專利名稱：一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型裝置屬于生物質(zhì)氣化領(lǐng)域，具體地說是一種通過二次催化裂解區(qū)在爐體內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計來解決生物質(zhì)氣化爐焦油含量高，氣化效率低的生物質(zhì)氣化爐。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是一種可再生能源，它作為化石能源的補(bǔ)充能源，正在引起人們的廣泛關(guān)注。生物質(zhì)能要真正成為礦物燃料的替代能源，其關(guān)鍵是要將能量密度低的低品位的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變成高品位能源。當(dāng)前，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)主要包括生物質(zhì)氣化、液化、固化以及直接燃燒技術(shù)等。生物質(zhì)能氣化技術(shù)。其基本原理是將生物質(zhì)原料加熱，生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發(fā)物，并在高溫下裂解熱解。熱解后的氣體和炭在氣化爐的氧化區(qū)與供入的氣化介質(zhì)空氣、氧氣、水蒸氣等發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒。燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應(yīng)，最終生成了含有一定量的混合氣體，去除焦油、雜質(zhì)后即可燃用。這種方法改變了生物質(zhì)原料的形態(tài)，使用更加方便，而且能量轉(zhuǎn)換效率比固態(tài)生物質(zhì)的直接燃燒有較大的提高。使生物質(zhì)中的能量全部轉(zhuǎn)化為可燃性氣體，將可燃性氣體通過管道與燃?xì)庠钸B接來實現(xiàn)炊事等各類加熱需要。生物質(zhì)由于具有揮發(fā)組份高、炭活性高、硫和灰的含量低等特性，若使其成為氣化的理想原料。將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣體燃料是一種很好的生物質(zhì)利用途徑。生物質(zhì)氣化技術(shù)的核心是氣化反應(yīng)器即氣化爐，氣化爐也是生物質(zhì)氣化的主要設(shè)備。氣化爐能量轉(zhuǎn)化效率的高低是整個氣化系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，故氣化爐形式的選擇及其控制運(yùn)行條件是氣化系統(tǒng)非常重要的制約條件。生物質(zhì)氣化技術(shù)的核心是氣化反應(yīng)器即氣化爐，氣化爐也是生物質(zhì)氣化的主要設(shè)備。氣化爐能量轉(zhuǎn)化效率的高低是整個氣化系統(tǒng)和能量利用的關(guān)鍵所在，故氣化爐形式的選擇及其控制運(yùn)行條件是氣化裝置效率制約的關(guān)鍵條件。目前市面上的一些生物質(zhì)氣化爐主要以戶用型秸稈型氣化爐為主，燃?xì)獬隹跍囟群芨?，很多氣化爐沒有對這部分熱量加以利用，而造成熱量大量的損失和浪費(fèi)，使得氣化爐的熱量利用率和實用性下降。焦油是生物質(zhì)氣化過程的產(chǎn)物，易對氣化設(shè)備造成腐蝕破壞，很多生物質(zhì)氣化爐的焦油去除方法并不是對焦油進(jìn)行裂解，而只是將焦油利用過濾裝置滯留下來，這樣造成嚴(yán)重的二次污染并且容易堵塞管道。利用這種方法凈化生物質(zhì)燃?xì)獠荒苓_(dá)到徹底清除焦油的目的，并且污染環(huán)境，滯留下來的焦油氣化爐設(shè)備造成腐蝕破壞。