阅读说明：本技术 内在换热式生物质气化炉及生物质气化系统 (Internal heat exchange type biomass gasification furnace and biomass gasification system ) 是由 宛政 茹斌 郭泗勇 曾志伟 程文丰 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种内在换热式生物质气化炉及生物质气化系统。该内在换热式生物质气化炉包括炉体以及输送部,炉体的炉壁内具有容纳空间,输送部设置于容纳空间内,输送部用于由炉体外部向炉体内部输送氧化剂,输送部由炉体的下部向上延伸至炉体的喉口区域,以使得输送部内的氧化剂能够被炉体内的热量加热。本发明的内在换热式生物质气化炉,利用炉体内的高温对输送部所输送的氧化剂进行加热,能够有效地提高喉口区域的温度,从而能够提高气化炉的焦油脱除效率,同时,减少了气化炉的热损失,提高了包含气化炉在内的整个气化系统的气化效率,且简化了系统复杂度,减少了系统投资成本。(The invention discloses an internal heat exchange type biomass gasification furnace and a biomass gasification system. This intrinsic heat transfer formula biomass gasification stove includes furnace body and conveying part, has accommodation space in the oven of furnace body, and conveying part sets up in accommodation space, and conveying part is used for carrying the oxidant by the furnace body outside to the furnace body is inside, and conveying part upwards extends to the throat region of furnace body by the lower part of furnace body to make the oxidant in the conveying part can be heated by the heat in the furnace body. The internal heat exchange type biomass gasification furnace provided by the invention can effectively improve the temperature of the throat area by heating the oxidant conveyed by the conveying part by using the high temperature in the furnace body, thereby improving the tar removal efficiency of the gasification furnace, reducing the heat loss of the gasification furnace, improving the gasification efficiency of the whole gasification system including the gasification furnace, simplifying the system complexity and reducing the system investment cost.)

内在换热式生物质气化炉及生物质气化系统

技术领域

本发明涉及生物质能利用技术领域，尤其涉及一种内在换热式生物质气化炉及生物质气化系统。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭以及雾霾问题的日益突出，生物质能作为可再生能源被赋予了全新的意义。生物质能作为一种清洁能源，对其利用可在二氧化碳总量上实现零排放，可从根源上控制温室气体的产生。目前对于生物质能的利用是以气化和燃烧为主要方向，其中，气化是以生物质为原料，以空气、氧气、水蒸气等气体作为气化剂，在高温条件下，通过热化学反应不完全燃烧产生可燃气体的过程，生物质气化可以有效避免生物质燃烧带来的粉尘污染等排放问题。但是现有的生物质气化技术所存在的燃气中焦油含量高、净化废水难以处理等问题一直制约着其发展，开发稳定高效的低焦油气化工艺成为生物质气化行业公认的难题。

目前通常采用的方式是向气化炉内通入氧化剂，提高喉口区域的温度，从而提升炉内焦油脱除效率，实现低焦油燃气输出。具体有两种方式：

一是在气化炉中直接通入冷氧化剂，通入的冷氧化剂进喉口燃烧，但是氧化剂燃烧释放的热量很大一部分要用在氧化剂自身的加热，导致喉口区域温度不能提升太高，会严重影响喉口区域的焦油脱除效率；

二是在气化炉外增加一个加热器或者若干个换热器，利用气化气或者烟气的余热来将氧化剂加热到一定温度。若增加一个加热器，则需要额外的热源给氧化剂加热，会增加运行成本和投资成本；若采用气化气或烟气来给氧化剂加热，能在一定程度上提升整个系统的运行效率，但是增加的换热器和对应管道均为耐热不锈钢，投资成本会大大提高，同时在利用气化气或烟气换热过程中，会有换热器堵塞的风险，大大增加了系统的复杂程度。

