内燃加热旋叶式生物质气化炉的制作方法
【专利摘要】炉体的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为气化层、气化层壁、热废气层、热废气层壁、燃气层、燃气层壁和保温层；在气化层壁上设置轨道；在炉体的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道，在两内燃旋转管道内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板，叶缝板的缝隙与内燃旋转管道内部不相通，在叶缝板的缝隙内设置叶片，叶片外伸端与轨道连接；在炉体的上方设置进料斗，进料斗与气化层相通，在炉体的底部承接有锥状炉底，锥状炉底与气化层相通，排渣口位于锥底口。本发明大大提高了生物质气化率和燃气热值，避免了二次污染，降低了生物质气化成本，适用于各种生物质原料生产可燃气，运行操作和管理维护简便。
【专利说明】内燃加热旋叶式生物质气化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及气化装置，更具体地说是以生物质为原料的气化炉。
【背景技术】
[0002]生物质包括林业物质、农业废弃物、城市垃圾和畜禽粪便等。生物质是一种可再生能源，储量丰富，作为替代能源利用，可实现CO2零排放，且其中S、N含量低，大大减轻温室效应和环境污染。生物质气化是在一定热化学条件下，将生物质转化为主要由一氧化碳、氢气和低分子组成的可燃气。影响生物质气化效果的因素有生物质种类及其预处理、生物质进料速度与气化剂供给速率，反应器内的温度和压力等。
[0003]目前，生物质气化技术和燃气利用过程主要存在的问题一是燃气热值较低，由于生物质气化过程中直接引入较多的空气，导致燃气中含氮量超过55 %，燃气的热值一般低于7000KJ/m3 ;二 是气化过程产生的焦油较多，由于气化过程引入较多的冷空气，气化炉内温度不够高，导致焦油产率较高，不仅影响气化炉的正常工作和燃气的输送、储存和利用，而且浪费大量的能源和资源。
[0004]针对燃气中含有较多焦油的问题，目前的解决方法有两种:一是水洗处理，将燃气中的焦油转移到水溶液中去，这种方法虽然简单，燃气净化效率也较高，但是会产生大量含焦油废水，该类废水处理难度大、成本高，造成二次污染，而且会影响气化系统的高效运转，最终导致燃气成本较高，不利于生物质能源的利用和推广；二是催化裂解，在催化剂的作用下，将焦油裂解为低分子燃气，不仅解决了焦油的危害问题，而且可以提高燃气热值，不产生二次污染。
[0005]焦油的催化裂解，无二次污染、可提高生物质气化率和燃气热值，但目前的焦油催化裂解技术仍存在焦油裂解率低、催化剂容易积碳失活、裂解装置复杂、裂解系统本身易粘附焦油等不足，实际使用效果较差。焦油的催化裂解效率与温度有关，温度越高，焦油裂解效率越高，而目前的催化裂解方式要么是燃气通过冷的催化剂床层，催化裂解效率低，要么是通过外加热来提高催化剂床层的温度，能耗增加。
[0006]近年来，生物质气化技术得到很快的发展，多种形式的气化炉被开发出来，这些气化炉大体上可分为固定床气化炉和流化床气化炉两类。固定床气化炉进一步又可分为下吸式、上吸式、横吸式和开心式几种。下吸式气化炉在微负压下运行，对密封要求不高，产出可燃气热值高、焦油含量少，但是可燃气中灰分多，且可燃气出炉温度高。上吸式气化炉在微正压下运行，对密封要求高，可燃气中焦油含量高。流化床气化炉，炉内温度高而且恒定，焦油在高温下裂解生成气体，燃气中焦油比较少，但出炉的燃气中含有较多的灰分，并且流化床气化炉结构比较复杂，设备投资大，大型气化设备较多。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种内燃加热旋叶式生物质气化炉，提高生物质气化效率和燃气热值，降低焦油的产率，避免二次污染，降低了生物质气化成本，适用于各种生物质原料生产可燃气。
