1.本实用新型涉及生物质处理领域，尤其涉及分布式热等离子体炬的生物质连续高效热裂解气化装置。


背景技术：

2.生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源及唯一的可再生碳源。发展生物质能是应对全球气候变化、能源短缺和环境污染最有潜力的方向之一。生物质能作为一种清洁能源，在使用过程中几乎没有任何污染物产生。目前全球能源消耗量中大约有14％来自生物质能，本世纪中叶，预计生物质替代燃料的新技术产量将占世界能源总量的40％以上。而能源结构向绿色低碳转型正是我国能源革命的核心。与其他新能源相比，生物质能技术研发起步较早，部分技术相对成熟，且生物质能的碳源来自自然界，在全生命周期内呈碳中性(生物质燃料在生产过程中要消耗co2，从而抵消其燃烧过程中产生的co2)，能有效改善传统化石能源使用过程中所带来的碳排放问题，因此发展生物质能成为这场能源革命最有潜力的方向之一。
3.目前，世界上技术较为成熟、实现规模化开发利用的生物质能利用方式主要包括生物质发电、生物液体燃料、沼气和生物质成型燃料等。生物质能利用的转化技术主要包括：直接燃烧技术、致密成型技术、气化技术、裂解、植物油酯化技术、城市垃圾填埋气发电和供热、生物质发酵乙醇技术、炭化技术、沼气发电技术等。在各种生物质能利用技术与方法中，生物质能燃气化综合利用被业界广泛认为具有很大的发展潜力与良好前景。生物质气化技术根据气化炉的不同主要分为固定床气化技术和流化床气化技术。生物质气化热解的条件如原料种类、升温速率、热解温度、停留时间、原料水分、粒径、催化热解等都不同程度影响热解产物的产率和组成。在传统热解气化炉中，300～400℃时热解反应最为剧烈，解析出焦油、co2、co、ch4、h2等大量的气体。其中的焦油是传统热解技术的主要问题之一，具有强烈的腐蚀性，所含能量占气化气总能量的5％～15％，如果直接排放焦油，这部分能量就会被浪费，同时会造成环境的污染。
4.国内外专家学者对生物质气化领域的合成燃气的热值偏低和焦油的含量偏高两大难点做了大量的研究，并取得了一定的成果，但是所取得的成果要么就是不足以从根本上解决问题，要么就是以牺牲成本为代价。现有生物质气化技术普遍存在预处理成本较高，气化所得的生物质燃气热值偏低、燃气中焦油含量较高以及气化热效率偏低等不足。
5.因此，开发生物质能高品质燃气化利用新技术已成为生物质气化领域的研究热点。只有寻找新的生物质气化方法，才能从根本上解决生物质气化领域所面临的难题，才能促进生物质气化技术的进步。
6.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种分布式热等离子体炬的生物质
连续高效热裂解气化装置，该生物质连续高效热裂解气化装置通过将预热室以及气化室配合使用，实现对整个气化过程进行分步操作，不仅降低了能耗，也降低了对生物质原料的要求，气化后所得到的生物质燃气热值高，气化热效率显著提高，并且生物质原料只需要简单晾晒就可以采用本实用新型的装置进行气化裂解，方便了整个操作过程同时也充分降低了成本，具有广泛的应用价值。
8.本实用新型提供的分布式热等离子体炬的生物质连续高效热裂解气化装置，包括：若干预热室以及气化室，生物质通过在所述预热室中干燥、部分热解气化后进入所述气化室进行气化；
9.所述预热室以及所述气化室的内壁上均排布有多个热等离子体炬，所述热等离子体炬的焰心温度在3000℃以上。
10.热等离子体由于其高温、高活性物种的特点，国内外实验研究及工业中试实验虽然所用的等离子体发生器和反应装置不尽相同，裂解的原料来源非常广泛，得到的结果也有所差别，但都证明了热等离子体是一种有效的转化手段。如果在热等离子体应用的工艺与结构上实现创新突破，热等离子体裂解技术在生物质能利用领域将具有非常好的工业化应用前景。
11.现有技术中，也有采用热等离子体对生物质处理的相关技术，但是其热等离子体炬一般在5000℃以上的温度，能耗高，且不能实时调整处理温度，造成能源极大的浪费。并且，现有技术中生物质气化利用的难点还在于：在进行气化处理之前需要对生物质进行一定的预处理如筛分、烘干、粉碎、造粒等过程，因为如果粒径过大或者含水量过高不能保证整个气化过程能够充分的进行，可能会有部分生物质气化原料浪费，但是这样一来造成气化利用成本较高。
12.本实用新型为了切实解决以上技术问题，提供了一种分布式热等离子体炬生物质连续高效热裂解气化装置，由于其分布式的操作，其规避了其他气化系统对生物质原料进料的苛刻要求，本装置进料所选生物质含水量在40％及以下，切段2～3cm，无需造粒，只需简单筛分超出长度或直径的杂物，而收运过程中混入2～3cm长度或等长度为直径的固体物(如土壤、小石子、玻璃、铁块)等其他混杂物(如废旧塑料制品)对本装置不产生影响，这为实际产业化应用创造了较好的先决条件，将为我国生物质能(包括秸秆)利用提供一种新的技术路径选择，并为我国节能减排、应对气候变化做出应有的技术贡献。通过将气化室与预热室进行很好的结合，使生物质高效裂解气化，从而解决目前一些气化技术所产生焦油含量较高、气化效率偏低等不足的问题。
