專利名稱：窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法
技術領域：
本發明涉及生物質物料氣化制取燃氣技術領域，尤其是一種將生物質固態物料經過碳化或者焦化的氣化工藝制取燃氣，并對氣化生成的可燃氣體經行凈化處理的工藝方法。
背景技術：
生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，生物質資源豐富和世界各地對新能源的迫脅需求，使生物質資源的開發成為近年來新能源建設的一個熱門課題。為了使可再生的生物質資源得到充分利用，并減少環境污染，對生物質資源的利用主要是將生物質原料氣化生成可燃氣體來替代傳統的天然氣，以獲得清潔能源，生物質 氣化技術對建立可持續的能源系統，促進國民經濟發展和環境保護具有重大意義。生物質氣化技術是將生物質在缺氧狀態下加熱裂解氣化，使碳、氫、氧等元素轉變成一氧化碳、甲烷、氫氣等可燃性氣體，除去灰分、焦油、液體等雜質后獲得使用方便、清潔的燃氣。現有的生物質氣化設備如“柴草桔桿氣化爐”(專利公告號為CN2591040Y，公告日為2003年12月10日)，該爐包括有倒錐形爐膛、爐箅、灰倉、爐膛進風口、進氣勻壓室、燃氣的集氣室和凈化器，所述爐膛的側面與外界之間由夾層結構的氣室所隔離，所述凈化器由套管冷凝器和排管冷凝器串聯后裝在水箱內構成。現有的生物質氣化方法是使用這類氣化爐對木材、草或莊稼桔桿直接氣化，其生成的可燃氣中焦油含量較高，為避免結焦現象產生，必須控制氣化溫度在較低范圍內，能源轉換率低，獲得的可燃氣熱值較低(燃氣熱值為2800千卡/千克左右)，且焦油含量高(焦油含量大于2%)，凈化效果不夠理想，出氣不均勻，難以進行工業上的應用，尤其是難以滿足窯爐等需要穩定的、足量的潔凈能源的工業化設備的生產需求。
發明內容
本發明的目的是提供一種窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，這種氣化工藝方法可以解決現有生物質氣化技術中存在的焦油含量高，能源轉換率低，燃氣熱值較低，凈化效果不夠理想，出氣不均勻的問題。為了解決上述問題，本發明采用的技術方案是這種窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法包括有以下步驟
A、備料將秸桿、木糠和刨花粉碎混合，烘干后壓制成生物質顆粒；
B、制氣將生物質顆粒按一定重量加入生物質燃氣制氣爐進行熱化裂解反應，控制爐內燃燒溫度在900 1200°C，產生混合燃氣，燃氣出口的溫度控制在350 550°C ；
C、噴淋采用噴淋旋風室對出爐的所述混合燃氣進行噴淋，除去大部分焦油和灰分，噴淋后的燃氣溫度控制在200°C以下；
D、冷卻經噴淋后的燃氣進入凈化器，進行換熱實現凈化器出口燃氣溫度在100°C以
下；
E、旋風分離冷卻后的燃氣進入旋風室，在旋風分離的作用下，將燃氣中的焦油和灰分分離出來；
F、調壓分離旋風分離后的燃氣進入分離器中，在分離器的冷凝作用下進一步分離成潔凈燃氣和液態渣，控制輸出的所述潔凈燃氣溫度在20 25°C。