一些生物質(zhì)氣化爐利用時溫度過高，這樣極易導(dǎo)致內(nèi)部濕度不足，沒有足夠的水蒸氣參與氣化反應(yīng)，這樣不利于于氫氣的生成，并且灰渣也難以成積。焦油問題是影響氣化氣使用的最大障礙。無論是用于發(fā)電或供氣，都有焦油問題。 焦油會堵塞管路，污染氣缸，堵塞火花塞或燃?xì)饪资拱l(fā)電與供氣無法正常運(yùn)行，還會引起二次污染。因此，焦油問題是氣化發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵之一。解決焦油問題最徹底的方法就是把焦油裂解為永久性氣體。但生物質(zhì)氣化爐有以下的缺點1生物質(zhì)爐出口燃?xì)鉁囟雀撸曳蛛s質(zhì)多，使用不方便。2由于氣化室設(shè)計的不合理使得氣化效率低，熱量不能得到充分利用， 不能轉(zhuǎn)化為高濃度的可燃?xì)猓紵裏嶂档?，燃?xì)庵薪褂秃扛摺?異味大，有焦油，堵塞管道， 清理困難。4催化劑放置不合理，而使得燃?xì)庠诖呋呀鈪^(qū)與催化劑接觸不夠充分，催化效率低。

實用新型內(nèi)容本實用新型發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供的高效熱解的二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，該氣化爐氣化效率高，燃?xì)鉄嶂蹈?，清灰去渣方便衛(wèi)生。本實用新型解決技術(shù)問題采用如下方案一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，包括進(jìn)料裝置、燃燒室、氣化室、裂解室及氣化燃?xì)鈨艋b置，其結(jié)構(gòu)特點在于，所述氣化室位于燃燒室上部，由相反設(shè)置的兩個錐斗構(gòu)成，兩個錐斗連接處形成喉口，在上錐斗的錐面上均勻分布有連通裂解室的進(jìn)氣圓孔；所述裂解室由一次催化裂解區(qū)和二次催化裂解區(qū)組成，一次催化裂解區(qū)設(shè)置于氣化室的外部周圍，二次催化裂解區(qū)位于燃燒室的下部周圍，一次催化裂解區(qū)和二次催化裂解區(qū)之間通過細(xì)長管道相連；所述一次催化裂解區(qū)和二次催化裂解區(qū)分別設(shè)置有催化劑入口、催化劑出口 ；一次催化裂解區(qū)的出氣口設(shè)置有鐵絲網(wǎng)，用于通氣和固定催化劑，二次催化裂解區(qū)底側(cè)設(shè)有燃?xì)獬隹?；所述凈化裝置通過熱交換器的其中一個熱交換管與燃?xì)獬隹谙噙B，所述熱交換器的另一熱交換管連通燃燒室進(jìn)風(fēng)口。本實用新型結(jié)構(gòu)特點還在于所述凈化裝置的底部設(shè)置旋分離器，用于分離出焦油水混合物，旋風(fēng)分離器下部設(shè)置有焦油分離管，所述分離器的上部為外壁設(shè)有水套的細(xì)長筒體結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)部裝有若干層鐵絲網(wǎng)，用以使燃?xì)獾牧鲃訙p慢，滯留燃?xì)庵械男∷魏徒褂?；凈化裝置的最上部為固體過濾器，內(nèi)部裝有玉米芯，用于對燃?xì)庵械慕褂秃退魵膺M(jìn)行最后吸附過濾，所述固體過濾器頂部設(shè)置有燃?xì)獬隹?。所述氣化爐還設(shè)置有霧化裝置，所述水套連接氣化爐的霧化裝置。所述催化裂解區(qū)的催化劑選用具有良好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的催化活性，并對氣化爐爐體具有蓄熱作用的蜂窩陶瓷材料。所述所述一次催化裂解區(qū)的出氣口面積小于其進(jìn)氣口面積。與已有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在本實用新型可以對生物質(zhì)氣化反應(yīng)中生成的易堵塞管道和爐體的焦油進(jìn)行兩次催化裂解，從而降低燃?xì)庵薪褂秃?