利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉的制作方法

利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉的制作方法
【专利摘要】一种利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其包括设有干燥层、热解层、还原层和氧化层的炉体，在炉体上设有投料口、气化介质入口及燃气出口，在炉体内设有炉排，其特征在于，炉体被构造成具有气化通道的夹层结构，气化通道包括燃气通道和气化介质通道，其中燃气通道的一端与还原层贯通，另一端则与燃气出口贯通，从而使得炉内生成的可燃气体被迫流经还原层而排出，利用还原层的高温而进一步裂解可燃气体中的焦油，以降低焦油含量。本发明克服传统气化炉的缺点，并有效结合了其优点，解决了上吸式气化炉出炉可燃气体焦油含量高、添料不方便的问题，及下吸式气化炉取气难的问题。此外，本发明利用炉体结构构造通道，可加大进气/出气的流量，利于维持炉内反应稳定。
【专利说明】利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉 【【技术领域】】
[0001] 本发明涉及生物质气化炉，特别涉及一种利用炉体夹层结构除焦的生物质气化 炉。 【【背景技术】】
[0002] 生物质气化是将生物质在缺氧条件下通过干馏、热化学反应而产生可燃气体的过 程。常见的生物质气化过程包括干燥、热解（又称为裂解）、氧化、还原等过程或反应。生物 质气化通常是在生物质气化炉中进行的，因此，生物质气化炉内结构按气化反应过程可分 为干燥层（又称干燥区）、热解层（区）、氧化层（区）、还原层（区）。生物质原料进入气 化炉后，在干燥层被加热而使原料中的水分蒸发，形成干原料和水蒸汽。生物质干原料向下 移动进入热解层，挥发分从生物质中大量地析出，而剩下残余的木炭。在热解层中析出的挥 发分主要包括水蒸气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油等。热解的剩余物木炭在氧化 层与被引入的气化介质发生反应而产生气化气，并同时释放出大量的热，以支持其他各层 反应的进行。氧化层的温度通常温度可达1000?1300摄氏度，挥发分在该层参与燃烧后 进一步降解。还原层中没有氧气存在，氧化层中生成的燃烧产物（如二氧化碳）和水蒸气 与还原层中的木炭发生还原反应，生成氢气和一氧化碳等。这些气体和挥发分便形成了可 供生活生产用的可燃气体，完成了固体生物质向气体燃料转化的过程。还原层的温度通常 较高，约900摄氏度。其中，气化反应主要在氧化层及还原层进行，因此氧化层和还原层总 称气化区，而热解层和干燥层总称为燃料准备区。
[0003] 现在常用的生物质气化炉按结构形式分可分为固定床和流化床两大类。固定床的 气化炉结构形式主要包括上吸式气化炉、下吸式气化炉、横卧式气化炉、开心式气化炉等。 其中，横卧式和开心式气化炉由于其固有缺陷在商用领域应用较少。而上吸式和下吸式气 化炉是较为常用的两大类气化炉。
[0004] 如图1所示，上吸式气化炉的物料自炉顶投入，气化介质从炉体底部进入氧化层 参与气化反应，反应产生的气体自下而上流动，由上部的可燃气体出口排出，其排气方便， 不需大功率的抽气设备进行抽气。且由于干燥层对可燃气体具有一定的过滤作用，这种方 式出炉的可燃气体中灰分含量少。但是由于物料自上而下投入，可燃气体自下而上排出，而 气化炉对炉体密封性要求严格，因此其添料较为不便，对投料口的结构设计要求更为严格。 同时，由于热解层产生的焦油未经气化区的进一步热解，导致产出的可燃气体中焦油含量 过商。
[0005] 如图2所示，下吸式气化炉的物料自炉顶投入，反应产生的气体自上而下流动，由 炉体下部的燃气出口排出。炉内自上而下分为干燥层、热解层、氧化层、还原层。由于投料 方向与气体排出方向一致，因此可随时开盖添料，且热解层产生的焦油会经过气化区的进 一步热解，因此可大大降低产出可燃气体中的焦油含量。但由于热流的自然方向是自下而 上，而气体出炉的方向却是自上而下，因此抽出可燃气体需要耗费较大的功率，且出炉的可 燃气体含有较多的灰分。此外，由于气化区温度较高，因此其出炉的可燃气体温度较高，需 要用水对其进行冷却，并且对抽气设备的耐热性要求也较高，因此，其虽出炉的可燃气体焦 油含量较低，但取气存在一定困难。
