CN201215561Y - 固体可燃物气化特性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种固体可燃物气化特性测试装置，其包括烟道、炉膛、定滑轮、电阻丝、吊锤、可升降室、炉排、支架、气化介质进口、温度检测口、耐高温多孔吊盘以及置于炉膛顶部的热重天平等部分。将固体可燃物置于耐高温多孔吊盘中，并通过不锈钢挂钩悬挂于热重天平的称量感应臂上，随反应体系温度的升高，固体可燃物在气化介质形成的气氛中失重，失重数据由热重天平显示并输入计算机，该装置可实现固体可燃物混合组分或较大物料量时气化热失重特性的检测。在可升降室中，还可实现固体可燃物气化制取优质燃气，因此本固体可燃物气化特性测试装置是一种将固体可燃物气化热失重特性的检测和固体可燃物气化制取优质燃气进行合理有效集成的装置。
Description
技术领域 本实用新型涉及一种固体可燃物气化特性测试装置，尤其涉及一种城市生活垃圾、生物质和煤的气化热失重特性的测试以及固体可燃物气化制取燃气的装置，属于资源与环境领域。
背景技术 气化处理技术是对固体可燃物(城市生活垃圾、生物质、煤等)进行热化学处理并得到可燃气体(合成气)的过程。气化处理技术能够提高资源的利用效率，减少污染物质的排放，与焚烧相比具有明显的优势。固体可燃物气化后产生的合成气主要成分为H2、CO、CH4、CmHn等可燃气体，其热值较高，可用做民用燃料，又可在工业上用做石灰窑、冶金炉、干燥器、蒸汽锅炉或燃料电池的燃料，也可用于合成液体燃料，或者直接用于发电，其应用范围很广。
利用热重分析(TG)来研究固体可燃物的气化过程具有简单、方便、快速、准确的特点，也是研究固体可燃物的气化动力学的重要手段。通过数学推导，将得到的热失重曲线进行处理，可以估算固体可燃物气化反应活化能，判断气化反应的机理及影响因素，为优化反应操作及反应器设计提供理论依据。目前，热失重实验一般都是在标准化的热重分析仪上进行的，每次实验取10mg左右样品置于陶瓷坩埚中，通过改变气氛和升温速率得到质量与温度的函数关系式。但是，在标准化热重分析仪上，样品的质量一般都在10mg左右，较少的实验物料量无法反映出物料之间的相互作用对气化反应的影响，很难充分揭示固体可燃物的气化特性。此外，标准化热重分析仪一般只适用于揭示单组分物料的热失重特性，由于物料量的限制，并不能应用于混合物料，例如城市生活垃圾混合组分的气化热失重特性就无法在标准化热重分析仪上实现。因此，有必要设计一种可用于固体可燃物混合组分或较大物料量时气化热失重特性检测装置。
固体可燃物通过气化技术制取优质燃气，可以将固体可燃物中蕴含的能量转化为化学能，其环保性能优越，制备的优质燃气用途广泛。目前用于固体可燃物气化的装置有很多，但是将固体可燃物气化热失重特性的检测和固体可燃物气化制取燃气进行合理有效集成的装置还没有，经集成的固体可燃物气化反应装置工艺流程短、结构简单、操作方便。
发明内容 本实用新型能够克服目前标准化热重分析仪一般只适用于揭示单组分物料的热失重特性，较少的实验物料以及不能应用于混合物料的缺陷，提供一种固体可燃物气化热失重特性检测装置，实现固体可燃物混合组分或较大物料量时气化热失重特性的检测，此外，此装置还可用于固体可燃物气化制取燃气，是一种将固体可燃物气化热失重特性的检测和固体可燃物气化制取燃气进行合理有效集成的装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：固体可燃物气化特性测试装置，包括烟道1、炉膛2、定滑轮3、电阻丝4、吊锤5、升降室6、炉排7、支架8、气化介质进口9、温度检测口10、耐高温多孔吊盘11以及置于炉膛顶部的热重天平12，其中耐高温多孔吊盘通过不锈钢挂钩悬挂于热重天平的称量感应臂上。在对固体可燃物气化热失重特性进行检测时，一定质量(小于150g)的固体可燃物放置于耐高温多孔吊盘内，耐高温多孔吊盘表面的开孔孔径为1～1.5mm。置于可升降室内部的电阻丝(功率6KW)可以提供必要的热量，使整个气化反应体系保持一定的升温速率。气化反应介质为空气或氮气与氧气的混合气体，反应体系对应的氧气体积分数范围为0～99％。由热重天平测得的固体可燃物的质量随温度变化的数据通过天平自带的数据接口传给计算机；由热电偶测量的气化反应体系的温度可在电阻炉温度控制器上显示，并通过数据采集系统输入计算机，上述的电阻炉温度控制器是程序升温电阻炉温度控制器，可设定升温速率的范围1～50℃/min。固体可燃物气化热失重特性检测装置适用温度范围从室温～1200℃。
