專利名稱：具有經(jīng)改進(jìn)的穩(wěn)定性的下吸式氣化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及下吸式氣化爐的經(jīng)改進(jìn)的穩(wěn)定性。本發(fā)明揭示用于整平床頂部處的生物質(zhì)、將氧化劑均勻地注入到床的整個(gè)橫截面及通過爐篦均勻地抽取灰及殘?zhí)嫉募夹g(shù)?？蓚€(gè)別地或優(yōu)選地全部以組合方式使用這些技術(shù)以提供大幅改進(jìn)的氣化爐穩(wěn)定性及可控制性。
背景技術(shù)：
下吸式氣化爐為眾所周知且已使用達(dá)上100年。在所述布置中，生物質(zhì)及氧化劑均沿向下方向流動(dòng)。使用下吸式氣化爐產(chǎn)生氣體，所述氣體的焦油濃度極低，這是因?yàn)楹铣蓺怏w穿過殘?zhí)紖^(qū)帶朝向床的在彼處發(fā)生顯著焦油分解的下部區(qū)段。由于所產(chǎn)生的合成氣體需要最小程度的進(jìn)一步清潔，因此已發(fā)現(xiàn)此類型的氣化爐可用作機(jī)載氣化爐以供運(yùn)載工具在燃料短缺時(shí)間期間使用。下吸式氣化爐也具有若干缺點(diǎn)。由于床支撐于爐篦上，因此生物質(zhì)可堵塞爐篦或床，從而產(chǎn)生空氣穿過床的不均勻分配(分配不當(dāng))、跨越床的深度的過大壓力下降及甚至對(duì)關(guān)閉氣化爐以清理爐篦及床的需要。生物質(zhì)也可形成橋或通道，借此形成氧化劑的低壓力下降“捷徑”，從而產(chǎn)生較低床燃燒、弱氣體產(chǎn)生及焦油產(chǎn)生的可能增加的速率。另一問題是可難以穩(wěn)定火焰前緣。取決于操作篦條件，燃燒的熱解前緣可遷移到床的頂部，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的操作及/或上部燃燒，此又產(chǎn)生對(duì)關(guān)閉系統(tǒng)的需要。一種下吸式氣化爐(即，Imbert式設(shè)計(jì))通過僅朝向下部床徑向注入氧化劑而克服此最有一個(gè)問題。因此火焰前緣自然地穩(wěn)定在那里，由于在注入點(diǎn)上面缺少氧化劑，因此其不能向上行進(jìn)。然而，由于經(jīng)徑向引導(dǎo)的射流可致使氧化劑穿透床的距離的受限，因此此技術(shù)缺少按比例調(diào)整到較高生產(chǎn)量的能力。實(shí)質(zhì)上，上部大小由氧化劑可穿透床的距離規(guī)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示下吸式氣化爐及用于下吸式氣化爐的特殊爐篦。一種下吸式氣化爐，其具有主體；進(jìn)氣口，其朝向所述主體的頂部以允許空氣進(jìn)入到所述主體中；燃料進(jìn)料入口，其朝向所述主體的所述頂部以允許將燃料受控地引入到所述氣化爐中；爐篦，其位于所述主體內(nèi)部及所述燃料進(jìn)料入口下面以支撐所述燃料的床；床內(nèi)空氣分配系統(tǒng)，其包括其中具有位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上面以將空氣注入到所述床內(nèi)的噴嘴的多個(gè)管；旋轉(zhuǎn)槳，其位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上面以攪動(dòng)所述床；氣體排出口，其位于所述爐篦下面；及除灰口，其朝向所述主體的底部。另一種下吸式氣化爐，其具有主體；進(jìn)氣口，其朝向所述主體的頂部以允許空氣進(jìn)入到所述主體中；燃料進(jìn)料入口，其經(jīng)定位而朝向所述主體的所述頂部以允許將燃料受控地引入到所述氣化爐中；空氣入口，其經(jīng)定位而朝向所述主體的所述頂部以允許將空氣引入到所述氣化爐中；及特別爐篦，其位于所述主體內(nèi)部及所述燃料進(jìn)料入口及所述空氣入口下面以支撐所述燃料的床；電機(jī)，其使所述爐篦的規(guī)定部分以規(guī)定方式移動(dòng)；旋轉(zhuǎn)槳，其位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上面以攪動(dòng)所述床；氣體排出口，其位于所述爐篦下面；及除灰口，其朝向所述主體的底部。所述特別爐篦具有(I)多個(gè)大致平行伸長(zhǎng)篦板區(qū)段，每一篦板區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且包括水平分量及垂直分量，所述垂直分量大致定中心于所述水平分量上，所述水平分量彼此分離第一預(yù)定距離，所述垂直分量彼此分離第二預(yù)定距離，且所述篦板區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸沿第一預(yù)定方向定向；(2)間隔件，其用以圍繞所述篦板區(qū)段，且結(jié)合到所述篦板區(qū)段以形成篦板結(jié)構(gòu)；(3)多個(gè)大致平行伸長(zhǎng)篦罩區(qū)段，每一篦罩區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且具有預(yù)定形狀，所述篦罩區(qū)段在所述預(yù)定形狀的頂部處彼此分離第三預(yù)定距離且在所述預(yù)定 形狀的底部處彼此分離第四預(yù)定距離，所述篦罩區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸也沿所述第一預(yù)定方向定向 '及(4)多個(gè)篦條，其結(jié)合到所述篦罩區(qū)段以形成篦罩結(jié)構(gòu)。