一种生物质高温气化装置
阅读说明：本技术 一种生物质高温气化装置 (Biomass high-temperature gasification device ) 是由 刘丹 李文涛 姜薇 张琬抒 刘少东 林彦宇 马永财 王汉羊 付晓明 于 2021-01-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物质高温气化装置,属于燃气制备技术领域,包括气化炉、保温组件、冷却组件和排气净化箱,其中气化炉包括进料腔、干燥腔、热解腔、还原腔和氧化腔,保温组件设置在进料腔和干燥腔外部,冷却组件设置在热解腔和还原腔外部,气化炉的外部螺旋安装有螺旋槽道,螺旋槽道上方连接保温组件,螺旋槽道下方连接冷却组件,冷却组件下方与排气净化箱相连通。本发明通过在气化炉外壁上设有保温组件和冷却组件,能够利用排出气体的余热促进气化炉中生物质的水分蒸发,提高气化反应的稳定性,同时能够将排出气体中含有的焦油组分冷凝后进行收集,提高了排出气体的洁净程度。(The invention discloses a biomass high-temperature gasification device, which belongs to the technical field of fuel gas preparation and comprises a gasification furnace, a heat insulation component, a cooling component and an exhaust purification box, wherein the gasification furnace comprises a feeding cavity, a drying cavity, a pyrolysis cavity, a reduction cavity and an oxidation cavity, the heat insulation component is arranged outside the feeding cavity and the drying cavity, the cooling component is arranged outside the pyrolysis cavity and the reduction cavity, a spiral channel is spirally arranged outside the gasification furnace, the heat insulation component is connected above the spiral channel, the cooling component is connected below the spiral channel, and the lower part of the cooling component is communicated with the exhaust purification box. According to the invention, the heat preservation assembly and the cooling assembly are arranged on the outer wall of the gasification furnace, so that the water evaporation of the biomass in the gasification furnace can be promoted by utilizing the waste heat of the exhaust gas, the stability of the gasification reaction is improved, and meanwhile, the tar component contained in the exhaust gas can be collected after being condensed, and the cleanness degree of the exhaust gas is improved.)
技术领域
本发明涉及燃气制备领域，具体是涉及一种生物质高温气化装置。
背景技术
中国是一个农业大国，每年有大量的农业废弃物如秸秆、玉米杆、稻壳、麦秸、椰壳、木材边角料等，还有一些废旧建筑模板，都可以通过生物质气化炉转化为可用的燃气。随着中国新农村建设工作的不断推进和对农村室内空气质量的逐渐重视，在农村地区加速推广高效低排放的生物质炉具已被提上议事日程，各地政府也相继出台了扶植和补贴政策，在农村加大了推广户用高效低排放生物质炉具的力度，户用型上吸式气化炉作为一种主要广泛使用的炉具，也迎来了良好的契机和广阔的空间。
生物质气化炉的工作过程分为四个阶段：干燥阶段、热解阶段、燃烧阶段和还原阶段，通过这四个阶段，可让生物质转化为需要的清洁可燃气体，也就是木煤气，木煤气的主要成分是氢气和一氧化碳，主要是通过不完全燃烧获得的。气化过程的四个阶段并没有清晰的界限，甚至几个过程会同时发生，当向下流动的生物质原料被流动的热气体烘干脱去水分后，进入裂解区后发生裂解反应，生成的焦炭进入还原区，与氧化区产生的热气体发生还原反应，在热解阶段中，生物质在热源的作用和缺氧条件下分解成木炭和各种液气混合物，二氧化碳和水分与极具活性的炙热木炭产生了化学反应，从而生成可燃的氢气和一氧化碳，最后还原区未消耗掉的焦炭进入氧化区后与入炉空气发生氧化反应。
