專利名稱：下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室及其氣化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物質(zhì)氣化裝置及工藝，生產(chǎn)燃?xì)獍l(fā)電等新能源相關(guān)技術(shù)，尤其涉及一種生物質(zhì)氣化反應(yīng)室及其氣化工藝。
背景技術(shù)：
能源與環(huán)保是當(dāng)今世界亟待解決的兩大問題，現(xiàn)時(shí)絕大多數(shù)能源供應(yīng)仍然依賴化石燃料，然而其燃燒時(shí)排放的各類污染物卻讓環(huán)保問題雪上加霜。而事實(shí)是，我們所使用的化石燃料，卻來源于生物質(zhì)，而生物質(zhì)其實(shí)是一種100%可再生的清潔能源。廣義上，生物質(zhì)包括所有的植物，微生物，動(dòng)物，以及它們產(chǎn)生的廢棄物。生物質(zhì)資源非常豐富，諸如城市固體垃圾(MSW)，林木，農(nóng)業(yè)廢棄物和其他富碳有機(jī)材料都是優(yōu)良的生物質(zhì)資源。每年地球上都因基于葉綠素的光合作用生成1400-1800億噸生物質(zhì)。儲(chǔ)藏在這些生物質(zhì)里面的化學(xué)能源是世界總能源消耗量的三倍以上，但是我們目前的利用率不足總量的3%?，F(xiàn)有生物質(zhì)氣化反應(yīng)室利用厭氧燃燒產(chǎn)生可燃?xì)怏w，但是由于其結(jié)構(gòu)簡陋，設(shè)計(jì)不合理，存在諸多缺陷，如產(chǎn)氣不穩(wěn)定，排渣進(jìn)料無法連續(xù)操作，氣化反應(yīng)不可控，點(diǎn)火系統(tǒng)原始簡陋，無法重復(fù)使用，產(chǎn)氣焦油含量高造成輸氣管線阻塞，或者損害腐蝕終端應(yīng)用設(shè)備。因此無法長期連續(xù)使用，不便于儲(chǔ)存運(yùn)輸或者大面積推廣應(yīng)用，從而無法應(yīng)用于現(xiàn)有燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明旨在公開一種設(shè)計(jì)更為合理的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室及其氣化工藝，其氣化效率高，產(chǎn)氣穩(wěn)定可控，尤其實(shí)現(xiàn)了不間斷連續(xù)氣化。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，包括上料裝置、氣化區(qū)、爐蓖、點(diǎn)火裝置、排渣裝置及爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、爐內(nèi)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于還包括自動(dòng)整平裝置；所述上料裝置為自動(dòng)上料裝置，位于氣化反應(yīng)室的頂部，包括兩級(jí)球閥、一個(gè)料倉以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉位于兩級(jí)球閥之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉內(nèi)部；所述氣化區(qū)由一體式的初級(jí)氣化區(qū)和二次氣化區(qū)組成，所述初級(jí)所化區(qū)在上，二次氣化區(qū)在下，兩者之間設(shè)置爐蓖；兩套所述爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別位于所述初級(jí)氣化區(qū)頂部和二次氣化區(qū)頂部；所述爐蓖為振動(dòng)爐蓖，是上下兩層分體結(jié)構(gòu)；下層爐蓖是固定爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈正梯型放置并通過其兩端固定連接于下層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成，所述固定爐蓖固定于所述氣化反應(yīng)室的耐火材料壁上；上層爐蓖是活動(dòng)爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈倒梯型放置并通過其兩端固定連接于上層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成，所述上層爐蓖與液壓動(dòng)力裝置連接并連動(dòng)；所述下層爐蓖的齒條與上層爐蓖的齒條對(duì)應(yīng)咬合，并設(shè)定相鄰的上下兩層爐蓖的齒條咬合處的橫向間隙為5-80mm ；通過PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制所述液壓動(dòng)力裝置帶動(dòng)所述上層爐蓖以不大于200次/分鐘的頻率振動(dòng)；所述自動(dòng)整平裝置包括動(dòng)力部分和整平器；所述動(dòng)力部分位于初級(jí)氣化區(qū)的頂部，由液壓推動(dòng)裝置和減速電機(jī)組成；所述整平器位于初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)部，包括套裝固定于中心軸上的整平轉(zhuǎn)臂；所述液壓推動(dòng)裝置的缸頭與減速電機(jī)相連接，減速電機(jī)的輸出端與中心軸相連接，所述中心軸、減速電機(jī)的輸出軸及缸頭的中心線與所述氣化區(qū)的中心線重合；所述點(diǎn)火裝置為自動(dòng)點(diǎn)火裝置，位于所述初級(jí)氣化區(qū)下端的反應(yīng)室側(cè)壁處，包括油槍、點(diǎn)火器和推進(jìn)系統(tǒng)；所述排渣裝置為自動(dòng)排渣裝置，與所述二次氣化區(qū)底部的排渣通道相連接，包括兩級(jí)球閥、一個(gè)料倉以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉位于兩級(jí)球閥之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉內(nèi)部；二次氣化區(qū)的混合氣體出氣管路經(jīng)輸氣管路連接至蒸汽換熱器的進(jìn)氣管路；所述氣化區(qū)的進(jìn)氣管路分別經(jīng)蒸汽緩沖罐和空氣緩沖罐連接蒸汽換熱器和空氣預(yù)熱裝置的出氣管路。進(jìn)一步的，所述初級(jí)氣化區(qū)和二次氣化區(qū)的耐火層均由硅酸鋁耐火混凝土澆筑形成，保溫層由陶瓷纖維包裹而成，初級(jí)氣化區(qū)的進(jìn)氣口位于初級(jí)氣化區(qū)頂部；二次氣化區(qū)的進(jìn)氣口位于二次氣化區(qū)的上部，其混合氣體出氣口位于二級(jí)氣化區(qū)中部。進(jìn)一步的，所述振動(dòng)爐蓖的不銹鋼齒條的上底寬約lO-lOOmm，上底與下底的寬度為 1 2-2 3，厚度為 20-150mm。進(jìn)一步的，自動(dòng)整平裝置的所述液壓推動(dòng)裝置的行程為50-500mm，所述減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速為5-20rpm。進(jìn)一步的，所述爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括4-16個(gè)熱電偶，均勻分布于所述初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)。生物質(zhì)氣化工藝，是在所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室內(nèi)，裝入生物質(zhì)燃料，將含水量不大于20 %的農(nóng)作物廢棄物或有機(jī)垃圾，18 %以下為最佳燃料，裝入氣化反應(yīng)室的爐內(nèi)，并通過自動(dòng)整平裝置整平；所述的農(nóng)作物廢棄物包括玉米秸稈、水稻秸稈、小麥稈、花生殼大豆稈、瓜子殼及生物雜草、樹葉、樹枝等；所述有機(jī)垃圾包括舊報(bào)紙、紙盒、用過的方便筷子、廢紙、廢麻布、 廢舊手套等；通過厭氧燃燒、并產(chǎn)生可燃?xì)怏w燃料點(diǎn)燃后在整套氣體發(fā)生裝備密封的前提下， 用鼓風(fēng)機(jī)向氣化反應(yīng)室內(nèi)吹入空氣、蒸汽或混合氣體，引發(fā)爐內(nèi)厭氧燃燒，并不斷形成含有 CO、H2、CH4, C2H6, CnHm的混合燃?xì)?；同時(shí)使用電機(jī)帶動(dòng)水環(huán)壓縮機(jī)從另一端配合向里抽氣， 促使氣體流動(dòng)；氣化反應(yīng)室中產(chǎn)生的燃?xì)庠跔t中自上而下流動(dòng)，產(chǎn)生的焦油，在燃燒層和還原層被裂解為可燃?xì)怏w，所以出爐的燃?xì)庵薪褂秃枯^低，經(jīng)過加入適量的蒸汽和熱空氣的混合氣體介質(zhì)，氣化效率可高達(dá)75%。
所述生物質(zhì)氣化工藝，具體說，包括如下步驟(1)上料和進(jìn)氣生物質(zhì)原料進(jìn)入自動(dòng)上料系統(tǒng)，一級(jí)球閥打開，原料進(jìn)入料倉， 料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，一級(jí)球閥關(guān)閉，之后二級(jí)球閥打開，原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)，二級(jí)球閥關(guān)閉；同時(shí)，用鼓風(fēng)機(jī)向氣化反應(yīng)室吹入經(jīng)預(yù)熱的氣化介質(zhì)；所述生物質(zhì)原料需要干燥至含水率< 20 %，粉碎至直徑< 30mm ；(2)初級(jí)氣化生物質(zhì)原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)后，在微波料位監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)到高位信號(hào)后，停止進(jìn)料，由自動(dòng)整平系統(tǒng)進(jìn)行整平，之后由自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火，火焰監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)火焰達(dá)到預(yù)定指標(biāo)后，油槍退出爐膛，大氣聯(lián)通管關(guān)閉，初級(jí)氣化開始，即通過厭氧燃燒，形成燃?xì)庠诔跫?jí)氣化區(qū)，原料分為5層，分別為干燥層、熱解層、燃燒層、還原層、灰燼層，均布的熱電偶不間斷向控制臺(tái)傳輸各個(gè)料層的溫度，通過控制進(jìn)氣量和整平裝置的動(dòng)作對(duì)初級(jí)氣化區(qū)的5個(gè)層面進(jìn)行控制和調(diào)整；(3) 二次氣化初次氣化形成的固體余渣和結(jié)焦灰渣，經(jīng)振動(dòng)爐蓖的振動(dòng)和擠壓變?yōu)樾☆w粒爐渣順利排放至二次氣化區(qū)，同時(shí)向二次氣化區(qū)再次通入預(yù)熱的氣化介質(zhì)，進(jìn)行二次氣化；(4)自動(dòng)排渣爐渣進(jìn)入自動(dòng)排渣系統(tǒng)后，一級(jí)球閥保持打開，爐渣進(jìn)入料倉，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，一級(jí)球閥關(guān)閉，之后二級(jí)球閥打開進(jìn)行排渣，料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)二級(jí)球閥關(guān)閉。所述預(yù)熱的氣化介質(zhì)為不低于160°C的蒸汽和/或熱空氣，蒸汽的溫度可達(dá)到 200°C以上，在進(jìn)入所述氣化反應(yīng)室之前進(jìn)行預(yù)先混合，或單獨(dú)使用蒸汽或熱空氣。所述氣化介質(zhì)的預(yù)熱是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的蒸汽換熱產(chǎn)出的混合氣體通過二級(jí)氣化區(qū)的排氣口輸送至蒸汽換熱器，此時(shí)混合氣體的溫度為600 800°C，所述混合氣體與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生的部分高溫蒸汽(溫度達(dá)到164°C以上)經(jīng)過蒸汽緩沖罐和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣化區(qū)，作為氣化介質(zhì)參與還原反應(yīng)并調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，其余的蒸汽進(jìn)入其他熱回收裝置；所述混合氣體換熱后進(jìn)入后續(xù)的過濾裝置。空氣換熱經(jīng)過蒸汽換熱器排出的混合氣體輸入內(nèi)外雙旋風(fēng)換熱除塵器，利用余熱，將處于所述換熱除塵器外層的空氣加熱，加熱后的熱空氣溫度可達(dá)到160°C以上，再經(jīng)空氣緩沖罐送入氣化區(qū)，作為氣化介質(zhì)參與裂解氣化反應(yīng)。在初級(jí)氣化過程上，預(yù)熱至160°C以上的蒸汽和熱空氣組成的混合氣化介質(zhì)，提前裂解原料，加快原料中水分釋出，平衡氣化反應(yīng)室內(nèi)的溫度，促使燃燒層的溫度快速提高， 增強(qiáng)氣化效率；初級(jí)氣化后，原料經(jīng)高溫裂解氣化反應(yīng)，形成的固體余渣和結(jié)焦的灰渣，通過振動(dòng)爐蓖的振動(dòng)和擠壓粉碎，可連續(xù)順利排入二次氣化區(qū)；二次氣化過程中，再次利用預(yù)熱至160°C以上的蒸汽和熱空氣組成的混合氣化介質(zhì)，對(duì)反應(yīng)后的固體余渣和焦油等進(jìn)行二次裂解，生成更多燃?xì)?，并減少了燃?xì)庵械慕褂秃?。采用預(yù)熱至160°C以上的熱空氣和蒸汽的混合氣化介質(zhì)，當(dāng)蒸汽的溫度達(dá)到 200°C以上時(shí)，使得原料最大限度地快速反應(yīng)，增加氣化強(qiáng)度，進(jìn)而可減少所述氣化反應(yīng)室的截面面積，減小設(shè)備體積，并平衡氣化室的壓力；尤其是增加了生成的混合氣體中氫氣的含量，減少部分氮?dú)?，提高氣化效率和燃?xì)鉄嶂?。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)顯而易見
(1)經(jīng)過初級(jí)氣化和二次氣化，燃?xì)饬鹘?jīng)燃燒層和還原層，焦油成分被裂解為燃?xì)?，氣化效率可達(dá)到75%，較現(xiàn)有技術(shù)所達(dá)到的60% 70%的氣化效率得到明顯提高；(2)原料添加與排渣可同時(shí)連續(xù)進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生空氣倒流入氣化反應(yīng)室的情況，操作更安全可控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)無間斷氣化；(3)自動(dòng)整平裝置可控的旋轉(zhuǎn)下壓動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了更有效可控的整平操作，更有利于所述氣化反應(yīng)室的在氧化過程中的密封和連接氣化。