一种高效生物质高温气化炉
阅读说明：本技术 一种高效生物质高温气化炉 (High-efficient living beings high temperature gasification stove ) 是由 唐凤金 邢学想 杨珂 陈延林 程正中 杨巍巍 黄凯 杨钦 魏喆 黄俊超 刘波 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效生物质高温气化炉,整个气化炉炉体包括：气体滞留室、进料口、出气口和熔融物通道。本发明回收了壳体散失的热量从而提高了热效率,降低了能耗,尾气中合成气含量高、杂质少从而具有更高的热值及化学合成潜力,固废在熔融态实现了分层,使得其后续分离、回收率用更加简单、高效、环保。同时本气化炉运行成本低,原料适用范围广,废弃物排放量极低,应用前景广阔。(The invention discloses a high-efficiency biomass high-temperature gasification furnace, wherein the whole gasification furnace body comprises: a gas retention chamber, a feed inlet, a gas outlet, and a melt channel. The invention recovers the heat dissipated by the shell, thereby improving the thermal efficiency, reducing the energy consumption, having higher heat value and chemical synthesis potential due to high content of synthesis gas and less impurities in tail gas, and realizing layering of solid wastes in a molten state, so that the subsequent separation and recovery rate are simpler, more efficient and more environment-friendly. Meanwhile, the gasification furnace has low operation cost, wide raw material application range, extremely low waste discharge amount and wide application prospect.)
技术领域
本发明属于生物质气化技术领域，特别涉及一种高效的生物质高温气化炉。
背景技术
随着现代生活的发展，城市废弃物如生活垃圾、医疗垃圾、市政污泥等产生量日益增长。目前我国主要的处理方式为填埋与焚烧，其中填埋会占用大量的土地面积且会造成土地污染；垃圾焚烧消耗大量的氧气且不可避免地产生二噁英等二次污染物从而备受诟病。垃圾高温气化是一种新兴的产业技术，利用外加燃料产生的高温将垃圾熔融气化，避免了上述的缺点。
但传统目前已公布的高温气化炉在热量的回收利用、尾气的控制指标、固废的处理方式均存在诸多缺陷，如壳体散失的热量流失、尾气中合成气比例低、固废直接排出等。
发明内容
本发明的目的针对现有技术的缺陷，提供一种高效的生物质高温气化炉以改善背景技术中壳体散失的热量流失、尾气中合成气比例低、固废直接排出的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效生物质高温气化炉，整个气化炉炉体包括：气体滞留室、进料口、出气口和熔融物通道；
所述气体滞留室用于将生物质气化后产生的气体停留0.1～15s，充分裂解为CO与H2，再排出炉体；
所述进料口用于将生物质输入炉体，并进行高温气化；
所述出气口用于将生物质高温分解后产生的气体排出炉体；
所述熔融物通道用于将生物质高温分解后产生的熔融物经均质流动后排出炉体。
进一步的，进料口设置在气化炉炉体侧面，高度位于炉体从底面至炉体总高度的2％～70％处。
进一步的，气体滞留室位于进料口和出气口之间。
进一步的，进料口上侧和下侧的炉体上各均匀设置有一圈伸入炉体内的烧嘴。
进一步的，每圈烧嘴的数量为3～32个，优选的4～30个，更优选地5～20个。
