CN201678647U - 一种分步式生物质气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种生物质分步式气化装置。由供料器、热解器、气化炉构成，供料器连通热解器；热解器连通气化炉；气化炉外部设置可控温外加热源以便于启动，整个炉体设有保温层，气化炉内上部设置喉口，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管，喉口上部设有氧气或者富氧空气进气管，喉口下部设有水蒸气进气管，气化炉内下部设有由均匀网状或者条状不锈钢炉排，未完全反应的生物质焦在炉排上停留形成炭床继续反应，炉排下方侧面设有气体出口，气化炉底部为上大下小的锥体，设有灰烬出口。本实用新型装置操作简单、运行稳定、气体组分调控能力强，很容易实现向后端用气系统定向供气。

Description

一种分步式生物质气化装置

技术领域

本实用新型涉及一种分步式生物质气化装置。

技术背景

生物质能是一种清洁环保的可再生能源。生物质气化是把生物质转化为可燃气的技术，气化反应器是生物质气化工艺中最核心的设备，主要可分为：固定床气化器(包括上吸式固定床和下吸式固定床)，流化床气化器(包括鼓泡流化床和循环流化床)，气流床气化器。目前商业运行的装置中，大多数采用下吸式固定床或流化床。根据气化介质不同，通常可分为空气气化、氧气气化、水蒸气气化以及空气(氧气)-水蒸气气化等。空气气化过程由于氮气含量高，气化气热值通常在7000kJ/Nm³以下；氧气气化和水蒸气气化可生产中热值气体，除了作为燃气还可用作合成气，缺点在于运行成本较高；氧气-水蒸气气化综合了氧气和水蒸气气化的特点，可以生产热值高且富氢的可燃气。

目前气化技术的发展趋势是开发高效、低焦油、燃气组份调控能力较强的气化工艺。焦油是气化过程不可避免的副产物。焦油在高温时呈气态，与可燃气体完全混合，而在低温时凝结为液态，其分离和处理极为困难。焦油的存在会降低气化效率、气体热值，还会堵塞输气管道，影响气化设备的正常运行，限制了气化技术的应用领域。目前焦油去除主要通过气化炉后端的的干式过滤、湿式洗涤、催化裂解等方法，但都大幅度地提高了运行成本。气化气中氢气含量较低也是目前生物质气化技术高端应用的一个障碍。通过优化气化炉结构、调节气化过程操作参数和气化炉内添加催化剂等方法可以使焦油转化为目标产物气，实现降低气化炉出口燃气中焦油含量的同时，提高氢气和一氧化碳含量，炉内去除焦油和调节燃气组分方法是目前研究的热点和今后发展方向。

授权公开号为CN101144022A的中国发明专利“三段式生物质气化炉”，包括一个热解反应器和一个气化反应器，气化器为一个固定床下吸式气化炉，炉体内设置炉排将炉体分割为两段。该发明装置通过两个串联的反应器实现将热解和气化两个过程分开，得到焦油含量较低的可燃气体，但该装置生产的燃气质量不高，燃气组分调节存在较大限制。

授权公开号为CN101164866A的中国发明专利“一种分步式富氧气化制备合成气的方法和装置”公布了一种分步式制备合成气的方法，所使用的装置除将热解过程与气化过程分离外，还使用富氧空气作为气化介质，进一步提高了气体质量，但是燃气组分调节能力不强，限制了燃气的应用范围。

目前分步式气化工艺多是将热解和气化过程简单分离，然后串联起来，而较少结合分步式气化特点和用气目的，对气化炉结构作针对性的改动，所以实用性不强。本实用新型以生产富氢燃气和合成气为目的，对气化炉内部结构进行改进，配合工艺参数的优化，解决目前技术存在的燃气质量不高，气体组分调控能力不强等缺点，可以用于生产焦油含量低、氢气含量高的可燃气体，广泛应用于气化供气、气化发电、合成燃料、氢气制备等研究领域。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有分步式生物质气化技术的缺点，提供一种操作简单，运行稳定的生物质分步式气化装置，以提高气化效率和碳转化率，降低气化气中焦油和灰尘含量，提高燃气中氢气含量。

