专利名称：两段式生物质旋风高温热解气化炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及到生物质气化炉，具体为两段式生物质旋风高温热解气化炉。
背景技术：
在生物质能源的利用技术中，生物质热解气化技术是一种通过热化学反应将固态生物质转换为气体燃料的过程，其气体产物既可以用于发电、供气，也可以用于集中供热。 但是传统的气化技术存在着燃气中焦油含量高、废水难于处理等问题，特别是焦油含量高更是目前生物质气化技术面临的主要问题。由于现有的生物质气化技术采用使部分生物质物料低氧燃烧，然后利用其烟气具有的热量和剩余氧气对其余生物质物料进行热解和气化的方法，将产生大量的焦油，无论是用于发电或供气，都存在焦油问题。焦油会堵塞管路、火花塞或燃气孔、污染气缸，使发电与供气无法正常运行，造成设备清理和维修工作大大增加运行成本，严重地阻碍了生物质热解气化技术的推广应用。为了去除焦油，目前大多数生物质气化工艺不得不采用水洗来去除生物质气中的焦油，因此，在生物质气化过程中所生成的焦油、nox、SO2、NH3等成分几乎全部转移到其净化工业所产生的污水中，污水成分复杂(包含100种以上的有机成分)，其中各种污染物的浓度非常高，很难有效处理，会造成严重的二次污染，这是目前生物质气化发电技术和供气技术应用的又一关键问题。另外，生物质气中大量的焦油被水洗过滤掉，一方面要浪费生物质气所携带的热量，另一方面焦油本身的能量也被浪费，极大的减少了生物质气的热值和生物质能的利用率。解决以上问题的方法就是要大幅减少生物质热解气化过程中的焦油含量。在生物质气化工程中，解决焦油最彻底的方法是在生物质气化过程中利用高温(1600°C以上)提高焦油热解气化的转化率，将焦油热解成沸点低于常温的气体，同时也提高了生物质气的热值。这将对生物质能源的有效利用、改善我国的能源结构和生态环境产生积极的推动作用。
发明内容
本发明的目的是提供可实现生物质高温热解气化工艺的两段式生物质旋风高温热解气化炉，用来大幅度降低所生产的生物质气中焦油的含量，彻底解决原有生物质气化工艺存在的生物质气焦油含量过高的问题。本发明的技术方案是两段式生物质旋风高温热解气化炉包括上段圆筒和锥筒上下结合形式的旋风高温热解气化室，下段水蒸气喷淋热解气化室。在其上部设置有生物质物料仓和螺旋给料机，在其下部设置灰渣箱。旋风热解气化室的周向设置了两个气体燃料高速燃烧器，在旋风热解气化室上部设置有垂直的并与其同轴的生物质气排出管，其出口位于旋风热解气化室的外部，水平设置。运行时，设置在旋风热解气化室周向的气体燃料高速燃烧器将燃烧后产生的高温厌氧烟气以高速射流的形式切向喷入旋风高温热解气化室， 形成强烈的旋风涡旋。同时，在生物质物料仓内存放的生物质物料经螺旋给料机，落入旋风热解气化室，与高温烟气混合、加热、发生热解，其中的固定碳被气化，产生生物质气，并经生物质气排出管排出。生物质气经换热器将给水加热为水蒸气。水蒸气经文丘里管进入水蒸气喷淋热解气化室，将旋风热解气化室热解气化后形成的残炭进一步气化热解，最后形成的灰渣排入灰渣箱。其进一步特征在于在旋风热解气化室顶部设置有垂直的并与其同轴的生物质气排出管，这样设置不仅会使生物质物料能够有足够的时间完成热解气化过程，而且还可以使排出的生物质气的飞灰含量降至最低。