本發(fā)明涉及農(nóng)林秸稈、生活垃圾、危險(xiǎn)固廢及煤炭為燃料的制氣設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一步法合成甲烷氣化爐。

背景技術(shù)：

1923年德國(guó)2位科學(xué)家發(fā)明了將煤合成CH₄等烷烴燃料的技術(shù)。根據(jù)科學(xué)家姓名，該技術(shù)簡(jiǎn)稱為費(fèi)托合成路線。技術(shù)分2步：第一步將煤置于氣化爐內(nèi)轉(zhuǎn)化為CO和H₂，第二步將CO和H₂送甲烷化設(shè)備，經(jīng)催化合成CH₄等烷烴燃料。90多年來，各國(guó)一直沿襲費(fèi)托路線至今，氣化爐產(chǎn)出的合成氣，可燃組分主要是CO和H₂，熱值≤2500kcal/m³(CH₄＜6.5％)。合格天然氣熱值應(yīng)＞31.4MJ/m³，通常CH₄含量≥94％才能達(dá)到如此熱值，所以必須甲烷化。甲烷化投資巨大，我國(guó)已建、在建、擬建煤制天然氣項(xiàng)目近60個(gè)，每個(gè)項(xiàng)目的甲烷化在27億元-100億元以上。這么巨大的投資不適應(yīng)生物質(zhì)項(xiàng)目，所以無生物質(zhì)合成天然氣先例。

現(xiàn)有技術(shù)煤制天然氣必定產(chǎn)生酚，例如，40億m³/a煤制天然氣項(xiàng)目回收酚59000t/a。酚類化合物是次于二惡英的劇毒物。水中含酚6.5～9.3毫克/升時(shí)，能致魚腹腔出血死亡。含酚濃度高于100毫克/升的水流經(jīng)農(nóng)田，會(huì)使農(nóng)作物枯死。人對(duì)酚的口服致死量為530毫克/公斤體重。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一步法合成甲烷氣化爐，所述的氣化爐將生物質(zhì)經(jīng)各個(gè)區(qū)的處理后，產(chǎn)出的合成氣含有大量甲烷，其甲烷熱值占合成氣熱值的約70％，經(jīng)分子篩吸附出合成氣中的甲烷，得到熱值＞31.4MJ/m³的天然氣；使用該設(shè)備制備天然氣比現(xiàn)有技術(shù)煤制天然氣節(jié)省造價(jià)70％，運(yùn)行成本降低50％；且因回收焦炭，爐渣并入焦炭銷售，使熱利用率由現(xiàn)有秸稈發(fā)電熱利用率約17％提高到71％以上，其中發(fā)電約12％，天然氣約45％，焦炭約19％，約為現(xiàn)有秸稈發(fā)電技術(shù)熱利用率的400％多。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一步法合成甲烷氣化爐，所述氣化爐沿其長(zhǎng)度方向依次分為熱解區(qū)、燃燒區(qū)和缺氧區(qū)，所述熱解區(qū)分為第一熱解區(qū)和第二熱解區(qū)，所述第二熱解區(qū)靠近所述燃燒區(qū)；

所述第一熱解區(qū)設(shè)置有第一加熱裝置，所述第二熱解區(qū)設(shè)置有焦炭排放孔，所述第二熱解區(qū)設(shè)置有焦炭收集裝置；

所述燃燒區(qū)設(shè)置有輸氣系統(tǒng)；

所述缺氧區(qū)設(shè)置有第二加熱裝置，所述缺氧區(qū)的長(zhǎng)度為10-50m。

申請(qǐng)?zhí)枮?01420594937.1公開了一種兜輪爐排臥式回轉(zhuǎn)氣化爐，該氣化爐的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁安裝有兜輪爐排，該爐排能將物料兜住，隨窯的回轉(zhuǎn)將物料提起再揚(yáng)落形成硫化態(tài)，使CO₂與半焦充分接觸反應(yīng)生成CO、CH₄等組分的合成氣；申請(qǐng)?zhí)枮?01520402533.2公開了一種閃速多倉(cāng)氣化爐，其長(zhǎng)度方向依次為干餾區(qū)、氧化區(qū)和還原區(qū)，其中干餾區(qū)與氧化區(qū)由第一墻隔開，干餾溫度≤400℃，干餾產(chǎn)生的可燃?xì)夥降谝粔Φ乃俣葹?.1/s，可燃?xì)夥降谝粔M(jìn)到氧化區(qū)明火燃燒≥700℃，焚燒垃圾從400℃到700℃的時(shí)間＜0.2秒，不會(huì)產(chǎn)生二惡英。上述氣化爐雖然使生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為燃?xì)鉄o煙氣排放，且垃圾焚燒不產(chǎn)生二惡英，優(yōu)點(diǎn)寶貴，但本發(fā)明人經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)存在以下局限性：

