專利名稱：一種外熱型微波等離子氣化爐及合成氣生產(chǎn)方法
一種外熱型微波等離子氣化爐及合成氣生產(chǎn)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要針對采用生物質(zhì)、固廢垃圾為原料的氣化工藝領(lǐng)域，具體來說是一種利用外部能源為微波等離子氣化來提供熱能，達(dá)到高效利用生物質(zhì)燃料、固廢垃圾來制取高品質(zhì)合成氣的氣化裝置及工藝。
背景技術(shù)：
隨著作為主要能源來源的常規(guī)優(yōu)質(zhì)化石燃料卻迅速地減少，人類對低熱值燃料利用的關(guān)注將日益增加，如生物質(zhì)燃料、煤泥、城市固廢等，尤其是生物質(zhì)燃料，因?yàn)樗侵参锿ㄟ^光合作用生成的有機(jī)物，它的最初來源是太陽能，同時(shí)是可再生的、且來源豐富、廣泛。
目前，在生物質(zhì)能源的多種轉(zhuǎn)化利用方式中，利用生物質(zhì)來制取合成氣是一種最高效、最多元化的利用方式，同時(shí)如何高效獲取高品質(zhì)合成氣也一直是工業(yè)化利用的難題。
常規(guī)生物質(zhì)固定床氣化工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、固體燃料在床層上停留時(shí)間長、裂解率高等特點(diǎn)，特別是固定床對燃料只需簡單破碎，粒度均勻即可，適合生物質(zhì)燃料的工業(yè)化利用，但是同時(shí)也存在著氣化溫度低，溫度分布不均勻，焦油含量大，合成氣有效成份含量低、效率低等難題，制約了其在生物質(zhì)燃料氣化工藝中的應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種制取高品質(zhì)合成氣外熱型生物質(zhì)氣化爐及合成氣生產(chǎn)方法，解決上述生物質(zhì)制取合成氣中存在的一系列問題，為生物質(zhì)燃料制取合成氣提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的工業(yè)利用裝置和工藝。
本發(fā)明要解決的上述技術(shù)問題，其基本流程如下
一種外熱型微波等離子氣化爐，主要包括豎直設(shè)置的氣化爐本體、與本體連通且位于氣化爐本體中段的給料裝置、位于凈空區(qū)的上層蒸汽噴口、位于床層區(qū)的下層二氧化碳/蒸汽噴口、氣化爐本體頂部的合成氣出口以及出口上設(shè)置的監(jiān)測單元、以及位于凈空區(qū)且處于上層蒸汽噴口上端的微波等離子發(fā)生器；微波等離子發(fā)生器布置1 2層，每層均勻布置3 4個等離子工作氣體接入點(diǎn)，等離子氣流采用徑向或切向噴入氣化爐凈空區(qū)中； 其特征在于還設(shè)置有利用外部熱源進(jìn)行加熱的外熱裝置，所述外熱裝置與氣化爐本體設(shè)為一體或者與氣化爐本體分離設(shè)置；外熱裝置設(shè)置用于排出灰渣的渣口。
氣化爐本體的底端設(shè)置循環(huán)床料出口、頂端設(shè)置循環(huán)床料入口 ；或者循環(huán)床料出口和入口設(shè)置在氣化爐本體的側(cè)部；循環(huán)床料出口和入口之間設(shè)置與氣化爐本體分離的外熱裝置，使得循環(huán)床料物質(zhì)能夠從出口經(jīng)過外熱裝置再經(jīng)過入口進(jìn)入氣化爐本體進(jìn)行多次循環(huán)；所述外熱裝置的熱源為微波加熱、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能中的一種或多種。
所述外熱裝置設(shè)于氣化爐本體底部與氣化爐合為一體；所述外熱裝置的熱源為微波、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能、及CFB鍋爐的高溫床料中的一種或多種。
微波等離子發(fā)生器采用電極間距大、等離子體活性強(qiáng)、體積范圍廣的等離子發(fā)生器；微波等離子發(fā)生器微波功率源主頻2. 45GHz，單臺功率約200kW以內(nèi)。采用上述一種氣化爐的合成氣生產(chǎn)方法，利用外部能源作為生物質(zhì)氣化工藝的熱源來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料氣化，其特征在于主要包括如下步驟1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置送入氣化爐本體內(nèi)，在高溫床層上快速氣化，進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)；主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)，在微波等離子發(fā)生器產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口噴入蒸汽，控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度1000°c 1200°C ；控制控制等離子氣體速度保證合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間3 10秒，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)；生成合成氣成品由氣化爐合成氣出口引至后續(xù)工藝?