CN115029159A - 可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备和生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备和生产方法，包括有供料装置、气化炉、除渣装置、燃气输送装置、冷却系统、控制系统和燃烧装置和安全防爆系统；供料装置连接至气化炉的进料口，气化炉的出气口经燃气输送装置连接至燃烧装置，供料装置、气化炉、燃气输送装置和燃烧装置都连接至控制系统；进料口设置于气化炉顶部，气化炉内腔自下至上设置有至少四个工作区，分别为氧化反应层、还原反应层、生物质原料裂解层和生物质干燥层；使用切断树枝、木片、生物质成型燃料为原料裂解气化为生物质燃气，稳定可靠，效率高，自动化程度高，操作简易，点火速度快，点火几分钟后即进入正常产气状态，整个燃烧过程采用负氧燃烧，燃气输送稳定。
Description
技术领域
本发明属于新能源设备制造技术领域，具体涉及一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备和生产方法。
背景技术
要深入推进能源革命，着力推动能源生产利用方式变革，优化能源供给结构，提高能源能源利用效率，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，坚持生态优化，加快发展生物质能、地热能，积极开发沿海潮汐能资源。完善风能、太阳能、生物质能发电扶持政策。优化建设国家综合能源基地，扩展生物燃料等新的清洁油品来源。
根据国家政策导向来看，生物质能在未来是属于国家鼓励发展行业，本技术生物质制气设备与传统的生物质锅炉不同，可直接与天然气锅炉对接使用，而且尾气排放可达国家环保要求。
生物质能源中的有害物质含量很低，属于清洁能源。同时，生物质能源的转换过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物质能源的使用过程又生产二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环排放过程，能够有效减少人类二氧化碳的净排放量，降低温室效应。
生物质燃气是利用农作物秸秆、林木废弃物、实用菌渣，禽畜粪便、具有一定热值的有机垃圾及一切可燃性物质作为原料转换的可燃性气体能源。由于生物质能源的挥发分高、含氧量高，灰分低等特点，将其进行气化进行使用，具有很明显的优势。
生物质燃气具有以下特性：
生物质燃气是以农林废弃物为原料，在缺氧热力学条件下将其中的C通过氧化，还原、热解转化得到的可燃性气体。
生物质燃气燃烧环保排放指标可媲美天然气，清洁；生物质燃气原料属于可再生、可循环利用能源；CO2零排放，生物质燃气原料无论是自然分解还是作为普通燃料燃烧，产生的CO2和生物质生长时吸收的CO2一样多，所以生物质燃料属于零排放范畴。
生物质气生产设备在低氧高温环境条件下，将生物质原料通过不完全燃烧，使得其中较高分子量的有机碳氢化合物链发生裂解，变成较低分子量的CO、 H2、CH4等可燃性气体；裂解方式有以下几种：一种是不使用气体介质，称为干馏(主要目的是为制碳)；而使用介质的裂解方式按气体介质种类可分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化、水蒸气－氧气混合气化和氢气气化等。
市场上现有技术中的生物质气生产设备，结构复杂，操作不方便，体积大，占用空间多，存在安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种能够将农林废弃物转换为生物质可燃气，并输送燃烧供热的可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备和生产方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：包括有供料装置、气化炉、除渣装置、燃气输送装置、冷却系统、控制系统和燃烧装置和安全防爆系统；供料装置连接至气化炉的进料口，气化炉的出气口经燃气输送装置连接至燃烧装置，供料装置、气化炉、燃气输送装置和燃烧装置都连接至控制系统；进料口设置于气化炉顶部，气化炉内腔自下至上设置有至少四个工作区，分别为氧化反应层、还原反应层、生物质原料裂解层和生物质干燥层；
氧化反应层：氧化反应层位于气化炉内腔最下层的位置，氧化反应层从底部输入气化剂，氧化反应层中的生物质原料与氧化剂发生氧化反应，生成CO2、 CO和/或CH2；
还原反应层：气化剂经氧化反应层的氧化反应耗尽氧气，还原反应层中的生物质原料不完全燃烧产生CO2，并释放热量；同时氧化反应层中产生的CO2与上升至还原反应层，与还原反应层生物质原料中的C发生还原反应，生成CO、 CH4、CmHn、H2和/或CH2；氧化反应层产生的热量上升并加热还原反应层生物质原料使得其也发生裂解析出可燃气体；
生物质原料裂解层：还原反应层的热量上升，对生物质原料裂解层中的生物质原料进行加热，生物质原料裂解层中的生物质原料吸热发生裂解反应，产生挥发分，挥发分包括炭、焦油、H2、CO、CO2、CH2、CH4和/或水蒸气；裂解过程产生的热气体上升进入干燥区，余留的残留物在重力作用下进入还原反应层；
生物质干燥层：干燥层位于气化炉内腔最上层的位置，生物质原料从进料口进入气化炉内腔后，在生物质干燥层首先被生物质原料裂解层散发上升的热气体加热，生物质原料中的水分蒸发为水蒸气，使得生物质原料干燥后下降进入生物质原料裂解层，热气体从气化炉的出气口经燃气输送装置输送至燃烧装置。