所述篦罩結(jié)構(gòu)在所述篦板結(jié)構(gòu)的正上面。電機(jī)使所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的預(yù)定一者沿大致垂直于所述第一預(yù)定方向的方向移動(dòng)，所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的另一結(jié)構(gòu)固定在適當(dāng)位置。因此顯著地改進(jìn)下吸式氣化爐的穩(wěn)定性，且氣化爐系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)氣化爐設(shè)計(jì)的能量輸出速率大致高的能量輸出速率。產(chǎn)生更均勻的床及空氣流，且氣化過程遍布?xì)饣癄t床的全部橫截面區(qū)域以類似方式發(fā)生。上部槳跨越氣化爐床的整個(gè)橫截面區(qū)域均勻地分配生物質(zhì)，具有復(fù)數(shù)個(gè)氧化劑注入噴嘴的床內(nèi)氧化劑分配器遍布床的整個(gè)橫截面區(qū)域供應(yīng)氧化劑且有效爐篦機(jī)構(gòu)允許從床定量抽取較低水平的灰殘?zhí)炕旌衔??？蓚€(gè)別地或以組合方式使用本文中所揭示的各種改進(jìn)。


通過連同附圖一起參考以下對(duì)本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例的說明，本發(fā)明的上述及其它特征及優(yōu)點(diǎn)以及獲得這些特征及優(yōu)點(diǎn)的方式將變得顯而易見且得到更好的理解，其中圖I是利用用于生物質(zhì)進(jìn)料的雙瓣閥及一個(gè)頂部槳的下吸式氣化爐的示意圖。圖2是具有床內(nèi)空氣分配器的下吸式氣化爐的示意圖。圖3圖解說明示范性床內(nèi)空氣分配器設(shè)計(jì)的俯視圖及側(cè)視圖。圖4圖解說明另一示范性床內(nèi)空氣分配器設(shè)計(jì)的俯視圖及側(cè)視圖。圖5圖解說明示范性致動(dòng)式滑動(dòng)爐篦布置的組件及構(gòu)造。在所述數(shù)個(gè)視圖中，相應(yīng)的參考符號(hào)表示相應(yīng)的部件。本文中所陳述的實(shí)例圖解說明本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施例，但不應(yīng)將其解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式上部槳跨越氣化爐床的整個(gè)橫截面區(qū)域均勻地分配生物質(zhì)，具有多個(gè)氧化劑噴嘴的床內(nèi)氧化劑分配器遍布床的整個(gè)橫截面區(qū)域供應(yīng)氧化劑，且有效爐篦機(jī)構(gòu)允許從床定量地抽取較低水平的灰殘?zhí)炕旌衔?。因此，產(chǎn)生更均勻的床及空氣流，且遍布?xì)饣癄t床的全部橫截面區(qū)域以類似方式發(fā)生氣化過程。因此，下吸式氣化爐的穩(wěn)定性得到鮮明地改進(jìn)，且氣化爐具有比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的氣化爐大致高的能量輸出速率。在下吸式氣化爐中，氧化劑及生物質(zhì)兩者均沿向下方向行進(jìn)。通常，生物質(zhì)支撐于多孔爐篦上，所述多孔爐篦支撐生物質(zhì)床同時(shí)允許殘?zhí)考盎业妮^小離子以及所產(chǎn)生的合成氣體從氣化室傳遞到下部室。所述技術(shù)產(chǎn)生具有比其它上吸式、側(cè)吸式或流化床布置低的焦油濃度的合成氣體。這是由于朝向床的下部區(qū)段存在熱殘?zhí)窟€原區(qū)帶且其中發(fā)生顯著焦油分解反應(yīng)。為使下吸式氣化爐以最佳或接近最佳性能且以經(jīng)改進(jìn)的穩(wěn)定性操作，氣化爐床必須遍布床的整個(gè)橫截面以類似的熱及質(zhì)量傳送及動(dòng)力特性操作。此發(fā)生在以下情形時(shí)·(i)從床的頂部到床的底部的壓力下降遍布床的整個(gè)橫截面是相同的；(ii)床的高度在所有處均是相同的；(iii)使火焰穩(wěn)定在床內(nèi)；(iv)以使得床的每一橫截面區(qū)域接收相同的氧化劑體積流速的方式分配空氣；及(V)爐篦下面的任何阻礙或出口管道不在床內(nèi)促成優(yōu)選流動(dòng)。如先前所提及，不穩(wěn)定性及非最佳氣化爐性能的一個(gè)原因是由氣流穿過氣化爐床的分配不當(dāng)所產(chǎn)生。當(dāng)氣流在床上面進(jìn)入氣化單元時(shí)，此特別重要。可使用厄貢(Ergun)方程來預(yù)測(cè)橫跨被填滿的床的壓力下降。在所述方程中，可看到壓力下降與床高度直接成比例，其中床高度定義為從爐篦水平面到生物質(zhì)的頂部的高度。如果床的部分稍微低于周圍床，那么空氣流將優(yōu)先在低點(diǎn)處穿過床。局部增加的空氣流將在所述區(qū)中促成較快運(yùn)動(dòng)，因此增加其中存在低點(diǎn)的橫截面區(qū)域中的生物質(zhì)消耗的速率。