CN110437883A - 一种集成化下吸式生物质气化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成化下吸式生物质气化装置及方法，该生物质气化装置包括：料斗、反应器、渣桶、旋风除尘器和空气预热器，其特点是：料斗、空气预热器、旋风除尘器、渣桶以及反应器集成为一个紧凑的整体，极大地提高了整个系统的热效率，该系统适用于将秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等含碳的生物质材料气化产生可燃气体，产生的燃气可作为生活燃气使用；也可为锅炉等需要热能的设备提供能源；还可直接送入燃气发电机组燃烧产生电能。该系统结构紧凑、通用性强、能量利用率高；可靠、便捷、易操作。

Description

一种集成化下吸式生物质气化装置及方法

技术领域

本发明属于生物质气化技术领域，具体说是一种集成化下吸式生物质气化装置及方法。

背景技术

生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源资源，在世界能源消费总量中占14%，中国每年消耗的生物质能源占全球生物质消耗总量的30%。我国是一个农业大国，农作物秸秆年产量约为7.2亿吨，其中可作为能源利用的约为4亿吨。据不完全统计，我国每年约有2.4亿吨的农作物秸秆被农民用于低效炉灶的直接燃烧或废弃在田间地头直接焚烧，不仅浪费了资源，也严重污染了环境。

《可再生能源法》中明确表示“国家鼓励和支持可再生能源的开发利用，并为可再生能源开发利用项目提供一系列财政贴息、税收优惠策”。

生物质气化是一种将固体生物质颗粒变成可燃气体的技术，是一种将低品质燃料提质为高品质燃料的技术。该可燃气体可用作生活燃气，也可用于锅炉等燃料，还可直接送入内燃发动机燃烧驱动发电发电。生物质燃气作为一种可再生清洁能源，市场前景应该是非常好的，然而受制于现有的生物质气化技术市场发展并不好。

目前市场现有的生物质气化装置存在四个痛点：

1.目前市场上的生物质气化装置热效率较低，能源利用率只有11%—30%。而且系统复杂，占地面积过大，投资成本较高。

2.目前市场上现有的生物质气化装置中反应器的效果较差，产生的可燃气焦油含量较高。需要后续设置喷淋器、电捕焦器等过滤设备进行净化，系统过于庞大复杂。

3.目前市场上现有的生物质气化装置会产生大量含焦油的污水，造成二次污染。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的上述问题和不足，提供一种集成化下吸式生物质气化装置及方法。该系统采用集约化设计，其结构合理、紧凑。该系统安全、可靠、便捷、易操作；通用性强、能效高 ；低碳、环保，不产生二次污染。

一种集成化下吸式生物质气化装置，包括料斗、反应器、旋风除尘器和空气预热器，所有的设备集成为一个紧凑的整体，所述料斗包括干燥室和输送装置，所述干燥室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置将干燥室内的物料输送至反应器，所述反应器的燃气出口与除尘装置的燃气入口连接，所述除尘装置的燃气出口与料斗的干燥室燃气出口连接，所述空气预热器的燃气入口与干燥室的燃气出口连接，上述设备集成到底座上。

作为优选，所述干燥室夹腔壳体的内壁上开有多个小孔与干燥室相通。

作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。

作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。

作为优选，所述生物质气化装置的反应器包括裂解室、燃烧室、还原室、渣筐、刮渣器、振动器、螺旋除渣器、空气盘管、一个或多个焦油气燃烧喷嘴、保温壳体，所述裂解室、燃烧室、还原室为由上往下依次连接，裂解室的入口连连接干燥室的出口，裂解室的出口连接燃烧室的入口，燃烧室的出口连接还原室的入口，还原室的出口插入到渣筐中，渣筐与从侧面插入的振动器耦合在一起，刮渣器位于渣筐的下方与渣筐相连，并与从侧面插入的螺旋除渣器耦合在一起，所述螺旋除渣器与刮渣器耦合在一起，除渣器的转动为刮渣器提供动力，反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里设有的空气盘管，空气盘管一端与空气预热器的空气出口连接，空气盘管一端与焦油燃烧喷嘴相连接。

