一种生物质气化炉

1.本发明属于气化炉技术领域，具体涉及一种生物质气化炉。


背景技术：

2.化石能源的过度使用已引起严重的资源短缺和环境污染等问题，而以可再生能源为代表的非化石能源的发展成为世界能源供应体系的重要组成部分，更是我国深入推进能源生产和消费的重要技术措施。我国生物质来源非常广泛且每年可产生的农林剩余物量将近13亿吨，仅次于煤、石油和天然气的第四大能源。但是由于生物质能的能源品值较低，直接使用越来越不能满足人们对高质量现代生活的需求，因此研究各种新技术将生物质转化成高品位的洁净能源，是大规模利用生物质能的必然趋势。生物质气化技术是生物质利用重要热转换技术。
3.中国专利cn 115678616 a公开了具有高产气率的生物质气化炉，该装置通过放料箱、密封料盖和密封输料组件的设置，可在相对密封的状态下进行连续性的上料气化，通过混合部的设置，可使得生物质可以与气化剂充分接触并进行气化反应，加快了生物质的气化速度。但是，该装置对于尺寸较大的秸秆和林木进料起来很不方便，很容易堵塞进料设备，而且将碎料投入到气化炉中采用的都是人工上料，需要定时添加碎料，导致人工成本太高。
4.由于生物质属于低阶燃料，在气化过程中转化为可燃气体后会产生少量焦油，降低了合成气的品质和利用效率，如果气体温度低于焦油露点，则会发生冷凝，从而导致运行问题，例如燃气轮机或内燃机中的发动机进气系统堵塞。下吸式气化炉属于生物质气化炉的一种，由于其热解充分，特别适合高灰分低熔点的生物质燃料，而保持气化炉内灰层的厚度是保持气化炉稳定运行的基础。高灰分生物质的主要问题是由于高温以及随后在反应堆中相对较冷的区域的团聚和沉积，燃烧区进气口附近的灰分成分可能会熔化，阻塞进料运动，气化炉运行不连续，炉排上方区域的灰分量在一段时间后开始积聚，从而阻碍了反应速率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种生物质气化炉，通过增加燃烧室气体再循环，可降低焦油含量，提高气化炉效率，通过定期移动炉排防止进料阻塞，灰分积聚，保证气化炉稳定运行。
6.本发明采用如下技术方案：一种生物质气化炉，包括炉体，炉体从上至下依次为干燥区、热解区、氧化区、还原区和排灰区，所述炉体内设有燃烧室，炉体的顶端设有进料装置，底部设有排灰装置，炉体的两侧分别设有与热解区连通的进气管一以及与氧化区连通的进气管二，炉体的底部设有出料管。
7.进一步地，所述进料装置包括料斗，料斗的一侧设有支撑柱，料斗的顶端设有进料
口，底端设有出料口，进料口处设有密封料盖，进料口的正下方设有两个相互啮合的粉碎轮，出料口通过进料管与炉体连接，进料管的一端设有控制阀。
8.进一步地，所述燃烧室通过若干翅片固定于炉体内，燃烧室的顶端设有切向入口，底部设有环形出口，燃烧室的顶部设有锥形保护壳，燃烧室内设有倾斜的喷嘴，进气管一和进气管二的一端伸入炉体内套接有连接头，连接头的底部套接分支导管与喷嘴连接。
9.进一步地，所述排灰装置包括装有水的水箱，水箱的底端中部连接有立轴，炉体的底部设有炉排，炉排的底部固定连接有旋转板，旋转板与立轴连接，水箱的一侧设有电机，电机的输出端连接有减速机，减速机的输出端与旋转板连接。
10.进一步地，所述出料管、进气管二和进气管一沿炉体高度从底部开始的位置比为1:3:4。
11.进一步地，所述料斗的出料口偏心设置，一侧的侧壁与水平面的夹角为30
°
。
12.进一步地，所述喷嘴包括六个会聚发散式喷嘴呈圆周等间距布置。
13.进一步地，所述会聚发散式喷嘴包括依次连接的会聚段、喉部和发散段。