[0009]本发明内燃加热旋叶式生物质气化炉的结构特点是:
炉体的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为气化层、气化层壁、热废气层、热废气层壁、燃气层、燃气层壁和保温层；在气化层壁上设置轨道；在炉体的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道，在两内燃旋转管道内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板，叶缝板的缝隙与内燃旋转管道内部不相通，在叶缝板的缝隙内设置叶片，叶片外伸端与轨道连接；内燃旋转管道两端同心连接两旋转支撑管道，在两旋转支撑管道内分别设置内燃进气管道和内燃出气管道；在炉体的上方设置进料斗，进料斗与气化层相通，在炉体的底部承接有锥状炉底，锥状炉底与气化层相通，排渣口位于锥底口；燃气自炉内引出的气流通道为:以位于气化层的底部引向燃气层，燃气输出口位于燃气层壁的上部，炉外连接在燃气输出口上输气管道通过引风机接至储气柜。
[0010]本发明内燃加热旋叶式生物质气化炉的结构特点也在于:
在热废气层壁上分别设置热废气回流管道和废气排出管道，热废气回流管道接至内燃出气管道，废气排出管道的出口引伸至炉体外部。
[0011]两内燃旋转管道是由传动机构驱动的可转动件。
[0012]在内燃进气管道内部设置燃气管道，燃气管道自内燃进气管道入口接至燃气源。
[0013]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
1、本发明以内燃旋转管道为燃烧加热室，通过燃气在内燃旋转管道内燃烧为管外生物质气化加热，并利用热废气的回流为气化加热，采用管壁和侧壁传热物料加热速率高，充分利用燃烧热能和废气热能，保持较高的炉膛温度，有效避免了燃烧后的空气中的氮气混入炉内，提高生物质气化效率和燃气热值，大大降低焦油产率、燃气净化难度和净化成本，节约能源；
3、本发明采用叶片设置在内燃旋转管道内的叶缝板内，其外伸端与气化层壁的轨道连接，工作中叶片作旋转和伸缩运动，使物料在叶片的作用下，在内燃旋转管壁和气化层壁之间作向下旋转运动，通过调节变频电机的转速，可控制即提高物料在炉内的滞留时间，提高生物质气化效率；
3、本发明采用内燃旋转管道设置在炉体的中心面下方，使气化层自上而下逐渐变小，物料与管壁和气化层壁紧密接触，有利于传热，当物料随随叶片旋转下落时内燃旋转管道和气化层壁对物料起研磨、挤压和破碎的作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，提高生物质气化效率；
4、本发明采用两旋转管道对转，实现物料分流气化，提高气化强度；
5、本发明对物料粒径适应性好，对粒径没有严格要求，降低生物质预破碎加工的能耗和成本，可以连续进料，运行方便、稳定，具有流化床的效率，但克服了流化床的缺点；
6、本发明通过引风机使燃气在炉内燃气层自下而上流动，再经过输气通道引出炉体，延长了高温燃气在炉内的滞留时间，确保焦油裂解为可燃气体，不会造成燃气输送管道系统的焦油粘附堵塞，负压操作，没有环境污染。
[0014]【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明内部结构示意图。[0016]图2为图1的A-A剖视结构示意图；
图中标号:1炉体、2保温层、3燃气层壁、4燃气层、5热废气层壁、6热废气层、7气化层壁、8气化层、9锥状炉底、10内燃旋转管道、11叶缝板、12叶片、13轨道、14进料斗、15回流燃气量调节阀、16回流燃气流量计、17旋风分离器、18阻火器、19变频电机、20减速器、21齿轮、22旋转支撑管道、23燃气管道、24进水阀门、25进水流量计、26内燃进气管道、27雾化器、28热废气回流管道、29轴承、30内燃出气管道、31内燃观察口、32风量流量计、33风量调节阀、34废气排出管道、35输气管道、36齿轮、37齿轮、38点火口、39空气流量计、40空气阀门、41空气管道、42风机、43热交换器、44引风机、45燃气回流管道。
