一种基于生物质气化炉的连续生产设备及生产方法与流程

本发明涉及生物质气化设备的技术领域，特别涉及一种基于生物质气化炉的连续生产设备及生产方法。

背景技术：

生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，在18世纪大规模地利用煤燃料以前，人类主要依靠木材作燃料。生物质所蕴藏的能量是相当惊人的，根据生物学家估算，地球上每年生长的生物质能总量约1400-1800亿吨（干重），相当于目前世界总能耗的10倍。我国的生物质能也极为丰富，例如现在每年的秸秆量约8亿吨左右，相当于5亿吨左右标煤。柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃物（不包括炭薪林），每年约达3700m³，相当于2000万吨标煤。

生物质燃烧是传统的利用方式，但是热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，代替煤炭、石油和天然气等燃料；还可以用来生产电力，减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。生物质气化技术是通过热化学反应将固态生物质转换为气体燃料的过程，我国对生物质气化利用技术开始于20世纪80年代前后。生物质气化炉按照运行方式的不同可分为固定床、流化床两种类型。固定床气化炉又分为上吸式、横吸式和下吸式。生物质气化技术改变了传统直接燃烧生物质来获取能量的方式，通过气化技术，将生物质转变为清洁的可燃气体，大大提高生物质能源的使用范围。

传统生物质直燃技术存在很多缺点：①能量利用效率低，②污染环境，③劳动强度大；不同于传统的生物质直燃技术，固定床下吸式生物质气化炉在工作时，需要将生物质原料加工为符合要求的炉料，炉料在气化炉内通过热化学反应，转变为可燃的生物质气。

技术实现要素：

本发明目的是为解决上述问题所采取的技术方案是：

一种基于生物质气化炉的连续生产设备，包括切片机、缓存仓、烘干机、燃烧炉、生物质气化炉，所述切片机的输出端通过第一输送装置连通缓存仓的进料端，所述缓存仓的输出端通过第二输送装置连通烘干机进料端，所述烘干机上外接有燃烧炉，所述烘干机的出料端通过第三输送装置连通生物质气化炉的进料端。

进一步，所述第一输送装置、第二输送装置均为皮带输送机。

进一步，所述第三输送装置包括连通烘干机的输出端的皮带输送机，皮带输送机的输出端连通有斗式提升机。

进一步，所述烘干机的尾气排出口连通有尾气处理装置。

进一步，所述尾气处理装置包括与烘干机的尾气排出口连通的旋风除尘器，旋风除尘器的输出端连通有引风机。

进一步，所述缓存仓的输出端装有电动卸料阀。

进一步，还包括控制柜，所述切片机、第一输送装置、缓存仓的电动卸料阀、烘干机、第二输送装置均与控制柜控制连接。

进一步，所述生物质气化炉包括炉体，炉体上设有空气进气口和炉料进料口，炉体下端安装有连接筒，所述连接筒内部靠近炉体端回转安装有炉排，炉排使炉体空间与连接筒空间分离，炉排上设有出碳孔，且炉排连接有驱动炉排转动的传动机构；所述连接筒的筒壁上开设有燃气出口，燃气出口连接有负压风机，所述连接筒下端连接有积碳室，所述积碳室下端连接有出碳机构。

进一步，所述出碳机构包括出碳通道，出碳通道内沿其轴向安装有螺旋输出轴，螺旋输出轴上螺旋安装有输出叶片，所述螺旋输出轴一端安装有动力机构。

一种基于生物质气化炉的连续生产方法，包括：

a.将尺寸合格的圆木废弃木材等原料投入切片机的进料端，切片机内高速旋转的刀盘带动刀片将原料切割为木片，切割的木片从切片机的输出端抛出至皮带输送机上；

b.皮带输送机将切割的木片输送至缓存仓的进料端，缓存仓中木片积存到设定量时，控制柜控制缓存仓底部的电动卸料阀开启，积存的木片由皮带输送机输送至烘干机中；

c.在控制柜控制燃烧炉开始工作，燃烧炉将炉内加热的热空气输送进入烘干机内部，木片在烘干机内部的导流叶片作用下，随着烘干机的缓慢转动，不断翻滚向着烘干机出料端移动，在热空气烘干作用下将木片烘干至规定要求；

