一种集成式生物质气化燃烧系统及其工作方法

本发明属于生物质气化，具体涉及一种集成式生物质气化燃烧系统及其工作方法。

背景技术：

1、生物质气化是指将经过简单破碎后的生物质送入气化炉中，在气化剂的作用下发生氧化、热解、还原、重整反应，生成co、ch4和h2等可燃性气体的过程。生物质气化可以将低品位的固体燃料转化为高品位的清洁气体燃料，具有广泛的应用价值。

2、现阶段生物质气化技术面临着焦油问题严重、产品气热值低等问题，限制了生物质气化技术的大规模推广和应用。现有生物质气化燃烧系统多为生物质气化炉和燃烧锅炉两种不同设备的组合，占地面积大，且连接管路较长，容易造成焦油的冷凝堵塞。生物质炭和生物质燃气所蕴含的显热在运行过程中耗散到了空气中，造成了能量的浪费。

技术实现思路

1、为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种集成式生物质气化燃烧系统及其工作方法，系统的结构紧凑，能够有效减少焦油对于系统的危害，降低污染物和颗粒物的排放，同时回收烟气和生物质炭中的显热，提高系统的热效率。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开的一种集成式生物质气化燃烧系统，包括气化炉、旋风分离器、燃烧器、炉膛和换热器；

4、气化炉顶部设有料斗，上部设有均料装置，底部设有排炭口；炉膛、燃烧器和旋风分离器由上至下依次设置在气化炉内部，炉膛、燃烧器和旋风分离器的外壁与气化炉内壁之间形成生物质环形通道；炉膛上端连接有烟气管道，燃烧器进口与旋风分离器的中心筒出口连通；换热器设在炉膛内部；燃烧器连接有送风管，送风管穿过旋风分离器和气化炉底段与外部气源连接；旋风分离器上部环向开设有若干与气化炉中段连通的燃气口，旋风分离器底部开设有出灰口；气化炉的上部和下部分别设有上布风管和下布风管。

5、优选地，料斗的截面为上宽下窄的直角梯形，倾斜面的角度为30°～60°，料斗上设置有仓门。

6、优选地，气化炉下部的外径尺寸小于上部，且气化炉上部与下部的连接处为圆弧过渡段，圆弧过渡段设在气化炉总高度的1/2～3/5处。

7、优选地，上布风管和下布风管均为环形管，上布风管和下布风管环向均布有4～8个布风孔，布风孔处设置有多孔圆板；上布风管与下布风管的进气量之比为0～1.5。

8、优选地，燃气口的数量为4～8个，且环向均布；燃气口设置有多孔圆板。

9、优选地，气化炉底部和旋风分离器底部均为渐缩结构，排炭口与出灰口倾斜设置，倾斜角度与气化炉底部的形状匹配，且排炭口与出灰口朝向相反。

10、优选地，烟气管道连接有空气预热器，空气预热器上开设有冷风进口和热风出口，冷风进口与热风出口之间迂回设置有换热管路；热风出口分别与上布风管和下布风管连接。

11、优选地，上布风管和下布风管连接有预混室，预混室与烟气管道连接，烟气管道上设有烟气引风机，预混室连接有空气引风机；排炭口与出灰口朝向相同。

12、优选地，气化炉连接有电机，气化炉内壁设有螺旋下倾式的挡板。

13、本发明公开的上述集成式生物质气化燃烧系统的工作方法，包括

14、生物质原料由料斗喂入气化炉，在均料装置的作用下，均匀平铺在气化炉顶部；随着气化反应的进行，生物质原料逐渐下行，直至落入气化炉的底部，由排炭口排出；预热后的气化剂分别由上布风管和下布风管进入气化炉，与生物质原料发生反应，产生的合成气经燃气口进入旋风分离器；生物质原料氧化产生的热量和生物质炭携带的余热通过壁面传热传递到旋风分离器内部；旋风分离器分离出的固体由出灰口排出，合成气进入燃烧器燃烧，产生的烟气由烟气管道排出；送风管内的空气吸收气化炉底段生物质炭层和旋风分离器内高温生物质燃气的热量后送入燃烧器；换热器吸收炉膛内的热量，对外输出高温蒸汽。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