14.本发明的有益效果如下：1.本发明的生物质气化炉，采用了热解产物再循环的结构设计。在氧化区使用倾斜喷嘴和燃烧器，六个倾斜度为60度的喷嘴产生涡流均匀分布在燃烧室和出口的外部区域，进入的气化空气吸入预混合的热解气体，在燃烧前进行混合，并在燃烧器中形成一个大的内部逆流区，产生强烈燃烧，导致生产气体中的焦油破坏。同时喷嘴倾斜系统提供涡流增加了混合空气热解气体在燃烧器内的停留时间，确保了更稳定和均匀的燃烧过程。同时在热解区增加二级进气口，使热解区的温度升高，接近燃烧区的温度，可以减少热解过程中形成的焦油量。通过气化炉内部设备改造，成功地从生产气体中去除焦油，导致气化炉热效率高，操作温度高，冷气效率高，碳转化效率高，热值高，提高了整体工艺效率，并避免了增加额外的设备对气体净化。
15.2.本发明的生物质气化炉，采用固定间隔移动炉排的结构设计。当炉排静止不动时，炉排上方区域的灰分量在一段时间后开始积聚，阻塞进料运动，气化炉运行不连续，从而阻碍了反应速率。而当炉排高频率运动时会导致多余的未反应炭的损失。所以本发明通过驱动电机，每间隔20分钟移动一次炉排。炉排的顺时针和逆时针运动为颗粒床提供了扭曲运动，确保去除未转化的焦炭和灰烬，从而为新鲜颗粒进入后续区域腾出空间，增加反应效率。同时，炉排运动频率的增加降低了床层材料在高温燃烧区的停留时间，减少燃烧区的局部热点并改善温度分布。
16.3.本发明的生物质气化炉，改变料斗形状并增加了粉碎设备。为了打破由于料间摩擦力、物料与管壁间的摩擦力、管壁对物料的支持力与物料的重力之间达到了力平衡而发生结拱现象，本发明改变料斗形状，改用具有偏心距的料斗，减少了一侧产生的支持力，起到了破拱效果。同时在料斗中增加了粉碎轮，因为生物质的外形各异，通过粉碎改变生物质的几何尺寸，同时使得进料堆密度增大，流动性能增强，更好地利用生物质能。
附图说明
17.图1为本发明的立体结构示意图；图2为本发明的炉体剖视图；
图3为本发明的料斗的剖视图；图4为本发明的燃烧室的立体结构示意图；图5为本发明的倾斜喷嘴的结构示意图；图6为本发明的倾斜喷嘴的剖视图；图7为本发明的炉排的结构示意图；图8为本发明的会聚发散式喷嘴的结构示意图；其中：1-炉体；2-燃烧室；3-进气管一；4-进气管二；5-出料管；6-料斗；7-支撑柱；8-密封料盖；9-粉碎轮；10-出料口；11-进料管；12-控制阀；13-翅片；14-锥形保护壳；15-喷嘴；16-连接头；17-分支导管；18-水箱；19-立轴；20-炉排；21-旋转板；22-电机；23-减速机；24-会聚段；25-喉部；26-发散段。
具体实施方式
18.结合附图，对本发明做进一步说明。
19.如图所示，一种生物质气化炉，包括炉体1，炉体1内部由上到下分为五个部分，干燥区，热解区，氧化区，还原区，排灰区。炉体1的顶部开设进料口套接进料管11，位于热解区所在侧壁开设进气口套接进气管3，位于氧化区所在侧壁开设进气口套接进气管4，位于还原区所在侧壁的一侧开设出料管5。炉体1的一侧通过进料管11连接有进料装置，所述进料装置包括料斗6，料斗6的一侧设有支撑柱7，支撑柱7的底端一侧固定在地面，顶端一侧与料斗6固定连接，料斗6顶端活动安装有密封料盖8，在料斗6内部开设有与料盖大小一致的漏料通道，漏料通道正下方，料斗6侧壁安装有两个啮合的粉碎轮9，粉碎轮9由料斗内的驱动电机驱动运转使得原料便于进行初步粉碎，改变生物质原料的几何尺寸，使得原料的堆密度增大，同时流动性能增强，基于重力因素，粉碎后原料落入料斗6底部，为了防止原料的结拱搭棚，设置了具有偏心距的料斗底部，原料经由漏料口进入进料管11，进料管11一侧安装有控制阀12，在进料稳定后，开启温度控制进料模式，通过测定出料口的气体温度来控制进料的停止与启动，超过预设温度即进料，低于预设温度即停止进料。
20.料斗6为出口偏心设置，具有偏心距，侧壁呈30度少了一侧产生的支持力，帮助物料轻松向下移动的同时也起到了破拱效果。
