生物质液态排渣气化炉的制作方法
【专利摘要】一种生物质液态排渣气化炉，包括炉体，炉体内腔自上而下依次分为炉体净空区、炉体气化区和炉体排渣区，所述炉体净空区顶部设置有合成气出口，所述炉体净空区侧壁设置有生物质给料口，所述炉体气化区侧壁设置有气化剂入口，所述炉体排渣区侧壁设置有外部热源接口，所述炉体排渣区底部设置有液态渣出口，所述液态渣出口上面设置有多孔底板，所述液态渣出口侧壁外接有高温喷枪，所述液态渣出口下面设置有激冷室，所述激冷室侧壁外接有进水管，所述激冷室底部形成有渣水池，所述渣水池下方设置有捞渣机。本实用新型可解决气化炉排渣困难、跑气、漏气、窜火的问题，实现生物质燃料的高温气化及炉体底部顺利排渣。
【专利说明】生物质液态排渣气化炉
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于生物质燃料气化领域，具体地指一种生物质液态排渣气化炉。
【背景技术】
[0002] 在能源转换利用过程中，将可燃物所含的化学能通过燃烧、气化等方式转化为蒸 汽、燃气、电能等二次能源，是人类利用能源的一种主要形式。随着可利用一次资源的逐渐 短缺以及对环保要求的提高，新的技术工艺不断涌现，一些低热值的燃料也逐步被利用，包 括煤矸石、农林废弃物、城市垃圾等，特别是在生物质气化领域，当前，在生物质燃料的利用 领域常用炉型有固定床、流化床两种炉型，这两种炉型都存在气化温度低、燃料转化率低和 合成气焦油含量大等缺点。
[0003] 目前国内外能有效利用的生物质气化工艺处于初步阶段，而成熟可行的生物质气 化工艺为外部热源高温气化工艺，它具有炉内反应温度高、燃料转化率高、成分好、操作简 单可控、稳定性好的显著特点，但同时由于生物质燃料特性复杂，且生物质燃料种类繁多， 在常规外热源气化工艺过程中，不可避免的会存在操作过程中炉内温度波动，局部受热不 均，操作调整不及时，会存在燃料结渣、熔渣凝固等事故，严重时直接影响停炉。该工艺由于 外热源的存在需要进行液态排渣。
[0004] 对于常规固定床或流化床生物质气化炉一般采用固态排渣方式，而对于具有外热 源的高温气化工艺，气化反应温度高达1300°c以上，反应温度超过了大部分灰分的软化温 度，灰渣则出现熔聚现象，固态排渣不易采用，为突破炉内高温气化的瓶颈，液态排渣是生 物质高温气化炉排渣的必然趋势，而常规从侧面液态排高温渣的方式，存在劳动强度大、排 渣工具在高温下消耗量大以及跑气、漏气、窜火、不易机械化的难题，因而具有经济性差及 运行性差两方面缺点。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的就是要提供一种生物质液态排渣气化炉，用于解决液态排渣气 化炉排渣困难、跑气、漏气、窜火的难题，实现生物质燃料的高温气化及顺利排渣。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型所设计的生物质液态排渣气化炉，包括炉体，其特殊 之处在于，所述炉体内腔自上而下依次分为炉体净空区、炉体气化区和炉体排渣区，所述炉 体净空区顶部设置有合成气出口，所述炉体净空区侧壁设置有生物质给料口，所述炉体气 化区侧壁设置有气化剂入口，所述炉体排渣区侧壁设置有外部热源接口，所述炉体排渣区 底部设置有液态渣出口，所述液态渣出口上面设置有多孔底板，所述液态渣出口侧壁外接 有高温喷枪，所述液态渣出口下面设置有激冷室，所述激冷室侧壁外接有进水管，所述激冷 室底部形成有渣水池，所述渣水池下方设置有捞渣机。
[0007] 作为优选方案，所述炉体排渣区底部呈倒锥形结构，其锥面与水平面的夹角为 20?80°，其锥面上设置有紧急排渣通道，以保证排渣通畅。