在固体可燃物气化制取燃气时，在可升降室的底部设有炉排，固体可燃物直接放置于炉排之上，气化介质(空气、纯氧气、水蒸气、氢气等)由炉排底部送入，气化介质进口离可升降室底部50～150mm，气化介质进口直径5～25mm。在进行固体可燃物气化热失重特性检测时，炉排可取出。
可升降室的升降是通过升降室两侧用钢丝悬挂于定滑轮上的吊锤的上下移动来实现的，其上下移动距离100～400mm。在升降室两侧的固体可燃物气化特性测试装置的支架上各固定有一颗定滑轮。可升降室表面设置有法兰，与支架上的立柱配合使用，对可升降室进行定位，使其只能沿竖直方向运动。
本固体可燃物气化特性测试装置的具体工艺步骤如下：
(1)将固体可燃物破碎为2～5mm的颗粒，然后在105℃下干燥1～5小时，使其含水率低于3％。
(2)根据需要用电子天平称取10～150g破碎干燥后的固体可燃物置于耐高温多孔吊盘中，在程序升温电阻炉温度控制器上设置升温速率，向可升降室中通入气化介质5～15min后，接通电源，采集数据，此装置内部的温度可由室温升高到1200℃。
本固体可燃物气化装置包括以下工艺：
(1)将固体可燃物破碎为3～10mm的颗粒，然后在105℃下干燥1～5小时，使其含水率低于3％。
(2)称取破碎干燥后的固体可燃物1～10kg，然后置于炉排上，在此装置上实现高温气化，可选取氧气体积分数为21～99％的富氧空气或水蒸气为气化介质，或将富氧空气与水蒸气以0.3～8:1的体积比混合作为气化介质。
(3)气化过程中产生的燃气经烟道进入旋风除尘器，经冷却、净化后通入储气罐中保存。本实用新型的有益效果是：
(1)实现固体可燃物混合组分或较大物料量时气化热失重特性的检测，克服了标准化热重分析仪测量样品质量小、基本无法用于混合组分测量的缺点；
(2)在固体可燃物气化特性测试装置中，利用固体可燃物制取优质可燃气体，提高了资源利用率；
(3)此装置将固体可燃物气化热失重特性的检测和固体可燃物气化制取燃气进行合理有效的集成，使用范围更加广泛；
(4)本实用新型的反应装置工艺流程短、结构简单、操作方便。
附图说明
图1为升温速率为10℃/min，气氛为空气时的TG曲线以及根据TG曲线计算得到的DTG曲线。
图2是本实用新型测试装置的结构示意图(剖面图)。
图中：1是烟道，2是炉膛，3是定滑轮，4是电阻丝，5是吊锤，6是升降室，7是炉排，8是支架，9是气化介质进口，10是温度检测口，11是耐高温多孔吊盘，12是热重天平。
具体实施方式
固体可燃物气化制取燃气时，在可升降室的底部设有炉排，固体可燃物直接放置于炉排之上，气化介质(空气、纯氧气、水蒸气、氢气等)由炉排底部送入，气化介质进口离可升降室底部50～150mm，气化介质进口直径5～25mm。在进行固体可燃物气化热失重特性检测时，炉排可取出。
可升降室的升降是通过升降室两侧用钢丝悬挂于定滑轮上的吊锤的上下移动来实现的，其上下移动距离100～400mm。在升降室两侧的固体可燃物气化特性测试装置的支架上各固定有一颗定滑轮。可升降室表面设置有法兰，与支架上的立柱配合使用，对可升降室进行定位，使其只能沿竖直方向运动。
本固体可燃物气化特性测试装置的具体工艺步骤如下：
(1)将固体可燃物破碎为2～5mm的颗粒，然后在105℃下干燥1～5小时，使其含水率低于3％。
(2)根据需要用电子天平称取10～150g破碎干燥后的固体可燃物置于耐高温多孔吊盘中，在程序升温电阻炉温度控制器上设置升温速率，向可升降室中通入气化介质5～15min后，接通电源，采集数据，此装置内部的温度可由室温升高到1200℃。
本固体可燃物气化装置包括以下工艺：
(1)将固体可燃物破碎为3～10mm的颗粒，然后在105℃下干燥1～5小时，使其含水率低于3％。
(2)称取破碎干燥后的固体可燃物1～10kg，然后置于炉排上，在此装置上实现高温气化，可选取氧气体积分数为21～99％的富氧空气或水蒸气为气化介质，或将富氧空气与水蒸气以0.3～8:1的体积比混合作为气化介质。
(3)气化过程中产生的燃气经烟道进入旋风除尘器，经冷却、净化后通入储气罐中保存。
下面将结合实施例进一步说明本发明的实质。
