阅读说明：本技术 一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉 (Water-cooled carbon gas co-production gasification furnace for biomass thermal cracking ) 是由 王向荣 王海元绪 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉,包括一体成型的炉体,炉体自上而下依次包括原料区、干燥区、热裂解区、氧化区、还原区、冷却区和储炭区,热裂解层侧壁开设有点火检修口,氧化区间隔均匀分布有若干集气管A和集气管B,集气管A、集气管B均自外而内伸入氧化区,储炭区下方设置有出炭区,出炭区通过法兰盘连接于炉体底部,出炭区内设置有若干出炭绞龙,干燥区、氧化区、还原区、冷却区、储炭区以及集气管A、集气管B、集气冷却管的外侧均设置有相互连通的冷却水套A。本发明能够显著提高气化炉的催化效率,进而提升其产气速度,降低裂解对燃气的消耗,提高产气量和产气均匀性、连续性,进而提高生物质原料的利用率。(The invention discloses a water-cooled carbon and gas co-production gasifier for biomass thermal cracking, which comprises an integrally formed furnace body, wherein the furnace body sequentially comprises a raw material region, a drying region, a thermal cracking region, an oxidation region, a reduction region, a cooling region and a carbon storage region from top to bottom, an ignition overhaul port is formed in the side wall of the thermal cracking region, a plurality of gas collecting pipes A and gas collecting pipes B are uniformly distributed in the oxidation region at intervals, the gas collecting pipes A and the gas collecting pipes B extend into the oxidation region from outside to inside, a carbon outlet region is arranged below the carbon storage region and connected to the bottom of the furnace body through a flange plate, a plurality of carbon outlet packing augers are arranged in the carbon outlet region, and cooling water jackets A which are communicated with each other are arranged on the outer sides of the drying region, the oxidation region, the reduction region, the cooling region. The invention can obviously improve the catalytic efficiency of the gasification furnace, further improve the gas production speed, reduce the consumption of cracking to fuel gas, improve the gas production rate and the uniformity and continuity of the produced gas, and further improve the utilization rate of biomass raw materials.)

一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉

技术领域

本发明涉及生物质燃气制备设备领域，具体是一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉。

背景技术

生物质能的高效转化现已成为能源领域的主要研究课题。当前，生物质能转化技术主要有生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术，其中生物质气化技术是实现生物质能转化的重要手段。生物质气化是指生物质原料(秸秆、锯末、薪柴等)在经过压制成型或简单的破碎处理后，在缺氧条件下，送入气化炉中进行裂解的过程，其原理是在一定热力学条件下，借助于部分空气或氧气、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生裂解、氧化、还原、重整反应，热解伴生的焦油进一步热裂解或催化裂解为小分子碳氢化合物，如含CO、H₂、CH₄的混合气体，即生物质燃气。

生物质气化炉是采用燃烧裂解的方式将生物质秸秆转化成为生物质可燃气体、木醋液、木焦油的特种炉具。现有生物质气化炉在使用过程中主要存在以下技术问题：(1)催化效率低，产气速度慢，增加了裂解对燃气的消耗，严重制约了大型生物质气化炉的发展；(2)燃料仓内的原料堆积密度过低，造成产气不均匀，产气量较低，降低了生物质原料的利用率；(3)难以实现连续产气，工作过程中热效率较低，导致能耗较高。所以，迫切需要研发一种一次性加料，可以连续燃烧、连续产气的生物质气化炉。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够连续产气，显著提高产气量，同时降低能耗和提高热效率的生物质热裂解水冷炭气联产气化炉。