所述供料装置包括有输送带、供料绞龙，输送带自地面倾斜向上延伸至气化炉顶部的进料口。
所述气化炉包括有炉体、进气口、除渣系统、冷却系统和安全防爆系统，炉体为矩形箱式结构，炉体顶部设置一沿炉体长度方向延伸的的矩形进料口，供料绞龙沿着进料口长度方向设置；炉体底部设置有炉排，炉排设置有若干进气口，炉排内部设置有水循环管道，构成冷却系统，除渣系统设置于炉排上方，并能够沿炉排滑动；出气口设置于炉体侧壁上部；安全防爆系统设置于气化炉的顶部。
所述除渣系统包括有气缸、推渣板、若干块破焦钢片、若干根水冷炉排管、若干个炉排弯头和两根集水方管，每根水冷炉排管两端均通过炉排弯头固定连接在两根集水方管上，每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隙构成进气口；推渣板滑动设置于水冷炉排管上方，破焦钢片固定设置于推渣板前端下方，每片破焦钢片分别伸入至一条进气口内；每块破焦钢片的高度均小于炉排弯头的高度。
每根水冷炉排管与相邻炉排管之间的间隔距离为0.8～1.2cm；每块破焦钢片厚度为0.6～1cm；推渣板厚度为8～10cm；
每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隔距离为1cm，破焦钢片厚度为 0.7cm，推渣板厚度为8cm。
所述冷却系统包括有推渣冷却系统和炉排冷却系统；
所述推渣板设置有冷却边框，冷却边框为由三条方管组合构成的U形结构，冷却边框一端设置推渣进水口，另一端设置推渣出水口，构成推渣冷却系统；
所述水冷炉排为圆管，每根水冷炉排内腔均通过炉排弯头连通至集水管内腔，其中一根集水管上设置有炉排进水口，另一根集水管上设置有炉排出水口，构成炉排冷却系统；
所述安全防爆系统包括有外部冷却水池和防爆门。
所述燃烧装置为一横向设置的燃烧机，燃气输送装置包括有燃气输送管道，燃气输送管道一端连接至燃烧机的生物质气进气口，另一端连接至气化炉的出气口；燃烧机还连接有给氧风机。
所述燃烧机包括有同轴设置、后端封闭的外壳体和内壳体，外壳体前部设置喷火口，生物质气进气口贯穿外壳体顶部后连接至内壳体，给氧风机通过送氧管道连接至外壳体底部的空气进气口，内壳体与外壳体之间空间构成空气进气通道。
所述控制系统包括控制电柜、温度传感器和接收器，温度传感器设置于燃气输送管道上，接收器设置于进料口，温度传感器通讯连接至接收器；温度传感器设定阈值为300℃～500℃。气化炉进料时燃料会吸收热量，从而降低生物质气温度，停止进料时，生物质气温度会慢慢上升，本气化设备利用生物质气温度控制进料速度，确保生物质气保持在高温状态，由于生物质气温度控制在 300℃～500℃之间，所以气化时产生的焦油以气态形式存在并输送到燃烧机燃烧掉，整个过程没有液体焦油产生。
一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产方法，其特征在于：包括有以下步骤：
第一步，实现气化炉制气功能，主要结构为气化炉的炉体，生物质制气的四个主要过程都在气化炉的炉体中进行；其中炉壁包括水冷金属炉壁、耐火砖炉壁；当生物质气化炉运行时，工作温度按照从炉底到炉项的方向从高到低，相应的，炉壁的温度也按照从上至下的方向逐渐增加，当炉壁温度高于800度时，生物质气化后所产生的焦块很容易凝结在炉壁上，且越结越多，直接影响气化炉的正常使用；为解决此问题，将炉壁上温度≥700℃度的部位采用水冷金属炉壁，水冷金属炉壁的高度50cm～150cm；炉壁上温度＜700℃的部位采用耐火砖炉壁；
第二步，生物质气化炉投入使用，炉排上会很快结满灰渣和焦块，阻碍空气进入气化炉继续气化；使用排渣装置定时把炉排上的灰渣推出气化炉外面；首先，炉排由多条无缝管组成，每条管之间间隔1厘米左右，管中心用水冷不易烧坏；推板由多条方管组成，高度8厘米左右，每推一次推走8厘米厚度的灰渣，推渣时破焦钢板跟着推板移动，把管缝间的焦渣全部破坏并推到外面，由于水冷炉排两头有向下弯头，推到尽头时集水方管不会挡住焦块向前移动，灰渣和焦块被推出炉排以外；推完后又回到原位，这样保证推板和破焦钢片不被烧坏，间隔一定时间重复推渣，保证气化炉排底部进风通畅，从而保证生物质气化的连续性与稳定性；为了推板更耐用，推板的两边和前面共三条方管采用水冷。
第三步，由于炉体内的燃烧和气化过程温度较高，为保护炉壁和炉排，使用冷却水进行冷却，冷却系统在底部通过水管互通连接，外部连接水源，水管之间的互通是要让水循环流动，冷却水流动过程中带出炉排的热量在外部冷却后，重新进入炉排进行冷却，这样不断循环，保证炉壁和炉排不被烧坏；
第四步，生物质气进入燃烧机后，由生物质气分气管分成几个出气口出，空气进入燃烧机后，分为三大出口，其中大部分空气在中间经旋转片出去，其次在燃烧机周围圆环出去，最后在空气挡风板中无数个小孔出去。对大功率的燃烧机气体有着极强的混合效果。燃烧更完全，尾气含氧量极低，节能环保。
第五步，利用符合国家安全要求的小型燃烧枪作为生物质气点火装置，系统锁定先点着火后再送气原则，燃烧过程检测到灭火信号，首先气化炉停止工作，送风阀门和输送管道上的阀门会迅速关闭，以切断氧气以及生物质气的供应，从而停止燃气的产生，同时，爆燃的气体会从防爆门处宣泄而出，避免安全事故的发生。
本发明的有益效果为：