上述窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法中，更具體的技術方案還可以是所述生物質燃氣制氣爐有一個由爐殼、倒錐形的筒體和爐篦圍成的爐膛的爐體，所述爐膛下方設置有灰倉，所述爐體的頂部設置有進料口，所述進料口處安裝有電動進料閥，所述電動進料閥連接有料斗，所述電動進料閥的下方設置有電動閘閥；所述灰倉內置有螺旋桿，所述螺栓桿與設置于所述爐體外部的動力機相連接，所述灰倉的底部設有排渣口，所述灰倉的壁體上開設有與外部相連通的點火口 ；所述爐體的出氣口和所述凈化器的進氣口之間通過連接管連通有噴淋旋風室，所述噴淋旋風室的上部設有冷卻液的噴頭，所述噴淋旋風室外圍設有水冷室，所述噴淋旋風室底部設有排液口 ；所述凈化器的出氣口通過連接管連接有旋風室， 所述旋風室底部設有排液口 ；所述旋風室通過連接管連接有由金屬網和制冷管裝在封閉的外殼內構成的分離器，所述制冷管與置于所述分離器外的壓縮機相連通，所述外殼設置有出氣口和排液口，該出氣口連接有燃氣輸出管。所述爐膛的上部為圓筒狀，所述爐膛的下部為倒錐形的筒體，所述筒體的高度與所述爐膛的高度的比例為I. 25 3 :10，所述筒體的筒底內徑與所述爐膛上部內徑的比例為3. 75 6. 65 10 ;所述爐膛進風口為開設于所述筒體上的孔徑為I 3厘米的圓孔，所述筒體上開設有8個以上的所述圓孔，所述爐膛進風口高于所述爐篦的高度H為10 20厘米；所述凈化器內設有氣室，所述氣室具有上氣室和下氣室，所述上氣室和所述下氣室之間連接有多根傾斜的冷凝管。所述生物質顆粒直徑為8 12毫米，長度為20 30毫米，密度為I I. 3噸/立方米。由于采用了上述技術方案，本發明與現有技術相比具有如下有益效果
I、將制氣原料壓制成生物質顆粒，有利于減少灰分，使原料能夠更充分地熱化裂解，一次性加入爐內的原料密度增加，可提高產氣量和生產效率，原料定量加入爐內，可使出氣均勻；爐內燃燒溫度在900 1200°C，燃氣出口的溫度控制在350 550°C，可提高生物質顆粒的裝換率，從而大幅度降低焦油含量，焦油含量僅為0. 05 1%，并提高燃氣的熱值達4300 4700千卡/千克；對出爐的混合燃氣噴淋旋風，控制噴淋后的燃氣溫度在200°C以下，可避免產生結焦現象；燃氣進入凈化器通過冷卻水或風吹進行熱交換，可降低燃氣溫度，大量吸出焦油等灰分；燃氣進入旋風室，可通過旋風分離作用進一步分離燃氣中的灰分；燃氣進入調壓分離室，通過調壓制冷，使焦油、水蒸氣等灰分液化生成液態渣排出，使氣、油、水分離，從而得到高潔凈度的燃氣。2、設置筒體的高度與爐膛的高度的比例為I. 25 3 :10，筒體的筒底內徑與爐膛上部內徑的比例為3. 75 6. 65 10 ;筒體上開設有8個以上的孔徑為I 3厘米的爐膛進風口，爐膛進風口高于爐篦的高度H為10 20厘米，可進一步改善爐內的燃燒條件，使生物質燃料得到充分熱化裂解，氣化轉換率高，灰渣量少，低焦油含量，可生產出潔凈、熱值高的燃氣；在凈化器內設置多根斜排管，排管長度增加，可增大燃氣與排管的接觸面積，有利于進一步吸出焦油，提高凈化程度。
圖I是本發明所使用的生物質顆粒氣化發生器的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖實施例對本發明作進一步詳述
圖I所示的窯爐用生物質顆粒氣化發生器由生物質燃氣制氣爐，噴淋旋風室20，凈化器，旋風室32和分離器五大部分組成。實施例I
