專利名稱：兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及到生物質氣化爐，具體為兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐。
背景技術：
在生物質能源的利用技術中，生物質熱解氣化技術是一種通過熱化學反應將固態生物質轉換為氣體燃料的過程，其氣體產物既可以用于發電、供氣，也可以用于集中供熱。 但是傳統的氣化技術存在著燃氣中焦油含量高、廢水難于處理等問題，特別是焦油含量高更是目前生物質氣化技術面臨的主要問題。由于現有的生物質氣化技術采用使部分生物質物料低氧燃燒，然后利用其煙氣具有的熱量和剩余氧氣對其余生物質物料進行熱解和氣化的方法，將產生大量的焦油，無論是用于發電或供氣，都存在焦油問題。焦油會堵塞管路、火花塞或燃氣孔、污染氣缸，使發電與供氣無法正常運行，造成設備清理和維修工作大大增加運行成本，嚴重地阻礙了生物質熱解氣化技術的推廣應用。為了去除焦油，目前大多數生物質氣化工藝不得不采用水洗來去除生物質氣中的焦油，因此，在生物質氣化過程中所生成的焦油、nox、SO2、NH3等成分幾乎全部轉移到其凈化工業所產生的污水中，污水成分復雜(包含100種以上的有機成分)，其中各種污染物的濃度非常高，很難有效處理，會造成嚴重的二次污染，這是目前生物質氣化發電技術和供氣技術應用的又一關鍵問題。另外，生物質氣中大量的焦油被水洗過濾掉，一方面要浪費生物質氣所攜帶的熱量，另一方面焦油本身的能量也被浪費，極大的減少了生物質氣的熱值和生物質能的利用率。解決以上問題的方法就是要大幅減少生物質熱解氣化過程中的焦油含量。在生物質氣化工程中，解決焦油最徹底的方法是在生物質氣化過程中利用高溫(1600°C以上)提高焦油熱解氣化的轉化率，將焦油熱解成沸點低于常溫的氣體，同時也提高了生物質氣的熱值。這將對生物質能源的有效利用、改善我國的能源結構和生態環境產生積極的推動作用。
發明內容
本發明的目的是提供可實現生物質高溫熱解氣化工藝的兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，用來大幅度降低所生產的生物質氣中焦油的含量，徹底解決原有生物質氣化工藝存在的生物質氣焦油含量過高的問題。本發明的技術方案是兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐包括上段圓筒和錐筒上下結合形式的旋風高溫熱解氣化室，下段水蒸氣噴淋熱解氣化室。在其上部設置有生物質物料倉和螺旋給料機，在其下部設置灰渣箱。旋風熱解氣化室的周向設置了兩個氣體燃料高速燃燒器，在旋風熱解氣化室上部設置有垂直的并與其同軸的生物質氣排出管，其出口位于旋風熱解氣化室的外部，水平設置。運行時，設置在旋風熱解氣化室周向的氣體燃料高速燃燒器將燃燒后產生的高溫厭氧煙氣以高速射流的形式切向噴入旋風高溫熱解氣化室， 形成強烈的旋風渦旋。同時，在生物質物料倉內存放的生物質物料經螺旋給料機，落入旋風熱解氣化室，與高溫煙氣混合、加熱、發生熱解，其中的固定碳被氣化，產生生物質氣，并經生物質氣排出管排出。生物質氣經換熱器將給水加熱為水蒸氣。水蒸氣經文丘里管進入水蒸氣噴淋熱解氣化室，將旋風熱解氣化室熱解氣化后形成的殘炭進一步氣化熱解，最后形成的灰渣排入灰渣箱。其進一步特征在于在旋風熱解氣化室頂部設置有垂直的并與其同軸的生物質氣排出管，這樣設置不僅會使生物質物料能夠有足夠的時間完成熱解氣化過程，而且還可以使排出的生物質氣的飛灰含量降至最低。另外，如果生物質氣排出管不深入到旋風熱解氣化室內部，則氣體燃料高速燃燒器出口軸線要與旋風熱解氣化室水平方向成20 30度夾角，使煙氣進入旋風熱解氣化室后向斜下方做切向運動，既保證煙氣與生物質物料的充分混合，又保證生物質物料在旋風熱解氣化室內停留足夠長的時間；如果生物質氣排出管深入到旋風熱解氣化室內部，則氣體燃料高速燃燒器出口軸線與旋風熱解氣化室水平方向夾角可以減小，甚至為0度。