[0017]以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本发明作进一步描述。
【具体实施方式】
[0018]参见图1和图2，采用类椭圆筒状炉体1，炉体I呈轴向水平布置，炉体I的侧壁设置为夹套结构，夹套由内到外依次为气化层8、气化层壁7、热废气层6、热废气层壁5、燃气层4、燃气层壁3和保温层2 ;在气化层壁7上设置轨道13 ;在炉体I内设置两水平内燃旋转管道10，在两内燃旋转管道10内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板11，叶缝板11的缝隙与内燃旋转管道10内部不相通，在叶缝板11的缝隙内设置叶片12，叶片12外伸端与轨道13连接；内燃旋转管道10两端同心连接两旋转支撑管道22，在两旋转支撑管道22内分别设置内燃进气管道26和内燃出气管道30 ;在炉体I的上方设置进料斗14，进料斗14与气化层8相通，在炉体I的底部承接有锥状炉底9，锥状炉底9与气化层8相通，排渣口位于锥底口 ；燃气自炉内引出的气流通道为:以位于气化层8的底部引向燃气层4,燃气输出口位于燃气层壁3的上部，炉外连接在燃气输出口上输气管道35通过引风机44接至储气柜。
[0019]本实施例中，利用气化可燃气的燃烧为生物质气化加热，具体是在引风机44出口输气管道35上设置燃气回流管道45，在燃气回流管道45上安装回流燃气量调节阀15和回流燃气流量计16。在两内燃进气管道26内部设置燃气管道23，燃气管道23自内燃进气管道26入口接至燃气回流管道45，在燃气管道23上安装阻火器18，以燃气回流管道45为燃气管道23的供气管。在两内燃进气管道26上设置空气管道41，在空气管道41上安装空气流量计39和空气阀门40，空气管道41接至风机42。
[0020]具体的实施中还包括:
在热废气层壁5上分别设置热废气回流管道28和废气排出管道34，热废气回流管道28接至内燃出气管道30，废气排出管道34的出口引伸至炉体外部，以热废气回流管道28为热废气层6的供气管，高温热废气的回流有利于提高炉内温度，节约能源。
[0021]两内燃旋转管道10是由传动机构驱动的可转动件，相应设置减速器20、齿轮21、齿轮37和齿轮36，由变频电机19进行驱动。
[0022]为了点火和 观察回流燃气燃烧情况，在内燃进气管道26的入口处设置点火口 38，在内燃出气管道30的出口处设置内燃观察口 31。
[0023]为了监控气化炉的运行状况，在炉体I上设置温度和压力显示仪表。
[0024]为了提高气化效果且不影响炉膛中下部保持高温，气化剂(空气)入口设置在炉体I的上部，在气化剂(空气)入口管道上安装风量流量计32和风量调节阀33。[0025]为了燃气净化除尘，在输气管道35上设置旋风分离器17。
[0026]在输气管道35上设置接热交换器43，在锥状炉底9内设置雾化器27，雾化器27是与来自热交换器43中的输水管相通，在输水管上设置进水流量计25和进水阀门24，雾化器中的水在通过热交换器43时，与高温燃气进行热交换，得到温升，有利于保持炉内温度，提闻了气化效果。
[0027]本实施例给出了生物质气化设备，内燃加热旋叶式大大降低了燃气中的含氮量，燃气热值比现有设备提高2~3倍；可以维持很高的炉膛温度，降低焦油产率、提高生物质气化效率；燃气净化过程始终在高温条件下进行，焦油裂解率高、净化效果好。适用于各种生物质原料，生产高热值燃气，可供村镇、家庭、种养殖场、宾馆、浴室、机关和厂矿企业等使用。
