一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置的制作方法

一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置
【技术领域】
1.本实用新型属于生物质气化设备领域，涉及一种装置，具体涉及一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置。


背景技术：

2.生物质气化炉炉型包括：固定床、流化床、气流床。固定床气化效率高，对原料含水率及尺寸要求低，结构简单，投资造价低，运维检修方便，特别适合于小规模的生物质气化。固定床又细分为：上吸式、下吸式、横吸式、二级式(二级进气)，其中以上吸式和下吸式为主。上吸式较下吸式固定床优点：对原料含水率要求低，燃气带灰少，燃气温度低，热效率高；缺点：上吸式产生燃气焦油含量远高于下吸式，上吸式燃气10-20％质量含量为焦油，下吸式仅约为1g/m3。
3.然而传统的上吸式固定床存在以下问题：(1)高度较高，出炉燃气温度在80-300℃之间，焦油多以液态型式存在，且焦油含量较高，影响燃气输送及使用。(2)上料系统携带一定量空气进入卧式炉体，进料系统密封效果差，降低了燃气品质。(3)出炭系统多采用水密封结构，所出炭为湿炭，影响炭的经济利用价值。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置，采用卧式炉体，降低了设备高度，在实际运行中通过出炉燃气温度控制进料，燃气温度高于控制温度时进料，低于控制温度时停止进料，调整气化炉中料层高度，从而调整出炉燃气温度，降低燃气中液态焦油含量；采用多种密封结构，降低进料环节带入气化炉的空气，提高气化炉的密封性，提高了燃气品质；通过两级推炭装置、刮板机、冷渣机，实现出干炭目的，提高了炭的经济利用价值。
5.本实用新型提供一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置，包括：
6.用于储存生物质燃料的一级分料仓，其为双螺旋分料仓，便于将破碎后破碎压块后的生物质燃料输送至出料口；
7.设于一级分料仓一侧、用于将生物质燃料气化后产生燃气的卧式炉体，其外壁由内至外依次包括：耐火砖层、隔热层、保温层，且该卧式炉体的顶部开设有一通槽、底部设有用于盛接灰渣及焦炭的炉排，该炉排一端设有用于将灰渣及焦炭推出的两级推炭装置、另一端设有刮板机，所述刮板机的下料口设有冷渣机，且该卧式炉体顶部设有一燃气输送管道，该燃气输送管道上设有一温度仪，通过温度仪可以将检测到的信号输送给控制器中的上料系统，当温度低于设定值时，停止进料，当温度高于设定值时，开启进料，从而可以对卧式炉体内生物质燃料的高度进行调节，进而实现燃气温度的调节控制，进一步降低了燃气中液态焦油含量；
8.设于卧式炉体上方的二级分料仓，其顶部设有一级送料阀、下方设有螺旋送料器，且该二级分料仓出料口与卧式炉体之间依次设有落料管、布料装置，该布料装置包括：单轴
双螺旋进料器、设于单轴双螺旋进料器下方的气动密封合页，所述单轴双螺旋进料器的进料口位于卧式炉体正中间位置，单轴双螺旋进料器中的螺旋轴上的螺旋叶片以中间为起点，分别向两侧反向旋转，也就是两侧的螺旋叶片旋向相反，如此可以在生物质燃料沿落料管进入单轴双螺旋进料器后，在螺旋轴的作用下，由中间分别向卧式炉体的两侧均匀输送，确保进入卧式炉体内的生物质燃料更加均匀，同时选用的单轴双螺旋进料器可以减少生物质燃料中的空气进入卧式炉体，所述气动密封合页包括：两片合页、用于为合页提供动力的气缸，所述两片合页一端分别与通槽两侧边活动连接、另一端相接触，该两片合页在气缸的作用下开启与关闭，从而进一步减少空气进入到卧式炉体内，而对燃气品质造成不良影响；
