CN101987974A - 规模化生物质固定床气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及规模化固定床生物质气化炉，其是根据生物质秸秆气化原料特点设计的生物质秸秆气化炉设备，该气化炉包括气化炉加料机，气化炉炉体上部倒锥形结构和气化炉炉体内部防腐结构。
Description
技术领域
本发明涉及规模化固定床生物质气化炉，其是根据生物质秸秆气化原料特点设计的生物质秸秆气化炉设备。
背景技术
生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源资源，在世界能源消费总量中占14％，中国每年消耗的生物质能源占全球生物质消耗总量的30％。大部分生物质能源在我国农村以非常原始的方式使用，不仅造成了巨大的资源浪费，还对生态环境造成了严重的破坏。
另一方面，随着农村经济的改善，富裕起来的农民往往把使用商品能源作为改善生活质量的首选项目。在经济发达地区，农村生活用能商品化率已达90％，原来用作燃料的秸秆成了“废物”，大量宝贵的生物质资源被白白地在田间焚烧，据估计，每年约有5000-7000万吨秸秆被焚烧。
生物质气化炉是利用气化装置将生物质在缺氧状态下进行燃烧，使大部分可燃烧物质转化为可燃气体，经冷却净化后供发电或炊事用。根据燃烧方式的不同，气化装置有多种形式，现有技术中最为常见的是固定床下吸式气化炉，其具有结构简单、造价低廉、容易操作等特点，尤其适合我国农村用以处理农作物废弃物，例如秸杆、稻壳、树枝、杂草等。但由于这种气化炉本身结构上的制约，其气化效率及燃气热值均偏低，而且燃气中的焦油含量偏高。这种燃气不利于储存和输送，从而影响了该技术的进一步利用。
发明内容
本发明为克服上述缺陷，成功开发了一种规模化固定床生物质气化炉。
根据本发明的技术方案，其通过如下方式实现：
一种规模化固定床生物质气化炉，其特征在于，包括气化炉加料机和炉体，其特征在于所述气化炉炉体带有防腐蚀衬里。
根据本发明的气化炉，所述气化炉炉体上部为倒锥形结构。将气化炉炉体上部设置成倒锥形结构，可以降低燃气出口流速，并防止原料随秸秆气带出炉外。
根据本发明，所述气化炉进一步包括炉篦。所述炉篦为耐热铸铁材质。炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连。本发明的炉篦既用于排灰，也作为气体分布板，使炉内气流均匀，利于气化反应顺利进行。
根据本发明的技术方案，气化炉由上、中、下三部分组成，上部包括加料机、炉盖和探火孔等；中部为炉体、蒸汽水套和炉篦；下部包括灰盘及传动装置、通风箱、排渣刀等。
根据本发明，所述气化炉加料机位于气化炉的上部，由加料箱和上、下翻板阀门组成。上、下翻板阀门由电动液压杆微机自动驱动控制。
在生产过程中，加料机上下翻转阀门全部关闭，加料机体内经惰性气体置换后，打开加料机上部翻转阀门，成型秸秆进入加料箱后关闭加料机上部翻转阀门，再打开加料机下部翻转阀门使成型秸秆进入气化炉体内后，关闭加料机下部翻转阀门完成一个加料循环。
根据本发明的技术方案，其中所述的气化炉体结构通过下述方式实现：根据生物质秸秆成型原料特性及气化工艺要求，可以将气化炉内径设置为1-10m范围，优选2-8m；更优选3-6m，最优选3-3.5m，气化炉高度在1m以上，优选2m以上，更优选3m以上。
根据本发明的优选实施方案，气化炉炉体的高径比(即气化炉的高度与气化炉的直径比)设置为0.5-4，优选为1-3，更优选1.5-2。由于生物质材料与一般的燃料的密实度不同，采用本发明的高径比可以使得秸杆能够充分气化。
本发明的气化炉炉体内表面防腐衬里为气化炉炉体内表面衬10-50，优选20-40，更优选25-30毫米厚的防腐材料，优选含硅防腐材料，以防止气化过程中的炉体材料腐蚀及减少气化炉热损失提高热效率。采用本发明的防腐结构，可以大大延长气化炉的寿命，本发明的气化炉的寿命相对于未采用防腐结构的常规气化炉可延长15年使用寿命，大大降低了生产成本，从而使得本发明的气化炉在工业上得以广泛使用。
本发明的气化炉生产工艺采用连续固定床式气化秸秆燃料。经压制成型的各种生物质材料，如秸秆作为原料由气化炉顶部加料器连续加料，使用空气与水蒸气的混合气为气化剂在气化炉底入炉向上流动(与原料自上而下运动逆流接触)，炉内原料床层由下向上分为：灰层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。其中灰层有预热气化剂的作用；正常运行时维持高温气化的热能主要由在氧化层燃烧掉的部分秸秆放热提供，氧化层最高温度通常在1000-1500℃，优选在1050-1400℃，更优选在1100-1200℃；还原层中主要发生高温气化还原反应，生成可燃性气体；干馏层中秸秆则在一定的温度下析出挥发分及其他干馏产物；最上层的干燥层可使秸秆原料中的水分受热蒸发。气化炉产生的气化气、干馏气及焦油等混合气由炉体顶部排出进入燃气净化系统，气化后产生的灰渣由气化炉底部自动落入湿式灰盘，机械化出灰装置将灰渣从灰盘扒出，随后由机械传动将灰渣运出。
