本发明具体涉及一种回流式高温固定床气化炉及其工艺方法，属于热能工程领域。
背景技术：
随着社会的不断发展和科技水平的不断提高，能源的合理利用越来越多的得到人们的重视，目前，生物质、城市生活垃圾和医疗垃圾等固体废物处理方式主要有填埋、堆肥、焚烧、热解和气化等，其中热解气化技术在对固体废物资源化处理方面有着较大的优势，具有物料适应性好，转化效率高，反应速率快，系统规模灵活等特点，已经被许多人应用到处理城市生活垃圾，工业固体废物中；然而，该种技术同样存在很多问题，如下：
（1）现有热解气化方法产生的气体中含有5%－10%的焦油，其在生产运输过程中会堵塞管道、影响终端设备，燃烧时产生炭黑，污染环境，降低了能源利用率,制约了该方法的推广；
（2）现有固定床气化炉蒸气气化过程中，若以蒸气作为热载体，往往带入的热量满足不了气化过程所需热量，有时还需要配入一些氧气，以提供反应热量，存在能耗大、换热效率低、蒸气温度较低等缺点，同时整个反应过程水蒸气的利用率较低，造成了水蒸气的浪费；
（3）采用固定床气化炉时，炉排易堵塞，无法正常排渣。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种回流式高温固定床气化炉及其工艺方法，解决现有热解气化方法存在的：能耗大、换热效率低、蒸气温度较低且利用率不高，产生气体中含焦油含量大，炉排易堵塞等问题。
本发明的技术方案为：一种回流式高温固定床气化炉,包括气化炉炉体，液压过滤装置，高温蒸气制备装置，集渣装置，上料装置，加热碳棒，采样管，plc控制装置，炉排，炉排扫灰装置，温度监测系统；其特征在于：所述气化炉炉体包括上部炉体、下部炉体、不锈钢内胆、保温层；所述上部炉体与下部炉体采用法兰密封连接，连接位置为炉体法兰连接处；所述不锈钢内胆安装在气化炉炉体内，且不锈钢内胆与气化炉炉体间为保温层；所述不锈钢内胆自上而下分为上部反应区、中部喉口、喉口下部反应区、产品气收集区；所述上部反应区为炉体法兰连接处以上空间，中部喉口位于下部炉体上部，不锈钢内胆底部区域为产品气收集区，喉口下部反应区位于中部喉口与产品气收集区之间；所述下部炉体设置连通中部喉口的高温蒸气进气通道，产品气收集区设置产品气出气通道及产品气回气管道；所述产品气回气管道连通产品气收集区上部与上部反应区，且产品气回气管道上接入气体循环风机；所述下部炉体的保温层内设置电器室，电器室内安装气体循环风机；所述产品气回气管道连接产品气收集区处设置液压过滤装置；所述液压过滤装置包括过滤管，过滤网片，液压刮板装置，排污管道；所述过滤网片安装在过滤管内；所述液压刮板装置包括杠杆、中间轴座、液压杆、刮板连杆、刮板；所述杠杆通过转轴与中间轴座连接，其一端与下端固定在电器室的液压杆连接，另一端通过刮板连杆与过滤管内的刮板连接；所述刮板一侧贴近过滤网片，且刮板下方的过滤管上设置排污孔，排污孔通过排污管道连接炭黑收集桶；所述产品气出气通道位于产品气收集区下部；所述气化炉炉体顶部设置进料管，其上端入口处设置电动蝶阀一，下端连通不锈钢内胆，且连通处设置电动蝶阀二，电动蝶阀一与电动蝶阀二所夹空间为料斗腔；所述高温蒸气制备装置与高温蒸气进气通道通过蒸气管连接；所述集渣装置位于气化炉炉体正下方，其内部腔体与不锈钢内胆内部连通；所述集渣装置与气化炉炉体采用法兰密封连接；所述上料装置包括储料箱、上料电机、输送管，输送管上端与进料管上端入口连接为一体，所述加热碳棒围绕不锈钢内胆穿插在保温层上，且连接电源；所述采样管穿插在气化炉炉体上，其一端伸入不锈钢内胆内，另一端在气化炉炉体外，且在炉体外一端设置通气阀；所述采样管分别设置在上部反应区、中部喉口、喉口下部反应区、产品气收集区；所述plc控制装置安装在储料箱上，并通过控制线分别连接上料电机、电动蝶阀一、电动蝶阀二；所述炉排安装在不锈钢内胆底部，且架在集渣装置内腔上部；所述炉排顶面设置炉排孔；所述炉排上设置炉排扫灰装置，炉排扫灰装置包括固定轴座，水平转轴，竖直转轴，竖直轴承，换向齿轮，清扫板；所述固定轴座安装在集渣装置内腔上部顶面；所述水平转轴安装在固定轴座上，其一端伸出至气化炉炉体外，伸出端连接手摇柄或电机；所述水平转轴上设置水平齿；所述竖直转轴安装在竖直轴承内，且通过换向齿轮与水平转轴啮合；所述竖直轴承与炉排固定连接；所述清扫板安装在竖直转轴顶端，且贴合炉排顶面。
