CN111394135A - 一种新型稻壳用炭气联产气化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是包括进料装置、反应腔、破桥装置、布气装置和刮板组件；其中进料装置设于反应腔的顶部，破桥装置和布气装置自上而下依次设于反应腔的底部内侧，刮板组件设于反应腔的底部中央。本发明整体结构采用上吸式气化装置设计，安全可靠、控制简单，最终产物可同时得到可燃气、生物质干炭两项产品，经济收益较高；通过设置全密闭进料系统，保证气化系统内部在微正压环境下运行，同时保证燃气的低水平氧含量；无额外动力破桥装置，解决稻壳在炉内架桥的问题；在底板上均匀设置有两个出炭口，实现均匀可控干式出炭。

Description

一种新型稻壳用炭气联产气化装置

技术领域

本发明涉及的是一种新型稻壳用炭气联产气化装置，属于生物质能源技术领域。

背景技术

稻壳气化技术是生物质气化领域中研究较早，发展也相对较成熟的一类技术方案，在现有的稻壳气化设备中，传统的下吸式气化装置在产气的同时可以产炭，上部进料、进气化剂，下部出炭、出可燃气，因此在气化装置中下部需要采用外加动力的铸铁大炉排，而炉排长期在高温环境下运行，易损坏，维修率高，而且由于下吸式气化炉将空气作为气化剂，由炉体上部自由进入，因此下吸式气化炉控制要求很高，下部共用高温可燃气腔和出炭腔，高温的可燃气氧含量控制不好，容易产生安全事故。同时，下吸式稻壳气化气化炉产气能力小（通常生产力只有3000m³可燃气，发电1m或者供4吨蒸汽），影响规模化产能推广（如20吨锅炉，需要6台下吸收气化炉）。传统成熟的流化床气化可以实现规模化生产，但是其稻壳炭变成灰渣，无法产生经济效益。

稻壳气化工序的主要产品稻壳炭可以应用在冶金行业作为保温材料，但作为保温材料时，行业内对稻壳炭的产品质量有具体指标要求，如要求稻壳炭的颗粒大小在热解气化收缩了20-30%的情况下，形状也需要保持相对完整，并维持大于45%的含碳量等等。在冶金行业不断快速发展、产量不断提升的现状下，行业内急需一套大型的稻壳气化联产炭的技术及相应的设备，传统的下吸式气化装置显然无法达到上述要求。

上吸式气化装置从气化原理上可以很好解决传统下吸式气化装置单机产气量低的问题，但是目前上吸式气化装置通常由煤气化炉改造而来，其结构设计主要针对块状生物质原料，比如木片、竹片等，大部分不产炭而是产出湿渣，部分经改造的装置即使能够产炭，其得炭率也很低，通常只有10%-15%，相对于稻壳下吸式气化装置平均30%的得炭率低很多，且上吸式气化装置的气化炉易排出粉炭，炭的形状和品质遭到破坏，难以有效收集应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有稻壳气化装置结构和技术存在的上述缺陷，提出一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其单机产气量高、装置产品多样，故障率低，炭品质好，操作简单，运行安全、稳定。

本发明的技术解决方案：一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其结构是包括进料装置、反应腔、破桥装置、布气装置和刮板组件；其中进料装置设于反应腔的顶部，包括料斗、上气动阀、A料位计、过渡料仓、下气动阀、进料筒和B料位计；其中料斗通过上气动阀与过渡料仓的顶部相连接，过渡料仓的底部通过下气动阀连接进料筒的顶部；A料位计设于过渡料仓的侧边上部，B料位计设于进料筒的侧边上部；破桥装置安装于反应腔的底部内侧中心处，刮板组件固定于反应腔底部的底板中心，破桥装置与刮板组件顶部旋接；布气装置安装于破桥装置的正下方，并通过支撑固定于刮板组件上方，布气装置同时通过空气阀和管道与安装于反应腔外侧的鼓风机相连。

进一步的，所述的反应腔的顶部与进料筒的底部相连接，反应腔的上部侧面设置有可燃气出口，可燃气出口的下方的反应腔外侧表面设置有A热电偶，反应腔的底部外侧表面自上而下依次设有B热电偶、C热电偶、D热电偶；反应腔的底板四周板上设有2个出炭口，每个出炭口与1个出炭冷却螺旋相连。