16、本发明公开的一种集成式生物质气化燃烧系统，利用生物质气化炉包裹燃烧器和炉膛，气化炉内的生物质充当了炉膛的保温材料，生物质燃气燃烧耗散的热量被利用到生物质的烘干、热解过程中，实现了生物质气化燃烧系统热效率的提高，增大了系统生物质的处理量。燃烧器和炉膛设置在气化炉内，合成气从气化炉内排出后进入到燃烧器和炉膛，无需额外设置输气管道，生物质气化炉氧化反应产生的热量也会通过间壁传热使得旋风分离器内部温度升高，减少了合成气输送过程中显热的耗损，并避免了因合成气温度下降而造成的焦油冷凝、堵塞等问题；而且焦油以气态的形式进入到炉膛中可以实现更加充分地燃烧，避免了因焦油冷凝而造成的生物质能量的浪费，提高了生物质气化燃烧系统的能量利用效率。送风管从气化炉底部和旋风分离器中间穿过，依次经过高温的生物质炭和合成气，使得送风温度升高，可以增加合成气的稳燃范围，使得合成气在低负荷下也可稳定燃烧；并且也能提高正常负荷下燃烧室的温度。气化炉采用中吸式结构，气化炉的上部和下部分别通过上布风管和下布风管通入气化剂，保留了下吸式气化炉工作稳定性好、可随时进料、原料适应性好、焦油含量低、燃气温度高的优点，同时回收了部分生物质炭的显热，提高了气化炉内的温度，进而提高了气化效率。另外，包裹性的设计使得生物质气化燃烧系统集成化水平提高，整体结构紧凑，占地面积减少，适合于小型化、分布式生物质能源供热使用，可以推动区域生物质能源的综合利用。

17、进一步地，料斗的截面为上宽下窄的直角梯形，能够使生物质原料在重力的作用下实现一定程度的料封，一侧垂直的设计则避免了大块生物质堆积挤压形成“拱桥”，不会出现中空、不下料的问题。料斗上设置有仓门，保证了气化炉的气密性。

18、进一步地，气化炉下部的外径尺寸小于上部，能够适应生物质随着气化过程体积逐渐减小的过程，避免因生物质体积缩减造成的生物质原料快速下落，进而影响生物质气化的连续进程。气化炉上部与下部的连接处为圆弧过渡，避免了原料的堆积、堵塞，可以实现气化炉内原料的均匀、稳定下落，提高气化炉的稳定性。

19、进一步地，上布风管和下布风管均为环形管，环向均布有4～8个布风孔，布风孔设置有多孔圆板，能够使气化剂在气化炉内均匀分布，气化炉内的气化过程更加均匀、稳定，提高了气化炉的连续运行能力。

20、进一步地，燃气口的数量为4～8个，燃气口设置有多孔圆板，能够使生物质燃气均匀通过，同时可过滤避免大体积生物质炭颗粒。

21、进一步地，气化炉底部和旋风分离器底部均为渐缩结构，排炭口与出灰口倾斜设置，倾斜角度与气化炉底部的形状匹配，能够使生物质炭和飞灰更加方便的排出；排炭口与出灰口朝向相反，有利于生物质炭和飞灰的分别回收。

22、进一步地，系统设置有空气预热器，将烟气与冷的气化剂换热，可以实现烟气余热的回收利用，预热后的气化剂从气化炉的顶部的上布风管送入气化炉，高温度的气化剂可以更好的实现原料的干燥，经下布风管送入的气化剂可回收部分生物质炭的显热，使得气化剂温度进一步升高，提高气化炉内的温度。

23、进一步地，上布风管和下布风管连接有预混室，将烟气和空气按照比例混合后直接送入气化炉内，实现生物质的co2和h2o的协同气化，进一步提高生物质的利用效率；该过程中生物炭产出减少或不产出生物炭，因此排炭口和出灰口可同向布置，减少体积，使系统结构更加紧凑。

24、进一步地，气化炉连接有电机，气化炉内壁设有螺旋下倾式的挡板，能够使生物质原料在气化炉内分布均匀，并能实现更加稳定连续的下料，提高了生物质气化炉的连续平稳运行能力和生物质原料的处理速率，也增加了生物质燃气的生产速率，使得整个生物质气化燃烧系统的单位能量输出增加，对外供热能力提高。

25、本发明公开的上述集成式生物质气化燃烧系统的工作方法，入炉燃气几乎无焦油，设备的维护成本低、寿命长；热量损耗小，热效率和生物质能源的利用效率高，适用于区域性生物质能源供热。