CN105567336B - 一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于可再生清洁能源装置领域，并公开了一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，其从上到下依次包括上部汇料室、中部壳体和下部气固分离室，其中中部壳体的内部设置有多个在竖直方向上彼此平行的气化列管，在各个气化列管的内部还分别配置用于对生物质气化反应过程中所产生的碳颗粒执行拦截功能的截料机构，该截料机构包括竖直设置在气化列管中的支撑杆、水平贯穿安装在此支撑杆上且沿着竖直方向间隔分布的多个截料小孔板、使所有支撑杆予以固定的支架，以及与所述支架相连用于使得所述截料小孔板发生偏心运动的驱动单元。通过本发明，能够显著提高反应产物中的碳颗粒与水蒸气之间的接触时间，显著降低碳在气化反应后的最终残留。

Description

一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器

技术领域

本发明属于可再生清洁能源装置领域，更具体地，涉及一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器。

背景技术

生物质燃料是指将农林废弃物如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型燃料后直接执行燃烧的一种新型清洁燃料。开发生物质燃料不仅能合理利用农林废弃物，防止能源浪费，而且能够减少如CO₂、SO₂、NOx和烟尘等排放，避免雾霾现象的产生，因而在国内外具备广阔的应用前景。

在众多的生物质转化利用技术中，气化是一种非常重要的技术。所谓生物质气化，是指在一定的热力学条件下，借助于氧气和水蒸气的作用，使得生物质中的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化CO、H₂和低分子烃类可燃气体的过程。例如，CN201210584976.9提出了一种两段式富氧蒸汽生物质气化反应器，其中通过将气化炉划分为上下两段，并在上段中部设有鱼型结构的分料器，由此提高气体热值且产出气体中的焦油含量少。又如，CN201110173927.1提出了一种内循环外热式气化装置，其中通过设有主动搅动机构，使得气化原料在炉内处于循环流动状态，由此提高了传热效率和气化率。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然具有以下的不足或缺陷：首先，虽然针对生物质原料本身能够有效延长其气化反应过程，但就反应产物中的残留碳而言，其往往直接会落入到炉体底部，未能与水蒸气充分发生水煤气反应，并导致管道中易于结焦，输送不畅，在腐蚀管道的同时还会降低热效率；其次，现有设备中虽然也相应采取了一些搅拌或回流装置，但其结构和组成往往较复杂，未能针对残留碳本身的结构及运动特点来进行设计，而且在实际使用中存在操作不便、对气化效率提高有限等局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，其中通过结合生物质气化过程中所产生的各类具体产物的结构及运动特性来针对性设计截料机构，并对配套的其他关键组件如气化列管、截料偏心运动单元等的特定结构及其设置方式进行改进，相应能够有效延长反应产物中的碳颗粒与水蒸气之间的接触时间，显著降低碳在气化反应后的最终残留量，与现有生物质气化反应器相比基本无焦油、无残留碳和灰分，同时具备结构紧凑、便于操控和后期修护等特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，该列管式生物质气化炉反应器沿着竖直方向从上到下依次包括上部汇料室、中部壳体和下部气固分离室，其特征在于：

所述上部汇料室呈正置的锥形结构，它的侧面开有气化原料入口，其底面与所述中部壳体的上顶板密封连接且设置有分料器；所述中部壳体的上、下两端分别开有加热烟气出口和加热烟气入口，它的内部沿着竖直方向设置有多个气化列管，这些气化列管彼此平行，并且其上端经由所述分料器共同密封连通至所述上部汇料室，其下端则共同密封连接至所述下部气固分离室；所述下部气固分离室呈倒置的锥形结构，它的侧面开有粗燃气出口，其底部则开有气化残留产物出口；相应地，高温加热烟气从所述加热烟气入口输入，并通过从下到上的流动对各个气化列管执行加热，然后经由所述加热烟气出口排出；生物质气化原料则经由所述分料器的分配后分别进入到各个所述气化列管，并在自由落体过程中从管外获得热能来实现气化；

此外，在各个气化列管的内部，各自配置有用于对生物质气化反应过程中所产生的碳颗粒执行拦截功能的截料机构，该截料机构包括竖直设置在所述气化列管中的支撑杆、水平贯穿安装在此支撑杆上且沿着竖直方向间隔分布的多个截料小孔板、使所有支撑杆予以固定的支架，以及与所述支架相连用于使得所述截料小孔板发生偏心运动的驱动单元；以此方式，气化过程中所产生的碳颗粒会停留在各个所述截料小孔板上，延长与所输入水蒸气之间的反应时间；气化产生的燃气和焦油气在各个所述气化列管内下部集中，并经由所述粗燃气出口排出继续处理；反应产生的其余无机物和最终残留的碳颗粒则在各个所述气化列管下部流出，沉积在所述下部气固分离室底部，并经由所述气化残留产物出口排出继续处理。