[0006] 总而言之，现有的上吸式和下吸式气化炉各有优缺点，仍需进一步改善，尤其是上 吸式气化炉出炉的焦油含量高，不仅造成焦油所含能量的损失，而且直接排放会造成严重 的坏境污染。 【
【发明内容】
】
[0007] 本发明旨在解决上述问题，而提供一种利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉。
[0008] 为解决上述问题，本发明提供了一种利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其 包括设有反应室的炉体，所述反应室分为干燥层、热解层、还原层和氧化层，在所述炉体上 设有密封并可打开进行投料的投料口、气化介质入口及燃气出口，在炉体内设有炉排，其特 征在于，所述炉体被构造成具有气化通道的夹层结构，所述气化通道包括供炉内可燃气体 逸出的燃气通道，该燃气通道的一端与还原层贯通，另一端则与所述燃气出口贯通，所述燃 气通道使得炉体内生成的可燃气体被迫流经还原层，使可燃气体中夹杂的焦油经还原层的 高温而被热解掉。
[0009] 当向炉体内投料时，所述燃气通道在物料的自然堆积之下与炉体内部间隔而形成 可供可燃气体逸出的缝隙。
[0010] 所述炉体包括内部相互贯通的第一炉体和第二炉体，所述第二炉体套设于第一炉 体的中部或中下部，该第一炉体与第二炉体侧壁之间形成所述具有燃气通道的夹层结构。 [0011] 所述干燥层和热解层依次设于第一炉体内，在该第一炉体的顶部设有所述投料 口，所述还原层和氧化层依次设于所述第二炉体内，在该第二炉体的侧壁上分别设有所述 燃气出口和气化介质入口。
[0012] 所述气化通道包括可供气化介质供入至氧化层的气化介质通道，所述炉体包括内 部相互贯通的第一炉体、第二炉体和第三炉体，所述第二炉体套设于第一炉体的中部或中 下部，所述第三炉体套设于第二炉体的中部或中下部，所述第一炉体与第二炉体侧壁之间 形成所述气化介质通道，所述第二炉体与第三炉体侧壁之间形成所述燃气通道。
[0013] 所述干燥层和热解层依次设于第一炉体内，在该第一炉体的顶部设有所述投料 口，所述氧化层设于第二炉体内，在该第二炉体的中上部或顶部设有所述气化介质入口，所 述还原层设于第三炉体内，在该第三炉体的侧壁上设有所述燃气出口。
[0014] 所述炉体包括内部相互贯通的第一炉体和第二炉体，所述第一炉体内自上而下分 为干燥层、热解层、还原层和氧化层，所述第二炉体设于第一炉体内，该第二炉体的下端开 口，其位于所述还原层中，该第二炉体的顶部经连通管道与燃气出口贯通连接，在所述第一 炉体的顶部设有所述投料口。
[0015] 在所述炉体内设有第一隔板，所述第一隔板与炉体侧壁间隔而围合成一个下端开 口的空腔，该空腔的下端开口位于所述还原层中，该空腔形成所述燃气通道，在与所述第一 隔板相对的炉体侧壁上设有所述燃气出口。
[0016] 所述气化通道包括可供气化介质供入至氧化层的气化介质通道，在所述炉体内设 有第二隔板，所述第二隔板与炉体侧壁间隔而围合成所述气化介质通道，在与所述第二隔 板相对的炉体侧壁上设有所述气化介质入口。
[0017] 所述炉排设于炉体内的中下部，在所述炉排的下部设有出渣机，在所述炉体的内 底部装有高度浸没所述出渣机的水，炉体内的水通过设于炉体侧壁上的连通孔与设于炉体 外的水池贯通。
[0018] 本发明的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本发明通过将炉体构造成具有 气化通道的夹层结构，并使燃气通道的开口与还原层贯通，从而可迫使炉内气体被迫流经 还原层而排出，从而可使热解层所产生的焦油经气化区的进一步热解，大大降低出炉的可 燃气体的焦油含量。本发明相比现有技术，本发明具有以下优点：
