基于微波加熱的生物質(zhì)制氣系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)材料，具體涉及基于微波加熱的生物質(zhì)制氣系統(tǒng)及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國生物質(zhì)資源非常豐富，如農(nóng)作物秸桿、林業(yè)樹枝、工業(yè)藥渣等，近年來對低熱值燃料的能源化轉(zhuǎn)化利用的關(guān)注也在日益增加。隨著人類對環(huán)境保護意識的加強，在關(guān)注廢棄物利用的同時，效率更高、污染更小的能源化轉(zhuǎn)化技術(shù)正在逐步被工業(yè)生產(chǎn)所采用。
[0003]常規(guī)生物質(zhì)固定床氣化技術(shù)受工藝條件的限制，主要存在氣化反應(yīng)溫度低、碳轉(zhuǎn)化率低、焦油含量大、合成氣利用品質(zhì)低等難題。目前出現(xiàn)的微波等離子氣化設(shè)備不能對生物質(zhì)原料進行完全的加熱，或者需要較大的加熱功率才能達到較好的加熱效果，這樣加熱效率低，耗電量較大，運行成本高，存在著浪費能源的缺陷，嚴重制約了生物質(zhì)資源的能源化工業(yè)利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種利用生物質(zhì)物料自身熱量與外部微波熱源共同作用強化生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化過程的基于微波加熱的生物質(zhì)制氣系統(tǒng)及工藝。
[0005]為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]基于微波加熱的生物質(zhì)制氣系統(tǒng)，包括依次連接的微波氣化爐、用于與微波氣化爐產(chǎn)生的高溫氣體進行換熱的熱交換器、洗滌除塵設(shè)備、儲氣裝置；熱交換器輸入空氣和水，與微波氣化爐產(chǎn)生的氣體換熱后從熱交換器的另一端通入到微波氣化爐內(nèi)；洗滌除塵設(shè)備的殘渣出口與微波氣化爐連接；熱交換器與微波氣化爐產(chǎn)生的高溫氣體換熱制取熱空氣和水蒸汽后作為氣化介質(zhì)通入到微波氣化爐內(nèi)；洗滌除塵設(shè)備的殘渣經(jīng)除濕處理后通向與微波氣化爐連接的進料輸送系統(tǒng)，與生物質(zhì)原料一起參與氣化反應(yīng)；微波的穿透力強，產(chǎn)生的熱量大，能快速達到植物材料氣化所需的溫度，產(chǎn)氣率高，容易控制；通過熱交換器將高溫燃氣的顯熱交換給空氣和水，交換后的熱量可以重復(fù)利用到微波氣化爐內(nèi)，提高了系統(tǒng)的熱利用效率；洗滌除塵設(shè)備中殘渣再進入到微波氣化爐內(nèi)，進行二次加熱，減少了廢棄物排放。
[0007]進一步地，所述熱交換器至少包括兩級換熱裝置。
[0008]進一步地，為了更好地得到雜質(zhì)較少的清潔氣體，所述洗滌除塵設(shè)備與洗滌劑箱連接，洗滌劑箱內(nèi)設(shè)有用于將洗滌劑栗入到洗滌除塵設(shè)備內(nèi)的栗。
[0009]進一步地，所述微波氣化爐包括殼體，為了保證能量的集中和氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度，殼體的上下兩端窄于中部，在殼體外側(cè)壁設(shè)有微波發(fā)生器，在殼體的下端設(shè)有排灰輸送裝置，在殼體的一側(cè)設(shè)有生物質(zhì)材料的進料口，殼體上設(shè)有若干處蒸汽入口和若干處氣體入口，氣體入口為空氣或富氧入口，在殼體內(nèi)設(shè)有換熱管；通過微波發(fā)生器和換熱管內(nèi)的高溫介質(zhì)共同作用于氣化爐內(nèi)的原料，提高加熱效率，加速原料的氣化轉(zhuǎn)化。