此接著將使床在彼處更快速地下落，從而致使所述低點(diǎn)變得更低。此產(chǎn)生正反饋循環(huán)，且此是在床內(nèi)形成通道的起始點(diǎn)?？諝獾姆峙洳划?dāng)可產(chǎn)生較高的二氧化碳產(chǎn)生速率及在含有通道的橫截面區(qū)域內(nèi)的較高局部溫度。圖I是裝設(shè)有上部旋轉(zhuǎn)槳的分層下吸式氣化爐的示意圖。所述氣化爐具有主體或殼體，其大體上指定為(19)。在圖I中所描繪的氣化爐(I)中，雙瓣閥(2)布置表現(xiàn)如同燃料進(jìn)料入口一樣，其用于將生物質(zhì)進(jìn)料到所述系統(tǒng)同時(shí)提供氣塞以防止空氣經(jīng)由此路線進(jìn)入所述系統(tǒng)或合成氣體離開所述系統(tǒng)?？墒褂萌舾刹煌愋偷脑线M(jìn)料設(shè)備，包含(但不限于)旋轉(zhuǎn)閥、螺絲鉆、滑動(dòng)閘閥或風(fēng)動(dòng)進(jìn)料系統(tǒng)。所述圖也含有床上面的中心氧化劑入口
(3)。若干不同入口布置是可能的，包含側(cè)入口、床上方的氧化劑分配器(其將氧化劑均勻地分配到床上方的頂部空間中)及床中氧化劑分配器(其直接在爐篦上方的某一高度處將氧化劑均勻地分配到床中)。生物質(zhì)經(jīng)由雙瓣閥布置(2)進(jìn)料到氣化爐床(4)中。首先將一定量的生物質(zhì)進(jìn)料到頂部瓣閥上方的料斗(20)。一旦進(jìn)料了所需量，頂部閥便打開且生物質(zhì)進(jìn)入閥之間的腔。一但頂部閥關(guān)閉，底部閥便打開且生物質(zhì)掉落到氣化爐床中。進(jìn)料往往傾卸到底部閥的排放點(diǎn)下方的局部區(qū)帶中。在此情況下，旋轉(zhuǎn)槳(5)起作用以跨越床的整個(gè)橫截面均勻地分配生物質(zhì)。由于槳重新分配床的頂部的生物質(zhì)，因此床內(nèi)的任何低點(diǎn)或凹陷被連續(xù)地填充?？缭秸麄€(gè)橫截面維持均勻床高度促成均勻的空氣分配，因此最小化了上文所述的不穩(wěn)定性的幾率。實(shí)例I使用具有用于生物質(zhì)添加的偏心12”雙瓣閥及6”中心空氣氧化劑入口的50”內(nèi)徑(ID)分層氣化爐來氣化1/4”外徑(OD)的木球。切向激光系統(tǒng)(IOB)用于指示床高度且經(jīng)設(shè)定以將從爐篦(9)的頂部到床的頂部的床高度維持在24”。激光系統(tǒng)并不是首選，這是因?yàn)楫?dāng)添加新材料時(shí)所形成的塵埃可暫時(shí)地給出錯(cuò)誤的高度指示。更佳的是使用紅外線或微波傳感器。更佳的是使用旋轉(zhuǎn)槳開關(guān)(IOA)。示范性旋轉(zhuǎn)槳開關(guān)為K-TEK型KP旋轉(zhuǎn)槳開關(guān)。也可使用其它旋轉(zhuǎn)槳開關(guān)。將來自激光的信號(hào)饋送到PLC系統(tǒng)(28)中，PLC系統(tǒng)
(28)給螺絲鉆系統(tǒng)(未展示)饋送信號(hào)以裝載瓣閥(2)上方的料斗(20)，然后起始瓣閥序列。吹風(fēng)機(jī)(21)用于在氣化爐出口上形成真空以促成通過中心空氣入口(3)的空氣流。最 初使用木炭作為燃料使氣化爐達(dá)到某一溫度。也可使用其它燃料及技術(shù)使氣化爐達(dá)到所需操作溫度。一旦氣化爐上升到所需操作溫度(例如，600°C到1200°C )，便將木球引入到所述系統(tǒng)中。吹風(fēng)機(jī)經(jīng)設(shè)定以從所述系統(tǒng)抽取300SCFM(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)的合成氣體。首先，氣化爐以穩(wěn)定方式操作，其中溫度及合成氣體成分在正常范圍中。在操作50分鐘之后，開始在床內(nèi)形成局部“熱點(diǎn)”。合成氣體質(zhì)量開始下降，同時(shí)二氧化碳產(chǎn)生速率增加。關(guān)掉吹風(fēng)機(jī)且允許系統(tǒng)冷卻。在系統(tǒng)冷卻之后，檢查床且識(shí)別床中的局部低點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)這些低點(diǎn)下的爐篦由于發(fā)生在那里的局部燃燒而具有持續(xù)的熱損壞。實(shí)例2利用木片作為燃料源來實(shí)行與上文所述相同的測(cè)試。發(fā)現(xiàn)所述系統(tǒng)比實(shí)例I中所述的測(cè)試更不穩(wěn)定。在測(cè)試之后，在生物質(zhì)進(jìn)料點(diǎn)下方發(fā)現(xiàn)大尖頂。同樣，損壞發(fā)生在床中的低點(diǎn)下方的爐篦處。實(shí)例3將旋轉(zhuǎn)槳布置(5)裝設(shè)在上文所述的50” ID氣化爐中。使用電機(jī)(22)及齒輪箱