d.烘干机将烘干木片产生的含尘尾气排出，含尘尾气在引风机的作用下，进入旋风除尘器中，颗粒粉尘在旋风除尘器的离心力作用下集存在旋风除尘器底部，除尘后的尾气经引风机排出，工作人员在控制柜控制烘干机的卸料阀开启，烘干的木片由烘干机出料端排出落入皮带输送机；

e.皮带输送机将烘干后的木片输送至斗式提升机上，控制柜控制斗式提升机将烘干后的木片输送至固定床下吸式生物质气化炉内气化。

f.木片从炉料进料口进入炉体，空气从空气进气口被吸入炉体，木片在炉体内分别经过干燥层、热解层、氧化层、还原层四个不同温度反应阶段，在木片反应过程中，炉排回转运动，木片在炉体内反应之后会形成生物质燃气和生物质碳，生物质燃气会从燃气出口被吸出，生物质碳经过出碳孔进入积碳室，由出碳机构输出。

本发明所具有的有益效果为：

1.本发明为一种基于生物质气化炉的连续生产设备，改变传统生物质直接燃烧的利用方式，将圆木或废弃木材等原料处理完成后，送入生物质气化炉内气化，实现圆木或废弃木材等原料转化为生物质燃气和生物质碳，产生的生物质气可以减少煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖，保护国家能源资源，提高对生物质能源的利用效率，减轻对环境造成的污染；同时整个过程中不产生废水、废渣，且尾气符合排放要求。

2.本发明通过切片机、缓存仓和烘干机的配合，将生物质原料加工为符合固定床下吸式生物质气化炉要求的炉料，改变传统的生物质直燃技术，适合用于固定床下吸式生物质气化炉生物质原料的加工，且工艺简单、操作容易、设备成本低，提高生物质能源的利用效率；同时将在产生木材炉料过程中产生的尾气通过尾气处理装置进行处理，使得排出废气中的颗粒杂质除去，达到排放要求。

3.本发明采用生物质气化炉将生物质原料转化为生物质燃气，生物质气化炉使得物料与炉排的接触面积更大，在炉排旋转的作用下，气化炉出碳顺利，出碳速度快，并且在气化炉底部配套安装出碳机构，可使得生物质碳落在积碳室中，并由出碳机构自动输出，这样可以减少人力投入，实现生物质燃气和生物质碳分离，提高工作效率。

附图说明

图1为具体实施方式1生物质气化炉的连续生产设备结构主视图；

图2为本发明生物质气化炉结构示意图；

图3为本发明生物质气化炉内部结构局部示意图；

图4为本发明生物质气化炉内部结构a处放大图；

图5为具体实施方式2生物质气化炉的连续生产设备结构主视图；

图6为本发明生物质气化炉结构示意图；

图7为本发明生物质气化炉内部结构局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

具体实施方式1：

如图1所示，一种基于生物质气化炉的连续生产设备，以木材为原材料，包括切片机1，切片机1将投入其中的圆木或废弃木材切为符合气化炉要求的木片，所述切片机1的输出端通过第一输送装置连通缓存仓3的进料端，所述缓存仓3的输出端通过第一输送装置连通烘干机6进料端，优选的，本实施例中所述缓存仓3的输出端装有电动卸料阀，所述烘干机6为转筒烘干机6，烘干机6上外接有燃烧炉5，燃烧炉5向转筒烘干机6内提供热空气，用以烘干木片，所述烘干机6的出料端通过第二输送装置连通生物质气化炉的进料端。优选的，本实施例中所述第一输送装置、第二输送装置为皮带输送机2；优选的，本实施例中所述第三输送装置包括连通烘干机6的输出端的皮带输送机2，皮带输送机2的输出端连通有斗式提升机10，斗式提升机10的采用可以降低输送难度，且节约空间，通过垂直输送方式将烘干的木片输送至固定床下吸式生物质气化炉4内。

