专利名称：窑炉用生物质颗粒气化工艺方法
技术领域：
本发明涉及生物质物料气化制取燃气技术领域，尤其是一种将生物质固态物料经过碳化或者焦化的气化工艺制取燃气，并对气化生成的可燃气体经行净化处理的工艺方法。
背景技术：
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，生物质资源丰富和世界各地对新能源的迫胁需求，使生物质资源的开发成为近年来新能源建设的一个热门课题。为了使可再生的生物质资源得到充分利用，并减少环境污染，对生物质资源的利用主要是将生物质原料气化生成可燃气体来替代传统的天然气，以获得清洁能源，生物质 气化技术对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。生物质气化技术是将生物质在缺氧状态下加热裂解气化，使碳、氢、氧等元素转变成一氧化碳、甲烷、氢气等可燃性气体，除去灰分、焦油、液体等杂质后获得使用方便、清洁的燃气。现有的生物质气化设备如“柴草桔杆气化炉”(专利公告号为CN2591040Y，公告日为2003年12月10日)，该炉包括有倒锥形炉膛、炉箅、灰仓、炉膛进风口、进气匀压室、燃气的集气室和净化器，所述炉膛的侧面与外界之间由夹层结构的气室所隔离，所述净化器由套管冷凝器和排管冷凝器串联后装在水箱内构成。现有的生物质气化方法是使用这类气化炉对木材、草或庄稼桔杆直接气化，其生成的可燃气中焦油含量较高，为避免结焦现象产生，必须控制气化温度在较低范围内，能源转换率低，获得的可燃气热值较低(燃气热值为2800千卡/千克左右)，且焦油含量高(焦油含量大于2%)，净化效果不够理想，出气不均匀，难以进行工业上的应用，尤其是难以满足窑炉等需要稳定的、足量的洁净能源的工业化设备的生产需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，这种气化工艺方法可以解决现有生物质气化技术中存在的焦油含量高，能源转换率低，燃气热值较低，净化效果不够理想，出气不均匀的问题。为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是这种窑炉用生物质颗粒气化工艺方法包括有以下步骤
A、备料将秸杆、木糠和刨花粉碎混合，烘干后压制成生物质颗粒；
B、制气将生物质颗粒按一定重量加入生物质燃气制气炉进行热化裂解反应，控制炉内燃烧温度在900 1200°C，产生混合燃气，燃气出口的温度控制在350 550°C ；
C、喷淋采用喷淋旋风室对出炉的所述混合燃气进行喷淋，除去大部分焦油和灰分，喷淋后的燃气温度控制在200°C以下；
D、冷却经喷淋后的燃气进入净化器，进行换热实现净化器出口燃气温度在100°C以
下；
E、旋风分离冷却后的燃气进入旋风室，在旋风分离的作用下，将燃气中的焦油和灰分分离出来；
F、调压分离旋风分离后的燃气进入分离器中，在分离器的冷凝作用下进一步分离成洁净燃气和液态渣，控制输出的所述洁净燃气温度在20 25°C。上述窑炉用生物质颗粒气化工艺方法中，更具体的技术方案还可以是所述生物质燃气制气炉有一个由炉壳、倒锥形的筒体和炉篦围成的炉膛的炉体，所述炉膛下方设置有灰仓，所述炉体的顶部设置有进料口，所述进料口处安装有电动进料阀，所述电动进料阀连接有料斗，所述电动进料阀的下方设置有电动闸阀；所述灰仓内置有螺旋杆，所述螺栓杆与设置于所述炉体外部的动力机相连接，所述灰仓的底部设有排渣口，所述灰仓的壁体上开设有与外部相连通的点火口 ；所述炉体的出气口和所述净化器的进气口之间通过连接管连通有喷淋旋风室，所述喷淋旋风室的上部设有冷却液的喷头，所述喷淋旋风室外围设有水冷室，所述喷淋旋风室底部设有排液口 ；所述净化器的出气口通过连接管连接有旋风室， 所述旋风室底部设有排液口 ；所述旋风室通过连接管连接有由金属网和制冷管装在封闭的外壳内构成的分离器，所述制冷管与置于所述分离器外的压缩机相连通，所述外壳设置有出气口和排液口，该出气口连接有燃气输出管。所述炉膛的上部为圆筒状，所述炉膛的下部为倒锥形的筒体，所述筒体的高度与所述炉膛的高度的比例为I. 25 3 :10，所述筒体的筒底内径与所述炉膛上部内径的比例为3. 75 6. 65 10 ;所述炉膛进风口为开设于所述筒体上的孔径为I 3厘米的圆孔，所述筒体上开设有8个以上的所述圆孔，所述炉膛进风口高于所述炉篦的高度H为10 20厘米；所述净化器内设有气室，所述气室具有上气室和下气室，所述上气室和所述下气室之间连接有多根倾斜的冷凝管。所述生物质颗粒直径为8 12毫米，长度为20 30毫米，密度为I I. 3吨/立方米。由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果