9.设于二级分料仓进料口与一级分料仓出料口之间、用于将一级分料仓内的生物质燃料通过二级分料仓进入卧式炉体的皮带输送机；
10.用于对一级分料仓、卧式炉体、二级分料仓、皮带输送机进行控制的控制器。
11.特别的，所述二级分料仓内设有氮气密封结构，其位于一级送料阀下方；所述氮气密封结构包括：用于提供氮气的若干出气管、与外部制氮装置连接的吹气管，若干出气管由上至下分别设于二级分料仓两侧，所述吹气管用于将若干出气管与制氮装置相连通；如此设计，在制作燃气的过程中，通过排入氮气，可以起到隔绝空气的作用，从而进一步减少进入卧式炉体内的空气，提高了燃气品质。
12.特别的，所述落料管内设有二级送料阀，二级送料阀可以进一步提高卧式炉体的气密性，降低进入卧式炉体的空气量，从而进一步提高了燃气品质。
13.特别的，所述隔热层与保温层之间设有空冷夹套，该空冷夹套内强制通风，将外部常温空气作为助燃风输送至燃气蒸汽锅炉，所述卧式炉体与灰渣及焦炭接触的位置设有水冷夹套，该水冷夹套与外部水源连通，通过其内通冷水，用于冷却灰渣及焦炭、卧式炉体，实现热量回收。
14.特别的，所述单轴双螺旋进料器的长度与气动密封合页、卧式炉体长度相同，如此可以使生物质燃料均匀的分布于卧式炉体内，提高了加工效率；同时由于卧式炉体顶部的温度较高，在350-500℃之间，若一直处于高温状态下，会降低布料装置的使用寿命，因此该单轴双螺旋进料器中的螺旋轴承为空心结构，与外部水源连通，如此可以对布料装置进行降温，从而延长使用寿命。
15.特别的，在生产过程中，生物质燃料经过氧化、热解气化后产生的灰渣及焦炭落于炉排上，由于灰渣及焦炭的温度较高，为了对其进行快速降温，所述炉排为水冷炉排，与外部水源连通，如此灰渣和焦炭的温度经过炉排换热后降低；同时为了防止炉排上灰渣及焦炭过多，而影响卧式炉体内灰渣及焦炭的排放，该炉排上设有用于感应灰渣及焦炭厚度的感应器，感应器可以实时感应到灰渣及焦炭的厚度，当感应到的厚度达到设定值后，控制器控制两级推炭装置开始工作，将炉排上的灰渣及焦炭推出进入刮板机，之后在刮板机的作用下进入到冷渣机，全程灰渣与焦炭未与水接触，实现出干炭的目的，提高了焦炭的经济利用价值。
16.特别的，所述两片合页端部为v形，形成v形的两片合页尖端朝向卧式炉体；如此设计，可以使进入合页上方的生物质燃料在自身重力下快速降落至卧式炉体内，同时可以进一步减少空气的带入。
17.特别的，由于炉排之间有间隙，因此部分灰渣与焦炭可能沿着炉排的间隙掉落至
下方，因此为了提高灰渣及焦炭的利用率，所述两级推炭装置包括上推炭装置、下推炭装置，其中上推炭装置于炉排上方伸出，下推炭装置设于炉排下方；如此设计，上推炭装置可以将炉排上方的灰渣及焦炭推送至刮板机，下推炭装置可以将于炉排间隙掉落的灰渣及焦炭推送至管刮板机，从而使生物质燃料产生的灰渣及焦炭可以被完全回收待利用。
18.特别的，所述一级送料阀、二级送料阀通过控制器实现错开开关，如此当一级送料阀打开时，二级送料阀关闭，当一级送料阀关闭时，二级送料阀打开，从而降低了进入卧式炉体的空气量，提高了卧式炉体的密封效果，在紧急情况下是，可以通过关闭一级送料阀和二级送料阀，切断卧式炉体的进料，确保该装置的安全性；同时，所述二级送料阀与气动密封合页通过控制器实现错开开关，如此当二级送料阀开启时，气动密封合页关闭，当二级送料阀关闭时，气动密封合页开启，进一步降低了进入卧式炉体的空气量，提高卧式炉体的密封效果。
