一种常压固定床生物质气化炉及生物质常压气化方法与流程

本发明涉及含碳物质气化技术领域，具体涉及一种常压气化炉及气化方法，更具体的涉及一种常压固定床气化炉及其气化方法，尤其是一种常压固定床生物质气化炉及生物质常压气化方法。

背景技术：

含碳物质的气化能够产生工业用可燃气体(氢气、一氧化碳等)，在现代化工技术领域具有广阔的应用前景，现有技术中对含碳物质包括生物质进行气化的主要技术手段是固定床气化炉，尤其是常压固定床气化炉，基本结构是包括一个气化炉和独立设置的除尘净化装置等，其中的气化炉顶部作为生物质添加入口，底部作为渣料和气化气输出口，气化剂也是通过底部输入，这种现有技术中的气化炉的气化效率较低，尤其是对于生物质的气化效率更低，现有专利cn202829965u典型的描述了这种现有技术中的气化炉结构及其工作方式。为克服现有技术中生物质气化炉普遍具有的气化效率低、操控布置不便等缺点，本发明提出一种全新结构的常压固定床生物质气化炉。

技术实现要素：

本发明提出一种常压固定床生物质气化炉及生物质常压气化方法，创新地将气化管路设计为回形管路结构、并创新的将气化剂管路与回形气化管路集成设计在一起，大大提高了气化效率，同时集预热干燥、气化反应、渣料收集、气化气除尘、除油、冷凝于一体，改变了传统分体式气化装置的设计结构，使气化炉整体结构更加紧凑，气化效率更高，布置、应用也都更加方便，具有广阔的推广应用前景。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种常压固定床生物质气化炉，包括：集气室1、冷凝室2、除油室7、除尘室11、气化室16、回形气化管路17、第一气化剂管路18、第二气化剂管路20、干燥预热室28、螺旋推料机构29、推料驱动电机30、进料输送机构32和气化剂室33，所述干燥预热室28和气化室16并排设置，所述回形气化管路17同时设置于所述干燥预热室28和气化室16内，处于所述干燥预热室28内的回形气化管路的内部设置有螺旋推料机构29，所述螺旋推料机构29连接于所述推料驱动电机30，所述进料输送机构32将来自进料口31的生物质料输送给所述螺旋推料机构29，所述气化剂室33连接于所述第一气化剂管路18和第二气化剂管路20，所述第一气化剂管路18穿过所述螺旋推料机构29后在所述回形气化管路17的内部沿回形气化管路17的中央轴线延伸方向设置，所述第二气化剂管路20紧贴所述回形气化管路17的外壁沿回形气化管路17的外壁延伸方向设置，所述第一气化剂管路18上均匀分布有若干第一气化剂出口19，所述第二气化剂管路20上均匀分布有若干第二气化剂出口21，所述除尘室11设置于所述气化室16上方，并与所述气化室连通，所述除油室7设置于所述除尘室11上方，并与所述除尘室11连通，所述冷凝室2设置于所述除油室7上方，所述集气室1设置于所述冷凝室2上方，所述集气室1通过穿过冷凝室2的集气管路5连通于所述除油室7。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述回形气化管路17由两个反向u形管路一体串接形成，第一个u形管路开口向上，第二个u形管路开口向下，且第一个u形管路与第二个u形管路共用一个u形臂；第一个u形管路的左侧u形臂处于所述干燥预热室28内，所述螺旋推料机构29设置于第一个u形管路的左侧u形臂内，所述螺旋推料机构29包括中央转轴和设置于所述中央转轴上的螺旋叶片，所述中央转轴通过传送带连接于所述推料驱动电机30的输出轴，所述进料输送机构32的出料端对准第一个u形管路的左侧u形臂的顶部开口，所述干燥预热室28对进入第一个u形管路的左侧u形臂内的生物质料提供预热，所述螺旋推料机构29为回形气化管路内的物料输送提供驱动动力；所述第一气化剂管路的一端连接于所述气化剂室33，所述第一气化剂管路18穿过所述螺旋推料机构29的中央转轴后在所述回形气化管路17的内部沿回形气化管路17的中央轴线延伸方向形成回形管路结构，所述第一气化剂管路的另一端为封闭端并靠近所述回形气化管路17的出料端设置，所述第一气化剂管路在伸出中央转轴外的部分上均匀开设有所述第一气化剂出口19；所述第二气化剂管路的一端连接于所述气化剂室33，所述第二气化剂管路为包覆回形气化管路外壁设置的外套筒或者为沿回形气化管路17的外壁延伸方向设置的回形管路结构，所述第二气化剂管路的另一端为封闭端并靠近所述回形气化管路17的出料端设置；所述回形气化管路17的第二个u形管路完全处于所述气化室内。