；么矊由鲜Ｓ嗖糠止潭ㄌ?xì)埓嬖诖擦衔镔|(zhì)中，通過下層噴口噴入高溫CO2/高溫蒸汽氣體，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，消耗部分固定碳；4)最后，剩余少部分未完全反應(yīng)殘?zhí)考皻堅(jiān)c床料物質(zhì)通過循環(huán)床料出口一起輸送至外熱裝置中，在外熱裝置中實(shí)現(xiàn)殘?zhí)康娜紵?、床料加熱及床料與渣的分離，分離后的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；5)分離后的床料被輸送至循環(huán)床料入口并進(jìn)入氣化爐中，與高溫?zé)煔饽媪鲹Q熱， 繼續(xù)下行當(dāng)接觸到床層上燃料物質(zhì)時(shí)放熱，溫度降低至床層反應(yīng)區(qū)溫度60(TC 1000°C ； 降溫后的床料物質(zhì)隨即再次送入加熱裝置中，如此循環(huán)多次；循環(huán)床料出口溫度大約在 750V 1200°C范圍內(nèi)；加熱后的高溫床料溫度高于床層反應(yīng)區(qū)的溫度；6)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。上述步驟O)中，合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 6秒。上述步驟O)中，合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為4 6秒。上述步驟(3)-(5)中，氣化爐床層反應(yīng)區(qū)溫度控制在600°C 850°C。采用上述另一種氣化爐的合成氣生產(chǎn)方法，利用外部能源作為生物質(zhì)氣化工藝的熱源來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料氣化，其特征在于主要包括如下步驟主要包括的步驟為(1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置送入氣化爐本體內(nèi)，在底部的床層上快速高溫氣化，且由于床層為類似固定床，固體顆粒物質(zhì)在床層上停留時(shí)間長，能完全在床層上進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)，首先燃料顆粒在高溫下爆裂熱解，析出占主要成分的揮發(fā)份， 剩余固定碳物質(zhì)，然后揮發(fā)份在高溫高熱下發(fā)生裂解等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；燃燒剩余的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；(2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)，在微波等離子發(fā)生器產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口噴入蒸汽，工藝控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍為1000°c 1200°C，且控制氣流以較慢流速上行，確保合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 10秒左右；或者等離子氣流采用切向交錯噴入，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)在氣化爐頂部合成氣出口的合成氣中焦油含量極少，甚至沒有焦油產(chǎn)生；
(3)氣化爐本體底部的外熱裝置持續(xù)加熱，保證床層反應(yīng)區(qū)溫度600°C 1000°C， 凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍控制在750°C 1600°C范圍內(nèi)，
(4)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；而合成氣出口溫度控制在900°C 1200°C范圍內(nèi)。
本工藝的有益效果是
1.由于采用外部熱源供熱，生物質(zhì)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的份額減少，甚至不額外增加氧化劑，使得合成氣中有效成份(CCHH2)體積含量能達(dá)到90%以上。
2.在氣化爐凈空區(qū)布置微波等離子發(fā)生器對合成氣中焦油等進(jìn)行非平衡裂解反應(yīng)，達(dá)到焦油含量極少，甚至無焦油，能達(dá)到工業(yè)化直接利用水平，經(jīng)濟(jì)性好。
3.對原料粒徑無特殊要求，只需簡單破碎，無需復(fù)雜處理，經(jīng)濟(jì)性好。
4.采用外部熱源提供熱能，能充分結(jié)合各種形式能源，特別是工業(yè)廢熱，能實(shí)現(xiàn)能源綜合利用。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的離子氣化爐及工藝流程示意圖2為圖1的A-A視圖。
其中給料裝置1 ；氣化爐本體2 ；微波等離子發(fā)生器3 ；下層二氧化碳/蒸汽噴口 4 ；上層蒸汽噴口 5 ；監(jiān)測單元6 ；循環(huán)床料出口 7 ；氣化爐凈空區(qū)8 ；外熱裝置9 ；循環(huán)床料入 Π 10。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一