[0010]進一步地，在所述進料口處設(shè)有進料輸送裝置，可以實現(xiàn)生物質(zhì)原料的自動均勻進給，便于控制；同時，省去了常規(guī)固定床氣化爐間歇式集中進料需要的攪拌裝置，簡化了爐體結(jié)構(gòu)。
[0011]進一步地，所述進料輸送裝置包括進料斗，進料斗的下方水平設(shè)有第一輸送絞龍，第一輸送絞龍由電機控制啟動，第一輸送絞龍的末端伸入到殼體內(nèi)，同時，進料斗與第一輸送絞龍之間設(shè)置的垂直輸料管的直徑大于輸送絞龍所在輸料管的直徑，并在進料斗與第一輸送絞龍之間也就是在在垂直輸料管道上加裝翻板閥，能有效避免爐內(nèi)氣體的外泄，確保系統(tǒng)的安全運行；翻板閥在不使用裝置時，避免雜質(zhì)進入到微波氣化爐內(nèi)。
[0012]進一步地，所述第一輸送絞龍為帶直流電的變螺距輸送絞龍，原料在進料過程中產(chǎn)生向氣化爐方向的擠壓力起到物料自密封作用。
[0013]進一步地，所述殼體從上到下依次為燃氣重整區(qū)、原料干化與熱解反應(yīng)區(qū)、氣化主反應(yīng)區(qū)及集灰區(qū)，燃氣重整區(qū)呈上小下大的錐形，錐面上設(shè)置的微波有利于反應(yīng)區(qū)域能量的集中，提高熱利用效率；原料干化與熱解反應(yīng)區(qū)呈圓柱形，氣化主反應(yīng)區(qū)呈上大下小的錐形，在集灰區(qū)內(nèi)設(shè)有換熱管，可以將灰料的熱量傳遞給換熱管內(nèi)空氣，換熱后的空氣再通入到殼體內(nèi)，用于提高制氣效率；所述換熱管水平設(shè)置，為換熱盤管，換熱盤管內(nèi)通入空氣，用于回收集灰區(qū)灰渣的熱量。
[0014]或者，所述換熱管有多根，換熱管的入口與熱交換器的蒸汽出口端連接，換熱管的出口與熱交換器的氣體入口端連接。
[0015]進一步地，在所述殼體上設(shè)有多個溫度檢測元件，在所述殼體頂端的出氣口處設(shè)有燃氣監(jiān)控器，溫度檢測元件和燃氣監(jiān)控器分別與控制系統(tǒng)單獨連接，為保證安全，燃氣監(jiān)控器對產(chǎn)生的氣體的壓力進行檢測，并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給控制系統(tǒng)，如果壓力過高，控制系統(tǒng)控制警報裝置報警，并控制進料輸送裝置停止工作，暫停入料，待壓力降低后，再重新進行工作。
[0016]進一步地，在所述殼體的外部設(shè)有包覆殼體的外殼，外殼的外側(cè)設(shè)有保溫層。
[0017]進一步地，在殼體上部的氣體出口管上設(shè)有第二換熱管，用于將制得氣體的顯熱傳遞至水或者空氣，制得的水蒸汽或熱空氣可通入到爐體內(nèi)作為氣化介質(zhì)利用。
[0018]基于微波加熱的生物質(zhì)制氣工藝，具體步驟如下:
[0019]1)將生物質(zhì)材料送入微波氣化爐內(nèi)進行連續(xù)加熱；
[0020]2)微波氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的混合氣體與熱交換器內(nèi)的空氣和水進行換熱，換熱后的空氣和水送至微波氣化爐內(nèi)；
[0021]3)換熱后的氣化燃氣在洗滌除塵設(shè)備內(nèi)進行凈化，殘渣經(jīng)除濕處理后通向與微波氣化爐連接的進料輸送系統(tǒng)，再次進入氣化爐參與氣化反應(yīng)；
[0022]4)凈化后的清潔燃氣存儲在儲氣裝置內(nèi)，以供給工業(yè)利用或民用。