(4)振動(dòng)爐篦通過振動(dòng)和擠壓的共同作用完全解決了結(jié)焦和大顆粒爐渣無法排出的問題；(5)點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制，使用壽命延長；(6)氣化反應(yīng)室的初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)均布的熱電偶監(jiān)控各料層溫度，氣化反應(yīng)穩(wěn)定可控；(7)采用蒸汽與熱空氣作為氣化介質(zhì)，充分回收所產(chǎn)燃?xì)庥酂岬耐瑫r(shí)，提高氣化反應(yīng)室氣化效率，燃?xì)庵械獨(dú)夂拷档停瑲錃夂吭黾?，尤其是焦油含量降低，整體熱值得到提尚。綜上，本發(fā)明所述的下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室及其氣化工藝，更科學(xué)更環(huán)保，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，氣化反應(yīng)穩(wěn)定可控，連續(xù)，無間斷的顯著特點(diǎn)，而且氣化效率高，整體熱值高；適合大面積推廣應(yīng)用，尤其是可應(yīng)用于現(xiàn)有燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定發(fā) H1^ ο


圖1是實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例的俯視圖；圖3是上料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為振動(dòng)爐蓖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為單層爐蓖(下層或上層)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為上層爐蓖與液壓缸的連接連動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，101自動(dòng)上料裝置 1011、1013 —級(jí)、二級(jí)氣動(dòng)偏心球閥 1012料倉102自動(dòng)整平裝置 1021 動(dòng)力部分 1022整平轉(zhuǎn)臂 1023 中心軸103初級(jí)氣化區(qū) 104自動(dòng)點(diǎn)火裝置105 振動(dòng)爐蓖 1051 上層爐蓖 1052 下層爐蓖 2000 液壓缸106 二次氣化區(qū)107自動(dòng)排渣裝置3蒸汽換熱器4蒸汽緩沖罐
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的具體說明。一種下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，如圖1、圖2所示，自上而下包括自動(dòng)上料裝置 101、自動(dòng)整平裝置102、初級(jí)氣化區(qū)103、自動(dòng)點(diǎn)火裝置104、振動(dòng)爐蓖105、二次氣化區(qū)106、自動(dòng)排渣裝置107，以及分別位于初級(jí)氣化區(qū)103頂部和二次氣化區(qū)106頂部的兩套爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、均勻分布于初級(jí)氣化區(qū)103內(nèi)的12個(gè)熱電偶組成的爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、由兩個(gè)微波料位探測(cè)儀組成安裝于初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)的爐內(nèi)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分別安裝于氣體進(jìn)口輸送管和出口管口處的進(jìn)出口氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和氣體進(jìn)出口壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以及位于點(diǎn)火器上方的火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；所述自動(dòng)上料裝置101，位于氣化反應(yīng)室的頂部，如圖3所示，包括兩級(jí)氣動(dòng)偏心球閥1011和1013、一個(gè)料倉1012以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉1012位于兩級(jí)球閥1011和1013之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉1012內(nèi)部；氣化區(qū)由一體式的初級(jí)氣化區(qū)103和二次氣化區(qū)106組成，所述初級(jí)所化區(qū)103 在上，二次氣化區(qū)106在下，兩者之間設(shè)置振動(dòng)爐蓖105 ；氣化區(qū)的耐火層均由硅酸鋁耐火混凝土澆筑形成，保溫層由陶瓷纖維包裹而成；初級(jí)氣化區(qū)的混合氣體介質(zhì)進(jìn)氣口位于初級(jí)氣化區(qū)103頂部；二次氣化區(qū)的混合氣體介質(zhì)進(jìn)氣口位于二次氣化區(qū)106的上部，其混合氣體出氣口位于二級(jí)氣化區(qū)106中部。