一种水冷水封式生物质气化炉及气化方法与流程

本发明涉及气化炉技术领域，

尤其是，本发明涉及一种水冷水封式生物质气化炉及气化方法。

背景技术：

随着传统化石能源(煤、石油、天然气)储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，直接威胁着人类的生存和发展，重视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。生物质是植物通过光合作用生成的有机物质，其分布广泛、可利用量大、较化石能源清洁，具有二氧化碳零排放的特征，是一种重要的可再生能源。通过热化学、生物化学等方法，能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料，用以发电、生产工业原料、化工产品等，具有全面替代化石能源的潜力，成为世界各国优先发展的新能源。

将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，在这其中生物质气化技术与其它技术相比能够适应生物质的种类更加宽广，且具有很强的扩展性。生物质的气化过程是一种热化学过程，是生物质原料与气化剂(空气、氧气、水蒸气、二氧化碳等)在高温下发生化学反应，将固态的生物质原料转变为由碳、氢、氧等元素组成的碳水化合物的混合气体的过程，该混合气体通常被称为合成气。气化过程产生的合成气组成随气化时所用生物质原料的性质、气化剂的类别、气化过程的条件以及气化炉的结构不同而不同。气化的目标在于尽量减少生物质原料和气化剂的消耗量以及合成气中的焦油含量，同时最大化系统的气化效率、碳转化率以及合成气中有效成分(co和h2)的含量。影响气化目标的因素很多，包括气化工艺所使用的气化炉的类型、气化剂的种类、生物质原料的粒径、气化压力和温度、生物质原料中含有的水分和灰份等。

例如中国专利发明公开公报cn101818081b提供一种通过炭化将生物质制造合成气的工艺方法及系统包括生物质原料的预处理部分、炭化炉、气化炉及其管路连接和气力输送系统，炭化炉顶部与旋风分离器连接，旋风分离器的输出分别与燃烧床和木炭料仓连接；燃烧床的输出连接到循环热解气加热的换热器对热解气加热，被加热的热解气出口与炭化炉连接，换热后的废热烟气出口与干燥系统连接。炭化炉的木炭出口至木炭料仓的管路上设水冷螺旋输送机，将炭化炉出口木炭冷却到60～280℃，然后送往木炭料仓，木炭料仓出口至气化炉的管路上依次设有磨粉机、炭浆槽、高压炭浆泵。木炭研磨制浆是通过木炭降温、制粉、配浆、增压，最后将炭浆输送到气化炉。燃烧床的输入供气管与空气管路连接，由提供空气作为助燃气体，该发明气化炉工作过程太过复杂，不便于检查及维修，生产成本太高。

例如中国专利发明公开公报cn101003754b提出了一种气流床气化炉则做到了结构简单、便于维修，该发明包括炉壳、炉胆、激冷环、水封槽、导流筒、折流筒、气化原料和气化剂入口、粗煤气出口以及出渣口，其中炉胆、激冷环、水封槽、导流筒、折流筒自上而下地设置于炉壳内部；气化原料和气化剂入口设置于气化炉的顶部，且与炉胆连通；粗煤气出口设置于水封槽下方的炉壳侧壁上；气化炉的下部设有出渣口；炉壳内壁的上部设有定位支架；而炉壳内壁的下部设有折流筒支架，但是这种装置仍然存在以下缺点：第一、防爆水封装置只有一个，炉内压力维持不够；第二、粗煤气从下方导出，导致气、油、渣导出分离不彻底。

技术实现要素：

第一方面，本发明的目的在于提供一种构造简单，气化反应迅速，密封性能好，防爆安全性高，冷却效果好，产生燃气、焦油和残渣分离彻底的生物质气化炉。

另一方面，本发明的目的在于提供一种采用本发明所述的气化炉的气化方法。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种水冷水封式生物质气化炉，包括炉体，所述炉体外设置有用于固定所述炉体的支架，所述炉体通过固定脚与所述支架连接，所述炉体上部设置有进料口和燃气出口，所述炉体下部设置有一次鼓风口和二次鼓风口，所述炉体上还设置有水冷装置和防爆装置，所述水冷装置主体为水冷列管，所述防爆装置包括上防爆装置、中防爆装置、下防爆装置，所述上防爆装置设置于所述炉体上方，所述下防爆装置设置于所述炉体下方。

第一鼓风口和第二鼓风口由下往上鼓入的空气与进料口填入的生物质原料在高温下发生气化反应，产生的高温气体在水冷装置处冷却，焦油液化分离出来从中防爆装置处流出，残渣于下防爆装置处排出。

优选地，所述炉体包括外炉体和内炉体，所述水冷装置设置于所述外炉体和所述内炉体中间的空间内。

优选地，所述水冷列管为不锈钢水冷列管。

优选地，所述防爆装置为水封防爆装置。

优选地，所述下防爆装置下方设置有用于固定所述下防爆装置的固定架。

优选地，所述下防爆装置处设置有螺旋出渣器。

优选地，所述中防爆装置包括防爆桶和防爆弯头。

一种水冷水封式生物质气化方法，包括：氧化层、还原层、裂解层、干燥层、以及冷却层，用于将可燃气体冷却；将原料注入气化炉，在高温下进行气化反应，空气由下往上鼓入，在经过所述氧化层、还原层和裂解层后产生可燃气体和焦油。