生物質燃氣制氣爐有一個由爐殼11、倒錐形的筒體9和爐篦7圍成的爐膛12的爐體，爐體的爐殼11由隔熱材料制成，爐殼11固定安裝于底座I上，爐殼11內設有中間裝有爐篦7的隔板6，隔板6的下方為灰倉4，灰倉4的底部設置有排渣口，排洛口置于水封池池52內，灰倉4內置有螺旋桿3,螺旋桿3與爐體外的動力機相連接，實施例中的動力機米用由電動執行器2驅動的發動機；灰倉4的壁體上開設有與外部相連通的處于水封池池52的水密封范圍內的點火口 51 ;隔板6的上方有一個倒錐形的筒體9連接在隔板6與爐殼11之間， 筒體9與隔板6、爐殼11之間圍成進氣勻壓室47,該室的爐殼11上的裝有鼓風管5 ;爐殼11的頂部封閉，爐殼11、筒體9和爐篦7圍成爐膛12，爐體的上部設有連通爐膛12的出氣口，爐膛12的上部為圓筒狀，在筒體9上于爐篦7上方開設有爐膛進風口 8，爐膛進風口 8為均勻設置在筒體9上的圓孔；爐體的爐殼11頂部設置有進料口 13，該進料口 13處安裝有電動進料閥16，電動進料閥16上端連接有料斗17，料斗17的出料口與電動進料閥16的閥口相連通，在電動進料閥16的下方設置有由閥門電動執行器14控制的閘閥15，本實施例的電動閘閥采用DZW閘閥，其它實施例可以采用其它型號的電動閘閥；在筒體9下部的外壁上設置有測量燃燒溫度的溫度傳感器50，在爐殼11上于靠近筒體9上方的位置處設置有用于測量爐膛12內原料溫度的溫度傳感器10 ;爐膛12的上部的出氣口通過出氣管19與噴淋旋風室20相連通，在出氣管19上安裝有測量爐體出氣溫度的溫度傳感器18。噴淋旋風室20的上部開設有進氣口，爐體的出氣管19連接至該進氣口，噴淋旋風室20的上部設置有冷卻液的噴頭21，噴頭21的噴嘴位于所述進氣口的上方，噴淋旋風室20的底部設有排液口，排液口置于水封池池47內，噴淋旋風室20的腔室朝排液口方向逐漸縮小；為加快降溫速度，在噴淋旋風室20外圍設有水冷室48 ;在噴淋旋風室20的頂部設有出氣口，該出氣口通過連接管23與凈化器的進氣口相連通，連接管23上安裝有溫度傳感器22。凈化器由兩級套管冷凝器和排管冷凝器裝在水箱44內構成，水箱44上設有進水口 29和出水口 46。第一級套管冷凝器的大管24的頂部封閉，其底部設有排液口，排液口置于水封池池42內，連接管23經凈化器的進氣口伸入大管24內，大管24的頂部設有出氣口，該口與連接管25連接；該連接管25伸入第二級套管冷凝器的大管26內，大管26的頂部封閉，其底部設有排液口，排液口置于水封池池45內，連接管25伸入大管26內，大管26的頂部設有出氣口，該口與連接管27連接；連接管27與排管冷凝器上氣室28的進氣口連通，該室通過多根傾斜的冷凝管42與下氣室43連通，下氣室43設有出氣口與連接管30連接，連接管30經凈化器的出氣口伸出水箱44的外部，下氣室43的下端設有排液口，該排液口置于水封池池45內。其它實施例中，可根據需要設計多級套管冷凝器。旋風室32為倒錐形結構，旋風室32的頂部封閉，其底部開設有排液口，排液口置于水封池池41內，連接管30與設于旋風室32上部的進氣口相連接，在該進氣口處的連接管30上安裝有溫度傳感器31 ;旋風室32的頂部設有出氣口，連接管33的一端從該出氣口伸入旋風室32內，另一端連接至分離器的進氣口。分離器具有設置于外殼34內的金屬網37和若干制冷管39，制冷管39與置于分離器外的壓縮機38相連通,該外殼34的下部設有排液口，排液口置于水封池池40內，外殼34的頂部設有出氣口，該出氣口與燃氣輸出管36連接，燃氣輸出管36伸出外殼34外部，燃氣輸出管36上安裝有測量輸出燃氣的溫度傳感器35。本發生器中的進料電動閥16、電動閘閥、各溫度傳感器等電控部件均由控制器電連接控制，其中，爐膛12的外壁和爐體的出氣口設置的溫度傳感器10、50與控制進料和控制進風的控制器的控制信號端相連接。實施例I