发明内容

本发明实施例提供一种内在换热式生物质气化炉及生物质气化系统，以解决现有的生物质气化炉焦油脱除效率低的问题。

一方面，本发明实施例提出了一种内在换热式生物质气化炉，包括炉体以及输送部，炉体的炉壁内具有容纳空间，输送部设置于容纳空间内，输送部用于由炉体外部向炉体内部输送氧化剂，输送部由炉体的下部向上延伸至炉体的喉口区域，以使得输送部内的氧化剂能够被炉体内的热量加热。

根据本发明实施例的一个方面，输送部包括至少一个输送管，输送管的第一端位于炉体的下部且与外界连通，输送管的第二端向上延伸至炉体的喉口区域且与炉体内部连通。

根据本发明实施例的一个方面，输送管的第一端通过进剂管与外界连通，输送管的第二端通过设置于炉体喉口区域的布剂管与炉体内部连通。

根据本发明实施例的一个方面，由炉体的顶部向下观察，布剂管为弧线状，进剂管为环状。

根据本发明实施例的一个方面，输送管的数量为多个，多个输送管的第一端均与进剂管连通，多个输送管的第二端均与布剂管连通。

根据本发明实施例的一个方面，输送管沿炉体的周向螺旋向上延伸，或者，输送管沿炉体的轴向直线向上延伸。

根据本发明实施例的一个方面，当输送管沿炉体的轴向直线向上延伸时，且当输送管的数量为多个时，多个输送管的第二端通过集剂管与布剂管连通。

根据本发明实施例的一个方面，输送管包括依次连接的第一段和第二段，第一段靠近炉体的下部，第二段靠近炉体的喉口区域，第二段的管径大于第一段的管径。

根据本发明实施例的一个方面，输送管的第二端呈收口趋势。

另一方面，本发明实施例提出了一种生物质气化系统，包括如前述的内在换热式生物质气化炉。

本发明实施例提供的内在换热式生物质气化炉，炉壁内的容纳空间内设置有由下向上延伸的输送部，利用炉体内的高温对输送部所输送的氧化剂进行加热，得到高温的氧化剂，而后高温的氧化剂被送至喉口区域，能够有效地提高喉口区域的温度，从而能够提高气化炉的焦油脱除效率，同时，可以将气化炉内的辐射热量和传导热量有效地进行利用，减少气化炉的热损失，提高包含气化炉在内的整个气化系统的气化效率，且简化了系统复杂度，减少了系统投资成本，解决了现有的生物质气化炉焦油脱除效率低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的内在换热式生物质气化炉的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例的内在换热式生物质气化炉的输送部的结构示意图。

图3为本发明另一实施例的内在换热式生物质气化炉的输送部的结构示意图。

附图中：

100-炉体，200-输送部；

101-喉口区域，102-炉排，103-气化炉入口，104-气化炉出口；

201-输送管，202-进剂管，203-布剂管，204-集剂管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明实施例的内在换热式生物质气化炉，包括炉体100以及输送部200，炉体100的炉壁内具有容纳空间，输送部200设置于容纳空间内，输送部200用于由炉体100外部向炉体100内部输送氧化剂，输送部200由炉体100的下部向上延伸至炉体100的喉口区域101，以使得输送部200内的氧化剂能够被炉体100内的热量加热。在本实施例中，在炉壁内的容纳空间设置由下向上延伸的输送部200，利用炉体100内的高温对输送部200所输送的氧化剂进行加热，得到高温的氧化剂，而后高温的氧化剂被送至喉口区域101，能够有效地提高喉口区域101的温度，从而能够提高气化炉的焦油脱除效率，达到低焦油燃气输出目的，同时，可以将气化炉内的辐射热量和传导热量有效地进行利用，减少气化炉的热损失，提高包含气化炉在内的整个气化系统的气化效率，且可以省去用于为喉口氧化剂加热的换热或加热设备，避免了热解气中的焦油在换热器中可能冷凝而造成换热器堵塞的风险，简化了系统复杂度，增加了系统可靠性，还减少了系统投资成本。