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述第一气化剂出口和第二气化剂出口为顺着物料推进方向开设的单向气体排出孔；所述回形气化管路的出料端设置有出料凸台22；所述气化室正对回形气化管路出料端的位置设置有出料腔室，所述出料腔室中设置有出料底板24、出料闸阀25、排料底板26和排料闸阀27，所述出料底板24通过出料闸阀25进行开闭控制，当落入出料底板24上的渣料达到预设重量时，出料闸阀控制出料底板24打开，渣料经出料底板24落入排料底板26上后，出料闸阀控制出料底板关闭，排料底板26通过排料闸阀27进行开闭控制，当落入排料底板26上的渣料达到预设重量且出料底板关闭时，排料闸阀控制排料底板26打开，将渣料最终排出。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述气化室的顶部开设有若干导气通道15，所述气化室通过所述导气通道15与所述除尘室连通，所述除尘室内设置有除尘网13，所述除尘室的侧壁设置有操作门14。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述除油室7包括锥形冷却壁8和集油底板9，所述锥形冷却壁8处于所述集油底板9上方，且在所述锥形冷却壁8和集油底板9之间形成除油空间，所述锥形冷却壁8的顶部设置有冷却结构，所述锥形冷却壁8包括有若干倒置锥形漏斗结构，每个倒置锥形漏斗结构的锥形面向下正对集油底板9，每个倒置锥形漏斗结构的漏斗出口向上连通所述集气管路5，所述除油室7的侧壁形成有油液输出门10，所述除油室7和除尘室11通过导气管12连通，所述导气管12向下伸入至除尘室内、向上伸入至除油室内，且导气管12的顶端突出于集油底板9预定高度，所述导气管12与集油底板9之间密封连接。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述冷凝室2包括有若干集气管路5，每个集气管路5的底端连接于所述除油室7中对应一个倒置锥形漏斗结构的漏斗出口，每个集气管路5的顶端连通于所述集气室1，每个集气管路5的外壁对应的被一个水冷套筒6包围，各个水冷套筒的底端通过一个共用进水水冷腔连通，所述共用进水水冷腔为沿除油室的锥形冷却壁8的外顶面表面铺设的封闭状平面水冷腔，所述共用进水水冷腔同时连通于各个水冷套筒6，在共用进水水冷腔的侧壁形成有冷却水入口3，各个水冷套筒的顶部通过出水连通管路相互连通，且出水连通管路连接于冷却水出口4，所述冷却水入口3和冷却水出口4外接水冷循环系统。

进一步的根据本发明所述的常压固定床生物质气化炉，其中所述集气室连通于各个集气管路的顶端，所述集气室上连接有气化气输出管34。

一种基于本发明所述的常压固定床生物质气化炉进行的生物质常压气化方法，包括以下步骤：

步骤一，通过进料输送机构将生物质料输送至回形气化管路内；

步骤二，通过螺旋推料机构对进入回形气化管路内的生物质料进行推送；

步骤三，通过第一气化剂管路和/或第二气化剂管路提供生物质料气化所需气化剂；

步骤四，通过干燥预热室为生物质料进行干燥和预热处理；

步骤五，生物质料在回形气化管路内气化后生成的混合气化气经回形气化管路出料端排出至气化室内，进入气化室内的混合气化气通过导气通道进入除尘室进行除尘操作、再经过导气管进入除油室进行除油操作，最后经过冷凝室进入集气室内，并由集气室上的气化气输出管进行导出；

