專利名稱：一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源化技術(shù)，具體涉及一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，適用于生物質(zhì)和煤等固體燃料裂解氣化制取燃?xì)狻?br>
背景技術(shù)：
隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境問題的日趨嚴(yán)重，開發(fā)潔凈可再生能源已成了緊迫的課題。生物質(zhì)因具有可再生性、儲存性、低污染性、廣泛分布性等特點(diǎn)，其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用日益受到全世界的重視。生物質(zhì)是指一切直接或間接利用綠色植物光合作用形成的有機(jī)物質(zhì)，是一種十分重要的可再生資源。但是，與化石能源相比，生物質(zhì)的能源品質(zhì)低，不能滿足工業(yè)的適用性和經(jīng)濟(jì)性，因此要使得生物質(zhì)在工業(yè)能源中發(fā)揮重要作用，關(guān)鍵就是要將低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成高品位的能源。而生物質(zhì)氣化正是將生物質(zhì)能有效轉(zhuǎn)換為高級能源的重要途徑之
ο目前國內(nèi)外常規(guī)的生物質(zhì)氣化裝置主要包括固定床氣化裝置和流化床氣化裝置。 固定床氣化裝置根據(jù)爐內(nèi)氣化劑的流動方向，可分為上吸式、下吸式、橫吸式和開心式。該氣化裝置結(jié)構(gòu)簡單、投資少、運(yùn)行可靠、操作比較容易，對原料的種類及粒度要求不高，一般適用于中小規(guī)模生產(chǎn)。流化床氣化裝置主要包括鼓泡流化床、循環(huán)流化床及雙流化床三種類型。其主要特點(diǎn)是溫度穩(wěn)定均勻；使用燃料顆粒很細(xì)小，傳熱面積大；氣化效率高；適用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，適合大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。但無論是哪種氣化裝置，均為內(nèi)熱式生物質(zhì)氣化方法。內(nèi)熱式生物質(zhì)氣化方法不需要額外的提供熱源，但是，由于大量空氣進(jìn)入氣化裝置內(nèi)，使得燃?xì)庵嘘?duì)和(X)2等不可燃?xì)怏w的含量通常在50%左右，沖淡了燃?xì)獾臐舛?，不僅熱值低(例如下吸式固定床氣化氣的燃?xì)鉄嶂抵挥?. 6-5. 4MJ/Nm3 ；流化床氣化燃?xì)鉄嶂抵挥?_5. 6MJ/Nm3)，而且難以對焦油實(shí)施催化分解、脫焦，工程上只有利用物理分離的方法去除焦油，通常利用水膜分離，導(dǎo)致與煤煉焦一樣的焦化廢水的污染處理的難題。由于內(nèi)熱式生物質(zhì)氣化的局限性，展開對外熱式生物質(zhì)氣化方法的研究是非常必要的。2006年，本專利申請人發(fā)明了一種裂解氣化重整爐(專利號ZL 200620157570.2)， 該氣化裝置采用生物質(zhì)微米燃料作為外加熱熱源，為氣化脫碳脫焦提供熱能。生物質(zhì)氣化原料在裂解室進(jìn)行裂解氣化，產(chǎn)生的殘留碳和焦油一起流出裂解室，通過除塵器將殘留碳收集，再經(jīng)外循環(huán)回到裂解室，與水蒸氣進(jìn)行反應(yīng)。這種裝置盡管有結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。但它具有以下缺點(diǎn)(1)氣化原料依靠自重在氣化爐內(nèi)的進(jìn)出運(yùn)動不能完全連續(xù)穩(wěn)定。(2)氣化原料在爐內(nèi)停留時(shí)間短，殘留碳轉(zhuǎn)化效率較低，最終導(dǎo)致氣化效率較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，該裝置熱利用率和傳熱效率高，產(chǎn)氣效率高，燃?xì)鉄嶂蹈摺?為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，其特征在于，該裝置包括中心氣化室、環(huán)形加熱室、外圍氣化室和殘留碳回流室。