第一，氣化爐干餾區(qū)沒有明確的熱源，單靠氧化區(qū)明火輻射使干餾區(qū)的生物質(zhì)解熱，溫度不可控，干餾效果不穩(wěn)定，不能產(chǎn)生足夠的可燃?xì)饬髦裂趸瘏^(qū)與氣化劑混合燃燒，如同傳統(tǒng)焚燒法，即：氣化劑與生物質(zhì)混合燃燒，而不是與生物質(zhì)干餾出的可燃?xì)饣旌先紵?，這樣，燃燒溫度會(huì)徘徊在850-950℃，而不是1050℃，溫度≤1000℃，焦油不會(huì)充分裂解，而含有大量焦油的燃?xì)夂罄m(xù)處理成本過高，會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目不可行。

第二，氣化爐還原區(qū)的長(zhǎng)度沒有最短尺寸限定，這會(huì)導(dǎo)致還原區(qū)雖能生成CH₄，但CH₄量不大，因?yàn)楹铣蒀H₄需要一定的反應(yīng)時(shí)間，還原區(qū)過短，氣體在還原區(qū)滯留時(shí)間就短，氣體中的H與焦炭中的C反應(yīng)時(shí)間不夠，就不能合成大量CH₄，而沒有大量CH₄的合成氣，用分子篩吸附劃不來，也就得不到＞31.4MJ/m³的天然氣。

第三，焦炭中的C與CO₂還原反應(yīng)，有個(gè)飽和平衡度問題，當(dāng)爐渣含C低于20％時(shí)，C不再與CO₂反應(yīng)，即C+CO₂＝2CO的反應(yīng)式將不再能實(shí)現(xiàn)。實(shí)際氣化運(yùn)行表明：從還原區(qū)排出的爐渣的含C量，一般為22-24％，C含量難以再降低。這種爐渣不作再處理環(huán)保不允許，進(jìn)一步處理則增加投資而經(jīng)濟(jì)效率劃不來，陷于兩難。

鑒于此，本發(fā)明提供一步法合成甲烷氣化爐，第一熱解區(qū)設(shè)置有加熱裝置，為熱解區(qū)的生物質(zhì)原料提供穩(wěn)定的熱源，使熱解溫度穩(wěn)定可控，熱解穩(wěn)定而充分；第二熱解區(qū)設(shè)置焦炭回收裝置，使得熱解后的產(chǎn)物焦炭大部分排出，使焦炭成為一個(gè)產(chǎn)品銷售，提高熱利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益，又使含碳量約22％的爐渣可并入焦炭，爐渣成為焦炭產(chǎn)品銷售，使固廢零排放，可避免爐渣再處理的麻煩；燃燒區(qū)設(shè)置輸氣系統(tǒng)，為燃燒區(qū)的有氧燃燒提供良好的基礎(chǔ)；缺氧區(qū)也設(shè)置有加熱裝置，并限定了其長(zhǎng)度，可使氣體在缺氧區(qū)滯留較長(zhǎng)時(shí)間，確保H₂、CO₂與焦炭中的C充分接觸合成大量CH₄，合成氣排出氣化爐后經(jīng)分子篩吸附，可直接得到熱值＞31.4MJ/m³的天然氣，省掉甲烷化，制氣成本大幅降低。

如根據(jù)實(shí)際的需求，缺氧區(qū)的長(zhǎng)度可以設(shè)置為10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m等等。

優(yōu)選地，所述第一熱解區(qū)為雙層筒體結(jié)構(gòu)，所述第一加熱裝置包括設(shè)置在所述氣化爐的尾部的換熱裝置和管道，所述管道將所述換熱裝置制得的熱氣通入所述雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔中。

本發(fā)明中，雙層筒體結(jié)構(gòu)兩個(gè)筒壁均為金屬材料，如內(nèi)筒的材質(zhì)一般為不銹鋼材質(zhì)，外筒的材質(zhì)一般為碳鋼材質(zhì)；內(nèi)筒采用金屬材質(zhì)，便于熱量的傳遞。雙層筒體為懸掛固定。

本發(fā)明通過將第一熱解區(qū)設(shè)置成雙層筒體結(jié)構(gòu)，將氣化爐尾部的熱量回收后通入雙筒結(jié)構(gòu)之間的夾層中，用于生物質(zhì)原料的加熱，節(jié)約能源，且熱源穩(wěn)定可靠。

優(yōu)選地，所述第一熱解區(qū)的長(zhǎng)度為5m-20m，所述雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔距離為5cm-50cm。