I、将制气原料压制成生物质颗粒，有利于减少灰分，使原料能够更充分地热化裂解，一次性加入炉内的原料密度增加，可提高产气量和生产效率，原料定量加入炉内，可使出气均匀；炉内燃烧温度在900 1200°C，燃气出口的温度控制在350 550°C，可提高生物质颗粒的装换率，从而大幅度降低焦油含量，焦油含量仅为0. 05 1%，并提高燃气的热值达4300 4700千卡/千克；对出炉的混合燃气喷淋旋风，控制喷淋后的燃气温度在200°C以下，可避免产生结焦现象；燃气进入净化器通过冷却水或风吹进行热交换，可降低燃气温度，大量吸出焦油等灰分；燃气进入旋风室，可通过旋风分离作用进一步分离燃气中的灰分；燃气进入调压分离室，通过调压制冷，使焦油、水蒸气等灰分液化生成液态渣排出，使气、油、水分离，从而得到高洁净度的燃气。2、设置筒体的高度与炉膛的高度的比例为I. 25 3 :10，筒体的筒底内径与炉膛上部内径的比例为3. 75 6. 65 10 ;筒体上开设有8个以上的孔径为I 3厘米的炉膛进风口，炉膛进风口高于炉篦的高度H为10 20厘米，可进一步改善炉内的燃烧条件，使生物质燃料得到充分热化裂解，气化转换率高，灰渣量少，低焦油含量，可生产出洁净、热值高的燃气；在净化器内设置多根斜排管，排管长度增加，可增大燃气与排管的接触面积，有利于进一步吸出焦油，提高净化程度。
图I是本发明所使用的生物质颗粒气化发生器的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图实施例对本发明作进一步详述
图I所示的窑炉用生物质颗粒气化发生器由生物质燃气制气炉，喷淋旋风室20，净化器，旋风室32和分离器五大部分组成。实施例I
生物质燃气制气炉有一个由炉壳11、倒锥形的筒体9和炉篦7围成的炉膛12的炉体，炉体的炉壳11由隔热材料制成，炉壳11固定安装于底座I上，炉壳11内设有中间装有炉篦7的隔板6，隔板6的下方为灰仓4，灰仓4的底部设置有排渣口，排洛口置于水封池池52内，灰仓4内置有螺旋杆3,螺旋杆3与炉体外的动力机相连接，实施例中的动力机米用由电动执行器2驱动的发动机；灰仓4的壁体上开设有与外部相连通的处于水封池池52的水密封范围内的点火口 51 ;隔板6的上方有一个倒锥形的筒体9连接在隔板6与炉壳11之间， 筒体9与隔板6、炉壳11之间围成进气勻压室47,该室的炉壳11上的装有鼓风管5 ;炉壳11的顶部封闭，炉壳11、筒体9和炉篦7围成炉膛12，炉体的上部设有连通炉膛12的出气口，炉膛12的上部为圆筒状，在筒体9上于炉篦7上方开设有炉膛进风口 8，炉膛进风口 8为均匀设置在筒体9上的圆孔；炉体的炉壳11顶部设置有进料口 13，该进料口 13处安装有电动进料阀16，电动进料阀16上端连接有料斗17，料斗17的出料口与电动进料阀16的阀口相连通，在电动进料阀16的下方设置有由阀门电动执行器14控制的闸阀15，本实施例的电动闸阀采用DZW闸阀，其它实施例可以采用其它型号的电动闸阀；在筒体9下部的外壁上设置有测量燃烧温度的温度传感器50，在炉壳11上于靠近筒体9上方的位置处设置有用于测量炉膛12内原料温度的温度传感器10 ;炉膛12的上部的出气口通过出气管19与喷淋旋风室20相连通，在出气管19上安装有测量炉体出气温度的温度传感器18。喷淋旋风室20的上部开设有进气口，炉体的出气管19连接至该进气口，喷淋旋风室20的上部设置有冷却液的喷头21，喷头21的喷嘴位于所述进气口的上方，喷淋旋风室20的底部设有排液口，排液口置于水封池池47内，喷淋旋风室20的腔室朝排液口方向逐渐缩小；为加快降温速度，在喷淋旋风室20外围设有水冷室48 ;在喷淋旋风室20的顶部设有出气口，该出气口通过连接管23与净化器的进气口相连通，连接管23上安装有温度传感器22。