阅读说明：本技术 一种生物质热裂解水冷炭气联产气化系统 (Biomass thermal cracking water-cooling carbon-gas co-production gasification system ) 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系统,包括气化炉、冷却水罐和若干组气体净化系统,气体净化系统包括采用输气管B依次串接的砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心分离机、罗茨风机和储气罐；气化炉的出气口通过输气管A与砂滤罐的进气口连接,输气管A上设置有换气阀,出焦斗的出焦口和砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心分离机的底端分别通过放液管连接有积液箱,积液箱底部的换液口以及储气罐的释液口均通过换液管道与储液池连接。本发明实现了气化炉产生的生物质燃气与其他杂质的高效分离,与现有技术相比,显著提高了生物质燃气的净化效率,提高了其纯度,进而提高了其燃烧效率。(The invention discloses a water-cooled carbon and gas co-production gasification system for biomass thermal cracking, which comprises a gasification furnace, a cooling water tank and a plurality of groups of gas purification systems, wherein each gas purification system comprises a sand filter tank, a cooling tank, a filter, a centrifugal separator, a Roots blower and a gas storage tank which are sequentially connected in series by a gas transmission pipe B; the gas outlet of the gasification furnace is connected with the gas inlet of the sand filter tank through a gas pipe A, a scavenging valve is arranged on the gas pipe A, the coke outlet of the coke outlet hopper and the bottom ends of the sand filter tank, the cooling tank, the filter and the centrifugal separator are respectively connected with a liquid accumulation box through liquid discharge pipes, and the liquid changing port at the bottom of the liquid accumulation box and the liquid releasing port of the gas storage tank are both connected with a liquid storage tank through liquid changing pipelines. The invention realizes the high-efficiency separation of the biomass gas generated by the gasification furnace from other impurities, obviously improves the purification efficiency of the biomass gas, improves the purity of the biomass gas and further improves the combustion efficiency of the biomass gas.)

一种生物质热裂解水冷炭气联产气化系统

技术领域

本发明涉及生物质燃气制备及净化系统领域，具体是一种生物质热裂解水冷炭气联产气化系统。

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。

目前，生物质气化及净化系统已经在我国的许多省份得到推广应用，在农民居住比较集中的村落，建造一个秸杆生物质气化站，并用管道把可燃气连接到各家各户，就可以解决整个村屯居民的炊事和取暖所用的气体燃料。现有的生物质气化及净化系统的主要设备有切碎机、上料装置、下流式气化炉、旋风分离器、冷却器、过滤器、风机、水封器、变容式储气罐(燃气柜)、阻火器等，这个集中供气系统的气化炉生产的可燃气，经旋风分离器、冷却器、过滤器后，达到可燃气净化降温的目的。燃气的流动依靠风机的抽力来实现，由风机出来的燃气有一定的压力，经水封器送入变容储气罐，变容储气罐分干式、湿式两种类型，变容储气罐内的燃气可保持恒定的压强，压强值的大小要保证距气化站最远的用户灶前的需要的压强，目前变容储气罐燃气压值多为P＝4000-5000Pa，属低压储气。现有生物质气化及净化系统普遍存在净化效率低的技术问题，导致处理后的生物质燃气纯度低，燃烧效率不够高。

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，同时能够显著提高生物质燃气净化效率和纯度的生物质热裂解水冷炭气联产气化系统。

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系统，包括气化炉、冷却水罐和若干组气体净化系统，所述气体净化系统包括采用输气管B依次串接的砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心分离机、罗茨风机和储气罐，所述气化炉的出气口通过输气管A与所述砂滤罐的进气口连接，所述输气管A上设置有换气阀；所述气化炉上设置有冷却水套A，所述过滤器外壁设置有冷却水套B，所述冷却罐内部设置有冷却区，所述冷却水套A、冷却水套B、冷却区的下部分别开设有冷却水进口、上部分别开设有冷却水出口，所述冷却水罐侧面上部开设有回水口和补水口、下部开设有出水口，所述出水口通过进水管与所述冷却水进口连接，所述回水口通过回水管与所述冷却水出口连接。

