一种生物质气化炉和生物质气化‑燃烧系统的制作方法

本实用新型涉及生物质焚烧处理领域，具体而言涉及一种生物质气化炉和生物质气化-燃烧系统。

背景技术：

生物质气化发电是把生物质转化为可燃气，再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电的过程。它既能解决生物质难于燃烧而又分布分散的缺点，又可以充分发挥燃气发电技术设备紧凑而污染少的优点。

气化炉内的化学过程主要包括燃烧反应、热分解反应和还原反应。生物质原料进入气化炉后，部分与氧气燃烧，提供热分解所需的热量，大部分生物质在缺氧条件下发生热分解反应，析出挥发份和焦炭，挥发份在高温反应区内停留发生二次反应，使热解气进一步裂解为气体，同时气体和焦炭之间，气体和气体之间进一步发生还原反应。最后，气相的热解气和气体携带部分细颗粒焦炭、灰尘进入燃气净化处理器，通过净化后的燃气达到内燃机的要求。

气化发电过程包括三个方面：一是生物质气化，把固体生物质转化为气体燃料；二是气体净化，气化出来的燃气都带有一定的杂质，包括灰份、水分和热解气等，需经过净化系统把杂质除去，以保证燃气发电设备的正常运行；三是燃气发电，利用燃气轮机或燃气内燃机进行发电。

目前，在生物质气化发电领域，热解气含量高是制约气化技术产业化的瓶颈。而在气化气燃烧发电/供热过程中，氮氧化物排放高也是急需解决的问题。在低热解气气化工艺中，两段式气化技术具有一定优势，其关键在于通过部分氧化使得热解气发生大量裂解。然而由于部分氧化过程采用单级喷嘴方式进行，氧气与热解气的混合不理想，产生较大“反应冷区”，对热解气产生旁路的不利影响，抑制热解气在此区域的脱除效率。同时，热解气中氮元素在氧化过程中容易氧化成为氮氧化物，制约生物质气化-燃烧工艺的应用，而目前并没有完善的生物质热解/气化气高效清洁燃烧技术。

为此，本发明提供了一种新生物质气化炉和生物质气化-燃烧系统，用以解决现有技术中的问题。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型提供了一种生物质气化炉，所述气化炉包括：

气化室；

设置在所述气化室喉口部上方的裂解气入口，用以向所述气化室通入生物质裂解气；以及

设置在所述气化室喉口部的多级喷嘴，其中，所述多级喷嘴设置在所述气化室喉口部的不同高度。

示例性地，所述多级喷嘴中的每一级包括设置在所述气化室喉口部同一高度上的至少两个喷嘴。

示例性地，所述气化室设置为的圆柱体，所述至少两个喷嘴均匀分布在所述气化室的圆周上。

示例性地，所述多级喷嘴包括由上到下依次设置的第一级喷嘴和第二级喷嘴。

示例性地，所述第一级喷嘴中的喷嘴沿垂直于所述气化室的侧壁的方向设置。

示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴在所述气化室的侧壁上倾斜设置。

示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴沿与所述气化室的圆周的切向成锐角的方向设置。

示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴沿与所述气化室的圆周的切向成30°的方向设置。

示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴的倾斜方向一致。

示例性地，在所述气化-燃烧系统的二燃室采用如上述任意一项所述的生物质气化炉。

根据本实用新型的生物质气化炉和生物质气化-燃烧系统，通过在气化室的喉口部上不同高度处设置多级喷嘴，可以提供分层空气补入，相对比现有技术中单层补入空气，有效提高了空气与热解气混合效率，减小喉口冷区面积，延长热解气炉内反应停留时间，提高热解气的脱除转化效率。同时通过空气分级，减少炉内局部高温区，形成强还原性气氛，能够降低氮氧化物的生成，具有污染物协同控制特点。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型的一个实施例的生物质气化炉的结构示意图。

图2A和图2B为根据本实用新型的一个实施例的沿垂直于气化室的侧壁的方向设置喷嘴以及形成气流流动的示意图；

图3A和图3B为根据本实用新型的一个实施例的沿与气化室的圆周切向夹角为30方向设置喷嘴以及形成气流流动的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本实用新型所提出的用于生物质气化炉。显然，本实用新型的施行并不限于生物质焚烧烟气处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

目前，在生物质气化发电领域，热解气含量高是制约气化技术产业化的瓶颈。而在气化气燃烧发电/供热过程中，氮氧化物排放高也是急需解决的问题。在低热解气气化工艺中，两段式气化技术具有一定优势，其关键在于通过部分氧化使得热解气发生大量裂解。然而由于部分氧化过程采用单级喷嘴方式进行，氧气与热解气的混合不理想，产生较大“反应冷区”，对热解气产生旁路的不利影响，抑制热解气在此区域的脱除效率。同时，热解气中氮元素在氧化过程中容易氧化成为氮氧化物，制约生物质气化-燃烧工艺的应用，而目前并没有完善的生物质热解/气化气高效清洁燃烧技术。