[0019] 1、焦油经还原层的高温热解，不仅可大大降低出炉的可燃气体中的焦油含量，而 且可有效利用焦油所含的能量，并降低焦油对坏境造成的污染。
[0020] 2、本发明炉内的可燃气体被迫流经还原层而从燃气通道排出，而燃气通道与干燥 层及热解层相间隔，由于还原层温度较高，其出炉的可燃气体携带热量高，其在流经燃气通 道时，可充分利用其所携带的热量进一步加热炉内物料，增加焦油的热解程度，提高热解效 果，并降低出炉可燃气体的温度。
[0021] 3、传统的气化炉利用管道进出气，气化介质与可燃气体的流通受限于管道的直径 与炉体内部气流的对称性，容易造成局部温度过高的问题，并导致局部气体流速过大。而本 发明利用炉体夹层构造燃气通道和气化介质通道，其相比于传统管道，本发明可以增加气 体进出通道的截面积，从而提高气化介质的输入量和输入速度，并提高产出可燃气体的输 出流量和输出速度。而气体流量与流速的提高，不仅可以降低炉内压力和局部的气体流速， 而且有利于内部反应的稳定性。
[0022] 4、本发明的燃气出口与燃气通道贯通，因此，燃气出口可任意设置在炉体侧壁上， 而不需像传统的上吸式气化炉必须设置在炉体顶部，也不需像下吸式气化炉必须设置在炉 体底部。本发明可任意设置燃气出口进行取气，其突破了传统生物质气化炉在燃气出口设 置上的局限性。
[0023] 5、本发明的物料从投料口投入炉内后，物料堆积于炉排之上，利用物料堆积的特 点而将燃气通道隔离起来，使物料投放与可燃气体排出是在两个相互隔离的空间内进行， 因此相比于传统的上吸式气化炉，本发明添料更加方便。
[0024] 6、本发明的炉体密闭，气化介质通入炉内时有送风压力，而炉内气体高温形成热 压，在送风压力与热压作用下，可燃气体可自然而然从燃气通道排出，其不需额外的抽风设 备或只需很小功率的抽风设备，其相比与传统的下吸式气化炉，本发明解决了从还原层取 气困难、对抽气设备要求高的问题。
[0025] 7、本发明的气化炉底部设置成液封结构，排灰时，其不仅可以起到完全密封作用， 而且可以冷却炉炭，且炉炭掉入水中时，蒸发的水蒸气还可以进一步作为炉内反应的气化 介质。
[0026] 总言而之，本发明克服了传统的上吸式和下吸式气化炉的缺点，并有效结合了两 者的优点，有利解决了上吸式气化炉出炉可燃气体焦油含量高、添料不方便的问题，并有效 解决了下吸式气化炉取气难的问题。本发明的生物质气化炉具有结构新颖、取气方便、热解 效果好、焦油含量低、能量利用率高等优点，宜大力推广。 【【专利附图】

【附图说明】】
[0027] 图1是现有技术中上吸式气化炉的原理结构示意图。
[0028] 图2是现有技术中下吸式气化炉的原理结构示意图。
[0029] 图3是本发明的原理结构示意图。
[0030] 图4是实施例1的结构示意图。
[0031] 图5是实施例2的结构示意图。
[0032] 图6是实施例3的结构示意图。
[0033] 图7是实施例4的结构示意图。
[0034] 图8是实施例5的结构示意图。
[0035] 其中，炉体10、第一炉体101、第二炉体102、第三炉体103、第一隔板104、第二隔板 105、投料口 11、气化介质入口 12、燃气出口 13、炉排14、燃气通道15、气化介质通道16、连 通管道17、连通孔18、送风管道19、反应室20、出渣机30、水池40、鼓风机50。 【【具体实施方式】】
[0036] 下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