一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备和生产方法，气化过程分为生物质原料的氧化反应，还原反应、热解和干燥等四个过程，生产的可燃气体即为生物质燃气；运行稳定、环保、安全、节能、清洁、绿色，主要使用可再生农林废弃物的成型产品；切断树枝、木片、生物质成型燃料为原料，持续稳定的生产出生物质燃气，以环保，廉价的方式替代燃油、燃气、燃煤、直燃木材。产生的生物质燃气，可直接用于锅炉、退火炉、熔铝炉、反射炉、热烘炉、工业窑炉等设备，可适用于各种需要热能的企业或者个人。该设备具有稳定性高，效率高，自动化程度高，操作简易，点火速度快的优点，点火只需要几分就可以进入正常产气状态，整个燃烧过程采用负氧燃烧，燃气输送稳定。代表国内生物质气化行业领先水平。
附图说明
图1是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的结构示意图；
图2是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的气化炉的横向剖面结构示意图；
图3是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的气化炉的纵向剖面结构示意图；
图4是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的供料绞龙结构示意图；
图5是图4的左视结构示意图；
图6是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的除渣系统结构示意图；
图7是图6的左视结构示意图；
图8是图6的俯视结构示意图；
图9是图7的局部结构放大示意图；
图10是本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的气燃烧机结构示意图；
图11是图10的左视图；
图12是图10的后视图；
图13是图12的A-A剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，本发明一较佳实施方式提供一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，包括有供料装置、气化炉、除渣装置、燃气输送装置、冷却系统、控制系统和燃烧装置和安全防爆系统。
供料装置连接至气化炉700的进料口，气化炉的出气口经燃气输送装置连接至燃烧装置，供料装置、气化炉、燃气输送装置和燃烧装置都连接至控制系统；进料口设置于气化炉顶部，气化炉内腔自下至上设置有至少四个工作区，分别为氧化反应层、还原反应层、生物质原料裂解层和生物质干燥层。
氧化反应层：氧化反应层位于气化炉内腔最下层的位置，氧化反应层从底部输入气化剂，氧化反应层中的生物质原料与氧化剂发生氧化反应，生成CO2、 CO和/或CH2；
还原反应层：气化剂经氧化反应层的氧化反应耗尽氧气，还原反应层中的生物质原料不完全燃烧产生CO2，并释放热量；同时氧化反应层中产生的CO2与上升至还原反应层，与还原反应层生物质原料中的C发生还原反应，生成CO、 CH4、CmHn、H2和/或CH2等；氧化反应层产生的热量上升并加热还原反应层生物质原料使得其也发生裂解析出可燃气体；
所述CmHn中包含CH4。
生物质原料裂解层：还原反应层的热量上升，对生物质原料裂解层中的生物质原料进行加热，生物质原料裂解层中的生物质原料吸热发生裂解反应，产生挥发分，挥发分包括炭、焦油、H2、CO、CO2、CH2、CH4和/或水蒸气；裂解过程产生的热气体上升进入干燥区，余留的残留物在重力作用下进入还原反应层。
生物质干燥层：干燥层位于气化炉内腔最上层的位置，生物质原料从进料口进入气化炉内腔后，在生物质干燥层首先被生物质原料裂解层散发上升的热气体加热，生物质原料中的水分蒸发为水蒸气，使得生物质原料干燥后下降进入生物质原料裂解层，热气体从气化炉的出气口经燃气输送装置输送至燃烧装置。
所述供料装置包括有生物质输送机200和爬升输送链300组成的输送带，以及供料绞龙，输送带自地面倾斜向上延伸至气化炉顶部的进料口。
具体地，供料装置由大料斗100、生物质输送机200、爬升输送链300和小料斗400组合构成，以可再生农林废弃物的成型产品：切断树枝、木片、生物质成型燃料为生物质原料，通过铲车大批量倾倒入大料斗100内，由生物质输送机200和爬升输送链300持续匀速地输送至小料斗400，从小料斗400的底部进入供料绞龙500一端，由供料绞龙500沿横向均匀输送布满气化炉的进料口709
所述气化炉700包括有炉体710，通过炉体710设置有进气口、除渣系统、冷却系统和安全防爆系统，炉体710为矩形箱式结构，在炉体710的顶部设置一个沿炉体长度方向延伸的的矩形进料口709，供料绞龙500沿着进料口的长度方向设置；在炉体710的底部设置炉排706，炉排706之间设置若干进气口，在炉排内部设置水循环管道，构成冷却系统，除渣系统设置于炉排上方，并能够沿炉排滑动；出气口8设置于炉体侧壁上部；安全防爆系统装在气化炉顶部，具体采用现有技术中的常规结构即可，图中未示出。
