CN202116518U - 一种二次催化裂解生物质气化炉 - Google Patents

一种二次催化裂解生物质气化炉 Download PDF

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Abstract

本实用新型一种二次催化裂解生物质气化炉及其外部净化装置,属于生物质气化反应设备,用以提供热值含量高,焦油含量低的生物质气化燃气。本实用新型对生物质燃气分两步进行催化裂解,并利用炉体的结构设计保证两次催化裂解的温度。催化裂解室设计科学,燃气可以在催化裂解室内迂回,保证燃气与催化剂充分接触。本实用新型对炉体的热量利用率高,有燃气和气化剂外部换热装置,外部燃气净化装置设有水套,水套既可以对燃气起到降温作用高,而且可以充分利用余热,节约能源。

Description

一种二次催化裂解生物质气化炉
技术领域
[0001] 本实用新型装置属于生物质气化领域,具体地说是一种通过二次催化裂解区在炉体内的结构设计来解决生物质气化炉焦油含量高,气化效率低的生物质气化炉。
背景技术
[0002] 生物质能是一种可再生能源,它作为化石能源的补充能源,正在引起人们的广泛关注。
[0003] 生物质能要真正成为矿物燃料的替代能源,其关键是要将能量密度低的低品位的生物质能转变成高品位能源。当前,生物质能转化技术主要包括生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术等。生物质能气化技术。其基本原理是将生物质原料加热,生物质原料进入气化炉后被干燥,伴随着温度的升高,析出挥发物,并在高温下裂解热解。热解后的气体和炭在气化炉的氧化区与供入的气化介质空气、氧气、水蒸气等发生氧化反应并燃烧。燃烧放出的热量用于维持干燥、热解和还原反应,最终生成了含有一定量的混合气体,去除焦油、杂质后即可燃用。这种方法改变了生物质原料的形态,使用更加方便,而且能量转换效率比固态生物质的直接燃烧有较大的提高。使生物质中的能量全部转化为可燃性气体,将可燃性气体通过管道与燃气灶连接来实现炊事等各类加热需要。生物质由于具有挥发组份高、炭活性高、硫和灰的含量低等特性,若使其成为气化的理想原料。将生物质转化为气体燃料是一种很好的生物质利用途径。
[0004] 生物质气化技术的核心是气化反应器即气化炉,气化炉也是生物质气化的主要设备。气化炉能量转化效率的高低是整个气化系统的关键所在,故气化炉形式的选择及其控制运行条件是气化系统非常重要的制约条件。
[0005] 生物质气化技术的核心是气化反应器即气化炉,气化炉也是生物质气化的主要设备。气化炉能量转化效率的高低是整个气化系统和能量利用的关键所在,故气化炉形式的选择及其控制运行条件是气化装置效率制约的关键条件。目前市面上的一些生物质气化炉主要以户用型秸秆型气化炉为主,燃气出口温度很高,很多气化炉没有对这部分热量加以利用,而造成热量大量的损失和浪费,使得气化炉的热量利用率和实用性下降。焦油是生物质气化过程的产物,易对气化设备造成腐蚀破坏,很多生物质气化炉的焦油去除方法并不是对焦油进行裂解,而只是将焦油利用过滤装置滞留下来,这样造成严重的二次污染并且容易堵塞管道。利用这种方法净化生物质燃气不能达到彻底清除焦油的目的,并且污染环境,滞留下来的焦油气化炉设备造成腐蚀破坏。一些生物质气化炉利用时温度过高,这样极易导致内部湿度不足,没有足够的水蒸气参与气化反应,这样不利于于氢气的生成,并且灰渣也难以成积。
[0006] 焦油问题是影响气化气使用的最大障碍。无论是用于发电或供气,都有焦油问题。 焦油会堵塞管路,污染气缸,堵塞火花塞或燃气孔使发电与供气无法正常运行,还会引起二次污染。因此,焦油问题是气化发电技术的关键之一。解决焦油问题最彻底的方法就是把焦油裂解为永久性气体。但生物质气化炉有以下的缺点:1生物质炉出口燃气温度高,灰分杂质多,使用不方便。2由于气化室设计的不合理使得气化效率低,热量不能得到充分利用, 不能转化为高浓度的可燃气,燃烧热值低,燃气中焦油含量高。3异味大,有焦油,堵塞管道, 清理困难。4催化剂放置不合理,而使得燃气在催化裂解区与催化剂接触不够充分,催化效率低。