19.特别的，所述燃气输送管道上设有旋风除尘器，该旋风除尘器可用于脱除燃气中大部分颗粒物，从而使进入燃气蒸汽锅炉中的燃气更加纯净，减小颗粒物对燃气蒸汽锅炉的影响，提高了燃气蒸汽锅炉的使用寿命，提高燃气蒸汽锅炉热效率，降低燃气蒸汽锅炉非计划停机现象。
20.相较于现有技术，本实用新型提供的一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置，采用卧式炉体，降低了炉体高度，通过温度仪实时检测产出燃气的温度，结合一级送料仓和二级送料仓，在检测到的燃气温度高于控制温度时进料，低于控制温度时停止进料，实现调整气化炉中料层高度，从而调整出炉燃气温度，进而大大降低燃气中液态焦油含量，便于燃气的输送与使用；同时通过一级送料阀、二级送料阀、布料装置、氮气密封结构等实现了卧式炉体的密封性能，减少卧式炉体空气泄漏量，提高了燃气热值及安全性；通过卧式炉体内水冷夹套、空冷夹套等充分回收卧式炉体等产生的冷却热量，减少了散热损失；通过两级推炭装置、刮板机、冷渣机，使灰渣及焦炭全程未与水接触，确保所述的灰渣及焦炭为干炭，提高了炭的经济利用价值。综上所述，该生物质气化炉气化制取燃气的装置具有高度低、便于检修、密封性好、产出燃气品质高、热损失小、可产出干炭等优点。
【附图说明】
21.图1为本实用新型一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置的结构示意图；
22.图2为本实用新型一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置中卧式炉体的侧视图；
23.图3为本实用新型一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置中氮气密封结的侧视图；
24.图4为本实用新型一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置中刮板机和冷渣机的结构连接示意图。
25.附图中，1一级分料仓，2卧式炉体，3炉排，4两级推炭装置，5刮板机，6冷渣机，7燃气输送管道，8温度仪，9二级分料仓，10一级送料阀，11螺旋送料器，12布料装置，13单轴双螺旋进料器，14气动密封合页，15皮带输送机，16出气管，17吹气管，18二级送料阀，19空冷夹套，20水冷夹套，21旋风除尘器，22落料管。
【具体实施方式】
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。
27.请参阅图1-图4，本实用新型提供一种生物质卧式气化炉气化制取燃气的装置，包括：上料系统、卧式炉体、冷却及散热回收系统、出炭系统、燃气输送与净化系统、控制器，其中，上料系统包括：一级分料仓1、二级分料仓9、布料装置12、皮带输送机15，冷却系统包括：空冷夹套19、水冷夹套20，出炭系统包括：两级推炭装置4、刮板机5、冷渣机5，燃气输送与净化系统包括：燃气输送管道7、旋风除尘器21。