在炉体710的下方设置多个炉脚707，通过多个炉脚707将炉体固定支撑在工作场所的地面上，稳定可靠；炉体内部设置炉膛，在炉体709的顶部设置一进料口709，进料口709沿着炉体710的长度方向延伸分布，进料口709连通至炉膛，通过进料口709可以沿着竖直方向直接对炉体内部的炉膛均匀下料；在炉体710的底部设置炉排706，通过炉排706可以将炉渣冷却后排除出炉体外部；本发明的关键技术方案在于，根据炉膛内部温度是沿着从上到下的方向而逐渐升高的特点，将炉体710四周的炉壁均设置为由上下两部分组合构成，上下两部分分别为位于炉壁上部的上保温壁，和位于炉壁下部的下冷却壁。整个炉体的组成方式具体为：在下冷却壁的底部固定连接多个炉脚707，再在下冷却壁上方固定支撑安装上保温壁，然后在上保温壁顶部固定设置炉体顶板，在顶板上固定设置进料口709，结构简单，操作方便；炉体四周的炉壁上部的上保温壁使得生物质气化炉炉膛内温度保持在较高的有效工作温度范围内，确保生物质气化炉输出较高温度的生物质气体；炉壁下部的下冷却壁由冷却腔内的循环冷却水循环冷却，使得下部炉壁温度不会超过200℃，能够防止生物质的结焦物粘在炉壁上，结构简单，操作方便，防止资源浪费，提高了生产效率和生产能力。
进一步地，根据炉膛内部温度是沿着从上到下的方向而逐渐升高的特点，将下冷却壁的具体高度设置为对应于炉壁温度大于700℃的区域，即对于炉壁温度低于700℃的区域，通过上保温壁防止热量散失，确保生物质气化炉维持正常工作的高温环境，对于炉壁温度大于700℃的区域，通过下冷却壁对其降温，防止温度过高导致结焦。
具体地，下冷却壁高度范围为50cm～150cm；因炉膛内部温度自炉底向上逐渐降低，基本在距离炉底50cm～150cm的范围内降低到700℃；本例中下冷却壁高度约为70cm(根据实际情况冷却壁可高可矮)，不同使用场所、不同规格型号、不同供热需求所需要的生物质气化炉的温度分布情况也不同，具体在实际施工制造过程中，可以根据使用场所、规格、供热需求进行适应性选择。
下冷却壁的具体结构如下：在下冷却壁的内部设置循环冷却腔，在循环冷却腔内流通循环冷却水，在冷却腔的外壁上分别设置一进水口和一出水口，通过进水口和一出水口连接至外部自来水循环系统，由进水口输送低温自来水，从出水口输出高温自来水，从而对下冷却壁进行冷却；在外部自来水循环系统上还可以设置控制系统，以便根据炉膛内部温度和下冷却壁内表面的温度控制冷却自来水流量和温度，防止过度冷却，确保生物质气化炉正常工作温度条件；同时从出水口输出的高温自来水也可以进行余热利用，提高能源利用率。
进一步地，将进水口在竖直方向上的高度设置为低于出水口在竖直方向上的高度，使得循环冷却水低进高出，顺应热量上升的原理。
下冷却壁为由矩形截面方管按照逆时针方向环绕构成的矩形框冷却管道，进水口设置于方管起始端，出水口设置于方管尾端，方管在起始端外壁上设置进水口，在方管的尾端端面上设置出水口，使得进水口和出水口都位于同一方向上，便于外部自来水循环系统管路布局，安装连接操作方便。
下冷却壁采用金属材料的方管，本例中采用不锈钢材料的方管，使用寿命长，耐高温、耐腐蚀性能好。
防高温结焦生物质气化炉壁结构在炉体四周的炉壁上部的上保温壁使得生物质气化炉炉膛内温度保持在较高温度范围内，确保生物质气化炉输出较高温度的生物质气体；炉壁下部的下冷却壁由冷却腔内的循环冷却水循环冷却，使得下部炉壁温度不会超过200℃，能够防止生物质的结焦物粘在炉壁上，结构简单，操作方便，防止资源浪费，提高了生产效率和生产能力。
进一步地，除渣系统由气缸、推渣板2、若干块破焦钢片4、若干根水冷炉排管5、若干个炉排弯头51和两根集水方管7组合构成，若干根水冷炉排管5、若干个炉排弯头51和两根集水方管7组合构成炉排；图中未画出气缸，仅示出气缸连接在推渣机构2上的部分伸缩端3。
每根水冷炉排管5的两端均通过炉排弯头51固定连接在两根集水方管上，每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隙构成进气口；推渣板2滑动设置于水冷炉排管上方，破焦钢片4固定设置于推渣板2的前端下方，每片破焦钢片4分别伸入至一条进气口内；破焦钢片4的高度小于炉排弯头51的高度。
在炉膛的底部设置炉排，生物质原料10从进料口709进入炉膛内部后，堆积在炉排上进行高温气化处理；推渣板、滑动设置于炉排的上方，动力机构通过伸缩端3连接至推渣板，并提供动力，驱动推渣板沿着炉排的上表面从炉体一侧移动到另一侧，从而将生物质原料10气化后残留在炉排上方的残渣和焦块清理推出至炉体外部，清理完成后再驱动推渣板沿炉排的上表面滑动复位；推渣板沿炉排的上表面滑动时，破焦片随推渣板的滑动而使得焦块破碎后，由推渣板沿炉排的上表面清理推出，清理残渣和焦块效果好；并在炉排的内部设置炉排冷却水道，构成水冷炉排管，能够对炉排上堆积的高温残渣进行冷却，防止高温残渣排出后对周围环境、操作人员人身职业健康等存在安全隐患；并将炉排上积聚的灰渣和焦块进行破碎后排出，使用寿命长，结构简单，操作方便。
设置若干块破焦钢片4，破焦钢片4的数量与进气口的数量互相一致，每块破焦钢片4均沿竖直方向设置，每块破焦钢片4的上端均固定连接于推渣机构前边框的下表面上。即在推渣板的底面前端对应于每个炉排的每个进气口的位置上分别设置一片破焦钢片4，能够分别清理每个进气口内的灰渣和焦块。
并且将每块破焦钢片4的高度都设置为小于炉排的顶面至左集水管7和右集水管12的顶面之间的距离，使得每块破焦钢片4随着推渣机构回滑动推渣时，破焦钢片4能够将灰渣和焦块沿着左集水管7的顶面完全推出至出渣口外部，不会积聚粘附在左集水管7内侧面上。
左集水管7和右集水管12分别通过焊接固定安装连接于炉体底部两端炉脚内侧面上，并在左集水管7和右集水管12的下方再设置辅助支撑架，确保炉排机械结构支撑强度，炉体整体结构稳定可靠。