[0037] 如图3?图8所示，本发明的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉包括炉体10， 在炉体10内设有反应室20,在炉体10上设有投料口 11、气化介质入口 12、燃气出口 13,在 炉体10内设有炉排14,在炉体10底部设有排灰机构。所述反应室20按反应过程可分为干 燥层、热解层、还原层和氧化层。需说明的是，所述干燥层、热解层、还原层和氧化层之间可 能并无明显的区分界限，且其非实体的层级结构，其是根据炉内的反应而定义出来的虚拟 的层级结构，其属于该行业的公知常识和常规称谓。所述投料口 11用于添加生物质原料， 其可打开投料并可关闭，且其关闭时可起到良好的密封效果。所述投料口 11可采用公知的 结构。所述气化介质入口 12用于向炉内通入气化介质，使气化介质在氧化层参与反应。在 以下实施例未特别说明的情况下，气化介质入口 12通常设于炉排14下方，其通过送风管道 19连接鼓风机50,送风管道19可伸入至炉内，其出口正对氧化层，从而可将气化介质直接 供入至氧化层。所述气化介质根据反应需要而添加，其可为各公知的气化介质，如空气。所 述排灰机构可参考公知结构，本发明中，为加强炉体10的密封性，所述排灰机构为液封结 构：炉体10底部固定于地基上，炉体10下部设有出渣机30,炉体10内底部罐有一定量的 水，水的高度浸没所述出渣机30。炉体10底部侧壁上设有连通孔18,使炉体10内的水与 设于炉体10外的水池40的水连通。当通过出渣机30排渣时，炉内的水仍能起到很好的密 封作用，从而加强排渣时的密封性。此外，高温的炉炭掉入水中不仅可以起到冷却作用，而 且产生的水蒸气还可以用作气化介质，用于炉内反应。
[0038] 本发明的主要要点在于，将炉体10构造成具有气化通道的夹层结构，使产出可燃 气体的燃气通道15的一端与还原层贯通，另一端则与所述燃气出口 13贯通，从而使炉内气 体被迫通过还原层而使焦油在高温下热解，以降低出炉的可燃气体中的焦油含量。基于该 原理，可设置出多种具体的炉体10结构，以下以具体实施例来详细说明其具体结构：
[0039] 实施例1
[0040] 如图4所示，所述炉体10包括第一炉体101和第二炉体102。所述第一炉体101 下端开口，第二炉体102上端开口，且第二炉体102的半径尺寸或横截面尺寸大于第一炉体 101尺寸。第二炉体102套设在第一炉体101的中部或中下部，其内部相互贯通，侧壁之间 相间隔，从而便形成了具有燃气通道15的夹层结构。第一炉体101和第二炉体102可以是 一体成型，也可以是分立的部件通过公知的方法密封连接成一体。在第一炉体101的顶部 设有所述投料口 11。所述炉排14设于第二炉体102内，其可为公知的自动炉排14。所述 干燥层、热解层自上而下设于第一炉体101内。所述还原层和氧化层自上而下设于第二炉 体102内，并位于所述炉排14上方。所述燃气出口 13设于所述第二炉体102侧壁上，其高 度高于还原层所在水平高度。本实施例中，其设于第二炉体102的上部侧壁上，其他实施例 中，其可设于第二炉体102的顶部。
[0041] 当生物质原料从投料口 11投入时，物料堆积于炉排14上而将所述燃气通道15与 第一炉体101内部相隔离而形成可供可燃气溢出的缝隙，使所述燃气通道15可用来取气。 需说明的是，所述隔离并非指完全密封性的隔离，其是相对直接贯通而言。所述炉体10整 体密封良好，由于鼓风机50向炉体10内送入气化介质时，其具有一定风压，且炉内温度较 高，反应生成的气体温度高而形成一定的热压，在风压与热压作用下，燃气通道15的两端 形成压差，从而使得炉内气体自然而然流向唯一的出口--燃气通道15，使得炉内气体被 迫流经还原层而从燃气通道15排出，减少抽气设备在高温环境下的使用，降低取气难度。 由于还原层温度高，炉内气体夹杂的焦油（通常是由热解层产生）便会在还原层热解，转化 成具有使用价值的可燃气体，从而既发挥焦油的能量价值，又可降低出炉可燃气体中的焦 油含量。此外，可燃气体从燃气通道15排出时，其所携带的热量还可辐射至干燥层和热解 层，进一步提1?热解效果。
[0042] 实施例2