为实现这一目的，本实用新型通过以下的技术方案来实现：一种分步式生物质气化装置，包括依次连通的供料器、热解器、气化炉，所述气化炉为下吸式固定床气化炉。热解器可控制生物质的热解温度与时间，然后进入下吸式固定床气化炉内经过热解产物与气化介质的富氧高温部分氧化与水蒸气重整反应制备富氢气体。气化炉内设置一个喉口，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管。气化剂分两次供应以利于炉内温度和气体组分的调控。其中一次气化剂进气管位于喉口上部，供应富氧气体以完成高温部分氧化反应，喉口区温度可达900-1300℃，有利于焦炭的气化以及焦油的裂解；二次气化剂进气管位于喉口下部，供应水蒸气以加强水煤气变换反应及水蒸气重整反应，有利于一氧化碳及碳氢化合物转化为氢气。该气化装置可有效地降低焦油含量，提高氢气含量、碳转化率和气化效率。

本实用新型的分步式生物质气化装置的具体结构为：由依次连通的供料器、热解器、气化炉构成。

供料器包括料仓及第一段螺旋供料器，料仓设有转速可调的电动搅拌器，第一段螺旋供料器供料速率可以调节，供料器可通过一段竖直钢管连通热解器。

热解器包括第二段螺旋供料器、外加热源、保温层以及水冷套筒。螺旋供料器供料速率可以调节，外加热源设有温度控制器，保温层设在外加热源外面，水冷套筒设在第二段螺旋供料器两端安装轴承处，水冷套筒上下端分别设有出水口和进水口。热解器可通过一段竖直钢管连连通气化炉。

所述气化炉为下吸式固定床气化炉。气化炉外部设置可控温外加热源以便于启动，整个炉体设有保温层，气化炉内上部设置喉口，喉口最窄部分直径为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口最窄部分的高度为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口上下斜面水平夹角为45-60°，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管，其位置在直径为喉口最窄直径的1.0-1.5倍之处，喉口上部设有进气管进氧气或者富氧空气，下部设有进气管进水蒸气，气化炉内下部设有均匀网状或者条状不锈钢炉排，未完全反应的生物质焦在炉排上停留形成炭床继续反应，炉排下方侧面设有气体出口，气化炉底部为上大下小的锥体，设有灰烬出口。

本实用新型充分利用生物质热解特性，热解气和热解焦的燃烧和气化特性，将气化过程中热解和气化分开，使生物质充分热解后再进入气化炉，热解产物在气化炉内发生氧化和还原反应，产生富含氢气的气体；热解气中的焦油在喉口的高温区裂解成轻质组分；气化介质水蒸气的通入提高了氢气含量；炉排上形成的炭床具有催化裂解焦油的作用，减少焦油含量，并且提高碳转化率、气体产率和气化效率。气化气的组分主要通过气化介质来调配，喉口上部进气口通入氧气或富氧空气，喉口下部通入水蒸气。另外，通过调节热解段的停留时间、热解温度，气化炉喉口下部及炭床的温度可以优化气化过程，改善气体质量。利用本装置可产生焦油含量低、热值高、氢气含量高的可燃气体。该分步式生物质气化装置操作简单、运行稳定、气体组分调控能力强，很容易实现向后端用气系统定向供气，广泛应用于气化供气、气化发电、合成燃料、氢气制备等领域。

附图说明

图1为本实用新型分步式气化装置纵剖视图。

图1中，1为料仓，2为第一段螺旋供料器，3为竖直钢管，4为第二段螺旋供料器，5和9为热解器水冷套筒，6和10为冷却水进口，7和11为冷却水出口，8为热解器的外加热源，12为热解器和气化炉的保温层，13为喉口上部的进气管，14为气化炉喉口，15为喉口下部的进气管，16为气化炉的外加热源，17为炭床，18为炉排，19为灰层，20为星形卸灰阀，21为灰斗，22为气体出口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步描述。