进一步，所述温度监测系统采用温度监测设备实时监测上部反应区、中部喉口、喉口下部反应区、产品气收集区的反应温度，通过调节加热碳棒控制各个反应区的反应温度。
进一步，通过采样管可以实时对上部反应区、中部喉口、喉口下部反应区、产品气收集区的反应气体进行采样，并进行定量检测，实现反应状况的实时监测。
进一步，所述喉口下部反应区内径小于上部反应区；所述中部喉口为中部内凹状；所述产品气收集区内径与上部反应区相同；气化炉采用中间带有中部喉口的形式，上锥段收缩符合炉内物料热解后体积缩小的特征，下锥段渐扩便于物料的下降；该结构有利于气化物料在炉内形成“整体流”，有效减轻了架桥结拱倾向。
进一步，所述高温蒸气进气通道采用两侧对称布置，且两个蒸气进口相对，高温蒸气由高温蒸气制备装置所得。
上述回流式高温固定床气化炉的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括物料预处理方法、连续自动加料方法及气化反应过程：
（1）所述物料预处理方法为：将物料干燥至含水率低于15%，破碎至粒径范围在10-30mm；
（2）所述连续自动加料方法为：将物料添加到储料箱内，通过plc控制装置调控上料电机、电动蝶阀一、电动蝶阀二分步动作；具体运作逻辑为：电动蝶阀一打开、电动蝶阀二关闭、上料电机运行，将储料箱内物料添加到料斗腔内；上料电机运行一段时间后停止运行，填料结束，电动蝶阀一关闭、电动蝶阀二打开；如此实现连续自动加料；
（3）所述气化反应过程为：物料进入不锈钢内胆后，自上而下分为四个区域，分别为：物料干燥区、热解反应区、氧化反应区和还原反应区；
第一步，所述物料干燥区主要在上部反应区，温度在100℃—300℃，含有水分的物料在这里同下面的热源进行热交换，使物料中的水分蒸发出去；物料干燥区的产物为干物料和水蒸气，干物料在重力作用下向下移动，水蒸气在气力抽吸下克服热浮力也向下移动；
第二步，所述热解反应区主要在中部喉口处，温度在500℃—800℃，来自物料干燥区的干物料和水蒸气进入热解反应区后获得氧化反应区传递以及加热碳棒提供的热量，生物质发生热解反应而裂解为碳、挥发分及焦油等物质，产品气回气管道引入的循环气体也进入该反应区域，进行二次裂解，主要反应为：chxoy=n1c+n2h2+n3h2o+n4co+n5co2+n6ch4；
第三步，所述氧化反应区主要在喉口下部反应区，温度在1000℃—1200℃，来自热解反应区的生物质热解产物及回流气体连同水蒸气在气化炉内继续下移，该区域主要是来自热解反应区的焦炭发生不完全燃烧反应以及来自回流气体中焦油的氧化反应，生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸气，同时放出大量热量，主要反应为：c+o2→co2、2c+o2→2co、ch4+2o2→co2+2h2o；
第四步，所述还原反应区主要在产品气收集区,温度在800℃—1000℃，该区域已没有氧气存在，二氧化碳和高温水蒸气在这里与未完全氧化的炽热的炭发生还原反应，生成一氧化碳和氢气等；回流气体中的焦油在此可与高温水蒸气发生充分的反应；主要反应为：c+co2→2co、c+h2o→co+h2、c+2h2o→co2+2h2、co+h2o→2co2+h2、co+3h2→ch4+h2o、焦油+h2o→h2+ch4+co。
本发明的有益效果在于：提供一种回流式高温固定床气化炉及其工艺方法，通过设置产品气回气管道及气体循环风机，将产品气收集区产生的产品气进行回流循环，使得产品气内焦油可以二次裂解，较大程度上减少产品气中焦油的含量；同时，在气体循环的过程中，可以将没有充分利用的水蒸气进行二次利用，减少产品气中水蒸气的含量，水蒸气跟随产品气进行二次利用，节约水资源；通过上述回流循环方式可以产生出高品质富氢产品气，达到生物质等资源高效利用的目的。