28.在实际工作过程中，通过铲车等运送机构将破碎或破碎压块的生物质燃料传送至一级分料仓1内，所述一级分料仓1为双螺旋分料仓，可以将生物质燃料快速均匀的输送至皮带输送机15，该皮带输送机15将生物质燃料输送至二级分料仓9上方，此时一级送料阀10开启，生物质燃料进入二级分料仓9，经过螺旋送料器11将生物燃料输送至落料管22，螺旋送料器11采用双螺旋送料器，可以将生物质燃料中的空气进行挤压，从而减少空气的进入量；之后经过落料管22进入到布料装置12中，此时一级送料阀10关闭，二级送料阀18开启；之后生物质燃料经过单轴双螺旋进料器13后，将生物质燃料均匀分布于气动密封合页14上方，此时二级送料阀18关闭，气动密封合页14开启，将生物质燃料均匀的掉落至卧式炉体2中，卧式炉体2外壁(即墙体)由内至外依次包括：耐火砖层、隔热层、金属保温层，而金属保温层和隔热层为中空，之间设置空冷夹套19，空冷夹套19内强制通风，将常温空气通过空冷夹套19后作为助燃风送入燃气蒸汽锅炉。
29.为了充分利用生物质燃料燃烧后灰渣及焦炭的显热，降低灰渣和焦炭排出温度，所述卧式炉体内部未设置耐火砖及隔热层，在灰渣与卧式炉体2底部接触的位置设置空心水冷夹套20，在水冷夹套20内通入冷水，反渗透产水由给水泵加压，经过水冷夹套16，吸收一定的散热之后，回到软化水箱，再由软化水箱进入燃气蒸汽锅炉。通过以上措施，降低气化炉热损失，回收灰渣层显热，从而提高气化炉的热效率。
30.最终生成的生物质燃气通过燃气输送管道7输出，所述燃气输送管道7上设置旋风除尘器21，生物质燃气经过旋风除尘器21除尘后输送至燃气蒸汽锅炉。同时燃气输出管道7上安装有温度仪表8，温度仪表8将检测信号反馈给上料系统，当温度低于设定值时，停止进料，当温度高于设定值时，开启进料。气化完成后的焦炭及灰渣落在炉排3上，当焦炭及灰渣达到一定厚度时，通过两级推炭装置4将焦炭及灰渣推出到刮板机5，之后由刮板机5送到冷渣机6，经过冷渣机6冷却后的焦炭及灰渣排出，待利用。
31.生物质燃气按照温度分为：低温燃气(70-130℃)，中温燃气(300-800℃)，高温燃气(≥800℃)。生物质在气化过程中会产生焦油，其成分非常复杂，为可凝结烃类物质的混合物。而焦油在温度低于300℃时就开始凝结，造成生物质气化气输送管道和设备的沾污、堵塞。当燃气温度高于300℃时，焦油多以气态形式存在。因此本实用新型通过对气化炉即卧式炉体2中的生物质燃料的高度进行调节控制，产生中温燃气，在燃气输出管道7上安装温度仪8，温度仪8数量优选地为3台，检测信号采取“3取2”反馈给控制器中的上料控制系统，确保温度检测信号的准确性。将气化炉出口燃气温度设定在350-500℃之间，确保燃气中焦油都为气态。
32.结合上述描述，本实用新型中燃气温度调控原理：当温度低于设定温度时，表明卧
式炉体2中原料层较高，热解还原产生的生物质燃气与原料进行换热，显热损失较多，导致燃气温度下降幅度较大，温度仪8将温度低信号反馈给上料系统，上料系统停止向卧式炉体2中输送生物质燃料，降低卧式炉体2中生物质燃料层高度，燃气与生物质燃料层换热量减少，燃气温度升高。当燃气温度高于设定值后，结合气化炉产气量，后端燃气应用系统设有生物质燃气气体流量计，表明气化炉中生物质燃料层高度较低，温度仪将温度高信号反馈给上料控制系统，上料控制系统控制上料系统向卧式炉体2中输送生物质燃料，最终实现输出燃气温度的调节控制。
33.于本实用新型中，卧式炉体2内压力维持负压，且由于生物质燃料比较松散，因此上料系统不可避免的会携带一定量的空气进入气化炉，对燃气品质造成一定不良影响。因此，本实用新型将一级分料仓的料仓设计为漏斗状，既便于生物质燃料依靠重力自由下落，也能减少空气的带入。同时将采用单轴双螺旋进料器13，即可以减少空气的带入，又可以使生物质燃料均匀的进入落料管22中。