(23)布置在外部驅(qū)動(dòng)所述系統(tǒng)。從變頻器(VFD)(未展示，但可為PLC(28)的部分)給電機(jī)供電以允許調(diào)查旋轉(zhuǎn)速度的效應(yīng)。槳(5)由實(shí)心I” 304不銹鋼方形篦條組成，其經(jīng)由軛布置(未展示)連接到驅(qū)動(dòng)軸件(未單獨(dú)編號(hào))。槳經(jīng)布置以使得槳的頂部低于床指示器激光(10)的水平面I”。槳經(jīng)設(shè)定以按大約IRPM轉(zhuǎn)動(dòng)。重復(fù)實(shí)例I中所述的測(cè)試。發(fā)現(xiàn)所述系統(tǒng)在一致的徑向溫度曲線下以穩(wěn)定方式操作。產(chǎn)生強(qiáng)烈的合成氣體，其展示在測(cè)試的整個(gè)周期(50分鐘)內(nèi)的很小變化。所述系統(tǒng)操作達(dá)4個(gè)小時(shí)，此時(shí)間之后，發(fā)現(xiàn)火焰前緣已遷移到床的頂部。所述系統(tǒng)然后變成頂部穩(wěn)定的，此時(shí)之后，氣體成分變得振蕩且與進(jìn)料添加時(shí)間有關(guān)。分層下吸式氣化爐固有的不穩(wěn)定性的第二個(gè)原因是由火焰前緣遷移到床內(nèi)的傾向所產(chǎn)生。如果火焰前緣朝向床的頂部遷移，那么那里的氧化劑對(duì)生物質(zhì)比率允許在那里燃燒生物質(zhì)產(chǎn)物。在下部區(qū)段中可減少二氧化碳及水以產(chǎn)生合成氣體。當(dāng)所述系統(tǒng)變得“頂部穩(wěn)定”時(shí)，大量的“精細(xì)物”(精細(xì)特定物質(zhì)或灰)可朝向床的頂部快速地積累。此等精細(xì)物可產(chǎn)生跨越床的壓力下降的快速增加。對(duì)于以半批處理方法進(jìn)料的過程，看到氣體化學(xué)性質(zhì)、成分及焦油含量的大振蕩與生物質(zhì)添加時(shí)間同步。圖2是具有床中空氣分配器的下吸式氣化爐的示意圖。在圖中，空氣分配管(8)用于允許將氧化劑從入口(3)傳遞到床中氧化劑分配器(6)?？梢匀舾煞绞竭M(jìn)料床內(nèi)分配，包含從上面、下面或直接穿過氣化爐壁的垂直空氣分配管。也可使用大型單個(gè)管。圖3圖解說明示范性床內(nèi)空氣分配設(shè)計(jì)(6)的俯視圖及側(cè)視圖。分配器由優(yōu)選地橫越床的整個(gè)橫截面的結(jié)構(gòu)組成。所述結(jié)構(gòu)含有生物質(zhì)可容易流過其的大型空隙(30)。所述結(jié)構(gòu)含有若干個(gè)空氣注入噴嘴(31)。噴嘴的大小及位置經(jīng)設(shè)計(jì)以每橫截面床區(qū)域的單位面積引入均勻的氧化劑流。不妨礙生物質(zhì)向下流動(dòng)且噴嘴密度是優(yōu)選的以使得每一噴嘴向床橫截面區(qū)域的Iin2到30in2供應(yīng)空氣。槳(5)可用于輔助材料流過分配器結(jié)構(gòu)。噴嘴內(nèi)徑應(yīng)在1/16”到I”的范圍中。注入速度優(yōu)選地在30ft/s到300ft/s的范圍中且更優(yōu)選地在70ft/s到170ft/s的范圍中。分配器應(yīng)經(jīng)構(gòu)造以使得穿過噴嘴的壓力下降優(yōu)選地為氣體從進(jìn)入點(diǎn)到分配器中到達(dá)噴嘴位置的壓力下降的2倍或30倍。在優(yōu)選的實(shí)施例中，分配器由從四個(gè)直徑相對(duì)的進(jìn)料添加點(diǎn)(32)進(jìn)料的5到7個(gè)同心環(huán)(33)組成。在所述環(huán)中鉆制220個(gè)5/16”0D孔(31)。在1000SCFM的流動(dòng)速率下，穿過分配器的壓力下降小于每平方英寸O. 3磅。噴嘴可經(jīng)定向以向正下方引導(dǎo)氣體或噴嘴 可傾斜以與正下方成微小角度地引導(dǎo)氣體。也可使用各定向的混合。圖4圖解說明另一示范性床內(nèi)空氣分配器設(shè)計(jì)的俯視圖及側(cè)視圖。在此情況下，空氣分配器(6)由具有沿長(zhǎng)度定位的空氣分配噴嘴(31)的平行管(33)組成。空氣經(jīng)由環(huán)面(34)進(jìn)料到空氣分配器。環(huán)面優(yōu)選地經(jīng)由管中管布置構(gòu)造，即，外管形成外壁且內(nèi)管形成內(nèi)壁，其中空氣穿過形成于所述兩個(gè)壁之間的中央腔。在頂部及底部密封管中管布置，除了頂部處通向環(huán)面的空氣入口開口(32)(此圖中未展示)及下部區(qū)段中的空氣分配管
(33)。噴嘴(未展示)也可位于內(nèi)管中以增強(qiáng)到氣化爐器皿的內(nèi)壁的空氣分配。可在氣化爐的耐高溫內(nèi)壁中形成臺(tái)階或插入物(未展示)以容納管中管的下流管的垂直區(qū)段以使得氣化爐的內(nèi)部從頂部到底部呈現(xiàn)大致均勻的橫截面。在圖2的示意圖中，位于氣化爐排出管道或氣體排出口(7)上的吹風(fēng)機(jī)(21)用于在氣化爐排出口(7)處形成真空以促成穿過分配器的空氣流。也可有以下情形使用外部正壓力吹風(fēng)機(jī)來克服與分配器相關(guān)聯(lián)的壓力下降及可能地與穿過床的流動(dòng)相關(guān)聯(lián)的壓力下降的部分。若干個(gè)任選空氣噴嘴(35)也可位于分配器進(jìn)料管(8)(位于氣化爐頂部空間中)中。在此情況啊下，氧化劑的部分流過整個(gè)床且部分被注入到床本身內(nèi)。噴嘴的大小比率可用于直接將介于0%與100%之間的空氣引導(dǎo)至床中。在優(yōu)選實(shí)施例中，將氧化劑的80%到90%引導(dǎo)到下部床分配器中。下吸式氣化爐中的不穩(wěn)定性的第三個(gè)固有原因與灰及殘?zhí)吭跔t篦(9)上及穿過爐篦(9)的不穩(wěn)定流動(dòng)有關(guān)。