21.炉体1位于氧化区的侧壁上有上部五个下部五个安装翅片13的插装槽，翅片13通过插装槽将燃烧室2固定在炉体1内，燃烧室2是全环形燃烧室，上部开设切向入口，下部是环形出口。进气管一3和进气管二4套接有连接头16，连接头16下部套接分支导管17，锥型保护壳14套接在分支套管17上，六个会聚发散式喷嘴分别连接60度与进气系统相连，供空气进入反应堆，喷嘴15提供了涡流气流，避免了冷气化空气进入燃烧室2而导致温度降低，同时也增加了混合空气热解气体在燃烧器内的停留时间，停留时间增加确保了更稳定和均匀的燃烧过程，以及恒定的出口温度。预混合的空气热解气体进入安装在炉体氧化区侧壁的新开发的燃烧室2中，并在燃烧器中形成一个大的环形和逆流区，以获得最佳燃烧温度，导致生产气体中的焦油破坏。
22.炉体1下部固定套接水箱18，水箱18里装液体水，所述水箱18的底端中部固定连接立轴19，位于所述水箱内部的立轴19顶端固定连接炉排20，炉排20下方固定连接旋转板21，电机22与减速机23固定连接，电机22的输出端与减速机23的输入端固定连接，减速机23的
输出端与旋转板21的底端固定连接。驱动装置控制旋转板带动炉排在固定间隔进行运动，炉排的顺时针和逆时针运动为颗粒床提供了扭曲运动，确保未转化的焦炭和灰烬从炉排上掉落到水箱18中，坑中的水可防止气体从气化炉底部泄漏，增加反应效率。
23.在热解区和氧化区开设两个进气管，出料管5、进气管二4和进气管一3沿反应器高度从底部开始的位置比为1:3:4，气化炉中使用第二级空气供应使热解区的温度升高，接近燃烧区的温度，可以减少热解过程中形成的焦油量。
24.进气通道设置在所述喷嘴系统的中心位置，且贯通于所述倾斜喷嘴结构，倾斜喷嘴系统由六个会聚发散式喷嘴相互连接60度组成，有六个不同的切向入口，倾斜喷嘴系统围绕所述进气通道周向均匀设置，采用同轴旋流的形式，使得热解气体与氧化区燃烧器内的气化空气再循环，保证原料与空气热解气体混合物可以在更长的停留时间内强烈燃烧，导致生产气体中的焦油被破坏。
25.会聚发散式喷嘴为具有会聚和发散区域的喷嘴，如图8所示，气体经由入口进入喷嘴的会聚段24，再流到喷嘴的喉部25，使得直径由d1连续缩减到d2，流经喉部25后，气体进入到喷嘴的发散段26，直径从d3增加到d4，从出口喷嘴孔流出。
26.气化炉的炉排由直径为1厘米的复数圆柱形棒组成，间隔1.3厘米，炉排下方固定连接旋转板，所述旋转板通过连接立轴固定于水箱内，驱动装置带动炉排进行固定时间间隔转动，间隔20分钟旋转炉排是最佳时间间隔，间隔时间过短，旋转频繁会导致床层比较薄从而增加了气体的渗透性减少了停留时间，而间隔时间过长，会导致床层增厚和灰分积累。
27.工作原理：在氧化区，吹入的空气与物料混合燃烧，温度约为900~1200℃，产生的热量用于支持热解区裂解反应和还原区还原反应的进行；气化炉运行过程中，进料通过各个区域向下移动。在干燥区，生物质中的水分被排出。在热解过程中，干燥的生物质被分解成炭、气体、生物油和焦油蒸气。
28.在使用时，工作人员打开密封料盖8，将原料送入料斗6，原料首先经过粉碎轮9，改变生物质原料的几何尺寸，使得原料的堆密度增大，同时流动性能增强，进行初步粉碎之后的原料基于重力因素随即下落止料斗6下部，通过使用有偏心距的料斗，降低了原料发生结拱搭棚的可能性，原料经由漏料口进入炉体1的进料管11。达到稳定进料之后，所述进料结构进入温度控制进料的控制阀12输入模式，通过探测出气口的温度来控制料斗的进料过程，超过预设温度即进料，低于预设温度即停止进料。向进气管通入空气，进入的气化空气作为动力吸入预混合的热解气体，以便在燃烧前混合。喷嘴15提供了涡流气流，避免了冷气化空气进入燃烧室2而导致温度降低，增加了空气热解气体混合物在燃烧室内的停留时间。预混合的空气热解气体进入燃烧室中，并在燃烧器中形成一个大的环形和逆流区，获得最佳燃烧温度，导致生产气体中的焦油破坏。随着反应进行，生成的灰渣不断增多，炉排20上方区域的灰分量在一段时间后开始积聚，间隔20分钟，电机22控制炉排20下方固定连接的旋转板21开始运动，炉排的顺时针和逆时针运动为颗粒床提供了扭曲运动，确保未转化的焦炭和灰烬从炉排上掉落到水箱18中，坑中的水可防止气体从气化炉底部泄漏，增加反应效率。