以上這些設置使得落入旋風熱解氣化室內的生物質物料能夠被強烈旋風渦旋的高溫煙氣迅速混合并充分的熱解氣化。兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐上下兩段以縮口的形式連接，相當于文丘里管的作用，保證了生物質經上段旋風熱解氣化室后進入下段水蒸氣噴淋熱解氣化室時仍有較高的氣速，有利于生物質與水蒸氣的混合和氣化熱解。
圖1為本發明兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐的示意圖。附圖標記1、生物質物料倉；2、電機；3、螺旋給料機；4、氣體燃料高速燃燒器；5、 氣體燃料高速燃燒器；6、旋風熱解氣化室；7、水蒸氣噴淋熱解氣化室；8、灰渣箱；9、生物質氣排出管；10、換熱器；11、給水泵；12、文丘里管。
具體實施例方式兩段式生物質高溫熱解氣化爐由上段圓筒和錐筒上下結合形式的旋風高溫熱解氣化室6、下段水蒸氣噴淋熱解氣化室7以及螺旋給料機3、生物質氣排出管9、氣體燃料高速燃燒器4和5、灰渣箱8組成。其中，電機2作為動力帶動的螺旋給料機3，螺旋給料機3 的前端下部與旋風熱解氣化室6頂部相連通，螺旋給料機3的后端上部與生物質物料倉1 相連通；旋風熱解氣化室6的下部與水蒸氣噴淋熱解氣化室7上部以縮口形式連通，相當于文丘里管的作用；灰渣箱8位于水蒸氣噴淋熱解氣化室7的下部，內有足夠的水量，使水蒸氣噴淋熱解氣化室7密封；生物質氣排出管9與旋風熱解氣化室6垂直并與其同軸，生物質氣排出管9的出口位于旋風熱解氣化室6的外部，水平設置；氣體燃料高速燃燒器4和5設置于旋風熱解氣化室頂部周向均勻分布，并各自在貼近旋風熱解氣化室壁沿切線方向與旋風熱解氣化室6連通。如果生物質氣排出管9不深入到旋風熱解氣化室6內部，則氣體燃料高速燃燒器4和5的出口軸線要與旋風熱解氣化室6的水平方向成20 30度夾角；如果生物質氣排出管9深入到旋風熱解氣化室6內部，則氣體燃料高速燃燒器4和5的出口軸線與旋風熱解氣化室6的水平方向夾角可以減小，甚至為0度；氣體燃料高速燃燒器的數量可以根據所需功率進行增減。兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐運行時，須控制氣體燃料和空氣的量，使其通
4過氣體燃料高速燃燒器4和5燃燒產生高溫(1600°C以上)厭氧煙氣，并以高速(>80m/ s)沿切向并貼近旋風熱解氣化室6壁內側噴入旋風熱解氣化室6形成強旋風渦流。同時， 在生物質物料倉1內存放的生物質物料則通過由電機2作為動力帶動的螺旋給料機3，落入旋風熱解氣化室6。生物質物料與由氣體燃料高速燃燒器4和5內噴入到旋風熱解氣化室6的高溫煙氣混合、加熱、發生熱解，其中的固定碳被氣化，產生生物質氣，并經生物質氣排出管9排出。生物質氣經換熱器10將由給水泵11提供的給水加熱為水蒸氣。水蒸氣經文丘里管12進入水蒸氣噴淋熱解氣化室7，將旋風熱解氣化室6熱解氣化后形成的殘炭進一步氣化熱解，最后形成的灰渣排入灰渣箱8中。 兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐啟動時，需要外界的燃料氣源保證氣體燃料高速燃燒器4和5的燃燒，待產生穩定的生物質氣后，將一部分產生的生物質氣作為高速燃燒器4和5的燃料，從而不需要外界氣源而能維持自運行。
權利要求