作为优选，反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里的空气盘管为螺旋结构。

作为优选，所述裂解室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间形成一个夹套腔体。

作为优选，所述燃烧室为双锥体结构。

作为优选，渣筐上沿高于还原室的出口，使得还原室与渣筐中炭颗粒流是连续的，在还原室中未反应完全的气体进入渣筐中继续发生反应。

作为优选，所述当反应器压力超出设定范围时振动器自动启动，振动器推动渣筐摆动，使得渣筐中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器压力恢复到设定范围内。

作为优选，焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向。

作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴为多个。

作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴为奇数个。

作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴5个。

作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴逆时针等距排裂在燃烧室上。

一种上述集成化下吸式生物质气化装置的生物质气化方法，其特征在于，包括如下主要流程：

（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗，在干燥室内生物质颗粒与来自旋风除尘器的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室的螺旋输送器送入反应器；

（2）反应器接收来自料斗干燥室的生物质颗粒，生物质颗粒在反应器中流经裂解室、燃烧室、还原室，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应，最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐中，反应器渣筐中的炭颗粒在振动器的作用下，通过渣筐底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的颗粒由渣筐下方的刮渣器收集后，通过螺旋除渣器送到与反应器相连接的渣桶中，渣桶中的颗粒要定期进行清理；

（3）生物质颗粒在反应器的裂解室的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室温度达到900—1000℃，炭颗粒在重力作用下进入燃烧室，碳颗粒及焦油气在燃烧室的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气，还原室中的温度控制在800—900℃，由燃烧室产生的CO₂和H₂O与残留的炭发生还原反应产生CO、H₂及CH₄等可燃气，反应完成的高温可燃气由渣筐顶部敞口逸出；

（4）高温的可燃气由反应器燃气出口进入旋风除尘器，并沿切线方向在旋风分离器内由上往下内发生高速的涡流旋转运动，在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去，分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器底部的灰桶，洁净的气体向上运动出旋风分离器，灰桶需要定期清理；

（5）由旋风除尘器流出的可燃气进入料斗干燥室的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室，可燃气在干燥室内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室内约停留1—2S，可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—170℃，可燃气被冷却至110—250℃，可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出；

（6）由料斗流出的可燃气通过管路进入空气预热器，可燃气由空气预热器的顶部燃气入口进入上管箱，在上管箱中燃气平均分配到多根换热管中，沿换热管向下流动进入下管箱，在这个过程中与由空气预热器壳体下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在下管箱中，可燃气由下管箱上部的燃气出口流出，通过管路进入后续用气设备，空气被加热到60—80℃，由空气预热器壳体上部的空气出口流出进入反应器；

所述流程（3）中，燃烧室、还原室为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃，可燃气从渣筐顶部敞口溢出时的温度为700—800℃，可燃气从渣筐顶部逸出后在反应器壳体与反应器燃烧室之间的腔室里流动，该腔室内设有螺旋结构的空气盘管，在该盘管的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与盘管中空气的热交换，可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降，空气盘管中的空气来自于流程（6）中的空气预热器，其经过可燃气加热温度达到500—600℃，高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃，裂解室中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴中混合后一起喷出并燃烧，混合气体的喷出速度为25—50m/S，焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，高速的混合气流在燃烧室内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室的温度高达1000℃。

上述过程最终产生的燃气可作为生活燃气使用；也可为锅炉等需要热能的设备提供能源；还可直接送入燃气发电机组燃烧产生电能等。

本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：

（1）本发明与现有技术相比通过系统的集成设计，系统设计紧凑，所占空间小，集成于底座上便于移动和运输，能够更好的适应各种生产环境，经济性高，同时通过对管路中燃气的运行路线进行设计，让除尘装置中的燃气通过干燥室，对干燥室内的生物质进颗粒进行干燥，降低生物质中的水分含量，同时提高生物质的温度，让生物质在反应器内更加高效的气化，产生更加环保的燃气，提高了整个系统的运行效率。

（2）本发明通过对干燥室上小孔的独特设计，提高了换热效果，本发明通过干燥室小孔的设计，对燃气进行过滤，反应器中文丘里效应设计的燃烧喷嘴的设置，将裂解室产生的焦油气快速的抽到燃烧室燃烧分解，避免了碳颗粒直接燃烧，极大的提高了可燃气的品质。而现有的下吸式气化反应器焦油气是随炭颗粒一起进入燃烧室，参与燃烧反应的多为炭颗粒，所以反应器产生可燃气中的焦油含量会较高，使得后续产生的烟气排放污染大。

