CN102260536B - 一种内循环外热式气化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内循环外热式气化装置，包括中心气化室、环形加热室、外围气化室和残留碳回流室等。生物质微米燃料进入环形加热室高效燃烧，为中心气化室、外围气化室和残留碳回流室提供所需的热量。裂解气化原料在中心气化室自下而上运动的过程中吸收热量而裂解气化，初生的裂解产物随后进入外围气化室进一步气化；残留碳经残留碳回流室回流，进入中心气化室与水蒸气进行水煤气反应，从而得到CO和H2等含量占80％左右的中热值燃气。本装置采用内循环外加热式方式气化，具有热利用率高、传热效率高、气化效率高和燃气热值高等优点。本发明可广泛应用于城市有机垃圾、农林废弃物等裂解气化制取燃气。
Description
技术领域
本发明属于生物质资源化技术，具体涉及一种内循环外热式气化装置，适用于生物质和煤等固体燃料裂解气化制取燃气。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，开发洁净可再生能源已成了紧迫的课题。生物质因具有可再生性、储存性、低污染性、广泛分布性等特点，其高效转换和洁净利用日益受到全世界的重视。
生物质是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质，是一种十分重要的可再生资源。但是，与化石能源相比，生物质的能源品质低，不能满足工业的适用性和经济性，因此要使得生物质在工业能源中发挥重要作用，关键就是要将低品位的生物质能转换成高品位的能源。而生物质气化正是将生物质能有效转换为高级能源的重要途径之一。
目前国内外常规的生物质气化装置主要包括固定床气化装置和流化床气化装置。固定床气化装置根据炉内气化剂的流动方向，可分为上吸式、下吸式、横吸式和开心式。该气化装置结构简单、投资少、运行可靠、操作比较容易，对原料的种类及粒度要求不高，一般适用于中小规模生产。流化床气化装置主要包括鼓泡流化床、循环流化床及双流化床三种类型。其主要特点是：温度稳定均匀；使用燃料颗粒很细小，传热面积大；气化效率高；适用于连续运转，适合大规模的商业应用。
但无论是哪种气化装置，均为内热式生物质气化方法。内热式生物质气化方法不需要额外的提供热源，但是，由于大量空气进入气化装置内，使得燃气中N2和CO2等不可燃气体的含量通常在50％左右，冲淡了燃气的浓度，不仅热值低(例如下吸式固定床气化气的燃气热值只有4.6-5.4MJ/Nm3；流化床气化燃气热值只有5-5.6MJ/Nm3)，而且难以对焦油实施催化分解、脱焦，工程上只有利用物理分离的方法去除焦油，通常利用水膜分离，导致与煤炼焦一样的焦化废水的污染处理的难题。
由于内热式生物质气化的局限性，展开对外热式生物质气化方法的研究是非常必要的。2006年，本专利申请人发明了一种裂解气化重整炉(专利号ZL 200620157570.2)，该气化装置采用生物质微米燃料作为外加热热源，为气化脱碳脱焦提供热能。生物质气化原料在裂解室进行裂解气化，产生的残留碳和焦油一起流出裂解室，通过除尘器将残留碳收集，再经外循环回到裂解室，与水蒸气进行反应。这种装置尽管有结构紧凑、造价低等优点。但它具有以下缺点：
(1)气化原料依靠自重在气化炉内的进出运动不能完全连续稳定。
(2)气化原料在炉内停留时间短，残留碳转化效率较低，最终导致气化效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种内循环外热式气化装置，该装置热利用率和传热效率高，产气效率高，燃气热值高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种内循环外热式气化装置，其特征在于，该装置包括中心气化室、环形加热室、外围气化室和残留碳回流室。
中心气化室设有垂直搅龙，上部设有燃气出口，下部设有气化原料入口，气化原料入口内设置有水平搅龙；外围气化室套在中心气化室外，它与中心气化室的上方连通；残留碳回流室位于外围气化室的下部，并位于中心气化室的外围；在残留碳回流室下部设置有至少一个水蒸气入口，并设有至少一个供残留碳回流进入中心气化室下部的通道；环形加热室位于中心气化室和外围气化室之间，并位于残留碳回流室上方，并且与中心气化室、外围气化室和残留碳回流室完全隔离，环形加热室下部或者上部设有与气化室隔离的流体燃料入口，同时设有点火口和清灰口，环形加热室上部或者下部设有与气化室隔离的燃烧烟气出口。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)该气化装置采用内循环方式运行，残留碳在循环气化过程中热损失小。
(2)该气化装置增加了残留碳炉内的高温区停留时间，使残留碳能够充分和水蒸气进行水煤气反应，提高气化效率。
(3)环形加热室位于中心气化室与外围气化室之间，环形加热室能够以最大的传热面积将高温能量传递给气化原料，使得热利用率高。
(4)气化原料有主动驱动机构，在炉内处于循环流动状态，原料不易在炉内堵塞，主动驱动机构对原料进行搅拌，并压向高温炉壁，提高了传热传质效率和气化率。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构示意图。其中附图标记说明如下：