破焦钢片的材料采用不锈钢，弯头、排条、左集水管7和右集水管12的材料也可以采用310S不锈钢或者普通金属材料，确保耐磨损、耐腐蚀性能，延长整体使用寿命。
生物质气化炉的炉体内膛底部的炉排设置炉排冷却水道构成水冷炉排，能够冷却炉排同时也对炉排上堆积的高温残渣进行冷却，防止高温残渣排出后对周围环境、操作人员人身职业健康等存在安全隐患；动力机构推动推渣机构沿炉排上表面滑动，破焦机构的破焦钢片伸入每个进气口，将积聚在炉排上和进气口内的残渣和焦块破碎，从出渣口推出排除，保持炉排进气口畅通无阻，确保生物质气化效果；破焦钢片高度小于等于炉排顶面至左集水管和右集水管顶面之间距离，使得破焦钢片底面位于左集水管和右集水管顶面之上，推渣机构沿炉排上表面滑动时破焦钢片将残渣和焦块从左集水管顶面之上推出，不会积聚在左集水管内侧面上，能够彻底清除残渣和焦块；并在推渣机构内也设置推渣冷却水道构成水冷推渣机构，防止推渣机构和破焦钢片被高温磨损，能够对生物质气化炉内残渣进行冷却，并将炉排上积聚的灰渣和焦块进行破碎后排出，降低了维修更换频率，提高了生产效率，节约了生产成本投入延长了使用寿命，结构简单，操作方便。
排渣装置安装在气化炉底部，水冷炉排在最底部，水冷炉排两头有向下弯头连接集水方管，推渣板在炉排正上方，破焦钢片焊在推渣板下方并插在炉排管缝中间。当生物质气化炉在使用时，炉排上会很快结满灰渣和焦块，阻碍空气进入气化炉继续气化。使用该排渣装置会定时把炉排上的灰渣推出气化炉外面。首先，炉排由多条无缝管组成，每条管之间间隔1厘米左右，管中心用水冷不易烧坏；推板由多条方管组成，高度8厘米左右，每推一次能推走8厘米厚度的灰渣，推渣时破焦钢板跟着推板移动，把管缝间的焦渣全部破坏并推到外面，由于水冷炉排两头有向下变头，所以推到尽头时集水方管不会挡住焦块向前移动，灰渣和焦块被推出炉排以外。推完后又回到原位，这样保证推板和破焦钢片不被烧坏，定时这样推渣，保证了气化炉排底部进风通畅，从而保证了生物质气化的连续性与稳定性。为了推板更耐用，推板的两边和前面共三条方管采用了水冷。
具体地，每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隔距离为0.8～1.2cm；破焦钢片4的厚度为0.6～1cm；推渣板厚度为8～10cm。
或者每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隔距离为1cm，破焦钢片4的厚度为0.7cm，推渣板厚度为8cm。
进一步地，所述冷却系统包括有推渣冷却系统和炉排冷却系统；
所述推渣板2设置有冷却边框21，冷却边框21为由三条方管组合构成的U 形结构，冷却边框21的一端设置推渣进水口23，另一端设置推渣出水口22，构成推渣冷却系统；
推渣冷却系统沿着推渣机构2的其他三条边框延伸分布，构成横置U形结构的推渣冷却水道，推渣冷却水道一端连接一推渣冷却出水口22，另一端连接一推渣冷却进水口23，推渣冷却水道通过推渣冷却出水口22和推渣冷却进水口23连接外部循环冷却水结构，构成循环推渣冷却水道，对推渣机构和破焦钢片进行冷却。
进一步地，所述水冷炉排管为圆管，每根水冷炉排管的内腔均通过炉排弯头51连通至集水管内腔，在其中一根集水管上设置有炉排进水口，在另一根集水管上设置有炉排出水口，构成炉排冷却系统。
安全防爆系统包括有外部冷却水池和防爆门，图中未示出外部冷却水池和防爆门，具体采用现有技术中的常规结构即可。
进一步地，燃烧装置为一横向设置的燃烧机120。
生物质气燃烧机，主要策划方案是设置一外壳体1201，外壳体1201的后端封闭，外壳体1201的前端敞开构成喷火口，在外壳体1201的内腔前段设置一段气体混合腔1216，在外壳体的内腔后段分隔设置气化生物质气体进气通道和空气进气通道，空气进气通道围绕在气化生物质气体进气通道外部；并在外壳体的外部分别设置气化生物质气体进气管1208和空气进气管1203，气化生物质气体进气管经气化生物质气体进气通道连通至气体混合腔，空气进气管经空气进气通道连通至气体混合腔；气化生物质通过气化生物质气体进气管生物质气分气管输送至气体混合腔，空气经经空气进气通道围绕气化生物质气体四周输送至气体混合腔，使得气化生物质与空气分别输送至气体混合腔内，再充分混合，燃烧充分、彻底，燃烧后尾气含氧量低，杂质少，对环境基本无污染，符合节能环保要求，能源利用率高。
进一步地，在外壳体1201的内部再固定设置一内壳体1202，内壳体1202 的长度小于外壳体1201的长度，使得内壳体1202的前端与外壳体1201的前端之间具有一段距离，将外壳体1201的内腔位于内壳体1202的前侧的部分设置为气体混合腔1216；通过内壳体1202分隔设置气化生物质气体进气通道，将内壳体1202与外壳体1201之间的空间设置为空气进气通道，使得空气进气通道围绕在气化生物质气体进气通道外部。
外壳体1201、内壳体1202均采用圆筒形结构，在内壳体1202的前端设置有一圆盘形固定挡板1213，在内壳体1202的前侧再设置一圆盘形空气挡风板 1209，在固定挡板1213与空气挡风板1209之间设置多个生物质气分气管1205，每个生物质气分气管1205均连通至内壳体1202的内腔，构成气化生物质气体进气通道；内壳体1202与外壳体1201之间的空间构成的空气进气通道1204环绕在每个生物质气分气管1205外部。
实施例一：