本發(fā)明實(shí)施的外熱型微波等離子氣化爐，主要包括豎直設(shè)置的圓柱體氣化爐本體 2、與本體2連通的給料裝置1、位于凈空區(qū)的上層蒸汽噴口 5、位于床層區(qū)的下層二氧化碳 /蒸汽噴口 4、位于上層蒸汽噴口 5上端的微波等離子發(fā)生器3，氣化爐本體2頂部的合成氣出口以及出口上設(shè)置的監(jiān)測單元6 ；其特征在于氣化爐本體2的底端設(shè)置循環(huán)床料出口 7、頂端設(shè)置循環(huán)床料入口 10，循環(huán)床料出口 7和入口 10之間設(shè)置與氣化爐本體2分離的外熱裝置9，使得循環(huán)床料物質(zhì)能夠從出口 7經(jīng)過外熱裝置9再經(jīng)過入口 10進(jìn)入氣化爐本體 2進(jìn)行多次循環(huán)；外熱裝置9設(shè)置渣口用于灰渣的排出。
循環(huán)床料出口 7和入口 10也可以設(shè)置在氣化爐本體2的側(cè)部。
給料裝置1位于氣化爐本體2的中段，微波等離子發(fā)生器3布置于氣化爐凈空區(qū) 8，且應(yīng)布置1 2層，每層均勻布置3 4個等離子工作氣體接入點(diǎn)，等離子氣流采用徑向或切向噴入氣化爐凈空區(qū)8中；微波等離子發(fā)生器3采用電極間距大、等離子體活性強(qiáng)、 體積范圍廣的等離子發(fā)生器；微波等離子發(fā)生器3微波功率源主頻2. 45GHz，單臺功率約 200kff以內(nèi)。
在外熱裝置9中，采用微波加熱、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能、甚至是某些工業(yè)廢熱或廢棄物產(chǎn)生熱量等將本工藝中排出的床料物質(zhì)加熱至高溫循環(huán)，其中，外熱裝置9能實(shí)現(xiàn)固定碳物質(zhì)的完全氧化燃燒，及床料與生物質(zhì)渣的分離。采用上述氣化爐的合成氣生產(chǎn)方法，主要包括如下步驟(1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置1送入氣化爐本體2內(nèi)，在底部的床層上快速高溫氣化，且由于床層為類似固定床，固體顆粒物質(zhì)在床層上停留時(shí)間長，能完全在床層上進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)，首先燃料顆粒在高溫下爆裂熱解，析出占主要成分的揮發(fā)份，剩余固定碳物質(zhì)，然后揮發(fā)份在高溫高熱下發(fā)生裂解等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；(2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)8，在微波等離子發(fā)生器3產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口 5噴入適量蒸汽，工藝控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍為1000°C 1200°C，且控制氣流以較慢流速上行，確保合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 10秒左右；且等離子氣流亦可采用切向交錯噴入，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)在氣化爐頂部合成氣出口的合成氣中焦油含量極少，甚至沒有焦油產(chǎn)生；(3)最后床層上剩余部分固定碳?xì)埓嬖诖擦衔镔|(zhì)中，此時(shí)依據(jù)具體燃料特性，如果固定碳含量高，且床層反應(yīng)區(qū)熱量充足(也即外熱裝置9供給的外熱源充足)，可通過下層噴口 4適當(dāng)噴入工作氣體，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，消耗部分固定碳，提高合成氣中一氧化碳含量或氫氣含量；最后剩余少部分未完全反應(yīng)殘?zhí)考皻堅(jiān)c床料物質(zhì)一起輸送至外熱裝置 9中，在外熱裝置9中實(shí)現(xiàn)殘?zhí)康娜紵⒋擦霞訜峒按擦吓c渣的分離，分離出來的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；分離后的高溫床料物質(zhì)被輸送至循環(huán)床料入口 10中并進(jìn)入氣化爐本體2中，在凈空反應(yīng)區(qū)與合成氣逆流換熱，使合成氣溫度升高到凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍 1000°C 1200°C ；床料物質(zhì)繼續(xù)下行當(dāng)接觸到床層上燃料物質(zhì)時(shí)放熱，且溫度降低至床層反應(yīng)區(qū)溫度600°C 1000°C，降溫后的床料物質(zhì)隨即再次送入加熱裝置9中，如此循環(huán)不已；循環(huán)床料出口 7溫度大約在750°C 1200°C范圍內(nèi)。(4)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元6來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；合成氣出口溫度控制在800°C 1200°C范圍內(nèi)。