規模化生物質固定床氣化爐的製作方法

2023-06-15 07:04:51

專利名稱：規模化生物質固定床氣化爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及規模化固定床生物質氣化爐，其是根據生物質秸稈氣化原料特點設計 的生物質秸稈氣化爐設備。
背景技術：
生物質是僅次於煤炭、石油、天然氣的第四大能源資源，在世界能源消費總量中佔 14%，中國每年消耗的生物質能源佔全球生物質消耗總量的30%。大部分生物質能源在我 國農村以非常原始的方式使用，不僅造成了巨大的資源浪費，還對生態環境造成了嚴重的 破壞。另一方面，隨著農村經濟的改善，富裕起來的農民往往把使用商品能源作為改 善生活質量的首選項目。在經濟發達地區，農村生活用能商品化率已達90%，原來用作 燃料的秸稈成了 「廢物」，大量寶貴的生物質資源被白白地在田間焚燒，據估計，每年約有 5000-7000萬噸秸稈被焚燒。生物質氣化爐是利用氣化裝置將生物質在缺氧狀態下進行燃燒，使大部分可燃燒 物質轉化為可燃氣體，經冷卻淨化後供發電或炊事用。根據燃燒方式的不同，氣化裝置有多 種形式，現有技術中最為常見的是固定床下吸式氣化爐，其具有結構簡單、造價低廉、容易 操作等特點，尤其適合我國農村用以處理農作物廢棄物，例如秸杆、稻殼、樹枝、雜草等。但 由於這種氣化爐本身結構上的制約，其氣化效率及燃氣熱值均偏低，而且燃氣中的焦油含 量偏高。這種燃氣不利於儲存和輸送，從而影響了該技術的進一步利用。

發明內容
本發明為克服上述缺陷，成功開發了一種規模化固定床生物質氣化爐。根據本發明的技術方案，其通過如下方式實現—種規模化固定床生物質氣化爐，其特徵在於，包括氣化爐加料機和爐體，其特徵 在於所述氣化爐爐體帶有防腐蝕襯裡。根據本發明的氣化爐，所述氣化爐爐體上部為倒錐形結構。將氣化爐爐體上部設 置成倒錐形結構，可以降低燃氣出口流速，並防止原料隨秸稈氣帶出爐外。根據本發明，所述氣化爐進一步包括爐篦。所述爐篦為耐熱鑄鐵材質。爐篦設在 進風管上，下部與可旋轉託盤相連。本發明的爐篦既用於排灰，也作為氣體分布板，使爐內 氣流均勻，利於氣化反應順利進行。根據本發明的技術方案，氣化爐由上、中、下三部分組成，上部包括加料機、爐蓋和 探火孔等；中部為爐體、蒸汽水套和爐篦；下部包括灰盤及傳動裝置、通風箱、排渣刀等。根據本發明，所述氣化爐加料機位於氣化爐的上部，由加料箱和上、下翻板閥門組 成。上、下翻板閥門由電動液壓杆微機自動驅動控制。在生產過程中，加料機上下翻轉閥門全部關閉，加料機體內經惰性氣體置換後， 打開加料機上部翻轉閥門，成型秸稈進入加料箱後關閉加料機上部翻轉閥門，再打開加料機下部翻轉閥門使成型秸稈進入氣化爐體內後，關閉加料機下部翻轉閥門完成一個加料循環。根據本發明的技術方案，其中所述的氣化爐體結構通過下述方式實現根據生物 質秸稈成型原料特性及氣化工藝要求，可以將氣化爐內徑設置為I-IOm範圍，優選2-8m;更 優選3-6m，最優選3-3. 5m，氣化爐高度在Im以上，優選2m以上，更優選3m以上。根據本發明的優選實施方案，氣化爐爐體的高徑比(即氣化爐的高度與氣化爐的 直徑比)設置為0.5-4，優選為1-3，更優選1.5-2。由於生物質材料與一般的燃料的密實度 不同，採用本發明的高徑比可以使得秸杆能夠充分氣化。本發明的氣化爐爐體內表面防腐襯裡為氣化爐爐體內表面襯10-50，優選20-40， 更優選25-30毫米厚的防腐材料，優選含矽防腐材料，以防止氣化過程中的爐體材料腐蝕 及減少氣化爐熱損失提高熱效率。