净化器由两级套管冷凝器和排管冷凝器装在水箱44内构成，水箱44上设有进水口 29和出水口 46。第一级套管冷凝器的大管24的顶部封闭，其底部设有排液口，排液口置于水封池池42内，连接管23经净化器的进气口伸入大管24内，大管24的顶部设有出气口，该口与连接管25连接；该连接管25伸入第二级套管冷凝器的大管26内，大管26的顶部封闭，其底部设有排液口，排液口置于水封池池45内，连接管25伸入大管26内，大管26的顶部设有出气口，该口与连接管27连接；连接管27与排管冷凝器上气室28的进气口连通，该室通过多根倾斜的冷凝管42与下气室43连通，下气室43设有出气口与连接管30连接，连接管30经净化器的出气口伸出水箱44的外部，下气室43的下端设有排液口，该排液口置于水封池池45内。其它实施例中，可根据需要设计多级套管冷凝器。旋风室32为倒锥形结构，旋风室32的顶部封闭，其底部开设有排液口，排液口置于水封池池41内，连接管30与设于旋风室32上部的进气口相连接，在该进气口处的连接管30上安装有温度传感器31 ;旋风室32的顶部设有出气口，连接管33的一端从该出气口伸入旋风室32内，另一端连接至分离器的进气口。分离器具有设置于外壳34内的金属网37和若干制冷管39，制冷管39与置于分离器外的压缩机38相连通,该外壳34的下部设有排液口，排液口置于水封池池40内，外壳34的顶部设有出气口，该出气口与燃气输出管36连接，燃气输出管36伸出外壳34外部，燃气输出管36上安装有测量输出燃气的温度传感器35。本发生器中的进料电动阀16、电动闸阀、各温度传感器等电控部件均由控制器电连接控制，其中，炉膛12的外壁和炉体的出气口设置的温度传感器10、50与控制进料和控制进风的控制器的控制信号端相连接。实施例I
将秸杆、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后经生物质颗粒机进行压制造粒制成直径为8毫米、长度为20毫米、密度为I吨/立方米的生物质颗粒。将生物质颗粒·放入料斗17内，通过电动减料阀16以50千克/小时的速度加入炉体内。本实施例中炉体的炉膛12的高度为2米，炉膛12上部的内径为0. 8米，筒体9的高度为0. 6米，筒底的内径为0. 3米，在筒体9上于炉篦7上方高度H为10厘米处开设有炉膛进风口 8，炉膛进风口 8为均匀设置在筒体9上的10个孔径为I厘米的圆孔。由点火口 51点火引燃后，水密封灰仓4的排渣口和点火口 51，调节鼓风机的鼓风量，由温度传感器50测量炉内的燃烧温度，使炉内的燃烧温度达到900°C，生物质颗粒在炉膛12下部燃烧裂解，产生带有雾状焦油和水蒸气等灰分的混合燃气上升至炉膛12上部，从出气管19进入喷淋旋风室20内，调节鼓风量和进料量使出气管19的燃气温度达到350°C。喷头21对进入的燃气进行连续喷洒冷却液，混合燃气在腔室内螺旋向下进行初步分离和降温，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47内，燃气则上升从出气口经连接管23进入净化器内；调节喷淋速度，使连接管23处的燃气温度达到190°C。燃气进入净化器后，经过两级套管冷凝器和排管冷凝器继续吸出部分焦油和水，焦油从排液口排到水封池45内，净化分离的燃气从连接管30进入旋风室32内；调节水箱44的冷却水流速，使进入连接管30的燃气温度达到85°C。从连接管30进入的燃气在旋风室32内螺旋转动，达到再次分离焦油等灰分的目的，分离出的焦油从排液口排到水封池41内，分离后的气体经连接管33进入分离器34内，燃气内含有的少量焦油和水气被冷却液化形成液态渣从排液口排到水封池40内；调节压缩机，控制燃气输出管36的燃气温度在20°C，经过多次净化的燃气则从燃气输出管36输出供窑炉使用。经检测(使用燃气焦油含量低于50毫克/标准立方米的行业标准，达到了城市煤气的技术指标)，产气量为400立方米，焦油析出含量为1%，燃气热值为4300千卡/千克，达到了陶瓷窑炉使用液化气或天然气燃烧器喷枪使用要求效果。实施例2
