專利名稱：生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種 熱解裝置，尤其涉及一種以秸稈、稻殼、竹木屑及酒渣等農業廢棄 物、農林廢棄物或生活垃圾中的有機物為原料的生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置。
背景技術：
能源是現代社會賴以生存和發展的基礎，能源的供給能力關系到國民經濟的可持 續性發展，是國家戰略安全保證的基礎之一。我國是世界第二能源消耗國，目前以燃煤為 主，它占一次能源的比例為63. 6%左右；但由于燃煤的高效、潔凈利用難度大，使用過程中 對人類的生存環境帶來嚴重污染。我國人均能源嚴重不足，因此開發生物質清潔能源已成 為一項戰略任務。我國有大量的秸稈(如玉米稈、高梁稈、棉花稈、麥稈等)及竹木屑，它們是一種可 再生利用的生物質資源，在一定的熱力學條件下通過熱解化學轉變將組成生物質中的碳氫 化合物轉化為一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃性氣體作為工業或民用能源，可為能源供給找到 一條新路。但目前我國將生物質原料轉變成生物燃料(氣)的主要方式或設備還停留在通 過直接燃燒或吹入大量空氣作為氣化劑來完成熱化學轉變的階段，產量低、熱值不高(主 要是燃氣中氫氣含量高)，有毒元素較多及使用不安全。在本發明之前，有ZL200620051633. 6 “炭化機”的專利技術，它為解決這一問題作
出了貢獻，目前還在發揮著作用，除此①鄭州華達燃氣設備有限公司的“生物質干餾裝置”，它是一種燃燒室上方前后分 成預熱段、加熱段和冷卻段的隧道窯式生物質干餾爐；還有它的“生物質流式動態熱解爐” 是一款包括除塵——洗滌——分流——脫焦凈化——C存的裝置，是一項較完善、又科學、 效果好和安全的工藝設備。②北京聯合創業建設工程公司的“生物質快速熱解爐”，它的主筒體為高熱解燃燒 區、副筒體為干燥預熱區，熱解速度快；除此本公司還有“生物質連續熱解爐及連續熱解系 統”，其熱解速度快。③勝利動力機械有限公司的“生物質干餾氣化方法及其裝置”由上料、加熱、換熱、 干餾及深冷等部分組成。④江蘇大學的“一種生物質與煤混合流化床氣化方法及其裝置”已被授予發明專 利權；另外⑤“生產生物質干餾炭和生物質燃氣的方法及快速熱解炭化爐”、“生物質熱解液 化裝置”、“一種生物質連續干餾熱解爐”、“利用生物質連續干餾制備燃氣工藝及裝置”等 等工藝和設備，可知，目前國內在利用生物質生產燃氣方面作了很多工作，亦取得了不少效 果。初步統計，在生物質熱解干餾技術方面有關于利用自身產生的燃氣作為載體生產凈化 燃氣占30 %、木炭占30 %、木焦油占10 %、木醋液占30 %的文獻報道，也有關于生物質熱 解化學轉換系統(或裝置)采用加料機構、干餾機構、加熱機構、凈化機構、貯化機構等方面 的文獻報道，但是目前國內尚未見與“生物質高溫無氧強化干餾熱解技術及生產系統”的報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可將秸稈(如玉米稈、高梁稈、棉花稈及 麥稈)、稻殼、 竹木屑、酒渣及中草藥渣等作為原料生產凈燃氣的生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置。