本实施例的热解气由气化系统的热解段进入气化炉，热解气流经喉口区域101，输送部200输送的氧化剂与热解气进行反应形成高温环境，使得热解气中的焦油氧化、热解，由于氧化剂经过了炉体100内高温的加热，氧化剂能够使得喉口区域101的温度有效地得到提高，使得热解气中的大分子焦油能够更加充分地进行反应，从而提高了焦油脱除效率。

可以理解，因气化炉内部与常温或低温氧化剂之间的传热温差较大，利用炉体100内的高温对输送部200所输送的氧化剂进行加热，可大幅度提高输送部200的换热效率，从而有效地提高气化炉及整个气化系统的气化效率。

其中，炉体100炉壁内的容纳空间可同时用于设置气化炉的浇注料层，容纳空间预留足够的厚度，能够同时设置浇注料层及输送部200，进一步地，输送部200可固定于浇注料层内。优选地，输送部200的沿气化炉径向的厚度不超过浇注料层厚度的2/3。

并且，因气化炉的炉排102上方至喉口区域101为气化炉内的高温区域(温度在700-1000℃之间)，输送部200可由炉体100的炉排102区域向上延伸至炉体100的喉口区域101，氧化剂经过换热，可被加热到400-600℃，能够满足工艺要求。

此外，氧化剂可为空气、氧气等气态氧化剂，也可以其他成分、形态的氧化剂，当然以能够满足气化炉工艺要求为前提。

作为一个可选实施例，输送部200包括至少一个输送管201，输送管201的第一端位于炉体100的下部且与外界连通，输送管201的第二端向上延伸至炉体100的喉口区域101且与炉体100内部连通。

本实施例的输送管201由炉体100的下部延伸至炉体100的喉口区域101，即经过炉体100的高温段，使得外部供给的氧化剂能够被气化炉内的辐射热量和传导热量加热后输入炉体100内部，提高喉口区域101的温度，进而提高气化炉的焦油脱除效率。

作为一个可选实施例，输送管201的第一端通过进剂管202与外界连通，输送管201的第二端通过设置于炉体100喉口区域101的布剂管203与炉体100内部连通。

作为一个可选实施例，由炉体100的顶部向下观察，布剂管203为弧线状，进剂管202为环状。

在本实施例中，进剂管202可位于炉排102上方，进剂管202具有进剂口，氧化剂由进剂口通入进剂管202，进而通入输送管201，经过换热后通入位于喉口区域101的布剂管203，布剂管203具有喷口，氧化剂由喷口喷入炉体100内。

其中，布剂管203可具有多个喷口，多个喷口沿布剂管203的周向依次分布，弧线状的布剂管203，便于与喷口的分布情况结合，以有效地控制氧化剂的流出速度，使得氧化剂能够以比较均匀的流速由多个喷口喷出，从而使得喉口区域101的温度分布均匀，进而使得氧化剂在喉口区域101与热解气的反应更加均匀，有益于提高焦油脱除效率。

作为一个可选实施例，输送管201的数量为多个，多个输送管201的第一端均与进剂管202连通，多个输送管201的第二端均与布剂管203连通。

在本实施例中，多个输送管201的第一端可沿进剂管202的周向均匀排布，多个输送管201的第二端可沿布剂管203的周向以满足上述的氧化剂能够均匀流出为原则排布。

作为一个可选实施例，输送管201沿炉体100的周向螺旋向上延伸，或者，输送管201沿炉体100的轴向直线向上延伸。

本实施例的输送管201的结构形式可为两种，以下分别进行说明：

其一，输送管201为环绕炉体100螺旋向上的结构形式，输送管201的长度可依据工艺要求温度而计算得到，输送管201的长度越长则输送管201内氧化剂与气化炉换热越充分，氧化剂能够被加热到的温度越高，若氧化剂进入炉体100时的要求温度较高，则可减小输送管201的螺距，以增加输送管201的长度，进而可提高氧化剂的输出温度，若氧化剂进入炉体100时的要求温度较低，则可相应地增大输送管201的螺距。对于该结构形式的输送管201，输送管201的第一端所在管段可直接作为进剂管202，即进剂管202与输送管201一体成型，输送管201的第一端端口作为进剂口，第一端端口可位于炉排102上方，如图2所示。