实用新型内容
[0007] 本实用新型发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供的高效热解的二次催化裂解生物质气化炉,该气化炉气化效率高,燃气热值高,清灰去渣方便卫生。
[0008] 本实用新型解决技术问题采用如下方案:
[0009] 一种二次催化裂解生物质气化炉,包括进料装置、燃烧室、气化室、裂解室及气化燃气净化装置,其结构特点在于,
[0010] 所述气化室位于燃烧室上部,由相反设置的两个锥斗构成,两个锥斗连接处形成喉口,在上锥斗的锥面上均勻分布有连通裂解室的进气圆孔;
[0011] 所述裂解室由一次催化裂解区和二次催化裂解区组成,一次催化裂解区设置于气化室的外部周围,二次催化裂解区位于燃烧室的下部周围,一次催化裂解区和二次催化裂解区之间通过细长管道相连;所述一次催化裂解区和二次催化裂解区分别设置有催化剂入口、催化剂出口 ;一次催化裂解区的出气口设置有铁丝网,用于通气和固定催化剂,二次催化裂解区底侧设有燃气出口;
[0012] 所述净化装置通过热交换器的其中一个热交换管与燃气出口相连,所述热交换器的另一热交换管连通燃烧室进风口。
[0013] 本实用新型结构特点还在于:
[0014] 所述净化装置的底部设置旋分离器,用于分离出焦油水混合物,旋风分离器下部设置有焦油分离管,所述分离器的上部为外壁设有水套的细长筒体结构,筒体内部装有若干层铁丝网,用以使燃气的流动减慢,滞留燃气中的小水滴和焦油;净化装置的最上部为固体过滤器,内部装有玉米芯,用于对燃气中的焦油和水蒸气进行最后吸附过滤,所述固体过滤器顶部设置有燃气出口。
[0015] 所述气化炉还设置有雾化装置,所述水套连接气化炉的雾化装置。
[0016] 所述催化裂解区的催化剂选用具有良好的热稳定性和较强的催化活性,并对气化炉炉体具有蓄热作用的蜂窝陶瓷材料。
[0017] 所述所述一次催化裂解区的出气口面积小于其进气口面积。
[0018] 与已有技术相比,本实用新型的有益效果体现在:本实用新型可以对生物质气化反应中生成的易堵塞管道和炉体的焦油进行两次催化裂解,从而降低燃气中焦油含量,提高燃气热值。
[0019] 1、本实用新型利用二次催化技术对生物质气化反应中生成的易堵塞管道和炉体的焦油进行两次催化裂解,从而降低燃气中焦油含量,提高燃气热值,以获得较为洁净的燃气。一次催化裂解区由相反设置的两个锥斗构成,两个锥斗连接处形成喉口,使得燃气的流速增大;一次催化裂解区的出气口面积小于其进气口面积,使得燃气可以均勻地在催化区内流动并在催化器内迂回,延长气体在一次催化反应的时间,便于催发裂解反应的进行。二次催化裂解区紧贴炉体的温度最高的燃烧室下部,保证了二次催化裂解温度,更利于催化裂解的效率。
[0020] 2、本实用新型燃气出口设置换热器,换热器通过迂回的管道使燃气与气化剂空气进行热交换,既对燃气起到降温的作用,又可对气化空气预热,合理地利用了热量。
[0021] 3、本实用新型燃气净化装置的下部设置旋风分离器,用来分离出燃气以及焦油水混合物。分离器下部装有焦油收集管,焦油收集管下端设置阀门,用来排掉收集的焦油。分离器上部的细长筒体结构,筒体内部装有若干不锈钢铁丝网,用以阻挡燃气的流动,滞留燃气中的小水滴和焦油。当燃气通过铁丝网时,焦油和小水滴与钢丝网相撞而附着在钢丝网上,燃气则从钢丝网孔中通过。网上小液滴越聚越多,液滴越来越大,当液滴的重力大于与钢丝网的附着力时,便会滴到下部焦油收集装置,可以经下端的阀门排出。筒体的外围装有水套,防止净化装置温度过高,同时可以对燃气进行冷却,使焦油得到冷凝得以排除。外围水套与气化炉炉体二次进风口旁的雾化装置相连,通过阀门开关控制雾化强度,减少氧化剂的消耗,并生成更多的氢气,碳氢化合物,特别是在催化器内在催化作用下使得一氧化碳与氢气反应生成甲烷,降低了气体中一氧化碳的含量。