將秸桿、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后經生物質顆粒機進行壓制造粒制成直徑為8毫米、長度為20毫米、密度為I噸/立方米的生物質顆粒。將生物質顆粒·放入料斗17內，通過電動減料閥16以50千克/小時的速度加入爐體內。本實施例中爐體的爐膛12的高度為2米，爐膛12上部的內徑為0. 8米，筒體9的高度為0. 6米，筒底的內徑為0. 3米，在筒體9上于爐篦7上方高度H為10厘米處開設有爐膛進風口 8，爐膛進風口 8為均勻設置在筒體9上的10個孔徑為I厘米的圓孔。由點火口 51點火引燃后，水密封灰倉4的排渣口和點火口 51，調節鼓風機的鼓風量，由溫度傳感器50測量爐內的燃燒溫度，使爐內的燃燒溫度達到900°C，生物質顆粒在爐膛12下部燃燒裂解，產生帶有霧狀焦油和水蒸氣等灰分的混合燃氣上升至爐膛12上部，從出氣管19進入噴淋旋風室20內，調節鼓風量和進料量使出氣管19的燃氣溫度達到350°C。噴頭21對進入的燃氣進行連續噴灑冷卻液，混合燃氣在腔室內螺旋向下進行初步分離和降溫，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47內，燃氣則上升從出氣口經連接管23進入凈化器內；調節噴淋速度，使連接管23處的燃氣溫度達到190°C。燃氣進入凈化器后，經過兩級套管冷凝器和排管冷凝器繼續吸出部分焦油和水，焦油從排液口排到水封池45內，凈化分離的燃氣從連接管30進入旋風室32內；調節水箱44的冷卻水流速，使進入連接管30的燃氣溫度達到85°C。從連接管30進入的燃氣在旋風室32內螺旋轉動，達到再次分離焦油等灰分的目的，分離出的焦油從排液口排到水封池41內，分離后的氣體經連接管33進入分離器34內，燃氣內含有的少量焦油和水氣被冷卻液化形成液態渣從排液口排到水封池40內；調節壓縮機，控制燃氣輸出管36的燃氣溫度在20°C，經過多次凈化的燃氣則從燃氣輸出管36輸出供窯爐使用。經檢測(使用燃氣焦油含量低于50毫克/標準立方米的行業標準，達到了城市煤氣的技術指標)，產氣量為400立方米，焦油析出含量為1%，燃氣熱值為4300千卡/千克，達到了陶瓷窯爐使用液化氣或天然氣燃燒器噴槍使用要求效果。實施例2
將秸桿、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后經生物質顆粒機進行壓制造粒制成直徑為10毫米、長度為25毫米、密度為I. 2噸/立方米的生物質顆粒。將生物質顆粒放入料斗17內，通過電動減料閥16以500千克/小時的速度加入爐體內。本實施例中爐體的爐膛12的高度為8米，爐膛12上部的內徑為2米，筒體9的高度為I米，筒底的內徑為I米，在筒體9上于爐篦7上方高度H為15厘米處開設有爐膛進風口 8，爐膛進風口 8為均勻設置在筒體9上的16個孔徑為2厘米的圓孔。由點火口 51點火引燃后，水密封灰倉4的排渣口和點火口 51，調節鼓風機的鼓風量，由溫度傳感器50測量爐內的燃燒溫度，使爐內的燃燒溫度達到1100°C，生物質顆粒在爐膛12下部燃燒裂解，產生帶有霧狀焦油和水蒸氣等灰分的混合燃氣上升至爐膛12上部，從出氣管19進入噴淋旋風室20內，調節鼓風量和進料量使出氣管19的燃氣溫度達到450°C。噴頭21對進入的燃氣進行連續噴灑冷卻液，混合燃氣在腔室內螺旋向下進行初步分離和降溫，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47內，燃氣則上升從出氣口經連接管23進入凈化器內；調節噴淋速度，使連接管23處的燃氣溫度達到180°C。