為完成上述目的，本發明采用的技術方案是進料斗安裝在原料輸送機一頭的上 側端，配有螺旋片的轉軸安裝在原料輸送機的軸線上。在原料輸送機和生物質熱解轉換器 之間有支撐架，出料槽位置在原料輸送機與生物質熱解轉換器的端頭對著原料輸送機的出 料口和生物質熱解轉換器的入料口。安裝在生物質熱解轉換器軸線上由電動機帶動的轉動 軸上裝配有螺旋輸送片，在生物質熱解轉換器下側安裝的加熱裝置上有數量大于等于1的 左加熱爐口和數量大于等于1的右加熱爐口，與鼓風機相連的第一送風管同左加熱爐口相 連通，與鼓風機相連的第二送風管同右加熱爐口相連通。在生物質熱解轉換器另一頭的下 側端出口對著木炭出口管，木炭輸送機的進炭口與木炭出口管相連；位于木炭輸送機軸線 上的由電動機帶動的轉軸上有旋片。在生物質熱解轉換器的上側端的粗燃氣出口管與粗燃 氣輸送管的一頭相連，粗燃氣輸送管的另一頭連通冷卻塔的下端內腔，冷卻水管從冷卻塔 的上側壁伸到冷卻塔內，在冷卻塔內腔的冷卻水管上裝有數量大于等于1的噴嘴；在冷卻 塔的內腔布置有數量大于等于1的過濾層，在冷卻塔的下端安裝有第一閥門，在冷卻塔的 頂端內腔與過濾塔的下端內腔之間有第一燃氣輸送管相連，在過濾塔內腔的中間位置裝有 隔板。在隔板的上下部位于過濾塔的內腔布置有上過濾層和下過濾層，在過濾塔的下端裝 有第二閥門。在過濾塔內腔的隔板與下過濾層之間連通的第二燃氣輸送管連入凈化塔下端 的內腔，凈化塔內腔布置有數量大于等于1的凈化過濾層，凈化塔的下端安裝有第三閥門， 連通凈化塔頂端內腔的第三燃氣輸送管經凈化塔的下側壁與藥液塔的下端內腔相連通，在 藥液塔的內腔布置有數量大于等于1的藥化過濾層，在藥液塔的下端安裝有第四閥門。第 四燃氣輸送管的兩頭分別連通藥液塔的上端內腔和第三燃氣輸送管。帶有開關的第五燃氣 輸送管的兩頭分別連通藥液塔上端內腔和過濾塔上端內腔，在過濾塔頂端安裝有帶開關的 第六燃氣輸送管。采用如上技術方案提供的一種生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置與現有技 術相比，其技術效果在于①在高溫、無氧及強化條件下，生物質原料在生物質熱解化學轉換器中經過裂復 反應、還原反應生產出的生物質燃氣的熱值可達15. 9 25. lMJ/m3，生產出的副產品生物質 木炭的燃值可達25. 1 33. 5MJ，熱效率達98%以上，遠遠高于國內同類產品的技術指標。②所生產的凈燃氣因為經過冷卻、過濾、凈化等工序，對用戶及環境不會造成污
^fe ο③生物質熱解過程短，根據熱解溫度的高低，熱解時間為3. 5 5. Omin，從生物 質原料進入原料輸送機到生物質熱解轉換器出炭及第六燃氣輸送管出燃氣的整個時間為 4. O 7. Omin, 一氣呵成，連續生產，效率高。④具有極大經濟效益和社會效益。