34.同时本实用新型的二级分料仓9上方设置了氮气密封结构，由于氮气为惰性气体，可用于隔绝空气，而空气中氮气含量约为79％，通过变压吸附装置可以方便、经济的制取氮气，因此本实用新型可以在吹气管17的另一端连接一变压吸附装置用于快速产出氮气。之后在一定的温度和压力下，由于氮气压力略高于大气压，温度略高于室温，通过氮气输送管道即储气罐16及其上方安装的喷嘴，即可均匀的将氮气送入二级分料仓9中。于本实用新型中，为了将生物质燃料中的空气充分排挤出去，氮气的流量为生物质燃料总孔隙体积的2-3倍。通过氮气的通入，会使最终产出燃气中氮气的含量略微升高，但是如此可以降低燃气中氧气的含量，而氧气含量是燃气品质的一个重要指标，“ny/t 3337-2018生物质气化集中供气站建设标准”要求生物质气化炉产生的燃气氧气含量低于1％，因此本实用新型提供的装置产出的燃气品质较高，完全符合“ny/t 3337-2018生物质气化集中供气站建设标准”要求。同时本实用新型通过通入的氮气可以作为卧式炉体2及燃气输送管道7的吹扫气体及事故保护气体，从而提高了该装置的安全性。
35.本实用新型一级送料阀10和二级送料阀18错开开关、二级送料阀18和启动密封合页14错开开关，即一个开启，另外一个关闭，如此即可提高卧式炉体2的气密性，又可降低进入卧式炉体2内的空气量，在紧急情况下，可以关闭一级送料阀10和二级送料阀18，切断卧式炉体2的进料，确保该装置的安全性。
36.而布料装置12中的气动密封合页14焊接于轴承上，轴承在气缸的作用下进行旋转运动，如此轴承在选转过程中，带动密封合页14的开启与关闭。布料装置12底部设置的气动密封合页14与单轴双螺旋进料器13长度相同，从而可以将生物质原料均匀的掉落到气动密封合页14上，而密封合页14沿卧式炉体2的长度分布，如此可以将生物质燃料均匀的落入卧式炉体2中，实现生物质燃料的均匀燃烧，间接地提高了产气量。同时由于布料装置12设于卧式炉体2顶部，为了避免卧式炉体2产生的热量对布料装置12带来影响而降低使用寿命，因此将单轴双螺旋进料器13中的螺旋轴承设计为空心结构，内部通冷却水，从而对布料装置12进行降温，达到延长设备使用寿命的目的。
37.生物质燃料经过卧式炉体2的燃烧、热解气化后产生的灰渣及焦炭落在炉排3上，由于炉排3内通冷水，灰渣和焦炭的温度经过换热后降低，当感应器检测到灰渣和焦炭的厚度达到设定值后，控制器启动两级推炭装置4的上推炭装置，将炉排3上的灰渣及焦炭推出
炉体，进入刮板机5，再由刮板机5送至冷渣机6，通过冷渣机6的出料口进行收集，从而便于进行后续的利用。同时因部分灰渣和焦炭会通过炉排3下落，当感应器感应到下落的灰渣和焦炭达到一定厚度时，启动下推炭装置，将灰渣及焦炭推出到刮板机5，再由刮板机5送至冷渣机6，通过冷渣机6的出料口进行收集，从而便于进行后续的利用。通过该种形式的炉底结构及两级推炭装置推出的灰渣及焦炭不含水分，实现气化炉即卧式炉体2出干炭的目的，提高焦炭的经济利用价值。
38.燃气输送管道7上安装有旋风除尘器21，用于脱除生物质燃气中大部分颗粒物，净化燃气，减小积灰对生物质燃气蒸汽锅炉的影响，提高燃气蒸汽锅炉的使用寿命，提高燃气蒸汽锅炉热效率，降低燃气蒸汽锅炉非计划停机现象。
39.综上所述，本实用新型通过调节卧式炉体2中生物质燃料的高度，提高了卧式炉体2的出炉燃气温度，使燃气出炉温度始终保持在350-500℃之间，确保燃气中焦油都为气态，从而降低了燃气中液态焦油含量，便于后续应用；同时采用多种密封设计措施，提高了上料系统的密封性能，减少了气化炉即卧式炉体2的空气泄露量，提高了燃气热值及安全性；通过空冷夹套、水冷夹套的设置，提高了气化炉的热效率；通过水冷炉排3及两级推炭装置4、刮板机5、冷渣机6，实现出干炭的目的，有利于提高焦炭的经济利用价值。