，提高燃?xì)鉄嶂怠?、本實用新型利用二次催化技術(shù)對生物質(zhì)氣化反應(yīng)中生成的易堵塞管道和爐體的焦油進(jìn)行兩次催化裂解，從而降低燃?xì)庵薪褂秃?，提高燃?xì)鉄嶂?，以獲得較為潔凈的燃?xì)狻Ｒ淮未呋呀鈪^(qū)由相反設(shè)置的兩個錐斗構(gòu)成，兩個錐斗連接處形成喉口，使得燃?xì)獾牧魉僭龃?；一次催化裂解區(qū)的出氣口面積小于其進(jìn)氣口面積，使得燃?xì)饪梢跃鶆虻卦诖呋瘏^(qū)內(nèi)流動并在催化器內(nèi)迂回，延長氣體在一次催化反應(yīng)的時間，便于催發(fā)裂解反應(yīng)的進(jìn)行。二次催化裂解區(qū)緊貼爐體的溫度最高的燃燒室下部，保證了二次催化裂解溫度，更利于催化裂解的效率。2、本實用新型燃?xì)獬隹谠O(shè)置換熱器，換熱器通過迂回的管道使燃?xì)馀c氣化劑空氣進(jìn)行熱交換，既對燃?xì)馄鸬浇禍氐淖饔?，又可對氣化空氣預(yù)熱，合理地利用了熱量。3、本實用新型燃?xì)鈨艋b置的下部設(shè)置旋風(fēng)分離器，用來分離出燃?xì)庖约敖褂退旌衔铩７蛛x器下部裝有焦油收集管，焦油收集管下端設(shè)置閥門，用來排掉收集的焦油。分離器上部的細(xì)長筒體結(jié)構(gòu)，筒體內(nèi)部裝有若干不銹鋼鐵絲網(wǎng)，用以阻擋燃?xì)獾牧鲃?，滯留燃?xì)庵械男∷魏徒褂?。?dāng)燃?xì)馔ㄟ^鐵絲網(wǎng)時，焦油和小水滴與鋼絲網(wǎng)相撞而附著在鋼絲網(wǎng)上，燃?xì)鈩t從鋼絲網(wǎng)孔中通過。網(wǎng)上小液滴越聚越多，液滴越來越大，當(dāng)液滴的重力大于與鋼絲網(wǎng)的附著力時，便會滴到下部焦油收集裝置，可以經(jīng)下端的閥門排出。筒體的外圍裝有水套，防止凈化裝置溫度過高，同時可以對燃?xì)膺M(jìn)行冷卻，使焦油得到冷凝得以排除。外圍水套與氣化爐爐體二次進(jìn)風(fēng)口旁的霧化裝置相連，通過閥門開關(guān)控制霧化強(qiáng)度，減少氧化劑的消耗，并生成更多的氫氣，碳?xì)浠衔?，特別是在催化器內(nèi)在催化作用下使得一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷，降低了氣體中一氧化碳的含量。4、本實用新型裝置中的生物質(zhì)原料在熱解區(qū)產(chǎn)生的含有焦油的可燃性氣體，由于二次空氣的加入，提高了爐體自由空間段的溫度，從而提高了氣體在高溫區(qū)的停留時間，使得焦油較易發(fā)生裂解反應(yīng)，從而降低了出氣中的焦油含量。

圖1為本實用新型生物質(zhì)氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型一次催化裂解區(qū)錐斗結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1生物質(zhì)物料倉、2螺旋給料機(jī)、3催化劑出口、4催化劑入口、5 —次催化裂解區(qū)、6、燃燒室、7氣化室、8不銹鋼鐵絲網(wǎng)、9布風(fēng)板、10細(xì)長的管道、11爐排、12 二次催化裂解區(qū)、13螺旋排渣機(jī)構(gòu)、14霧化裝置、15 二次進(jìn)風(fēng)管道閥門、16霧化裝置閥門、17 — 次進(jìn)風(fēng)管道、18 二次進(jìn)風(fēng)管道、19熱交換器、20進(jìn)風(fēng)口、21焦油收集管、22旋風(fēng)分離器、23 水套、M細(xì)長筒體、25固體過濾器、沈燃?xì)獬隹凇?7焦油收集閥門、觀進(jìn)氣圓孔、四上錐斗、 30下錐斗、31喉口。
以下結(jié)合附圖通過實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明。