圖1為本發明所述的一種生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置的外部形態示 意圖，亦為本發明的摘要附圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細描述。本發明所述的一種生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置(主要)包括加熱部分 和清潔部分。加熱部分由進料斗1、原料輸送機2、出料槽3、支撐架4、生物質熱解轉換器5、 木炭出口管5C、粗燃氣出口管5D、第一送風管6和第二送風管6A、左加熱爐口 7和右加熱爐 口 7A以及木炭輸送機8組成，清潔部分由粗燃氣輸送管5E、冷卻水管10、冷卻塔11、過濾塔 12、凈化塔13、藥液塔14、過濾層及若干條燃氣輸送管等組成。進料斗1安裝在原料輸送機2 —頭的上側端，所述原料輸送機2為用金屬板材制 作的圓桶形的筒體，在此原料輸送機2的軸線上穿過兩頭擋板安裝有與電動機相連的轉軸 2A，在轉軸2A上配有螺旋片2B，啟動電動機帶動轉軸2A及螺旋片2B動作，將把從進料斗1 進入原料輸送機2中的生物質原料不斷地從(如圖1)右邊送至左邊。所述生物質原料為 經破碎的玉米秸稈、高梁秸稈、棉花秸稈、稻殼、鋸木屑、生活垃圾中的有機質及酒渣中的一 種或幾種的組合(其中稻殼不需另行破碎，鋸木屑去除雜質)，采用干燥設備將生物質原料 中的水分(重量含量)控制在5 10%范圍，在條件許可的提前下，生物質原料可破碎成 40-60目。采用連續加料的方式將干燥后的生物質原料從進料斗1不斷地送入原料輸送機 2中，這樣可防止外界空氣(氧氣)過多進入原料輸送機2內，在實際操作中原料輸送機2 是轉動的，由專有設備帶動。在原料輸送機2和生物質熱解轉換器5之間裝有支撐架4，原 料輸送機2和生物質熱解轉換器5可同時在支撐架4的上下部位轉動，生物質熱解轉換器5 的轉動亦由專有設備帶動。出料槽3位置在原料輸送機2與生物質熱解轉換器5的端頭并 對著原料輸送機2上的出料口和生物質熱解轉換器5上的入料口，所述生物質熱解轉換器 5亦可采用ZL200620051633. 6的“炭化機”。生物質原料經出料槽3間歇式地加入到生物 質熱解轉換器5中，加入到生物質熱解轉換器5中的生物質原料的量可控制在50 150kg/ min。安裝在生物質熱解轉換器5軸線上由電動機帶動的轉動軸5A上配有螺旋輸送片5B， 啟動與轉動軸5A相連的電動機，由出料槽3加入到生物質熱解轉換器5中的生物質原料可 不斷地從(如圖1所示)左邊向右方向移動，所述轉動軸5A可為普碳鋼材質的超長中軸， 在500 600°C溫度下連續轉動不變形。在生物質熱解轉換器5的下側安裝有加熱裝置，在 此加熱裝置上有數量大于等于1的左加熱爐口 7和數量大于等于1的右加熱爐口 7A，與鼓 風機相連的第一送風管6同左加熱爐口 7相連通，同樣與鼓風機相連的第二通風管6A同右 加熱爐口 7A相連通，燃料(如燃煤、柴或自身產生的燃氣等)從左加熱爐口 7和左加熱爐 口 7A放入加熱裝置中，外界空氣(氧氣)從第一送風管6、第二送風管6A分別流入左加熱 爐口 7和右加熱爐口 7A，對生物質熱解轉換器5中的生物質原料加熱，控制好各段的加熱溫 度。在左加熱爐口 7和右加熱爐口 7A上裝有爐門，當燃料加完后可將爐門關上。由于可轉 動的原料輸送機2、可轉動的生物質熱解轉換器5、第一送風管6、第二送風管6A、左加熱爐 門7及右加熱爐門7A都安裝在一個半封閉的箱內，在生物質熱解轉換器5加熱時，熱空氣 可將原料輸送機2進行預加熱，從而對原料輸送機2中的生物質原料進行預熱。當生物質原料從出料槽3加入到生物質熱解轉換器5不久，在150°C前排出的都是水蒸氣，這個過程稱 為熱解的干燥過程，可將生物質原料中的水分蒸發出去。