[0023]本發(fā)明的工作原理是:進入氣化爐的物料首先經(jīng)過干化蒸發(fā)出水分，蒸發(fā)出的水分一部分作為氣化介質(zhì)參與生物質(zhì)氣化反應(yīng)，其余大部分隨氣流上行至燃氣重整區(qū)與焦油發(fā)生反應(yīng)，使焦油轉(zhuǎn)化為小分子可燃氣體；同時，可以根據(jù)生物質(zhì)原料特性和系統(tǒng)運行工況，調(diào)節(jié)微波發(fā)生器開啟的功率和蒸汽的供給量，當起爐或原料含水率較高時，可以開較大的微波發(fā)生器功率，并減小外部蒸汽的供給量。
[0024]整個制氣系統(tǒng)，通過微波氣化爐與換熱管內(nèi)流通的高溫空氣和蒸汽共同作用于生物質(zhì)原料使其發(fā)生充分的氣化反應(yīng)，采用熱交換器將氣化爐產(chǎn)出高溫燃氣的顯熱換熱給高溫空氣和水蒸汽，形成能量的循環(huán)重復(fù)利用；，換熱后的氣體經(jīng)過洗滌除塵后，存入到儲氣裝置中進行暫存以備用，除塵得到的飛灰和焦油的殘渣送入微波氣化爐內(nèi)再進行氣化；同時，通過控制系統(tǒng)設(shè)置，用以保證制氣過程的自動與安全運行。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]1)通過微波輔助加熱與高溫空氣和蒸汽共同作用于生物質(zhì)材料，能快速達到植物材料氣化所需的溫度，加快氣化反應(yīng)速率，提高碳轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)氣率高，容易控制。
[0027]2)通過控制系統(tǒng)的設(shè)置，實現(xiàn)對制氣過程中安全性的控制，能實現(xiàn)自動進料，自動排料，并對產(chǎn)出氣體的壓力和溫度的控制，系統(tǒng)的自動化程度高，安全性高。
[0028]3)整個系統(tǒng)，實現(xiàn)了生物質(zhì)類廢棄物資源的能源化綜合處置，系統(tǒng)熱利用效率高，對環(huán)境的負荷影響小。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明中制氣系統(tǒng)的流程圖；
[0030]圖2是本發(fā)明中制氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖3是本發(fā)明中制氣裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖4是本發(fā)明中實施例1的換熱管的示意圖；
[0033]其中，1微波氣化爐，11燃氣監(jiān)控器，12微波發(fā)生器，13熱電偶，14蒸汽入口，15氣體入口，16換熱管，2控制系統(tǒng)，3排灰輸送裝置，31排灰電機，32排灰聯(lián)軸器，33排灰管，34排灰絞龍，35灰渣配濕水管，36灰渣排出口，4水平輸料裝置，41輸料電機，42輸料聯(lián)軸器，43輸料管，44第一輸送絞龍，5進料口輸料裝置，51進料斗，52垂直輸料管，53翻板閥。
【具體實施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。
[0035]實施例1
[0036]基于微波加熱的生物質(zhì)制氣系統(tǒng)，包括依次連接的微波氣化爐1、用于與微波氣化爐1產(chǎn)生的高溫氣體進行換熱的熱交換器、洗滌除塵設(shè)備、儲氣裝置；熱交換器至少包括兩級換熱裝置，分別輸入空氣和水，與微波氣化爐1產(chǎn)生的高溫氣體換熱制取熱空氣和水蒸汽后作為氣化介質(zhì)通入到微波氣化爐1內(nèi)；洗滌除塵設(shè)備的殘渣經(jīng)除濕處理后通向與微波氣化爐1連接的進料輸送系統(tǒng)，與生物質(zhì)原料一起參與氣化反應(yīng)；，微波的穿透力強，產(chǎn)生的熱量大，能快速達到植物材料裂解氣化所需的溫度，產(chǎn)氣率高，容易控制；通過熱交換器將高溫燃氣的顯熱交換給空氣和水，制取的熱空氣和水蒸汽可以重復(fù)利用到微波氣化爐1內(nèi)，實現(xiàn)熱量的循環(huán)利用；洗滌除塵設(shè)備中殘渣再