[0043] 如图5所示，本实施例的炉体10包括内部相互贯通的第一炉体101、第二炉体 102、第三炉体103。第一炉体101下端开口，第二炉体102的上下两端均开口，其套设于第 一炉体101的中部或中下部。第三炉体103的上端开口，其套设于第二炉体102的中部或中 下部。第一炉体101、第二炉体102、第三炉体103依次套设而形成具有气化通道的夹层结 构，其中，第一炉体101和第二炉体102的侧壁之间形成气化介质通道16,气化介质由此通 入至氧化层。第二炉体102与第三炉体103的侧壁之间形成燃气通道15,可燃气体由此排 出。第一炉体101、第二炉体102和第三炉体103可一体成型，也可由分立部件一体连接而 成。所述投料口 11设于第一炉体101的顶部，干燥层和热解层自上而下设于第一炉体101 内。所述气化介质出口设于第二炉体102的中上部或顶部，在第二炉体102内设有氧化层。 所述燃气出口 13设于第三炉体103的侧壁上，炉排14设于第三炉体103内。炉排14的上 方为还原层。本实施例的具体工作原参考实施例1。
[0044] 实施例3
[0045] 如图6所示，本实施例的炉体10包括第一炉体101和第二炉体102。第一炉体101 为密闭性炉体10,其内自上而下分为干燥层、热解层、还原层和氧化层。第二炉体102为上 下两端开口的炉体10,其设于第一炉体101内，其下端开口位于还原层中，其上端开口经连 通管道17与燃气出口 13贯通。所述燃气出口 13可设于第一炉体101的任意高度的侧壁 上。炉排14设于第一炉体101中，位于氧化层下方。投料口 11设于第一炉体101的顶部， 气化介质入口 12设于炉排14的下方，其通过伸入至炉体10内的送风管道19而向炉内送 入气化介质。本实施例的具体工作原参考实施例1。
[0046] 实施例4
[0047] 如图7所示，本实施例的炉体10为单个炉体10,炉内自上而下分为干燥层、热解 层、还原层和氧化层。在该炉体10内设有第一隔板104,该第一隔板104与炉体10侧壁间 隔而围合成一个下端开口的空腔，该空腔的下端开口位于还原层中，而形成排出可燃气体 的燃气通道15。在与第一隔板104相对的炉体10侧壁上设有燃气出口 13。投料口 11设 于炉体10的顶部，炉排14设于炉体10内，并位于氧化层下方。气化介质入口 12设于氧化 层下方，其通过送风管道19连接鼓风机50而向氧化层送入气化介质。本实施例的具体工 作原参考实施例1。
[0048] 实施例5
[0049] 本实施例的炉体10结构同实施例4,所不同的是，如图8所示，在炉体10内还设有 第二隔板105,该第二隔板105与炉体10侧壁间隔而围合成一个下端开口的供气化介质通 入至所述氧化层的气化介质通道16,所述气化介质入口 12设于与第二隔板105相对的炉体 10侧壁上。本实施例的具体工作原参考实施例1。
[0050] 藉此，便形成了本发明的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，利用炉体自身 的夹层结构，便可有效除掉可燃气体中的焦油，并相当便于取气和加料。尽管通过以上实施 例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下， 以上各构件可用所属【技术领域】人员了解的相似或等同结构来替换。
【权利要求】
1. 一种利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其包括设有反应室（20)的炉体（10)， 所述反应室（20)分为干燥层、热解层、还原层和氧化层，在所述炉体（10)上设有密封并可 打开进行投料的投料口（11)、气化介质入口（12)及燃气出口（13)，在炉体（10)内设有炉 排（14)，其特征在于，所述炉体（10)被构造成具有气化通道的夹层结构，所述气化通道包 括供炉内可燃气体逸出的燃气通道（15)，该燃气通道（15)的一端与还原层贯通，另一端则 与所述燃气出口（13)贯通，所述燃气通道（15)使得炉体（10)内生成的可燃气体被迫流经 还原层，使可燃气体中夹杂的焦油经还原层的高温而被热解掉。
2. 如权利要求1所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，当向炉 体（10)内投料时，所述燃气通道（15)在物料的自然堆积之下与炉体（10)内部间隔而形成 可供可燃气体逸出的缝隙。