如果材料不以均勻的方式流過爐篦，那么在剛剛高于爐篦的高度處跨越橫截面區(qū)域的顆粒大小分配將變得極廣泛。具有低生物質(zhì)穿過爐篦速率的橫截面區(qū)域?qū)⑼e累大量精細(xì)物。在展示小于中等顆粒大小的橫截面中的區(qū)域由于穿過精細(xì)材料的壓力下降的增加而將在那里具有減小的氧化物流。氧化物流的損失將減小這些區(qū)中生物質(zhì)消耗的速率。用于流動(dòng)的減小的橫截面區(qū)域的結(jié)果產(chǎn)生跨越所述系統(tǒng)的壓力下降的增加且由于塞滿的床而可最終產(chǎn)生對(duì)關(guān)閉所述系統(tǒng)的需要。圖5圖解說明示范性致動(dòng)式滑動(dòng)爐篦布置的組件及構(gòu)造。所述爐篦由下部平坦篦板區(qū)段(14)及上部篦罩區(qū)段(12)組成。外部間隔件(15)用于維持爐篦的圓周與料斗的內(nèi)部之間的間隙間隔。篦罩區(qū)段(12)彼此分離間隙(17)且平坦篦板區(qū)段(14)分離間隙(16)。間隙(16)及上部篦罩區(qū)段(12)的大小使得當(dāng)從上面觀察爐篦時(shí)，不可看到穿過爐篦的通路，這是因?yàn)樯喜矿髡謪^(qū)段(12)在下部平坦篦板區(qū)段(14)中的間隙(16)的正上面且隱蔽間隙(16)?；瑒?dòng)槳(13)布置坐落在下部平坦篦板區(qū)段(14)的頂部上，所述滑動(dòng)槳也通過間隙(未單獨(dú)編號(hào))分離。每一滑動(dòng)槳(13)橫向(如頁面上所展示)移動(dòng)跨越其對(duì)應(yīng)下部篦板區(qū)段(14)的寬度且借此使灰及殘?zhí)垦叵虏矿靼逡苿?dòng)，直到其通過滑動(dòng)槳(13)穿過形成于上部篦罩與下部平坦篦板之間的垂直狹縫(18)排出為止。通過每一沖程所傳遞的材料的量可通過選擇槳的高度及控制每一致動(dòng)沖程的長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)。間隙大小可經(jīng)調(diào)節(jié)以適合所述位置處的灰/殘?zhí)抗腆w的大小及性質(zhì)。此外，可通過調(diào)節(jié)槳的橫向移動(dòng)來控制灰/殘?zhí)抗腆w的大小。橫向移動(dòng)越大，將傳遞的顆粒大小越大，當(dāng)然其也受間隙大小限制。優(yōu)選地，篦罩區(qū)段(12)具有三角形形狀且篦板區(qū)段(14)大體上呈倒“T”形狀。這些形狀的變化形式是可接受的，只要其滿足上文所論述的功能要求。
此布置的優(yōu)點(diǎn)是可有效地控制爐篦以從遍布床的橫截面使所需體積的灰材料均勻地移動(dòng)。致動(dòng)頻率可由來自傳感器(25)的或與進(jìn)料添加序列的頻率相關(guān)的溫度或壓力下降測(cè)量來控制。爐篦也允許氣化爐以殘?zhí)慨a(chǎn)生模式操作。此處，有目的地從床以比所述工藝所強(qiáng)迫的頻率更快的頻率抽取殘?zhí)?。?dāng)需要活性碳源時(shí)或當(dāng)將碳添加到陸地或填埋場(chǎng)作為隔離碳的手段時(shí)此是所期望的模式。在此情況下，整個(gè)工藝可以負(fù)碳排放量來操作。實(shí)例4使用具有用于生物質(zhì)添加的偏心12’雙瓣閥及6”中心空氣氧化劑入口的50” ID分層氣化爐來氣化1/4”0D木球。切向激光系統(tǒng)(10)用于指示床高度且經(jīng)設(shè)定以將從爐篦的頂部到床的頂部的床高度維持在24”。將來自激光的信號(hào)饋送到PLC系統(tǒng)(28)中，PLC系統(tǒng)(28)給螺絲鉆系統(tǒng)(未展示)饋送信號(hào)以裝載瓣閥(2)上面的料斗(圖I中為(20))且然后起始瓣閥序列。如先前所提及，較佳的是使用紅外線或微波傳感器，更佳的是使用旋轉(zhuǎn)槳開關(guān)。圖3中所圖解說明的分配器裝設(shè)在氣化爐中且經(jīng)定位以使得同心環(huán)的頂部邊緣比旋轉(zhuǎn)槳的底部邊緣低6”。圖5中所圖解說明的爐篦定位在高于氣化爐主體的底部3英尺處。通過外部端口(未展示)經(jīng)由伸縮軸件(27)致動(dòng)槳機(jī)構(gòu)(13)。使用電機(jī)(26)(例如，能夠產(chǎn)生5000磅的推力或拉力的氣動(dòng)致動(dòng)器)來使槳系統(tǒng)(13)移動(dòng)。連桿(未展示)用于將爐篦的底部區(qū)段連接到外部固定點(diǎn)以防止整個(gè)機(jī)構(gòu)在槳致動(dòng)期間被移動(dòng)。吹風(fēng)機(jī)(21)用于在氣化爐出口上形成真空以促成通過6”中心空氣入口(3)的空氣流動(dòng)。最初使用木炭作為燃料使氣化爐達(dá)到某一溫度。也可使用其它燃料。一旦氣化爐升高到某一溫度，便將木球引入系統(tǒng)中。吹風(fēng)機(jī)經(jīng)設(shè)定以從系統(tǒng)抽取300scfm的合成氣體。在三個(gè)小時(shí)的周期內(nèi)使吹風(fēng)機(jī)生產(chǎn)量從300scfm緩慢地增加到1400scfm。然后使系統(tǒng)保持在穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)另外四個(gè)小時(shí)。每當(dāng)剛好在床內(nèi)分配器(6)上方的熱電偶(25)開始展示超過預(yù)定溫度的溫度時(shí)，致動(dòng)爐篦。