为此，本实用新型提供了一种生物质气化炉，所述气化炉包括：气化室；设置在所述气化室喉口部上方的裂解气入口，用以向所述气化室通入生物质裂解气；以及设置在所述气化室喉口部的多级喷嘴，其中，所述多级喷嘴设置在所述气化室喉口部的不同高度。

根据本实用新型的生物质气化炉，通过在气化室的喉口部上不同高度处设置多级喷嘴，可以提供分层空气补入，相对比现有技术中单层补入空气，有效提高了空气与热解气混合效率，减小喉口冷区面积，延长热解气炉内反应停留时间，提高热解气的脱除转化效率。同时通过空气分级，减少炉内局部高温区，形成强还原性气氛，能够降低氮氧化物的生成，具有污染物协同控制特点。

实施例一

下面参考图1、图2A、图2B、图3A和图3B对本实用新型所提出的生物质气化炉进行示意性说明，其中，图1为根据本实用新型的一个实施例的生物质气化炉的结构示意图。图2A和图2B为根据本实用新型的一个实施例的沿垂直于气化室的侧壁的方向设置喷嘴以及形成气流流动的示意图；图3A和图3B为根据本实用新型的一个实施例的沿与气化室的圆周切向夹角为30方向设置喷嘴以及形成气流流动的示意图。

如图1所示，生物质气化炉包括气化室1，设置在所述气化室喉口部上方的裂解气入口2，所述裂解气入口2用以向所述气化室1通入生物质裂解气。生物质经过热解反应后生成含热解气及热解胶，所述热解气经过裂解气入口2通途气化室 1，所述气化室1用于将生物质热解气进行氧化，以供后续进一步进入碳层气化以发生还原反应，生成小分子。所述生物质气化炉还设置在所述气化室喉口部的多级喷嘴3，所述多级喷嘴3设置在所述气化室喉口部的不同高度，如图1所示，多级喷嘴3包括设置在所述气化室喉口从上到下依次设置的第一级喷嘴3-1和第二级喷嘴3-2。通过在气化室喉口部设置多级喷嘴，在热解气气化过程中，通过第一级喷嘴3-1和第二级喷嘴3-2可以向所述气化室1分层补入空气，相对比现有技术中单层补入空气，有效增加了空气分布均匀性，有效提高了空气与热解气混合效率，从而减小喉口冷区面积，延长热解气炉内反应停留时间，提高热解气的脱除转化效率。同时通过空气分级补入，有效增加了空气与裂解气反应区域，降低了炉内局部高温区，形成强还原性气氛，能够降低氮氧化物的生成，具有污染物协同控制特点。需要理解的是，本实施例以设置在所述气化室喉口从上到下依次设置的第一集喷嘴和第二级喷嘴为实施例进行说明，并不是要对本发明进行限定，本领域技术人员可以根据需要设置更多级喷嘴。

示例性地，所述多级喷嘴中的每一级包括设置在所述气化室喉口部同一高度上的至少两个喷嘴。继续参看图1，设置在气化室1喉口的第一级喷嘴3-1包括设置气化室喉口上部同一高度与上的两个喷嘴3-1a和3-1b，置在气化室1喉口的第二级喷嘴3-2包括设置气化室喉口下部同一高度上的两个喷嘴3-2a和3-2b。在所述气化室喉口部的同一截面上设置多个喷嘴，可进一步增加空气补入效率，从而进一步提高了空气与热解气混合效率，从而减小喉口冷区面积，延长热解气炉内反应停留时间，提高热解气的脱除转化效率。需要理解的是，本实施例以在所述气化室喉口上部和设置在所述气化室喉口下部的同一截面上设置两个喷嘴为实施例进行说明，并不是要对本发明进行限定，本领域技术人员可以根据需要设置更多的喷嘴。

示例性地，所述气化室设置为的圆柱体，所述第一级喷嘴和所述第二级喷嘴中的至少两个喷嘴分别均匀分布在所述气化室的圆周上。参看图1和图2A，和3A，在气化室1成圆柱体设置，所述第一级喷嘴3-1包括均匀分布在所述气化室圆周上的6个喷嘴，所述第二级喷嘴3-2包括均匀分布在所述气化室圆周上的6个喷嘴。通过气化室设置为的圆柱体，将喷嘴均匀设置在气化室的圆周上，使由喷嘴喷入的气体分布更为均匀与易于流动，进一步改善空气与热解气的混合效率。需要理解的是，本实施例以均匀分布在所述气化室圆周上的6个喷嘴为示例对第一级喷嘴和第二级喷嘴进行说明并不是要对本发明进行限定，本领域技术人员可以根据需要选择设置两个以上的任何数量的喷嘴。