如图1所示，为了保证在加工生物质气化炉炉料时减小对空气的污染，需要对加工炉料时产生的尾气进行处理，所述烘干机6的尾气排出口连通有尾气处理装置；优选的，本实施例中所述尾气处理装置包括与烘干机6的尾气排出口连通的旋风除尘器8，旋风除尘器8的输出端连通有引风机7，引风机7用于将烘干机6的尾气排出口排出的尾气吸至旋风除尘器8，并通过旋风除尘器8处理后由引风机7排出，通过尾气处理装置减小在加工生物质气化炉炉料时产生的尾气对空气的污染。

如图1所示，为了方便控制生物质气化炉炉料的加工设备，生物质气化炉炉料的加工设备还包括控制柜，所述切片机1、第一输送装置、缓存仓3的电动卸料阀、烘干机6、第二输送装置均与控制柜控制连接，通过控制柜来控制各个设备的启动与停止，在本实施例中，切片机1、皮带输送机2、转筒烘干机6、旋风除尘器8、引风机7和斗式提升机10均为现有技术，在此不再赘述。

如图2所示，一种基于生物质气化炉的连续生产设备的生物质气化炉4，包括炉体414，炉体414上端设有上端盖，所述上端盖上设有空气进气口41和炉料进料口42，炉体414下端安装有连接筒411，优选的，本实施例中炉体414下端与连接筒411同轴安装。

如图2-4所示，所述连接筒411内部靠近炉体414端回转安装有炉排43，炉排43实现炉体414空间与连接筒411空间分离，炉排43上设有出碳孔，所述炉排43连接有驱动炉排43转动的传动机构44，空气从空气进气口41吸入炉体414，从上至下经过反应层，反应层从上到下分为：干燥层、热解层、氧化层、还原层，生成的生物质燃气，所述还原层主要为生物质木片碳，并与炉排43接触，干燥层反应温度设置为300℃以下、热解层反应温度设置为300-800℃，氧化层反应温度设置为800-1000℃，木片在炉体414内的不同反应层进行反应最后形成还原层的木片生物质碳，实现由木片变化为生物质燃气和木片生物质碳。

如图2-4所示，所述连接筒411的筒壁上开设有燃气出口45，燃气出口45连接有负压风机，从而在炉体414内形成负压环境，实现将生物质燃气导出和空气的吸入，所述连接筒411下端连接有积碳室412，优选的，本实施例中所述积碳室412内部设置有锥形空间，锥形空间大锥径端朝向连接筒411一侧，锥形空间可以避免生物质碳在积碳室412内积留，使生物质碳可以顺利输出；所述积碳室412下端连接有生物质碳的出碳机构46。

如图2-4所示，为了实现木片与炉排43的接触面积更大，且在炉排43旋转的作用下，气化炉出碳顺利，出碳速度快，所述炉排43朝向炉体414一端凸出设有锥面，且出碳孔排布在锥面上；锥面可以增大木片与炉排43的接触面积，炉排43快速转动能实现木片生物质碳从出碳孔进入积碳室412。

如图2-4所示，为实现炉排43的转动，所述传动机构44包括安装在炉排43外周的大齿圈47和与大齿圈47配合的小齿轮49，优选的炉排43与大齿圈47固定连接，所述小齿轮49通过键轴连接有链轮410，在本实施例中链轮410通过电机带动进行运动，电机通过传动机构44实现炉排43的转动可以使木片在炉排43的转动下，均匀分布，木片不易搭桥堆积，气化反应均匀，气化效率高，有效减少木焦油和氮气的产生。

如图2-4所示，为实现对炉排43的定位，并且保证炉排43在转动的过程中不会发生沿炉体414轴向运动，所述大齿圈47上端设有安装在炉体414内部的上限位部413，大齿圈47下端设有安装在连接筒411内部的下限位部48，下限位部48与大齿圈47之间安装有滚珠，所述滚珠利于大齿圈47进行转动，从而可以实现炉排43的转动。