进一步地，输送管201为环绕炉体100螺旋向上的结构形式，且输送管201的数量为多个，多个输送管201通过进剂管202并联，可选地，多个输送管201的螺旋趋势相同，间隔均匀排布。

其二，输送管201为沿炉体100轴向直线向上延伸的结构形式，能够满足较大的氧化剂通量要求。

进一步地，输送管201为沿炉体100轴向直线向上延伸的结构形式，且输送管201的数量为多个，多个输送管201通过进剂管202并联，如图3所示，可进一步增加氧化剂通量，可选地，多个输送管201间隔均匀排布。

作为一个可选实施例，当输送管201沿炉体100的轴向直线向上延伸时，且当输送管201的数量为多个时，多个输送管201的第二端通过集剂管204与布剂管203连通。

在本实施例中，集剂管204可为环状，氧化剂由进剂管202通入多个输送管201，经过与气化炉换热后，并入位于布剂管203下方的集剂管204，再由集剂管204与布剂管203之间的管道通入布剂管203，即氧化剂分散至多个输送管201内完成换热，再合并通入布剂管203，在使得氧化剂换热更充分的同时，便于由布剂管203来控制氧化剂的流出速度，进而使得喉口区域101的温度分布更可控，有益于提高焦油脱除效率。

作为一个可选实施例，输送管201包括依次连接的第一段和第二段，第一段靠近炉体100的下部，第二段靠近炉体100的喉口区域101，第二段的管径大于第一段的管径。

考虑到输送管201内的氧化剂随着受热而体积剧烈膨胀，本实施例的输送管201第二段的管径大于第一段的管径，即输送管201上半部的管径大于下半部的管径，为氧化剂体积膨胀预留空间，保证换热的安全性和稳定性。其中，输送管201第一段的直径可为150mm，第二段的直径可为200mm。

作为一个可选实施例，输送管201的第二端呈收口趋势。

由于喉口区域101的直径约为炉体100直径的1/4-1/2，本实施例的输送管201的第二端呈收口趋势，越靠近第二端端口其直径越小，可使输送管201能够更靠近喉口区域101的内部，更有效地利用气化炉内的辐射热量和传导热量，提升换热效率，提高布剂管203喷口处的氧化剂的温度，提高焦油脱除效率。

以下，基于上述实施例，对热解气在气化炉内的反应过程说明如下：

生物质原料经过热解段热解产生热解气，温度约为500℃，包括气态的挥发分和固态的半焦，二者由气化炉入口103进入炉体100内，其中，挥发分进入炉体100后在喉口区域101与由布剂管203喷入炉体100内的高温氧化剂进行旋流燃烧，将整个喉口区域101的温度升高至1000℃左右，可使大分子焦油裂解成小分子可燃气体，同时可为半焦的气化反应提供热量；半焦进入炉体100后落至炉排102，该区域的温度为700-900℃左右，半焦进行一系列气化反应而产生CO、H₂等可燃小分子气体，半焦在炉排102上气化完成后的灰渣通过出灰系统由气化炉出口104排出炉体100外。

本发明实施例还提供一种生物质气化系统，包括如上述实施例的内在换热式生物质气化炉。

在本实施例中，生物质原料由进料系统进入热解段，在热解段进行热解，热解得到的挥发分和半焦进入气化炉中，气化炉的喉口区域101由于通入了经过与气化炉换热后得到的高温氧化剂，喉口区域101的温度显著提高，从而气化炉的焦油脱除效率得到提高，达到低焦油燃气输出目的，同时，对气化炉内的辐射热量和传导热量有效地进行了利用，减少气化炉的热损失，提高了整个生物质气化系统的气化效率，且可以省去用于为喉口氧化剂加热的换热或加热设备，避免了热解气中的焦油在换热器中可能冷凝而造成换热器堵塞的风险，简化了整个生物质气化系统的复杂度，增加了可靠性，还减少了投资成本。

本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。