13.本实用新型的装置之所以生物质原料含水量40％也对整个气化过程不影响，是因为进来的生物质原料先在预热室内干燥以及对生物质原料部分热解气化，一般预热室的温度控制在600
‑
800℃之间，在这个温度条件下既可以使生物质原料充分干燥，还能使生物质部分裂解气化和碳化，经过预热后的焦油等物质还可以去往下级气化室进行进一步的气化，一般气化室的温度控制在 1500℃以上，落入该室的碳化物、焦油等在数秒内热解气化成为可燃气/木煤气，节能、高效，是现有技术中无法做到的。整个操作过程能耗低，且对原料要求低，所得到的生物质燃气热值高、燃气中焦油含量低，具有较强的应用效果。
14.从热等离子体气化技术化学原理上分析，l500
‑
2500℃的反应温度即可解决传统热解气化技术的焦油问题，并可提供更为成分单一、结构简单的燃料气体 (主要为co和
h2)，该反应温度远低于现有部分研究机构或企业的热等离子体炬产生的5000℃以上温度，这势必会造成能量的浪费，从而使热等离子体生物质气化技术难以实现大规模产业化应用。预热室(预热干化、初步裂解)温度保持在600
‑
800℃，气化室温度保持在l500
‑
2500℃(裂解)反应温度，使生物质(秸秆)充分分解转化产生木煤气。该设计不仅可以很好地随机调控热等离子体炬阵列，保障预热室、气化室的温度稳定，而且还可以有效延长热等离子体炬的寿命。
15.本实用新型的装置中，预热室以及气化室内均排布有多个热等离子体炬的焰心温度在3000℃以上，使用寿命超过3000小时，通过多个热等离子体炬的排列可以在预热室以及气化室内形成均匀的热场。
16.优选地，作为进一步可实施的方案，所述预热室以及所述气化室的个数均为一个，所述预热室以及所述气化室沿竖直方向排列且中轴线重合，所述气化室、所述预热室的外部包裹有陶瓷纤维保温层。
17.相对来说，比较优选的方案就是预热室以及所述气化室的个数均为一个，因为如果设置多个的情况下其能耗也会相应的提高，均为一个的情况下其已经可以满足实际的工况，满足了生物质气化的要求。预热室以及气化室沿竖直方向对齐排列，这样可以更加保证物料流通更加均匀。
18.对于等离子体炬的排布，预热室与气化室的四周内壁面均可以设置等离子体炬，为了达到控温的效果以及保证等离子体炬的寿命，可以在使用时调换开启不同部位的热等离子体炬。更优地，预热室的顶面为平面或斜面，所述热等离子体炬沿竖直方向依次均匀排列在所述顶面。因为生物质原料从顶部偏下侧面进入，这样在顶面设置热等离子体炬可以更好地对生物质原料进行预热干燥，因此最优的设置位置是在顶面，当然顶面本身可以是平面也可以是斜面，最优地方式是顶面为斜面，这样在落料的过程中能够更加保证预热室内部的生物质均能被均匀的干燥预热，生物质可以充分与热等离子体炬发生接触，同时有利于所产生的少量焦油不易被附着。
19.优选地，作为进一步可实施的方案，所述预热室以及所述气化室之间设置有物料通道，所述气化室内的热等离子体炬倾斜排列以用于对从所述物料通道出来的物料第一时间气化。气化室的顶面本身可以是平面也可以是斜面，最优地方式是顶面为斜面，同时热等离子体炬倾斜排列于气化室的顶面上，这样提高了物料与热等离子体炬之间的接触，裂解气化更加完全。
20.优选地，作为进一步可实施的方案，还包括生物质料仓以及螺旋进料器，所述螺旋进料器与所述预热室的外侧壁连接以用于将生物质料仓中的生物质输送进所述预热室中。
21.优选地，作为进一步可实施的方案，在所述预热室以及所述气化室的侧壁上部均设置有气化产物排出管道，所述气化产物排出管道上设置有气液分离器，所述气液分离器连接储油罐以将气液分离的焦油进行储存。
22.优选地，作为进一步可实施的方案，所述物料通道侧壁连接有进油管路，所述进油管路连接有所述储油罐，所述进油管路上设置有油泵以用于将所述储油罐的焦油重新注入所述气化室。
23.优选地，作为进一步可实施的方案，在所述气化室的底部设置有螺旋输送机，所述螺旋输送机的底部设置有集灰渣箱。从气化室底部出来的灰渣通过螺旋输送机送入集灰渣
箱中。
24.优选地，作为进一步可实施的方案，还包括plc控制系统，所述plc控制系统用于控制所述预热室以及所述气化室的工作状态。
25.通过plc智能化调节工作气体、热等离子体炬阵列、阀门等，调控气化室以及预热室内内含氧量(空燃比)和含水量(包括物料本身含水率、氧化反应生成水量)。
26.与现有技术相比，本实用新型的技术效果在于：