具體實施方式
參見圖1，圖2，氣化爐其結(jié)構(gòu)主要包括，生物質(zhì)進(jìn)料倉1，由保溫材料、耐火材料做的爐體外壁，一次進(jìn)氣風(fēng)管道17，二次進(jìn)風(fēng)管道18，二次進(jìn)風(fēng)管道閥門15，一次催化裂解區(qū) 5，二次催化裂解區(qū)12，布風(fēng)板9，燃?xì)饪諝鈸Q熱交換器19，水套23，旋風(fēng)分離器22，細(xì)長筒體 24，固體過濾器25等。氣化劑空氣從進(jìn)風(fēng)口 20由風(fēng)機(jī)引入，在熱交換器19中的管道內(nèi)與裂解區(qū)燃?xì)獬隹诹鞒龅拇秩細(xì)膺M(jìn)行熱交換，可以有效地對氣化空氣進(jìn)行預(yù)熱，減少了氧化區(qū)內(nèi)的熱量損失。預(yù)熱空氣通過爐內(nèi)傾斜的布風(fēng)板9，在爐體燃燒室內(nèi)與生物質(zhì)燃料發(fā)生氧化反應(yīng)生成大量的熱量，并產(chǎn)生大量氣體。氣化爐還設(shè)有二次進(jìn)風(fēng)管道17，調(diào)節(jié)爐體二次進(jìn)風(fēng)管道的閥門15，從二次進(jìn)風(fēng)口通入二次氣化空氣，此時發(fā)生部分氧化反應(yīng)，放出熱量，使燃?xì)猥@得高溫，便于燃?xì)膺M(jìn)入一次催化裂解區(qū)5催化裂解。燃?xì)馔ㄟ^位于燃燒室6上部的氣化室7，氣化室7由上下相反設(shè)置的兩個錐斗構(gòu)成，上錐斗29和下錐斗30連接處形成喉口 31，在上錐斗29的錐面上均勻分布有連通一次催化裂解區(qū)的進(jìn)氣圓孔28 ；本設(shè)計一次催化裂解區(qū)的出氣口面積小于其進(jìn)氣口面積，使得燃?xì)饪梢栽谝淮未呋呀鈪^(qū)5內(nèi)迂回，燃?xì)庵械慕褂涂梢跃鶆虻睾痛呋瘎┻M(jìn)行充分接觸，利于催化裂解反應(yīng)的進(jìn)行。燃?xì)馔ㄟ^一次催化裂解區(qū)5下方的細(xì)長的管道10向下流入二次催化裂解區(qū)12，二次催化裂解區(qū)緊貼爐體的溫度最高的氧化區(qū)，即燃燒室下部周圍，使得二次催化裂解反應(yīng)可以在較高的溫度下進(jìn)行，對燃?xì)庵袣埩舻慕褂驮俅未呋呀?。一次催化裂解區(qū)和二次催化裂區(qū)分別設(shè)置有催化劑入口 4，催化劑出口 3。從二次催化裂解區(qū)出來的燃?xì)鈴臓t體流入爐體外部的熱交換器內(nèi)19，并通過迂回的管道與進(jìn)風(fēng)口 20流入的氣化空氣進(jìn)行熱交換，得到初步的冷卻，并對氣化空氣進(jìn)行預(yù)熱。然后，燃?xì)馇邢蛄魅雰艋b置下方的旋風(fēng)分離器22，燃?xì)庠谛L(fēng)分離器22內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)， 在重力和離心力的作用下，殘留的焦油流入旋風(fēng)分離器下方的焦油收集管21內(nèi)，通過焦油收集管閥門27排除。燃?xì)鈴男L(fēng)分離器出來，進(jìn)入上部的細(xì)長筒體24結(jié)構(gòu)內(nèi)。筒體內(nèi)部裝有若干層不銹鋼鐵絲網(wǎng)8，用以使燃?xì)獾牧鲃訙p慢，滯留燃?xì)庵械男∷魏徒褂汀Ｍ搀w的外部裝有水套23，水套23連接氣化爐的霧化裝置14，通過霧化裝置閥門16控制霧化強(qiáng)度，減少氧化劑的消耗，生成更多的氫氣，碳?xì)浠衔?。環(huán)形水套同時可以對凈化裝置和燃?xì)饫鋮s，防止凈化裝置溫度過高，并使焦油得到冷凝得以排除。凈化裝置最上部為固體過濾器25，內(nèi)部裝有玉米芯，對燃?xì)庵械慕褂秃退魵膺M(jìn)行最后吸附過濾，從燃?xì)獬隹?26得到潔凈，干燥的燃?xì)狻?br> 權(quán)利要求1.