1、烟气出口；2、外围气化室；3、环形加热室；4、中心气化室；5、加热燃料入口；6、气化原料入口；7、水蒸气入口；8、垂直搅龙；9、残留碳回流室；10、燃气出口；11、残留碳循环回流口；12、加热室点火、清灰口。
具体实施方式
下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
如图1所示，本发明提供的内循环外热式气化装置包括中心气化室4、环形加热室3、外围气化室2和残留碳回流室9。
中心气化室4设有垂直搅龙8，中心气化室4的下部设有气化原料入口6，气化原料入口6内设置有水平搅龙。外围气化室2套在中心气化室4外，二者上方连通，在外围气化室2的上部设有燃气出口10。残留碳回流室位于外围气化室2的下部和中心气化室4的外围；在残留碳回流室9下部设置有至少一个水蒸气入口7，并设有至少一个供残留碳回流进入中心气化室4之间的通道；环形加热室3位于中心气化室4和外围气化室2之间，同时位于残留碳回流室9上方，与两个气化室和残留碳回流室9完全隔离，环形加热室3下部设有切线式流体燃料入口5，同时设有点火口和清灰口12，环形加热室3上部设有与气化室完全隔离的燃烧烟气出口1。
中心气化室4最好为立式圆柱形，便于气化原料的搅拌提升；残留碳回流室9最好为锥形，这样便于残留碳的收集与回流，形成残留碳的内循环气化，提高气化效率。
本发明的工作过程如下：
如图1所示，生物质微米燃料(专利号ZL 201010274665.3)与适量空气混合，通过流体燃料入口5进入环形加热室3高温燃烧，为中心气化室4、外围气化室2和残留碳回流室9提供高温热源，燃烧产生的多余烟气从烟气出口1排出。
经过破碎处理的城市垃圾通过分选后的高热值垃圾、农林废弃物等裂解气化原料从气化原料入口，在隔离空气的条件下进入中心气化室4，原料在垂直搅龙8作用下自下而上运动，且在运动过程中通过环形燃烧室炉壁外围的接触和辐射换热吸收热量而裂解气化。产生的裂解气化燃气携带少量的残留碳从燃气出口10流出，进入后续的处理单元。
由图1所示，从中心气化室4裂解后产生的细小的残留碳颗粒具有的流动性，它们流入外围气化室2继续受热气化，再没有气化的残留碳向下流入回流室9，从残留碳循环回流口11回流进入中心气化室4下部，通过中心气化室的搅龙循环提升到中心气化室的高温再次气化。在残留碳回流室9下部还开有至少一个水蒸气入口7，水蒸气由水蒸气入口7进入残留碳回流室9，并且上升到进入中心气化室4和外围气化室2，与碳发生水煤气反应，这样可以提高燃气产量并提高其中H2和CO的含量，获得热值达到1100kJ/Nm3左右的中热值燃气。
内循环外热式气化装置的制作材料可以金属材料、非金属材料或者复合材料。
实例：
实例一
实验原料为某家具厂的松木屑，经自制的破碎机加工成粒径小于250μm的粉体后，在该气化装置中进行裂解反应。
原料裂解后，总产气量为1.53Nm3/kg。气体产物主要包括H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和CO2等，各自含量分别为42.8％、22.5％、5.7％、0.8％、0.06％和27.2％，残留氧的含量为0.3％，碳的转化率达到93.59％。
实例二
实验原料为某地的城市垃圾，其主要成分包括厨余垃圾、纸张、织物、竹木和塑料等。该原料经自制的破碎机加工成粒径小于15mm的颗粒，在本气化装置中进行裂解反应，破碎后垃圾的水分含量为29.5％。
原料裂解后，总产气量为1.12Nm3/kg。气体产物主要包括H2、CO、CH4、C2H4、C2H6和CO2、等，各自含量分别为44.3％、21.5％、5.6％、0.6％、0.1％和26.9％，残留氧的含量为0.3％。由于停留时间增长，碳的转化率达到90.3％。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种内循环外热式气化装置，其特征在于，该装置包括中心气化室（4）、环形加热室（3）、外围气化室（2）和残留碳回流室（9）；
中心气化室（4）的下部至中段设有垂直搅龙（8），上部设有燃气出口（10），下部设有气化原料入口（6），气化原料入口（6）内设置有水平搅龙；外围气化室（2）套在中心气化室（4）外，它与中心气化室的上方连通；残留碳回流室（9）位于外围气化室（2）的下部，并位于中心气化室（4）的外围；在残留碳回流室（9）下部设置有至少一个水蒸气入口（7），并设有至少一个供残留碳回流进入中心气化室（4）的通道（11）；环形加热室（3）位于中心气化室（4）和外围气化室（2）之间，并位于残留碳回流室（9）上方，并且与中心气化室（4）、外围气化室和残留碳回流室（9）完全隔离，环形加热室（3）下部或者上部设有与气化室隔离的流体燃料入口（5）,同时还设有点火口和清灰口（12），环形加热室（3）上部或者下部设有与中心气化室（4）隔离的燃烧烟气出口（1）。
2.根据权利要求1所述的内循环外热式气化装置，其特征在于，中心气化室（4）为立式圆柱形。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130320 |