上述步驟中，(2)中，合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 6秒，最佳時(shí)間段為4 6秒。(3)中，氣化爐床層反應(yīng)區(qū)溫度控制在600°C 850°C。(3)中，氧化還原時(shí)噴入工作氣體為高溫二氧化碳?xì)怏w或高溫蒸汽；主要取決于后續(xù)工藝對合成氣成分的要求。本實(shí)例的氣化爐床層物料由具有較強(qiáng)蓄熱能力的耐高溫床料物質(zhì)組成。循環(huán)加熱后入爐的生物質(zhì)燃料與高溫?zé)煔饽媪鞲稍锖?，下行至高溫床層上迅速被加熱，依?jù)生物燃料具有含氧量高，固定碳含量低的特點(diǎn)，在熾熱床層上生物質(zhì)燃料發(fā)生強(qiáng)烈熱解反應(yīng)，熱解產(chǎn)物為揮發(fā)份及半焦，由于本工藝熱解反應(yīng)區(qū)控制溫度高，且在熱解反應(yīng)區(qū)噴入適量高溫蒸汽/C02作為氧化劑，揮發(fā)份物質(zhì)在高溫下進(jìn)行快速復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，揮發(fā)份大量分解為有益氣體(C0+H2)，并攜帶少量焦油蒸氣上行至氣化爐凈空區(qū)域。剩余未完全反應(yīng)的含碳?xì)堅(jiān)S同床料物質(zhì)一起大量輸送至外熱裝置，在外熱裝置中利用外部能源加熱該床料及含碳?xì)堅(jiān)旌衔铮⒐娜胙趸瘎?，充分反?yīng)將混合物中殘?zhí)嘉镔|(zhì)完全燃盡，并在外熱裝置中完成床料與渣的分離，加熱升溫后的床料物質(zhì)隨后從氣化爐頂部或上段側(cè)部送入氣化爐內(nèi)，在爐內(nèi)與高溫合成氣逆流換熱，降低氣化爐出口合成氣溫度，同時(shí)床料物質(zhì)溫度繼續(xù)升高。高溫床料物質(zhì)最后降至床層為入爐生物質(zhì)燃料提供大量熱能，以維持裂解反應(yīng)區(qū)溫度，降溫后的床料物質(zhì)連續(xù)被送入外熱裝置中繼續(xù)加熱分離，如此循環(huán)，可根據(jù)燃料特性的不同，選取合適床料循環(huán)倍率。
含有少量焦油蒸氣、飛灰的合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)域，在此處布置有高溫微波等離子發(fā)生器，在富含活性、處于高電離度、非平衡態(tài)的等離子氧化劑作用下，高溫合成氣中焦油類蒸氣物質(zhì)迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，完全去除焦油，在氣化爐出口合成氣可經(jīng)降溫、除灰后達(dá)到直接利用水平。
實(shí)施例二
該實(shí)例的氣化爐基本與實(shí)例一相同，與實(shí)例一的區(qū)別在于㈧外熱裝置9不再與氣化爐本體2分離設(shè)置，而與氣化爐本體2的底部一起成為一個整體功能區(qū)，并同時(shí)省略氣化爐本體2的底端設(shè)置的循環(huán)床料出口 7、頂端設(shè)置的循環(huán)床料入口 10 ；這樣可直接將外部能源以熱能形式引入氣化爐內(nèi)，這樣可取消床料物質(zhì)循環(huán)流程，系統(tǒng)簡單，可操作性強(qiáng)，效率高。
(B)最適宜該實(shí)例的外熱裝置9加熱能源形式包括微波、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能、及循環(huán)流化床鍋爐(簡稱CFB鍋爐)的高溫床料等。
另外，在采用本實(shí)例的化爐的合成氣生產(chǎn)方法，主要包括的步驟為
(1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置1送入氣化爐本體2內(nèi)，在底部的床層上快速高溫氣化，且由于床層為類似固定床，固體顆粒物質(zhì)在床層上停留時(shí)間長，能完全在床層上進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)，首先燃料顆粒在高溫下爆裂熱解，析出占主要成分的揮發(fā)份，剩余固定碳物質(zhì)，然后揮發(fā)份在高溫高熱下發(fā)生裂解等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；燃燒剩余的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；
(2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)8，在微波等離子發(fā)生器3產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口 5噴入適量蒸汽，工藝控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍為1000°C 1200°C，且控制氣流以較慢流速上行，確保合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 10秒左右；且等離子氣流亦可采用切向交錯噴入，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)在氣化爐頂部合成氣出口的合成氣中焦油含量極少，甚至沒有焦油產(chǎn)生；