（3）现有技术的热效率只有20%-30%，本发明通过干燥室、裂解室、焦油燃烧喷嘴、渣筐、刮渣器、除渣器、空气预热器等的特殊结构设计极大的提高了整个系统的热效率，使得整个系统的热效率达到70%。

（4）现有下吸式气化反应器流场及温度场不均匀，反应温度低，易出现“冷点”，产生的气体焦油量高，增加了后续过滤系统的压力。本发明通过焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室切线方向布置，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”，强化了燃烧强度和燃烧室内温度分布的均匀性，避免了现有下吸式气化反应器因温度场不均匀出现的“冷点”，同时燃烧室双锥体结构，由焦油燃烧喷嘴形成的高速“涡流”气体在触及燃烧室的锥面时被反射，从而在燃烧室的轴向形成旋转气流进一步强化了燃烧室温度场的均匀性，极大提高了反应器的产气效率和气体的品质，本发明产气品质高，烟气排放优于国家标准。

(5) 本发明通过监测燃烧室和还原室的压力、温度参数以及输入的物料的性质参数，通过特定的方程式来判断反应器内固相和气相的流动情况，并以此控制振动器的工作，从而保证物料反应充分产生高品质的可燃气。

附图说明

图1为本发明一种集成化下吸式生物质气化装置主体示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明一种料斗与反应器耦合示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为图4的左视图；

图7为本发明一种焦油气燃烧喷嘴布置示意图；

图8为本发明一种振动器与渣筐耦合示意图；

图9为本发明一种除渣器与刮渣器耦合示意图；

图10为本发明一种焦油气燃烧喷嘴示意图；

附图标记如下：

料斗1、反应器2、渣桶3、旋风除尘器4、空气预热器5、爬梯6、螺旋输送器7、干燥室8、裂解室9、燃烧室10、还原室11、渣筐12、刮渣器13、焦油气燃烧喷嘴14、空气盘管15、保温壳体16、振动器17、螺旋除渣器18、空气管19、喷嘴20、油气管21。

实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1、2、 3和4所示，一种集成化下吸式生物质气化发电系统，包括耦合成为一个整体的料斗1、反应器2、旋风除尘器4、空气预热器5，所述料斗1包括干燥室8和输送装置7，所述干燥室8的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置7将干燥室8内的物料输送至反应器2，所述反应器2的燃气出口与旋风除尘器4的燃气入口连接，所述旋风除尘器4的燃气出口与料斗干燥室8的燃气出口连接，所述空气预热器5的燃气入口与干燥室8的燃气出口连接，所述空气预热器5的空气出口与反应器2的空气入口连接，通过系统的集成设计，系统设计紧凑，所占空间小，集成于底座上便于移动和运输，能够更好的适应各种生产环境，经济性高，同时通过对管路中燃气的运行路线进行设计，让除尘装置中的燃气通过干燥室，对干燥室内的生物质进颗粒进行干燥，降低生物质中的水分含量，同时提高生物质的温度，让生物质在反应器内更加高效的气化，产生更加环保的燃气，提高了整个系统的运行效率。

作为优选，在料斗上可以设置爬梯6人工投送物料或输送装置投送物料。

作为优选，输送装置为螺旋输送器7，该流程中的螺旋输送器7转动过程对生物质颗粒有扰动作用，提高了生物质颗粒与可燃气之间的换热效率。

作为优选，干燥室8的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，夹腔体内壁上开有多个小孔，流程中的干燥室内燃气与生物质颗粒直接接触，燃气中的焦油及粉尘被吸附下来，提高燃气的洁净度，同时对颗粒加热蒸干更充分。

作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。主要是沿着生物质颗粒的运动方向，通过小孔的孔径和/或数量逐渐增加，增加进入 干燥室内的燃气的量，从而使的沿着生物质颗粒的运动方向，换热能力不断的增加，形成类似逆流换热效果，从而提高换热能力。

作为优选，沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。主要是沿着生物质颗粒的运动方向，通过小孔的孔径和/或数量逐渐增加幅度变大，增加进入干燥室内的燃气的量的不断增加的数量越来越大，从而使的沿着生物质颗粒的运动方向，换热能力不断的增加的幅度变大，形成更加稳定的逆流换热效果，从而提高换热能力。上述技术特征是申请人通过大量的研究得到的，并不是本领域的公知常识，幅度增加能够实现提高10%左右的换热效果。