为了达到以上技术目的，本发明采取的技术方案为：一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉，包括一体成型的炉体，所述炉体通过支架支撑于地面，所述炉体顶部固定连接有阻氧排烟管，且该炉体顶部开设有加料口和观察孔，所述炉体自上而下依次包括原料区、干燥区、热裂解区、氧化区、还原区、冷却区和储炭区，所述原料区中部通过加强筋设置有导烟板；所述热裂解层侧壁开设有点火检修口，该点火检修口上设置有快开门，所述氧化区间隔均匀分布有若干集气管A和集气管B，所述集气管A、集气管B均自外而内伸入所述氧化区，且所述集气管A、集气管B的首端分别设置有阻炭集气板A、阻炭集气板B，该集气管A、集气管B的尾端分别通过集气冷却管与设置于所述炉体下部的气带连通，所述气带侧面上部开设有出气口、底部设置有出焦斗；所述储炭区下方设置有出炭区，所述出炭区通过法兰盘连接于所述炉体底部，所述出炭区内设置有若干出炭绞龙，所述出炭绞龙的尾端下方设置有排炭绞龙箱，所述排炭绞龙箱尾端开设有排炭口，且该排炭绞龙箱内转动设置有绞龙轴，所述出炭绞龙、绞龙轴一端分别与电机的输出轴连接，该绞龙轴上设置有绞龙叶；所述出炭区外部设置有冷却水套B，所述冷却水套B的一侧开设有冷却水进口B、另一侧开设有冷却水出口B，所述干燥区、氧化区、还原区、冷却区、储炭区以及所述集气管A、集气管B、集气冷却管的外侧均设置有相互连通的冷却水套A，所述冷却水套A的冷却水进口A设置于所述炉体底部、冷却水出口A靠近所述干燥区。

进一步，所述氧化区、还原区与所述储炭区间分别设置有若干均匀分布的冷却水管A、冷却水管B，所述冷却水管A、冷却水管B的两端均与所述冷却水套A连通。

进一步，所述冷却水套A通过若干冷却水管C与所述集气管B外侧形成了冷却循环。

进一步，所述冷却水管B的底端通过冷却管与所述冷却水套A连通。

进一步，所述集气管A、集气管B的尾端均设置有温度传感器，所述集气冷却管上设置有控制阀。

进一步，所述气带侧面中部开设有注水口、侧面下部设置有液位计，所述出焦斗与所述气带之间的连接板上开设有通孔，该出焦斗底部开设有出焦口、侧面开设有清渣口。

进一步，所述排炭绞龙箱上开设有喷淋口，所述绞龙叶间隔分布且固定连接于所述绞龙轴上，在工作时炭末将在相邻所述绞龙叶间形成阻气炭。

进一步，所述还原区开设有检查口，所述阻氧排烟管中部设置有阻烟气阀。

进一步，所述出炭绞龙为双向绞龙，其两端出口均设置有排炭绞龙箱。

进一步，所述还原区、氧化区外侧固定设置有工作平台，所述工作平台侧面设置有与地面接触的楼梯。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明采用一体成型的炉体，并按照功能差异将该炉体自上而下依次划分为原料区、干燥区、热裂解区、氧化区、还原区、冷却区和储炭区，其中原料区顶部设有加料口，能够实现一次大量加料或连续加料，为气化炉的连续工作奠定基础；干燥区是利用热裂解区产生的上升热气流对原料进行进一步干燥，降低其含水量，提高其热效率，进而有效提高其热裂解效率；热裂解区是气化炉的核心区域，其主要作用是利用热力学原理将经点燃的生物质原料裂解成为生物质燃气、焦油、生物质炭等其他成分；氧化区的主要作用是采用集气管实现对生物质燃气以及气化的焦油等其他气体组分的最大限度收集，并将其经由集气冷却管导入气带中暂存；还原区和冷却区是采用低温对裂解产生的生物质炭进行降温冷却，使之冷却后进入储炭区暂存。因此，本发明能够显著提高气化炉的催化效率，进而提升其产气速度，降低裂解对燃气的消耗，而且炉体内空间大、阻隔部件少，能够有效提高原料堆积密度，提高产气量和产气均匀性、连续性，进而提高生物质原料的利用率，同时能够显著提高气化炉的热效率，降低气化能耗。

