1.本公开属于高温气化技术领域，尤其涉及一种基于焦耳热的高效气化装置。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.近年来，随着环保减排形式日趋严峻，生物质以及不可再生资源的清洁高效综合利用逐渐成为人们密切关注的热点。生活垃圾中生物质组分占到了50％左右，而且随着垃圾分类在全国范围内的推行，使得这类生活垃圾中的生物质利用成为了可能，本着清洁绿色、节能高效的前提下提出了利用焦耳热加热原理的气化工艺。
4.气化是以生物质、煤炭等高含碳原料在高温(800
‑
1300℃)以及气化剂参与的条件下生产合成气的传统热转化方式。气化剂主要是水蒸气、空气(或氧气)以及二氧化碳等，气化反应经过一系列复杂的均相和非均相化学反应，将生物质或煤炭转化为具有一定热值的合成气和少量固体残渣。根据所选原料和气化剂的不同，产物合成气中的气体组分分布也不尽相同，例如以生物质作为气化剂时，所产气体中氢气比重较高，而以二氧化碳为气化剂时产物气体中一氧化碳含量较高。传统气化过程存在几个明显的不足之处：传统气化反应能耗高，能量投递效率不高，维持高温反应氛围需要大量能源供应，巨大的能源消耗会影响气化过程的经济效益；其次为了提高反应速率而对反应物的粒径有较高要求，反应物的粒径小，有利于提高与气化剂的接触表面积，从而提高气化反应速度；而且传统气化对于反应后的固相残渣的缺少处理与资源化手段，如果能够实现固废残渣的资源化高效利用也可以显著提高气化过程的经济效应。
5.焦耳热作为一种极为高效的点对点式的新型加热方式，可以在220v时将导电率较高的碳基材料在数秒内加热至超高温(1500
‑
2000℃)，由此显著改善传统气化过程中能量投递效率低的问题，减少能耗，以提高气化过程中经济效应和可持续性。再者碳基材料应用于焦耳热体系时具有极高的升温速度，而且对于不论是原料表面还是原料内部都有很好的加热效果，可以有效提高反应速率。瞬间超高温(1500
‑
2000℃)以及气化剂的存在有利于高含碳原料实现短时间气化，气化后的固体残渣在超高温下经过石墨化和气化剂刻蚀后，具有较高的导电导热能力和较好的孔道结构，可以作为一种品质较好的碳材料产品，以提高整个气化过程的经济性。同时由于原料中的主要组分为生活垃圾中的生物质部分，所以使得整个气化过程更具有经济性和可持续性。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本公开提供一种基于焦耳热的高效气化装置，其能够提高能量利用效率，简化工艺流程，实现生活垃圾资源的多途径高效利用。
7.为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
8.一种基于焦耳热的高效气化装置，包括：控制系统，所述控制系统连接直流脉冲电
场反应室，所述控制系统包括动态温度传感器，所述温度传感器连接有温度调节模块，所述温度调节模块通过固态继电器连接电极。
9.进一步地，所述直流脉冲电场反应室包括绝缘耐高温管道和两端的电极；所述电极连接固态继电器，所述电极外侧连接伸缩装置，所述伸缩装置在控制系统操控的电机带动下伸缩运动将反应原料压紧压实。
10.进一步地，所述固态继电器连接直流电源，为两端的电极提供220v
‑
380v电压。
11.进一步地，所述直流脉冲电场反应室还设置有进料挡板、残渣挡板，所述进料挡板和残渣挡板分别连接控制系统。
12.进一步地，所述温度传感器的感温探头设置在直流脉冲反应室下部，且位于残渣挡板之上。
13.进一步地，还包括与进料挡板连接的进料导管的一端，所述进料导管的另一端连接原料槽。
14.进一步地，所述进料导管的末端设置有进料阀，所述进料阀连接控制系统。
15.进一步地，所述直流脉冲电场反应室还包括气体输出口，所述气体输出口与气体收集储罐连接。
16.进一步地，所述气体输出口与气体收集储罐之间设置有冷凝器。
17.进一步地，所述残渣挡板通过导管连接残渣收集槽。
18.本公开的有益效果是：
19.本公开的一种基于焦耳热的高效气化装置，将具有一定导电性的生活垃圾和煤炭原料进行气化，产生并收集高热值气体的同时也能收集到性能优异的固体碳材料，与传统气化过程相比，焦耳热气化过程更为高效快速，能量消耗更低，提高了能量利用率，实现了生活垃圾以及废物高值高效率利用的目的，也提高了生活垃圾、煤炭等碳基原料综合利用的经济和环保效益。同时由于反应温度高，升温速度极快，减少焦油的生产的同时也能收获一定量固体残渣作为碳材料以提高气化过程经济性。反应室内两端电极挤压物料以降低反应电阻，在外加电压220v
‑
380v的控制下能在几秒钟内达到1500
‑
2000℃，达到快速气化的效果。
附图说明
20.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
21.图1是本公开实施例提供的一种基于焦耳热的高效气化装置结构示意图；
22.图2为本公开实施例提供的一种基于焦耳热的高效气化装置的左视示意图；
23.其中：1、原料槽，2、原料，3、进料导管，4、进料挡板，5、进料阀，6、密封圈，7、电极，8、伸缩装置，9、残渣挡板，10、残渣收集槽，11、配重，12、固态直流继电器，13、电机，14、控制系统，15、外壳，16、反应物料，17、气体排出口，18、气体输入口，19、热电偶，20、残渣出口。
具体实施方式