另外，如果生物质气排出管不深入到旋风热解气化室内部，则气体燃料高速燃烧器出口轴线要与旋风热解气化室水平方向成20 30度夹角，使烟气进入旋风热解气化室后向斜下方做切向运动，既保证烟气与生物质物料的充分混合，又保证生物质物料在旋风热解气化室内停留足够长的时间；如果生物质气排出管深入到旋风热解气化室内部，则气体燃料高速燃烧器出口轴线与旋风热解气化室水平方向夹角可以减小，甚至为0度。以上这些设置使得落入旋风热解气化室内的生物质物料能够被强烈旋风涡旋的高温烟气迅速混合并充分的热解气化。两段式生物质旋风高温热解气化炉上下两段以缩口的形式连接，相当于文丘里管的作用，保证了生物质经上段旋风热解气化室后进入下段水蒸气喷淋热解气化室时仍有较高的气速，有利于生物质与水蒸气的混合和气化热解。
图1为本发明两段式生物质旋风高温热解气化炉的示意图。附图标记1、生物质物料仓；2、电机；3、螺旋给料机；4、气体燃料高速燃烧器；5、 气体燃料高速燃烧器；6、旋风热解气化室；7、水蒸气喷淋热解气化室；8、灰渣箱；9、生物质气排出管；10、换热器；11、给水泵；12、文丘里管。
具体实施例方式两段式生物质高温热解气化炉由上段圆筒和锥筒上下结合形式的旋风高温热解气化室6、下段水蒸气喷淋热解气化室7以及螺旋给料机3、生物质气排出管9、气体燃料高速燃烧器4和5、灰渣箱8组成。其中，电机2作为动力带动的螺旋给料机3，螺旋给料机3 的前端下部与旋风热解气化室6顶部相连通，螺旋给料机3的后端上部与生物质物料仓1 相连通；旋风热解气化室6的下部与水蒸气喷淋热解气化室7上部以缩口形式连通，相当于文丘里管的作用；灰渣箱8位于水蒸气喷淋热解气化室7的下部，内有足够的水量，使水蒸气喷淋热解气化室7密封；生物质气排出管9与旋风热解气化室6垂直并与其同轴，生物质气排出管9的出口位于旋风热解气化室6的外部，水平设置；气体燃料高速燃烧器4和5设置于旋风热解气化室顶部周向均勻分布，并各自在贴近旋风热解气化室壁沿切线方向与旋风热解气化室6连通。如果生物质气排出管9不深入到旋风热解气化室6内部，则气体燃料高速燃烧器4和5的出口轴线要与旋风热解气化室6的水平方向成20 30度夹角；如果生物质气排出管9深入到旋风热解气化室6内部，则气体燃料高速燃烧器4和5的出口轴线与旋风热解气化室6的水平方向夹角可以减小，甚至为0度；气体燃料高速燃烧器的数量可以根据所需功率进行增减。两段式生物质旋风高温热解气化炉运行时，须控制气体燃料和空气的量，使其通
4过气体燃料高速燃烧器4和5燃烧产生高温(1600°C以上)厌氧烟气，并以高速(>80m/ s)沿切向并贴近旋风热解气化室6壁内侧喷入旋风热解气化室6形成强旋风涡流。同时， 在生物质物料仓1内存放的生物质物料则通过由电机2作为动力带动的螺旋给料机3，落入旋风热解气化室6。生物质物料与由气体燃料高速燃烧器4和5内喷入到旋风热解气化室6的高温烟气混合、加热、发生热解，其中的固定碳被气化，产生生物质气，并经生物质气排出管9排出。生物质气经换热器10将由给水泵11提供的给水加热为水蒸气。水蒸气经文丘里管12进入水蒸气喷淋热解气化室7，将旋风热解气化室6热解气化后形成的残炭进一步气化热解，最后形成的灰渣排入灰渣箱8中。 两段式生物质旋风高温热解气化炉启动时，需要外界的燃料气源保证气体燃料高速燃烧器4和5的燃烧，待产生稳定的生物质气后，将一部分产生的生物质气作为高速燃烧器4和5的燃料，从而不需要外界气源而能维持自运行。
权利要求