(2)本发明在炉体的干燥区、氧化区、还原区、冷却区、储炭区以及集气管A、集气管B、集气冷却管的外侧均设置有相互连通的冷却水套A，不仅能够有效降低炉体及集气管的的温度，延长其使用寿命，而且能够有效提高木焦油、木醋液等蒸汽的凝结效率，使其在集气管和集气冷却管中最大限凝结并通过气带底部的出焦斗排放进入下一处理工序，对提高生物质燃气的纯净度具有重要意义。

(3)本发明在储炭区下方通过法兰盘连接有出炭区，该出炭区设置有若干出炭绞龙和排炭绞龙箱，实现了生物质炭的顺利排放，同时在出炭绞龙间设置有相互连通的冷却水夹层，利用该冷却水夹层实现了对出炭绞龙的冷却降温，能够有效防止储炭区的高温生物质炭在进入出炭区之后对绞龙可能造成的损害，进而延长绞龙的使用寿命。

(4)本发明通过在氧化区与储炭区之间、还原区与储炭区之间分别设置有若干均匀分布的两端均与冷却水套A连通的冷却水管B和冷却水管A，巧妙地利用了冷却水在冷却水管A、冷却水管B的流动性，能够能有效降低炉体中部生物质炭层的温度，进而防止生物质炭由于温度过高而对下方出炭机构造成损害。

(5)本发明采用若干冷却水管C在冷却水套A与集气管B外侧之间形成了循环冷却圈，能够进一步提高木焦油、木醋液等蒸汽的凝结效率，进而提升生物质燃气的洁净度。

(6)本发明每根集气冷却管上均设置有一个控制阀，通过该控制阀可有效调节气流大小，进而可有效防止烧偏炉，进入保证热裂解层的裂解均匀性和氧化层的集气均匀性。

(7)本发明在出焦斗与气带的连接板上开设有通孔，能够有效保证木醋液、木焦油顺利进入出焦斗，且能够实现对生物质燃气中木焦油、木醋液的刮除，同时能够有效过滤其他杂质，进而提高洁净度。

(8)本发明在排炭绞龙箱上开设有喷淋口，利用该喷淋口向生物质炭喷水，不仅能够进一步降低生物质炭的温度，而且能够增加生物质炭的湿润度，且排炭绞龙箱的绞龙叶间隔分布，在排炭过程中，相邻绞龙叶间必将形成阻气炭，能够有效防止空气自出炭区进入炉体内引发明火燃烧，在此过程中，湿润的生物质炭将更加有利于阻气炭的形成。

(9)对于大吨位的炉体，本发明出炭蛟龙可使用双向绞龙，并且在其两端出口均设置排炭绞龙箱，有助于提高了生物质炭的排出效率；与此同时，对于大吨位炉体来说，其集气管的数量也必将增加，且设置于干燥区与冷却区间的冷却水管B的数量也将增加，为了方便设置和保证冷却水循环效果，可通过冷却水管将所有冷却水管B的尾端与冷却水套A连通。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图1或图2中氧化区横截面的俯视图。

图4为本发明大吨位炉体中冷却水管A、冷却水管B、冷却管的布局示意图。

图中：1、炉体，2、观察孔，3、供氧排烟管，4、阻烟风阀，5、加料口，6、导烟板，7、冷却水套A，8、快开门，9、点火检修口，10、集气管A，11、检查口，12、集气冷却管，13、出气口，14、控制阀，15、气带，16、清渣口，17、出焦斗，18、出焦口，19、冷却水进口A，20、出炭区，21、支架，22、冷却水进口B，23、出炭绞龙，24、排炭绞龙箱，25、绞龙轴，26、绞龙叶，27、冷却水出口B，28、阻气炭，29、排炭口，30、楼梯，31、喷淋口，32、冷却水管A，33、工作平台，34、温度传感器，35、阻炭集气板A，36、耐火层，37、冷却水管B，38、电机，39、冷却水管C，40、集气管B，41、阻炭集气板B，42、冷却水出口A，43、冷却管，44、注水口，45、液位计，46、冷却水套B。