进一步，所述换气阀为三通结构，其A口、B口与所述输气管A连接，C口则与外界空气连接，且所述A口、C口处分别设置有控制阀。

进一步，所述离心分离机与所述罗茨风机间还设置有容积罐，所述容积罐的进气口通过所述输气管B与所述离心分离机的出气口连接，该容积罐的出气口则通过所述输气管B与所述罗茨风机的进气口连接。

进一步，所述气化炉的顶部设置有阻氧排烟管和加料口、中部设置有集气管和配套有快开门的点火检修口、下部设置有气带、底部连接有可拆卸的出炭箱，所述集气管伸入所述气化炉内部且其端部设置有阻炭集气板，该集气管尾端通过集气冷却管与所述气带连接，所述气带侧面开设有出气口、底部设置有出焦斗，所述出焦斗侧面开设有排污口、底部开设有出焦口，且所述气带与所述出焦斗之间的连接板上开设有通孔，所述出炭箱内设置有出炭绞龙；所述冷却水套A设置于所述气化炉炉体及所述集气冷却管、气带外壁且相互连通，所述集气冷却管上设置有调节控制阀。

进一步，所述出焦口、砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心分离机、容积罐的底端分别连接有积液箱，所述积液箱、储气罐底部均通过换液管道与储液池连接，所述储液池上设置有抽出管，所述换液管道上设置有若干调节控制阀。

进一步，所述积液箱顶部连接有给压管，所述给压管与空气罐的空气输出口连接，所述空气罐侧面下部开设有空气输入口、顶部开设有释压口，且该空气罐顶部设置有压力表，所述积液箱、冷却水罐的侧壁及所述储气罐的底部侧壁均设置有液位计，所述给压管上设置有若干调节控制阀。

进一步，所述冷却水罐顶部开设有排气口、底部开设有清渣口，所述进水管、回水管、输气管A、输气管B上分别设置有若干调节控制阀。

进一步，所述冷却罐内水平固定设置有固定板A、固定板B，所述固定板A、固定板B将所述冷却罐自上而下分为上气仓、冷却区和下气仓；所述上气仓侧面通过所述输气管B与所述砂滤罐的出气口连接；所述冷却区均匀固定有若干竖直分布的通气管A，所述通气管A上、下两端分别贯穿所述固定板A、固定板B，该通气管A外部为冷却水流动区；所述固定板A、固定板B中部贯穿有出气管，所述出气管底端位于所述下气仓中、顶端穿出所述上气仓并通过所述输气管B与所述过滤器的进气口连接。

进一步，所述过滤器顶端通过所述输气管B与所述离心分离机的进气口连接、外部设置有冷却水套B、内部上方固定连接有水平设置的固定板C，该固定板C上表面中部通过支撑柱固定连接有阻气缓冲筛板、下表面中部连通设置有通气管B，所述通气管B底端通过筛网板与所述过滤器的罐体内壁固定连接，该通气管B外壁环绕固定设置有自上而下分布的螺旋流道，靠近所述螺旋流道顶端的罐体开设有进气口。

进一步，所述集气管、点火检修口的设置区域固定有耐火层，所述阻氧排烟管中部设置有阻烟气阀，所述气带侧面开设有注水口。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明采用气化炉与由砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心分离机、罗茨风机和储气罐组成的气体净化系统，实现了气化炉产生的生物质燃气与其他杂质的高效分离，与现有技术相比，显著提高了生物质燃气的净化效率，提高了其纯度，进而提高了其燃烧效率。

(2)本发明采用一体成型的气化炉，其顶部设有加料口，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；主体部分将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，并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；裂解产生的生物质炭将自出炭箱中的出炭绞龙的作用下排出。因此，本发明的气化炉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。

(3)本发明在气化炉气化炉上设置有冷却水套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。

(4)本发明将气化炉产生的生物质燃气导入砂滤罐，利用砂滤原理，实现了气体与液体杂质间的高效分离，进而能够有效提高气体的纯度，具有显著的推广前景。

(5)本发明在砂滤罐后设置有冷却罐，该冷却罐中采用固定板A、固定板B将罐体内部自上而下依次分为上气仓、冷却水流动区和下气仓，其中上气仓不仅能够起到缓冲混合气压力的作用，而且能够保证混合气流入冷却水流动区的速率均匀性，冷却水流动区采用与气体流动方向相反的冷却水，能够有效提升冷却效率、保证冷却效果，下次仓巧妙地利用了液体与气体的重力差，能够显著提高分离效率。