将秸杆、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后经生物质颗粒机进行压制造粒制成直径为10毫米、长度为25毫米、密度为I. 2吨/立方米的生物质颗粒。将生物质颗粒放入料斗17内，通过电动减料阀16以500千克/小时的速度加入炉体内。本实施例中炉体的炉膛12的高度为8米，炉膛12上部的内径为2米，筒体9的高度为I米，筒底的内径为I米，在筒体9上于炉篦7上方高度H为15厘米处开设有炉膛进风口 8，炉膛进风口 8为均匀设置在筒体9上的16个孔径为2厘米的圆孔。由点火口 51点火引燃后，水密封灰仓4的排渣口和点火口 51，调节鼓风机的鼓风量，由温度传感器50测量炉内的燃烧温度，使炉内的燃烧温度达到1100°C，生物质颗粒在炉膛12下部燃烧裂解，产生带有雾状焦油和水蒸气等灰分的混合燃气上升至炉膛12上部，从出气管19进入喷淋旋风室20内，调节鼓风量和进料量使出气管19的燃气温度达到450°C。喷头21对进入的燃气进行连续喷洒冷却液，混合燃气在腔室内螺旋向下进行初步分离和降温，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47内，燃气则上升从出气口经连接管23进入净化器内；调节喷淋速度，使连接管23处的燃气温度达到180°C。燃气进入净化器后，经过两级套管冷凝器和排管冷凝器继续吸出部分焦油和水，焦油从排液口排到水封池45内，净化分离的燃气从连接管30进入旋风室32内；调节水箱44的冷却水流速，使进入连接管30的燃气温度达到80°C。从连接管30进入的燃气在旋风室32内螺旋转动，达到再次分离焦油等灰分的目的，分离出的焦油从排液口排到水封池41内，分离后的气体经连接管33进入分离器34内，燃气内含有的少量焦油和水气被冷却液化形成液态渣从排液口排到水封池40内；调节压缩机，控制燃气输出管36的燃气温度在22°C，经过多次净化的燃气则从燃气输出管36输出供窑炉使用。经
检测(使用燃气焦油含量低于50毫克/标准立方米的行业标准，达到了城市煤气的技术指标)，产气量为2000立方米，焦油析出含量为O. 07%,燃气热值为4600千卡/千克，达到了陶瓷窑炉使用液化气或天然气燃烧器喷枪使用要求效果。 实施例3
将秸杆、木糠和刨花粉碎混合，烘干至含水量小于14%后经生物质颗粒机进行压制造粒制成直径为12毫米、长度为30毫米、密度为I. 3吨/立方米的生物质颗粒。将生物质颗粒放入料斗17内，通过电动减料阀16以1000千克/小时的速度加入炉体内。本实施例中炉体的炉膛12的高度为12米，炉膛12上部的内径为3米，筒体9的高度为2米，筒底的内径为2米，在筒体9上于炉篦7上方高度H为20厘米处开设有炉膛进风口 8，炉膛进风口 8为均匀设置在筒体9上的20个孔径为5厘米的圆孔。由点火口 51点火引燃后，水密封灰仓4的排渣口和点火口 51，调节鼓风机的鼓风量，由温度传感器50测量炉内的燃烧温度，使炉内的燃烧温度达到1200°C，生物质颗粒在炉膛12下部燃烧裂解，产生带有雾状焦油和水蒸气等灰分的混合燃气上升至炉膛12上部，从出气管19进入喷淋旋风室20内，调节鼓风量和进料量使出气管19的燃气温度达到550°C。喷头21对进入的燃气进行连续喷洒冷却液，混合燃气在腔室内螺旋向下进行初步分离和降温，除去一大部分焦油和灰分并由排液口排到水封池47内，燃气则上升从出气口经连接管23进入净化器内；调节喷淋速度，使连接管23处的燃气温度达到180°C。燃气进入净化器后，经过两级套管冷凝器和排管冷凝器继续吸出部分焦油和水，焦油从排液口排到水封池45内，净化分离的燃气从连接管30进入旋风室32内；调节水箱44的冷却水流速，使进入连接管30的燃气温度达到80°C。从连接管30进入的燃气在旋风室32内螺旋转动，达到再次分离焦油等灰分的目的，分离出的焦油从排液口排到水封池41内，分离后的气体经连接管33进入分离器34内，燃气内含有的少量焦油和水气被冷却液化形成液态渣从排液口排到水封池40内；调节压缩机，控制燃气输出管36的燃气温度在25°C，经过多次净化的燃气则从燃气输出管36输出供窑炉使用。经检测(使用燃气焦油含量低于50毫克/标准立方米的行业标准，达到了城市煤气的技术指标)，产气量为4000立方米，焦油析出含量为O. 05%,燃气热值为4700千卡/千克，达到了陶瓷窑炉使用液化气或天然气燃烧器喷枪使用要求效果。