步骤六，生物质料在回形气化管路内气化后生成的固态渣料落入出料腔室的出料底板上，并经出料底板落至排料底板上，最终通过排料底板输出。

本发明所述常压固定床生物质气化炉及其气化方法的主要技术创新特色和技术优势包括以下方面：

1)、本发明创新的将常压固定床生物质气化炉集成设置为一个整体结构，同时集预热干燥、气化反应、渣料收集、气化气除尘、除油、冷凝于一体，改变了传统分体式气化装置的设计结构，使设备整体结构更加紧凑，工作效率更高，布置、应用更加方便。

2)、本发明创新的将气化炉的干燥预热室和气化室独立设置，并使得气化管路同时穿过干燥预热室和气化室，能够合理控制气化炉的反应预热过程和气化自发过程，适用于多种物料的气化反应。

3)、本发明创新的将气化管路设计为回形管路结构，尤其是通过反向设置的两个u形管路反向串接来形成气化管路结构，大大提高了气化效率，一者本发明首创的采用管路作为生物质气化腔室，借助管路的延伸结构能够提高气化反应路径和时间，二者本发明进一步的将气化管路设置为回形弯折结构，更加延长了气化反应路径和时间，使得气化效率能够大大提升。

4)、本发明创新的将气化剂管路与回形气化管路集成设计在一起，尤其是第一气化剂管路在回形气化管路的内部沿其中央轴线设置，使得第一气化剂管路提供的气化剂能够深入混合于生物质料中，相对于传统的仅从物料出入口通入气化剂的设置方式，本发明能够使气化剂与物料更加均匀的混合，且能够沿整个气化路径均匀提供气化剂，同时将第一气化剂管路设置于回形气化管路内部，能够很好的保证第一气化剂管路内的气化剂有足够的预热温度，当采用水蒸气等常用气化剂时，不会发生冷凝，这些都使得气化效率能够大大提升。

5)、本发明创新的将第二气化剂管路沿回形气化管路的外壁设置，设置形式多样，可以为沿回形气化管路外壁包覆的套筒结构，亦可以为沿回形气化管路外壁延伸的管路结构，这取决于对第二气化剂的需求量以及输运方式，使得本发明所述气化炉能够具有较宽的使用范围。

6)、本发明创新的将第一二气化剂管路上的气化剂出口设置为单向气体排出孔结构，实在气化剂在正压作用下输出与物料混合，而物料却无法将其堵塞。

7)、本发明创新的在气化室底部设置二级排料结构，即固态渣料先落入受重量感应开闭的落料底板上，固态渣料中混合的气化气经充分释放后，固态渣料继续下落至排料底板，此时排料底板未打开，且出料底板自动弹性关闭，随后排料底板打开将渣料外排，这样保证了外界空气不会进入气化室。

8)、本发明创新的在气化室上部依次设置除尘室、除油室、冷凝室和集气室，对气化混合气体依次进行除尘、除油、冷凝和收集处理，以一体化的集成设备结构提高了气化气后处理效率，同时创新了除油室及冷凝室结构，提高了除尘净化效率。

9)、本发明所述常压固定床气化炉能够适用于生物质气化，以及还能够适用于其他类似含碳物质的气化反应，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