在每一爐篦致動(dòng)之后，致動(dòng)下部灰移除閥(11)以從系統(tǒng)移除灰/殘?zhí)炕旌衔?。所述系統(tǒng)以穩(wěn)定不變的狀態(tài)操作，具有最小溫度或壓力下降振蕩。在替代實(shí)施例中，篦罩區(qū)段是固定的且電機(jī)使篦板區(qū)段移動(dòng)。因此可使用本文中所揭示技術(shù)中的一種或一種以上來顯著地改進(jìn)下吸式氣化爐的穩(wěn)定性。所述技術(shù)也可用于產(chǎn)生具有比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的能量輸出速率實(shí)質(zhì)上更大的能量輸出速率的氣化爐系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)施所有改進(jìn)時(shí)，產(chǎn)生更均勻的床及空氣流，從而產(chǎn)生跨越氣化爐床的全部橫截面區(qū)域以類似方式發(fā)生的均勻氣化。
本發(fā)明通過減少運(yùn)到填埋場(chǎng)或可能簡(jiǎn)單地予以燃燒的材料的數(shù)量來增強(qiáng)環(huán)境質(zhì)量，通過更有效地使用材料以產(chǎn)生合成氣體來減少溫室氣體排放，以及通過從可能簡(jiǎn)單地予以燃燒或投到填埋場(chǎng)以將其處理掉的材料提供可用的產(chǎn)生合成氣體來節(jié)約能源。所述技術(shù)或所述技術(shù)的部分可應(yīng)用于若干個(gè)不同氣化爐設(shè)計(jì)且因此，本文中所陳述的實(shí)例圖解說明數(shù)個(gè)實(shí)施例，但不應(yīng)將其解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。盡管本文中已詳細(xì)地 描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但閱讀本發(fā)明的技術(shù)人員可聯(lián)想到其它變化形式，而此并不背離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍僅受隨附權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種下吸式氣化爐，其包括 主體； 進(jìn)氣口，其朝向所述主體的頂部以允許空氣進(jìn)入到所述主體中； 燃料進(jìn)料入口，其朝向所述主體的所述頂部以允許將燃料受控地引入到所述氣化爐中； 爐篦，其位于所述主體內(nèi)部及所述燃料進(jìn)料入口下面以支撐所述燃料的床； 床內(nèi)空氣分配系統(tǒng)，其包括多個(gè)管，所述多個(gè)管中具有位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上方以將空氣注入到所述床內(nèi)的噴嘴； 旋轉(zhuǎn)槳，其位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上方以攪動(dòng)所述床； 氣體排出口，其位于所述爐篦下面 '及 除灰口，其朝向所述主體的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下吸式氣化爐，其中所述空氣分配系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)管，所述至少一個(gè)管中具有用以將空氣注入到所述床上方的噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的下吸式氣化爐，其中所述空氣分配系統(tǒng)將所述空氣的大約10%注入到所述床上方且將所述空氣的90%注入到所述床內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以控制所述燃料進(jìn)料入口以將所述床維持在預(yù)定高度的床料位傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下吸式氣化爐，其中所述爐篦包括 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦板區(qū)段，每一篦板區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且包括水平分量及垂直分量，所述垂直分量實(shí)質(zhì)上以所述水平分量為中心，所述水平分量彼此分離第一預(yù)定距離，所述垂直分量彼此分離第二預(yù)定距離，且所述篦板區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸沿第一預(yù)定方向定向； 間隔件，其用以圍繞所述篦板區(qū)段，且結(jié)合到所述篦板區(qū)段以形成篦板結(jié)構(gòu)； 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦罩區(qū)段，每一篦罩區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且具有預(yù)定形狀，所述篦罩區(qū)段在所述預(yù)定形狀的頂部彼此分離第三預(yù)定距離且在所述預(yù)定形狀的底部彼此分離第四預(yù)定距離，所述篦罩區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸也沿所述第一預(yù)定方向定向； 