在生物质气化炉的排气过程中，由于气体中会含有未完全燃烧的焦油组分，因此裹挟着燃烧热量的排出气体在经过管道向外排出时，气体中的焦油组分会在温度降低至两百度后冷凝聚集，造成管道和阀门阻塞，不仅容易导致气化炉损坏同时浪费了排出气体中包含的热量，降低了气化炉的转化效率。
因此，需要提供一种生物质高温气化装置，旨在解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的在于提供一种生物质高温气化装置，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生物质高温气化装置，包括气化炉、保温组件、冷却组件和排气净化箱，其中气化炉包括进料腔、干燥腔、热解腔、还原腔和氧化腔，进料腔、干燥腔、热解腔、还原腔和氧化腔从上到下依次设置，保温组件设置在进料腔和干燥腔外部，冷却组件设置在热解腔和还原腔外部，保温组件包括保温外壳、保温垫料和螺旋槽道一，冷却组件包括冷却外壳、散热鳍板、螺旋槽道二和换热棒，其中气化炉的外部螺旋安装有螺旋槽道一和螺旋槽道二，螺旋槽道一的尾部与螺旋槽道二顶部相连接，螺旋槽道一外部固定安装有保温外壳，螺旋槽道二外部固定安装有冷却外壳，保温外壳下方与冷却外壳焊接相连，保温外壳外部套装有保温垫料，冷却外壳外部设有若干散热鳍板和换热棒，冷却组件下方与排气净化箱相连通。
作为本发明进一步的方案，所述气化炉包括炉体、进风腔和排气管孔，进料腔侧边设有若干排气管孔，排气管孔开设在炉体上，气化炉通过排气管孔与保温组件相连通，进风腔设置在氧化腔下方，进风腔右侧连接有风泵。
作为本发明进一步的方案，所述螺旋槽道一和螺旋槽道二在炉体的外壁上螺旋设置，螺旋槽道一和螺旋槽道二的螺旋倾角介于30°～45°。
作为本发明进一步的方案，所述螺旋槽道一之间设有排气流道一，螺旋槽道二之间设有排气流道二，排气流道一与排气流道二相连通。
作为本发明进一步的方案，所述螺旋槽道二中部开设有若干漏孔，漏孔与地面垂直设置。
作为本发明进一步的方案，所述螺旋槽道二内部安装有换热棒，换热棒外侧设置在冷却外壳外部，换热棒的内侧固定安装在螺旋槽道二内部，漏孔设置在换热棒的间隙之间。
作为本发明进一步的方案，所述螺旋槽道二和炉体之间设有隔热垫料，螺旋槽道二通过隔热垫料固定连接在炉体的外壁上。
作为本发明进一步的方案，所述排气净化箱包括排气口、隔板和碱水溶液，其中排气净化箱底部灌装有碱水溶液，碱水溶液上方设有隔板，隔板设置在排气净化箱和碱水溶液的中部，隔板底部与排气净化箱设有间隙，排气净化箱右侧连接有排气口。
综上所述，本发明实施例与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过在气化炉外壁上设有保温组件和冷却组件，一方面能够利用排出气体的余热作用促进干燥腔中生物质的水分蒸发，提高气化反应的稳定性，另一方面通过冷却组件能够将排出气体中含有的焦油组分冷凝后收集，提高了排出气体的洁净程度，具有优良的净化能力。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为发明实施例的结构示意图。
图2为发明实施例中冷却组件的放大结构示意图。
图3为发明实施例的立体结构示意图。
图4为发明实施例中螺旋槽道二的侧面结构示意图。
图5为发明实施例中排气净化箱的结构示意图。
图6为发明实施例2的结构示意图。
附图标记：1-炉体、2-炉盖、3-螺纹齿、4-把手、5-进料腔、6-干燥腔、7-热解腔、8-还原腔、9-氧化腔、10-进风腔、11-风泵、12-排风口、13-排气管孔、14-保温外壳、15-导流壁、16-保温垫料、17-螺旋槽道一、18-排气流道一、19-冷却外壳、20-隔热垫料、21-散热鳍板、22-螺旋槽道二、23-换热棒、24-漏孔、25-排气流道二、26-底板、27-排气净化箱、28-排气口、29-隔板、30-碱水溶液、31-管口、32-封盖、33-螺纹、34-防烫把手。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
实施例1
参见图1～图5，一种生物质高温气化装置，包括气化炉、保温组件、冷却组件和排气净化箱27，其中气化炉包括炉体1、进料腔5、干燥腔6、热解腔7、还原腔8、氧化腔9、进风腔10和排气管孔13，炉体1上方设有炉盖2，炉盖2顶部安装有把手4，炉盖2通过螺纹齿3与炉体1旋转相接，进料腔5、干燥腔6、热解腔7、还原腔8和氧化腔9从上到下依次设置，进料腔5侧边设有若干排气管孔13，排气管孔13开设在炉体1上，气化炉通过排气管孔13与保温组件相连通，进风腔10设置在氧化腔9下方，进风腔10右侧连接有风泵11，保温组件设置在进料腔5和干燥腔6外部，冷却组件设置在热解腔7和还原腔8外部，保温组件包括保温外壳14、保温垫料16和螺旋槽道一17，冷却组件包括冷却外壳19、散热鳍板21、螺旋槽道二22和换热棒23，其中气化炉的外部螺旋安装有螺旋槽道一17和螺旋槽道二22，螺旋槽道一17的尾部与螺旋槽道二22顶部相连接，螺旋槽道一17外部固定安装有保温外壳14，螺旋槽道二22外部固定安装有冷却外壳19，保温外壳14下方与冷却外壳19焊接相连，保温外壳14外部套装有保温垫料16，冷却外壳19外部设有若干散热鳍板21和换热棒23，冷却组件下方与排气净化箱27相连通，螺旋槽道一17和螺旋槽道二22在炉体1的外壁上螺旋设置，螺旋槽道一17和螺旋槽道二22的螺旋倾角介于30°～45°。