优选地，气化所需原料为生物质原料，且含水量为10%-40%。

优选地，气化产生的可燃气体经过干燥层和冷却层，燃气中气态焦油液化为液态，经气化炉侧壁流下；其余的可燃气由气化炉上部的可燃气出口导出。

本发明一种水冷水封式生物质气化炉及气化方法有益效果在于：结构简单，气化反应迅速，密封性能好，防爆安全性高，冷却效果好，产生燃气、焦油和残渣分离彻底。

附图说明：

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的水冷装置的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的防爆装置的结构示意图；

图4为本发明一个实施例气化方法的组成图；

图中：1、炉体，11、固定脚，12、进料口，13、燃气出口，14、一次鼓风口，15、二次鼓风口，16、外炉体，17、内炉体，2、支架，3、水冷装置，31、水冷列管，4、防爆装置，41、上防爆装置，42、中防爆装置，421、防爆桶，422、防爆弯头，43、下防爆装置，431、固定架。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

具体实施方式：

实施例一：如附图1所示，仅为本发明的其中一个实施例，一种水冷水封式生物质气化炉，包括炉体1，所述炉体1外设置有用于固定所述炉体1的支架2，所述炉体1通过固定脚11与所述支架2连接，所述炉体1上部设置有进料口12和燃气出口13，所述炉体1下部设置有一次鼓风口14和二次鼓风口15，所述炉体1上还设置有水冷装置3和防爆装置4，所述水冷装置3主体为水冷列管31，所述防爆装置4包括上防爆装置41、中防爆装置42、下防爆装置43，所述上防爆装置41设置于所述炉体1上部，所述下防爆装置43设置于所述炉体1下部。

炉体1为完全密封炉体，原料由进料口12填入炉内，直至填满，炉内温度极高，空气从第一鼓风口14和第二鼓风口15由下往上鼓入，与原料进行不完全接触，从而在高温下进行氧化反应、还原反应等一系列化学反应后生成可燃气体、水蒸气和气态焦油，高温气体上升至水冷装置3处进行冷却，水蒸气和气态焦油液化流下，生成的可燃气由上部燃气出口13导出。

实施例二：如图2所示，在水冷装置3上的改进，炉体1包括外炉体16和内炉体17，水冷装置3设置于外炉体16和内炉体17中间的空间内，水冷列管31为不锈钢水冷列管。

水冷列管31包括进水管、冷却管和出水管，进水管包括进水弯管和进水直管，所述出水管包括出水弯管和出水直管，出水直管通过至少一根冷却管与进水直管连接。冷却水从进水弯管流入各进水直管，然后流入冷却管对高温气体进行冷却，得到的高温水从出水直管流入出水弯管，然后流出。冷却管直径小数量多，可以加大与高温气体热交换面积。

实施例三：如图3所示，在防爆装置上4的改进，所述防爆装置4为水封防爆装置，防爆装置4包括上防爆装置41、中防爆装置42、下防爆装置43，所述上防爆装置41设置于所述炉体1上部，所述下防爆装置43设置于所述炉体1下部；下防爆装置43下方设置有用于固定所述下防爆装置43的固定架431，下防爆装置43处设置有螺旋出渣器，中防爆装置42包括防爆桶421和防爆弯头422。

上防爆装置41位于可燃气体密集处，此处可燃气处于水封状态，可燃气体从燃气出口13导出；若炉内压力过大，则可燃气体从上防爆装置41泄出，达到泄压防爆目的。

中防爆装置42位于炉内干燥层处的炉体1外侧，冷却分离出来的焦油会从中防爆装置42导出，平时处于水封状态，可燃气无法溢出；若炉内压力过大，则可燃气体从中防爆装置42泄出，达到泄压防爆目的。

下防爆装置43位于炉体1底部，此处用于排除残渣，平时处于水封状态，可燃气无法溢出；若炉内压力过大，则可燃气体从下防爆装置43泄出，达到泄压防爆目的。

实施例四：一种水冷水封式生物质气化方法，将原料注入气化炉，进行气化反应生成可燃气体，所述气化炉包括

氧化层；

还原层；

裂解层；

干燥层；以及

冷却层，用于将可燃气体冷却；

将原料注入气化炉，空气由下往上鼓入，在高温下进行气化反应，在经过所述氧化层、还原层和裂解层后产生可燃气体和焦油。

上述方法中，气化所需原料为生物质原料，且含水量为10%-40%。

上述方法中，气化产生的可燃气体经过干燥层和冷却层，燃气中气态焦油液化为液态，经气化炉侧壁流下；其余的可燃气由气化炉上部的可燃气出口导出。

本发明一种水冷水封式生物质气化炉及气化方法结构简单，气化反应迅速，密封性能好，防爆安全性高，冷却效果好，产生燃气、焦油和残渣分离彻底。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。