附图1为本发明所述常压固定床生物质气化炉的剖面结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1-集气室，2-冷凝室，3-冷却水入口，4-冷却水出口，5-集气管路，6-水冷套筒，7-除油室，8-锥形冷却壁，9-集油底板，10-油液输出门，11-除尘室，12-导气管，13-除尘网，14-操作门，15-导气通道，16-气化室，17-回形气化管路，18-第一气化剂管路，19-第一气化剂出口，20-第二气化剂管路，21-第二气化剂出口，22-出料凸台，23-灰渣，24-出料底板，25-出料闸阀，26-排料底板，27-排料闸阀，28-干燥预热室，29-螺旋推料机构，30-推料驱动电机，31-进料口，32-进料输送机构，33-气化剂室，34-气化气输出管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。

本发明所述常压固定床生物质气化炉，如附图1所示，包括集气室1、冷凝室2、除油室7、除尘室11、气化室16、回形气化管路17、第一气化剂管路18、第二气化剂管路20、干燥预热室28、螺旋推料机构29、推料驱动电机30、进料输送机构32和气化剂室33，所述的进料输送机构32设置于进料口31，用于生物质进料输送，所述的干燥预热室28和气化室16并排设置，所述的回形气化管路17同时设置于所述干燥预热室28和气化室16内，处于所述干燥预热室28内的回形气化管路部分的内部设置有螺旋推料机构29，所述螺旋推料机构29连接于所述推料驱动电机30，所述气化剂室33连接于第一气化剂管路18和第二气化剂管路20，用于提供生物质气化所需的气化剂，优选的所述气化剂室33提供水蒸气和氧气(或空气)两种气化剂，所述水蒸气通过第一气化剂管路18提供给回形气化管路17内的生物质，所述氧气通过第二气化剂管路20提供给回形气化管路17内的生物质，所述第一气化剂管路18在所述回形气化管路17的内部沿回形气化管路17的中央轴线延伸设置，所述第二气化剂管路20紧贴所述回形气化管路17的外壁沿回形气化管路17的外壁延伸方向设置，所述第一气化剂管路上均匀分布有若干第一气化剂出口19，所述第二气化剂管路20上均匀分布有若干第二气化剂出口21，所述第一气化剂出口19和第二气化剂出口21优选的为单向气体出口孔，所述除尘室11设置于所述气化室16上方，并与所述气化室通过导气通道15连通，所述除油室7设置于所述除尘室11上方，并与所述除尘室11通过导气管12连通，所述冷凝室2设置于所述除油室7上方，所述集气室1设置于所述冷凝室2上方，所述集气室1通过穿过冷凝室的集气管路5连通于所述除油室7。