(6)本发明的过滤器，采用在罐体中设置螺旋流道的方式，延长了气体的流动路程，显著降低了气体进入罐体后的下流速度，减缓了气体的下流通畅度，提高了油脂杂质的冷凝效率，提高了气液分离的效率和气体的纯度。

(7)本发明在过滤器后设置了离心机，巧妙地利用了气体与液体杂质间的显著密度差异，在携带有液体杂质的气体在进入罐体中的中通气管后，在离心力的作用下，液体杂质将被迅速自中通气管的网孔中甩出，并持续甩至罐体内壁，在此过程中，气体将持续经由中通气管向上流动并自出气口进入下一处理环节，而且被甩出的液体杂质将附着在筛网或罐体内壁，进而由于自身重力向管体底部汇集后经由放液管进入积液箱储存，以此实现了气体与液体杂质的高效分离，保证了气体的纯度和净度，具有显著的推广前景。

(8)本发明在气化炉的出焦斗、砂滤罐、冷却罐、过滤器、离心机、容积罐和储气罐的下方军连接有积液箱，能够对各处理环节产生的液体杂质进行有效收集，从而避免了液体流入外界环境中，造成环境污染和资源浪费问题。与此同时，通过在积液箱侧面设置液位计，极大地方便了实时了解积液箱中液体杂质的储存量，通过在积液箱顶部连接有给压管，能够有效解决油性杂质与积液箱内壁间的粘黏力导致的排液苦难的技术问题。

附图说明

图1为本发明的连接结构示意图。

图2为本发明气化炉的结构示意图。

图3为本发明冷却罐的结构示意图。

图4为图3中A-A面的俯视图。

图5为本发明过滤器的结构示意图。

图6为本发明冷却水罐的结构示意图。

图7为本发明换气阀的结构示意图。

图8为本发明空气罐的结构示意图。

图中：1、气化炉，2、冷却水罐，3、砂滤罐，4、冷却罐，5、过滤器，6、离心分离机，7、容积罐，8、罗茨风机，9、储气罐，10、空气罐，11、储液池，12、进水管，13、回水管，14、输气管A，15、给压管，16、换液管道，17、换气阀，171、A口，172、B口，173、C口，174、控制阀，18、积液箱，19、输气管B，20、出水口，21、回水口，22、排气口，23、补水口，24、液位计，25、清渣口，26、空气输出口，27、释压口，28、空气输入口，29、压力表，30、冷却水套A，31、耐火层，32、阻炭集气板，33、集气管，34、出气口，35、注水口，36、冷却水进口，37、出焦口，38、出炭绞龙，39、出炭箱，40、排污口，41、出焦斗，42、气带，43、集气冷却管，44、快开门，45、点火检修口，46、冷却水出口，47、阻烟气阀，48、阻氧排烟管，49、加料口，50、冷却区，51、固定板A，52、上气仓，53、出气管，54、固定板B，55、下气仓，56、通气管A，57、冷却水流动区，58、螺旋流道，59、支撑柱，60、阻气缓冲筛板，61、固定板C，62、通气管B，63、筛网板，64、冷却水套B，65、抽出管。

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、5、6、7、8所示的一种生物质热裂解水冷炭气联产气化系统，包括气化炉1、冷却水罐2和若干组气体净化系统，气体净化系统包括采用输气管B19依次串接的砂滤罐3、冷却罐4、过滤器5、离心分离机6、罗茨风机8和储气罐9，气化炉1的出气口34通过输气管A14与砂滤罐3的进气口连接，输气管A14上设置有换气阀17；气化炉1上设置有冷却水套A30，过滤器5外壁设置有冷却水套B64，冷却罐4内部设置有冷却区50，冷却水套A30、冷却水套B64、冷却区50的下部分别开设有冷却水进口36、上部分别开设有冷却水出口46，冷却水罐2侧面上部开设有回水口21和补水口23、下部开设有出水口20，出水口20通过进水管12与冷却水进口36连接，回水口21通过回水管13与冷却水出口46连接。

