔和多个第二通孔。分配管802安装于安装盘801。分配管802有多个，多个分配管802分别通过相对应的第二通孔与安装盘801相连通，多个分配管802围绕安装盘801的圆周分布；喷射件803安装于分配管802。喷射件803与分配管802相连通。如此，喷射件803能够形成喷射面积大且均匀的气化运行轨道，喷射效果好，且能够对物料形成桩基震捣，进而可以使物料气化层形成均匀的床层密实度，显著提高气化效率。

具体地，参见图6，该分配管802的一端安装于该安装盘801，另一端向外发射状延伸。该分配管802的长度不作具体的限制，其与炉本体100的内径相适配即可。该分配管802有多个，多个分配管802环绕该安装盘801圆周式分布。通过将多个分配管802环绕式安装于该安装盘801，能够形成均匀的喷射轨道，且喷射面积较大，气化效率高。可选地，多个分配管802等间隔均匀分布，其进一步提高形成的喷射轨道的均匀度。

其中，该分配管802的材料可以根据性能要求进行选择即可。可选地，该分配管802可以为不锈钢管或铁管等金属管，其具有较好的强度，能够压实物料气化床层，有效提高气化效率。该分配管802的数量也可以根据炉体的实际情况进行选择。可选地，该分配管802的数量有六个。

具体地，参见图6，每个分配管802上均安装设有多个喷射件803。喷射件803可以安装于该分配管802的上下表面。多个喷射件803的长度和喷射角度可以根据所需进行调整。可选地，任一喷射件803的长度均不相同，和/或任一喷射件803的喷射角度均不相同。该分配管802上的任一喷射件803的长度和喷射角度均不相同时，每个喷射件803都可以形成独立的气化反应轨道，且每个喷射件803均在不同的运行轨道平面内，进而能够形成立体喷射，进一步提高喷射面积和均匀度，喷射效果较好，能够有效提高气化效率。可选地，该喷射件803为燃烧器用喷嘴。

其中，支撑座601包括支撑盘6011和多个立柱6012。图7为支撑座的展开结构示意图，将立柱6012展开到与支撑盘6011同一平面。实际上，立柱6012是如图1中所显示的竖直设置。多个立柱6012安装于支撑盘6011的底部，多个立柱6012沿支撑盘6011的周向分布。相邻两个立柱6012之间通过第一加强梁6013连接，第一加强梁6013抵触支撑盘6011。相邻两个立柱6012之间设有两个第一加强梁6013，相邻两个第一加强梁6013之间通过第二加强梁6014连接，且第二加强梁6014抵触支撑盘6011。

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、保温罩、喷水管和排水管，所述炭化活化仓的顶部设有支撑座，所述炉本体位于所述保温罩内，所述炉本体和所述保温罩均安装于所述支撑座，所述保温罩的内侧、所述炉本体的外侧以及所述支撑座之间围成夹层空间，所述喷水管位于所述夹层空间，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，所述支撑座开设有出水口，所述排水管的第一端连接于所述出水口处，所述排水管的第二端伸出于所述炭化活化仓的外部。

2.根据权利要求1所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述炭化活化仓包括内仓和外仓，所述内仓与所述炉本体连通，所述内仓位于所述外仓内，所述内仓与所述外仓之间具有间隙，所述排水管的第二端穿过所述间隙并伸出于所述外仓的外部。

3.根据权利要求2所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述外仓安装有法兰板，所述排水管的第二端穿设于所述法兰板。

4.根据权利要求2所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述内仓为锥形壳，所述锥形壳的上部开口小于所述锥形壳的下部开口，所述锥形壳的下部抵触所述外仓的侧壁。

5.根据权利要求1至4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和所述回收管均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。

6.根据权利要求5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。

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。

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。

9.根据权利要求8所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，还包括位于所述夹层空间的夹板，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。

10.根据权利要求6所述的生物质垃圾气化炉，其特征在于，所述风机内部设有加热件，所述加热件用于加热所述风机内部的气体。