如图2-4所示，为了实现将积碳室412内生物质碳输出气化炉，实现方便快捷地产出具有可观附加值的生物质碳，实现碳气联产，提高对生物质能源的利用效率，所述出碳机构46包括与积碳室412连通的出碳通道461，所述出碳通道461内沿其轴向安装有螺旋输出轴462，螺旋输出轴462上螺旋安装有输出叶片463，所述输出叶片463、螺旋输出轴462和出碳通道461形成了生物质碳的螺旋输送通道，所述螺旋输出轴462一端安装有动力机构，优选的本实施例中所述动力机构为电机。

如图2-3所示，为实现对气化炉的支撑固定，所述连接筒411的外壁连接有沿炉体414轴向圆周布置的多个支撑腿。

本发明的工作过程为：

a.工作人员将尺寸合格的圆木废弃木材等原料投入切片机1的进料端，切片机1内高速旋转的刀盘带动刀片将原料切割为木片，切割的木片从切片机1的输出端抛出至皮带输送机2上；

b.皮带输送机2将切割的木片输送至缓存仓3的进料端，缓存仓3中木片积存到设定量时，控制柜控制缓存仓3底部的电动卸料阀开启，积存的木片由皮带输送机2输送至烘干机6中；

c.工作人员在控制柜控制燃烧炉5开始工作，燃烧炉5将炉内加热的热空气输送进入烘干机6内部，木片在烘干机6内部的导流叶片作用下，随着烘干机6的缓慢转动，不断翻滚向着烘干机6出料端移动，在热空气烘干作用下将木片烘干至规定要求；

d.烘干机6将烘干木片产生的含尘尾气排出，含尘尾气在引风机7的作用下，进入旋风除尘器8中，颗粒粉尘在旋风除尘器8的离心力作用下集存在旋风除尘器8底部，除尘后的尾气经引风机7排出，工作人员在控制柜控制烘干机6的卸料阀开启，烘干的木片由烘干机6出料端排出落入皮带输送机2；

e.皮带输送机2将烘干后的木片输送至斗式提升机10上，工作人员在控制柜控制斗式提升机10将烘干后的木片输送至固定床下吸式生物质气化炉4内气化。

f.将木片从炉料进料口42放入炉体414内，炉体414内为负压环境，空气从空气进气口41被吸入炉体414，木片在炉体414内经过不同温度反应，分别经历干燥层、热解层、氧化层、还原层四个反应阶段，在木片反应过程中，电机会通过链轮410带动小齿轮49转动，小齿轮49转动带动大齿圈7进行回转，从而实现炉排43的回转运动，炉排43的转动作用使得木片在炉体414内均匀分布，木片不易搭桥堆积，气化反应均匀，木片在炉体414内反应之后会形成生物质燃气和生物质木片碳，生物质燃气会从燃气出口45被吸出，进入到下一个阶段；由于炉排43为锥形设计，锥面可以增大木片与炉排43的接触面积，炉排43快速转动能实现生物质木片碳从炉排43上的出碳孔进入积碳室412，积碳室412内部设置有锥形空间，锥形空间可以避免生物质碳在积碳室412内积留，使生物质碳可以顺利进入出碳通道461，生物质碳通过螺旋输送通道输出，实现生物质碳被方便快速的收集，完成碳气联产。

本发明为一种基于生物质气化炉的连续生产设备，采用物理方式进行处理，整个过程中不产生废水、废渣，尾气符合排放要求，适合用于固定床下吸式生物质气化炉4生物质原料的加工，工艺简单、操作容易、设备成本低，本设备的使用改变传统的生物质直燃技术，将生物质原料加工为符合固定床下吸式生物质气化炉4要求的炉料，提高生物质能源的利用效率，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。