作为优选，干燥室的燃气进口和燃气出口设在与输送装置平行的侧壁上。

如图5-8所示，集成化下吸式生物质气化发电系统中反应器2包括裂解室9、燃烧室10、还原室11、渣筐21、刮渣器13、振动器8、螺旋除渣器9、空气盘管17、焦油气燃烧喷嘴14和保温壳体7，所述裂解室9、燃烧室10、还原室11为由上往下依次连接，裂解室9的入口连连接干燥室8的出口，裂解室9的出口连接燃烧室10的入口，燃烧室10的出口连接还原室11的入口，还原室11的出口插入到渣筐21中，渣筐21与从侧面插入的振动器8耦合在一起，刮渣器13位于渣筐21的下方与渣筐相连，并与从侧面插入的螺旋除渣器9耦合在一起，所述螺旋除渣器9与刮渣器13耦合在一起，螺旋除渣器9的转动为刮渣器13提供动力，反应器保温壳体7与反应器燃烧室10之间的腔室里设有空气盘管17，空气盘管17一端与空气预热器5的空气出口连接，空气盘管17一端与焦油燃烧喷嘴14相连接。该流程中的螺旋除渣器9与刮渣器13耦合到一起，螺旋除渣器9的转动为刮渣器13提供动力，一方面刮渣器13与螺旋除渣器9联动提高了排渣效率；另一方面降低了反应器的高度，使反应器更紧凑，外表面积更小，从而降低了反应器的散热损失，该流程中利用空气预热器回收燃气中的废热，提高了进入反应器的空气温度，提高了产气效率和品质，极大的提高了整个系统的热效率。

如图10所示，所述焦油气燃烧喷嘴14包括空气管19、喷嘴20、油气管21。

作为优选，反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里的空气盘管4为螺旋结构。通过该设计，在该空气盘管的作用下从渣筐逸出的可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管中空气的热交换，可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降。

作为优选，裂解室,9的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间形成一个夹套腔体。

作为优选，上述的燃烧室10为双锥体结构，渣筐21上沿高于还原室11的出口，使得还原室11与渣筐21中炭颗粒流是连续的，在还原室11中未反应完全的气体进入渣筐中继续发生反应，相对于现有的下吸式气化反应器技术来说，延长了还原反应的流程，产气效率更高，产生可燃气的品质也更好。

如图9所示，作为优选，焦油气燃烧喷嘴14出口方向沿燃烧室10的切线方向；焦油燃烧喷嘴14沿燃烧室周向切线布置，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”，强化了燃烧强度和燃烧室内温度分布的均匀性，避免了现有下吸式气化反应器因温度场不均匀出现的“冷点”；同时燃烧室10为双锥体结构，由焦油燃烧喷嘴14形成的高速“涡流”气体在触及燃烧室10的锥面时被反射，从而在燃烧室10的轴向形成旋转气流进一步强化了燃烧室10温度场的均匀性，极大提高了反应器的产气效率和气体的品质。

作为优选，所述焦油气燃烧喷嘴14为文丘里效应设计的燃烧喷嘴，在高速空气的推动下喷嘴中产生负压区将裂解室产生的焦油气快速的抽到燃烧室燃烧分解，避免了碳颗粒直接燃烧，极大的提高了可燃气的品质。而现有的下吸式气化反应器焦油气是随炭颗粒一起进入燃烧室，参与燃烧反应的多为炭颗粒。所以反应器产生可燃气中的焦油含量会较高。

作为优选所述焦油气燃烧喷嘴14为1个或多个。

作为优选所述焦油气燃烧喷嘴14为奇数个，使得焦油气燃烧喷嘴14协同性更好，使得喷嘴喷出的高速气流在燃烧室内产生“涡流效应”效果更好。

作为优选所述焦油气燃烧喷嘴14为5个。

作为优选所述焦油气燃烧喷嘴14逆时针等距排裂在燃烧室上。

作为优选旋风除尘器4还包括连接于其下部的用于储存粉尘的灰桶。

作为优选当反应器2压力超出设定范围时振动器25自动启动。振动器17推动渣筐21摆动，使得渣筐21中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器2压力恢复到设定范围内，提高反应器2的产气效率。