經過干燥后的生物質原料隨著生 物質熱解轉換器5中的溫度由左向右逐漸升高，干燥后的生物質原料在生物質熱解轉換器 5中從左向右移動，使它們進入干餾熱解的第二階段，即預炭化階段，即生物質原料進入裂 解程序。將預炭化階段的溫度控制在150-275°C之間，此時生物質原料中的不穩定成分(如 半纖維素等)開始分解，分解出的物質含二氧化碳、一氧化碳及少量醋酸。當生物質原料連 續由左向右運行到達溫度高于275°C時，生物質原料加快分解，并隨著溫度的繼續升高，它 們的分解(裂解)速度加快，生成的分解物為甲烷、乙烷、醋酸、甲醇、丙醇和木焦油等。將 裂解區域的溫度保持在450-50(TC，此區域(階段)稱作為生物質原料熱解炭化區域(階 段)，生物質原料在熱解炭化階段受熱后發生裂變反應(即細胞分裂)，在裂變反應中大部 分揮發物成分會從固體中分離出來，同時生物質原料的干餾熱解主要產物也是在此階段形 成的，特別是木醋液和木焦油。生物質原料裂變產生的熱氣上升進入干燥區，而生成的炭進 入下步的還原反應區。隨著轉動軸5A的不停轉動，生成的炭進入生物質熱解轉換器5的還 原反應區，因還原反應區無氧氣存在，所以炭在還原反應區的裂變反應中生成的二氧化碳 在此處(區)同碳和水蒸汽發生還原反應生成一氧化碳、氫氣和少量甲烷。將還原反應區的 溫度控制在600-700°C，在還原反應區產生的熱氣(體)同氧化區生成的部分熱氣(體)進 入上序的裂變區，而沒有反應完的炭進入氧化區，控制氧化區的溫度為800-1000°C，在此階 段的主要產品是燃氣，燃氣中的主要成分是甲烷(CH4)和氫氣(H2),燃氣的熱值可達25MJ/ m3左右，此處所述的燃氣稱 為粗燃氣，因為燃氣中還含有灰塵，還不能直接為用戶使用。如上所述生物質原料所發生的所有反應都在生物質熱解轉換器5中進行的。與出料槽3相對應，在生物質熱解轉換器5另一頭的下側端出口對著木炭出口管 5C，木炭輸送機8的進炭口與木炭出口管5C相連，位于木炭輸送機8軸線上的由電動機帶 動的轉軸8A上有旋片8B，由生物質熱解轉換器5產生的生物質炭由木炭出口管5C進入木 炭輸送機8送到下道工序存庫。在生物質熱解轉換器5的上側端有粗燃氣出口管5D，粗燃 氣由粗燃氣出口管5D送入粗燃氣輸送管5E，同時在粗燃氣出口管5D上可安裝帶排風扇的 排煙筒，從生物質熱解轉換器5中排出的煙或水汽可由排煙筒排出。粗燃氣輸送管5E的兩 頭分別連通粗燃氣輸出管5D和冷卻塔11的下端內腔，冷卻水管10從冷卻塔11的上側壁 伸到冷卻塔11內，在冷卻塔11內腔的冷卻水管10上裝有數量大于等于1的噴嘴10A。開 啟冷卻水管10上的開關，從噴嘴IOA上的噴出的冷卻水一方面可對進入冷卻塔11內的粗 燃氣降溫，另一方面冷卻水又可對粗燃氣進行洗滌。在冷卻塔11的內腔從上至下(或從下 至上)布置有數量大于等于1的過濾層11A，經降溫、洗滌后的粗燃氣所積下的污物可以積 (吸)附在過濾層IlA上，打開冷卻塔11側壁上的密封檢修門，對過濾層IlA進行定期清洗 或更換，打開安裝在冷卻塔11下端的第一閥門16可定期或非定期放出洗滌水。同時分離 出的木醋酸也從第一閥門16排出。在冷卻塔11的頂端內腔與過濾塔12的下端內腔之間 有第一燃氣輸送管IlC相連，經第一次過濾和降溫的燃氣經第一燃氣輸送管IlC由冷卻塔 11的上端內腔進入過濾塔12的下端內腔。