[0008] 作为优选方案，所述紧急排渣通道至少设置有4个，沿圆周方向均匀分布，每个紧 急排渣通道的直径为20?80mm，实现紧急状况下生物质熔渣的顺利排出，实现气化炉快速 顺行的目的，确保气化炉长期稳定运行。
[0009] 进一步地，所述液态渣出口的直径为炉体的直径的1/10?2/5,便于生物质熔渣 顺利流下。
[0010] 进一步地，所述气化剂入口至少设置有2层，每层气化剂入口数量为8?16个，沿 圆周方向均匀分布，且每个气化剂入口相对于水平面的倾斜角度为10?30°，这样有利于 炉内物料流场分布，利于炉体内物料的充分反应。
[0011] 进一步地，所述生物质给料口设置有1?4个，一个以上的生物质给料口沿圆周方 向均匀分布，以保证进料均匀。
[0012] 更进一步地，所述炉体为膜式水冷壁结构、耐火材料砌筑结构、带水冷套的嵌砖结 构中的一种或其组合。这样可降低高温熔渣对炉体的侵蚀影响，延长使用寿命。
[0013] 更进一步地，所述多孔底板为高强度耐火材料砌筑结构或水冷孔栅结构中的一 种。这样可降低高温熔渣对多孔底板的侵蚀影响，延长使用寿命。
[0014] 更进一步地，所述多孔底板的孔隙率为30?50%、孔径大小为10?30mm，从而避 免生物质燃料堵塞孔隙以及孔隙太少排渣不及时的问题。
[0015] 更进一步地，所述外部热源接口为等离子加热接口、微波加热接口、激光加热接 口、太阳能聚焦接口中的一种，所述外部热源接口呈水平或倾斜向下布置，其与水平面的夹 角为0?60°。通过外部热源接口接入等离子、微波、激光、太阳聚焦等能产生高温的热源， 以保证底部温度不低于1300°C，这样在外部热源的高温作用可促使生物质熔渣由多孔底板 流下，有利于炉内物料流场分布，利于气化炉顺行。另外外部热源通过外部热源接口进入炉 体内，部分高温热能进入炉体排渣区，为炉体排渣区提供足够的反应热，生物质燃料可燃成 分与残焦物质在炉体底部高温区进行剧烈反应，也生成部分高品质合成气。
[0016] 本实用新型的优点在于：通过在炉体底部设置多孔底板、高温喷枪和激冷室，能迅 速将生物质熔渣引出气化炉，在激冷室内进行冷却、固化、储存，并配合捞渣机机械化操作， 能顺利实现在高温下从炉体底部向下排出液态渣，炉体底部不堵渣，使气化炉稳定运行时 间长；通过设置紧急排渣通道，在紧急情况下，紧急排渣操作方便、可靠，对炉体损伤小，气 化炉转顺行时间短；通过采用外部热源辅助高温气化，保证了底部温度不低于1300°c，从 而保证了气化炉汽化温度高、冷煤气效率高，合成气中不含焦油；另外设置多个气化剂入口 使得风口分层均匀配风，实现了生物质燃料的高效气化，且炉型简单，燃料适应性强，操作 方便，同时进一步解决液态排渣气化炉排渣困难、跑气、漏气、窜火的难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为一种生物质液态排渣气化炉的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：
[0019] 如图1所示，本实用新型所设计的生物质液态排渣气化炉，包括炉体，且炉体16为 膜式水冷壁结构、耐火材料砌筑结构、带水冷套的嵌砖结构中的一种或其组合。炉体16内 腔自上而下依次分为炉体净空区11、炉体气化区1和炉体排渣区12。炉体净空区11顶部 设置有合成气出口 9,炉体净空区11侧壁设置有生物质给料口 13,该生物质给料口 13设置 有1?4个且沿炉体净空区11的圆周方向均匀分布；炉体气化区1侧壁设置有气化剂入口 10,并且，气化剂入口 10至少设置有2层，每层气化剂入口 10数量为8?16个，沿圆周方 向均匀分布，且每个气化剂入口 10相对于水平面的倾斜角度为10?30° ;炉体排渣区12 底部呈倒锥形结构，其锥面与水平面的夹角为20?80°，其锥面上设置有紧急排渣通道4， 该紧急排渣通道4设置有4个且沿圆周方向均匀分布，每个紧急排渣通道4的直径为20? 