專(zhuān)利名稱(chēng)：生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域的裝置和方法，具體是一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法。
背景技術(shù)：
能源短缺，環(huán)境污染是當(dāng)前人類(lèi)面臨的兩個(gè)重要問(wèn)題。生物質(zhì)能作為一種清潔、可再生的能源，近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注。我國(guó)的生物質(zhì)資源數(shù)量巨大，生物質(zhì)能發(fā)展具有非常大的潛力。在眾多生物質(zhì)能利用技術(shù)中，氣化技術(shù)受到人們的關(guān)注。與其他技術(shù)相比， 氣化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)于原料的尺寸及種類(lèi)沒(méi)有嚴(yán)格要求；2.氣化產(chǎn)氣可作多種用途；3.與生物質(zhì)熱解和直接燃燒相比，氣化氣的利用污染少。但是生物質(zhì)氣化氣中的焦油組分容易堵塞管路、損壞閥門(mén)，甚至聚合成更大的分子引起燃燒的不穩(wěn)定等問(wèn)題。這些問(wèn)題將降低系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，從而嚴(yán)重制約了氣化技術(shù)發(fā)展。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)氣化爐爐型主要分為兩種形式，即固定床式和流化床式。固定床氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便利，適用于中小規(guī)模生產(chǎn)。流化床氣化爐適合于工業(yè)化、大型化，但需對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，且氣化氣中飛灰含量較高，不便于后續(xù)的凈化處理。根據(jù)最新的生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化綜述^Tascale Champagne Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomassm，，，Energy Conversion and Management 51(2010)969-982,目前的生物質(zhì)氣化爐爐型中下吸式固定床焦油脫除效率最高，無(wú)法達(dá)到內(nèi)燃機(jī)對(duì)于氣體品質(zhì)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有生物質(zhì)氣化爐無(wú)法解決氣化氣焦油含量高的問(wèn)題，提出了一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法。該氣化爐以及氣化方法能夠適用于多種生物質(zhì)原料，較好地降低氣化氣中焦油含量，提高生物質(zhì)氣化效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，包括進(jìn)料系統(tǒng)和爐體，氣化爐還包括一供氧系統(tǒng)，所述供氧系統(tǒng)可往所述爐體內(nèi)噴入氧氣?？蛇x的，所述供氧系統(tǒng)包括至少一組空氣噴口和給所述噴口提供氣體的空氣壓縮機(jī)，所述噴口位于所述爐體上?？蛇x的，所述供氧系統(tǒng)往所述爐體的頂部和爐體的喉口處噴入氧氣?？蛇x的，所述噴口為多個(gè)圓形噴口或方形噴口，且多個(gè)所述噴口的中心位于同一圓上?？蛇x的，所述供氧系統(tǒng)包括兩組所述噴口，第一組噴口位于所述爐體的頂部，第二組噴口位于所述爐體的喉口?？蛇x的，所述第一組噴口包括五個(gè)均勻分布于同一圓上的噴口，所述第二組噴口包括三個(gè)均勻分布于同一圓上的噴口?？蛇x的，所述供氧系統(tǒng)還包括一給進(jìn)入所述噴口前的空氣加熱的空氣預(yù)熱器。
可選的，所述氣化爐還包括除灰系統(tǒng)，所述除灰系統(tǒng)位于所述爐體內(nèi)，且位于所述爐體的底部?？蛇x的，所述除灰系統(tǒng)為一可進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)的爐篦?？蛇x的，所述爐篦由塔式偏心旋轉(zhuǎn)爐篦、升降螺紋中軸、控制電機(jī)和變速器組成， 其中所述升降螺紋中軸為所述爐篦的旋轉(zhuǎn)軸。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出一種生物質(zhì)的氣化方法，即在生物質(zhì)氣化過(guò)程中的熱解階段提供氧氣。本發(fā)明生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法的有益技術(shù)效果為本發(fā)明生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法在氣化的熱解階段形成氧化環(huán)境，有助于降低熱解所需的能耗，增加氣相產(chǎn)物的生成，并且減少焦油組分的形成；位于氣化爐爐體底部的可進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)的爐篦結(jié)構(gòu)大大提高氣化爐的原料適應(yīng)性，保證氣化氣成分的穩(wěn)定輸出。