第一熱解區(qū)的長(zhǎng)度根據(jù)處理的原料的量進(jìn)行設(shè)置，如可以設(shè)置為5m、7m、10m、15m、18m、20m等等；相應(yīng)地，雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔距離也根據(jù)處理的原料量以及提供的熱氣的溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如可以設(shè)置為5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、35cm、40cm、50cm等等。優(yōu)選地，雙層筒體之間的距離為20-30cm。

優(yōu)選地，所述第一熱解區(qū)的雙層筒體的內(nèi)筒內(nèi)壁上設(shè)置有揚(yáng)料板。揚(yáng)料板為L(zhǎng)型揚(yáng)料板，揚(yáng)料板焊接在內(nèi)筒內(nèi)壁，原料進(jìn)入氣化爐熱解區(qū)后，接受雙層筒體夾層熱空氣間接傳導(dǎo)的熱能而加熱、熱解；原料經(jīng)揚(yáng)料板翻動(dòng)，熱解穩(wěn)定、充分、可控。熱解產(chǎn)物為可燃?xì)夂徒固?，其中，焦炭的一部分，?yōu)選為約2/3經(jīng)焦炭排放孔從焦炭環(huán)形罩底部的螺旋輸送機(jī)排出。

優(yōu)選地，所述第二熱解區(qū)至所述缺氧區(qū)為單層筒體結(jié)構(gòu)，所述單層筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁設(shè)置有耐火層。

通過設(shè)置耐火層，既能使氣化爐內(nèi)部耐受高溫，并且還可以減少筒體外的溫度。耐火層一般通過澆注耐火材料制成，耐火材料一般采用高鋁耐火澆注料。耐火層一般厚度為15cm-30cm。

進(jìn)一步地，所述焦炭收集裝置包括固定在所述第二熱解區(qū)外部的集焦環(huán)形罩，所述集焦環(huán)形罩與所述第二熱解區(qū)之間采用壓板式軟密封進(jìn)行密封。

第一熱解區(qū)的熱解產(chǎn)物主要為可燃?xì)夂徒固浚渲?，焦炭的一部分，?yōu)選為約2/3經(jīng)焦炭排放孔排出至集焦環(huán)形罩中，進(jìn)而可以收集。氣化爐熱解區(qū)回收部分焦炭后，含碳量約22％的爐渣可并入焦炭銷售，整個(gè)過程無固廢排放，又大幅提高了熱利用率。

為了防止第二熱解區(qū)筒體外的溫度太高而影響密封裝置的使用壽命，還可以在第二熱解區(qū)筒體外焊接一層鋼板，壓板式密封是由一片片鋼板沿筒體外殼一圈布置成魚鱗片狀的軟密封壓板組成，壓板固定在集焦環(huán)形罩上，并與爐體上焊接的鋼板接觸。爐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，集焦環(huán)形罩固定不轉(zhuǎn)，一圈的壓板也不轉(zhuǎn)，壓板外面是一圈鋼絲緊固，有重錘緊固和螺紋拉緊2種，目的是使壓板始終緊貼爐體外殼，任其爐體回轉(zhuǎn)，整圈的魚鱗片不轉(zhuǎn)，從而達(dá)到密封的效果。

優(yōu)選地，所述集焦環(huán)形罩的底部設(shè)置有輸送機(jī)。輸送機(jī)一般采用螺旋輸送機(jī)，使得焦炭環(huán)形罩底部的焦炭通過螺旋輸送機(jī)排出，方便快捷。

優(yōu)選地，所述輸氣系統(tǒng)包括輸氣裝置、集氣環(huán)形罩和噴風(fēng)防堵裝置；

所述集氣環(huán)形罩分為兩部分，一部分固定在所述燃燒區(qū)外部，另一部分與燃燒區(qū)的筒體固定連接，所述集氣環(huán)形罩的兩部分之間通過壓板式軟密封進(jìn)行密封；

所述輸氣裝置與固定在燃燒區(qū)外部的集氣環(huán)形罩連接，所述噴風(fēng)防堵裝置的一端與固定在燃燒區(qū)的集氣環(huán)形罩連接，另一端可拆卸連接在所述燃燒區(qū)的筒體上，且所述噴風(fēng)防堵裝置的防堵口伸入燃燒區(qū)的筒體內(nèi)。

