[实用新型]一种微波等离子生物质气化固定床气化炉

说明书

技术领域

本实用新型主要针对采用生物质、固废垃圾为原料的气化工艺领域，具体来说是一种利用微波等离子技术高效利用生物质燃料、固废垃圾来制取高品质合成气的气化炉。

背景技术

我国生物质资源非常丰富，如棉秆、秸秆、树枝、稻壳等，而作为主要能源来源的常规优质化石燃料却迅速地减少，且社会对能源的需求日益增长，因而，对低热值燃料利用的关注将日益增加。

与此同时，随着人类对环境保护意识的日益增加，在关注资源生产利用的同时，效率更高、污染更小的高科技技术也逐步被工业生产所采用。

目前，在生物质气化固定床工艺中主要存在气化温度低，焦油含量大，合成气品质低等难题，常规生物质固定床气化炉由于受工艺条件的限制，合成气中均含有焦油，现有净化工艺需要花费较大代价来处理焦油，且不易去除，焦油富集能堵塞阀门、管道及设备，并对其产生腐蚀，因而危害性极大，同时也影响了生物质燃料、垃圾等制取合成气的工业化利用。当今世界科技日新月异，随着微波技术的发展，微波等离子凭借其自身优良的特点，已逐步在低温化学气相沉积(CVD)，光导纤维的快速制备，芯片的亚微米级刻蚀，进行高分子材料的表面修饰、微电子材料的加工等方面应用广泛。

本实用新型主要独创性采用微波及其等离子技术来实现生物质燃料等的高效、高品质气化，为生物质燃料、垃圾等制取合成气的高效工业化利用开辟一条途径。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种高效微波等离子生物质气化固定床气化炉，解决上述生物质制取合成气中存在的一系列问题，为生物质燃料制取合成气，特别是CO和H₂的合成气提供一种经济、高效的工业利用途径。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种微波等离子生物质气化固定床气化炉，包括竖直设置的炉体，炉体上部为气化炉净空区，炉体最下部为固定床床层，在炉体上有原料和燃料进口、产品气出口、氧气/蒸汽进口，在炉体的底部设置有放渣口，产品气出口处布置有合成气监测单元；其特征是：在所述的炉体上至少设置一段微波等离子发生装置。

作为优选方案，在炉体下部的固定床床层上方与原料和燃料进口之间设置第一段微波等离子发生装置，并同时在炉体上部的净空区设置第二段微波等离子发生装置；第一段微波等离子发生器包括2～3层微波等离子发生器，第二段微波等离子发生器包括1～2层微波等离子发生器；且每层微波等离子发生器均匀布置3～4个等离子工作气体接入点。

作为优选方案，第一段的微波等离子发生器采用功率大，电极间距小，等离子体温度高的等离子发生器；第二段的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。

作为优选方案，各等离子发生器微波功率源主频2.45GHz，单台功率约200kW以内。

作为优选方案，炉体的上部净空区设置上层氧气/蒸汽喷口，炉体的固定床床层区域设置下层氧气/蒸汽喷口。

采用上述气化炉的生物质气化工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)生物质燃料、垃圾等物料通过给料装置送入气化炉本体内，在微波等离子固定床床层上快速气化；生物质燃料固定碳成分在床层上氧化区燃烧反应，生成高温烟气，烟气上行至给料区，加热入炉燃料，同时与下层氧气/蒸汽喷口喷入的高温蒸汽、以及第一段的微波等离子发生器的富含活性的微波等离子活化氧化剂进行充分化学反应，主要反应为2C+O₂＝2CO，C+H₂O＝CO+H₂，反应区温度控制在700℃～1600℃；

由于在该温度区间内，由于微波激发的等离子氧化剂具有电离及分散程度高，氧化活性极强的特点，且在微波辐射、等离子作用下化学反应效能显著，能在相对较低的环境温度下，来实现需要高温高压环境工况才能实现的化学反应，因而生物质燃料中化学能的转化比常规工艺的转化率要高，CO和H₂的合成气品质好含量高，焦油含量少；

2)气化反应生成的合成气上行至净空区，并通过第二段的微波等离子发生器进一步裂解；主要是进一步裂解合成气中的焦油，且对合成气中烃类物质进行部分转化；

3)剩余焦炭物质下行至固定床床层上并逐步放热以维持床温，燃尽后的生物质渣从放渣口排出炉外；

4)通过气化炉顶部产品气出口处布置的合成气监测单元实时在线监测，维持气化工艺参数在控制范围内。

所述的步骤1)中气化反应区温度范围为700℃～1600℃；所述的步骤4)中合成气出口温度1200℃以内。