本发明的秸秆气化炉优选以成型秸秆为原料，以空气、水蒸气的混合气体作为气化剂，混合气化剂中空气和水蒸气的体积比为1∶1-12∶1，优选3∶1-10∶1，优选4∶1-8∶1；更优选5∶1-6∶1。在高温条件下通过热化学反应将秸秆中可燃部分转化为可燃气的过程。秸秆气化时产生的气体，主要有效成分为CO、H2和CH4、CmHn等，称为秸秆燃气。
根据本发明，防腐衬里可设置在气化炉炉体内表面的任何地方，优选设置在氧化层、还原层和干馏层上，更优选设置在氧化层上，最优选在氧化层附近高温区域设置防腐衬里。
本发明的气化炉充分研究了生物质秸秆燃料的特点，克服了秸秆碳含量底、氧与水分含量高、热值底等缺陷，充分利用了秸秆的高活性特点，针对把秸秆的缺陷进行了最优化设计。所以该气化炉在结构上做了细致的研究，秸秆气化炉加料器、气化炉炉体结构及炉体内表面防腐具有与众不同的特性和结构。
本发明的气化炉的秸秆处理量可以达到2000kg/h.台以上，优选可以达到2500kg/h.台以上：更优选可以达到3000kg/h.台以上。本发明的气化炉的总体热效率和气化效率可以为50-95％，优选为60-90％，更优选70-85％，最优选75％-80％。气化强度至少为100m3/(m2h)，优选300kg/(m2h)以上，属大规模气化炉。本发明气化炉碳转化率可达95％以上，燃气氧含量可低至0.6％以下，燃气热值较高，生产能力大，操作周期长，燃气品质好，便于深度净化和利用。
本发明气化炉的产气量可以达到4000m3/h.台，优选达到4500m3/h.台；更优选可以达到5000m3/h.台；最优选达到5250m3/h.台。本发明气化炉处理的原料范围非常广泛，可以处理秸秆、稻壳、林业废弃物等多种生物质原料。
附图说明
图1是本发明的规模化固定床生物质气化炉示意图。
其中各附图标记的含义如下：
1：加料装置；2：炉体上部的倒锥形结构；3：炉体内部的防腐衬里；a：气化剂入口；b：排灰口；c和d：气化剂出口；e和f：原料口
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步解释，但本领域技术人员了解，下述具体实施方式不得作为对本发明的限制，任何对本发明的改进和变化都没有背离本发明的精神。
如图1所示，本发明的气化炉炉体内径为3m，高径比为2。气化炉上部设加料机，包括加料箱和上、下翻板阀门。上下翻板阀门由电动液压杆微机自动驱动控制。
在生产过程中，加料机上下翻转阀门全部关闭，加料机体内经惰性气体置换后，打开加料机上部翻转阀门，成型秸秆进入加料箱后关闭加料机上部翻转阀门，再打开加料机下部翻转阀门使成型秸秆进入气化炉体内后，关闭加料机下部翻转阀门完成一个加料循环，从而实现连续进料。气化炉上部设气化剂出口(c，d)，后可接各种气体净化及深加工装置。气化炉炉篦(图中在气化炉中下部炉体内的三角形结构)为耐热铸铁铸成，炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连，既用于排灰，也作为气体分布板，使炉内气流均匀。排灰口(b)可有效将灰排出炉外。气化炉底部设有气化剂入口(a)，使用空气与水蒸气的混合气，在加料机的上部和下部均设有原料口(e，f)。
经压制成型的秸秆(密度为1.1-1.2kg/m3)作为原料由气化炉上部加料机，利用料斗闸门，计量加料器和计量锁气器连续加料，使用空气与水蒸气的混合气(空气与水蒸气的体积比为6∶1)作为气化剂在气化炉底入炉向上流动，该气化剂与自上而下的原料逆流接触)，炉内原料床层由下向上分为：灰层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。其中氧化层温度为1150℃，干馏层的温度为1000℃，秸秆在此温度下析出挥发分及其他干馏产物；最上层的干燥层使秸秆原料中的水分受热蒸发。气化炉产生的气化气、干馏气及焦油等混合气由炉体顶部气化剂出口排出进入燃气净化系统，气化后产生的灰渣由气化炉底部由排灰口b自动落入湿式灰盘，机械化出灰装置将灰渣从灰盘扒出，随后由机械传动将灰渣运出。
本发明气化炉的气化效率达到85％，总体热效率达80％。气化强度达290m3/(m2h)。本发明气化炉碳转化率可达96％，燃气氧含量可低至0.5％以 下。
Claims (8)
1.一种规模化固定床生物质气化炉，其特征在于，包括气化炉加料机和炉体，其特征在于所述气化炉炉体带有防腐蚀衬里。
2.根据权利要求1的气化炉，其特征在于，所述气化炉炉体上部为倒锥形结构。
3.根据权利要求1或2的气化炉，其特征在于，所述气化炉加料机位于气化炉的上部，包括加料箱和上、下翻板阀门。
4.根据权利要求3的气化炉，其特征在于，上、下翻板阀门由电动液压杆微机自动驱动控制。
5.根据权利要求1-4任一项所述的气化炉，其特征在于，所述的气化炉炉体的高径比(即气化炉的高度与气化炉的直径比)设置为0.5-4，优选1-3，更优选1.5-2。
6.根据权利要求1-5任一项所述的气化炉，其特征在于，所述的气化炉炉体内表面防腐结构为气化炉炉体内表面衬10-50，优选20-40，更优选25-30毫米厚的防腐材料，优选含硅防腐材料。
7.根据权利要求1-6任一项的气化炉，其特征在于，所述气化炉进一步包括炉篦。
8.根据权利要求7的气化炉，其特征在于，所述炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110323 |