具体实施方式

下面结合附图说明对本发明做进一步说明。

如图1、2、3、4所示的一种生物质热裂解水冷炭气联产气化炉，包括一体成型的炉体1，所述炉体1通过支架21支撑于地面，所述炉体1顶部固定连接有阻氧排烟管3，且该炉体1顶部开设有加料口5和观察孔2，所述炉体1自上而下依次包括原料区、干燥区、热裂解区、氧化区、还原区、冷却区和储炭区，所述原料区中部通过加强筋设置有导烟板6；所述热裂解层侧壁开设有点火检修口9，该点火检修口9上设置有快开门8，所述氧化区间隔均匀分布有若干集气管A10和集气管B40，所述集气管A10、集气管B40均自外而内伸入所述氧化区，且所述集气管A10、集气管B40的首端分别设置有阻炭集气板A35、阻炭集气板B41，该集气管A10、集气管B40的尾端分别通过集气冷却管12与设置于所述炉体1下部的气带15连通，所述气带15侧面上部开设有出气口13、底部设置有出焦斗17；所述储炭区下方设置有出炭区20，所述出炭区20通过法兰盘连接于所述炉体1底部，所述出炭区20内设置有若干出炭绞龙23，所述出炭绞龙23的尾端下方设置有排炭绞龙箱24，所述排炭绞龙箱24尾端开设有排炭口29，且该排炭绞龙箱24内转动设置有绞龙轴25，所述出炭绞龙23、绞龙轴25一端分别与电机38的输出轴连接，该绞龙轴25上设置有绞龙叶26；所述出炭区20外部设置有冷却水套B46，所述冷却水套B46的一侧开设有冷却水进口B22、另一侧开设有冷却水出口B27，所述干燥区、氧化区、还原区、冷却区、储炭区以及所述集气管A10、集气管B40、集气冷却管12的外侧均设置有相互连通的冷却水套A7，所述冷却水套A7的冷却水进口A19设置于所述炉体1底部、冷却水出口A42靠近所述干燥区。

为了降低炉体中部生物质炭层的温度，进而防止生物质炭由于温度过高而对下方出炭机构造成损害，在氧化区、还原区与储炭区间分别设置有若干均匀分布的冷却水管A32、冷却水管B37，冷却水管A32、冷却水管B37的两端均与冷却水套A7连通。

为了进一步提高木焦油、木醋液等蒸汽的凝结效率，进而提升生物质燃气的洁净度，所述冷却水套A7通过若干冷却水管C39与所述集气管B40外侧形成了冷却循环。

如图4所示，对于大吨位炉体来说，其集气管的数量也必将增加，且设置于干燥区与冷却区间的冷却水管B37的数量也将增加，为了方便设置和保证冷却水循环效果，冷却水管B37的底端通过冷却管43与冷却水套A7连通。

为了实时检测集气管A10、集气管B40中气体的温度，集气管A10、集气管B40的尾端均设置有温度传感器34，为了实现对集气冷却管12中气流大小的合理调节，防止烧偏炉，集气冷却管12上设置有控制阀14。

为了实现对生物质燃气的洗涤，气带15侧面中部开设有注水口44，且为了实时了解气带15中的液位高度，在其侧面下部设置有液位计45，为了保证木焦油、木醋液顺利流入出焦斗17，且为了实现对生物质燃气中木焦油、木醋液的刮除，出焦斗17与气带15之间的连接板上开设有通孔，该出焦斗17底部开设有出焦口18，为了方便清渣，出焦斗17侧面开设有清渣口16。

为了进一步降低生物质炭的温度，而且能够增加生物质炭的湿润度，排炭绞龙箱24上开设有喷淋口31，为了防止空气自出炭区进入炉体1中，绞龙叶26间隔分布且固定连接于绞龙轴25上，在工作时炭末将在相邻绞龙叶26间形成阻气炭28。

对于大吨位的炉体，为了提高出炭效率，出炭绞龙23为双向绞龙，其两端出口均设置有排炭绞龙箱24。

为了方便点火和观察炉内情况，还原区开设有检查口11，还原区、氧化区外侧固定设置有工作平台33，工作平台33侧面设置有与地面接触的楼梯30，为了最大限度减小空气进入炉体1内，阻氧排烟管3中部设置有阻烟气阀4。