採用本發明的防腐結構，可以大大延長氣化爐的壽命，本 發明的氣化爐的壽命相對於未採用防腐結構的常規氣化爐可延長15年使用壽命，大大降 低了生產成本，從而使得本發明的氣化爐在工業上得以廣泛使用。本發明的氣化爐生產工藝採用連續固定床式氣化秸稈燃料。經壓製成型的各種生 物質材料，如秸稈作為原料由氣化爐頂部加料器連續加料，使用空氣與水蒸氣的混合氣為 氣化劑在氣化爐底入爐向上流動(與原料自上而下運動逆流接觸)，爐內原料床層由下向 上分為灰層、氧化層、還原層、乾餾層和乾燥層。其中灰層有預熱氣化劑的作用；正常運行 時維持高溫氣化的熱能主要由在氧化層燃燒掉的部分秸稈放熱提供，氧化層最高溫度通常 在1000-1500°C，優選在1050-1400°C，更優選在1100-1200°C ；還原層中主要發生高溫氣化 還原反應，生成可燃性氣體；乾餾層中秸稈則在一定的溫度下析出揮發分及其他乾餾產物； 最上層的乾燥層可使秸稈原料中的水分受熱蒸發。氣化爐產生的氣化氣、乾餾氣及焦油等 混合氣由爐體頂部排出進入燃氣淨化系統，氣化後產生的灰渣由氣化爐底部自動落入溼式 灰盤，機械化出灰裝置將灰渣從灰盤扒出，隨後由機械傳動將灰渣運出。本發明的秸稈氣化爐優選以成型秸稈為原料，以空氣、水蒸氣的混合氣體作為氣 化劑，混合氣化劑中空氣和水蒸氣的體積比為1 1-12 1，優選3 1-10 1，優選 4:1-8: 1;更優選5 1-6 1。在高溫條件下通過熱化學反應將秸稈中可燃部分轉化 為可燃氣的過程。秸稈氣化時產生的氣體，主要有效成分為CO、H2和CH4、CmHn等，稱為秸 稈燃氣。根據本發明，防腐襯裡可設置在氣化爐爐體內表面的任何地方，優選設置在氧化 層、還原層和乾餾層上，更優選設置在氧化層上，最優選在氧化層附近高溫區域設置防腐襯 裡。本發明的氣化爐充分研究了生物質秸稈燃料的特點，克服了秸稈碳含量底、氧與 水分含量高、熱值底等缺陷，充分利用了秸稈的高活性特點，針對把秸稈的缺陷進行了最優 化設計。所以該氣化爐在結構上做了細緻的研究，秸稈氣化爐加料器、氣化爐爐體結構及爐 體內表面防腐具有與眾不同的特性和結構。本發明的氣化爐的秸稈處理量可以達到2000kg/h.臺以上，優選可以達到 2500kg/h.臺以上更優選可以達到3000kg/h.臺以上。本發明的氣化爐的總體熱效率和 氣化效率可以為50-95%，優選為60-90%，更優選70-85%，最優選75% -80%。氣化強度 至少為IOOm3/(m2h)，優選300kg/(m2h)以上，屬大規模氣化爐。本發明氣化爐碳轉化率可達95%以上，燃氣氧含量可低至0. 6 %以下，燃氣熱值較高，生產能力大，操作周期長，燃氣品 質好，便於深度淨化和利用。本發明氣化爐的產氣量可以達到4000m3/h.臺，優選達到4500m3/h.臺；更優選可 以達到5000m3/h.臺；最優選達到5250m3/h.臺。本發明氣化爐處理的原料範圍非常廣泛， 可以處理秸稈、稻殼、林業廢棄物等多種生物質原料。


圖1是本發明的規模化固定床生物質氣化爐示意圖。其中各附圖標記的含義如下1 加料裝置；2 爐體上部的倒錐形結構；3 爐體內部的防腐襯裡；a 氣化劑入 口 ；b 排灰口 ；c和d 氣化劑出口；e和f 原料口