圖1為本發(fā)明生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法的氣化爐的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中位于氣化爐爐體頂部的第一組噴口的示意圖。圖3為圖1中位于氣化爐爐體喉口的第二組噴口的示意圖。圖4為圖1中位于氣化爐爐體底部的除灰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1至附圖4，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。為了解決氣化氣焦油含量高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐， 氣化爐包括進(jìn)料系統(tǒng)、爐體和一供氧系統(tǒng)，供氧系統(tǒng)可往爐體內(nèi)噴入氧氣，在氣化的熱解階段形成氧化環(huán)境，有助于降低熱解所需的能耗，增加氣相產(chǎn)物的生成，并且減少焦油組分的形成。優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，供氧系統(tǒng)包括至少一組空氣噴口和給噴口提供氣體的空氣壓縮機(jī)，噴口位于爐體上?？諝鈮嚎s機(jī)用于提供一定壓力和流量的空氣。供氧系統(tǒng)還包括一給進(jìn)入噴口前的空氣加熱的空氣預(yù)熱器?？諝忸A(yù)熱器位于整個(gè)氣化爐的末端，回收氣化氣的余熱用于加熱噴入的空氣。空氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱后可以達(dá)到350°C， 通過(guò)預(yù)熱的回收達(dá)到了較高的熱經(jīng)濟(jì)性。圖1中的進(jìn)料系統(tǒng)1位于爐體4的上方，且通過(guò)法蘭與爐體4連接。在爐體4的頂部設(shè)置了第一組噴口 21，通過(guò)第一組噴口 21往爐體內(nèi)噴射空氣，以在爐體4內(nèi)的熱解區(qū)域形成氧化環(huán)境；在爐體4的喉口 12處設(shè)置了第二組噴口 22，形成高溫區(qū)，使得焦油大分子在此處裂解為小分子氣體，達(dá)到對(duì)焦油的脫除效果。兩組空氣噴口的空氣噴射量可以根據(jù)不同的運(yùn)行工況單獨(dú)調(diào)節(jié)。第一組噴口 21的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，第一組噴口 21由五個(gè)方形噴口 23構(gòu)成，且該五個(gè)方形噴口 23的中心點(diǎn)均勻分布于同一圓上，從而在熱解區(qū)域形成均勻的
有氧環(huán)境。第二組噴口 22的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，第二組噴口 22由三個(gè)方形噴口 M構(gòu)成，且該三個(gè)方形噴口 M的中心點(diǎn)均勻分布于同一圓上，構(gòu)成一三角形，這種噴射方式的布置有利于形成均勻的高溫區(qū)，使得焦油大分子在此處最大程度地裂解為小分子氣體。在實(shí)際工藝中，噴口的形狀可以做改變，例如使用圓形噴口，噴口的數(shù)量以及分布方式也可以有其他的設(shè)置。在圖1中，氣化爐還包括除灰系統(tǒng)3，除灰系統(tǒng)3位于爐體4內(nèi)，且位于爐體4的底部。一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，參考圖4，除灰系統(tǒng)3為一可進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)的爐篦。該爐篦由一個(gè)塔式偏心旋轉(zhuǎn)爐篦8、升降螺紋中軸9、控制電機(jī)10和變速器11組成。塔式偏心旋轉(zhuǎn)爐篦 8與升降螺紋中軸9直接通過(guò)定位銷(xiāo)連接。升降螺紋中軸9可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)爐篦8的旋轉(zhuǎn)和沿垂直螺桿上下運(yùn)動(dòng)的功能，通過(guò)控制電機(jī)10控制輸出及變速器11調(diào)速使得爐篦8可以上下運(yùn)動(dòng)。偏心旋轉(zhuǎn)爐篦8位于爐體4底部中心，爐篦8繞軸進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)，不同于普通的中心軸旋轉(zhuǎn)爐篦，該設(shè)計(jì)有助于防止生物質(zhì)焦結(jié)渣并促進(jìn)灰破碎，有利于灰的排除。可調(diào)爐篦可以大大提高氣化爐的原料適應(yīng)性，保證氣化氣成分的穩(wěn)定輸出。進(jìn)料系統(tǒng)1包括密封料倉(cāng)5、進(jìn)料筒7、一組閘板式密封鎖氣器6，密封料倉(cāng)5為不銹鋼制一錐形縮口結(jié)構(gòu)，進(jìn)料筒7為一不銹鋼桶形結(jié)構(gòu)，進(jìn)料筒7側(cè)壁設(shè)計(jì)有機(jī)玻璃觀察孔用于觀測(cè)料層高度。