优选地，换气阀17为三通结构，其A口171、B口172与输气管A14连接，C口173则与外界空气连接，且A口171、C口173处分别设置有控制阀174。

优选地，离心分离机6与罗茨风机8间还设置有容积罐7，容积罐7的进气口通过输气管B19与离心分离机6的出气口连接，该容积罐7的出气口则通过输气管B19与罗茨风机8的进气口连接。

优选地，气化炉1的顶部设置有阻氧排烟管48和加料口49、中部设置有集气管33和配套有快开门44的点火检修口45、下部设置有气带42、底部连接有可拆卸的出炭箱39，集气管33伸入气化炉1内部且其端部设置有阻炭集气板32，该集气管33尾端通过集气冷却管43与气带42连接，气带42侧面开设有出气口34、底部设置有出焦斗41，出焦斗41侧面开设有排污口40、底部开设有出焦口37，且气带42与出焦斗41之间的连接板上开设有通孔，出炭箱39内设置有出炭绞龙38；冷却水套A30设置于气化炉1炉体及集气冷却管43、气带42外壁且相互连通，集气冷却管43上设置有调节控制阀。

优选地，出焦口37、砂滤罐3、冷却罐4、过滤器5、离心分离机6、容积罐7的底端分别连接有积液箱18，积液箱18、储气罐9底部均通过换液管道16与储液池11连接，储液池11上设置有抽出管65，换液管道16上设置有若干调节控制阀。

优选地，积液箱18顶部连接有给压管15，给压管15与空气罐10的空气输出口26连接，空气罐10侧面下部开设有空气输入口28、顶部开设有释压口27，且该空气罐10顶部设置有压力表29，积液箱18、冷却水罐2的侧壁及储气罐9的底部侧壁均设置有液位计24，给压管15上设置有若干调节控制阀。

优选地，冷却水罐2顶部开设有排气口22、底部开设有清渣口25，进水管12、回水管13、输气管A14、输气管B19上分别设置有若干调节控制阀。

优选地，冷却罐4内水平固定设置有固定板A51、固定板B54，固定板A51、固定板B54将冷却罐4自上而下分为上气仓52、冷却区50和下气仓55；上气仓52侧面通过输气管B19与砂滤罐3的出气口连接；冷却区50均匀固定有若干竖直分布的通气管A56，通气管A56上、下两端分别贯穿固定板A51、固定板B54，该通气管A56外部为冷却水流动区57；固定板A51、固定板B54中部贯穿有出气管53，出气管53底端位于下气仓55中、顶端穿出上气仓52并通过输气管B19与过滤器5的进气口连接。

优选地，过滤器5顶端通过输气管B19与离心分离机6的进气口连接、外部设置有冷却水套B64、内部上方固定连接有水平设置的固定板C61，该固定板C61上表面中部通过支撑柱59固定连接有阻气缓冲筛板60、下表面中部连通设置有通气管B62，通气管B62底端通过筛网板63与过滤器5的罐体内壁固定连接，该通气管B62外壁环绕固定设置有自上而下分布的螺旋流道58，靠近螺旋流道58顶端的罐体开设有进气口。

优选地，集气管33、点火检修口45的设置区域固定有耐火层31，阻氧排烟管48中部设置有阻烟气阀47，气带42侧面开设有注水口35。

本发明的工作过程如下：

工作前，自补水口23向冷却水罐2中注入足量自来水，并将罗茨风机8与电源接通，确保排污口40、出焦口37处于关闭状态，将注水口35与自来水管接通，向气带42中注入水，水进入气带42之后将向下贯穿通孔进入并充满出焦斗41，并且逐渐充满气带42，待水面高于集气冷却管43与气带42的连接处时停止注水；将空气罐10的空气输入口28与空气压缩机连接，使得其中存入足量空气，此过程中注意压力表29的刻度，若达到压力上线，则及时打开泄压口27泄压；将储气罐9的出气口与锅炉的进气口连接，同时启动离心机6的动力系统；此时，采用自动上料系统或人工方式将生物质炭自加料口49持续送入气化炉1内，直至点火检修口45以下全部充满生物质炭时停止加料，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)，直至生物质原料充满气化炉1。