其中，輸氣系統(tǒng)還可以設(shè)置多個(gè)閥門，以便于控制氣體的通入量。

現(xiàn)有技術(shù)的噴風(fēng)系統(tǒng)太簡(jiǎn)單，其做法是在集氣環(huán)形罩內(nèi)的回轉(zhuǎn)窯殼體上打若干個(gè)洞，裝入不銹鋼管，氣化劑經(jīng)集氣環(huán)形罩從不銹鋼管直接進(jìn)入爐膛，但是，該設(shè)置存在以下問題：爐膛明火有時(shí)會(huì)噴出，把集氣環(huán)形罩燒毀，而且爐膛的灰渣會(huì)從不銹鋼管進(jìn)到集氣環(huán)形罩內(nèi)，使之難以連續(xù)提供氣化劑而需要停爐清理。本發(fā)明采用噴氣防堵裝置，其材質(zhì)既非金屬，也非陶瓷，而是次級(jí)寶石或者優(yōu)質(zhì)剛玉，這是因?yàn)檩敋庋b置噴入的氣化劑可以是高純度氧氣，在700℃高溫下，高純度氧氣與金屬會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，溫度可高達(dá)2500℃，噴氣防堵裝置材質(zhì)若采用金屬，容易被氧化掉；也不宜用陶瓷，因?yàn)槿紵齾^(qū)火焰溫度～1050℃，而噴入的氣化劑是常溫，溫差過大，陶瓷易疲勞損壞。本發(fā)明提供的噴風(fēng)防堵裝置的防堵口為迷宮式設(shè)計(jì)，可防止灰渣進(jìn)入噴風(fēng)系統(tǒng)，使噴風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)久耐用。

優(yōu)選地，所述噴風(fēng)防堵裝置的材質(zhì)為次級(jí)寶石或優(yōu)質(zhì)剛玉。

優(yōu)選地，所述噴風(fēng)防堵裝置的防堵口采用迷宮式防堵口。

噴風(fēng)防堵裝置的防堵口為迷宮式設(shè)計(jì)，氣化劑噴入爐膛，灰渣被迷宮裝置阻擋，不會(huì)漏進(jìn)輸氣系統(tǒng)；燃燒區(qū)的筒體上打孔，每個(gè)孔對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)噴風(fēng)防堵裝置，噴風(fēng)防堵裝置可拆卸設(shè)置在燃燒區(qū)的筒體上，若漏進(jìn)灰渣，可臨時(shí)停爐，將噴風(fēng)防堵裝置從爐體上拆卸，抽出噴風(fēng)防堵裝置，倒掉灰渣后再裝上。一般地，噴風(fēng)防堵裝置設(shè)置4-6個(gè)。

另外，集氣環(huán)形罩與噴風(fēng)防堵裝置之間還可以再設(shè)置一個(gè)進(jìn)氣環(huán)形罩，進(jìn)氣環(huán)形罩與固定在筒體的集氣環(huán)形罩部分連接，噴風(fēng)防堵裝置與進(jìn)氣環(huán)形罩連接，這樣就增加了一個(gè)緩沖裝置。

優(yōu)選地，所述第二熱解區(qū)至所述缺氧區(qū)的筒體內(nèi)壁上沿其長(zhǎng)度設(shè)置有爐排梗，所述爐排梗的一端埋入所述耐火層中，所述爐排梗的另一端向筒體的軸心延伸，所述爐排梗凸出所述耐火層的部分連接有揚(yáng)料裝置；

所述揚(yáng)料裝置為揚(yáng)料板，所述揚(yáng)料板為L(zhǎng)型，所述揚(yáng)料板的折角背對(duì)所述爐排梗設(shè)置。

揚(yáng)料板與爐排?？刹鹦哆B接，一般采用螺栓連接。

另外，根據(jù)爐體的直徑及實(shí)際需要，所述筒體內(nèi)壁可以設(shè)置6-16條爐排梗，每條所述爐排梗均采用耐高溫耐磨損耐酸抗沖擊好的澆注料制成。相應(yīng)地，每條爐排梗上對(duì)應(yīng)設(shè)置一片片揚(yáng)料板，每片揚(yáng)料板沿爐排梗長(zhǎng)度方向依次設(shè)置，為了達(dá)到更好的揚(yáng)落效果，所述一片片揚(yáng)料板的總寬度與爐排梗等長(zhǎng)。如長(zhǎng)度為35m的爐排梗，按揚(yáng)料板的寬度為125mm計(jì)算的話，每條爐排梗上設(shè)置28片揚(yáng)料板。

