專利名稱：內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣化裝置，更具體地說是以生物質為原料的氣化爐。
背景技術：
生物質包括林業物質、農業廢棄物、城市垃圾和畜禽糞便等。生物質是一種可再生能源, 儲量豐富，作為替代能源利用，可實現C02零排放，且其中S、 N含量低，大大減輕溫室效 應和環境污染。
目前，生物質氣化技術和燃氣利用過程主要存在的問題一是燃氣熱值較低，由于生物質 氣化過程中直接引入較多的空氣，導致燃氣中含氮量超過55%，燃氣的熱值一般低于 7000KJ/m3; 二是氣化過程產生的焦油較多，由于氣化過程引入較多的冷空氣，氣化爐內溫 度不夠高，導致焦油產率較高，不僅影響氣化爐的正常工作和燃氣的輸送、儲存和利用，而 且浪費大量的能源和資源；三是生物質裂解后尾渣殘碳含量仍較高，不僅處理和處置成本高， 而且造成資源浪費。
針對燃氣中含有較多焦油的問題，目前的解決方法有兩種 一是水洗處理，將燃氣中的 焦油轉移到水溶液中去，這種方法雖然簡單，燃氣凈化效率也較高，但是會產生大量含焦油 廢水，該類廢水處理難度大、成本高，造成二次污染，而且會影響氣化系統的高效運轉，最 終導致燃氣成本較高，不利于生物質能源的利用和推廣；二是催化裂解，在催化劑的作用下， 將焦油裂解為低分子燃氣，不僅解決了焦油的危害問題，而且可以提高燃氣熱值，不產生二 次污染。
焦油的催化裂解，無二次污染、可提高生物質氣化率和燃氣熱值，但目前的焦油催化裂 解技術仍存在焦油裂解率低、催化劑容易積碳失活、裂解裝置復雜、裂解系統本身易粘附焦 油等不足，實際使用效果較差。焦油的催化裂解效率與溫度有關，溫度越高，焦油裂解效率 越高，而目前的催化裂解方式要么是燃氣通過冷的催化劑床層，催化裂解效率低，要么是通 過外加熱來提高催化劑床層的溫度，能耗增加。如中國專利授權公開號CN1667086A，授權
公開日為2005年9月14日，名稱為"生物質氣化爐凈化系統"，公開了 "一種生物質氣化 爐凈化系統，其技術方案的要點是生物質氣化爐凈化系統由催化器、催化劑、迷宮式儲氣 柜、吸附過濾器、吸附過濾劑、廢焦油和廢水的收集池組成"。該發明雖有較好的燃氣凈化 效果，但由于催化劑是冷的，對焦油的催化裂解效率極低，后續迷宮式儲氣柜和吸附過濾器 也是利用焦油冷凝后的粘稠特性，將燃氣中的焦油截留，達到燃氣凈化的目的。因此，此凈 化系統沒有真正將焦油催化裂解為可燃性氣體，所以不能提高燃氣熱值；冷凝的焦油很快就會堵塞凈化系統的管路和催化、吸附床層，系統不能長時間運轉；凈化過程將產生含焦油廢 水，處理困難，易造成二次污染。又如中國專利授權公開號CN1664066A，授權
公開日為2005 年9月7日，名稱為"復合式生物質氣化爐及熱裂解裝置"，公開了 "一種復合式生物質氣 化爐及熱裂解裝置，其技術方案的要點是由兩座生物質氣化爐、四套U型催化器、催化 劑、 一臺鼓風機和風量調節器組成"。該發明雖然提高了催化劑床層的溫度，提高了焦油裂 解率，但大量冷氣通過催化劑床層，影響了焦油的催化裂解效果；含焦油的燃氣通過鼓風機， 會產生焦油冷凝附著，影響鼓風機正常運轉；冷空氣直接進入氣化爐，使燃燒區溫度不高， 熱解氣沒經高溫裂解，焦油產率較高；裝置較復雜，實用性較差。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種內燃加熱旋轉錐式生物質氣 化爐， 一是提高生物質氣化率和燃氣熱值，降低焦油的產率，避免二次污染；二是提高尾渣 殘碳的利用利率，避免污水的產生。
本發明內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐的結構特點是
本發明內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐的結構特點是在爐體的內部設置兩個同心錐，外 錐是繞軸旋轉的旋轉錐，內錐為固定設置的固定錐；料筒分段設置為上段料筒和下段料筒， 旋轉錐的頂部與下段料筒連接，上段料筒是與螺旋加料機構相連通；固定錐的頂部與煙氣管 道相連通；固定錐的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道切向連接；助燃空氣入口設置在爐 體的頂部；爐體的底部為錐狀爐底，在錐狀爐底內設置霧化器，排渣口位于錐底口，在排渣 口上設置螺旋出渣機構；爐體的側壁設置為夾套結構，夾套自內向外依次為耐高溫爐壁、燃 氣通道、保溫層和爐體外壁；燃氣自爐內引出的氣流通道為以位于爐體底部、順著錐狀爐 底的斜面引向燃氣通道底口，燃氣輸出口位于燃氣通道的上部，爐外連接在燃氣輸出口上輸 氣管道通過弓I風機接至儲氣柜。