27.本实用新型的分布式热等离子体炬生物质高效热裂解气化装置可实现连续生产可燃气/木煤气(主要成分ch4、co和h2等)，能耗低，对原料要求低，可实现实时控温，为我国生物质能(包括秸秆)利用提供一种新的技术路径选择，并为我国节能减排、应对气候变化做出应有的技术贡献。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
29.图1为本实用新型实施例的生物质连续高效热裂解气化装置的结构示意图；
30.图2为本实用新型另一实施例的生物质连续高效热裂解气化装置的结构示意图。
31.附图说明：
[0032]1‑
生物质料仓；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
螺旋进料器；
[0033]3‑
预热室；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
陶瓷纤维保温层；
[0034]5‑
阀门；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ6‑
热等离子体炬；
[0035]7‑
气化室；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
螺旋输送机；
[0036]9‑
物料通道；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
气化产物排出管道；
[0037]
11
‑
气液分离器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
‑
储油罐；
[0038]
13
‑
油泵；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14
‑
进油管路；
[0039]
15
‑
集灰渣箱。
具体实施方式
[0040]
下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0041]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第
一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0043]
为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
[0044]
实施例
[0045]
如图1
‑
图2所示，本实用新型的分布式热等离子体炬的生物质连续高效热裂解气化装置包括：若干预热室3以及气化室7，较优地为一个预热室3以及一个气化室7，为了提高保温性，在预热室3以及气化室7的外部包裹有陶瓷纤维保温层4。预热室3以及气化室7的内壁上均排布有多个热等离子体炬6，热等离子体炬6的工作气体为氮气(n2)；气化室7内的热等离子体炬6合理布局保障该气化室7工作温度在600
‑
800℃之间，储存在生物质料仓1的生物质通过螺旋进料器2向预热室3投入的不同含水量的生物质，然后在预热室3 内实现快速干燥以及部分热解气化。
[0046]
气化室7内通过热等离子体炬6将温度控制在1500
‑
2500℃的高温，将从预热室3底端阀门5通过物料通道9落入该室的碳化物、焦油等瞬间裂解气化，不仅使来自生物质原料的焦油转化为气体产品，大大降低焦油的含量，并使碳化物进一步气化，大大增加气化效率。
[0047]
气化室7以及预热室3沿竖直方向排列且中轴线重合，中间依靠竖直设置的物料通道9相通，气化室7以及预热室3内部设置的热等离子体炬6焰心温度均在3000℃以上，预热室3的顶面为平面或斜面，平面的方式参照图1，斜面的方式参照图2，热等离子体炬6沿竖直方向依次均匀排列在顶面。气化室 7内顶面为斜面，热等离子体炬6倾斜排列以用于对从物料通道9出来的物料第一时间气化，优选地热等离子体炬倾斜排列在气化室7的顶面。
[0048]
本实用新型的预热室3以及气化室7的侧壁上均设置有气化产物排出管道 10，物料通道9侧壁连接有进油管路14，进油管路14连接有储油罐12，气化产物排出管道10用于可燃气/木煤气输出，且加装了气液分离器11，分离后的少量焦油等输入储油罐12，进油管路14上设置有油泵13以用于将储油罐12 的焦油重新注入气化室7。
[0049]
气化室7底部的灰渣通过螺旋输送机8输送到集灰渣箱15中进行后续收集处理。
[0050]
本实用新型的生物质连续高效热裂解气化装置在plc控制下实现进料、热等离子体炬6阵列分布式气化、阀门5、气液分离器11、可燃气/木煤气、排放热解残余物(灰渣)等过程全自控与工况稳定。
[0051]
最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。