間板式密封鎖氣器6有兩個(gè)構(gòu)成一組，分別位于密封料倉(cāng)5的出料口下端和進(jìn)料筒出口端。閘板式密封鎖氣器6為契形不銹鋼板結(jié)構(gòu)，關(guān)閉的同時(shí)不僅具有密封功能，而且可以將原料直接切碎。進(jìn)料系統(tǒng)位于氣化爐的頂端中央位置，將根據(jù)氣化爐的運(yùn)行工況適時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉。本發(fā)明還提出一種生物質(zhì)的氣化方法，即在生物質(zhì)氣化過(guò)程中的熱解階段提供氧氣。本發(fā)明的工作流程如下生物質(zhì)原料通過(guò)鎖氣進(jìn)料裝置送入氣化爐內(nèi)，在氣化爐爐體的上部分熱解區(qū)域與噴入的空氣發(fā)生氧化熱解反應(yīng)。它有利于減少所需的能量消耗， 提高氣體產(chǎn)率，降低焦油產(chǎn)率，為后續(xù)的氣化還原反應(yīng)提供了良好的反應(yīng)介質(zhì)。有氧熱解區(qū)域產(chǎn)生的熱解氣連同焦油和生物質(zhì)焦一同經(jīng)過(guò)喉口高溫區(qū)，此處的氧氣與熱解氣體氧化反應(yīng)產(chǎn)生近1000°C的高溫，焦油在高溫下部分氧化裂解。生物質(zhì)焦迅速落在可調(diào)爐篦上，通過(guò)控制爐篦的高低以及生物質(zhì)焦的堆積高度控制氣化反應(yīng)的時(shí)間和強(qiáng)度，從而獲得穩(wěn)定的氣化氣。本發(fā)明提出的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法使生物質(zhì)在高效、連續(xù)穩(wěn)定地氣化的同時(shí)，降低能量損失，最大程度地減少焦油含量，提高氣化爐的原料適應(yīng)性，增強(qiáng)了氣化爐的運(yùn)行穩(wěn)定性。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，包括進(jìn)料系統(tǒng)和爐體，其特征在于還包括一供氧系統(tǒng)，所述供氧系統(tǒng)可往所述爐體內(nèi)噴入氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述供氧系統(tǒng)往所述爐體的頂部和爐體的喉口處噴入氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述供氧系統(tǒng)包括至少一組空氣噴口和給所述噴口提供氣體的空氣壓縮機(jī)，所述噴口位于所述爐體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述噴口為多個(gè)圓形噴口或方形噴口，且多個(gè)所述噴口的中心位于同一圓上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述供氧系統(tǒng)包括兩組所述噴口，第一組噴口位于所述爐體的頂部，第二組噴口位于所述爐體的喉口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述第一組噴口包括五個(gè)均勻分布于同一圓上的噴口，所述第二組噴口包括三個(gè)均勻分布于同一圓上的噴口。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述供氧系統(tǒng)還包括一給進(jìn)入所述噴口前的空氣加熱的空氣預(yù)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述氣化爐還包括除灰系統(tǒng)，所述除灰系統(tǒng)位于所述爐體內(nèi)，且位于所述爐體的底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述除灰系統(tǒng)為一可進(jìn)行偏心旋轉(zhuǎn)的爐篦。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐，其特征在于所述爐篦由塔式偏心旋轉(zhuǎn)爐篦、升降螺紋中軸、控制電機(jī)和變速器組成，其中所述升降螺紋中軸為所述爐篦的旋轉(zhuǎn)軸。
11.一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐氣化方法，其特征在于在生物質(zhì)氣化過(guò)程中的熱解階段提供氧氣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種生物質(zhì)分級(jí)供氧氣化爐及氣化方法，其中氣化爐包括進(jìn)料系統(tǒng)和爐體，根據(jù)本發(fā)明的建議，氣化爐還包括一供氧系統(tǒng)，所述供氧系統(tǒng)可往所述爐體內(nèi)噴入氧氣。本發(fā)明提供的氣化爐和方法是在有氧的環(huán)境下進(jìn)行熱解，有助于降低熱解所需的能耗，增加氣相產(chǎn)物的生成，并且減少焦油組分的形成。
文檔編號(hào)C10J3/60GK102492489SQ201110407299
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者吳文廣, 張?jiān)屏? 王蕓, 羅永浩, 蘇毅, 趙善輝 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)