3. 如权利要求2所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述炉 体（10)包括内部相互贯通的第一炉体（101)和第二炉体（102)，所述第二炉体（102)套设 于第一炉体（101)的中部或中下部，该第一炉体（101)与第二炉体（102)侧壁之间形成所 述具有燃气通道（15)的夹层结构。
4. 如权利要求3所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述干 燥层和热解层依次设于第一炉体（101)内，在该第一炉体（101)的顶部设有所述投料口 (11)，所述还原层和氧化层依次设于所述第二炉体（102)内，在该第二炉体（102)的侧壁上 分别设有所述燃气出口（13)和气化介质入口（12)。
5. 如权利要求2所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述气 化通道包括可供气化介质供入至氧化层的气化介质通道（16)，所述炉体（10)包括内部相 互贯通的第一炉体（101)、第二炉体（102)和第三炉体（103)，所述第二炉体（102)套设于 第一炉体（101)的中部或中下部，所述第三炉体（103)套设于第二炉体（102)的中部或中 下部，所述第一炉体（101)与第二炉体（102)侧壁之间形成所述气化介质通道（16)，所述第 二炉体（102)与第三炉体（103)侧壁之间形成所述燃气通道（15)。
6. 如权利要求5所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述干 燥层和热解层依次设于第一炉体（101)内，在该第一炉体（101)的顶部设有所述投料口 (11)，所述氧化层设于第二炉体（102)内，在该第二炉体（102)的中上部或顶部设有所述气 化介质入口（12)，所述还原层设于第三炉体（103)内，在该第三炉体（103)的侧壁上设有所 述燃气出口（13)。
7. 如权利要求2所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述炉 体（10)包括内部相互贯通的第一炉体（101)和第二炉体（102)，所述第一炉体（101)内自 上而下分为干燥层、热解层、还原层和氧化层，所述第二炉体（102)设于第一炉体（101)内， 该第二炉体（102)的下端开口，其位于所述还原层中，该第二炉体（102)的顶部经连通管道 (17)与燃气出口（13)贯通连接，在所述第一炉体（101)的顶部设有所述投料口（11)。
8. 如权利要求2所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，在所述 炉体（10)内设有第一隔板（104)，所述第一隔板（104)与炉体（10)侧壁间隔而围合成一个 下端开口的空腔，该空腔的下端开口位于所述还原层中，该空腔形成所述燃气通道（15)，在 与所述第一隔板（104)相对的炉体（10)侧壁上设有所述燃气出口（13)。
9. 如权利要求8所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在于，所述 气化通道包括可供气化介质供入至氧化层的气化介质通道（16)，在所述炉体（10)内设有 第二隔板（105)，所述第二隔板（105)与炉体（10)侧壁间隔而围合成所述气化介质通道 (16)，在与所述第二隔板（105)相对的炉体（10)侧壁上设有所述气化介质入口（12)。
10.如权利要求1?9任一条所述的利用炉体夹层结构除焦的生物质气化炉，其特征在 于，所述炉排（14)设于炉体（10)内的中下部，在所述炉排（14)的下部设有出渣机（30)，在 所述炉体（10)的内底部装有高度浸没所述出渣机（30)的水，炉体（10)内的水通过设于炉 体（10)侧壁上的连通孔（18)与设于炉体（10)外的水池（40)贯通。
【文档编号】C10J3/20GK104087342SQ201410373033
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】邱云原 申请人:邱云原