燃氣進入凈化器后，經過兩級套管冷凝器和排管冷凝器繼續吸出部分焦油和水，焦油從排液口排到水封池45內，凈化分離的燃氣從連接管30進入旋風室32內；調節水箱44的冷卻水流速，使進入連接管30的燃氣溫度達到80°C。從連接管30進入的燃氣在旋風室32內螺旋轉動，達到再次分離焦油等灰分的目的，分離出的焦油從排液口排到水封池41內，分離后的氣體經連接管33進入分離器34內，燃氣內含有的少量焦油和水氣被冷卻液化形成液態渣從排液口排到水封池40內；調節壓縮機，控制燃氣輸出管36的燃氣溫度在22°C，經過多次凈化的燃氣則從燃氣輸出管36輸出供窯爐使用。經
檢測(使用燃氣焦油含量低于50毫克/標準立方米的行業標準，達到了城市煤氣的技術指標)，產氣量為2000立方米，焦油析出含量為O. 07%,燃氣熱值為4600千卡/千克，達到了陶瓷窯爐使用液化氣或天然氣燃燒器噴槍使用要求效果。 實施例3
將秸桿、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后經生物質顆粒機進行壓制造粒制成直徑為12毫米、長度為30毫米、密度為I. 3噸/立方米的生物質顆粒。將生物質顆粒放入料斗17內，通過電動減料閥16以1000千克/小時的速度加入爐體內。本實施例中爐體的爐膛12的高度為12米，爐膛12上部的內徑為3米，筒體9的高度為2米，筒底的內徑為2米，在筒體9上于爐篦7上方高度H為20厘米處開設有爐膛進風口 8，爐膛進風口 8為均勻設置在筒體9上的20個孔徑為5厘米的圓孔。由點火口 51點火引燃后，水密封灰倉4的排渣口和點火口 51，調節鼓風機的鼓風量，由溫度傳感器50測量爐內的燃燒溫度，使爐內的燃燒溫度達到1200°C，生物質顆粒在爐膛12下部燃燒裂解，產生帶有霧狀焦油和水蒸氣等灰分的混合燃氣上升至爐膛12上部，從出氣管19進入噴淋旋風室20內，調節鼓風量和進料量使出氣管19的燃氣溫度達到550°C。噴頭21對進入的燃氣進行連續噴灑冷卻液，混合燃氣在腔室內螺旋向下進行初步分離和降溫，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47內，燃氣則上升從出氣口經連接管23進入凈化器內；調節噴淋速度，使連接管23處的燃氣溫度達到180°C。燃氣進入凈化器后，經過兩級套管冷凝器和排管冷凝器繼續吸出部分焦油和水，焦油從排液口排到水封池45內，凈化分離的燃氣從連接管30進入旋風室32內；調節水箱44的冷卻水流速，使進入連接管30的燃氣溫度達到80°C。從連接管30進入的燃氣在旋風室32內螺旋轉動，達到再次分離焦油等灰分的目的，分離出的焦油從排液口排到水封池41內，分離后的氣體經連接管33進入分離器34內，燃氣內含有的少量焦油和水氣被冷卻液化形成液態渣從排液口排到水封池40內；調節壓縮機，控制燃氣輸出管36的燃氣溫度在25°C，經過多次凈化的燃氣則從燃氣輸出管36輸出供窯爐使用。經檢測(使用燃氣焦油含量低于50毫克/標準立方米的行業標準，達到了城市煤氣的技術指標)，產氣量為4000立方米，焦油析出含量為O. 05%,燃氣熱值為4700千卡/千克，達到了陶瓷窯爐使用液化氣或天然氣燃燒器噴槍使用要求效果。
權利要求