实施例1 以固体可燃物中的城市生活垃圾为气化原料，垃圾的物理组成为木屑、废纸、塑料、织物、厨余、橡胶六种可燃组分质量比9.2％、23.0％、20.4％、4.0％、42.2％和1.2％，垃圾的低位热值13550kJ/kg。将城市生活垃圾破碎为2mm左右的颗粒，在温度设定为105℃的恒温鼓风干燥箱中干燥，并于3h后将其取出。用电子天平准确称取生活垃圾质量100g，通过可升降室的升降，将生活垃圾原料放入耐高温多孔吊盘中。以空气或氮气与氧气的混合气体作为气化介质，使反应体系内部的气氛为贫氧、空气和富氧，对应的氧气体积分数分别为10％，21％和56％。将程序升温电阻炉温度控制器的升温速率设定为5℃/min，10℃/min和15℃/min，对应的气体流量分别为0.1L/min，0.2L/min和0.3L/min。反应体系的温度由室温按照程序升温电阻炉温度控制器设定的升温速率升高到900℃。气化过程中产生的烟气经旋风除尘器净化后直接点火排空。在上述整个过程中，共可得到9条不同气氛、不同升温速率下固体可燃物的质量随温度变化的曲线(TG曲线)。根据TG曲线数据可以判断城市生活垃圾气化的反应机理以及建立生活垃圾气化的动力学方程。升温速率为10℃/min，气氛为空气时的TG曲线以及根据TG曲线计算得到的DTG曲线如图1所示。
实施例2 以固体可燃物中的城市生活垃圾为气化原料，垃圾的物理组成及低位热值同实例1。将城市生活垃圾破碎成2～3mm的颗粒，在温度设定为105℃的恒温鼓风干燥箱中干燥3h后取出。将炉排放入可升降室中，称取垃圾原料3kg，并将可升降室升起使气化反应体系处于密闭状态。从气化介质入口处通入氧气体积分数为25～35％的富氧空气，其流量为3L/min，气化反应体系的温度设定为700℃，气化产生的气体经由气化炉顶部进入旋风除尘器净化提纯后再经由冷却器降温，得到优质的可燃气体，其成分为(体积分数％)CO：8.2％，H2：9.67％，CH4：3.15％，CmHn：3.38％，CO2：13.87％，热值达5490kJ/m3。
Claims (9)
1、一种固体可燃物气化特性测试装置，其特征在于包括组件：烟道(1)、炉膛(2)、定滑轮(3)、电阻丝(4)、吊锤(5)、可升降室(6)、炉排(7)、支架(8)、气化介质进口(9)、温度检测口(10)、耐高温多孔吊盘(11)以及置于炉膛顶部的热重天平(12)，电阻丝(4)置于可升降室内部，吊锤(5)通过升降室两侧用钢丝悬挂于定滑轮上，固体可燃物放置于耐高温多孔吊盘(11)内，耐高温多孔吊盘表面的开孔孔径为1～1.5mm，由热重天平测得的固体可燃物的质量随温度变化的数据通过天平自带的数据接口传给计算机，由热电偶测量的气化反应体系的温度可在电阻炉温度控制器上显示，并通过数据采集系统输入计算机。
2、根据权利要求书1所述的固体可燃物气化特性测试装置，其特征在于：耐高温多孔吊盘通过不锈钢挂钩悬挂于热重天平的称量感应臂上。
3、根据权利要求书1所述的固体可燃物气化特性测试装置，其特征在于：该固体可燃物气化热失重特性检测装置适用温度范围从室温～1200℃，气化反应体系的温度和升温速率由程序升温电阻炉温度控制器控制，其升温速率的范围1～50℃/min。
4、根据权利要求书1所述的固体可燃物气化特性测试装置，其特征在于所述的气化介质为空气或氮气与氧气的混合气体，反应体系对应的氧气体积分数范围为0～99％。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的固体可燃物气化特性测试装置，其特征在于：通过升降室两侧用钢丝悬挂于定滑轮上的吊锤的上下移动实现可升降室的升降。
6、一种固体可燃物气化装置，其特征在于：其包括烟道(1)、炉膛(2)、定滑轮(3)、电阻丝(4)、吊锤(5)、可升降室(6)、炉排(7)、支架(8)、气化介质进口(9)、温度检测口(10)、耐高温多孔吊盘(11)以及置于炉膛顶部的热重天平(12)，在可升降室的底部设有炉排，固体可燃物直接放置于炉排(7)之上，气化介质由炉排底部送入，气化介质进口离可升降室底部50～150mm，气化介质进口直径5～25mm，气化产生的气体经由气化炉顶部进入旋风除尘器净化提纯后再经由冷却器降温，得到优质的可燃气体。
7、根据权利要求6固体可燃物气化装置，其特征在于所述气化过程中产生的烟气经旋风除尘器净化后通入储气罐中保存。
8、根据权利要求6固体可燃物气化装置，其特征在于所述气化介质为空气、纯氧气、水蒸气、氢气或其混合物，气化介质进口离可升降室底部50~150mm，气化介质进口直径5~25mm。
9、根据权利要求8固体可燃物气化装置，其特征在于所述气化介质入口处通入氧气体积分数为21~99％的富氧空气或水蒸气，或将富氧空气与水蒸气以0.3~8:1的体积比混合作为气化介质。
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