[发明专利]等离子体超湍热裂解气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种对生物质或固体垃圾材料进行热裂解的气化炉，特别是一种采用热等离子体作为主热源，以水蒸汽作为等离子体载体和气化剂，通过特别结构设计的均速气旋搅拌器增强生物质材料在热裂解、反应、重整过程中的传热、传质效率，从而大大提高所生产燃气的热值(所谓热值是指单位体积的燃气所能释放的热能)及降低燃气中所含有害气体的含量，属于生物质能源技术领域。

背景技术

能源问题是当前人类所要面对的主要问题之一。目前，人们主要利用的能源仍然是以石油、煤、天然气等石化能源为主。然而，这种石化能源的资源是有限的，并且无节制地使用这种石化能源，会同时产生大量CO₂、粉尘、SO₂、NO_x等废弃物的排放，污染了环境，造成十分严重的后果。因此，人们正在不断努力开发新型的可再生能源。其中，生物质能源就是一种理想的可再生能源。

生物质热裂解技术是目前常用的生物质能源的利用形式。所谓生物质热裂解技术是指在缺氧环境下，生物质材料被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程。目前，国内外生物质热裂解技术中，通常采用空气作为热裂解反应中的气化剂。以空气作为气化剂虽然具有成本低廉的好处。但是，由于众所周知空气中含有78％的N₂，只有21％的O₂是实际有效的气化剂，因此通过这种方法进行生物质热裂解，一方面要消耗大量能源对无用载气进行升温，另一方面其所生产燃气的热值很低，一般不超过5MJ/NM³。

为了生产出热值更高的燃气，人们尝试采用纯氧气、氢气或甲烷作为气化剂进行热裂解反应。虽然，通过采用这些气体作为气化剂可以有效地提高所生产燃气的热值，但是其本身成本昂贵，并不适合大规模工业生产。

另外，在生物质热裂解技术中，很关键的一步在于使生物质材料与载热体进行充分接触，加快其传热、传质速率。目前，通常采用的是流化床技术，用高热容量的固体床层流化湍动，与生物质接触，实现传质、传热。由于要保持床层的稳定，气速不可能太高，湍流的强度不可能太高。而且这种由固体将热量传给气体，再由气体传给生物质的过程，都会使传热、传质效率提高受限，生物质的升温速率较低。现有固体床层材料不大可能长时间承受1200℃以上热环境，不可能提供最佳的气化裂解、反应、重整的高温环境。这一方面制约了该技术的产能效率，另一方面增加了在反应过程中生成焦油和二恶英等有害物质的可能。

鉴于上述现有生物质热裂解气化炉技术中所存在的诸多问题，我们有必要设计一种全新结构的生物质热裂解气化炉，最大限度地提取生物质能，以提高其所生产燃气的热值，并降低其中所含有害物质，使生产的燃气品质高，能满足后续生产使用的要求，排放废气达到环保标准允许值以内。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种崭新的等离子体超湍热裂解气化炉。这种热裂解气化炉将提供一种采用高能量密度的热等离子体作为主热源，以水蒸汽作为热载体和气化剂，通过特别结构设计的均速气旋搅拌器建立高温(1200℃以上)高湍流度的均速传热、传质场，由热介质(气态)在超湍状态下直接对生物质传热、传质，其速率、效率显著提高，加热速率高达10³-10⁵℃/s，生物质(包括焦油)或固体垃圾的热裂解、反应、重整过程在2秒以内全部完成，生物质或固体垃圾材料热裂解气化产生的燃气品质成倍提高，其热值达15-25MJ/NM³，燃气中有害物质含量低于环保规定的含量，气化强度达到100T/M²h以上。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

等离子体超湍热裂解气化炉，其特征在于：包括生物质预处理部分、热裂解气化部分和燃气净化处理部分；

所述生物质预处理部分包括：烘干机、粉碎机、集粉箱、供粉器和送粉器；该烘干机、粉碎机、集粉箱、供粉器和送粉器依次连通，由送粉器将该生物质或固体垃圾材料输送到所述热裂解气化部分；