下吸式生物质气化炉制造技术

本实用新型专利技术属于生物质能高效利用技术领域，具体涉及一种下吸式生物质气化炉。其包括给料口、空气配风系统、物料搅拌器、气化反应室、炉栅、燃气排出系统和生物炭排出系统，所述给料口处设置有上端开口小、下端开口大的锥面环形导板结构，一部分物料通过导板中心的孔洞垂直落下，一部分物料沿着导板锥外壁面斜向下落进炉内，从而形成内部锥体与围绕在内部锥体周侧的锥体圆环的物料布置形式。本实用新型专利技术能够改善生物质物料在气化反应室内的堆积结构，提升出灰效率以及改善进出口气流组织。

【技术实现步骤摘要】
下吸式生物质气化炉
本技术属于生物质能高效利用
，具体涉及一种下吸式生物质气化炉。
技术介绍
生物质能源是绿色植物将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内的能量，通常包括：木材及森林工业废弃物“农业废弃物”、“生活有机废弃物”、“水生植物”、“油料植物”等。世界能源消费中仅次于三大化石能源位列第四，占比达14％。据统计资料介绍，2009年，欧盟生物质能源的消费量约占欧盟能源消费总量的6％，美国的生物质能源利用占全国能源消费总量的4％，瑞典为32％。我国是个农业大国，生物质资源丰富，生物质能占能源消耗总量20％，农村总能耗的65％以上为生物质能，其中薪材消耗量约占总能耗的29％。生物质能源是一种理想的可再生能源，具有以下特点：(1)可再生性；(2)低污染性(生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的SO2、NOx较低，生物质作为燃料时，二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减少温室效应)；(3)广泛的分布性。缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能。典型生物质的热值为17600～22600kJ/kg。下表分别是几种典型生物质燃料的元素分析和工业分析。注：秸秆的分析均以干燥无灰基计；神府煤以空气干燥基计。干燥无灰基：除去固体燃料中所含全部水分和灰分后计算的燃料部分。干燥基：以在烘干箱中(102-105℃)烘干后失去全部游离水分（外在水分以及内在水分)的燃料式样为计算基准。资料来源：（周建伟等，2009；杜云川，2009)。目前生物质能主要应用方式分为两种：①生物质直接燃烧；②生物质气化。生物质直接燃烧方式是传统能源利用方式，即生物质在燃烧炉内充分燃烧，放出的热量用来发电或者供热的利用的方式。直接燃烧的方式一般用于大规模集中利用上，比如现有主流的生物质发电厂就是这一类。生物质气化是一种较新的方式：主要是在气化炉内一定的热力学条件下，只提供有限氧的情况下使生物质发生不完全燃烧，通过有机物热裂解和一系列氧化还原反应，生成CO、H2、低分子烃等可燃气体。这种可燃气是一种干净、清洁的绿色能源，可作为后继供热或发电使用。生物质气化对原料有一定要求，一般以中小规模利用为主，比如工厂或园区供热、物料烘干、保温保湿等。另外，生物质气化过程中通过控制反应温度、气化剂等可以对热裂解和氧化还原的程度进行调节，从而得到可燃气的同时，得到生物质炭、焦油、木醋液等副产物。特别是生物质炭，目前是一种较高品质高附加值的产品，广泛应用于保温材料、土壤改良、燃料、吸附剂等场合。气化过程与燃烧过程的区别：燃烧过程提供充足的空气或氧气，原料充分燃烧，目的是直接获取热量，产物是CO2和水等不可燃的烟气。气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物为含氢、CO和低分子烃类的可燃气体。生物质气化是一种热化学转换技术，利用空气、氧气或水蒸气作为气化剂，将生物质转化成可燃气体的过程。生物质气化可将低品位的固态生物质转换成高品位的可燃气体，可应用于集中供气、供热、发电以及作为化工品和原料气等。在众多的生物质气化设备中，下吸式固定床气化炉具有热值高、可燃气焦油含量低、炭转化率高、可燃气产品用途广、结构简单、工作稳定性好的优点，因此在集中供气、供热及小型生物质发电中得到了广泛的应用。下吸式固定床气化炉的原理为：生物质从上部加入，气化剂从中下部吹入，生成的气体从下部离开气化炉。气化炉中参加反应的生物质自上而下分为干燥层、热解层、氧化层和还原层。下吸式固定床气化炉主要由内胆、外腔及灰室组成。内胆又分为储料区及喉管区。储料区为物料预处理区，而喉管区是气化反应区，储料区的容积及喉管区直径及高度是气化炉设计的重要参数，直接影响气化效果。气化炉的上部留有加料口，物料直接进入到储料区，气化炉的下部是灰室，灰室及喉管区之间设有炉栅，反应后的灰分及没有完全反应的炭颗粒经过炉栅落进灰室，灰可定期排出。