具体实施方式2：

为了实现产生的生物质燃气连接不同的使用设备，当连接锅炉设备时可以将直接将生物质燃气与锅炉设备进气燃烧口连接，当需要用于发电机组发电时，需要将生物质气化炉4产生的生物质燃气进行净化。

与具体实施方式1不同之处在于，在本实施例中，如图5所示，生物质气化炉4的燃气出口连接有物理除焦油器；如图6-7所示，所述物理除焦油器9包括外筒体93，优选的，本实施例中，所述外筒体93包括中间的圆筒部和圆筒部上、下两端分别连接的上筒盖、下筒盖；外筒体93内部安装有内筒95，内筒95上、下两端分别与外筒体93内部连接将外筒体93内部分隔离为内腔和外腔，所述外筒体93上端连接有连通内腔的进气口91，内腔内安装有过滤98，所述过滤层98距离内腔顶部留有缓冲空间，便于从进气口91进来的生物质气化燃气进行缓冲，并经过过滤层98充分过滤，过滤层98距离内腔底部留有空间，便于过滤后的生物质气化燃气排出；外筒体93上侧设有连通内腔用于放入和取出过滤层的存放口92，本实施例中存放口92设置在上筒盖上，优选的，所述存放口92设置有多个；所述外筒体93侧壁上设有连通外腔的出气口94；所述内腔与外腔通过过滤层98下方且位于内筒95下侧的通气通道96连通，本设备设置内腔和外腔，内腔用于过滤生物质气化燃气，外腔主要用于将过滤后的生物质气化燃气缓冲后排出，这样将进气口91和出气口94分开设置，使得生物质气化燃气经过过滤层98可以充分除去焦油，提高除焦油效果。

如图6-7所示，为了更好的吸收生物质气化燃气内的焦油水分、灰尘等杂质，确保进入发电机组的燃气中焦油含量满足要求，产生的生物质气化燃气需要穿过过滤层98进行物理除焦油，所述过滤层98包括在内腔由上至下依次堆叠放置的纳米材料包、高岭土材料包、活性炭材料包，各材料包形状与内筒95适配，过滤层98设置有多层，在本实施例中过滤层98设置有2层。采用活性炭、高岭土、纳米材料等处理材料相组合的技术，用物理方式进一步除去经过喷淋水洗后生物质燃气中的焦油、水分、灰尘等杂质，确保燃气中焦油含量满足进入发电机组的要求，延长发电机组检修的时间间隔，延长发电机组的使用寿命，从而提高生物质燃气的利用价值。

如图6-7所示，为了实现将过滤的生物质气化燃气通过出气口94排出，内腔与外腔通过内筒95下侧且位于过滤层98下方的通气通道96连通，所述通气通道96包括在内筒95内壁连接的多孔隔离板96b，过滤层98安装在多孔隔离板96b上，优选的，本实施本实例中多孔隔离板96b设置为圆环形，内筒95壁下侧圆周设置有多个通气孔96a，生物质气化燃气穿过过滤层98经多孔隔离板96b由通气孔96a释放进入外腔。

如图6-7所示，为了使得进入外腔的生物质气化燃气可以适当缓冲，保证外腔内气化燃气压力保持稳定，所述出气口94设置在圆筒部上侧，生物质气化燃气通过通气通道96进入外腔后，生物质气化燃气至下向上可以适当缓冲，有利于气化燃气压力保持稳定，最后生物质气化燃气从圆筒部上侧的出气口94排出。

如图6-7所示，为了对生物质气化燃气物理除焦油设备进行检修，特别是针对过滤层98进行检查和维护，所述下筒盖上设有检修口97，可以通过检修口97对过滤层98进行检查和维护。

本发明通过在生物质气化炉的燃气出口上连接有物理除焦油器，完成除去生物质燃气中的焦油、水分、灰尘等杂质，实现将生物质气化炉产生的生物质燃气进行净化，确保燃气中焦油含量满足进入发电机组等相关设备的要求，延长发电机组等相关设备检修的时间间隔，延长发电机组等相关设备的使用寿命。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。