[發明專利]一種具備截料機構的列管式生物質氣化爐反應器

有效

• 申請號: 201510996933.5
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105567336B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 肖波;李光興;靳世平;梅付名;胡沔;黃芬霞;舒良鎖;張琦
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/72
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于可再生清潔能源裝置領域，更具體地，涉及一種具備截料機構的列管式生物質氣化爐反應器。

背景技術

生物質燃料是指將農林廢棄物如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等，經過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型燃料后直接執行燃燒的一種新型清潔燃料。開發生物質燃料不僅能合理利用農林廢棄物，防止能源浪費，而且能夠減少如CO₂、SO₂、NOx和煙塵等排放，避免霧霾現象的產生，因而在國內外具備廣闊的應用前景。

在眾多的生物質轉化利用技術中，氣化是一種非常重要的技術。所謂生物質氣化，是指在一定的熱力學條件下，借助于氧氣和水蒸氣的作用，使得生物質中的高聚物發生熱解、氧化、還原重整反應，最終轉化CO、H₂和低分子烴類可燃氣體的過程。例如，CN201210584976.9提出了一種兩段式富氧蒸汽生物質氣化反應器，其中通過將氣化爐劃分為上下兩段，并在上段中部設有魚型結構的分料器，由此提高氣體熱值且產出氣體中的焦油含量少。又如，CN201110173927.1提出了一種內循環外熱式氣化裝置，其中通過設有主動攪動機構，使得氣化原料在爐內處于循環流動狀態，由此提高了傳熱效率和氣化率。

然而，進一步的研究表明，上述現有技術仍然具有以下的不足或缺陷：首先，雖然針對生物質原料本身能夠有效延長其氣化反應過程，但就反應產物中的殘留碳而言，其往往直接會落入到爐體底部，未能與水蒸氣充分發生水煤氣反應，并導致管道中易于結焦，輸送不暢，在腐蝕管道的同時還會降低熱效率；其次，現有設備中雖然也相應采取了一些攪拌或回流裝置，但其結構和組成往往較復雜，未能針對殘留碳本身的結構及運動特點來進行設計，而且在實際使用中存在操作不便、對氣化效率提高有限等局限性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種具備截料機構的列管式生物質氣化爐反應器，其中通過結合生物質氣化過程中所產生的各類具體產物的結構及運動特性來針對性設計截料機構，并對配套的其他關鍵組件如氣化列管、截料偏心運動單元等的特定結構及其設置方式進行改進，相應能夠有效延長反應產物中的碳顆粒與水蒸氣之間的接觸時間，顯著降低碳在氣化反應后的最終殘留量，與現有生物質氣化反應器相比基本無焦油、無殘留碳和灰分，同時具備結構緊湊、便于操控和后期修護等特點。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種具備截料機構的列管式生物質氣化爐反應器，該列管式生物質氣化爐反應器沿著豎直方向從上到下依次包括上部匯料室、中部殼體和下部氣固分離室，其特征在于：

所述上部匯料室呈正置的錐形結構，它的側面開有氣化原料入口，其底面與所述中部殼體的上頂板密封連接且設置有分料器；所述中部殼體的上、下兩端分別開有加熱煙氣出口和加熱煙氣入口，它的內部沿著豎直方向設置有多個氣化列管，這些氣化列管彼此平行，并且其上端經由所述分料器共同密封連通至所述上部匯料室，其下端則共同密封連接至所述下部氣固分離室；所述下部氣固分離室呈倒置的錐形結構，它的側面開有粗燃氣出口，其底部則開有氣化殘留產物出口；相應地，高溫加熱煙氣從所述加熱煙氣入口輸入，并通過從下到上的流動對各個氣化列管執行加熱，然后經由所述加熱煙氣出口排出；生物質氣化原料則經由所述分料器的分配后分別進入到各個所述氣化列管，并在自由落體過程中從管外獲得熱能來實現氣化；

此外，在各個氣化列管的內部，各自配置有用于對生物質氣化反應過程中所產生的碳顆粒執行攔截功能的截料機構，該截料機構包括豎直設置在所述氣化列管中的支撐桿、水平貫穿安裝在此支撐桿上且沿著豎直方向間隔分布的多個截料小孔板、使所有支撐桿予以固定的支架，以及與所述支架相連用于使得所述截料小孔板發生偏心運動的驅動單元；以此方式，氣化過程中所產生的碳顆粒會停留在各個所述截料小孔板上，延長與所輸入水蒸氣之間的反應時間；氣化產生的燃氣和焦油氣在各個所述氣化列管內下部集中，并經由所述粗燃氣出口排出繼續處理；反應產生的其余無機物和最終殘留的碳顆粒則在各個所述氣化列管下部流出，沉積在所述下部氣固分離室底部，并經由所述氣化殘留產物出口排出繼續處理。

作為進一步優選地，所述分料器由攪拌葉片和分配孔板共同組成，并且分配孔板上的多個孔與所述氣化列管的上端管口在垂直方向上一一對應。

作為進一步優選地，各個所述氣化列管由耐熱材料制成，并且其長度優選設計為2米～6米，其內徑優選設計為20mm～100mm。