[0022] 4、本实用新型装置中的生物质原料在热解区产生的含有焦油的可燃性气体,由于二次空气的加入,提高了炉体自由空间段的温度,从而提高了气体在高温区的停留时间,使得焦油较易发生裂解反应,从而降低了出气中的焦油含量。
附图说明
[0023] 图1为本实用新型生物质气化炉结构示意图。
[0024] 图2为本实用新型一次催化裂解区锥斗结构示意图。
[0025] 图中标号:1生物质物料仓、2螺旋给料机、3催化剂出口、4催化剂入口、5 —次催化裂解区、6、燃烧室、7气化室、8不锈钢铁丝网、9布风板、10细长的管道、11炉排、12 二次催化裂解区、13螺旋排渣机构、14雾化装置、15 二次进风管道阀门、16雾化装置阀门、17 — 次进风管道、18 二次进风管道、19热交换器、20进风口、21焦油收集管、22旋风分离器、23 水套、M细长筒体、25固体过滤器、沈燃气出口、27焦油收集阀门、观进气圆孔、四上锥斗、 30下锥斗、31喉口。
[0026] 以下结合附图通过实施例对本实用新型做进一步说明。 具体实施方式
[0027] 参见图1,图2,气化炉其结构主要包括,生物质进料仓1,由保温材料、耐火材料做的炉体外壁,一次进气风管道17,二次进风管道18,二次进风管道阀门15,一次催化裂解区 5,二次催化裂解区12,布风板9,燃气空气换热交换器19,水套23,旋风分离器22,细长筒体 24,固体过滤器25等。
[0028] 气化剂空气从进风口 20由风机引入,在热交换器19中的管道内与裂解区燃气出口流出的粗燃气进行热交换,可以有效地对气化空气进行预热,减少了氧化区内的热量损失。预热空气通过炉内倾斜的布风板9,在炉体燃烧室内与生物质燃料发生氧化反应生成大量的热量,并产生大量气体。气化炉还设有二次进风管道17,调节炉体二次进风管道的阀门15,从二次进风口通入二次气化空气,此时发生部分氧化反应,放出热量,使燃气获得高温,便于燃气进入一次催化裂解区5催化裂解。燃气通过位于燃烧室6上部的气化室7,气化室7由上下相反设置的两个锥斗构成,上锥斗29和下锥斗30连接处形成喉口 31,在上锥斗29的锥面上均勻分布有连通一次催化裂解区的进气圆孔28 ;本设计一次催化裂解区的出气口面积小于其进气口面积,使得燃气可以在一次催化裂解区5内迂回,燃气中的焦油可以均勻地和催化剂进行充分接触,利于催化裂解反应的进行。
[0029] 燃气通过一次催化裂解区5下方的细长的管道10向下流入二次催化裂解区12,二次催化裂解区紧贴炉体的温度最高的氧化区,即燃烧室下部周围,使得二次催化裂解反应可以在较高的温度下进行,对燃气中残留的焦油再次催化裂解。一次催化裂解区和二次催化裂区分别设置有催化剂入口 4,催化剂出口 3。
[0030] 从二次催化裂解区出来的燃气从炉体流入炉体外部的热交换器内19,并通过迂回的管道与进风口 20流入的气化空气进行热交换,得到初步的冷却,并对气化空气进行预热。然后,燃气切向流入净化装置下方的旋风分离器22,燃气在旋风分离器22内高速旋转, 在重力和离心力的作用下,残留的焦油流入旋风分离器下方的焦油收集管21内,通过焦油收集管阀门27排除。燃气从旋风分离器出来,进入上部的细长筒体24结构内。筒体内部装有若干层不锈钢铁丝网8,用以使燃气的流动减慢,滞留燃气中的小水滴和焦油。筒体的外部装有水套23,水套23连接气化炉的雾化装置14,通过雾化装置阀门16控制雾化强度,减少氧化剂的消耗,生成更多的氢气,碳氢化合物。环形水套同时可以对净化装置和燃气冷却,防止净化装置温度过高,并使焦油得到冷凝得以排除。净化装置最上部为固体过滤器25,内部装有玉米芯,对燃气中的焦油和水蒸气进行最后吸附过滤,从燃气出口 26得到洁净,干燥的燃气。

