[发明专利]一种固体生物质立式组合气化炉

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种能源转换装置，特别涉及固体生物质的能源转换装置，确切地说是一种固体生物质立式组合气化炉。 

二、背景技术

固体生物质是指低密度的、可再生的农林固体废弃物。近二十年来固体生物质开发利用途径主要有“增密成型”、“气化”和“液化”，以期提高能源密度，满足现代生产生活需求。其中推广应用较多的是热解气化和干馏气化技术。固体生物质热解气化通常是以空气为气化剂，所获得的是低热值的可燃气体(4600-5000KJ/Nm³)，气化效率低于75％。干馏气化得到生物质焦和干馏气，实际效率仅达70％，其中生物质焦约占40％，干馏气占30％左右。生物焦需要再次开发，而小规模的干馏气化站由于规模小、产量低、生物焦难以实现高附加值的开发利用；所产可燃气体虽然热值较高(8000—14600KJ/Nm³)但产量有限，仅作为小范围的生活用能。 

三、发明内容

本发明旨在将固体生物质连续、高效地转化为优质的气体燃料(燃气)，所要解决的技术问题是将固体生物质的干馏气化和热解气化集成在一个装置中。 

本发明称该装置为立式组合气化炉，其构思是在一个炉体内设置三个区域，即干馏气化区A、热解气化区B和次级裂解气化区C。干馏气化区A的作用是将固体生物质干馏气化生成生物焦和干馏气；热解气化区B通过齿轮磨连接在A区下方，其作用是将磨碎的生物焦热解气化生成粗燃气和灰渣，齿轮磨由相互齿合的转子和定子组成；在A区和炉体壁之间形成次级裂解气化区C，其作用是将B区生成的粗燃气进一步热解、裂解气化生成高质量的燃气，同时为A区提供干馏所需的热量。 

本装置的结构包括带有保温层的炉体1以及螺旋进料机构2、螺旋排渣机构3和传动机构4，其特征是：在炉体1内设置有干馏气化区A、热解气化区B和次级裂解气化区C；在A区内有同连轴器5连接的主轴6；主轴6上依次固定有齿耙7、搅棒8、螺旋片9和齿轮磨转子10；转子10同固定在A区端部的定子11相齿合构成齿轮磨以磨碎生物焦，转子10和定子11之间的两齿合面上分别分布有直线齿和渐开线齿，其间隙通过连轴器5实现微调以控制粒度。在定子11上设置有导流罩12，一方面分隔B区和C区并阻挡B区内物料、气体的升腾；另一方面可将B区生成的粗燃气导入C区以完成最后的热解裂解气化。 

在齿轮磨的下方是热解气化区B，在B区下方设置有布风板13、主喷管14和副喷管15，主喷管14一端连接在布风板13上，另一端连接有引射器16，引射器16同A区的干馏气出口17并联；副喷管15喷入的空气或其他氧化剂(气化剂)通过布风板13起鼓泡疏松助燃作用，主喷管14喷入的氧气或空气或其他氧化剂(气化剂)将落在布风板13上的生物焦颗粒喷射、卷席使之在喷动过程中完成氧化还原、催化裂解的气化过程，生成粗燃气。之所以称粗燃气因为燃气中含有碳微粒，焦油微粒和水蒸气，其中部分是A区生成的干馏气带入的；在B区下端炉体上设置有水封式灰渣室18，灰渣室18连接有螺旋排渣机构3。 

B区生成的粗燃气在引风机的作用下自导流罩12和炉体1内壁之间的环形空隙进入次级裂解气化区C，粗燃气中的残存的氧与碳微粒继续氧化还原反应，并催化裂解焦油微粒(C为催化剂)，生成的高质量的燃气经设置在A区内的输出管19引至设置在炉体1的燃气出口20，燃气出口20连接有引风机。C区内的热量经A区器壁和输出管19传递至A区使其内的固体生物质干馏气化。 

在炉体1上设置有观察检查孔21、22和点火孔23，孔21、22分别观察检查A区和B区内的气化情况。 

在炉体1上还设置有安全防护罩24。 

本装置将固体生物质的干馏气化和热解气化原本两个独立的工艺过程统一起来，使碳转化效率提高到95％以上，而且得到的是单一的气体产品-可燃气，热值高达8000KJ/Nm³以上，使固体生物质得到充分、有效利用。 

四、附图说明

图1为本固体生物质立式组合气化炉剖面结构示意图。 

五、具体实施方式

粉碎的固体生物质由料封螺旋进料机构2输送到干馏气化区A内；传动机构4驱动主轴6旋转，固定在主轴上的后倾式均料齿耙7将输入的固体生物质在水平面上均匀分布；固定在轴的中段沿螺旋线分布的若干搅棒8使得物料松动和径向转移，既可防止“架桥”现象发生，又使物料升温趋于均匀；固定在主轴下半部的变径螺旋片9将干馏物料连续下移；固定 在主轴下端的齿轮磨转子10与固定在A区下端的齿轮磨定子11将干馏生成的生物焦碾碎后均匀撒入热解气化区B。转子和定子间隙可由连轴器5调节。落入气化炉B的物料撒落在布风板13上；由点火孔23推入火种，点燃布风板上的气化物料；由副喷管15喷入的气化剂穿过布风板小孔将其上的气化物料松动燃烧形成鼓泡层；缓慢开启引射器16进气阀和干馏气回流阀门，由主喷管14射入的高速气化剂将布风板上的物料引射，卷吸到主射流束内进行气化反应；未烬和新输入的物料在转子10和导流罩12的约束及重力的双重作用下沿炉壁回流至鼓泡层，重新进行下一个循环；双床(鼓泡床和喷动床)气化炉产生的粗燃气在引风机的作用下，由上炉体1内壁与导流罩12外缘形成的环形间隙进入次级气化裂解区C，在此，燃气中的微小碳粒子与残存的氧气继续氧化还原反应，并催化裂解焦油粒子；高温燃气通过A区锥型筒壁和内置的燃气输出管19的管壁将热量传入干馏区A内，用于干燥干馏气化物料；干馏后的物料经齿轮磨碾碎后进入双床流态化气化区B。干馏区A产生的水蒸气、干馏气、焦油蒸气等干馏产物经引射器16由主喷管14喷入气化区B，形成主射流束，并席卷布风板上的气化物料在主射流束内进行强烈的氧化还原及催化裂解反应，当主射流束上升到转子10下方时，大部分气化物料已气化完毕，残留灰渣呈熔融状态，在与由齿轮磨下落的气化物料强烈混合后因降温而趋于凝固形成球型塑性颗粒；球状塑性灰渣在沿炉壁下降过程中继续向物料和下直段炉壁传热降温，最终形成固体颗粒而坠入鼓泡层、并经鼓泡层震动筛分落入水封灰渣室18，赤热灰渣激起的水蒸气与副喷管15喷入的二次空气一起由布风板进入气化区B，形成气泡而使气化物膨化松动。落入灰渣斗的灰渣由螺旋排渣机构3排出。气化产生的可燃气体在燃气引风机的抽吸作用下经过干馏区A内置的输气管19经汇集后由燃气出口20进入下道净化工序。