1.两段式生物质旋风高温热解气化炉，其特征在于由上段圆筒和锥筒上下结合形式的旋风高温热解气化室(6)、下段水蒸气喷淋热解气化室(7)以及螺旋给料机(3)、生物质气排出管(9)、气体燃料高速燃烧器(4)和(5)、灰渣箱(8)组成，其中，电机(2)作为动力带动螺旋给料机(3)，螺旋给料机(3)的前端下部与旋风热解气化室(6)顶部相连通，螺旋给料机(3)的后端上部与生物质物料仓(1)相连通；旋风热解气化室(6)的下部与水蒸气喷淋热解气化室(7)上部以缩口形式连通，相当于文丘里管的作用；灰渣箱(8)位于水蒸气喷淋热解气化室(7)的下部，内有足够的水量，使水蒸气喷淋热解气化室(7)密封；生物质气排出管(9)与旋风热解气化室(6)垂直并与其同轴，且生物质气排出管(9)的出口位于旋风热解气化室(6)的外部，水平设置；气体燃料高速燃烧器(4)和( 设置于旋风热解气化室(6)顶部周向均勻分布，并各自在贴近旋风热解气化室(6)壁沿切线方向与旋风热解气化室(6)连通。
2.根据权利要求1所述的两段式生物质旋风高温热解气化炉，其特征在于如果生物质气排出管(9)不深入到旋风热解气化室(6)内部，则气体燃料高速燃烧器(4)和( 的出口轴线要与旋风热解气化室(6)的水平方向成20 30度夹角，使烟气进入旋风热解气化室后向斜下方做切向运动，既保证烟气与生物质物料的充分混合，又保证生物质物料在旋风热解气化室内停留足够长的时间；如果生物质气排出管(9)深入到旋风热解气化室(6) 内部，则气体燃料高速燃烧器(4)和(5)的出口轴线与旋风热解气化室(6)的水平方向夹角可以减小，甚至为0度；气体燃料高速燃烧器的数量可以根据所需功率进行增减。
3.采用权利要求1、2所述的两段式生物质旋风高温热解气化炉，运行时须控制气体燃料和空气的量，使其通过气体燃料高速燃烧器(4)和( 燃烧产生高温厌氧烟气，以高速沿切向贴近内壁侧喷入旋风热解气化室(6)，形成强旋风涡流；同时，生物质物料经螺旋给料机C3)落入旋风热解气化室(6)，与高温烟气混合、加热、发生热解，其中固定碳被气化，产生的生物质气经生物质气排出管(9)排出；生物质气经换热器(10)将给水加热为水蒸气； 水蒸气经文丘里管(1 进入水蒸气喷淋热解气化室(7)，将残炭进一步热解气化，最后形成的灰渣排入灰渣箱(8)中。
4.采用权利要求1、2所述的两段式生物质旋风高温热解气化炉，启动时需要外界的燃料气源保证气体燃料高速燃烧器(4)和( 的燃烧，待产生稳定的生物质气后，将一部分产生的生物质气作为高速燃烧器(4)和(5)的燃料，从而不需要外界气源而能维持自运行。
全文摘要
本发明公开了一种两段式生物质旋风高温热解气化炉，它由上段旋风高温热解气化室、下段水蒸气喷淋热解气化室以及螺旋给料机、生物质气排出管、气体燃料高速燃烧器、灰渣箱组成。运行时，气体燃料高速燃烧器产生高温厌氧烟气，以高速沿切向贴近内壁侧喷入旋风热解气化室，形成强旋风涡流；同时，生物质物料经螺旋给料机落入旋风热解气化室，与高温烟气混合、加热、发生热解，其中固定碳被气化，产生的生物质气经生物质气排出管排出；生物质气经换热器将给水加热为水蒸气；水蒸气经文丘里管进入水蒸气喷淋热解气化室，将残炭进一步热解气化，最后形成的灰渣排入灰渣箱中。本发明能够大幅降低生物质气中焦油的含量，实现生物质能源的有效利用。
文档编号C10J3/50GK102206514SQ20111009428
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者张玉, 朱群益, 翟明, 董芃, 齐国利 申请人:哈尔滨工业大学