[发明专利]一种微波等离子生物质气流床气化炉及工艺

权利要求书

1.一种微波等离子生物质气流床气化炉，包括竖直设置的炉体、由烧嘴构成的设置在炉体下部的燃料进口、炉体顶部的合成气出口、炉体底部的排渣口，炉体外还设置燃料预处理系统，包括燃料破碎装置、位于燃料破碎装置下游的筛分装置、筛分装置下游并列设置的粒径合格燃料仓和粒径不合格燃料仓、以及粒径合格燃料仓下游设置的炉前仓，炉前仓的底部通过烧嘴与炉体相连；气化炉顶部合成气出口布置有合成气监测单元；烧嘴沿炉体径向布置，数量为2～4个；其特征在于，在炉体的气化反应区上下布置1～2层微波等离子发生器，每层微波等离子发生器布置2～4个工作气体接入口。

2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于微波等离子发生器采用水平/切向布置方式。

3.根据权利要求1或2所述的气化炉，其特征在于微波等离子发生器采用电极间距大、等离子体活性强、体积范围广的等离子发生器。

4.根据权利要求3所述的气化炉，其特征在于微波等离子发生器微波功率源主频2.45GHz，单台功率约200kW以内。

5.采用上述权利要求之一所述气化炉进行生物质气流床气化的工艺，其特征在于主要包括如下步骤：

1)生物质燃料先经过燃料预处理系统破碎、筛分后得到粒径合格的生物质燃料粉粒，并送入炉前仓备用；

2)微波等离子工作气体从入口进入等离子发生器中，激励成高温、高电离度、高活性的等离子体而喷入气化炉中；

3)生物质燃料粉粒通过烧嘴喷入气化炉中，同时将氧化剂从氧气/蒸汽入口送入系统，与生物质燃料同时喷入气化炉内，生物质燃料粉粒在炉内高活性的等离子体氛围中进行高温快速热化学反应，生成含大量CO、H₂的合成气；

4)对合成气温度、成份进行监测来实时调整氧气流量、蒸汽流量及微波功率，维持气化工艺参数在控制范围内；合成气出口温度900℃～1200℃；最终高温合成气从顶部合成气出口引出，同时液态渣由排渣口排出。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于步骤1)中，按设定粒径分离出满足设定粒径尺寸的燃料进入合格燃料仓，粒径过大燃料则进入粒径不合格燃料仓，而粒径不合格燃料仓中燃料将被返回送入燃料破碎装置中继续破碎至较小粒径，直至合格；经破碎、筛分后满足设定粒径尺寸的生物质燃料颗粒由合格燃料仓输送至气化炉炉前仓备用；生物质燃料粉粒的粒径为0～5mm。

7.根据权利要求5或6所述的工艺，其特征在于步骤2)中，气化炉烧嘴投运前2～3秒即开启微波等离子发生器，部分氧化剂形式的微波等离子工作气体通过微波等离子工作气体入口进入微波等离子发生器，随后被激励成高温、高电离度、高活性的等离子气体喷入气化炉。

8.根据权利要求7所述的工艺，其特征在于步骤3)中，生物质燃料粉粒通过载气由气化炉喷嘴喷入气化炉内；氧化剂通过氧气/蒸汽入口进入系统，与生物质燃料同时喷入气化炉内，由于采用高温气化工艺，燃料瞬间着火在炉内进行剧烈的部分氧化还原反应，生物质燃料在高温缺氧环境下，生成含大量CO、H₂和少部分CO₂、CH₄、H₂S、COS成分的合成气；

合成气上行至等离子体反应区也即气化反应区，与水平/切向喷入的高温、高电离度、高活性的等离子气体混合，并进行高效气相反应，高温热化学气化反应区温度为1200℃～1800℃，中心区温度为1800℃～2000℃，合成气在气化反应区的停留时间设定为1～10秒，同时控制微波等离子功率，促进反应充分进行。

9.根据权利要求5或6或8所述的工艺，其特征在于步骤4)中，合成气产物中有效成分CO和H₂体积含量高达85％以上，且合成气中无焦油、酚类物质；生物质液态渣由气化炉底部排渣口排出炉外，激冷后能够实现无公害处理，同时也是良好的保温建筑材料。

10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于步骤2)和3)中，微波等离子工作气体和载气为空气和/或氧气和/或蒸汽；蒸汽来源于对自身高温合成气显热的回收。