进一步的，进料口上侧烧嘴的温度为500～2500℃，优选地700～2300℃，更优选地900～2100℃；进料口下侧烧嘴的温度为800～3000℃，优选地1000～2600℃，更优选地1200～2400℃。
进一步的，熔融物通道位于炉体底部，通道为水平或倾斜角度在1°～30°。
进一步的，熔融物通道上方均匀设置有伸入通道内的烧嘴。
进一步的，气化炉炉体的炉壁外侧设置有夹壁，炉壁和夹壁之间填充导热介质。
进一步的，导热介质为水、二氧化碳、空气或氮气。
本发明中夹壁将高温汽化炉全部包裹，通过水或蒸汽的形式将原本直接散失的热量回收利用，这些加热水或蒸汽可用于垃圾原料的烘干与加热等。
进料口上下各有一圈烧嘴，均匀设置在高温汽化炉的圆周上，每一圈由3～32个烧嘴组成，优选的4～30个，更优选地5～20个。通过进料口上下设置的烧嘴喷出的高温火焰将进料迅速熔化、气化。下部烧嘴温度为800～3000℃，优选地1000～2600℃，更优选地1200～2400℃。上部烧嘴温度为500～2500℃，优选地700～2300℃，更优选地900～2100℃，将下部烧嘴的上升气流再次加热，维持上部空间的高温、还原氛围。使进料中的有机物断链，在还原性氛围中转化为CO、H2、H2O与CO2，从而提高了合成气的含量。
通过设置气体滞留室，提高尾气的停留时间，使其中残留的有机质气体充分裂解为CO与H2，大幅提高了尾气中的合成气含量，也进一步降低了其中污染物的含量。上部空间的容积设置使尾气的平均平留时间为0.1～15s，优选地0.3～10s，更优选地0.5～6s。
熔融物通道与其烧嘴的设置使从高温汽化炉流出的熔融物能够在高温下有足够时间流动分层，使其中的矿物质、金属以及其他物质分层，最终可通过简单的物理分离而高效地回收利用。熔融物通道的长度使熔融物的平均停留时间为30～1800s，优选地60～1000s，更优选地150～600s。
与现有技术相比，本发明的有益效果：回收了壳体散失的热量从而提高了热效率，降低了能耗，尾气中合成气含量高、杂质少从而具有更高的热值及化学合成潜力，固废在熔融态实现了分层，使得其后续分离、回收率用更加简单、高效、环保。同时本气化炉运行成本低，原料适用范围广，废弃物排放量极低，应用前景广阔。以400t/d、热值为16.0MJ/kg的城市生活垃圾为例：
1、高温汽化炉夹壁的回收热功率可达12.5MW，综合利用后可大大节省能源消耗；
2、常规项目合成气(CO+H2)在气化炉出口气中体积分数为50％以下，采用本发明后，体积分数可达到70％以上；
3、以往常规项目的固体废弃物的全部应用价值在于建筑材料，采用本发明后，可从中回收2％～5％的金属，如铁、锌、锰、铜等，60％～80％的熔融物热塑性极佳、外观光滑有色泽、质地坚硬，可用作工艺品原材料，其余部分作为建筑材料。
附图说明
图1是本发明实施例高效高温汽化炉的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示的高效高温汽化炉，整个气化炉炉体包括：气体滞留室1、进料口2、出气口3和熔融物通道4。
进料口设置在气化炉炉体侧面，用于将生物质输入炉体，并进行高温气化。高度位于炉体从底面至炉体总高度的30％处，进料口上侧和下侧的炉体上各均匀设置有一圈伸入炉体内的烧嘴(5a、5b)，每圈烧嘴的数量为20个。进料口上侧烧嘴5a的温度为2000℃；进料口下侧烧嘴5b的温度为1800℃。
气体滞留室位于进料口和出气口之间，气体滞留室的容积能将生物质气化后产生的气体停留10s，充分裂解为CO与H2，再排出炉体。出气口用于将生物质高温分解后产生的气体排出炉体。
熔融物通道用于将生物质高温分解后产生的熔融物经均质流动后排出炉体，熔融物通道位于炉体底部，通道为倾斜角度在1°。熔融物通道上方均匀设置有伸入通道内的烧嘴6。熔融物通道的长度使熔融物的平均停留时间为1800s。
气化炉炉体的炉壁外侧设置有夹壁7，炉壁和夹壁之间填充水。
气化炉的运行过程为：将预处理好的废弃物连续投入进料口，在烧嘴的作用下发生熔融、气化，气体停留于气体滞留室后从出气口流入后处理工序；熔融物流入熔融物通道，在流动过程中发生分层后流出。烧嘴燃气为天然气与氧气，操作压力为0～0.05MPaG。
采用400t/d市政垃圾(成分分析见表1)进气化炉在优选操作条件下得到结果如表2所示。
表1市政垃圾分析数据
表2市政垃圾熔融气化产物
采用400t/d城市污泥(成分分析见表3)进气化炉在优选操作条件下得到结果如表4所示。
表3城市污泥分析数据
表4城市污泥熔融气化产物
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。