进一步的，所述的破桥装置包括主杆、A支杆和B支杆；其中A支杆焊接于主杆的中部，B支杆焊接于主杆的顶部，A支杆为B支杆长度的2倍。

进一步的，所述的布气装置包括内布气支管、外布气支管、布气主管；其中内布气支管与外布气支管为1组同心圆管道，并同时与布气主管相连接，内布气支管与外布气支管的下表面均并排设有2组孔洞。

进一步的，所述的刮板组件包括刮板、电机、减速机、传动轴、固定端盖、固定轴套；其中刮板焊接在固定端盖的顶部表面上，固定端盖的中心与固定轴套的顶部通过螺栓相连接，固定轴套的底部通过传动轴和减速机与电机相连。

该装置的操作方法具体包括如下步骤：

1）进料时，上气动阀打开，下气动阀关闭，稻壳原料通过料斗进入过渡料仓，过渡料仓通过A料位计的反馈信息控制加料过程，当A料位计反馈过渡料仓已满时停止加料，关闭上气动阀，打开下气动阀，原料进入进料筒，此时料斗同时进料，当进料筒上的B料位计反馈进料筒已满时停止进料，根据系统反映情况实时设置和调整进料间隔；

2）反应腔通过人孔点火后，气化剂通过鼓风机、空气阀以及布气装置的管道定量、均匀送入气化反应腔，气化反应进行过程中，通过炉体上的各个热电偶的反应温度指示，设定出炭时间；

3）出炭时，通过刮板组件旋转将稻壳炭刮入出炭口，同时带动破桥装置的旋转实现定期破桥，刮板组件旋转后启动两个出炭口的出炭螺旋转动出炭，刮板将反应腔堆积死角的稻壳炭刮入出炭口，从而实现稻壳定量气化，并得到高品质稻壳炭。

本发明的优点：

1）本发明设有全密闭进料系统，保证气化系统内部在微正压环境下运行，进料处不会泄漏燃气，同时保证燃气的低水平氧含量；

2）本发明设有利用出炭刮板动力的无额外动力破桥装置，解决了稻壳在炉内架桥的问题；

3）本发明底板上均匀设置有两个出炭口，实现了均匀可控干式出炭；

4）本发明整体结构采用上吸式气化装置设计，安全可靠、控制简单，最终产物可同时得到可燃气、生物质干炭两项产品，经济收益较高；

5）本发明解决了传统下吸式气化炉结构中气化剂（空气）由上部敞开进入气化炉内，可控性差，易造成气化剂过量从而导致事故的问题，采用密闭性好的上吸式气化炉结构，保证气化剂的定量供应以及设备的稳定运行。

附图说明

附图1是本发明新型稻壳用炭气联产气化装置的整体结构示意图。

附图2是本发明新型稻壳用炭气联产气化装置的进料装置结构示意图。

附图3是本发明新型稻壳用炭气联产气化装置的破桥装置结构示意图。

附图4是本发明新型稻壳用炭气联产气化装置的布气装置结构示意图。

附图5是本发明新型稻壳用炭气联产气化装置的刮板结构示意图。

附图中1是料斗、2上气动阀、3是料位计、4是过渡料筒、5是下气动阀、6是进料筒、7是料位计、8是反应腔燃气出口、9是A热电偶、10是B热电偶、11是C热电偶、12是D热电偶、13是破桥装置、13-1是主杆、13-2是A支杆、13-3是B支杆；14是布气装置、14-1是内布气支管、14-2是外布气支管、14-3是布气主管；15是鼓风机、16是空气阀、17是刮板组件、17-1是刮板、17-2是电机、17-3是减速机、17-4是传动轴、17-5是固定端盖、17-6是固定轴套；18是出炭口、19是出炭螺旋。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”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，而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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对照附图1，一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其结构包括进料装置、反应腔、破桥装置13、布气装置14和刮板组件17；其中进料装置设于反应腔的顶部，破桥装置13和布气装置14自上而下依次设于反应腔的底部内侧，刮板组件17设于反应腔的底部中央。

对照附图2，所述的进料装置包括料斗1、上气动阀2、A料位计3、过渡料仓4、下气动阀5、进料筒6和B料位计7；其中料斗1通过上气动阀2与过渡料仓4的顶部相连接，过渡料仓4的底部通过下气动阀5连接进料筒6的顶部；A料位计3设于过渡料仓4的侧边上部，B料位计7设于进料筒6的侧边上部。