在内胆和外壁之间形成的外腔实际上是产出气体的流动通道，在热的可燃气排出时，与进人风室的气化剂和气化炉储料区内的物料进行热交换。一般来说，下吸式气化炉的进风喷嘴设在喉管区的中部偏上位置。气化过程中气化剂的供给是靠系统后端的容积式风机或发电机的抽力实现的，大多数下吸式气化炉都是在微负压的条件下运行，进风量可以调节。进入到气化炉内的生物质最初在物料的最上层，即处在干燥区内，在这里由于受外腔里的热气体及内胆里热气体的热辐射，吸收热量，蒸发出生物质内的水分，变成干物料。干燥层温度为300℃左右。之后随着物料的消耗向下移动入热解区，由于热解区的温度高，达到了挥发分溢出温度，因而生物质开始热解，挥发分气体开始产生，干生物质逐渐分解。热解区产物为炭、氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油以及其他烃类物质等，而生成的炭随着物料的消耗而继续下移落入氧化区。热解区温度为500～700℃。热解反应式如下：CH1.4O0.6＝0.64C(s)+0.44H2+0.15H2O+0.17CO+0.13CO2+0.005CH4作为气化剂的空气一般情况下在氧化区加入，在该区，由热解区生成的炭与气化剂中的氧进行燃烧反应生成二氧化碳、一氧化碳，并放出大量的热能，这些能量保证了生物质气全过程的顺利进行。氧化区温度可达1000～1200℃，氧化反应方程式为：C+O2＝CO2+ΔHΔH＝408.8kJ2C+O2＝2CO+ΔHΔH＝246.44kJ没有在反应中消耗掉的炭继续下移进入还原区，在这里，与热解区及氧化区生成的二氧化碳发生还原反应生成一氧化碳，炭还与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳，灰渣则排入灰室中。还原反应方程式如下：C+CO2＝2CO+ΔH；ΔH＝-162.41kJH2O+C＝CO+H2+ΔH；ΔH＝-118.82kJ2H2O+C＝CO2+2H2+ΔH；ΔH＝-75.24kJH2O+CO＝CO2+H2+ΔH；ΔH＝-43.58kJ由于还原反应吸热，还原区温度也降低，为700～900℃。一般情况下，下吸式气化炉不设炉栅，但如果原料尺寸较小，也可设炉栅。此种气化炉，适于较干的大块物料或低水分大块同少量粗糙颗粒相混的物料。在下吸式气化炉中，气流是向下流动的，通过炉栅进入外腔。因而在干燥区生成的水蒸气，在热解区分解出的二氧化碳、一氧化碳、氢气、焦油等热气流向下流经气化区。在气化区发生氧化还原反应。同时由于氧化区的温度高，焦油在通过该区时发生裂解，变为可燃气体，因而，下吸式固定床气化炉产出的可燃气热值相对高一些而焦油含量相对低一些。通过这一系列化学反应过程，在气化炉内，固体燃料生物质就变成了气体燃料一一生物质燃气。目前，下吸式生物质气化炉的结构设计存在以下问题：(1)堆积角较大时，物料在气化炉截面难以均布，形成架桥、穿孔现象。当物料自然堆积时会形成一个锥体，锥体母线与底面的夹角叫做自然堆积角。自然堆积角反映了物料的流动特性，流动性好的物料颗粒在很小的坡度时就会滚落，只能形成很矮的锥体，因此自然堆积角很本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.下吸式生物质气化炉，包括给料口、空气配风系统、物料搅拌器、气化反应室、炉栅、燃气排出系统和生物炭排出系统，其特征在于：所述给料口处设置有上端开口小、下端开口大的锥面环形导板结构，一部分物料通过导板中心的孔洞垂直落下，一部分物料沿着导板锥外壁面斜向下落进炉内，从而形成内部锥体与围绕在内部锥体周侧的锥体圆环的物料布置形式。/n

【技术特征摘要】
1.下吸式生物质气化炉，包括给料口、空气配风系统、物料搅拌器、气化反应室、炉栅、燃气排出系统和生物炭排出系统，其特征在于：所述给料口处设置有上端开口小、下端开口大的锥面环形导板结构，一部分物料通过导板中心的孔洞垂直落下，一部分物料沿着导板锥外壁面斜向下落进炉内，从而形成内部锥体与围绕在内部锥体周侧的锥体圆环的物料布置形式。


2.如权利要求1所述的下吸式生物质气化炉，其特征在于：所述空气配风系统包括环绕在气化炉外壁内侧的配风母管以及插入气化反应室氧化区的配风支管，配风母管焊接在气化炉外壁内侧，配风支管沿气化炉外壁内周均匀分布，并经气化炉外腔伸入氧化区内部，伸入氧化区内部的配风支管上均匀开设风孔。

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【专利技术属性】
技术研发人员：代旭东，职圣杰，赵金，曲守信，白云淼，
申请(专利权)人：江苏中顺节能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32