此时，开启罗茨风机8，将自加料口49、阻氧排烟管48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45处点火，点火之后关闭点火检修口45处的快开门44，此时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，由于罗茨风机8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32分别进入集气管33中，并自相应的集气冷却管43流入气带42，混合气体在进入气带42之后，气体成分将向上流动，流动过程中气带42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42以后，混合气体都受到集气管33、集气冷却管43以及气带42外侧的冷却水套A30的低温影响，使得混合气体中的木醋液、木焦油等气体被冷却成液体状态，因此当混合气体进入气带42以后，木醋液、木焦油等液体将经由滤板进入出焦斗41，此时打开换气阀17的A口171控制阀174，而生物质燃气以及可能混有的其他气体(包括未冷却的部分木焦油、木醋液蒸汽)将在引风机或罗茨风机8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，生物质炭将在重力作用下进入出炭箱39，只需打开出炭绞龙38的驱动电机，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。

自气化炉1的出气口34流出的生物质燃气以及可能混有的其他气体(包括未冷却的部分木焦油、木醋液蒸汽)将首先进入砂滤罐3中，进入砂滤罐3的生物质燃气以及可能混有的其他气体在流动过程中，必将与其中的沙砾产生摩擦，在此过程中可将其中可能混有的炭粉和木焦油、木醋液等液态杂物刮除，刮下的炭粉、木焦油、木醋液等杂质将向下进入积液箱18，而生物质燃气将自砂滤罐3的出气口排出并经由输气管B19进入冷却罐4进行进一步处理；进入冷却罐4的生物质燃气将首先进入上气仓52，并自通气管A56向下流动进入下气仓55，由于通气管A56外侧为冷却水流动区57，因此在此过程中，生物质燃气必将受到低温影响，而使得其中仍然可能携带的木醋液、木焦油蒸汽冷却而自下气仓55底部进入积液箱18，而冷却后的生物质燃气将自出气管53向上流动并自出气口排出后经由输气管B19进入过滤器5；进入过滤器5的生物质燃气将沿螺旋流道58向下流动，由于过滤器5的外壁设置有冷却水套B64，所以在流动的过程中，生物质燃气必将受到低温影响，而使得其中仍然可能携带的木醋液、木焦油蒸汽冷却，冷却获得木醋液、木焦油将和生物质燃气一道穿过筛网板63进入过滤器5底部，进入过滤器5底部的木醋液、木焦油将在重力作用下向下进入积液箱18中，而生物质燃气将在罗茨风机8的作用下自通气管B62向上流动，并经过阻气缓冲筛板60进一步刮除后自出气口排出，并经输气管B19进入离心机6中；进入离心机6的生物质燃气将受到强烈的离心作用，而使得生物质燃气中仍然可能携带的少量液、固杂质与燃气进行进一步分离，分离后的杂质将进入设置于其底部的积液箱18，而分离后的生物质燃气将在罗茨风机8的作用下经由输气管B19进入溶剂罐7尽心再次分离后由罗茨风机8送入储气罐9储存，在长期储存过程中，生物质燃气中可能携带的极少量杂质将在重力作用下进一步分离并进入积液箱18中；如果需要给给锅炉供气，则打开储气罐9出气口与锅炉进气口间管道的阀门，干净的生物质燃气将持续进入锅炉供给燃烧。

在以上过程中，只需打开换液管道16上的控制阀，出焦斗41、砂滤罐3、冷却罐4、过滤器5、离心机6、容积罐7、储气罐9下方的积液箱18中将逐渐流入储液池11中；由于木焦油、木醋液均为油性物质，所以流动速率可能较为缓慢，为了保证顺利流动和排放，可打开给压管15上的控制阀，使得空气罐10中的空气逐渐进入各积液箱18顶部，以增大木焦油、木醋液的压力。

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49持续送入气化炉1内，并重复上述过程；若需要停止产气时，则停止加料，关闭加料口49、阻烟风阀47实现封炉，同时将换气阀17的A口171处的控制阀174关闭，与此同时，打开C口173处的控制阀174，使空气进入输气管道B及砂滤罐3、冷却罐4、过滤器5、离心分离机6、容积罐7、罗茨风机8和储气罐9中，进而使得生物质燃气其中残留的全部排出，保证安全。

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。