所述的反应腔的顶部与进料筒6的底部相连接，反应腔的上部侧面设置有可燃气出口8，可燃气出口8的下方的反应腔外侧表面设置有A热电偶9，反应腔的底部外侧表面自上而下依次设有B热电偶10、C热电偶11、D热电偶12。

所述的反应腔的底板四周板上设有2个出炭口18，每个出炭口18与1个出炭冷却螺旋19相连，出炭冷却螺旋19与刮板组件17相连动，当刮板组件17旋转给出信号时，出炭冷却螺旋19开始动作，将制得的稻壳炭送出。

所述的破桥装置13安装于反应腔的底部内侧中心处，刮板组件17固定于反应腔底部的底板中心，破桥装置13与刮板组件17顶部旋接，利用刮板动力实现无额外动力破桥。；布气装置14安装于破桥装置13的正下方，并通过支撑固定于刮板组件17上方，布气装置14同时通过空气阀16和管道与安装于反应腔外侧的鼓风机15相连。

对照附图3，所述的破桥装置13包括主杆13-1、A支杆13-3和B支杆13-2；其中A支杆13-2焊接于主杆13-1的中部，B支杆13-3焊接于主杆13-1的顶部，A支杆13-2为B支杆13-3长度的2倍；主、支杆的具体长度根据反应腔的处理能力来设定。

对照附图4，所述的布气装置14包括内布气支管14-1、外布气支管14-2、布气主管14-3；其中内布气支管14-1与外布气支管14-2为1组同心圆管道，并同时与布气主管14-3相连接，内布气支管14-1与外布气支管14-2的下表面均并排设有2组孔洞，孔洞的大小、间距、数量由气化装置的实际大小来决定。该布气装置14作为独立进气系统，可实现均匀布气。

对照附图5，所述的刮板组件17包括刮板17-1、电机17-2、减速机17-3、传动轴17-4、固定端盖17-5、固定轴套17-6；其中刮板17-1焊接在固定端盖17-5的顶部表面上，固定端盖17-5的中心与固定轴套17-6的顶部通过螺栓相连接，固定轴套17-6的底部通过传动轴17-4和减速机17-3与电机17-2相连，实现刮板组件17转动的同时带动破桥装置13进行破桥工作；刮板17-1的边缘与反应腔的内壁紧密连接，保证将反应腔堆积死角的稻壳炭全部刮入出炭口18，实现均匀、可控出炭。

实际使用时，该装置具体包括如下操作步骤：

1）进料时，上气动阀2打开，下气动阀5关闭，稻壳原料通过料斗1进入过渡料仓4，过渡料仓4通过A料位计3的反馈信息控制加料过程，当A料位计3反馈过渡料仓4已满时停止加料，关闭上气动阀2，打开下气动阀5，原料进入进料筒6，此时料斗1可以同时进料，当进料筒6上的B料位计7反馈进料筒6已满时停止进料，根据系统反映情况实时设置和调整进料间隔；，整个过程由程序自动控制，其密闭进料系统实现气化炉定量进气，保证了气化炉的安全性；

2）反应腔通过人孔点火后，气化剂（空气）通过鼓风机15、空气阀16以及布气装置14的管道定量、均匀送入气化反应腔，气化反应进行过程中，通过炉体上的各个热电偶的反应温度指示，设定出炭时间；

3）出炭时，通过刮板组件17旋转将稻壳炭刮入出炭口18，同时带动破桥装置13的旋转实现定期破桥，主杆13-1通过端部螺纹与出炭刮板17-1旋接，利用刮板动力实现无额外动力破桥；刮板组件17旋转后启动两个出炭口18的出炭螺旋19转动出炭，刮板17-1将反应腔堆积死角的稻壳炭刮入出炭口18，从而实现稻壳定量气化，并得到高品质稻壳炭。本装置的可燃气产物可以来烧锅炉，稻壳炭产物根据原料不同用途也不同，如工业炭、炭基肥等。

本稻壳用上吸式气化装置解决传统下吸式气化装置下部出气需要设置大炉排，机械结构复杂，故障率高以及单机产气能力小（最大3000Nm³/h）的问题，单机产气量高达10000Nm³/h以上，且产品多样，经济效益好；没有炉排，故障率低；操作简单，运行安全稳定。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是包括进料装置、反应腔、破桥装置（13）、布气装置（14）和刮板组件（17）；其中进料装置设于反应腔的顶部，破桥装置（13）和布气装置（14）自上而下依次设于反应腔的底部内侧，刮板组件（17）设于反应腔的底部中央。