(3)氣化爐本體2底部的外熱裝置9持續(xù)加熱，保證床層反應(yīng)區(qū)溫度600°C 1000°C，凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍控制在750°C 1600°C范圍內(nèi)，
(4)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元6來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；而合成氣出口溫度控制在900°C 1200°C范圍內(nèi)。
為了使本工藝達(dá)到最佳工作效果，滿足工藝整體性能要求，設(shè)計(jì)中關(guān)鍵是控制床層溫度，調(diào)節(jié)好循環(huán)床料倍率，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量。通過對合成氣出口監(jiān)測單元來達(dá)到對上述關(guān)鍵因素的控制，也能實(shí)現(xiàn)連鎖控制，進(jìn)行全自動化操作，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。 以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種外熱型微波等離子氣化爐，主要包括豎直設(shè)置的氣化爐本體、與本體連通且位于氣化爐本體中段的給料裝置、位于凈空區(qū)的上層蒸汽噴口、位于床層區(qū)的下層二氧化碳/ 蒸汽噴口、氣化爐本體頂部的合成氣出口以及出口上設(shè)置的監(jiān)測單元、以及位于凈空區(qū)且處于上層蒸汽噴口上端的微波等離子發(fā)生器；微波等離子發(fā)生器布置1 2層，每層均勻布置3 4個等離子工作氣體接入點(diǎn)，等離子氣流采用徑向或切向噴入氣化爐凈空區(qū)中；其特征在于還設(shè)置有利用外部熱源進(jìn)行加熱的外熱裝置，所述外熱裝置與氣化爐本體設(shè)為一體或者與氣化爐本體分離設(shè)置；外熱裝置設(shè)置用于排出灰渣的渣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其特征在于氣化爐本體的底端設(shè)置循環(huán)床料出口、 頂端設(shè)置循環(huán)床料入口 ；或者循環(huán)床料出口和入口設(shè)置在氣化爐本體的側(cè)部；循環(huán)床料出口和入口之間設(shè)置與氣化爐本體分離的外熱裝置，使得循環(huán)床料物質(zhì)能夠從出口經(jīng)過外熱裝置再經(jīng)過入口進(jìn)入氣化爐本體進(jìn)行多次循環(huán)；所述外熱裝置的熱源為微波加熱、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其特征在于所述外熱裝置設(shè)于氣化爐本體底部與氣化爐合為一體；所述外熱裝置的熱源為微波、高溫微波等離子體、激光、電弧等離子體、太陽能聚光光能、及CFB鍋爐的高溫床料中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的氣化爐，其特征在于微波等離子發(fā)生器采用電極間距大、等離子體活性強(qiáng)、體積范圍廣的等離子發(fā)生器；微波等離子發(fā)生器微波功率源主頻 2. 45GHz，單臺功率約200kff以內(nèi)。
5.采用權(quán)利要求1、2、4之一所述氣化爐的合成氣生產(chǎn)方法，利用外部能源作為生物質(zhì)氣化工藝的熱源來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料氣化，其特征在于主要包括如下步驟1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置送入氣化爐本體內(nèi)，在高溫床層上快速氣化， 進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)；主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)，在微波等離子發(fā)生器產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口噴入蒸汽，控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度1000°C 1200°C ；控制控制等離子氣體速度保證合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間3 10秒，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)；生成合成氣成品由氣化爐合成氣出口引至后續(xù)工藝；3)床層上剩余部分固定碳?xì)埓嬖诖擦衔镔|(zhì)中，通過下層噴口噴入高溫CO2/高溫蒸汽氣體，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，消耗部分固定碳；4)最后，剩余少部分未完全反應(yīng)殘?zhí)考皻堅(jiān)c床料物質(zhì)通過循環(huán)床料出口一起輸送至外熱裝置中，在外熱裝置中實(shí)現(xiàn)殘?zhí)康娜紵?