作为优选下吸式气化发电系统反应器中振动器的控制：

通过监测燃烧室和还原室的压力、温度参数以及输入的物料的性质参数，通过特定的方程式来判断反应器内固相和气相的流动情况，并以此控制振动器的工作，从而保证物料反应充分产生高品质的可燃气，反应器内压力、温度以及物料性质参数如下：

R_ratio=P_c/P_r*e^d/m*(T_c-T_r)

该方程式中“/”代表除，“*”代表乘，“-”代表减；

R_ratio—反应器反应完成度指示参数；

P_c—燃烧室压力，单位P_a；优选-5000≤P_c≤-500；

P_r—还原室压力，单位P_a；优选-5000≤P_r≤-500；

e—自然常数，取e=2.718；

d—物料平均粒径，单位m,优选0.01≤d≤0.04；

m—物料干基含水率，优选5%≤m≤30%；

T_c—燃烧室温度，单位℃; 优选900≤T_c≤1000；

T_r—还原室温度，单位℃; 优选800≤T_r≤900；

当T_c≥900℃时开始工作:

R_ratio通过控制振动器产生如下动作：

（1）当20≤R_ratio≤80时，振动器每5分钟连续振动30秒；

（2）当R_ratio<20或R_ratio>80时，振动器每5分钟连续振动3分钟。

R_ratio=P_c/P_r*e^d/m*(T_c-T_r)控制方程式中，R_ratio只取数值。

作为优选，0.01≤d≤0.04；0.05≤m≤0.3。

作为优选，0.015≤d≤0.035；7%≤m≤27%。

作为优选，0.017≤d≤0.030； 10%≤m≤24%。

作为优选，0.02≤d≤0.03； 12%≤m≤18%。

以上振动器的控制方式是发明人独创的，通过多次试验验证总结的，是独创性的控制方式，通过该控制方式可以更加高效、节能的对生物质进行气化处理，生物质的气化效率更高，同时产生的燃气更加环保洁净，品质更好。

作为优选，螺旋除渣器9的末端连接有渣桶3，收集颗粒。

如图9所示，空气预热器5与反应器2耦合为一体，该空气预热器5的燃气进口与料斗的干燥室8相连接，该空气预热器5的空气出口与反应器2的空气进口相连接。该空气预热器5是一高效的立式管壳式换热器，由上管箱、下管箱、壳体、管束四部分组成，壳体上设有空气进口和空气出口，上管箱设有燃气进口，下管箱设有燃气出口。

以上实施例所列举的优选方式可以进行自由组合。

上述过程最终产生的燃气可作为生活燃气使用；也可为锅炉等需要热能的设备提供能源；还可直接送入燃气发电机组燃烧产生电能等。

上述集成化生物质气化发电系统的生物质气化发电方法，包括如下主要流程：

（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗1。在干燥室8内生物质颗粒与来自旋风除尘器4的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室8内的螺旋输送器7送入反应器2，该流程中的用可燃气加热生物质颗粒，回收可燃气中的预热，提高了整个系统的热效率；干燥室8内燃气与生物质颗粒直接接触，燃气中的焦油及粉尘被吸附下来，提高燃气的洁净度。

（2）反应器2接收来自料斗干燥室8的生物质颗粒。生物质颗粒在反应器中流经裂解室9、燃烧室10、还原室11，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应。最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐21中，渣筐21中的炭颗粒在振动器17的作用下，通过渣筐21底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的炭颗粒由渣筐21下方的刮渣器13收集后，通过螺旋除渣器7送到与反应器2相连接的渣桶3中，渣桶3中的颗粒要定期进行清理。

（3）生物质颗粒在反应器2的裂解室9的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴23的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室10温度达到900—1000℃；炭颗粒在重力作用下进入燃烧室10，炭颗粒及焦油气在燃烧室10的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气；还原室11中的温度控制在800—900℃，由燃烧室10产生的CO₂和H₂O与残留的炭发生还原反应产生CO、H₂及CH₄等可燃气；反应完成的高温可燃气由渣筐21顶部敞口逸出。

（4）高温的可燃气由反应器2燃气出口进入旋风除尘器4，并沿切线方向在旋风分离器4内由上往下内发生高速的涡流旋转运动；在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去；分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器4底部的灰桶；洁净的气体向上运动出旋风分离器4；灰桶26需要定期清理。