进一步的，所述回形气化管路17由两个反向u形管路一体串接形成，第一个u形管路开口向上，第二个u形管路开口向下，且第一个u形管路与第二个u形管路共用一个u形臂。所述第一个u形管路的左侧u形臂处于所述干燥预热室28内，且在所述左侧u形臂内设置有所述螺旋推料机构29，所述螺旋推料机构29包括中央转轴和设置于所述中央转轴上的螺旋叶片，所述中央转轴通过传送带连接于所述推料驱动电机30的输出轴，通过推料驱动电机30驱动中央转轴转动，进而带动螺旋叶片旋转，从而能够将进入左侧u形臂内的生物质料螺旋推送至第二个u形管路内。气化炉的进料口内设置有所述进料输送机构32，所述进料输送机构32的出料端对准第一个u形管路的左侧u形臂的顶部开口，所述干燥预热室28用于对进入第一个u形管路的左侧u形臂的生物质料提供必要的干燥温度和气化触发预热，所述干燥预热室28围绕左侧u形臂形成封闭的外热空间，并独立控制，保证了预热安全和独立操控性。所述第一气化剂管路的一端连接于气化剂室33，且所述第一气化剂管路穿过所述螺旋推料机构的中央转轴，并沿着回形气化管路17的中央轴线延伸设置，整体也具有回形结构，所述第一气化剂管路的另一端为封闭端并靠近所述回形气化管路17的出口端，所述第一气化剂管路上开设有若干第一气化剂出口19，所述第一气化剂出口19优选的为单向气体排出孔。所述第一气化剂管路中通有第一气化剂，优选的所述第一气化剂为水蒸气，通过将第一气化剂管路创新的设置于回形气化管路的中央，能够确保第一气化剂能够持续受热并始终为蒸汽状态，且更能够确保第一气化剂能够均匀的混合提供至生物质料内壁，提高气化效率。所述第二气化剂管路沿着回形气化管路的外壁设置，可以为沿回形气化管路整个外壁设置的外套筒，亦可以为如附图1所示的沿回形气化管路部分外壁设置的回形管路结构。第二气化剂管路的一端连接于气化剂室33，另一端为封闭端并靠近所述回形气化管路17的出口端，用于提供第二气化剂，优选的所述第二气化剂可为空气或者氧气，通过将第二气化剂管路创新的沿回形气化管路的外壁设置，使得第二气化剂能够沿整个气化管路均匀的提供第二气化剂，同理在所述第二气化剂管路上开设有若干连通回形气化管路的第二气化剂出口，所述第二气化剂出口优选的为顺着物料推进方向开设的单向气体排出孔，使其在正压作用下将第二气化剂吹出且不会使物料进入。所述气化室16是生物质进行常压气化的主要反应空间，所述回形气化管路17的第二个u形管路完全设置于所述气化室内，通过干燥蒸馏室28提供生物质气化所需的启动预热条件，在此条件下生物质开始氧化并放热，放出的热足以维持气化室中回形气化管路17内生物质的气化热需求，使得生物质在推料行进过程中成分气化。本发明使用回形气化管路延长了生物质气化反应路径，提升了气化效率，同时引进回形气化管路相对于现有技术中直落式气化反应腔室，使得生物质料能够在气化管路中停留更长的气化反应时间，提高了气化效率，此外利用螺旋推料机构保证了生物质在回形气化管路中的行进动力。最后在回形气化管路的出料端设置有出料凸台22，所述出料凸台22优选的沿出料端内壁的环形周向设置，通过出料凸台的设计能够很好的控制生物质料在管路内的气化停留时间。在所述气化室的底部正对回形气化管路出口的位置形成有出料腔室，所述出料腔室中设置有出料底板24、出料闸阀25、排料底板26和排料闸阀27，所述出料底板24通过出料闸阀25锁止，只有当落入出料底板24上的固态渣料超过预设重量时，所述出料闸阀解锁，出料底板24打开，出料底板24上的固态渣料下落至排料底板26上，同时出料底板再次回弹并通过出料闸阀再次将其锁止，保证连续出料。同理落入排料底板26上的渣料超过预定重量后，排料闸阀解锁，排料底板打开，将渣料最终排出。通过设置所述结构的出料腔室，更能够提高物料气化效率，并保证气化气从回形气化管路的物料输出端充分排出，同时使得混杂在固态渣料中的气化气充分释放。