1.兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，其特征在于由上段圓筒和錐筒上下結合形式的旋風高溫熱解氣化室(6)、下段水蒸氣噴淋熱解氣化室(7)以及螺旋給料機(3)、生物質氣排出管(9)、氣體燃料高速燃燒器(4)和(5)、灰渣箱(8)組成，其中，電機(2)作為動力帶動螺旋給料機(3)，螺旋給料機(3)的前端下部與旋風熱解氣化室(6)頂部相連通，螺旋給料機(3)的后端上部與生物質物料倉(1)相連通；旋風熱解氣化室(6)的下部與水蒸氣噴淋熱解氣化室(7)上部以縮口形式連通，相當于文丘里管的作用；灰渣箱(8)位于水蒸氣噴淋熱解氣化室(7)的下部，內有足夠的水量，使水蒸氣噴淋熱解氣化室(7)密封；生物質氣排出管(9)與旋風熱解氣化室(6)垂直并與其同軸，且生物質氣排出管(9)的出口位于旋風熱解氣化室(6)的外部，水平設置；氣體燃料高速燃燒器(4)和( 設置于旋風熱解氣化室(6)頂部周向均勻分布，并各自在貼近旋風熱解氣化室(6)壁沿切線方向與旋風熱解氣化室(6)連通。
2.根據權利要求1所述的兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，其特征在于如果生物質氣排出管(9)不深入到旋風熱解氣化室(6)內部，則氣體燃料高速燃燒器(4)和( 的出口軸線要與旋風熱解氣化室(6)的水平方向成20 30度夾角，使煙氣進入旋風熱解氣化室后向斜下方做切向運動，既保證煙氣與生物質物料的充分混合，又保證生物質物料在旋風熱解氣化室內停留足夠長的時間；如果生物質氣排出管(9)深入到旋風熱解氣化室(6) 內部，則氣體燃料高速燃燒器(4)和(5)的出口軸線與旋風熱解氣化室(6)的水平方向夾角可以減小，甚至為0度；氣體燃料高速燃燒器的數量可以根據所需功率進行增減。
3.采用權利要求1、2所述的兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，運行時須控制氣體燃料和空氣的量，使其通過氣體燃料高速燃燒器(4)和( 燃燒產生高溫厭氧煙氣，以高速沿切向貼近內壁側噴入旋風熱解氣化室(6)，形成強旋風渦流；同時，生物質物料經螺旋給料機C3)落入旋風熱解氣化室(6)，與高溫煙氣混合、加熱、發生熱解，其中固定碳被氣化，產生的生物質氣經生物質氣排出管(9)排出；生物質氣經換熱器(10)將給水加熱為水蒸氣； 水蒸氣經文丘里管(1 進入水蒸氣噴淋熱解氣化室(7)，將殘炭進一步熱解氣化，最后形成的灰渣排入灰渣箱(8)中。
4.采用權利要求1、2所述的兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，啟動時需要外界的燃料氣源保證氣體燃料高速燃燒器(4)和( 的燃燒，待產生穩定的生物質氣后，將一部分產生的生物質氣作為高速燃燒器(4)和(5)的燃料，從而不需要外界氣源而能維持自運行。
全文摘要
本發明公開了一種兩段式生物質旋風高溫熱解氣化爐，它由上段旋風高溫熱解氣化室、下段水蒸氣噴淋熱解氣化室以及螺旋給料機、生物質氣排出管、氣體燃料高速燃燒器、灰渣箱組成。運行時，氣體燃料高速燃燒器產生高溫厭氧煙氣，以高速沿切向貼近內壁側噴入旋風熱解氣化室，形成強旋風渦流；同時，生物質物料經螺旋給料機落入旋風熱解氣化室，與高溫煙氣混合、加熱、發生熱解，其中固定碳被氣化，產生的生物質氣經生物質氣排出管排出；生物質氣經換熱器將給水加熱為水蒸氣；水蒸氣經文丘里管進入水蒸氣噴淋熱解氣化室，將殘炭進一步熱解氣化，最后形成的灰渣排入灰渣箱中。本發明能夠大幅降低生物質氣中焦油的含量，實現生物質能源的有效利用。
文檔編號C10J3/50GK102206514SQ20111009428
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月15日 優先權日2011年4月15日
發明者張玉, 朱群益, 翟明, 董芃, 齊國利 申請人:哈爾濱工業大學