本發(fā)明缺氧區(qū)設(shè)置的揚(yáng)料板與爐排梗形成90°左右的兜，隨爐體的回轉(zhuǎn)，焦炭被兜住，將其提起后再揚(yáng)落下來，在爐膛形成硫化態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)的氣化爐內(nèi)安裝的兜輪爐排或者T型揚(yáng)料裝置，要么材質(zhì)同為高鋁耐火材料，則爐排梗與兜輪必然一體化，一旦煤塊等硬物料從回轉(zhuǎn)窯直徑3m多的高度砸落下來，在爐膛高溫下容易將爐排梗與兜輪一起砸壞，修理難度大，整個(gè)爐排只好全部報(bào)廢；要么揚(yáng)料裝置是金屬材質(zhì)，則由于金屬與高鋁耐火材料爐排梗的膨脹系數(shù)不一致，連接部位容易松動(dòng)，且金屬揚(yáng)料裝置連續(xù)在高溫下易氧化損壞。本發(fā)明選用的揚(yáng)料板為剛玉材質(zhì)，用剛玉螺栓與爐排梗緊固，剛玉與高鋁材質(zhì)爐排梗的膨脹系數(shù)相近，緊固不易松動(dòng)，剛玉在1740℃以下不會(huì)變形，耐疲勞和抗沖擊性能好，不易損壞，并且萬(wàn)一損壞，更換方便。

優(yōu)選地，所述揚(yáng)料板的材質(zhì)為剛玉材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述揚(yáng)料板每片的寬度為80-250mm，更優(yōu)選為100-150mm。

缺氧區(qū)生成的合成氣可包含C1-C19烷烴，其中C1-C4烷烴常溫下為氣體，C5-C19烷烴常溫下為液體(稱焦油)。C1-C4烷烴與焦油生成所需的溫度、時(shí)間不同，為了控制C5-C19烷烴生成，促使C1-C4烷烴生成，在缺氧區(qū)設(shè)置加熱裝置，根據(jù)需要調(diào)節(jié)溫度。

優(yōu)選地，所述第二加熱裝置為中高頻加熱裝置；

所述缺氧區(qū)設(shè)置2-12組中高頻加熱裝置，優(yōu)選為3-8組。

中高頻是指頻率為7000-30000Hz，更優(yōu)選為15000-20000Hz，通過設(shè)置2-12組該加熱裝置，使缺氧區(qū)溫度維持在650℃-950℃，優(yōu)選為750℃-850℃。

中高頻加熱裝置通過在氣化爐外殼上導(dǎo)電滑環(huán)嵌入導(dǎo)電座，將交流電引入安裝在爐膛的一道道加熱裝置，發(fā)出約950℃的高溫。加熱裝置的材質(zhì)為耐熱鋼，優(yōu)先為鎢鉬合金。

在650℃-950℃的缺氧區(qū)環(huán)境下，焦炭中的C與H₂、CO₂充分接觸反應(yīng)，按反應(yīng)式CO₂+C＝2CO、2H₂O+C＝CH₄+O₂、2H₂+C＝CH₄等，生成含有大量CH₄的合成氣。

缺氧區(qū)生成的產(chǎn)物為爐渣和合成氣，爐渣從爐尾排出落下相關(guān)排渣設(shè)備，合成氣從爐尾排出后經(jīng)過沉灰室-旋風(fēng)除塵器-換熱器-氣液分離器、羅茨風(fēng)機(jī)而進(jìn)入下道工序。

優(yōu)選地，所述氣化爐還設(shè)置有用于所述氣化爐旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力裝置。

進(jìn)一步地，所述氣化爐還包括前、后托輪裝置；所述氣化爐的爐殼的兩端分別活動(dòng)套接有輪帶，所述爐殼的兩端通過所述輪帶支承在所述前、后托輪裝置上，所述后托輪裝置上設(shè)有擋板，所述爐殼的尾部的輪帶與所述后托輪裝置上設(shè)置的擋板滾動(dòng)接觸。該結(jié)構(gòu)保證氣化爐的穩(wěn)固。優(yōu)選地，每個(gè)托輪均設(shè)測(cè)溫裝置，測(cè)溫訊號(hào)送達(dá)中央控制室并在窯墩上設(shè)置指示表，當(dāng)軸承溫度超過55℃時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警訊號(hào)，以便及時(shí)檢查處理。

進(jìn)一步地，還包括傳動(dòng)裝置；所述爐殼的外壁上套設(shè)有齒圈，所述傳動(dòng)裝置設(shè)在所述爐殼的底部，所述齒圈和所述傳動(dòng)裝置嚙合，驅(qū)動(dòng)所述爐殼繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述氣化爐還包括出料罩和進(jìn)料罩；所述出料罩和進(jìn)料罩分別設(shè)于爐殼的進(jìn)料端和出料端。

優(yōu)選地，所述氣化爐還包括前、后軟密封裝置，所述前、后密封裝置分別設(shè)在所述出料罩和進(jìn)料罩與所述爐殼連接的連接處的外壁上。

為了促使物料以及生成的氣體能夠更順利地流向出料端，優(yōu)選地，所述氣化爐為臥式安裝，安裝的斜度為3％-4％，所述氣化爐的旋轉(zhuǎn)速度為0.2-5r/min。