所述气化室的上方设置有所述除尘室，所述气化室的顶部开设有若干导气通道15，通过所述导气通道15将所述气化室和除尘室连通。刚从回形气化管路收集上来的气化气中混合有较多的粉尘、焦油等充分，需要先对其进行除尘除油操作。本发明首创的将除尘室、除油室与气化室有效集成在一起，成为一个独立单元。在所述除尘室内设置有除尘网13，用于过滤气化气中携带的粉尘，所述除尘室的侧壁设置有操作门14，所述操作门可被打开，用于对除尘室内的除尘网进行更换操作，更换完成后所述操作门被锁止。所述除尘室上方设置有除油室7，所述除油室7包括锥形冷却壁8和集油底板9，锥形冷却壁8处于所述集油底板9上方，且在所述锥形冷却壁8和集油底板9之间形成除油空间，所述锥形冷却壁8采用导热材料制作，优选的采用金属制作，在锥形冷却壁的顶部设置有水冷结构(下述)用于持续将锥形冷却壁降温至预设范围。所述锥形冷却壁8包括有若干倒置锥形漏斗结构，每个倒置锥形漏斗可以为倒置的圆锥漏斗或棱锥漏斗，漏斗的锥形面向下正对集油底板9，漏斗的漏斗出口向上连通集气管路5。所述除油室7的侧壁形成有油液输出门10，用于对除油室内聚集的油液进行输出。所述除油室7和除尘室11通过导气管12连通，所述导气管12向下伸入至除尘室内，所述导气管12向上伸入除油室内，且导气管12的顶端突出于集油底板9预定高度，该高度的选择需要保证在进行集油底板上的油液输出前，导气管12的顶端始终高于集油底板9上的油液表面。所述导气管12与集油底板9之间密封连接，优选的所述导气管12为顶端带有漏斗结构，底部为导气直管结构。所述除油室7上方设置有冷凝室2，所述冷凝室2包括若干集气管路5，每个集气管路5的底端连接于除油室7中对应一个倒置锥形漏斗结构的漏斗顶部出口，每个集气管路5的顶端连通于集气室1，每个集气管路5的外壁都对应的被一个水冷套筒6包围，也就是说每个集气管路5设置于对应的一个水冷套筒6内，通过水冷套筒6对集气管路5提供持续水冷作用。所有水冷套筒相互连通，优选的各个水冷套筒的底端通过一个共用进水水冷腔连通，所述共用进水水冷腔为沿除油室的锥形冷却壁8的外顶面表面铺设的封闭状平面水冷腔，所述共用进水水冷腔同时连通与各个水冷套筒6，且在共用进水水冷腔的侧壁形成有冷却水入口3，所述各个水冷套筒的顶部通过连通管路相互连通，且连通管路同时连通于冷却水出口4，所述冷却水入口3和冷却水出口4外接水冷循环系统(未示出)。这样通过冷凝室能够同时对除油室和集气管路提供冷却作用，已将气化气中的焦油成分冷却过滤。所述冷凝室上方设置有集气室1，所述集气室连通于各个集气管路的顶端，通过集气室收集经除尘和除油处理的气化气，所述集气室上连接有气化气输出管34，用于将生物质气化产生的气化气最终导出。所述集气室1上方优选的可设置气化剂室33。

本发明所述固定床生物质气化炉能够工作于常压下，生物质料通过进料输送机构32送入回形气化管路内，进入回形气化管路内的生物质料被螺旋推料机构推送，使得生物质料能够沿回形气化管路进行输运，选定合适的气化剂(氧气和/或水蒸气)后通过第一二气化剂管路直接提供至生物质料中，并在生物质料的输运过程中与之实现均匀混合，独立设置的干燥预热室提供生物质料的干燥和气化启动所需的热量，预热温度可独立进行控制，干燥预热室由绝热保温材料制作，能够保证加热效果。生物质料通过回形气化管路进入气化室内时，通过气化氧化反应自身产生的热量继续维持气化过程，生物质料与氧气、水蒸气等基于气化混合反应生成燃气(如氢气、一氧化碳)和部分焦油，并携带一些粉尘从回形气化管路的底部出口排出至气化室内，进入气化室内的气化混合气通过导气通道进入除尘室内，经除尘网除尘后在通过导气管进入除油室内，通过除油室内的锥形冷却臂冷却后的焦油通过集油底板收集，经初步除油后的气化气继续通过冷凝室进入集气室内，且气化气在通过冷凝室的过程中经集气管路再次冷却，将剩余的焦油成分通过集气管路内壁面冷凝回流至集油室内，最终收集在集气室内的气化气通过气化气输出管输出，回形气化管路内的生物质气化后生成的固态渣料落入出料底板上，出料底板上积累一定量的渣料后打开并向下继续将渣料输出至排料底板，最终通过排料底板输出废渣，这样保证了渣料排出回形气化管路的过程中能够充分释放其中的气化气，高效的完成了生物质气化过程。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。