进一步，通过将产品气回气管道及气体循环风机设置在保温层内，可以防止产品气在循环过程中由于温度降低导致焦油由气态转变为液态，从而堵塞产品气回气管道及气体循环风机。
进一步，通过设置液压过滤装置可以将产品气中高温炭黑去除，从而提升产品气的品质。
进一步，为了使气化炉添加原料更加方便，且实现加料与气化炉反应互不影响，设置电动蝶阀一（1-12）、电动蝶阀二（1-13）、料斗腔（1-14），通过plc控制装置调控上料电机、电动蝶阀一、电动蝶阀二分步动作；具体运作逻辑为：电动蝶阀一打开、电动蝶阀二关闭、上料电机运行，将储料箱内物料添加到料斗腔内；上料电机运行一段时间后停止运行，填料结束，电动蝶阀一关闭、电动蝶阀二打开；如此实现连续自动加料且不影响气化炉反应。
进一步，通过设置炉排扫灰装置对炉排进行实时清扫，防止炉排上的炉排孔堵塞，排渣不畅；水平转轴伸出端可连接手摇柄或电机，从而实现手动或自动清扫。
本装置可对生物质、生活垃圾以及医疗废弃物等进行气化处理，利用该装置产生的气化气具有富氢、低焦油、热值高等优点，并且可以达到高温水蒸气二次利用的效果，可进一步制氢、锅炉供热、电厂发电以及作为化工原料等；达到生物质等资源高效利用的目的。
附图说明
图1为本发明的立体结构图一。
图2为本发明的立体结构图二。
图3为本发明的立体结构图三。
图4为本发明的整体剖切图。
图5为本发明的进料管处剖切图。
图6为本发明的气化炉炉体剖切图一。
图7为本发明的气化炉炉体剖切图二。
图8为本发明的电器室内部结构图。
图9为本发明的气化炉炉体内部结构图。
图10为本发明的液压过滤装置结构图一。
图11为本发明的液压过滤装置结构图二。
图12为本发明的液压过滤装置结构图三。
图13为本发明的炉排结构图。
图14为本发明的炉排剖切图。
图15为本发明的炉排扫灰装置连接结构图。
图16为本发明的炉排扫灰装置结构图。
图中：气化炉炉体（1），液压过滤装置（2），高温蒸气制备装置（3），集渣装置（4），上料装置（5），加热碳棒（6），采样管（7），plc控制装置（8），炉排（9），炉排扫灰装置(10)，温度监测系统（11），上部炉体（1-1），下部炉体（1-2），不锈钢内胆（1-3），保温层（1-4），炉体法兰连接处（1-5），高温蒸气进气通道（1-6），产品气出气通道（1-7），产品气回气管道（1-8），气体循环风机（1-9），电器室（1-10），进料管（1-11），电动蝶阀一（1-12），电动蝶阀二（1-13），料斗腔（1-14），蒸气管（1-15），过滤管（2-1），过滤网片（2-2），液压刮板装置（2-3），排污管道（2-4），炭黑收集桶（2-5），排污孔（2-1-1），杠杆（2-3-1），中间轴座（2-3-2），液压杆（2-3-3），刮板连杆（2-3-4）,刮板（2-3-5），上部反应区（1-3-1），中部喉口（1-3-2），喉口下部反应区（1-3-3），产品气收集区（1-3-4），储料箱（5-1），上料电机（5-2），输送管（5-3），通气阀（7-1），炉排孔（9-1），固定轴座(10-1)，水平转轴(10-2)，竖直转轴(10-3)，竖直轴承(10-4)，换向齿轮(10-5)，清扫板(10-6)，水平齿(10-2-1)。
具体实施方式
一种回流式高温固定床气化炉,包括气化炉炉体（1），液压过滤装置（2），高温蒸气制备装置（3），集渣装置（4），上料装置（5），加热碳棒（6），采样管（7），plc控制装置（8），炉排（9），炉排扫灰装置(10)，温度监测系统（11）；其特征在于：所述气化炉炉体（1）包括上部炉体（1-1）、下部炉体（1-2）、不锈钢内胆（1-3）、保温层（1-4）；所述上部炉体（1-1）与下部炉体（1-2）采用法兰密封连接，连接位置为炉体法兰连接处（1-5）；所述不锈钢内胆（1-3）安装在气化炉炉体（1）内，且不锈钢内胆（1-3）与气化炉炉体（1）间为保温层（1-4）；所述不锈钢内胆（1-3）自上而下分为上部反应区（1-3-1）、