一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，包括進(jìn)料裝置、燃燒室(6)、氣化室(7)、裂解室及氣化燃?xì)鈨艋b置，其特征在于，所述氣化室(7)位于燃燒室(6)上部，由上下相反設(shè)置的兩個錐斗構(gòu)成，兩個錐斗連接處形成喉口(31)，在上錐斗的錐面上均勻分布有連通裂解室的進(jìn)氣圓孔08)；所述裂解室由一次催化裂解區(qū)( 和二次催化裂解區(qū)(1 組成，一次催化裂解區(qū)(5) 設(shè)置于氣化室的外部周圍，二次催化裂解區(qū)(1 位于燃燒室的下部周圍，一次催化裂解區(qū) (5)和二次催化裂解區(qū)(12)之間通過細(xì)長管道(10)相連；所述一次催化裂解區(qū)(5)和二次催化裂解區(qū)(12)分別設(shè)置有催化劑入口 G)、催化劑出口(3)；—次催化裂解區(qū)(5)的出氣口設(shè)置有鐵絲網(wǎng)(8)，用于通氣和固定催化劑，二次催化裂解區(qū)底側(cè)設(shè)有燃?xì)獬隹?；所述凈化裝置通過熱交換器(19)的其中一個熱交換管與燃?xì)獬隹谙噙B，所述熱交換器的另一熱交換管連通燃燒室進(jìn)風(fēng)口 00)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述凈化裝置的底部設(shè)置旋風(fēng)分離器(22)，用于分離出焦油水混合物，旋風(fēng)分離器下部設(shè)置有焦油分離管(21)，所述旋風(fēng)分離器02)的上部為外壁設(shè)有水套03)的細(xì)長筒體04)結(jié)構(gòu)，所述細(xì)長筒體04)內(nèi)部設(shè)置有若干層鐵絲網(wǎng)(8)，用以使燃?xì)獾牧鲃訙p慢，滯留燃?xì)庵械男∷魏徒褂停粌艋b置的最上部為固體過濾器0 ，內(nèi)部裝有玉米芯，用于對燃?xì)庵械慕褂秃退魵膺M(jìn)行最后吸附過濾，所述固體過濾器0 頂部設(shè)置有燃?xì)獬隹?06)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述氣化爐還設(shè)置有霧化裝置(14)，所述霧化裝置(14)與凈化裝置中的水套連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述催化裂解區(qū)的催化劑選用具有良好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的催化活性，并對氣化爐爐體具有蓄熱作用的蜂窩陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述所述一次催化裂解區(qū)的出氣口面積小于其進(jìn)氣口面積。
專利摘要本實用新型一種二次催化裂解生物質(zhì)氣化爐及其外部凈化裝置，屬于生物質(zhì)氣化反應(yīng)設(shè)備，用以提供熱值含量高，焦油含量低的生物質(zhì)氣化燃?xì)?。本實用新型對生物質(zhì)燃?xì)夥謨刹竭M(jìn)行催化裂解，并利用爐體的結(jié)構(gòu)設(shè)計保證兩次催化裂解的溫度。催化裂解室設(shè)計科學(xué)，燃?xì)饪梢栽诖呋呀馐覂?nèi)迂回，保證燃?xì)馀c催化劑充分接觸。本實用新型對爐體的熱量利用率高，有燃?xì)夂蜌饣瘎┩獠繐Q熱裝置，外部燃?xì)鈨艋b置設(shè)有水套，水套既可以對燃?xì)馄鸬浇禍刈饔酶撸铱梢猿浞掷糜酂?，?jié)約能源。
文檔編號C10J3/72GK202116518SQ201120157559
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者劉鑫, 唐志國, 徐玉福, 胡獻(xiàn)國 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)