多個(gè)篦條，其結(jié)合到所述篦罩區(qū)段以形成篦罩結(jié)構(gòu)，所述篦罩結(jié)構(gòu)在所述篦板結(jié)構(gòu)的正上方；且其中 所述氣化爐進(jìn)一步包括用以使所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的一預(yù)定結(jié)構(gòu)沿實(shí)質(zhì)上垂直于所述第一預(yù)定方向的方向移動(dòng)的電機(jī)，所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的另一結(jié)構(gòu)是固定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其中伸長(zhǎng)篦板區(qū)段的所述水平分量及所述垂直分量實(shí)質(zhì)上呈倒“T”形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其中所述預(yù)定形狀為三角形。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同，且所述電機(jī)使預(yù)定結(jié)構(gòu)移動(dòng)第五預(yù)定距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同，所述預(yù)定結(jié)構(gòu)為所述篦罩結(jié)構(gòu)，且所述電機(jī)使所述篦罩結(jié)構(gòu)移動(dòng)以使得篦罩區(qū)段以振蕩運(yùn)動(dòng)移動(dòng)跨越下部篦板區(qū)段。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以激活所述電機(jī)的控制器。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括溫度傳感器，其位于所述床內(nèi)空氣分配系統(tǒng)上方；及控制器，其響應(yīng)于來自所述溫度傳感器的信號(hào)以當(dāng)所述溫度高于預(yù)定溫度時(shí)激活所述電機(jī)。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以通過所述進(jìn)氣口吸入空氣的排風(fēng)扇。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以使所述旋轉(zhuǎn)槳旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。
15.一種下吸式氣化爐，其包括 主體； 進(jìn)氣口，其朝向所述主體的頂部以允許空氣進(jìn)入到所述主體中； 燃料進(jìn)料入口，其經(jīng)定位而朝向所述主體的所述頂部以允許將燃料引入到所述氣化爐中； 空氣入口，其經(jīng)定位而朝向所述主體的所述頂部以允許將空氣引入到所述氣化爐中；爐篦，其位于所述主體內(nèi)部及所述燃料進(jìn)料入口及所述空氣入口下面以支撐所述燃料的床，所述爐篦包括 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦板區(qū)段，每一篦板區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且包括水平分量及垂直分量，所述垂直分量實(shí)質(zhì)上以所述水平分量為中心，所述水平分量彼此分離第一預(yù)定距離，所述垂直分量彼此分離第二預(yù)定距離，且所述篦板區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸沿第一預(yù)定方向定向； 間隔件，其用以圍繞所述篦板區(qū)段，且結(jié)合到所述篦板區(qū)段以形成篦板結(jié)構(gòu)； 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦罩區(qū)段，每一篦罩區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且具有預(yù)定形狀，所述篦罩區(qū)段在所述預(yù)定形狀的頂部彼此分離第三預(yù)定距離且在所述預(yù)定形狀的底部彼此分離第四預(yù)定距離，所述篦罩區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸也沿所述第一預(yù)定方向定向； 多個(gè)篦條，其結(jié)合到所述篦罩區(qū)段以形成篦罩結(jié)構(gòu)，所述篦罩結(jié)構(gòu)在所述篦板結(jié)構(gòu)的正上方； 電機(jī)，其用以使所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的一預(yù)定結(jié)構(gòu)沿實(shí)質(zhì)上垂直于所述第一預(yù)定方向的方向移動(dòng)，所述篦罩結(jié)構(gòu)或所述篦板結(jié)構(gòu)中的另一結(jié)構(gòu)是固定的； 旋轉(zhuǎn)槳，其位于所述主體內(nèi)部及所述爐篦上方以攪動(dòng)所述床； 氣體排出口，其位于所述爐篦下面 '及 除灰口，其朝向所述主體的底部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其中伸長(zhǎng)篦板結(jié)構(gòu)的所述水平分量及所述垂直分量實(shí)質(zhì)上呈倒“T”形式。