Claims (5)

1. 一种二次催化裂解生物质气化炉,包括进料装置、燃烧室(6)、气化室(7)、裂解室及气化燃气净化装置,其特征在于,所述气化室(7)位于燃烧室(6)上部,由上下相反设置的两个锥斗构成,两个锥斗连接处形成喉口(31),在上锥斗的锥面上均勻分布有连通裂解室的进气圆孔08);所述裂解室由一次催化裂解区(¾和二次催化裂解区(1¾组成,一次催化裂解区(5) 设置于气化室的外部周围,二次催化裂解区(1¾位于燃烧室的下部周围,一次催化裂解区 (5)和二次催化裂解区(12)之间通过细长管道(10)相连;所述一次催化裂解区(5)和二次催化裂解区(12)分别设置有催化剂入口 G)、催化剂出口(3);—次催化裂解区(5)的出气口设置有铁丝网(8),用于通气和固定催化剂,二次催化裂解区底侧设有燃气出口 ;所述净化装置通过热交换器(19)的其中一个热交换管与燃气出口相连,所述热交换器的另一热交换管连通燃烧室进风口 00)。
2.根据权利要求1所述的一种二次催化裂解生物质气化炉,其特征在于,所述净化装置的底部设置旋风分离器(22),用于分离出焦油水混合物,旋风分离器下部设置有焦油分离管(21),所述旋风分离器02)的上部为外壁设有水套03)的细长筒体04)结构,所述细长筒体04)内部设置有若干层铁丝网(8),用以使燃气的流动减慢,滞留燃气中的小水滴和焦油;净化装置的最上部为固体过滤器0¾,内部装有玉米芯,用于对燃气中的焦油和水蒸气进行最后吸附过滤,所述固体过滤器0¾顶部设置有燃气出口 06)。
3.根据权利要求2所述的一种二次催化裂解生物质气化炉,其特征在于,所述气化炉还设置有雾化装置(14),所述雾化装置(14)与净化装置中的水套连通。
4.根据权利要求1所述的一种二次催化裂解生物质气化炉,其特征在于,所述催化裂解区的催化剂选用具有良好的热稳定性和较强的催化活性,并对气化炉炉体具有蓄热作用的蜂窝陶瓷材料。
5.根据权利要求1所述的一种二次催化裂解生物质气化炉,其特征在于,所述所述一次催化裂解区的出气口面积小于其进气口面积。
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