中心氣化室設(shè)有垂直攪龍，上部設(shè)有燃?xì)獬隹?，下部設(shè)有氣化原料入口，氣化原料入口內(nèi)設(shè)置有水平攪龍；外圍氣化室套在中心氣化室外，它與中心氣化室的上方連通；殘留碳回流室位于外圍氣化室的下部，并位于中心氣化室的外圍；在殘留碳回流室下部設(shè)置有至少一個(gè)水蒸氣入口，并設(shè)有至少一個(gè)供殘留碳回流進(jìn)入中心氣化室下部的通道；環(huán)形加熱室位于中心氣化室和外圍氣化室之間，并位于殘留碳回流室上方，并且與中心氣化室、 外圍氣化室和殘留碳回流室完全隔離，環(huán)形加熱室下部或者上部設(shè)有與氣化室隔離的流體燃料入口，同時(shí)設(shè)有點(diǎn)火口和清灰口，環(huán)形加熱室上部或者下部設(shè)有與氣化室隔離的燃燒煙氣出口。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)該氣化裝置采用內(nèi)循環(huán)方式運(yùn)行，殘留碳在循環(huán)氣化過程中熱損失小。(2)該氣化裝置增加了殘留碳爐內(nèi)的高溫區(qū)停留時(shí)間，使殘留碳能夠充分和水蒸氣進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，提高氣化效率。(3)環(huán)形加熱室位于中心氣化室與外圍氣化室之間，環(huán)形加熱室能夠以最大的傳熱面積將高溫能量傳遞給氣化原料，使得熱利用率高。(4)氣化原料有主動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在爐內(nèi)處于循環(huán)流動狀態(tài)，原料不易在爐內(nèi)堵塞， 主動驅(qū)動機(jī)構(gòu)對原料進(jìn)行攪拌，并壓向高溫爐壁，提高了傳熱傳質(zhì)效率和氣化率。
圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中附圖標(biāo)記說明如下1、煙氣出口 ；2、外圍氣化室；3、環(huán)形加熱室；4、中心氣化室；5、加熱燃料入口 ；6、 氣化原料入口 ；7、水蒸氣入口 ；8、垂直攪龍；9、殘留碳回流室；10、燃?xì)獬隹?；11、殘留碳循環(huán)回流口 ； 12、加熱室點(diǎn)火、清灰口。
具體實(shí)施例方式下面通過借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。如圖1所示，本發(fā)明提供的內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置包括中心氣化室4、環(huán)形加熱室 3、外圍氣化室2和殘留碳回流室9。中心氣化室4設(shè)有垂直攪龍8，中心氣化室4的下部設(shè)有氣化原料入口 6，氣化原料入口 6內(nèi)設(shè)置有水平攪龍。外圍氣化室2套在中心氣化室4外，二者上方連通，在外圍氣化室2的上部設(shè)有燃?xì)獬隹?10。殘留碳回流室位于外圍氣化室2的下部和中心氣化室4的外圍；在殘留碳回流室9下部設(shè)置有至少一個(gè)水蒸氣入口 7，并設(shè)有至少一個(gè)供殘留碳回流進(jìn)入中心氣化室4之間的通道；環(huán)形加熱室3位于中心氣化室4和外圍氣化室2之間，同時(shí)位于殘留碳回流室9上方，與兩個(gè)氣化室和殘留碳回流室9完全隔離，環(huán)形加熱室3下部設(shè)有切線式流體燃料入口 5，同時(shí)設(shè)有點(diǎn)火口和清灰口 12，環(huán)形加熱室3上部設(shè)有與氣化室完全隔離的燃燒煙氣出口 1。
中心氣化室4最好為立式圓柱形，便于氣化原料的攪拌提升；殘留碳回流室9最好為錐形，這樣便于殘留碳的收集與回流，形成殘留碳的內(nèi)循環(huán)氣化，提高氣化效率。本發(fā)明的工作過程如下如圖1所示，生物質(zhì)微米燃料(專利號ZL 201010274665. 3)與適量空氣混合，通過流體燃料入口 5進(jìn)入環(huán)形加熱室3高溫燃燒，為中心氣化室4、外圍氣化室2和殘留碳回流室9提供高溫?zé)嵩矗紵a(chǎn)生的多余煙氣從煙氣出口 1排出。經(jīng)過破碎處理的城市垃圾通過分選后的高熱值垃圾、農(nóng)林廢棄物等裂解氣化原料從氣化原料入口，在隔離空氣的條件下進(jìn)入中心氣化室4，原料在垂直攪龍8作用下自下而上運(yùn)動，且在運(yùn)動過程中通過環(huán)形燃燒室爐壁外圍的接觸和輻射換熱吸收熱量而裂解氣化。產(chǎn)生的裂解氣化燃?xì)鈹y帶少量的殘留碳從燃?xì)獬隹?10流出，進(jìn)入后續(xù)的處理單元。由圖1所示，從中心氣化室4裂解后產(chǎn)生的細(xì)小的殘留碳顆粒具有的流動性，它們流入外圍氣化室2繼續(xù)受熱氣化，再沒有氣化的殘留碳向下流入回流室9，從殘留碳循環(huán)回流口 11回流進(jìn)入中心氣化室4下部，通過中心氣化室的攪龍循環(huán)提升到中心氣化室的高溫再次氣化。在殘留碳回流室9下部還開有至少一個(gè)水蒸氣入口 7，水蒸氣由水蒸氣入口 7進(jìn)入殘留碳回流室9，并且上升到進(jìn)入中心氣化室4和外圍氣化室2，與碳發(fā)生水煤氣反應(yīng)，這樣可以提高燃?xì)猱a(chǎn)量并提高其中吐和CO的含量，獲得熱值達(dá)到1100kJ/Nm3左右的中熱值燃?xì)狻?nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置的制作材料可以金屬材料、非金屬材料或者復(fù)合材料。實(shí)例實(shí)例一實(shí)驗(yàn)原料為某家具廠的松木屑，經(jīng)自制的破碎機(jī)加工成粒徑小于250μπι的粉體