本發明內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐的結構特點也在于
所述旋轉錐的內表面和固定錐的外表面設置為凹凸不平的表面。
所述上段料筒是由傳動機構驅動的可轉動件。
在所述上段料筒與下段料筒之間采用螺紋連接，并以鎖緊螺釘緊固。 在所述輸氣管道上設置燃氣回流管道，以燃氣回流管道為燃燒管道的供氣管，燃氣回流 管道與燃燒管道的入口之間安裝有點火箱，點火箱內安裝有點火器。
在所述輸氣管道上設置接熱交換器，以所述熱交換器中的輸水管與所述霧化器相通。 在所述燃氣輸出口的輸氣管道上設置旋風分離器，所述旋風分離器的底部輸出端設置有集炭箱。
與己有技術相比，本發明有益效果體現在-
1、 本發明采用內燃加熱，并將煙氣管道的出風口引出在爐體外部，這一結構形式在提 高爐膛溫度和生物質熱解效率的同時，有效避免了燃燒后的空氣中的氮氣混入爐內，大大提 高了生物質氣化率和燃氣熱值；
2、 本發明內燃加熱的方式可保持較高的爐膛溫度，從而提高生物質氣化效率，大大降 低焦油產率、燃氣凈化難度和凈化成本；
3、 本發明以固定錐的內腔為燃燒加熱室，通過燃氣在固定錐燃燒加熱室內燃燒為生物 質氣化間接加熱，實現燃燒煙氣與進料的逆向運動，物料與煙氣有很好的換熱，充分利用煙 氣的熱能；
4、 本發明采用固定錐下部與燃燒管道切向連接，使燃燒煙氣沿內錐面呈螺旋狀上升， 實現高效傳熱；
5、 本發明采用旋轉錐與固定錐相對轉動，物料在兩錐體之間作旋轉向下運動，物料與 錐體緊密接觸并處于運動狀態，有利于內錐體熱量向物料傳熱，物料加熱速率高，滿足提高 氣化產率的要求；
6、 本發明采用旋轉錐與固定錐相對轉動，物料在兩錐體之間作旋轉向下運動，對物料 起到研磨破碎作用，有利于熱解產物從物料顆粒中釋放，提高氣化產率；
7、 本發明采用采用旋轉錐與固定錐相對轉動，物料在兩錐體之間作旋轉向下運動，增 加了物料滯留時間，提高氣化產率，降低焦油產率；
8、 本發明采用螺紋加鎖緊螺釘連接上下料筒，可以調節旋轉錐與固定錐之間的間隙， 對物料的種類和粒徑適應性好，可降低生物質預破碎加工的能耗和成本；
9、 本發明爐內所需助燃空氣自上端引入，不影響爐膛中下部保持高溫，同樣起到降低 焦油產率，提高生物質氣化率和燃氣熱值的效果；
10、 本發明通過在爐底部高溫區采用霧化增濕，使水汽與高溫殘碳發生水煤氣反應，產 生可燃氣，可有效提高資源利用率，降低灰渣產量和處理難度，節約運行成本；
11、 本發明通過引風機使燃氣在爐內自上而下流動，再經過燃氣通道引出爐體，延長了 高溫燃氣在爐內的滯留時間，確保焦油裂解為可燃氣體，不會造成燃氣輸送管道系統的焦油 粘附堵塞；降低了爐內的壓力，并防止了爐內的燃氣反竄回料斗，使進料通暢，整個系統全 封閉，負壓操作，沒有環境污染；
12、 本發明采用螺旋加料機構，運轉方便、穩定，可以連續運行；
513、 本發明在固定錐內的燃燒是以回流的爐內高溫燃氣為燃料，利于爐內溫度的提高及 降低能耗；
14、 本發明利用高溫燃氣預熱爐內增濕用水，節約能源，減少對爐內溫度的影響；
15、 本發明對物料粒徑適應性好，對粒徑沒有嚴格要求，具有流化床的效率，但克服了 流化床的缺點；
16、 本發明結構緊湊，可以采用矩形或圓筒形結構以降低對材料強度的要求，在選擇加 工材料上更加靈活。
圖l為本發明結構示意圖。
圖中標號l螺旋加料機構、2上段料筒、3下段料筒、4爐體、5風量調節閥、6風量 流量計、7爐體外壁、8保溫層、9燃氣通道、IO耐高溫爐壁、ll錐狀爐體、12排渣口、 13 螺旋出渣機構、14霧化器、15點火箱、16點火器、17集炭箱、18進水閥門、19進水流量 計、20空氣流量計、21空氣量調節閥、22風機、23阻火器、24回流燃氣流量計、25回流 燃氣量調節閥、26燃氣回流管道、27引風機、28熱交換器、29旋風分離器、30輸氣管道、 31燃氣輸出口、 32燃燒管道、33固定錐、34旋轉錐、35軸承、36帶傳動機構、37變頻電 機、38煙氣管道。