在過濾塔12內腔的中間位置安裝有隔板12C， 所述隔板12C可用金屬材料制作，其上無孔，它將過濾塔12隔成上下兩腔，在隔板12C上內 腔的過濾塔12內布置有上過濾層12A，而在隔板12下內腔的過濾塔12內布置有下過濾層 12B，經由第一燃氣輸送管IlC進入過濾塔12下內腔的燃氣可經下過濾層12B進行過濾，打開過濾塔12側壁上的密封檢修門，可對上過濾層12A和下過濾層12B進行清洗或更換。裝 在過濾塔12下端的第二閥門16A可將過濾塔12下內腔的污物排出。在過濾塔12內腔的 隔板12C與下過濾層12B之間連通的第二燃氣輸送管12D連入凈化塔13下端的內腔，在凈 化塔13的內腔布置有數量大于等于1的凈化過濾層13A，經第二燃氣輸送管12D進入凈化 塔13內腔的燃氣在凈化塔13內進一步凈化，開啟安裝在凈化塔13下端的第三閥門16B可 將凈化塔13內污物排出，打開凈化塔13側壁上的檢修密封門，可對凈化過濾層13A進行清 洗或更換。在凈化塔13的頂端連通內腔的第三燃氣輸送管13B經凈化塔13的下側壁與藥 液塔14的下端內腔相連通，在藥液塔14的內腔布置數量大于等于1的藥化過濾層14A，由 第三燃氣輸送管13B進入藥液塔14內腔的燃氣經藥化過濾層14A過濾后的一部分燃氣從 第四燃氣輸送管14B再進入藥液塔14的下端內腔進行再處理。第四燃氣輸送管14B的兩 頭分別連通藥液塔14的上端內腔和第三燃氣輸送管13B。經藥化過濾層14A過濾后的另一 部分燃氣從裝有開關的第五燃氣輸送管14C進入過濾塔12的上內腔(即隔板12C以上的 內腔)，第五燃氣輸送管14C的兩頭分別連通藥液塔14上端內腔和過濾塔12的中間內腔， 由第五燃氣輸送管14C進入過濾塔12上內腔的燃氣再經上過濾層12A過濾后變成凈燃氣 由安裝在過濾塔12頂端的帶開關的第六燃氣輸送管15送給用戶。打開藥液塔14側壁上 的 密封檢修門，可對藥化過濾層14A進行清洗或更換。開啟安裝在藥液塔14下端的第四閥 門16C，可將藥液塔14的污物排出，加入到藥液塔14內的藥液(物)可將進入藥液塔14內 的木焦油吸附。所述布置在冷卻塔11內的過濾屋11A、過濾塔12內的上過濾層12A和下過濾層 12B、凈化塔13內的凈化過濾層13A和藥液塔14內的藥化過濾層14A選自稻草、絲茅草 (根)、蕨(根)、大理石顆粒或核桃殼等，藥液塔14內所采用的藥液(物)選自生石灰等。在本發明專利申請的同時申報了實用新型專利，所用附圖相同。
權利要求
一種生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置，它包括進料斗(1)、原料輸送機(2)、出料槽(3)、支撐架(4)、生物質熱解轉換器(5)、木炭出口管(5C)、粗燃氣出口管(5D)、第一送風管(6)和第二送風管(6A)、木炭輸送機(8)、冷卻水管(10)、冷卻塔(11)、過濾塔(12)、凈化塔(13)、藥液塔(14)以及各種燃氣輸送管，其特征在于進料斗(1)安裝在原料輸送機(2)一頭的上側端，配有螺旋片(2B)的轉軸(2A)安裝在原料輸送機(2)的軸線上；在原料輸送機(2)和生物質熱解轉換器(5)之間有支撐架(4)，出料槽(3)位置在原料輸送機(2)與生物質熱解轉換器(5)的端頭并對著原料輸