[0028]工作过程中，生物质原料由进料斗14送入气化层8的叶片12之间；两内燃旋转管道10在变频电机19的驱动下经齿轮传动作相对旋转运动，叶片12随着内燃旋转管道10旋转运动，同时，在轨道13的作用下作伸缩运动，物料随着叶片12向下转动。在物料旋转下落的过程中，一方面，经由内燃旋转管道10和气化层壁7转递来的热量加热物料发生热裂解；另一方面，随着气化层逐渐的变小，内燃旋转管道10和气化层壁7对物料起研磨、挤压和破碎作用，有利于热解产物从物料颗粒中释放，提高生物质气化效率。最后，少量灰渣自气化层8底部落入锥状炉底9，从锥底排渣口排出。。
[0029]在引风机44的抽吸下，高温燃气从气化层8的底部引向燃气层4，从燃气层壁3的上部燃气输出口经输气 管道35进入旋风分离器17，经旋风除尘后，高温燃气从旋风分离器17的顶部气体出口进入热交换器43，其热量被冷却水带走，最后，送入储气柜。由于炉内温度很高，燃气中的焦油经高温裂解转化为可燃气的效率得到大大提高。
[0030]部分燃气在燃气回流管道45中经回流燃气量调节阀15、回流燃气流量计16进入燃气管道23，在燃气管道23中经阻火器18进入两内燃旋转管道10，助燃空气自风机42经空气阀门40和空气流量计39引入两内燃进气管道26，通过由点火口 38插入的点火器点火燃烧，燃烧后的高温气体经两内燃出气管道30、热废气回流管道28进入热废气层6，最后，从废气排出管道34排出炉体。这种内燃和热废气回流的加热方式使炉膛内维持很高的温度，大大降低了焦油产率，提高了生物质气化率，并且有效避免了大量氮气混入燃气中，极大地提高了燃气热值，减少了能量损失，降低了生物质热解液化的总成本。
[0031]气化剂(空气)自炉体I上部入口经风量流量计32和风量调节阀33 口引入气化层8。
[0032]由雾化器27产生水蒸气，在炉膛高温区，水蒸气与生物质和热解气发生反应，进一步产生可燃气，提高了生物质效率和燃气热值，降低了灰渣量。
【权利要求】
1.内燃加热旋叶式生物质气化炉，其特征是炉体(1)的侧壁设置为夹套结构，所述夹套由内到外依次为气化层(8)、气化层壁(7)、热废气层(6)、热废气层壁(5)、燃气层(4)、燃气层壁(3)和保温层(2);在所述气化层壁(7)上设置轨道(13);在所述炉体(1)的中心面下方同一高度处设置两水平内燃旋转管道(10)，在所述两内燃旋转管道(10)内部沿其壁的圆周交替设置多个叶缝板(11)，所述叶缝板(11)的缝隙与内燃旋转管道(10)内部不相通，在所述叶缝板(11)的缝隙内设置叶片(12)，所述叶片(12)外伸端与轨道(13)连接；所述内燃旋转管道(10)两端同心连接两旋转支撑管道(22)，在所述两旋转支撑管道(22)内分别设置内燃进气管道(26)和内燃出气管道(30);在所述炉体(1)的上方设置进料斗(14)，所述进料斗(14)与气化层(8)相通，在所述炉体(1)的底部承接有锥状炉底(9)，所述锥状炉底(9)与气化层(8)相通，排渣口位于锥底口 ；燃气自炉内引出的气流通道为:以位于所述气化层(8)的底部引向燃气层(4)，燃气输出口位于燃气层壁(3)的上部，炉外连接在燃气输出口上输气管道(35)通过引风机(44)接至储气柜。
2.根据权利要求1所述的内燃加热旋叶式生物质气化炉，其特征是在所述热废气层壁(5 )上分别设置热废气回流管道(28 )和废气排出管道(34 )，所述热废气回流管道(28 )接至内燃出气管道(30)，所述废气排出管道(34)的出口引伸至炉体外部。
3.根据权利要求1所述的内燃加热旋叶式生物质气化炉，其特征是所述两内燃旋转管道(10)是由传动机构驱动的可转动件。
4.根据权利要求1所述的内燃加 热旋叶式生物质气化炉，其特征是在所述内燃进气管道(26)内部设置燃气管道(23)，所述燃气管道(23)自内燃进气管道(26)入口接至燃气源。
【文档编号】C10B53/02GK103788972SQ201410063757
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】陈天虎, 胡孔元 申请人:合肥工业大学