進(jìn)一步地，輸氣設(shè)備輸入的氣化劑為氧含量70-99.6％的高純度純氧，或者來源于干凈空氣和水蒸氣中的任一種。

采用本發(fā)明提供的氣化爐合成甲烷的方法，包括以下步驟：

生物質(zhì)在所述熱解區(qū)熱解，得到的焦炭的一部分，優(yōu)選為65％-75％排出；

熱解區(qū)的產(chǎn)物進(jìn)入燃燒區(qū)進(jìn)行有氧燃燒，所述燃燒區(qū)的溫度不小于1000℃；

燃燒區(qū)的產(chǎn)物進(jìn)入所述缺氧區(qū)，控制所述缺氧區(qū)的溫度為650-950℃，優(yōu)選為750-850℃；

所述氣化爐為臥式安裝，安裝的斜度為3％-4％，所述氣化爐的旋轉(zhuǎn)速度為0.2-5r/min。

本發(fā)明中的生物質(zhì)可以為固體生物質(zhì)或煤炭，在進(jìn)入本發(fā)明提供的氣化爐前，生物質(zhì)經(jīng)破碎后烘干至含水低于15％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的氣化爐，通過設(shè)計(jì)爐體各區(qū)域結(jié)構(gòu)及其參數(shù)，最終在缺氧區(qū)合成大量CH₄，合成氣排出氣化爐后經(jīng)分子篩吸附，可直接得到熱值＞31.4MJ/m³的天然氣，省掉現(xiàn)有技術(shù)中的甲烷化，制氣成本大幅降低。

(2)本發(fā)明設(shè)置的噴風(fēng)防堵裝置的材質(zhì)為次級(jí)寶石或優(yōu)質(zhì)剛玉，耐用；且其防堵口采用迷宮式防堵口，防止了火焰和灰渣進(jìn)入輸氣系統(tǒng)，使輸氣系統(tǒng)更經(jīng)久耐用。

(3)本發(fā)明設(shè)置限定長(zhǎng)度的缺氧區(qū)，確保合成大量CH₄所需的反應(yīng)時(shí)間，通過設(shè)置剛玉材質(zhì)的L型揚(yáng)料板，其與爐排梗可拆卸連接，使得揚(yáng)料板耐疲勞和抗沖擊性能好，不易損壞，確保揚(yáng)料裝置經(jīng)久耐用，確保C與H₂充分接觸反應(yīng)而穩(wěn)定地合成大量CH₄。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的氣化爐的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的燃燒區(qū)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：

1-第一熱解區(qū)；2-第二熱解區(qū)；3-燃燒區(qū)；4-缺氧區(qū)；5-第一加熱裝置；6-焦炭收集裝置；7-輸氣裝置；8-噴風(fēng)防堵裝置；9-第二加熱裝置；10-進(jìn)料罩；11-出料罩；12-廢氣出口；13-動(dòng)力裝置；14-托輪支撐裝置；101-雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔；401-耐火層；402-爐排梗；403-揚(yáng)料板；404-螺栓連接。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明提供的氣化爐的示意圖。

本發(fā)明提供的氣化爐的結(jié)構(gòu)如下：氣化爐沿其長(zhǎng)度方向依次分為熱解區(qū)、燃燒區(qū)3和缺氧區(qū)4，熱解區(qū)分為第一熱解區(qū)1和第二熱解區(qū)2，第二熱解區(qū)2靠近燃燒區(qū)3；第一熱解區(qū)1設(shè)置有第一加熱裝置5，第二熱解區(qū)2設(shè)置有焦炭排放孔，第二熱解區(qū)2設(shè)置有焦炭收集裝置6；燃燒區(qū)3設(shè)置有輸氣系統(tǒng)；缺氧區(qū)4設(shè)置有第二加熱裝置9，缺氧區(qū)4的長(zhǎng)度為10-50m；

進(jìn)一步地，第一熱解區(qū)1為雙層筒體結(jié)構(gòu)，第一加熱裝置5包括設(shè)置在氣化爐的尾部的換熱裝置和管道，管道將換熱裝置制得的熱氣通入雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔101中；其中，第一熱解區(qū)1的長(zhǎng)度為5-20m，雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔101距離為5-50cm，優(yōu)選為20-30cm；另外，第一熱解區(qū)1的雙層筒體的內(nèi)筒內(nèi)壁上設(shè)置有揚(yáng)料板；