（5）由旋风除尘器4流出的可燃气进入干燥室8的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室8；可燃气在干燥室8内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室8内约停留1—2S。可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—150℃，可燃气被冷却至200—250℃。可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出，该流程中燃气中的废热被回收，提高了整个系统的热效率，同时被拦截下来的焦油及粉尘随生物质颗粒重新进入反应器2参与反应，提高了燃料的利用率。

（6）由料斗1流出的可燃气通过管路进入空气预热器5，在这个过程中与由空气预热器下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在空气预热器5中，可燃气由燃气出口流出，通过管路进入活性炭吸附器6，空气被加热到60—80℃，由空气出口流出进入反应器2。

该流程中利用空气预热器5回收燃气中的废热，提高了进入反应器2的空气温度，提高了产气效率和品质，极大的提高了整个系统的热效率。同时燃气中少量焦油及水分被冷凝下来，避免了可能对燃气发电机组10造成的损坏。

上述流程（3）中，燃烧室10、还原室11为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃。可燃气从渣筐21顶部敞口溢出时的温度为700—800℃。可燃气从渣筐21顶部逸出后在反应器2壳体与反应器燃烧室10之间的腔室里流动。该腔室内设有螺旋结构的空气盘管24，在该空气盘管24的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与空气盘管24中空气的热交换。可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降。空气盘管24中的空气来自于流程（6）中的空气预热器6，其经过可燃气加热温度达到500—600℃。高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃。裂解室9中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴23中混合后一起喷出并燃烧。混合气体的喷出速度为25—50m/S。焦油气燃烧喷嘴23出口方向沿燃烧室10的切线方向。高速的混合气流在燃烧室10内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室10的温度高达1000℃。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加、替换或本发明技术特征的随机组合，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成化下吸式生物质气化装置，包括料斗、反应器、旋风除尘器和空气预热器，所有的设备集成成一个紧凑的整体，所述料斗包括干燥室和输送装置，所述干燥室的器壁由两层壳体构成，在两层壳体之间构成一个夹套腔体，所述输送装置将干燥室内的物料输送至反应器，所述反应器的燃气出口与除尘装置的燃气入口连接，其特征在于所述除尘装置的燃气出口与料斗的干燥室燃气出口连接，所述空气预热器的燃气入口与干燥室的燃气出口连接，上述设备集成到底座上。

2.根据权利要求1所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于所述干燥室夹腔壳体的内壁上开有多个小孔与干燥室相通。

3.根据权利要求2所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加。

4.根据权利要求3所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于沿着生物质颗粒的运动方向，所述小孔的孔径和/或数量逐渐增加的幅度不断增加。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于所述生物质气化装置的反应器包括裂解室、燃烧室、还原室、渣筐、刮渣器、振动器、螺旋除渣器、空气盘管、一个或多个焦油气燃烧喷嘴、保温壳体，所述裂解室、燃烧室、还原室为由上往下依次连接，裂解室的入口连连接干燥室的出口，裂解室的出口连接燃烧室的入口，燃烧室的出口连接还原室的入口，还原室的出口插入到渣筐中，渣筐与从侧面插入的振动器耦合在一起，刮渣器位于渣筐的下方与渣筐相连，并与从侧面插入的螺旋除渣器耦合在一起，所述螺旋除渣器与刮渣器耦合在一起，除渣器的转动为刮渣器提供动力，反应器保温壳体与反应器燃烧室之间的腔室里设有空气盘管，空气盘管一端与空气预热器的空气出口连接，空气盘管一端与焦油燃烧喷嘴相连接。

6.根据权利要求5所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于所述渣筐上沿高于还原室的出口。

7.根据权利要求5所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于当反应器压力超出设定范围时振动器自动启动，振动器推动渣筐摆动，使得渣筐中的细颗粒向下移动排出，从而使反应器压力恢复到设定范围内。