、床料加熱及床料與渣的分離，分離出來的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；5)分離后的床料被輸送至循環(huán)床料入口并進(jìn)入氣化爐中，與高溫?zé)煔饽媪鲹Q熱，繼續(xù)下行當(dāng)接觸到床層上燃料物質(zhì)時(shí)放熱，溫度降低至床層反應(yīng)區(qū)溫度600°C 100(TC;降溫后的床料物質(zhì)隨即再次送入加熱裝置中，如此循環(huán)多次；循環(huán)床料出口溫度大約在750°C 1200°C范圍內(nèi)；加熱后的高溫床料溫度高于床層反應(yīng)區(qū)的溫度；6)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的合成氣生產(chǎn)方法，其特征在于上述步驟( 中，合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 6秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成氣生產(chǎn)方法，其特征在于上述步驟( 中，合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為4 6秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7之一所述的合成氣生產(chǎn)方法，其特征在于上述步驟C3)- 中，氣化爐床層反應(yīng)區(qū)溫度控制在600°C 850°C。
9.采用權(quán)利要求1、3、4之一所述氣化爐的合成氣生產(chǎn)方法，利用外部能源作為生物質(zhì)氣化工藝的熱源來實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料氣化，其特征在于主要包括如下步驟主要包括的步驟為(1)生物質(zhì)燃料、垃圾等物料通過給料裝置送入氣化爐本體內(nèi)，在底部的床層上快速高溫氣化，且由于床層為類似固定床，固體顆粒物質(zhì)在床層上停留時(shí)間長，能完全在床層上進(jìn)行復(fù)雜高效的熱解反應(yīng)，首先燃料顆粒在高溫下爆裂熱解，析出占主要成分的揮發(fā)份，剩余固定碳物質(zhì)，然后揮發(fā)份在高溫高熱下發(fā)生裂解等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，主要生成一氧化碳、氫氣、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高溫合成氣；燃燒剩余的灰渣由外熱裝置設(shè)置的渣口排出；(2)高溫合成氣上行至氣化爐凈空區(qū)，在微波等離子發(fā)生器產(chǎn)生的富含活性的、電離度高的、處于非平衡態(tài)的高溫等離子體氧化劑的作用下迅速進(jìn)行裂解反應(yīng)，同時(shí)上層噴口噴入蒸汽，工藝控制凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍為1000°C 1200°C，且控制氣流以較慢流速上行， 確保合成氣在凈空區(qū)等離子體范圍內(nèi)停留時(shí)間為3 10秒左右；或者等離子氣流采用切向交錯噴入，增加擾流，強(qiáng)化流場內(nèi)傳熱與傳質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)在氣化爐頂部合成氣出口的合成氣中焦油含量極少，甚至沒有焦油產(chǎn)生；(3)氣化爐本體底部的外熱裝置持續(xù)加熱，保證床層反應(yīng)區(qū)溫度600°C 1000°C，凈空反應(yīng)區(qū)溫度范圍控制在750°C 1600°C范圍內(nèi)；(4)在上述各步驟進(jìn)行的同時(shí)通過合成氣出口監(jiān)測單元來監(jiān)測合成氣溫度、成份等，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微波等離子功率及二氧化碳、蒸汽的供給量，確保工藝平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；而合成氣出口溫度控制在900°C 1200°C范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種外熱型微波等離子氣化爐及合成氣生產(chǎn)方法，主要包括豎直設(shè)置的圓柱體氣化爐本體、與本體連通且位于氣化爐本體中段的給料裝置、位于凈空區(qū)的上層蒸汽噴口、位于床層區(qū)的下層二氧化碳/蒸汽噴口、氣化爐本體頂部的合成氣出口以及出口上設(shè)置的監(jiān)測單元、以及位于凈空區(qū)且處于上層蒸汽噴口上端的微波等離子發(fā)生器；還設(shè)置有利用外部熱源對氣化爐本體進(jìn)行加熱的外熱裝置，所述外熱裝置與氣化爐本體設(shè)為一體或者與氣化爐本體分離設(shè)置。由于采用外部熱源供熱，生物質(zhì)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的份額減少，甚至不額外增加氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)，使得合成氣中有效成份含量高，后續(xù)利用工藝高效而經(jīng)濟(jì)，且能結(jié)合各種形式能源綜合利用。
文檔編號C01B3/02GK102530859SQ201110449489
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者夏明貴, 張亮, 張巖豐, 陳義龍 申請人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司