進(jìn)一步地，第二熱解區(qū)2至缺氧區(qū)4為單層筒體結(jié)構(gòu)，單層筒體結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁設(shè)置有耐火層401；

進(jìn)一步地，焦炭收集裝置6包括固定在第二熱解區(qū)2外部的集焦環(huán)形罩，集焦環(huán)形罩與第二熱解區(qū)2之間采用壓板式軟密封進(jìn)行密封；集焦環(huán)形罩的底部?jī)?yōu)選設(shè)置有輸送機(jī)；

燃燒區(qū)3設(shè)置有輸氣系統(tǒng)，具體地，輸氣系統(tǒng)包括輸氣裝置7、集氣環(huán)形罩和噴風(fēng)防堵裝置8；集氣環(huán)形罩分為兩部分，一部分固定在燃燒區(qū)外部，另一部分與燃燒區(qū)3的筒體固定連接，集氣環(huán)形罩的兩部分之間通過壓板式軟密封進(jìn)行密封；輸氣裝置與固定在燃燒區(qū)外部的集氣環(huán)形罩連接，噴風(fēng)防堵裝置8的一端與固定在燃燒區(qū)的集氣環(huán)形罩連接，另一端可拆卸連接在燃燒區(qū)3的筒體上，且噴風(fēng)防堵裝置的防堵口伸入燃燒區(qū)3的筒體內(nèi)。

缺氧區(qū)4設(shè)置有第二加熱裝置9，第二加熱裝置9為中高頻加熱裝置，根據(jù)溫度需求設(shè)置2-12組，中高頻加熱裝置通過在氣化爐外殼上導(dǎo)電滑環(huán)嵌入導(dǎo)電座，將交流電引入安裝在爐膛的一道道加熱裝置，加熱裝置的材質(zhì)為耐熱鋼，優(yōu)先為鎢鉬合金，進(jìn)而使得缺氧區(qū)的溫度保持在650℃-950℃的高溫。

第二熱解區(qū)2至缺氧區(qū)4中的揚(yáng)料裝置如圖2所示，筒體內(nèi)壁上沿其長(zhǎng)度設(shè)置有爐排梗402，爐排梗402的一端埋入耐火層401中，爐排梗的另一端向筒體的軸心延伸，爐排梗凸出耐火層401的部分連接有揚(yáng)料板403，該揚(yáng)料板為L(zhǎng)型，揚(yáng)料板的折角背對(duì)爐排梗設(shè)置；揚(yáng)料板403與爐排梗402采用螺栓連接404。本發(fā)明選用揚(yáng)料板403為剛玉材質(zhì)，用剛玉螺栓與爐排梗緊固，剛玉與高鋁材質(zhì)爐排梗的膨脹系數(shù)相近，緊固不易松動(dòng)，剛玉在1740℃以下不會(huì)變形，耐疲勞和抗沖擊性能好，不易損壞，并且萬(wàn)一損壞，更換方便。

進(jìn)一步地，氣化爐還包括出料罩11和進(jìn)料罩10；出料罩11和進(jìn)料罩10分別設(shè)于爐體的進(jìn)料端和出料端；出料罩11和進(jìn)料罩10與爐體通過軟密封與爐體連接，進(jìn)料罩上設(shè)置有廢氣出口12。

本發(fā)明提供的氣化爐還包括前、后托輪支撐裝置14；氣化爐的爐殼的兩端分別活動(dòng)套接有輪帶，爐殼的兩端通過輪帶支承在前、后托輪裝置上，后托輪裝置上設(shè)有擋板，爐殼的尾部的輪帶與后托輪裝置上設(shè)置的擋板滾動(dòng)接觸。該結(jié)構(gòu)保證氣化爐的穩(wěn)固。每個(gè)托輪均設(shè)測(cè)溫裝置，測(cè)溫訊號(hào)送達(dá)中央控制室并在窯墩上設(shè)置指示表，當(dāng)軸承溫度超過55℃時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警訊號(hào)，以便及時(shí)檢查處理。

進(jìn)一步地，氣化爐還包括動(dòng)力裝置13，具體地，動(dòng)力裝置13包括傳動(dòng)裝置；爐殼的外壁上套設(shè)有齒圈，傳動(dòng)裝置設(shè)在爐殼的底部，齒圈和傳動(dòng)裝置嚙合，驅(qū)動(dòng)爐殼繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明提供的氣化爐的工作原理如下：