1.一種窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，其特征在于包括有以下步驟 A、備料將秸桿、木糠和刨花粉碎混合，烘干后壓制成生物質顆粒； B、制氣將生物質顆粒按一定重量加入生物質燃氣制氣爐進行熱化裂解反應，控制爐內燃燒溫度在900 1200°C，產生混合燃氣，燃氣出口的溫度控制在350 550°C ； C、噴淋采用噴淋旋風室對出爐的所述混合燃氣進行噴淋，除去大部分焦油和灰分，噴淋后的燃氣溫度控制在200°C以下； D、冷卻經噴淋后的燃氣進入凈化器，進行換熱實現凈化器出口燃氣溫度在100°C以下； E、旋風分離冷卻后的燃氣進入旋風室，在旋風分離的作用下，將燃氣中的焦油和灰分分離出來； F、調壓分離旋風分離后的燃氣進入分離器中，在分離器的冷凝作用下進一步分離成潔凈燃氣和液態渣，控制輸出的所述潔凈燃氣溫度在20 25°C。
2.根據權利要求I所述的窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，其特征在于所述生物質燃氣制氣爐有一個由爐殼、倒錐形的筒體和爐篦圍成的爐膛的爐體，所述爐膛下方設置有灰倉，所述爐體的頂部設置有進料口，所述進料口處安裝有電動進料閥，所述電動進料閥連接有料斗，所述電動進料閥的下方設置有電動閘閥；所述灰倉內置有螺旋桿，所述螺栓桿與設置于所述爐體外部的動力機相連接，所述灰倉的底部設有排渣口，所述灰倉的壁體上開設有與外部相連通的點火口 ；所述爐體的出氣口和所述凈化器的進氣口之間通過連接管連通有噴淋旋風室，所述噴淋旋風室的上部設有冷卻液的噴頭，所述噴淋旋風室外圍設有水冷室，所述噴淋旋風室底部設有排液口 ；所述凈化器的出氣口通過連接管連接有旋風室，所述旋風室底部設有排液口 ；所述旋風室通過連接管連接有由金屬網和制冷管裝在封閉的外殼內構成的分離器，所述制冷管與置于所述分離器外的壓縮機相連通，所述外殼設置有出氣口和排液口，該出氣口連接有燃氣輸出管。
3.根據權利要求2所述的窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，其特征在于所述爐膛的上部為圓筒狀，所述爐膛的下部為倒錐形的筒體，所述筒體的高度與所述爐膛的高度的比例為I. 25 3 :10，所述筒體的筒底內徑與所述爐膛上部內徑的比例為3. 75 6. 65 :10 ;所述爐膛進風口為開設于所述筒體上的孔徑為I 3厘米的圓孔，所述筒體上開設有8個以上的所述圓孔，所述爐膛進風口高于所述爐篦的高度H為10 20厘米；所述凈化器內設有氣室，所述氣室具有上氣室和下氣室，所述上氣室和所述下氣室之間連接有多根傾斜的冷凝管。
4.根據權利要求I所述的窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，其特征在于所述生物質顆粒直徑為8 12毫米，長度為20 30毫米，密度為I I. 3噸/立方米。
全文摘要
本發明公開了一種窯爐用生物質顆粒氣化工藝方法，該方法包括以下步驟將木糠和刨花粉碎壓制成生物質顆粒；將生物質顆粒按一定重量加入生物質燃氣制氣爐進行熱化裂解反應，控制爐內燃燒溫度在900～1200℃，產生混合燃氣，對出爐的混合燃氣進行噴淋，經噴淋后的燃氣進入凈化器進行熱交換，冷卻后的燃氣進入旋風室，在旋風分離的作用下，將燃氣中的灰分分離出來，旋風分離后的燃氣進入分離器中，在分離器的冷凝作用下進一步分離成潔凈燃氣和液態渣，控制輸出的所述潔凈燃氣溫度在20～25℃。本發明相比較于現有技術，其能源轉換率高，燃氣熱值高，凈化效果好，焦油含量低，產氣量大，出氣均勻。
文檔編號C10J3/20GK102703123SQ20121022004
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者韋泉, 韋科華 申請人:柳州新綠能源科技有限公司