2.根据权利要求1所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的进料装置包括料斗（1）、上气动阀（2）、A料位计（3）、过渡料仓（4）、下气动阀（5）、进料筒（6）和B料位计（7）；其中料斗（1）通过上气动阀（2）与过渡料仓（4）的顶部相连接，过渡料仓（4）的底部通过下气动阀（5）连接进料筒（6）的顶部；A料位计（3）设于过渡料仓（4）的侧边上部，B料位计（7）设于进料筒（6）的侧边上部。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的反应腔的顶部与进料筒（6）的底部相连接，反应腔的上部侧面设置有可燃气出口（8），可燃气出口（8）的下方的反应腔外侧表面设置有A热电偶（9），反应腔的底部外侧表面自上而下依次设有B热电偶（10）、C热电偶（11）、D热电偶（12）。

4.根据权利要求1所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的反应腔的底板四周板上设有2个出炭口（18），每个出炭口（18）与1个出炭冷却螺旋（19）相连，出炭冷却螺旋（19）与刮板组件（17）相连动，当刮板组件（17）旋转给出信号时，出炭冷却螺旋（19）开始动作，将制得的稻壳炭送出。

5.根据权利要求1所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的破桥装置（13）安装于反应腔的底部内侧中心处，刮板组件（17）固定于反应腔底部的底板中心，破桥装置（13）与刮板组件（17）顶部旋接；布气装置（14）安装于破桥装置（13）的正下方，并通过支撑固定于刮板组件（17）上方，布气装置（14）同时通过空气阀（16）和管道与安装于反应腔外侧的鼓风机（15）相连。

6.根据权利要求1或5所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的破桥装置（13）包括主杆（13-1）、A支杆（13-3）和B支杆（13-2）；其中A支杆（13-2）焊接于主杆（13-1）的中部，B支杆（13-3）焊接于主杆（13-1）的顶部，A支杆（13-2）为B支杆（13-3）长度的2倍；主、支杆的具体长度根据反应腔的处理能力来设定。

7.根据权利要求1或5所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的布气装置（14）包括内布气支管（14-1）、外布气支管（14-2）、布气主管（14-3）；其中内布气支管（14-1）与外布气支管（14-2）为1组同心圆管道，并同时与布气主管（14-3）相连接，内布气支管（14-1）与外布气支管（14-2）的下表面均并排设有2组孔洞，孔洞的大小、间距、数量由气化装置的实际大小来决定。

8.根据权利要求1或5所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征是所述的刮板组件（17）包括刮板（17-1）、电机（17-2）、减速机（17-3）、传动轴（17-4）、固定端盖（17-5）、固定轴套（17-6）；其中刮板（17-1）焊接在固定端盖（17-5）的顶部表面上，固定端盖（17-5）的中心与固定轴套（17-6）的顶部通过螺栓相连接，固定轴套（17-6）的底部通过传动轴（17-4）和减速机（17-3）与电机（17-2）相连，实现刮板组件（17）转动的同时带动破桥装置（13）进行破桥工作；刮板（17-1）的边缘与反应腔的内壁紧密连接，保证将反应腔堆积死角的稻壳炭全部刮入出炭口（18）。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种新型稻壳用炭气联产气化装置，其特征在于，该装置的操作方法具体包括如下步骤：

1）进料时，上气动阀（2）打开，下气动阀（5）关闭，稻壳原料通过料斗（1）进入过渡料仓（4），过渡料仓（4）通过A料位计（3）的反馈信息控制加料过程，当A料位计（3）反馈过渡料仓（4）已满时停止加料，关闭上气动阀（2），打开下气动阀（5），原料进入进料筒（6），此时料斗（1）同时进料，当进料筒（6）上的B料位计（7）反馈进料筒（6）已满时停止进料，根据系统反映情况实时设置和调整进料间隔；

2）反应腔通过人孔点火后，气化剂通过鼓风机（15）、空气阀（16）以及布气装置（14）的管道定量、均匀送入气化反应腔，气化反应进行过程中，通过炉体上的各个热电偶的反应温度指示，设定出炭时间；

3）出炭时，通过刮板组件（17）旋转将稻壳炭刮入出炭口（18），同时带动破桥装置（13）的旋转实现定期破桥，刮板组件（17）旋转后启动两个出炭口（18）的出炭螺旋（19）转动出炭，刮板（17-1）将反应腔堆积死角的稻壳炭刮入出炭口（18），从而实现稻壳定量气化，并得到高品质稻壳炭。

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