技术特征：
1.一种生物质气化炉，其特征在于：包括炉体（1），炉体（1）从上至下依次为干燥区、热解区、氧化区、还原区和排灰区，所述炉体（1）内设有燃烧室（2），炉体（1）的顶端设有进料装置，底部设有排灰装置，炉体（1）的两侧分别设有与热解区连通的进气管一（3）以及与氧化区连通的进气管二（4），炉体（1）的底部设有出料管（5）。2.根据权利要求1所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述进料装置包括料斗（6），料斗（6）的一侧设有支撑柱（7），料斗（6）的顶端设有进料口，底端设有出料口（10），进料口处设有密封料盖（8），进料口的正下方设有两个相互啮合的粉碎轮（9），出料口（10）通过进料管（11）与炉体（1）连接，进料管（11）的一端设有控制阀（12）。3.根据权利要求1所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述燃烧室（2）通过若干翅片（13）固定于炉体（1）内，燃烧室（2）的顶端设有切向入口，底部设有环形出口，燃烧室（2）的顶部设有锥形保护壳（14），燃烧室（2）内设有倾斜的喷嘴（15），进气管一（3）和进气管二（4）的一端伸入炉体（1）内套接有连接头（16），连接头（16）的底部套接分支导管（17）与喷嘴（15）连接。4.根据权利要求1所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述排灰装置包括装有水的水箱（18），水箱（18）的底端中部连接有立轴（19），炉体（1）的底部设有炉排（20），炉排（20）的底部固定连接有旋转板（21），旋转板（21）与立轴（19）连接，水箱（18）的一侧设有电机（22），电机（22）的输出端连接有减速机（23），减速机（23）的输出端与旋转板（21）连接。5.根据权利要求1所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述出料管（5）、进气管二（4）和进气管一（3）沿炉体（1）高度从底部开始的位置比为1:3:4。6.根据权利要求2所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述料斗（6）的出料口偏心设置，一侧的侧壁与水平面的夹角为30
°
。7.根据权利要求3所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述喷嘴（15）包括六个会聚发散式喷嘴呈圆周等间距布置。8.根据权利要求7所述的一种生物质气化炉，其特征在于：所述会聚发散式喷嘴包括依次连接的会聚段（24）、喉部（25）和发散段（26）。

技术总结
本发明的目的在于提供一种生物质气化炉，属于气化炉技术领域，包括炉体，炉体从上至下依次为干燥区、热解区、氧化区、还原区和排灰区，所述炉体内设有燃烧室，炉体的顶端设有进料装置，底部设有排灰装置，炉体的两侧分别设有与热解区连通的进气管一以及与氧化区连通的进气管二，炉体的底部设有出料管，通过使用本发明，可成功地从生产气体中去除焦油，气化炉热效率高，操作温度高，冷气效率高，碳转化效率高，热值高，提高了整体工艺效率。提高了整体工艺效率。提高了整体工艺效率。


技术研发人员：刘嘉璇 张国杰 李天善 刘俊 阎煌煜 吕永康 王宝俊 章日光 吕登科 李若昕 魏晓芬 陈康翟 李俞良 武欣阳
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/10/15