在空气挡风板1209的中部设置有一主空气进气孔1291，在主空气进气孔 1291内设置一进气风扇1206，构成一级空气进气通道，进气风扇1206通过旋转运动产生抽吸引力，为通过空气进气管1203输送进入内壳体1202与外壳体 1201之间空间的空气提供向前流动的动力，并将大部分空气通过一级空气进气通道抽吸输送至气体混合腔1216内；在外部围绕主空气进气孔1291的位置上沿圆周方向再均匀分布有六个生物质气进气孔1292，在固定挡板1213与空气挡风板1209之间设置六个生物质气分气管1205，每个生物质气分气管1292的前端分别通过焊接固定连接在空气挡风板1209上的相应生物质气进气孔1292 内；气化生物质气体通过六个生物质气分气管1205围绕主空气进气孔1291输送至气体混合腔1216内，气化生物质气体首先与大部分空气进行一级混合。
进一步地，在空气挡风板1209上，除去空气进气孔1291和生物质气进气孔1292之外的其他位置设置若干辅助进气孔1293，构成二级空气进气通道，少部分空气在进气风扇1206的抽吸引力作用下沿着内壳体1202与外壳体1201 之间的空间进入六个生物质气进气孔1292外部空间，并从辅助进气孔93向前进入气体混合腔1216内，从每个生物质气分气管1205输送的气化生物质气体外部进行二级混合，提高混合效果。
进一步地，将空气挡风板1209的直径设置为小于外壳体1201的前段内径，使得空气挡风板1209的边缘与外壳体1201的内壁之间有一定间隔空间，构成三级空气进气通道；少部分未能从主空气进气孔1291和辅助进气孔1293进入气体混合腔1216内的空气，从三级空气进气通道进入气体混合腔1216内，从最外围再与气化生物质气体进行三级混合，进一步提高混合效果。
进一步地，再在外壳体1201上对应于生物质气分气管的位置设置有一段锥形导向段1217，通过锥形导向段空气形成一定导向压力，再进一步提高空气与气化生物质气体的混合效果。
再进一步地，在空气进气通道的后端设置一圆环形外封板1218，圆环形外封板1218同时通过焊接固定连接在外壳体1201和内壳体1202的后端之间；在内壳体1202的后端设置一内封板，内封板包括有一对对称设置的D形固定环板1212，也可以采用整体结构的内封板；和一对对称设置的半圆形封门板1211，一对D形固定环板1212通过焊接固定连接在内壳体1202的内壁上，一对半圆形封门板1211通过螺栓固定连接在一对D形固定环板上1212，通过螺栓连接便于检修维护过程中安装拆卸；并且内封板向内凹陷，便于一对D形固定环板1212和一对半圆形封门板1211定位安装连接。
再进一步地，在外壳体1201的外部再设置一点火通道1207，点火通道由一段圆管直接构成，点火通道沿着自后向前、自外向内的方向从外壳体1201的中部倾斜伸入至外壳体内腔前段；并在空气挡风板1209上位于与点火通道前端相对应位置的两个相邻生物质气分气管之间的位置上设置一点火孔，点火通道前端固定连接在点火孔内，外部点火器可以从点火通道点燃气体混合腔1216内混合后的气化生物质气体和空气，也可以在点火通道内部内置点火器，安全可靠。
气化生物质气体进气管设置于外壳体一侧，气化生物质气体进气管穿过外壳体后固定连接至内壳体壁部；空气进气管设置于外壳体另一侧，即气化生物质气体和空气分别从相对应的两个方向输送进入燃烧机内，结构紧凑，互不干扰。并且在空气进气管中部设置一V形分隔导向结构，将空气进气管分隔为对称设置的一对进气段，使得空气分两路进入外壳体内部，进一步提高空气流动性和混合效果。
最后，外壳体1201、内壳体1202、气化生物质气体进气管1208、空气进气管1203、固定挡板1213和空气挡风板1209的材料均采用碳钢机械强度高，使用寿命长，空气进气管通过焊接固定连接在外壳体上，气化生物质气体进气管内端穿过外壳体后也通过焊接固定连接在内壳体上，固定挡板通过焊接固定连接在内壳体前端，生物质气分气管两端分别通过焊接固定连接在固定挡板和空气挡风板上，空气挡风板边缘通过多个固定连接板固定焊接连接在外壳体内侧壁上；点火通道的圆管材料选择不锈钢，耐高温、耐腐蚀性能好，点火通道通过过盈配合卡装于外壳体和空气挡风板上。
燃烧机120连接锅炉130，通过锅炉130利用燃烧机120输出的热量能源转化为热蒸汽，以便为外部用热设备供热。
锅炉出气口连接有排烟管道170，排烟管道连接至烟囱180以排放废气。
进一步地，燃气输送装置包括有燃气输送管道，燃气输送管道一端连接至燃烧机120的生物质气进气口，另一端连接至气化炉的出气口；燃烧机120还连接有给氧风机200，确保燃烧充分高效。
所述控制系统包括有控制电柜110、设置于燃气输送管道900上的温度传感器、和设置于进料口709的接收器，图中未示出温度传感器和接收器，具体采用现有技术中的常规结构即可。
温度传感器通讯连接至接收器；温度传感器设定阈值一般为300℃～500℃。气化炉进料时燃料会吸收热量，从而降低生物质气温度，停止进料时，生物质气温度会慢慢上升，本气化设备利用生物质气温度控制进料速度，确保生物质气保持在高温状态，由于生物质气温度控制在300℃～500℃之间，所以气化时产生的焦油以气态形式存在并输送到燃烧机燃烧掉，整个过程没有液体焦油产生。
在供料绞龙500的一端连接给料马达600，通过给料马达600驱动供料绞龙500旋转送料，给料马达通过给料马达信号线800连接至控制电柜。
在排烟管道上设置一个检测头160，检测头160连接至一个含氧量检测仪 150，含氧量检测仪150通过含氧量信号线连接至控制电柜110。