作为进一步优选地，所述分料器由搅拌叶片和分配孔板共同组成，并且分配孔板上的多个孔与所述气化列管的上端管口在垂直方向上一一对应。

作为进一步优选地，各个所述气化列管由耐热材料制成，并且其长度优选设计为2米～6米，其内径优选设计为20mm～100mm。

作为进一步优选地，对于所述截料小孔板而言，其关键规格参数设计如下：各个截料小孔板的孔径优选为2mm～6mm，相邻截料小孔板在竖直方向上的间距优选为15cm～50cm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过采用密闭列管式生物质反应体系，同时对其他相关部件如上部汇料室、下部气固分离室和烟气进出口进行配套的结构和设置方式设计，相应能够在充分利用生物质气化原料自由落体执行输送的同时，实现高温烟气对气化原料更为充分的热能交换，延长反应路径并提高反应效率；

2、特别是，在以上列管式反应系统的构造基础上，通过对气化过程中的各类产物类型及其特性进行针对性研究，并在各个气化列管内部额外设置有截料结构，与现有设备能够显著延长反应产物中的碳颗粒与水蒸气之间的反应时间，最终产物中基本无残留碳和灰分；

3、本发明中还对截料结构自身的具体组成结构及其关键性能参数进行了研究设计，较多的测试表明，其能够更好地执行对碳颗粒的截留和延长反应功能，同时即便当管内拦截的残留碳在长期使用后形成气流阻塞时，也可以通过驱动单元来执行各截留小孔板的偏心运动，方便快捷地打通堵塞部位；

4、按照本发明的上述列管式生物质气化炉反应器整体结构紧凑、便于操控和后期维护，基本上无残留碳，同时反应后的其他产物能够按照类型互不干扰地排出，因而适用于各类生物质气化应用环境下的清洁和高效要求。

附图说明

图1是按照本发明优选实施方式的具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器的整体结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-上部汇料室 3-下部气固分离室 11-气化原料入口 12-分料器 21-气化列管22-截料机构 23-加热烟气出口 24-加热烟气入口 31-粗燃气出口 32-气化残留出口221-驱动单元

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明优选实施方式的具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器的整体结构示意图。如图1中所示，该列管式生物质气化炉反应器主要包括沿着竖直方向从上到下依次联接的上部汇料室1、中部壳体和下部气固分离室3，下面将对这些组件逐一进行具体解释说明。

所述上部汇料室1优选呈正置的锥形结构，它的侧面开有气化原料入口11，其底面与中部壳体的上顶板密封连接，而且在此处设置有譬如由搅拌叶片和分配孔板共同组成的分料器12；生物质气化原料由气化原料入口11导入后，将经由分料器12按照需要分配至下部继续密封相连的气化列管，并借助列管外部的高温烟气所带来的热能来执行气化过程，气化过程中还对气化原料中掺入适当的水蒸气。

所述中部壳体的上端一侧开有加热烟气出口24，下端相对一侧开有加热烟气入口23，它的内部则沿着竖直方向设置有多个气化列管21，这些气化列管彼此平行，并且其上端经由分料器12共同密封连通至上部汇料室，其下端则共同密封连接至下部气固分离室3；以此方式，高温加热烟气从所述烟气出口输入，并通过从下到上的流动对各个气化列管执行加热，然后经由所述烟气出口排出；生物质气化原料则经由所述分料器的分配后分别进入到各个所述气化列管，并在自由落体过程中从管外获得热能来实现气化，同时延长了热交换和气化反应的时间。