以下通過具體實施方式
，并結合附圖對本發明作進一步描述。
具體實施例方式
參見圖l，采用矩形或圓筒體形狀的爐體4，在爐體4的內部設置兩個同心錐，外錐是 繞軸旋轉的旋轉錐34，內錐是固定不動的固定錐33;料筒分段設置為上段料筒2和下段料 筒3，旋轉錐34的上部與下段料筒3連接，上段料筒2是與螺旋加料機構1相連通；固定 錐33的上部與煙氣管道38相連通；固定錐33的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道32切 向連接；助燃空氣入口設置在爐體4的頂部；爐體4底部為錐狀爐底11，在錐狀爐底ll內 設置霧化器14，排渣口12位于錐底口，在排渣口 12上設置螺旋出渣機構13;爐體4的側 壁設置為夾套結構，夾套自內向外依次為耐高溫爐壁IO、燃氣通道9、保溫層8和爐體外壁 7;燃氣自爐內引出的氣流通道為以位于爐體底部、順著錐狀爐底的斜面引向燃氣通道9 底口，燃氣輸出口 31位于燃氣通道9的上部，爐外連接在燃氣輸出口31上輸氣管道30通 過引風機27接至儲氣柜。
本實施例中，利用氣化燃氣的燃燒為熱解氣化供熱，具體是將燃氣輸出口 31通過引風 機27，并經燃氣回流管道26接入點火箱15，燃氣回流管道26為燃燒管道32的供氣管，燃氣回流管道26與燃燒管道32的入口之間安裝有點火箱15、阻火器23、回流燃氣流量計24 和回流燃氣量調節閥25，在點火箱15內安裝有點火器16。 具體實施中，相應的結構設置也包括-
將旋轉錐34的內表面和固定錐33的外表面設置為凹凸不平的表面。
上段料筒2是由傳動機構驅動的可轉動件，相應設置軸承35和帶傳動機構36，由變頻 電機37進行驅動；在上段料筒2與下段料筒3之間采用螺紋連接，并以鎖緊螺釘進行緊固。
在輸氣管道30上設置接熱交換器28，霧化器14是與來自熱交換器28中的輸水管相通， 在輸水管上設置進水流量計19和進水閥門18，霧化器中的水在通過熱交換器28時，與高 溫燃氣進行熱交換，得到溫升，有利于保持爐內溫度、提高氣化效果。
在燃氣輸出口 31的輸氣管道30上設置旋風分離器29，旋風分離器29的底部輸出端接 集炭箱17。
本實施例給出了生物質熱解氣化設備，其結構簡單、加工制作成本低廉、運行操作和管 理維護簡便；內燃式加熱大大降低了燃氣中的含氮量，燃氣熱值比現有設備提高2 3倍； 可以維持很高的爐膛溫度，降低焦油產率、提高生物質氣化率；燃氣凈化過程始終在高溫條 件下進行，焦油裂解率高、凈化效果好；采用霧化增濕技術，利用水煤氣反應提高氣化率、 降低殘碳量。適用于各種生物質原料，生產高熱值燃氣，可供村鎮、家庭、種養殖場、賓館、 浴室、機關和廠礦企業等使用。
工作過程中，生物質原料由進料斗經螺旋加料機構l均勻送入爐內，物料在經上段料筒 2和下段料筒3下落，料筒連同旋轉錐34在變頻電機37的驅動下經帶傳動作旋轉運動，物 料下落過程中經由煙氣管道38傳遞來的熱量首先被干燥，物料喂入到兩錐體之間后作旋轉 向下運動，并經從固定錐內轉遞來的熱量加熱發生熱裂解。這種加熱方式使物料與錐體緊密 接觸并處于運動狀態，有利于內錐體熱量向物料傳熱，物料加熱速率高，滿足提高氣化產率 的要求，另外對物料起到研磨破碎作用，有利于熱解產物從物料顆粒中釋放，提高氣化產率。
熱解氣化產物從旋轉錐下端排出旋轉錐內部空間。助燃空氣經風量流量計6和風量調節 閥5從位于爐體頂部的助燃空氣入口引入；燃氣順著錐狀爐底的斜面引向燃氣通道9底口進 入燃氣通道9，由于燃氣的溫度很高，所以不會在燃起通道9中形成粘附，在引風機27的 抽吸下，高溫燃氣從燃氣輸出口 31經輸氣管道30進入旋風分離器29，經旋風除塵后灰塵 落入旋風分離器29下端的集炭箱17，高溫燃氣從旋風分離器29的頂部氣體出口經輸氣管 道進入熱交換器28，其熱量被冷卻水帶走，最后，送入儲氣柜。由于爐內溫度很高，燃氣 中的焦油經高溫裂解轉化為可燃氣的效率得到大大提高。爐體4內少量的灰渣在爐體4中重
7力沉降。