80mm。炉体排渣区12侧壁还设置有外部热源接口 2,外部热源接口 2为等离子加热接口、微 波加热接口、激光加热接口、太阳能聚焦接口中的一种，所述外部热源接口 2呈水平或倾斜 向下布置，其与水平面的夹角为〇?60°，炉体排渣区12底部设置有液态渣出口 14,该液 态渣出口 14的直径为炉体16的直径的1/10?2/5,液态渣出口 14上面设置有多孔底板3， 该多孔底板3为高强度耐火材料砌筑结构或水冷孔栅结构中的一种，并且该多孔底板3的 孔隙率为30?50%、孔径大小为10?30mm。此外，液态渣出口 14侧壁外接有高温喷枪5， 液态渣出口 14下面设置有激冷室6,激冷室6侧壁外接有进水管15,激冷室6底部形成有 渣水池7,渣水池7下方设置有捞渣机8。
[0020] 气化炉正常运行过程中，生物质燃料由生物质给料口 13送入炉体16内，生物质 燃料下行，在外部热源及气化剂的作用下，生物质燃料在高温下迅速气化，反应活性低的组 分，特别是生物质残焦逐步下行进入炉体16底部。气化剂可以使用空气、氧气、蒸汽、二氧 化碳气体等，通过气化剂入口 10引入气化剂，确保炉体气化区1传热传质速率均匀稳定，实 现商品质合成气的制取。
[0021] 严格控制炉体16底部温度在130(TC以上，外部热源通过外部热源接口 2进入炉 体16内，部分高温热能进入炉体排渣区12,为炉体排渣区12提供足够的反应热，生物质燃 料可燃成分与残焦物质在炉体16底部高温区域进行剧烈反应，也生成部分高品质合成气， 而燃料灰分则在1500?1700°C高温下形成液态熔渣，熔渣逐步通过多孔底板3流入激冷室 6中，激冷室6底部所具有的一定的储存容积将多孔底板3流下的熔渣汇聚并形成渣水池 7,熔渣断续的形成并逐步在渣水池7中冷却固化，在一段排渣周期内，通过捞渣机8排出炉 夕卜，熔渣脱水后厂区处理。
[0022] 由于多孔底板3的存在，生物质熔渣形成后，由于外部热源高温作用必然会由多 孔底板3流下，不会在炉体排渣区12底部形成聚集，不会受反应热、燃料直径及液态渣出口 14大小的约束，因而可以采用大直径液态渣出口 14,因而能避免燃料堵塞孔隙及孔隙太少 排渣不及时的难题，同时，多孔底板3底部布置有高温喷枪5来保证底部生成的熔渣能不断 的从炉体排渣区12底部流下，当监视到炉体16底部压力增加时，说明炉体16底部排渣不 畅，此时可开启高温喷枪5及时提高炉体16底部温度，增加熔渣流动性，避免熔渣凝固、板 结，确保气化炉稳定运行。
[0023] 同时，当炉体16底部区域温度失稳时，必须加大或减少外部热源来确保底部温 度回稳，当出现外部热源设施故障，没有外部热源供给的紧急情况时，炉体排渣区12内温 度会逐步降低，必然会导致熔渣没有足够的过热温度，流动性变差，不易从多孔底板3中流 出，甚至会出现冻结而导致底板凝固，当外部热源恢复正常后，可采用紧急排渣通道4,来实 现外部热源高温区域附近熔渣的排除，在外部热源的作用下，新的熔渣将通过紧急排渣通 道4逐步排除，热量会逐步向炉体16底部多孔底板3处扩展，最终实现将多孔底板3上堵 塞的熔渣完全熔化而排出的作用，实现气化炉快速顺行的目的，确保气化炉长期稳定运行。 这样就避免了在常规气化炉使用时，由于侧壁排渣孔已经被熔渣冻结，冻结体积大，因而恢 复过程非常困难的问题。
[0024] 炉体16采用水冷壁结构或耐高温、耐侵蚀的耐火材料砌筑而成或采用带水冷套 的嵌砖结构，以此降低高温熔渣对炉体底部的侵蚀影响，延长使用寿命。多孔底板采用高强 耐高温、耐侵蚀的耐火材料砌筑而成或水冷嵌砖(孔栅)结构。其中，外部热源接口 2处采用 多种热源形式，包括等离子、微波、激光、太阳聚焦等能产生高温的热源形式，外部热源的供 应保证底部温度不低于1300°C。