所述振動(dòng)爐蓖105，如圖4所示，是上下兩層分體結(jié)構(gòu)；下層爐蓖1052是固定爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈正梯型放置并通過其兩端固定連接于下層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成， 如圖5所示，所述固定爐蓖1052固定于所述氣化反應(yīng)室的耐火材料壁上；上層爐蓖1051是活動(dòng)爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈倒梯型放置并通過其兩端固定連接于上層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成，如圖5所示；所述上層爐蓖1051與液壓動(dòng)力裝置2000連接并連動(dòng)，如圖6所示；所述下層爐蓖1052的齒條與上層爐蓖1051的齒條對(duì)應(yīng)咬合，并設(shè)定相鄰的上下兩層爐蓖的齒條咬合處的橫向間隙為5-80mm ；所述不銹鋼齒條的上底寬約20mm，下底寬約40mm。通過 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制所述液壓動(dòng)力裝置帶動(dòng)所述上層爐蓖以不大于200次/分鐘的頻率振動(dòng)；所述自動(dòng)整平裝置102包括動(dòng)力部分1021和十字型整平轉(zhuǎn)臂1022 ；所述動(dòng)力部分1021位于初級(jí)氣化區(qū)103的頂部，由液壓推動(dòng)裝置和減速電機(jī)組成；所述整平轉(zhuǎn)臂1022 位于初級(jí)氣化區(qū)103內(nèi)部，套裝固定于中心軸1023上；所述液壓推動(dòng)裝置的缸頭與減速電機(jī)相連接，減速電機(jī)的輸出端與中心軸1023相連接，所述中心軸1023、減速電機(jī)的輸出軸及缸頭的中心線與所述氣化區(qū)的中心線重合；自動(dòng)整平裝置102的所述液壓推動(dòng)裝置的行程為50-500mm，所述減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速為5_20rpm。所述自動(dòng)點(diǎn)火裝置104，位于所述初級(jí)氣化區(qū)103下端的反應(yīng)室側(cè)壁處，包括油槍、點(diǎn)火器和推進(jìn)系統(tǒng)；所述自動(dòng)排渣裝置107，與所述二次氣化區(qū)106底部的排渣通道相連接，包括兩級(jí)氣動(dòng)偏心球閥、一個(gè)料倉以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉位于兩級(jí)球閥之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉內(nèi)部；蒸汽換熱器4通過輸氣管路與二次氣化區(qū)106的混合氣體出氣管路連接；4蒸汽緩沖罐3通過輸氣管路分別連接至蒸汽換熱器4的蒸汽出氣管路和氣化區(qū)的蒸汽進(jìn)氣管路；所述蒸汽換熱器4上，裝有液位計(jì)與壓力表，用于監(jiān)測(cè)蒸汽換熱器內(nèi)部壓力與水位；同時(shí)有溫度計(jì)，用于監(jiān)測(cè)所產(chǎn)生的蒸汽溫度，并配有安全閥，用于壓力過大時(shí)泄壓；所述蒸汽緩沖罐3，在其蒸汽入口處配有溫度計(jì)，出口處配有壓力表與流量計(jì)，并于出口處設(shè)置調(diào)節(jié)閥加以控制。
所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室的生物質(zhì)氣化工藝，包括如下步驟(1)上料和進(jìn)氣生物質(zhì)原料干燥至含水率< 18%，粉碎至直徑< 30mm，進(jìn)入自動(dòng)上料系統(tǒng)，第一道球閥打開，原料進(jìn)入料倉，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，第一道球閥關(guān)閉，之后第二道球閥打開，原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)，第二道球閥關(guān)閉；同時(shí)，用鼓風(fēng)機(jī)向氣化反應(yīng)室吹入160°C的熱空氣和200°C蒸汽組成的混合氣體介質(zhì)；(2)初級(jí)氣化生物質(zhì)原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)后，在微波料位監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)到高位信號(hào)后，停止進(jìn)料，由自動(dòng)整平系統(tǒng)進(jìn)行整平，之后由自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火，火焰監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)火焰達(dá)到預(yù)定指標(biāo)后，油槍退出爐膛，大氣聯(lián)通管關(guān)閉，初級(jí)氣化開始，即通過厭氧燃燒，形成燃?xì)庠诔跫?jí)氣化區(qū)，原料分為5層，分別為干燥層、熱解層、燃燒層、還原層、灰燼層，均布的熱電偶不間斷向控制臺(tái)傳輸各個(gè)料層的溫度，通過控制進(jìn)氣量和整平裝置的動(dòng)作對(duì)初級(jí)氣化區(qū)的5個(gè)層面進(jìn)行控制和調(diào)整；各個(gè)層面的反應(yīng)如下①干燥層，溫度約達(dá)100°C該層通過200°C的空氣和水蒸氣對(duì)物料進(jìn)行干燥，提取出物料中的H2O,生成水蒸氣。②熱解層和燃燒層，溫度約500°C 1000°C主要反應(yīng)A =CH14O0.6+0. 602+l. 6N2 — 0. 7C0+0. 6H2+0. 3C02+0. 1Η20+1· 6N2B :CHL600 6+0. 4H20 — C0+1. IH2C :C+02 — CO2D :C+C0 — CO2該層通過生物質(zhì)原料和脫揮反應(yīng)的生成物部分氧化，并釋放大量的熱量，將區(qū)域溫度提升至1000攝氏度以上，生成CO，H2, CO2, H2O0③還原層，溫度約850°C主要反應(yīng)A :C+C02 — 2C0(還原反應(yīng))B :C+H20 — C0+H2(還原反應(yīng))C :CH160Q. JO. 4H20 — CO+1. IH2(氧化反應(yīng))該層為無氧反應(yīng)區(qū)，這些反應(yīng)將爐床的溫度降至750-800°C，任何在爐床上方生成，并殘余的焦油在此將會(huì)被熱解，并進(jìn)一步增加混合氣體的產(chǎn)氣量，CH1.600.6+0. 4H20 — C0+1. IH2部分在火焰熱解中生成的二氧化碳在此同焦結(jié)發(fā)生碳溶損反應(yīng)，并增加產(chǎn)出混合氣體的能量密度C+C02 — 2C0部分在干燥和火焰熱解過程中生成的水蒸氣又同焦結(jié)反應(yīng)，使混合氣體中氫氣含量增加C+H20 —CCHH2。④灰燼層在還原層之下，就是灰燼收集區(qū)。每隔一段時(shí)間，灰燼就通過爐篦，聚集到氣化爐底部。(3) 二次氣化初次氣化形成的固體余渣和結(jié)焦灰渣，經(jīng)振動(dòng)爐蓖的振動(dòng)和擠壓變?yōu)樾☆w粒爐渣順利排放至二次氣化區(qū)，同時(shí)向二次氣化區(qū)再次通入熱空氣和蒸汽的混合氣化介質(zhì)，進(jìn)行二次氣化；發(fā)生如下反應(yīng)少量的輔助氧化劑從爐蓖下方被注進(jìn)混合氣體當(dāng)中，并進(jìn)一步降低氣體中焦油的含量，增加氫氣含量和總的氣體產(chǎn)量。C+02 — CO2C+H20 — C0+H22C0+02 — 2C02C+C02 — 2C0(4)自動(dòng)排渣爐渣進(jìn)入自動(dòng)排渣系統(tǒng)后，一級(jí)球閥保持打開，爐渣進(jìn)入料倉，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，一級(jí)球閥關(guān)閉，之后二級(jí)球閥打開進(jìn)行排渣，料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)二級(jí)球閥關(guān)閉。所述熱空氣和蒸汽的混合氣化介質(zhì)分別利用氣化形成的混合氣體的余熱通過蒸汽換熱和空氣換熱獲得蒸汽換熱產(chǎn)出的混合氣體通過二級(jí)氣化室的排氣口輸送至蒸汽換熱器，此時(shí)混合氣的溫度為600 775°C，所述混合氣體與水進(jìn)行換熱產(chǎn)生的部分高溫蒸汽經(jīng)過蒸汽緩沖罐和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣化區(qū)，參與還原反應(yīng)并調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度，其余的蒸汽進(jìn)入其他熱回收裝置；所述混合氣體換熱后進(jìn)入后續(xù)的過濾裝置?？諝鈸Q熱經(jīng)過蒸汽換熱器排出的混合氣體輸入內(nèi)外雙旋風(fēng)換熱除塵器，利用余熱，將處于所述換熱除塵器外層的空氣加熱，加熱后的熱空氣溫度可達(dá)到160°C以上，再經(jīng)空氣緩沖罐送入氣化區(qū)，作為氣化介質(zhì)參與裂解氣化反應(yīng)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，包括上料裝置、氣化區(qū)、爐蓖、點(diǎn)火裝置、排渣裝置及爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、爐內(nèi)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于還包括自動