检测头抽取排烟管道输出的尾气样品输送至含氧量检测仪，由含氧量检测仪检测尾气含氧量后，经含氧量信号线输送至电气控制柜，电气控制柜根据尾气含氧量计算出给料控制信号，由控制信号线将控制信号输送至给料马达，从而达到根据尾气含氧量控制原料进料速度的目的，原料经气化炉气化效果更好，工作效率更高，结构简单，操作方便。
本发明可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的生产方法，包括有以下步骤：
第一步，实现气化炉制气功能，主要为炉体，生物质制气的四个主要过程都在炉体中进行。其中炉壁包括水冷金属炉壁、耐火砖炉壁。当生物质气化炉使用时，炉底到炉项温度是从高到低，当炉壁温度高于800度时，生物质气化后所产生的焦块很容易凝结在炉壁上，且越结越多，直接影响气化炉的正常使用。为解决此问题，本炉壁温度高于700度的下部分采用水冷金属炉壁，高度约50cm至150cm左右，为了不带走更多生物质气温度，保持稳定输出较高的生物气温度，故水冷金属炉壁以上全部采用耐火砖炉壁。
第二步，生物质气化炉投入使用，炉排上会很快结满灰渣和焦块，阻碍空气进入气化炉继续气化。使用排渣装置定时把炉排上的灰渣推出气化炉外面。首先，炉排由多条无缝管组成，每条管之间间隔1厘米左右，管中心用水冷不易烧坏；推渣板由多条方管组成，高度8厘米左右，每推一次推走8厘米厚度的灰渣，推渣时破焦钢板跟着推渣板移动，把管缝间的焦渣全部破坏并推到外面，由于水冷炉排两头有向下的弯头，推到尽头时集水方管不会挡住焦块向前移动，灰渣和焦块被推出炉排以外。推完后又回到原位，这样保证推渣板和破焦钢片不被烧坏，定时这样推渣，保证气化炉排底部进风通畅，从而保证生物质气化的连续性与稳定性。为了推渣板更耐用，推渣板的两边和前面共三条方管采用水冷。
第三步，由于炉体内的燃烧和气化过程温度较高，为保护炉壁和炉排，使用冷却水进行冷却，冷却系统在底部通过水管互通连接，外部连接水源，水管之间的互通是要让水循环流动，冷却水流动过程中带出炉排的热量在外部冷却后，重新进入炉排进行冷却，这样不断循环，保证炉壁和炉排不被烧坏。
第四步，生物质气进入燃烧机后，由生物质气分气管分成几个出气口出，空气进入燃烧机后，分为三大出口，其中大部分空气在中间经旋转片出去，其次在燃烧机周围圆环出去，最后在空气挡风板中无数个小孔出去。对大功率的燃烧机气体有着极强的混合效果。燃烧更完全，尾气含氧量极低，节能环保。
第五步，利用符合国家安全要求的小型燃烧枪作为生物质气点火装置，系统锁定先点着火后再送气原则，燃烧过程检测到灭火信号，首先气化炉停止工作，送风阀门和输送管道上的阀门会迅速关闭，以切断氧气以及生物质气的供应，从而停止燃气的产生，同时，爆燃的气体会从防爆门处宣泄而出，避免安全事故的发生。
气化过程分为生物质原料的氧化反应，还原反应、热解和干燥等四个过程，生产的可燃气体即为生物质燃气；运行稳定、环保、安全、节能、清洁、绿色，主要使用可再生农林废弃物的成型产品；切断树枝、木片、生物质成型燃料为原料，持续稳定的生产出生物质燃气，以环保，廉价的方式替代燃油、燃气、燃煤、直燃木材。产生的生物质燃气，可直接用于锅炉、退火炉、熔铝炉、反射炉、热烘炉、工业窑炉等设备，可适用于各种需要热能的企业或者个人。该设备具有稳定性高，效率高，自动化程度高，操作简易，点火速度快的优点，点火只需要几分就可以进入正常产气状态，整个燃烧过程采用负氧燃烧，燃气输送稳定。代表国内生物质气化行业领先水平。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：包括有供料装置、气化炉、除渣装置、燃气输送装置、冷却系统、控制系统和燃烧装置和安全防爆系统；供料装置连接至气化炉的进料口，气化炉的出气口经燃气输送装置连接至燃烧装置，供料装置、气化炉、燃气输送装置和燃烧装置都连接至控制系统；进料口设置于气化炉顶部，气化炉内腔自下至上设置有至少四个工作区，分别为氧化反应层、还原反应层、生物质原料裂解层和生物质干燥层；
氧化反应层：氧化反应层位于气化炉内腔最下层的位置，氧化反应层从底部输入气化剂，氧化反应层中的生物质原料与氧化剂发生氧化反应，生成CO2、CO和/或CH2；
还原反应层：气化剂经氧化反应层的氧化反应耗尽氧气，还原反应层中的生物质原料不完全燃烧产生CO2，并释放热量；同时氧化反应层中产生的CO2与上升至还原反应层，与还原反应层生物质原料中的C发生还原反应，生成CO、CH4、CmHn、H2和/或CH2；氧化反应层产生的热量上升并加热还原反应层生物质原料使得其也发生裂解析出可燃气体；
生物质原料裂解层：还原反应层的热量上升，对生物质原料裂解层中的生物质原料进行加热，生物质原料裂解层中的生物质原料吸热发生裂解反应，产生挥发分，挥发分包括炭、焦油、H2、CO、CO2、CH2、CH4和/或水蒸气；裂解过程产生的热气体上升进入干燥区，余留的残留物在重力作用下进入还原反应层；
生物质干燥层：干燥层位于气化炉内腔最上层的位置，生物质原料从进料口进入气化炉内腔后，在生物质干燥层首先被生物质原料裂解层散发上升的热气体加热，生物质原料中的水分蒸发为水蒸气，使得生物质原料干燥后下降进入生物质原料裂解层，热气体从气化炉的出气口经燃气输送装置输送至燃烧装置。
2.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述供料装置包括有输送带、供料绞龙，输送带自地面倾斜向上延伸至气化炉顶部的进料口。