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步解釋，但本領域技術人員了解，下述具體實施方 式不得作為對本發明的限制，任何對本發明的改進和變化都沒有背離本發明的精神。如圖1所示，本發明的氣化爐爐體內徑為3m，高徑比為2。氣化爐上部設加料機， 包括加料箱和上、下翻板閥門。上下翻板閥門由電動液壓杆微機自動驅動控制。在生產過程中，加料機上下翻轉閥門全部關閉，加料機體內經惰性氣體置換後， 打開加料機上部翻轉閥門，成型秸稈進入加料箱後關閉加料機上部翻轉閥門，再打開加料 機下部翻轉閥門使成型秸稈進入氣化爐體內後，關閉加料機下部翻轉閥門完成一個加料循 環，從而實現連續進料。氣化爐上部設氣化劑出口(c，d)，後可接各種氣體淨化及深加工裝 置。氣化爐爐篦(圖中在氣化爐中下部爐體內的三角形結構)為耐熱鑄鐵鑄成，爐篦設在 進風管上，下部與可旋轉託盤相連，既用於排灰，也作為氣體分布板，使爐內氣流均勻。排灰 口(b)可有效將灰排出爐外。氣化爐底部設有氣化劑入口(a)，使用空氣與水蒸氣的混合 氣，在加料機的上部和下部均設有原料口(e，f)。經壓製成型的秸稈(密度為1. 1-1. 2kg/m3)作為原料由氣化爐上部加料機，利用 料鬥間門，計量加料器和計量鎖氣器連續加料，使用空氣與水蒸氣的混合氣(空氣與水蒸 氣的體積比為6 1)作為氣化劑在氣化爐底入爐向上流動，該氣化劑與自上而下的原料逆 流接觸)，爐內原料床層由下向上分為灰層、氧化層、還原層、乾餾層和乾燥層。其中氧化 層溫度為1150°C，乾餾層的溫度為1000°C，秸稈在此溫度下析出揮發分及其他乾餾產物； 最上層的乾燥層使秸稈原料中的水分受熱蒸發。氣化爐產生的氣化氣、乾餾氣及焦油等混 合氣由爐體頂部氣化劑出口排出進入燃氣淨化系統，氣化後產生的灰渣由氣化爐底部由排 灰口 b自動落入溼式灰盤，機械化出灰裝置將灰渣從灰盤扒出，隨後由機械傳動將灰渣運 出ο本發明氣化爐的氣化效率達到85%，總體熱效率達80%。氣化強度達290m3/ (m2h)。本發明氣化爐碳轉化率可達96%，燃氣氧含量可低至0.5%以下。
權利要求
一種規模化固定床生物質氣化爐，其特徵在於，包括氣化爐加料機和爐體，其特徵在於所述氣化爐爐體帶有防腐蝕襯裡。
2.根據權利要求1的氣化爐，其特徵在於，所述氣化爐爐體上部為倒錐形結構。
3.根據權利要求1或2的氣化爐，其特徵在於，所述氣化爐加料機位於氣化爐的上部， 包括加料箱和上、下翻板閥門。
4.根據權利要求3的氣化爐，其特徵在於，上、下翻板閥門由電動液壓杆微機自動驅動 控制。
5.根據權利要求1-4任一項所述的氣化爐，其特徵在於，所述的氣化爐爐體的高徑比 (即氣化爐的高度與氣化爐的直徑比)設置為0. 5-4，優選1-3，更優選1. 5-2。
6.根據權利要求1-5任一項所述的氣化爐，其特徵在於，所述的氣化爐爐體內表面防 腐結構為氣化爐爐體內表面襯10-50，優選20-40，更優選25-30毫米厚的防腐材料，優選含 矽防腐材料。
7.根據權利要求1-6任一項的氣化爐，其特徵在於，所述氣化爐進一步包括爐篦。
8.根據權利要求7的氣化爐，其特徵在於，所述爐篦設在進風管上，下部與可旋轉託盤 相連。
全文摘要
本發明涉及規模化固定床生物質氣化爐，其是根據生物質秸稈氣化原料特點設計的生物質秸稈氣化爐設備，該氣化爐包括氣化爐加料機，氣化爐爐體上部倒錐形結構和氣化爐爐體內部防腐結構。
文檔編號C10J3/84GK101987974SQ20101025135
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者吳幼青, 尉建中, 徐祥華, 楊寶柱, 盛衛東, 秦世平 申請人:建設部瀋陽煤氣熱力研究設計院;高郵市林源科技開發有限公司;華東理工大學