8.根据权利要求5所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向。

9.根据权利要求5所述的一种集成化下吸式生物质气化装置，其特征在于所述焦油气燃烧喷嘴为奇数个，所述焦油气燃烧喷嘴逆时针等距排裂在燃烧室上。

10.一种上述集成化下吸式生物质气化装置的生物质气化方法，其特征在于，包括如下主要流程：

（1）秸秆颗粒、木片、粉碎的椰壳等生物质颗粒由人工或输送机械投入料斗，在干燥室内生物质颗粒与来自旋风除尘器的可燃气体直接接触，生物质颗粒被加热去除部分水分，生物质颗粒由干燥室的螺旋输送器送入反应器；

（2）反应器接收来自料斗干燥室的生物质颗粒，生物质颗粒在反应器中流经裂解室、燃烧室、还原室，依次发生裂解反应、氧化反应、还原反应，最后反应完成的炭颗粒进入还原室下方的渣筐中，反应器渣筐中的炭颗粒在振动器的作用下，通过渣筐底板及侧壁上的孔及顶部敞口排出，排出的颗粒由渣筐下方的刮渣器收集后，通过螺旋除渣器送到与反应器相连接的渣桶中，渣桶中的颗粒要定期进行清理；

（3）生物质颗粒在反应器的裂解室的无氧气氛下被加热到350—400℃发生裂解反应，产生炭颗粒及焦油气，大部分焦油气在焦油燃烧喷嘴的抽力作用下进入喷嘴与喷嘴中的空气混合燃烧，使得燃烧室温度达到900—1000℃，炭颗粒在重力作用下进入燃烧室，碳颗粒及焦油气在燃烧室的高温作用下继续发生分解产生小分子可燃气，还原室中的温度控制在800—900℃，由燃烧室产生的CO₂和H₂O与残留的炭发生还原反应产生CO、H₂及CH₄等可燃气，反应完成的高温可燃气由渣筐顶部敞口逸出；

（4）高温的可燃气由反应器燃气出口进入旋风除尘器，并沿切线方向在旋风分离器内由上往下内发生高速的涡流旋转运动，在离心力的作用下可燃气中超过50%大于3μm的粉尘被分离出去，分离出的粉尘在重力作用下向下进入旋风分离器底部的灰桶，洁净的气体向上运动出旋风分离器，灰桶需要定期清理；

（5）由旋风除尘器流出的可燃气进入料斗干燥室的夹套腔体中，通过夹套腔体内层壳体上的均匀布置的小孔进入干燥室，可燃气在干燥室内与生物质颗粒直接接触，可燃气在干燥室内约停留1—2S，可燃气与生物质颗粒发生热交换，生物质颗粒被加热至100—170℃，可燃气被冷却至110—250℃，可燃气在生物质颗粒间隙之间流动过程中，约30%大于3μm的粉尘被拦截下来，过滤过的可燃气由料斗下方的燃气出口流出；

（6）由料斗流出的可燃气通过管路进入空气预热器，可燃气由空气预热器的顶部燃气入口进入上管箱，在上管箱中燃气平均分配到多根换热管中，沿换热管向下流动进入下管箱，在这个过程中与由空气预热器壳体下部空气入口进入的空气间接进行热交换，可燃气被冷却至80—100℃，可燃气中水分和少量的焦油气被冷凝成液体留在下管箱中，可燃气由下管箱上部的燃气出口流出，通过管路进入后续用气设备，空气被加热到60—80℃，由空气预热器壳体上部的空气出口流出进入反应器；

所述流程（3）中，燃烧室、还原室为微负压状态，压力控制在-5—-0.5KPa，温度控制在800—900℃，可燃气从渣筐顶部敞口溢出时的温度为700—800℃，可燃气从渣筐顶部逸出后在反应器壳体与反应器燃烧室之间的腔室里流动，该腔室内设有螺旋结构的空气盘管，在该盘管的作用下可燃气做湍流流动，加强了可燃气与盘管中空气的热交换，可燃气做湍流流动也加强了其夹带粉尘的沉降，空气盘管中的空气来自于流程（6）中的空气预热器，其经过可燃气加热温度达到500—600℃，高温可燃气到达燃气出口时被冷却到300—400℃，裂解室中的产生的焦油气与空气在焦油气燃烧喷嘴中混合后一起喷出并燃烧，混合气体的喷出速度为25—50m/S，焦油气燃烧喷嘴出口方向沿燃烧室的切线方向，高速的混合气流在燃烧室内形成漩涡流动，加强了燃烧的燃烧强度，使得燃烧室的温度高达1000℃。