[实用新型]一种外热型微波等离子气化炉

说明书

技术领域

本实用新型主要针对采用生物质、固废垃圾为原料的气化工艺领域，具体来说是一种利用外部能源为微波等离子气化来提供热能，达到高效利用生物质燃料、固废垃圾来制取高品质合成气的气化装置。

背景技术

随着作为主要能源来源的常规优质化石燃料却迅速地减少，人类对低热值燃料利用的关注将日益增加，如生物质燃料、煤泥、城市固废等，尤其是生物质燃料，因为它是植物通过光合作用生成的有机物，它的最初来源是太阳能，同时是可再生的、且来源丰富、广泛。

目前，在生物质能源的多种转化利用方式中，利用生物质来制取合成气是一种最高效、最多元化的利用方式，同时如何高效获取高品质合成气也一直是工业化利用的难题。

常规生物质固定床气化工艺具有结构简单、操作灵活、固体燃料在床层上停留时间长、裂解率高等特点，特别是固定床对燃料只需简单破碎，粒度均匀即可，适合生物质燃料的工业化利用，但是同时也存在着气化温度低，温度分布不均匀，焦油含量大，合成气有效成份含量低、效率低等难题，制约了其在生物质燃料气化工艺中的应用。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种制取高品质合成气外热型生物质气化炉，解决上述生物质制取合成气中存在的一系列问题，为生物质燃料制取合成气提供一种经济、高效的工业利用装置。

本实用新型要解决的上述技术问题，其基本流程如下：

一种外热型微波等离子气化炉，主要包括竖直设置的气化炉本体、与本体连通且位于气化炉本体中段的给料装置、位于净空区的上层蒸汽喷口、位于床层区的下层二氧化碳/蒸汽喷口、气化炉本体顶部的合成气出口以及出口上设置的监测单元、以及位于净空区且处于上层蒸汽喷口上端的微波等离子发生器；微波等离子发生器布置1～2层，每层均匀布置3～4个等离子工作气体接入点，等离子气流采用径向或切向喷入气化炉净空区中；其特征在于：还设置有利用外部热源进行加热的外热装置，所述外热装置与气化炉本体设为一体或者与气化炉本体分离设置；外热装置设置用于排出灰渣的渣口。

气化炉本体的底端设置循环床料出口、顶端设置循环床料入口；或者循环床料出口和入口设置在气化炉本体的侧部；循环床料出口和入口之间设置与气化炉本体分离的外热装置，使得循环床料物质能够从出口经过外热装置再经过入口进入气化炉本体进行多次循环；所述外热装置的热源为微波加热、高温微波等离子体、激光、电弧等离子体、太阳能聚光光能中的一种或多种。

所述外热装置设于气化炉本体底部与气化炉合为一体；所述外热装置的热源为微波、高温微波等离子体、激光、电弧等离子体、太阳能聚光光能、及CFB锅炉的高温床料中的一种或多种。

微波等离子发生器采用电极间距大、等离子体活性强、体积范围广的等离子发生器；微波等离子发生器微波功率源主频2.45GHz，单台功率约200kW以内。

采用上述气化炉的合成气生产方法，利用外部能源作为生物质气化工艺的热源来实现生物质燃料气化，其特征在于主要包括如下步骤：

1)生物质燃料、垃圾等物料通过给料装置送入气化炉本体内，在高温床层上快速气化，进行复杂高效的热解反应；主要生成一氧化碳、氢气、二氧化碳，及少量甲烷，焦油等的高温合成气；

2)高温合成气上行至气化炉净空区，在微波等离子发生器产生的富含活性的、电离度高的、处于非平衡态的高温等离子体氧化剂的作用下迅速进行裂解反应，同时上层喷口喷入蒸汽，控制净空反应区温度1000℃～1200℃；控制控制等离子气体速度保证合成气在净空区等离子体范围内停留时间3～10秒，增加扰流，强化流场内传热与传质；生成合成气成品由气化炉合成气出口引至后续工艺。

3)床层上剩余部分固定碳残存在床料物质中，通过下层喷口喷入高温CO₂/高温蒸汽气体，进行氧化还原反应，消耗部分固定碳；

4)最后，剩余少部分未完全反应残炭及残渣与床料物质通过循环床料出口一起输送至外热装置中，在外热装置中实现残炭的燃烧、床料加热及床料与渣的分离，分离后的灰渣由外热装置设置的渣口排出；

5)分离后的床料被输送至循环床料入口并进入气化炉中，与高温烟气逆流换热，继续下行当接触到床层上燃料物质时放热，温度降低至床层反应区温度600℃～1000℃；降温后的床料物质随即再次送入加热装置中，如此循环多次；循环床料出口温度大约在750℃～1200℃范围内；加热后的高温床料温度高于床层反应区的温度；