螺旋槽道一17之间设有排气流道一18，螺旋槽道二22之间设有排气流道二25，排气流道一18与排气流道二25相连通，螺旋槽道二22中部开设有若干漏孔24，漏孔24与地面垂直设置，螺旋槽道二22内部安装有换热棒23，换热棒23外侧设置在冷却外壳19外部，换热棒23的内侧固定安装在螺旋槽道二22内部，漏孔24设置在换热棒23的间隙之间，螺旋槽道二22和炉体1之间设有隔热垫料20，螺旋槽道二22通过隔热垫料20固定连接在炉体1的外壁上。
排气净化箱27包括排气口28、隔板29和碱水溶液30，其中排气净化箱27底部灌装有碱水溶液30，碱水溶液30上方设有隔板29，隔板29设置在排气净化箱27和碱水溶液30的中部，隔板29底部与排气净化箱27设有间隙，排气净化箱27右侧连接有排气口28。
本发明的工作原理是：当需要使用该生物质高温气化装置时，首先打开上方的炉盖2后向炉体1中添加待氧化还原的生物质原料，然后关闭炉盖2并点燃炉体1中的生物质燃料，通过炉体1下方的风泵11持续向进风腔10中泵入空气，提高氧化腔9中的反应速率，向下流动的生物质原料被向上流动的热气体在干燥腔6中烘干脱去水分，接着干燥的生物质进入热解腔7后吸热发生裂解反应，析出挥发成分，随即生成的焦炭进入下方的还原腔8，与氧化腔9产生的热气体发生还原反应，生成一氧化碳和氢气等可燃气体，还原区未消耗掉的焦炭进入下方的氧化腔9，与入炉空气发生氧化反应，灰分则落入进风腔10中，在进行氧化还原的反应中，氧化腔9温度最高可达1000°以上，为整个气化炉的反应提供所需的热量，热量通过向上流动的热气体依次传递，并在干燥腔6、热解腔7、还原腔8和氧化腔9中生成混合气体，气体中包含焦油、一氧化碳和氢气以及其他组分，生成的气体到达炉体1顶部后从排气管孔13中逸出，并进入到炉体1外侧的保温层中，气体在导流壁15的导流作用下开始沿着排气流道一18向下排出，由于保温外壳14外壁上套装有保温垫料16，因此气体中裹挟的热量持续对进料腔5和干燥腔6进行加热保温，能够有效利用余热将生物质表面的水分蒸发，使生物质形成的燃料颗粒粒度较好，不易形成阻滞流动的架桥，使气化反应的稳定性更强，当气体经过排气流道一18持续向下流动后，气体从排气流道一18中进入到排气流道二25中，由于冷区组件中螺旋槽道二22内部插装有换热棒23，且冷却外壳19的外壁上安装有若干的散热鳍板21，因此气体的温度开始快速下降，当气体温度低于200度时，气体中包含的焦油成分开始冷凝，冷凝后的焦油组分吸附在螺旋槽道二22表面，并且由于焦油处于液态，因此汇聚的焦油液滴在倾斜的螺旋槽道二22表面上流淌，并穿过螺旋槽道二22上的漏孔24向下滴落，最终滴落到底板26上后流入排气净化箱27中，此时气体中包含的一氧化碳和氢气快速穿过排气净化箱27后从右侧的排气口28排出，而液化的焦油留存在排气净化箱27内。
该实施例的优点在于，通过在气化炉外壁上设有保温组件和冷却组件，一方面能够利用排出气体的余热作用促进干燥腔6中生物质的水分蒸发，另一方面通过冷却组件能够将排出气体中含有的焦油组分冷凝后收集，提高排出气体的洁净程度，减少焦油将管路和阀门阻塞的可能性，并减少焦油不完全燃烧产生毒害气体的可能性。
实施例2
请参阅图6，一种生物质高温气化装置，其主体结构与实施例1相同，对炉盖2做出了改进，在炉盖2上方加装有管口31、封盖32、螺纹33和防烫把手34，其中管口31固定安装在炉盖2上方，管口31上方设有封盖32，封盖32通过螺纹33与管口31转动相接，封盖32上方安装有防烫把手24。
本发明的工作原理是：当生物质在气化炉中发生裂解反应时，由于生物质原料的堆积密度和自身的长纤维状结构引起的流动性差会导致炉内架桥现象的发生，很容易出现局部过烧或局部死火，形成孔洞并扩大成穿孔，严重破坏炉内气化反应的稳定性，如果直接揭开炉盖进行桶料，不仅会造成产气的终止，同时会导致大量烟雾的形成，当炉内发生架桥后，可将炉盖2上方的封盖32旋开后通过插杆进行捅料，将架桥的生物质燃料捅平，促使反应正常进行。
该实施例的优点在于，当气化炉内发生架桥状态时，能够通过顶部的管口31将插杆插入到气化炉内进行操作，避免了直接开启气化炉上盖后引起的产气失效。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“底部”、“右侧”、“顶部”、“上”、“一侧”、“内”、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。
此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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