部分高溫燃氣在燃氣回流管道26中經回流燃氣量調節闊25、回流燃氣流量計24和阻 火器23進入點火箱15中，助燃空氣自風機22經空氣量調節閥21和空氣流量計20引入， 通過點火器16點火燃燒，燃燒后的高溫氣體流經燃燒管道32進入固定錐33的內腔，并沿 內錐面呈螺旋狀上升，最后，廢氣經煙氣管道38排出爐體。這種內燃加熱的方式使爐膛內 維持很高的溫度，大大降低了焦油產率，提高了生物質氣化率，并且有效避免了大量氮氣混 入燃氣中，極大地提高了燃氣熱值。
由霧化器14產生高溫水汽，生物質氣化后的含碳殘渣在爐膛高溫區與霧化水汽發生水 煤氣反應，進一步產生可燃氣，提高了生物質氣化率，降低了灰渣量和灰渣處置成本，少量 灰渣由螺旋出渣機構13排出。
權利要求
1、內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在爐體(4)的內部設置兩個同心錐，外錐是繞軸旋轉的旋轉錐(34)，內錐為固定設置的固定錐(33)；料筒分段設置為上段料筒(2)和下段料筒(3)，所述旋轉錐(34)的頂部與下段料筒(3)連接，上段料筒(2)是與螺旋加料機構(1)相連通；固定錐(33)的頂部與煙氣管道(38)相連通；所述固定錐(33)的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道(32)切向連接；助燃空氣入口設置在爐體(4)的頂部；所述爐體(4)的底部為錐狀爐底(11)，在錐狀爐底(11)內設置霧化器(14)，排渣口(12)位于錐底口，在所述排渣口(12)上設置螺旋出渣機構(13)；所述爐體(4)的側壁設置為夾套結構，所述夾套自內向外依次為耐高溫爐壁(10)、燃氣通道(9)、保溫層(8)和爐體外壁(7)；燃氣自爐內引出的氣流通道為以位于爐體底部、順著錐狀爐底的斜面引向燃氣通道(9)底口，燃氣輸出口(31)位于燃氣通道(9)的上部，爐外連接在燃氣輸出口(31)上輸氣管道(30)通過引風機(27)接至儲氣柜。
2、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是所述旋轉錐(34) 的內表面和固定錐(33)的外表面設置為凹凸不平的表面。
3、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是所述上段料筒(2) 是由傳動機構驅動的可轉動件。
4、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在所述上段料筒 (2)與下段料筒(3)之間采用螺紋連接，并以鎖緊螺釘緊固。
5、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在所述輸氣管道 (30)上設置燃氣回流管道(26)，以所述燃氣回流管道(26)為燃燒管道(32)的供氣管，燃氣回流管道(26)與燃燒管道(32)的入口之間安裝有點火箱(15)，所述點火箱(15) 內安裝有點火器(16)。
6、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在所述輸氣管道 (30)上設置接熱交換器(28)，以所述熱交換器(28)中的輸水管與所述霧化器(14)相通。
7、 根據權利要求1所述的內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在所述燃氣輸出 口 (31)的輸氣管道(30)上設置旋風分離器(29)，所述旋風分離器(29)的底部輸出端 設置有集炭箱(17)。
全文摘要
內燃加熱旋轉錐式生物質氣化爐，其特征是在爐體內部設置兩個同心錐，外錐為旋轉錐，內錐為固定錐；旋轉錐的頂部與下段料筒連接；固定錐的頂部與煙氣管道相連通；固定錐的底部端面為封閉，其下部與燃燒管道切向連接；爐體的側壁設置為夾套結構，夾套自內向外依次為耐高溫爐壁、燃氣通道、保溫層和爐體外壁；燃氣自爐內引出的氣流通道為以位于爐體底部、順著錐狀爐底的斜面引向燃氣通道底口，燃氣輸出口位于燃氣通道的上部，爐外連接在燃氣輸出口上輸氣管道通過引風機接至儲氣柜。本發明大大提高了生物質氣化率和燃氣熱值。
文檔編號C10J3/84GK101538484SQ20091011648
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者劉海波, 張先龍, 胡孔元, 陳天虎 申請人:合肥工業大學