权利要求
1.一种窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，其特征在于包括有以下步骤 A、备料将秸杆、木糠和刨花粉碎混合，烘干后压制成生物质颗粒； B、制气将生物质颗粒按一定重量加入生物质燃气制气炉进行热化裂解反应，控制炉内燃烧温度在900 1200°C，产生混合燃气，燃气出口的温度控制在350 550°C ； C、喷淋采用喷淋旋风室对出炉的所述混合燃气进行喷淋，除去大部分焦油和灰分，喷淋后的燃气温度控制在200°C以下； D、冷却经喷淋后的燃气进入净化器，进行换热实现净化器出口燃气温度在100°C以下； E、旋风分离冷却后的燃气进入旋风室，在旋风分离的作用下，将燃气中的焦油和灰分分离出来； F、调压分离旋风分离后的燃气进入分离器中，在分离器的冷凝作用下进一步分离成洁净燃气和液态渣，控制输出的所述洁净燃气温度在20 25°C。
2.根据权利要求I所述的窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，其特征在于所述生物质燃气制气炉有一个由炉壳、倒锥形的筒体和炉篦围成的炉膛的炉体，所述炉膛下方设置有灰仓，所述炉体的顶部设置有进料口，所述进料口处安装有电动进料阀，所述电动进料阀连接有料斗，所述电动进料阀的下方设置有电动闸阀；所述灰仓内置有螺旋杆，所述螺栓杆与设置于所述炉体外部的动力机相连接，所述灰仓的底部设有排渣口，所述灰仓的壁体上开设有与外部相连通的点火口 ；所述炉体的出气口和所述净化器的进气口之间通过连接管连通有喷淋旋风室，所述喷淋旋风室的上部设有冷却液的喷头，所述喷淋旋风室外围设有水冷室，所述喷淋旋风室底部设有排液口 ；所述净化器的出气口通过连接管连接有旋风室，所述旋风室底部设有排液口 ；所述旋风室通过连接管连接有由金属网和制冷管装在封闭的外壳内构成的分离器，所述制冷管与置于所述分离器外的压缩机相连通，所述外壳设置有出气口和排液口，该出气口连接有燃气输出管。
3.根据权利要求2所述的窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，其特征在于所述炉膛的上部为圆筒状，所述炉膛的下部为倒锥形的筒体，所述筒体的高度与所述炉膛的高度的比例为I. 25 3 :10，所述筒体的筒底内径与所述炉膛上部内径的比例为3. 75 6. 65 :10 ;所述炉膛进风口为开设于所述筒体上的孔径为I 3厘米的圆孔，所述筒体上开设有8个以上的所述圆孔，所述炉膛进风口高于所述炉篦的高度H为10 20厘米；所述净化器内设有气室，所述气室具有上气室和下气室，所述上气室和所述下气室之间连接有多根倾斜的冷凝管。
4.根据权利要求I所述的窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，其特征在于所述生物质颗粒直径为8 12毫米，长度为20 30毫米，密度为I I. 3吨/立方米。
全文摘要
本发明公开了一种窑炉用生物质颗粒气化工艺方法，该方法包括以下步骤将木糠和刨花粉碎压制成生物质颗粒；将生物质颗粒按一定重量加入生物质燃气制气炉进行热化裂解反应，控制炉内燃烧温度在900～1200℃，产生混合燃气，对出炉的混合燃气进行喷淋，经喷淋后的燃气进入净化器进行热交换，冷却后的燃气进入旋风室，在旋风分离的作用下，将燃气中的灰分分离出来，旋风分离后的燃气进入分离器中，在分离器的冷凝作用下进一步分离成洁净燃气和液态渣，控制输出的所述洁净燃气温度在20～25℃。本发明相比较于现有技术，其能源转换率高，燃气热值高，净化效果好，焦油含量低，产气量大，出气均匀。
文档编号C10J3/20GK102703123SQ20121022004
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者韦泉, 韦科华 申请人:柳州新绿能源科技有限公司