后，在該氣化裝置中進(jìn)行裂解反應(yīng)。原料裂解后，總產(chǎn)氣量為1. 53Nm3/kg0氣體產(chǎn)物主要包括H2、CO、CH4, C2H4, C2H6和 CO2等，各自含量分別為42.8%,22.5%,5. 7%,0.8%,0. 06%和27. 2 %，殘留氧的含量為 0. 3%，碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到93. 59%。實(shí)例二實(shí)驗(yàn)原料為某地的城市垃圾，其主要成分包括廚余垃圾、紙張、織物、竹木和塑料等。該原料經(jīng)自制的破碎機(jī)加工成粒徑小于15mm的顆粒，在本氣化裝置中進(jìn)行裂解反應(yīng)， 破碎后垃圾的水分含量為29. 5%。原料裂解后，總產(chǎn)氣量為1. 12Nm3/kg0氣體產(chǎn)物主要包括H2、CO、CH4, C2H4, C2H6和 CO2、等，各自含量分別為44. 3%、21. 5%、5. 6%、0. 6%、0. 和沈.9%，殘留氧的含量為 0. 3%。由于停留時(shí)間增長，碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90. 3%。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，其特征在于，該裝置包括中心氣化室G)、環(huán)形加熱室(3)、外圍氣化室(2)和殘留碳回流室(9)。中心氣化室的下部至中段設(shè)有垂直攪龍(8)，上部設(shè)有燃?xì)獬隹?10)，下部設(shè)有氣化原料入口(6)，氣化原料入口(6)內(nèi)設(shè)置有水平攪龍；外圍氣化室( 套在中心氣化室(4)夕卜，它與中心氣化室的上方連通；殘留碳回流室(9)位于外圍氣化室O)的下部，并位于中心氣化室(4)的外圍；在殘留碳回流室(9)下部設(shè)置有至少一個(gè)水蒸氣入口(7)，并設(shè)有至少一個(gè)供殘留碳回流進(jìn)入中心氣化室(4)的通道(11)；環(huán)形加熱室C3)位于中心氣化室(4)和外圍氣化室(2)之間，并位于殘留碳回流室(9)上方，并且與中心氣化室、外圍氣化室和殘留碳回流室(9)完全隔離，環(huán)形加熱室C3)下部或者上部設(shè)有與氣化室隔離的流體燃料入口(5)，同時(shí)還設(shè)有點(diǎn)火口和清灰口(12)，環(huán)形加熱室C3)上部或者下部設(shè)有與中心氣化室隔離的燃燒煙氣出口(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，其特征在于，中心氣化室(4)為立式圓柱形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，其特征在于，殘留碳回流室(9) 為錐形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)循環(huán)外熱式氣化裝置，包括中心氣化室、環(huán)形加熱室、外圍氣化室和殘留碳回流室等。生物質(zhì)微米燃料進(jìn)入環(huán)形加熱室高效燃燒，為中心氣化室、外圍氣化室和殘留碳回流室提供所需的熱量。裂解氣化原料在中心氣化室自下而上運(yùn)動的過程中吸收熱量而裂解氣化，初生的裂解產(chǎn)物隨后進(jìn)入外圍氣化室進(jìn)一步氣化；殘留碳經(jīng)殘留碳回流室回流，進(jìn)入中心氣化室與水蒸氣進(jìn)行水煤氣反應(yīng)，從而得到CO和H2等含量占80％左右的中熱值燃?xì)?。本裝置采用內(nèi)循環(huán)外加熱式方式氣化，具有熱利用率高、傳熱效率高、氣化效率高和燃?xì)鉄嶂蹈叩葍?yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于城市有機(jī)垃圾、農(nóng)林廢棄物等裂解氣化制取燃?xì)狻?br>
文檔編號C10J3/60GK102260536SQ20111017392
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者馮宇, 劉石明, 焦李, 章北平, 肖波, 胡智泉, 胡沔, 陳朱蕾 申請人:華中科技大學(xué)