(dòng)整平裝置；所述上料裝置為自動(dòng)上料裝置，位于氣化反應(yīng)室的頂部，包括兩級(jí)球閥、一個(gè)料倉以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉位于兩級(jí)球閥之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉內(nèi)部；所述氣化區(qū)由一體式的初級(jí)氣化區(qū)和二次氣化區(qū)組成，所述初級(jí)所化區(qū)在上，二次氣化區(qū)在下，兩者之間設(shè)置爐蓖；兩套所述爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別位于所述初級(jí)氣化區(qū)頂部和二次氣化區(qū)頂部；所述爐蓖為振動(dòng)爐蓖，是上下兩層分體結(jié)構(gòu)；下層爐蓖是固定爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈正梯型放置并通過其兩端固定連接于下層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成，所述固定爐蓖固定于所述氣化反應(yīng)室的耐火材料壁上；上層爐蓖是活動(dòng)爐蓖，由多個(gè)梯型不銹鋼齒條呈倒梯型放置并通過其兩端固定連接于上層爐蓖圈內(nèi)側(cè)形成，所述上層爐蓖與液壓動(dòng)力裝置連接并連動(dòng)；所述下層爐蓖的齒條與上層爐蓖的齒條對(duì)應(yīng)咬合，并設(shè)定相鄰的上下兩層爐蓖的齒條咬合處的橫向間隙為5-80mm ；通過PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)控制所述液壓動(dòng)力裝置帶動(dòng)所述上層爐蓖以不大于200次/分鐘的頻率振動(dòng)；所述自動(dòng)整平裝置包括動(dòng)力部分和整平器；所述動(dòng)力部分位于初級(jí)氣化區(qū)的頂部，由液壓推動(dòng)裝置和減速電機(jī)組成；所述整平器位于初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)部，包括套裝固定于中心軸上的整平轉(zhuǎn)臂；所述液壓推動(dòng)裝置的缸頭與減速電機(jī)相連接，減速電機(jī)的輸出端與中心軸相連接，所述中心軸、減速電機(jī)的輸出軸及缸頭的中心線與所述氣化區(qū)的中心線重合；所述點(diǎn)火裝置為自動(dòng)點(diǎn)火裝置，位于所述初級(jí)氣化區(qū)下端的反應(yīng)室側(cè)壁處，包括油槍、 點(diǎn)火器和推進(jìn)系統(tǒng)；所述排渣裝置為自動(dòng)排渣裝置，與所述二次氣化區(qū)底部的排渣通道相連接，包括兩級(jí)球閥、一個(gè)料倉以及一個(gè)高低位料位監(jiān)測(cè)器，所述料倉位于兩級(jí)球閥之間，高低位料位檢測(cè)器位于其料倉內(nèi)部；二次氣化區(qū)的混合氣體出氣管路經(jīng)輸氣管路連接至蒸汽換熱器的進(jìn)氣管路；所述氣化區(qū)的進(jìn)氣管路分別經(jīng)蒸汽緩沖罐和空氣緩沖罐連接蒸汽換熱器和空氣預(yù)熱裝置的出氣管路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，其特征在于所述初級(jí)氣化區(qū)和二次氣化區(qū)的耐火層均由硅酸鋁耐火混凝土澆筑形成，保溫層由陶瓷纖維包裹而成，初級(jí)氣化區(qū)的進(jìn)氣口位于初級(jí)氣化區(qū)頂部；二次氣化區(qū)的進(jìn)氣口位于二次氣化區(qū)的上部，其混合氣體出氣口位于二級(jí)氣化區(qū)中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，其特征在于所述振動(dòng)爐蓖的不銹鋼齒條的上底寬約lO-lOOmm，上底與下底的寬度為1 2_2 3， 厚度為20-150mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，其特征在于自動(dòng)整平裝置的所述液壓推動(dòng)裝置的行程為50-500mm，所述減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 5_20rpmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室，其特征在于所述爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括4-16個(gè)熱電偶，均勻分布于所述初級(jí)氣化區(qū)內(nèi)。