本发明的工作过程如下：

工作前，先通过引风机或罗茨风机将出气口13与生物质燃气净化系统的进气端连接，并将冷却水进口A19、冷却水进口B22与冷却水罐的出水端连接，将冷却水出口A42、冷却水出口B27与冷却水罐的回水端连接，同时在喷淋口31上连接水管，并使冷却水充满冷却水套A和出炭区的冷却水夹层；确保清渣口16、出焦口18处于关闭状态，将注水口44与自来水管接通，向气带15中注入水，水进入气带15之后将向下贯穿通孔进入并充满出焦斗17，并且逐渐充满气带15，通过液位计45观察水面高于集气冷却管12与气带15的连接处时停止注水；采用自动上料系统或人工方式将生物质炭自加料口5送入炉体1内，在此过程中通过观察口2和检查口11查看生物质炭的高度，直至氧化区以下(还原区、冷却区和储炭区)均充满生物质炭时停止，改加经过前处理的生物质原料(加料方式和路径与生物质炭的加入方式相同)，直至生物质原料自下而上依次充满氧化区、热裂解区、干燥区和原料区后停止加料。

此时，开启引风机或罗茨风机，将自加料口5、阻氧排烟管3抽入少量空气进入炉体1内，采用人工或自动点火方式自点火检修口9处点火，点火之后关闭点火检修口9处的快开门8，此时热裂解区的生物质原料将在欠氧环境中的热力学作用下裂解产生生物质燃气、木焦油、木醋液等,而木焦油、木醋液等也将会在持续燃烧产生的高温下蒸发为气体，由于引风机或罗茨风机的持续工作，生物质燃气和其他气体的混合气体将自阻炭集气板A35、阻炭集气板B41分别进入集气管A10、集气管B40中，并自相应的集气冷却管12流入气带15，混合气体在进入气带15之后，气体成分将向上流动，流动过程中气带15中的水将对其中含有的炭粉、灰分进行洗涤，在此过程中以及在混合气体进入气带15以后，混合气体都受到集气管A10、集气管B40、集气冷却管12以及气带15外侧的冷却水套A7的低温影响，使得混合气体中的木醋液、木焦油等气体被冷凝成液体状态，因此当混合气体进入气带15以后，木醋液、木焦油等液体将经由滤板进入出焦斗17，而生物质燃气以及可能混有的其他气体(包括未冷凝的部分木焦油、木醋液蒸汽)将在引风机或罗茨风机的作用下流入生物质燃气净化系统进行纯化处理；在此过程中，伴随生物质秸秆的持续裂解和生物质燃气的持续产出，生物质炭也将持续产生，生物质炭将在储炭区短暂停留后，在重力作用下进入出炭区，只需打开出炭绞龙23的驱动电机和排炭绞龙箱24的控制电机38，即可将生产前加入的生物质炭以及后续裂解产生的生物质炭持续排出，在此过程中出炭绞龙23周围分布的冷却水夹层将对生物质炭进行降温处理，同时在生物质炭进入排炭绞轮箱24之后，生物质炭在经过喷淋口31时，将被喷入水分从而提高其湿度，湿润的生物质炭在持续向出排放过程中，在经过相邻绞龙叶26间的空余区内形成致密的阻气炭28，而随着生物质炭的持续排出，阻气炭28也将会依次更新，即原来堆放的阻气炭将会自排炭口29排出收集；为了确保连续产气，在上述过程中，可采用自动上料系统或人工方式将生物原料自加料口5持续送入炉体1内；若需要停止产气时，则停止加料，同时关闭加料口5、阻烟风阀4实现封炉。

在整个生产过程中，冷却水套A7、冷却水管A32、冷却水管B37和冷却水管C39将会对炉体1壁及内部生物质炭层进行降温处理，而且热裂解区欠氧燃烧产生的热量上流也会对上层原料进行干燥，以提高其燃烧效率。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。