此外，所述下部气固分离室3优选呈倒置的锥形结构，它的侧面开有粗燃气出口31，其底部则开有气化残留产物出口32。

作为本发明的关键改进之一，在各个气化列管21的内部，各自配置有用于对生物质气化反应过程中所产生的碳颗粒执行拦截功能的截料机构22，按照本发明的一个优选实施例，该截料机构包括竖直设置在各个气化列管21中的支撑杆、水平贯穿安装在此支撑杆上且沿着竖直方向间隔分布的多个截料小孔板、使所有支撑杆予以固定的支架，以及与所述支架相连用于使得所述截料小孔板发生偏心运动的驱动单元；以此方式，气化过程中所产生的碳颗粒会不断停留在各个所述截料小孔板上，延长与所输入水蒸气之间的反应时间，并使得最终的反应产物中基本无残留碳和灰分；气化产生的燃气和焦油气则在各个所述气化列管内下部集中，并经由所述粗燃气出口31排出继续处理；反应产生的其余无机物和最终可能残留的碳颗粒则在各个所述气化列管下部流出，沉积在所述下部气固分离室3底部，并经由所述气化残留产物出口32排出继续处理。

按照本发明的一个优选实施例，考虑到气化列管和截料机构自身的结构参数会对整体的反应效率尤其是碳颗粒的反应效果起到较大的影响，经过较多的对比测试，最终对以上组件确定了以下的优选参数规格。具体而言，各个所述气化列管21可由耐热材料制成，并且其长度优选设计为2米～5米，其内径优选设计为20mm～100mm。此外，对于所述截料小孔板而言，各个截料小孔板的孔径优选为2mm～6mm，进一步优选为3mm；相邻截料小孔板在竖直方向上的间距则优选为15cm～50cm，进一步优选为20cm。

此外，用于使得所述截料小孔板发生偏心运动的驱动单元221譬如可设置在中间壳体的最下部，譬如处于中间壳体与下部气固分离室的交界处，并横向向外地设置，由此即便当管内拦截的残留碳在长期使用后形成气流阻塞时，也可以非常方便、快捷地通过此驱动单元来执行各截留小孔板的偏心运动，打通堵塞部位，确保所有列管内的气流畅通。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，该列管式生物质气化炉反应器沿着竖直方向从上到下依次包括上部汇料室(1)、中部壳体和下部气固分离室(3)，其特征在于：

所述上部汇料室(1)呈正置的锥形结构，它的侧面开有气化原料入口(11)，其底面与所述中部壳体的上顶板密封连接且设置有分料器(12)；所述中部壳体的上、下两端分别开有加热烟气出口和加热烟气入口，它的内部沿着竖直方向设置有多个气化列管(21)，这些气化列管彼此平行，并且其上端经由所述分料器(12)共同密封连通至所述上部汇料室(1)，其下端则共同密封连接至所述下部气固分离室(3)；所述下部气固分离室(3)呈倒置的锥形结构，它的侧面开有粗燃气出口(31)，其底部则开有气化残留产物出口(32)；相应地，高温烟气从所述加热烟气入口输入，并通过从下到上的流动对各个气化列管执行加热，然后经由所述加热烟气出口排出；生物质气化原料则经由所述分料器的分配后分别进入到各个所述气化列管，并在自由落体过程中从管外获得热能来实现气化；

此外，在各个气化列管(21)的内部，各自配置有用于对生物质气化反应过程中所产生的碳颗粒执行拦截功能的截料机构(22)，该截料机构(22)包括竖直设置在气化列管(21)中的支撑杆、水平贯穿安装在此支撑杆上且沿着竖直方向间隔分布的多个截料小孔板、使所有支撑杆予以固定的支架，以及与所述支架相连用于使得所述截料小孔板发生偏心运动的驱动单元；以此方式，气化过程中所产生的碳颗粒会停留在各个所述截料小孔板上，延长与所输入水蒸气之间的反应时间；气化产生的燃气和焦油气在各个所述气化列管内下部集中，并经由所述粗燃气出口(31)排出继续处理；反应产生的其余无机物和最终残留的碳颗粒则在各个所述气化列管下部流出，沉积在所述下部气固分离室(3)底部，并经由所述气化残留产物出口(32)排出继续处理。

2.如权利要求1所述的一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，其特征在于，所述分料器由搅拌叶片和分配孔板共同组成，并且分配孔板上的多个孔与所述气化列管(21)的上端管口在垂直方向上一一对应。

3.如权利要求1或2所述的一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，其特征在于，各个所述气化列管(21)由耐热材料制成，并且其长度设计为2米～6米，其内径设计为20mm～100mm。

4.如权利要求3所述的一种具备截料机构的列管式生物质气化炉反应器，其特征在于，对于所述截料小孔板而言，其关键规格参数设计如下：各个截料小孔板的孔径为2mm～6mm，相邻截料小孔板在竖直方向上的间距为15cm～50cm。