中部喉口（1-3-2）、喉口下部反应区（1-3-3）、产品气收集区（1-3-4）；所述上部反应区（1-3-1）为炉体法兰连接处（1-5）以上空间，中部喉口（1-3-2）位于下部炉体（1-2）上部，不锈钢内胆（1-3）底部区域为产品气收集区（1-3-4），喉口下部反应区（1-3-3）位于中部喉口（1-3-2）与产品气收集区（1-3-4）之间；所述下部炉体（1-2）设置连通中部喉口（1-3-2）的高温蒸气进气通道（1-6），产品气收集区（1-3-4）设置产品气出气通道（1-7）及产品气回气管道（1-8）；所述产品气回气管道（1-8）连通产品气收集区（1-3-4）上部与上部反应区（1-3-1），且产品气回气管道（1-8）上接入气体循环风机（1-9）；所述下部炉体（1-2）的保温层内设置电器室（1-10），电器室（1-10）内安装气体循环风机（1-9）；所述产品气回气管道（1-8）连接产品气收集区（1-3-4）处设置液压过滤装置（2）；所述液压过滤装置（2）包括过滤管（2-1），过滤网片（2-2），液压刮板装置（2-3），排污管道（2-4）；所述过滤网片（2-2）安装在过滤管（2-1）内；所述液压刮板装置（2-3）包括杠杆（2-3-1）、中间轴座（2-3-2）、液压杆（2-3-3）、刮板连杆（2-3-4）、刮板（2-3-5）；所述杠杆（2-3-1）通过转轴与中间轴座（2-3-2）连接，其一端与下端固定在电器室（1-10）的液压杆（2-3-3）连接，另一端通过刮板连杆（2-3-4）与过滤管（2-1）内的刮板（2-3-5）连接；所述刮板（2-3-5）一侧贴近过滤网片（2-2），且刮板（2-3-5）下方的过滤管（2-1）上设置排污孔（2-1-1），排污孔（2-1-1）通过排污管道（2-4）连接炭黑收集桶（2-5）；所述产品气出气通道（1-7）位于产品气收集区（1-3-4）下部；所述气化炉炉体（1）顶部设置进料管（1-11），其上端入口处设置电动蝶阀一（1-12），下端连通不锈钢内胆（1-3），且连通处设置电动蝶阀二（1-13），电动蝶阀一（1-12）与电动蝶阀二（1-13）所夹空间为料斗腔（1-14）；所述高温蒸气制备装置（3）与高温蒸气进气通道（1-6）通过蒸气管（1-15）连接；所述集渣装置（4）位于气化炉炉体（1）正下方，其内部腔体与不锈钢内胆（1-3）内部连通；所述集渣装置（4）与气化炉炉体（1）采用法兰密封连接；所述上料装置（5）包括储料箱（5-1）、上料电机（5-2）、输送管（5-3），输送管（5-3）上端与进料管（1-11）上端入口连接为一体，所述加热碳棒（6）围绕不锈钢内胆（1-3）穿插在保温层（1-4）上，且连接电源；所述采样管（7）穿插在气化炉炉体（1）上，其一端伸入不锈钢内胆（1-3）内，另一端在气化炉炉体（1）外，且在炉体外一端设置通气阀（7-1）；所述采样管（7）分别设置在上部反应区（1-3-1）、中部喉口（1-3-2）、喉口下部反应区（1-3-3）、产品气收集区（1-3-4）；所述plc控制装置（8）安装在储料箱（5-1）上，并通过控制线分别连接上料电机（5-2）、电动蝶阀一（1-12）、电动蝶阀二（1-13）；所述炉排（9）安装在不锈钢内胆（1-3）底部，且架在集渣装置（4）内腔上部；所述炉排（9）顶面设置炉排孔（9-1）；所述炉排（9）上设置炉排扫灰装置（10），炉排扫灰装置（10）包括固定轴座（10-1），水平转轴（10-2），竖直转轴（10-3），竖直轴承（10-4），换向齿轮（10-5），清扫板（10-6）；所述固定轴座（10-1）安装在集渣装置（4）内腔上部顶面；所述水平转轴（10-2）安装在固定轴座（10-1）上，其一端伸出至气化炉炉体（1）外，伸出端连接手摇柄或电机；所述水平转轴（10-2）上设置水平齿（10-2-1）；所述竖直转轴（10-3）安装在竖直轴承（10-4）内，且通过换向齿轮（10-5）与水平转轴（10-2）啮合；所述竖直轴承（10-4）与炉排（9）固定连接；所述清扫板（10-6）安装在竖直转轴（10-3）顶端，且贴合炉排（9）顶面。