6.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)氣化反應(yīng)室的生物質(zhì)氣化工藝，包括如下步驟(a)上料和進(jìn)氣生物質(zhì)原料進(jìn)入自動(dòng)上料系統(tǒng)，一級(jí)球閥打開，原料進(jìn)入料倉，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，一級(jí)球閥關(guān)閉，之后二級(jí)球閥打開，原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)，二級(jí)球閥關(guān)閉；同時(shí)，用鼓風(fēng)機(jī)向氣化反應(yīng)室吹入經(jīng)預(yù)熱的氣化介質(zhì)；(b)初級(jí)氣化生物質(zhì)原料進(jìn)入初級(jí)氣化區(qū)后，在微波料位監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)到高位信號(hào)后， 停止進(jìn)料，由自動(dòng)整平系統(tǒng)進(jìn)行整平，之后由自動(dòng)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火，火焰監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)火焰達(dá)到預(yù)定指標(biāo)后，油槍退出爐膛，大氣聯(lián)通管關(guān)閉，初級(jí)氣化開始，即通過厭氧燃燒，形成燃?xì)庠诔跫?jí)氣化區(qū)，原料分為5層，分別為干燥層、熱解層、燃燒層、還原層、灰燼層，均布的熱電偶不間斷向控制臺(tái)傳輸各個(gè)料層的溫度，通過控制進(jìn)氣量和整平裝置的動(dòng)作對(duì)初級(jí)氣化區(qū)的5個(gè)層面進(jìn)行控制和調(diào)整；形成混合氣體包括CO、H2、CH4, C2H6, CnHm, N2, CO2 ；(c)二次氣化初次氣化形成的固體余渣和結(jié)焦灰渣，經(jīng)振動(dòng)爐蓖的振動(dòng)和擠壓變?yōu)樾☆w粒爐渣順利排放至二次氣化區(qū)，同時(shí)向二次氣化區(qū)再次通入預(yù)熱的氣化介質(zhì)，進(jìn)行二次氣化；(d)自動(dòng)排渣爐渣進(jìn)入自動(dòng)排渣系統(tǒng)后，一級(jí)球閥保持打開，爐渣進(jìn)入料倉，料位監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到高位信號(hào)時(shí)，一級(jí)球閥關(guān)閉，之后二級(jí)球閥打開進(jìn)行排渣，料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到低位信號(hào)時(shí)二級(jí)球閥關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)氣化工藝，其特征在于所述步驟(a)中的生物質(zhì)原料的含水率< 20%，直徑< 30mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)氣化工藝，其特征在于所述步驟(a)中的生物質(zhì)原料的含水率< 18%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物質(zhì)氣化工藝，其特征在于所述預(yù)熱的氣化介質(zhì)為不低于160°C的蒸汽和/或熱空氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物質(zhì)氣化工藝，其特征在于所述蒸汽溫度不低于200°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種下吸式生物質(zhì)氣化反應(yīng)室及其氣化工藝，所述反應(yīng)室包括自動(dòng)上料裝置、一體式的初級(jí)氣化區(qū)和二次氣化區(qū)組成的氣化區(qū)、自動(dòng)整平裝置、振動(dòng)爐蓖、自動(dòng)點(diǎn)火裝置、自動(dòng)排渣裝置及爐內(nèi)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、爐內(nèi)料位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口氣體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)出口壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；所述工藝包括如下步驟自動(dòng)上料和進(jìn)氣、初級(jí)氣化、二次氣化、自動(dòng)排渣。本發(fā)明科學(xué)環(huán)保，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，氣化反應(yīng)穩(wěn)定可控，連續(xù)，無間斷的顯著特點(diǎn)，而且氣化效率高，整體熱值高；適合大面積推廣應(yīng)用，尤其是可應(yīng)用于現(xiàn)有燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。
文檔編號(hào)C10J3/30GK102329656SQ201110254590
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者唐旻, 姜晨旭, 張建國, 張建超, 張瑜 申請(qǐng)人:張建超