【权利要求】
1. 一种生物质液态排渣气化炉，包括炉体（16)，其特征在于：所述炉体（16)内腔自上 而下依次分为炉体净空区（11)、炉体气化区（1)和炉体排渣区（12)，所述炉体净空区（11) 顶部设置有合成气出口（9)，所述炉体净空区（11)侧壁设置有生物质给料口（13)，所述炉 体气化区（1)侧壁设置有气化剂入口（ 10)，所述炉体排渣区（12)侧壁设置有外部热源接口 (2)，所述炉体排渣区（12)底部设置有液态渣出口（ 14)，所述液态渣出口（ 14)上面设置有 多孔底板（3 )，所述液态渣出口（ 14 )侧壁外接有高温喷枪（5 )，所述液态渣出口（ 14 )下面设 置有激冷室（6 )，所述激冷室（6 )侧壁外接有进水管（15 )，所述激冷室（6 )底部形成有渣水 池（7 )，所述渣水池（7 )下方设置有捞渣机（8 )。
2. 根据权利要求1所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述炉体排渣区（12) 底部呈倒锥形结构，其锥面与水平面的夹角为20?80°，其锥面上设置有紧急排渣通道 (4)。
3. 根据权利要求2所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述紧急排渣通道（4) 至少设置有4个，沿圆周方向均匀分布，每个紧急排渣通道（4)的直径为20?80mm。
4. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述液态渣 出口（14)的直径为炉体（16)的直径的1/10?2/5。
5. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述气化剂 入口（ 10)至少设置有2层，每层气化剂入口（ 10)数量为8?16个，沿圆周方向均匀分布， 且每个气化剂入口（10)相对于水平面的倾斜角度为10?30°。
6. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述生物质 给料口（ 13)设置有1?4个，一个以上的生物质给料口（ 13)沿圆周方向均匀分布。
7. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述炉体（16) 为膜式水冷壁结构、耐火材料砌筑结构、带水冷套的嵌砖结构中的一种或其组合。
8. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述多孔底 板（3)为高强度耐火材料砌筑结构或水冷孔栅结构中的一种。
9. 根据权利要求8所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述多孔底板（3)的孔 隙率为30?50%、孔径大小为10?30mm。
10. 根据权利要求1或2或3所述的生物质液态排渣气化炉，其特征在于：所述外部热 源接口（ 2)为等离子加热接口、微波加热接口、激光加热接口、太阳能聚焦接口中的一种，所 述外部热源接口（2)呈水平或倾斜向下布置，其与水平面的夹角为0?60°。
【文档编号】C10J3/56GK203999518SQ201420105875
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】张岩丰, 张亮, 夏明贵, 刘文焱, 林文 申请人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司