本实用新型分步式生物质气化装置结构如图1所示，由供料器、热解器、气化炉及灰斗构成，各部分的尺寸由生物质原料的进料速率决定。

供料器包括料仓1及第一段螺旋供料器2，料仓1设有转速可调的电动搅拌器，第一段螺旋供料器1供料速率可以调节，通过竖直钢管3连接热解器。

热解器包括第二段螺旋供料器4、外加热源8、保温层12以及水冷套筒5和11。第二段螺旋供料器4供料速率可以调节，外部设有可控温的外加热源8，保温层12设在外加热源外面，水冷套筒5和11设在第二段螺旋供料器两端安装轴承处，水冷套筒上下端分别设有出水口7和11和进水口6和10。热解器通过一段竖直钢管连接气化炉。热解器中生物质热解时间5-30分钟，热解温度为450-650℃。

气化炉为下吸式固定床气化炉，气化炉下部设有可控温的外加热源16，整个炉体设有保温层12，气化炉内上部设有耐火混凝土筑成的喉口14，喉口最窄部分直径为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口最窄部分的高度为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口上下斜面水平夹角为45-60°，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管，其位置在直径为喉口最窄直径的1.0-1.5倍处，上部进气管13进氧气或富氧空气，下部进气管15进水蒸气，气化炉内下部设有由均匀网状或者条状不锈钢炉排18，炉排18放置于气化炉内侧边焊接的钢钉上，方便取出更换；未完全反应的生物质焦在炉排上停留形成炭床17，炉排下方侧面设有气体出口22，气化炉底部为上大下小的锥体；灰斗22通过星形卸灰阀20连接气化炉底部的锥体，实现气化过程连续排灰。

料仓1中的生物质原料在重力作用和电动搅拌下进入第一段螺旋供料器2，由第一段螺旋供料器2输送至与热解器连接的竖直钢管3，在重力作用下进入热解器生成固体焦和热解气，同时由第二段螺旋供料器4输送至气化炉顶部的进口处，热解气和热解焦自上而下运动，在喉口区14与从喉口上部进气管13通入的氧气发生部分氧化反应，热解气中焦油高温裂解；经过喉口下部时，与从喉口下部进气管15通入的水蒸气发生还原反应，生成富含氢气的气体；未完全反应的生物质焦在炉排18上停留形成炭床17，进一步催化裂解焦油；燃气从下部的出气口22排出，灰层19从底部通过星形卸灰阀20排进灰斗21。

Claims (6)

1.一种分步式生物质气化装置，包括依次连通的供料器、热解器、气化炉，其特征在于所述气化炉为下吸式固定床气化炉，气化炉外部设置可控温外加热源以便于启动，整个炉体设有保温层，气化炉内上部设置喉口，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管，喉口上部设有氧气或者富氧空气进气管，喉口下部设有水蒸气进气管，气化炉内下部设有均匀网状或者条状不锈钢炉排，未完全反应的生物质焦在炉排上停留形成炭床继续反应，炉排下方侧面设有气体出口，气化炉底部为上大下小的锥体，设有灰烬出口。

2.如权利要求1所述的分步式生物质气化装置，其特征在于：供料器通过一段竖直钢管连通热解器；热解器通过一段竖直钢管连通气化炉。

3.如权利要求1或2所述的分步式生物质气化装置，其特征在于：气化炉内上部设置喉口的最窄部分直径为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口最窄部分的高度为炉体直径的0.3-0.6倍，喉口上下斜面水平夹角为45-60°，喉口上下部的斜面沿圆周均布进气管，其位置在直径为喉口最窄直径的1.0-1.5倍之处。

4.如权利要求1所述的分步式生物质气化装置，其特征在于：所述供料器包括料仓及第一段螺旋供料器并连通热解器；热解器包括第二段螺旋供料器、外加热源、保温层以及水冷套筒，外加热源设有温度控制器，保温层设在外加热源外面；热解器连通气化炉。

5.如权利要求4所述的分步式生物质气化装置，其特征在于：所述料仓设有转速可调的电动搅拌器。

6.如权利要求4所述的分步式生物质气化装置，其特征在于：所述水冷套筒设在第二段螺旋供料器两端安装轴承处，水冷套筒上下端分别设有出水口和进水口。