24.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
25.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
28.本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
29.如图1所示，本实施例的一种基于焦耳热的高效气化装置，包括：控制系统，所述控制系统连接直流脉冲电场反应室，所述控制系统包括动态温度传感器，所述温度传感器连接有温度调节模块，所述温度调节模块通过固态继电器连接电极。所述直流脉冲电场反应室包括绝缘耐高温管道和两端的电极；所述电极连接固态继电器，所述电极外侧连接伸缩装置，所述伸缩装置在控制系统操控的电机带动下伸缩运动将反应原料压紧压实。所述固态继电器连接直流电源，为两端的电极提供220v
‑
380v电压。所述直流脉冲电场反应室还设置有进料挡板、残渣挡板，所述进料挡板和残渣挡板分别连接控制系统。
30.所述温度传感器的感温探头设置在直流脉冲反应室下部，且位于残渣挡板之上。还包括与进料挡板连接的进料导管的一端，所述进料导管的另一端连接原料槽。所述进料导管的末端设置有进料阀，所述进料阀连接控制系统。所述直流脉冲电场反应室还包括气体输出口，所述气体输出口与气体收集储罐连接。所述气体输出口与气体收集储罐之间设置有冷凝器。所述残渣挡板通过导管连接残渣收集槽。
31.所述温度传感器将采集到的温度反馈给动态温度调节模块，所述温度调节模块根据预设温度调控固态直流继电器进而通过两电极使得直流脉冲电场反应室内短时间内达到焦耳热气化预设温度所需的特定的脉冲电场；反应结束后控制装置操控残渣挡板开合将剩余固体残渣排入残渣收集槽，然后操控进料挡板和进料阀重新填料。
32.气体输出口与气体收集储罐之间设置冷凝器，所述冷凝器对所述焦耳热气化过程中生成的气体进行冷却处理，使气体中的焦油凝结成液态焦油并输出可燃气体。
33.焦耳热气化完成后的固体残渣经过瞬间高温碳化石墨化过程具有良好导电性、及吸附性等优异性能，应用面广，通过残渣挡板开合将所述残渣集中到残渣收集槽中。
34.所述焦耳热气化过程以水蒸气作为气化剂进行气化反应。
35.为了保证反应室内良好地气密性，不同部件之间设置密封圈。
36.为了保证反应原料具有一定导电性，可以在原料中掺入一定量的铁粉、石墨粉、炭黑粉。
37.为了保证生活垃圾基原料具备一定的导电性，可以通过预先低温烘焙脱氧过程一
提高后续气化效率。
38.为了防止直流脉冲电场反应室内部件与原料气化反应后发生胶粘，可以在反应室内增设刮刀将结焦刮下。
39.作为一种实施方式，
40.该装置分为进料系统、直流脉冲电场反应室、固体残渣收集系统和中心控制系统；
41.进料系统包括原料槽1、进料导管3、进料挡板4、进料阀5。将生活垃圾或是煤炭粉碎后得到粉末掺杂炭黑粉、铁粉或是石墨粉以提高后续焦耳热气化过程中的导电性，混合均匀后可以当作原料2，盛放到原料槽1中，后原料通过进料导管3进入后续焦耳热气化反应室中，在进料导管3上设置进料挡板4对进料量进行控制，在进料导管3的末端设置进料阀5以保证后续焦耳热气化反应室内具有较高的气密性；
42.所述的焦耳热气化反应室包括密封圈6、电极7、伸缩装置8、残渣挡板9、电机13、气体排出口17，气体输入口18。原料2通过进料导管3依照预设进料量落到闭合状态的残渣挡板9上，随后进料阀5关闭，电机13驱动伸缩装置8向内压缩，将原料2紧紧压缩以减少电阻值，气体输入口18和气体排出口17开启，气化剂以预设流速从气体输入口18进入焦耳热气化反应室，同时两电极通入预设直流电形成脉冲电场，在数秒内反应原料16升温至预设反应温度，完成气化反应，生成高热值气体通过气体排出口17排出反应室，后续进入气体储罐或其他气体收集装置。反应完成后控制室操控残渣挡板9开启，固体残渣被回收，然后残渣挡板再次闭合，进料挡板4和进料阀依次开合，完成再此进料。如此反复，在反应室内焦耳热气化过程出了气体排除口17和气体输入口18外要保证一定密封，所以需要密封圈6填塞；
43.所述的固体残渣收集系统包括残渣挡板9、残渣收集槽10和残渣出口20。焦耳热气化反应完成后，残渣挡板9开合将固体残渣投入残渣收集槽10中，定期从残渣出口20中收集并清理固体残渣，所以性能优异的碳材料副产品；
44.所述的中心控制系统主要包含对进料挡板4、进料阀5、电机13、固态直流继电器12、残渣挡板9的调控以及根据热电偶19检测反应温度和集成控制中心14。进料挡板4主要用于控制进料量，进料阀5的开合可以有效保证反应室内的密封性，电机13主要控制伸缩装置8，以保证两电极紧密压缩降级原料电阻，固态直流继电器12控制两电极之间的电压和连通与否，根据热电偶19所测得的温度结果根据预设温度控制释放电压的大小，残渣挡板10主要是将固体残渣卸掉以保证反应室内空间充裕，足够下一次进料。
45.本实用新型依据焦耳热加热速度快，能量利用率高等优势应用于生活垃圾、煤炭等碳基原料气化领域上来进行高效高质量生产，缩短了生成链条，简化了工艺流程，解决了传统气化过程因反应能耗高，能量投递效率不高，对反应物的粒径有要求高以及缺少对固相残渣的处理与资源化手段等不足，实现了以来源广泛的生活垃圾清洁环保气化的同时也提高气化过程的经济型和可持续性，运行成本大幅降低，同时大大提高了气化效率。
46.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。