进一步，所述温度监测系统（11）采用温度监测设备实时监测上部反应区（1-3-1），中部喉口（1-3-2），喉口下部反应区（1-3-3），产品气收集区（1-3-4），的反应温度，通过调节加热碳棒（6）控制各个反应区的反应温度。
进一步，通过采样管（7）可以实时对上部反应区（1-3-1），中部喉口（1-3-2），喉口下部反应区（1-3-3），产品气收集区（1-3-4）的反应气体进行采样，并进行定量检测，实现反应状况的实时监测。
进一步，所述喉口下部反应区（1-3-3）内径小于上部反应区（1-3-1）；所述中部喉口（1-3-2）为中部内凹状；所述产品气收集区（1-3-4）内径与上部反应区（1-3-1）相同；气化炉采用中间带有中部喉口（1-3-2）的形式，上锥段收缩符合炉内物料热解后体积缩小的特征，下锥段渐扩便于物料的下降；该结构有利于气化物料在炉内形成“整体流”，有效减轻了架桥结拱倾向。
进一步，所述高温蒸气进气通道（1-6）采用两侧对称布置，且两个蒸气进口相对，高温蒸气由高温蒸气制备装置（3）所得。
上述回流式高温固定床气化炉的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括物料预处理方法、连续自动加料方法及气化反应过程：
（1）所述物料预处理方法为：将物料干燥至含水率低于15%，破碎至粒径范围在10-30mm；
（2）所述连续自动加料方法为：将物料添加到储料箱（5-1）内，通过plc控制装置（8）调控上料电机（5-2）、电动蝶阀一（1-12）、电动蝶阀二（1-13）分步动作；具体运作逻辑为：电动蝶阀一（1-12）打开、电动蝶阀二（1-13）关闭、上料电机（5-2）运行，将储料箱（5-1）内物料添加到料斗腔（1-14）内；上料电机（5-2）运行一段时间后停止运行，填料结束，电动蝶阀一（1-12）关闭、电动蝶阀二（1-13）打开；如此实现连续自动加料；
（3）所述气化反应过程为：物料进入不锈钢内胆（1-3）后，自上而下分为四个区域，分别为：物料干燥区、热解反应区、氧化反应区和还原反应区；
第一步，所述物料干燥区主要在上部反应区（1-3-1），温度在100℃—300℃，含有水分的物料在这里同下面的热源进行热交换，使物料中的水分蒸发出去；物料干燥区的产物为干物料和水蒸气，干物料在重力作用下向下移动，水蒸气在气力抽吸下克服热浮力也向下移动；
第二步，所述热解反应区主要在中部喉口（1-3-2）处，温度在500℃—800℃，来自物料干燥区的干物料和水蒸气进入热解反应区后获得氧化反应区传递以及加热碳棒（6）提供的热量，生物质发生热解反应而裂解为碳、挥发分及焦油等物质，产品气回气管道（1-8）引入的循环气体也进入该反应区域，进行二次裂解，主要反应为：chxoy=n1c+n2h2+n3h2o+n4co+n5co2+n6ch4；
第三步，所述氧化反应区主要在喉口下部反应区，温度在1000℃—1200℃，来自热解反应区的生物质热解产物及回流气体连同水蒸气在气化炉内继续下移，该区域主要是来自热解反应区的焦炭发生不完全燃烧反应以及来自回流气体中焦油的氧化反应，生成一氧化碳、二氧化碳和水蒸气，同时放出大量热量，主要反应为：c+o2→co2、2c+o2→2co、ch4+2o2→co2+2h2o；
第四步，所述还原反应区主要在产品气收集区（1-3-4）,温度在800℃—1000℃，该区域已没有氧气存在，二氧化碳和高温水蒸气在这里与未完全氧化的炽热的炭发生还原反应，生成一氧化碳和氢气等；回流气体中的焦油在此可与高温水蒸气发生充分的反应；主要反应为：c+co2→2co、c+h2o→co+h2、c+2h2o→co2+2h2、co+h2o→2co2+h2、co+3h2→ch4+h2o、焦油+h2o→h2+ch4+co。
尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行和修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。