送機(2)的出料口和生物質熱解轉換器(5)的入料口；安裝在生物質熱解轉換器(5)軸線上由電動機帶動的轉動軸(5A)上裝配有螺旋輸送片(5B)；在生物質熱解轉換器(5)下側安裝的加熱裝置上有數量大于等于1的左加熱爐口(7)和數量大于等于1的右加熱爐口(7A)，與鼓風機相連的第一送風管(6)同左加熱爐口(7)相連通，與鼓風機相連的第二送風管(6A)同右加熱爐口(7A)相連通；在生物質熱解轉換器5另一頭的下側端出口對著木炭出口管(5C)，木炭輸送機(8)的進炭口與木炭出口管(5C)相連，位于木炭輸送機(8)軸線上的由電動機帶動的轉軸(8A)上有旋片(8B)；在生物質熱解轉換器(5)的上側端的粗燃氣出口管(5D)與粗燃氣輸送管(5E)的一頭相連，粗燃氣輸送管(5E)的另一頭連通冷卻塔(11)的下端內腔，冷卻水管(10)從冷卻塔(11)的上側壁伸到冷卻塔(11)內，在冷卻塔(11)內腔的冷卻水管(10)上裝有數量大于等于1的噴嘴(10A)，在冷卻塔(11)的內腔布置有數量大于等于1的過濾層(11A)，在冷卻塔(11)的下端安裝有第一閥門(16)；在冷卻塔(11)的頂端內腔與過濾塔(12)的下端內腔之間有第一燃氣輸送管(11C)相連，在過濾塔(12)內腔的中間位置裝有隔板(12C)；在隔板(12C)的上下部位于過濾塔(12)的內腔布置有上過濾層(12A)和下過濾層(12B)，在過濾塔(12)的下端裝有第二閥門(16A)；在過濾塔(12)內腔的隔板(12C)與下過濾層(12B)之間連通的第二燃氣輸送管(12D)連入凈化塔(13)下端的內腔，在凈化塔(13)內腔布置有數量大于等于1的凈化過濾層(13A)，凈化塔(13)的下端安裝有第三閥門(16B)；連通凈化塔(13)頂端內腔的第三燃氣輸送管(13B)經凈化塔(13)的下側壁與藥液塔(14)的下端內腔相連通，在藥液塔(14)的內腔布置有數量大于等于1的藥化過濾層(14A)，在藥液塔(14)的下端安裝有第四閥門(16C)；第四燃氣輸送管(14B)的兩頭分別連通藥液塔(14)的上端內腔和第三燃氣輸送管(13B)；帶有開關的第五燃氣輸送管(14C)的兩頭分別連通藥液塔(14)上端內腔和過濾塔(12)中間內腔，在過濾塔(12)頂端安裝有帶開關的第六燃氣輸送管(15)。
全文摘要
本發明公開了一種生物質燃氣高溫無氧強化干餾熱解裝置，進料斗在原料輸送機的上側端，在原料輸送機和生物質熱解轉換器之間有支撐架和出料槽，生物質熱解轉換器下側的加熱裝置上有與送風管相通的加熱爐口，生物質熱解轉換器另一頭的上下側有粗燃氣出口管與木炭出口管。粗燃氣出口管經粗燃氣輸送管與裝有冷卻水管及過濾層的冷卻塔下端內腔相連通，第一燃氣輸送管連冷卻塔與過濾塔的內腔，過濾塔下端內腔有第二燃氣輸送管連凈化塔下端內腔，凈化塔的上端有第三燃氣輸送管連藥液塔下內腔，藥液塔的上側有第四燃氣輸送管連第三燃氣輸送管及藥液塔下內腔，藥液塔頂有第五燃氣輸送管連入過濾塔上內腔，在過濾塔頂端裝有第六燃氣輸送管。經處理后的燃氣對環境無污染，為再生能源開僻了新途征。
文檔編號C10K1/06GK101962558SQ20101050184
公開日2011年2月2日 申請日期2010年10月8日 優先權日2010年10月8日
發明者劉梅成, 申家鏡, 童偉黨, 陳鐵軍 申請人:婁底華劍科技園有限公司