臥式安裝氣化爐，安裝的斜度為3％-4％，氣化爐的旋轉(zhuǎn)速度為0.2-5r/min；

破碎后烘干至含水低于15％的固體生物質(zhì)以及煤炭，由螺旋輸送機(jī)從進(jìn)料罩10送入氣化爐熱解區(qū)1。螺旋輸送機(jī)伸入進(jìn)料罩10內(nèi)的一端20cm-100cm沒有螺旋鉸刀，優(yōu)選為40-80cm，此處燃料依靠有鉸刀段的螺旋推力擠壓進(jìn)爐膛，此處燃料因?yàn)閴簩?shí)而起到爐體內(nèi)外密封作用。氣化爐的爐尾依次安裝有除塵裝置、換熱裝置和羅茨風(fēng)機(jī)，羅茨風(fēng)機(jī)的抽力使制氣系統(tǒng)為微負(fù)壓或微正壓工況。

燃料進(jìn)氣化爐第一熱解區(qū)1后，受到雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔101中的熱空氣間接傳導(dǎo)的熱能而熱解；雙層筒體的內(nèi)筒內(nèi)壁焊接有揚(yáng)料板，燃料經(jīng)揚(yáng)料板翻動(dòng)，熱解穩(wěn)定、充分、可控；其中，雙層筒體結(jié)構(gòu)的間隔101中的熱空氣來源于第一加熱裝置5，第一加熱裝置5為熱氣體進(jìn)口罩，其中通入由氣化爐尾部的熱量經(jīng)熱交換得到的熱空氣。

熱解產(chǎn)物主要為可燃?xì)夂徒固?，?jīng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入第二熱解區(qū)2，焦炭的一部分，優(yōu)選為約2/3經(jīng)焦炭排放孔從焦炭環(huán)形罩6底部的螺旋輸送機(jī)排出收集。

第二熱解區(qū)2產(chǎn)生的可燃?xì)夂褪Ｓ嘟固恳约敖褂?，一并進(jìn)入到氣化爐燃燒區(qū)3。輸氣裝置7提供的氣化劑進(jìn)入集氣環(huán)形罩中，然后經(jīng)噴風(fēng)防堵裝置8噴入爐膛與可燃?xì)饷骰鹑紵Ｓ捎诳扇細(xì)庵饻囟壤碚撋稀?200℃，所以，爐膛溫度可保持1050℃以上，焦油也全部裂解。

由于燃燒區(qū)3的溫度很高，因此，噴風(fēng)防堵裝置8的材質(zhì)為次級(jí)寶石或優(yōu)質(zhì)剛玉；噴風(fēng)防堵裝置8采用迷宮式防堵口，既能防止?fàn)t膛火焰進(jìn)入集氣環(huán)形罩而造成氣體的燃燒，又能防止?fàn)t膛灰塵進(jìn)入集氣環(huán)形罩，防止造成氣體輸入的障礙。

燃燒區(qū)3燃燒產(chǎn)生的CO₂、H₂O(水蒸氣)與焦炭一道，隨氣化爐的回轉(zhuǎn)進(jìn)入缺氧區(qū)4。

缺氧區(qū)4內(nèi)部的揚(yáng)料板403的折角背對(duì)爐排梗402設(shè)置，揚(yáng)料板403與爐排梗402形成90°左右的兜，隨爐體的回轉(zhuǎn)，焦炭被兜住，被提起后再揚(yáng)落下來，在爐膛形成硫化態(tài)；經(jīng)多組中高頻加熱裝置的加熱，缺氧區(qū)溫度保持在650℃-950℃；在650℃-950℃環(huán)境下焦炭中的C與H₂、CO₂充分接觸反應(yīng)，按反應(yīng)式CO₂+C＝2CO、2H₂O+C＝CH₄+O₂、2H₂+C＝CH₄等，生成含有大量CH₄的合成氣。

缺氧區(qū)4生成的產(chǎn)物經(jīng)出料罩11排出，出料罩11與爐殼通過軟密封裝置密封；具體地，爐渣從窯尾落下相關(guān)排渣設(shè)備；氣體經(jīng)過沉灰室進(jìn)入旋風(fēng)除塵器-換熱器-氣液分離器-羅茨風(fēng)機(jī)而進(jìn)入下道工序。

得到的合成氣經(jīng)分子篩吸附出CH₄，獲得熱值＞31.4MJ/m³的天然氣，實(shí)現(xiàn)一步法合成甲烷，不再需要昂貴的甲烷化設(shè)施的投資和運(yùn)行成本，使煤制天然氣工程比現(xiàn)有技術(shù)節(jié)省造價(jià)70％，使制氣運(yùn)行成本降低50％；因回收焦炭，爐渣并入焦炭銷售，使全廠熱利用率由現(xiàn)有秸稈發(fā)電的約17％提高到71％以上，其中發(fā)電約12％，天然氣約45％，焦炭約19％，約為現(xiàn)有秸稈發(fā)電技術(shù)熱利用率的400％多。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。