3.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述气化炉包括有炉体、进气口、除渣系统、冷却系统和安全防爆系统，炉体为矩形箱式结构，炉体顶部设置一沿炉体长度方向延伸的的矩形进料口，供料绞龙沿着进料口长度方向设置；炉体底部设置有炉排，炉排设置有若干进气口，炉排内部设置有水循环管道，构成冷却系统，除渣系统设置于炉排上方，并能够沿炉排滑动；出气口设置于炉体侧壁上部；安全防爆系统设置于气化炉的顶部。
4.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述除渣系统包括有气缸、推渣板、若干块破焦钢片、若干根水冷炉排管、若干个炉排弯头和两根集水方管，每根水冷炉排管两端均通过炉排弯头固定连接在两根集水方管上，每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隙构成进气口；推渣板滑动设置于水冷炉排管上方，破焦钢片固定设置于推渣板前端下方，每片破焦钢片分别伸入至一条进气口内；每块破焦钢片的高度均小于炉排弯头的高度。
5.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：每根水冷炉排管与相邻炉排管之间的间隔距离为0.8～1.2cm；每块破焦钢片厚度为0.6～1cm；推渣板厚度为8～10cm；
每根水冷炉排管与相邻炉排管之间间隔距离为1cm，破焦钢片厚度为0.7cm，推渣板厚度为8cm。
6.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述冷却系统包括有推渣冷却系统和炉排冷却系统；
所述推渣板设置有冷却边框，冷却边框为由三条方管组合构成的U形结构，冷却边框一端设置推渣进水口，另一端设置推渣出水口，构成推渣冷却系统；
所述水冷炉排为圆管，每根水冷炉排内腔均通过炉排弯头连通至集水管内腔，其中一根集水管上设置有炉排进水口，另一根集水管上设置有炉排出水口，构成炉排冷却系统；
所述安全防爆系统包括有外部冷却水池和防爆门。
所述燃烧装置为一横向设置的燃烧机，燃气输送装置包括有燃气输送管道，燃气输送管道一端连接至燃烧机的生物质气进气口，另一端连接至气化炉的出气口；燃烧机还连接有给氧风机。
7.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述燃烧机包括有同轴设置、后端封闭的外壳体和内壳体，外壳体前部设置喷火口，生物质气进气口贯穿外壳体顶部后连接至内壳体，给氧风机通过送氧管道连接至外壳体底部的空气进气口，内壳体与外壳体之间空间构成空气进气通道。
8.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备，其特征在于：所述控制系统包括控制电柜、温度传感器和接收器，温度传感器设置于燃气输送管道上，接收器设置于进料口，温度传感器通讯连接至接收器；温度传感器设定阈值为300℃～500℃。
9.根据权利要求1所述可连续运行无焦油低氮生物质气生产设备的生产方法，其特征在于：包括有以下步骤：
第一步，实现气化炉制气功能，主要结构为气化炉的炉体，生物质制气的四个主要过程都在气化炉的炉体中进行；其中炉壁包括水冷金属炉壁、耐火砖炉壁；当生物质气化炉运行时，工作温度按照从炉底到炉项的方向从高到低，相应的，炉壁的温度也按照从上至下的方向逐渐增加，当炉壁温度高于800度时，生物质气化后所产生的焦块很容易凝结在炉壁上，且越结越多，直接影响气化炉的正常使用；为解决此问题，将炉壁上温度≥700℃度的部位采用水冷金属炉壁，水冷金属炉壁的高度50cm～150cm；炉壁上温度＜700℃的部位采用耐火砖炉壁；
第二步，生物质气化炉投入使用，炉排上会很快结满灰渣和焦块，阻碍空气进入气化炉继续气化；使用排渣装置定时把炉排上的灰渣推出气化炉外面；首先，炉排由多条无缝管组成，每条管之间间隔1厘米左右，管中心用水冷不易烧坏；推渣板由多条方管组成，高度8厘米左右，每推一次推走8厘米厚度的灰渣，推渣时破焦钢板跟着推渣板移动，把管缝间的焦渣全部破坏并推到外面，由于水冷炉排两头有向下弯头，推到尽头时集水方管不会挡住焦块向前移动，灰渣和焦块被推出炉排以外；推完后又回到原位，这样保证推渣板和破焦钢片不被烧坏，间隔一定时间重复推渣，保证气化炉排底部进风通畅，从而保证生物质气化的连续性与稳定性；为了推渣板更耐用，推渣板的两边和前面共三条方管采用水冷。
第三步，由于炉体内的燃烧和气化过程温度较高，为保护炉壁和炉排，使用冷却水进行冷却，冷却系统在底部通过水管互通连接，外部连接水源，水管之间的互通是要让水循环流动，冷却水流动过程中带出炉排的热量在外部冷却后，重新进入炉排进行冷却，这样不断循环，保证炉壁和炉排不被烧坏；
第四步，生物质气进入燃烧机后，由生物质气分气管分成几个出气口出，空气进入燃烧机后，分为三大出口，其中大部分空气在中间经旋转片出去，其次在燃烧机周围圆环出去，最后在空气挡风板中无数个小孔出去。对大功率的燃烧机气体有着极强的混合效果。燃烧更完全，尾气含氧量极低，节能环保。
第五步，利用符合国家安全要求的小型燃烧枪作为生物质气点火装置，系统锁定先点着火后再送气原则，燃烧过程检测到灭火信号，首先气化炉停止工作，送风阀门和输送管道上的阀门会迅速关闭，以切断氧气以及生物质气的供应，从而停止燃气的产生，同时，爆燃的气体会从防爆门处宣泄而出，避免安全事故的发生。
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