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其中所述預(yù)定形狀為三角形。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以控制所述燃料進(jìn)料入口以將所述床維持在預(yù)定高度的床料位傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同，且所述電機(jī)使預(yù)定結(jié)構(gòu)移動(dòng)第五預(yù)定距離。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同，所述預(yù)定結(jié)構(gòu)為所述篦罩結(jié)構(gòu)，且所述電機(jī)使所述篦罩結(jié)構(gòu)移動(dòng)以使得篦罩區(qū)段以振蕩運(yùn)動(dòng)移動(dòng)跨越下部篦板區(qū)段。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以激活所述電機(jī)的控制器。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括溫度傳感器，其位于所述床上方；及控制器，其響應(yīng)于來自所述溫度傳感器的信號(hào)以當(dāng)所述溫度高于預(yù)定溫度時(shí)激活所述電機(jī)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以通過所述進(jìn)氣口吸入空氣的排風(fēng)扇。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的下吸式氣化爐，其進(jìn)一步包括用以使所述旋轉(zhuǎn)槳旋轉(zhuǎn)的電機(jī)。
26.一種用于氣化爐的爐篦，其包括 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦板區(qū)段，每一篦板區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且包括水平分量及垂直分量，所述垂直分量實(shí)質(zhì)上以所述水平分量為中心，所述水平分量彼此分離第一預(yù)定距離，所述垂直分量彼此分離第二預(yù)定距離，且所述篦板區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸沿第一預(yù)定方向定向； 間隔件，其用以圍繞所述篦板區(qū)段，且結(jié)合到所述篦板區(qū)段以形成篦板結(jié)構(gòu)； 多個(gè)實(shí)質(zhì)上平行的伸長(zhǎng)篦罩區(qū)段，每一篦罩區(qū)段具有伸長(zhǎng)尺寸且具有預(yù)定形狀，所述篦罩區(qū)段在所述預(yù)定形狀的頂部彼此分離第三預(yù)定距離且在所述預(yù)定形狀的底部彼此分離第四預(yù)定距離，所述篦罩區(qū)段的所述伸長(zhǎng)尺寸也沿所述第一預(yù)定方向定向；及 多個(gè)篦條，其結(jié)合到所述篦罩區(qū)段以形成篦罩結(jié)構(gòu)，所述篦罩結(jié)構(gòu)在所述篦板結(jié)構(gòu)的正上方O
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的爐篦，其中所述預(yù)定形狀為三角形。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的爐篦，其進(jìn)一步包括用以控制燃料進(jìn)料入口以將床維持在預(yù)定高度的床料位傳感器。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的爐篦，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的爐篦，其中所述第四預(yù)定距離與所述第一預(yù)定距離大約相同，預(yù)定結(jié)構(gòu)為所述篦罩結(jié)構(gòu)，且篦罩區(qū)段以振蕩運(yùn)動(dòng)移動(dòng)跨越下部篦板區(qū)段。
全文摘要
一種下吸式氣化爐(1)具有氧化劑入口(3)、生物質(zhì)注入器(2)、爐篦(9)、氣體排出口(7)及除灰系統(tǒng)(11)。傳感器(10)維持床的高度且旋轉(zhuǎn)槳(5)將所述床(4)的頂部維持在均勻高度。較佳的是，爐篦布置(9)為滑動(dòng)爐篦布置，其主動(dòng)使灰材料移動(dòng)穿過所述爐篦。床內(nèi)氧化劑分配器(6)將氧化劑注入到所述床內(nèi)。
文檔編號(hào)C10J3/40GK102803445SQ201180013261
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日
發(fā)明者飛利浦·D·萊韋森 申請(qǐng)人:零點(diǎn)清潔科技公司