示例性地，所述第一级喷嘴中的喷嘴沿垂直于所述气化室的侧壁的方向设置。继续参看图2A，第一级喷嘴3-1沿垂直于所述气化室的侧壁的方向设置。将喷嘴沿垂直于所述气化室的侧壁的方向设置，使得喷入的空气沿垂直于所述气化室的侧壁的方向喷入，喷入的空气在气化室中心相遇，发生碰撞，一方面促进气化室中心区域的空气和热解气的混合，另一方面空气成对冲式喷入，从而使喷入的气流在相遇后向上和向下流动，使得在气化室喉口部中心区域形成对冲气流，对冲气流在炉膛中心区域冲击往上下形成折角火焰，促进了该区域的湍流度，进一步促进了热解气发生大量裂解。继续参看图2A，同一截面上设置6个均匀分布的垂直于气化室侧壁的喷嘴，从而从喷嘴内沿半径方向喷出的气流成60°夹角，气流截面中心相遇形成对冲气流。图2B示出了在同一截面上设置沿垂直于气化室侧壁的方向设置的6个喷嘴喷入空气形成气流流动的示意。对冲气流一部分向上流动，一部分向下流动，一方面进一步促进空气和热解气的混合，另一方面在在炉膛中心区域冲击往上下形成折角火焰，进一步促进了热解气发生大量裂解。

示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴在所述气化室的侧壁上倾斜设置。通过将喷嘴设置为在所述气化室的侧壁上倾斜设置的喷嘴，从而使由喷嘴喷入的空气与气化室壁或与相邻喷嘴喷入的空气相碰撞，一方面，形成气化室近壁区域的气流，增加气化室近壁区域热解气与空气的混合同时在气化室近壁区域形成环状火焰区，使近壁区域热解气裂解，另一方面相邻空气碰撞形成相邻空气扰动，进一步增强空气补入以及空气和裂解气的混合效果。示例性地，所述第二级喷嘴中的喷嘴沿与所述气化室的圆周的切向成锐角的方向设置，图3A为示出了在同一截面上设置沿与所述气化室的圆周的切向成30°角且方向一致的6个第二级喷嘴3-2的示意图，从而由喷嘴喷出的气体与所述气化室的圆周切向成锐角，从而于气化室壁相喷桩，形成气化室金。在同一截面上设置6个均匀分布的喷嘴，所述6个喷嘴沿所述第二级喷嘴中的喷嘴沿与所述气化室的圆周的切向成30°的方向设置，从而形成与所述气化室的壁面成30°切角的方向，方向一致的气流，与相邻喷嘴喷入的空气相碰撞，形成气化室近壁区域的气流，一方面增加气化室近壁区域热解气与空气的混合，另一方面在气化室近壁区域形成环状火焰区，使近壁区域热解气裂解。如图3B，示出了在气化炉的近壁区域形成气流的流动示意图。需要理解的是，本实施例以在圆形气化室截面上均匀分布6个沿半径方向向气化室喷入空气的喷嘴为示例进行说明，并不是要对本发明进行限定，本领域技术人员可以根据需要设置喷嘴的数量。

示例性地，所述多级喷嘴包括由上到下依次设置的第一级喷嘴和的第二级喷嘴，所述第一级喷嘴中的喷嘴沿垂直于所述气化室的侧壁的方向设置，所述第二级喷嘴中的喷嘴在所述气化室的侧壁上倾斜设置。从而将由垂直于气化室侧壁方向喷入空气的喷嘴形成的近壁区域的冷区通过由在所述气化室的侧壁上倾斜设置的喷嘴喷入的近壁区域的空气进行扰动和弥补，从上下两级喷嘴通入的空气相互耦合，一方面形成在气化室内全面均匀分布的空气，以及与裂解气全面充分混合的效果，另一方面通过提升的混合效果，进一步提高了炉内温度分布均匀性和高温范围，进一步抑制“低温死区”面积，促进焦油的裂解转化。

实施例二

本实用新型还提供了一种生物质气化-燃烧系统，在所述气化-燃烧炉的二燃室设置为如实施例一所述的生物质气化室。生物质在所述生物质气化-燃烧系统中首先由进料口进入回转窑进行以及燃烧处理，经过热解、裂解反应形成可燃气体，可燃气体经过设置为如实施例一种所述的生物质气化炉的二燃室，进一步燃烧，可以有效降低氮氧化物的排放，对污染物起到协同控制的效果。

综上所示，根据本实用新型的生物质气化炉和生物质气化-燃烧系统，通过在气化室的喉口部上不同高度处设置多级喷嘴，可以提供分层空气补入，相对比现有技术中单层补入空气，有效提高了空气与热解气混合效率，减小喉口冷区面积，延长热解气炉内反应停留时间，提高热解气的脱除转化效率。同时通过空气分级，减少炉内局部高温区，形成强还原性气氛，能够降低氮氧化物的生成，具有污染物协同控制特点。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。