一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化装置和方法与流程

1.本发明涉及可燃固废热处理领域，具体涉及一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化装置和方法。


背景技术：

2.城市生活垃圾、一般工业固废、农林废弃物和市政污泥等可燃固废是储量巨大的“矿产资源”，具有较高的资源化和能源化利用价值。热解气化技术可将可燃固废转化成高品质生物质可燃气，有效减少化石能源的消耗和环境二次污染。但由于我国可燃固废具有高含水率、组分复杂和尺度不均等特点，热解气化过程中常存在炉内温度场分布不均等问题，造成热解气化反应过程中出现炉内温度忽高忽低，出现气化过程不连续和气化反应不完全等现象，导致气化效率较低和能量损失严重，气化气利用率低，影响热解气化反应整体效果。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决上述问题，并提供一套可提升热转化效率、减少炉内热量浪费、具备自我控温能力、仅依靠原料自身能量实现热解气化过程、经合理设计改善了炉内温度场分布的蓄热式热解气化装置和方法，达到提高能量综合利用率和热解气化效率的目的。
4.为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
5.一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化装置，包括热解气化炉、蓄热系统和供风系统；
6.热解气化炉形制为上吸式，从炉顶部至炉底部分为干燥区、热解区、还原区及氧化区，原料由顶部进入，气化剂由底部通入，产品气由顶部一侧的燃气出口排出，热解气化产生的灰渣及未燃尽物质由底部炉排排出；
7.蓄热系统包括位于热解气化炉下部的环形蓄热腔室，环形蓄热腔室内填充有蓄热材料，通过蓄热材料吸、放热过程调控热解气化炉温度；
8.供风系统包括鼓风机和设置在环形蓄热腔室的供风盘管，鼓风机的送风路径分为两条，一条经供风盘管与热解气化炉空气入口相连，通过供风盘管与蓄热材料的热交换，吸收蓄热材料多余热量，提高入炉空气温度；另一条不经过供风盘管而直接与热解气化炉空气入口相连，在炉温过高时启动此路径，通入未预热的冷空气来降低炉温。
9.进一步地，所述蓄热系统还包括温度计和蓄热材料进出管道；热解气化炉启动前或工作结束后，蓄热材料通过管道进行更换与填充，温度计用于监测环形蓄热腔室内蓄热材料的温度。
10.进一步地，所述供风系统还包括出风管、支管、风量调节阀一、风量调节阀二和进风管；
11.鼓风机出口经出风管与供风盘管进口相连，供风盘管出口经进风管与热解气化炉
空气入口相连；支管位于热解气化炉外部，并以与供风盘管并联的方式连接在出风管和进风管之间，风量调节阀一设置在支管与供风盘管之间的出风管上，风量调节阀二设置在支管上。
12.进一步地，所述热解气化炉包括上料斗、燃气出口、炉篦、灰室、温度计和压力计；
13.上料斗设置于炉体顶端，燃气出口设置于炉体顶部左侧，炉篦设置于炉体下方，灰室位于炉体底部，温度计和压力计设置于炉膛内，用来监测炉内温度和压力。
14.进一步地，所述热解气化炉还包括与灰室相连的螺旋排渣输送装置，用于将灰渣连续自动排出。
15.进一步地，所述热解气化炉膛壁采用耐火砖砌成，以保护气化炉壳体并使炉内形成高温反应空间。
16.进一步地，所述热解气化炉外表面敷设有保温棉，以减少气化炉热损失。
17.进一步地，所述保温棉的材质为硅酸铝纤维。
18.进一步地，所述蓄热材料为三元无机盐kno
3-nano
2-nano3、li2co
3-k2co
3-na2co3、mgcl
2-nacl-kcl中的一种或几种，或是具有蓄热能力的钢球。
19.一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化方法，采用上述的稳定气化装置实现：气化炉启动之前将蓄热材料填充至环形蓄热腔室内，在启动过程中控制蓄热材料吸收炉内高温而使其温度不断升温、初步蓄热；处于工作状态时，当炉内温度过高，蓄热材料吸收炉内多余热量，并向炉内通入未经预热的气化剂，达到炉内降温与蓄热材料升温的目的；当炉内温度过低，蓄热材料向炉内放热，同时供风盘管通入气化剂、对其进行预热并最终将经预热的高温气化剂通入炉膛，实现升高炉温的目标。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
21.1.本发明通过控制蓄热材料的吸放热过程调控气化炉内温度，实现了炉内温度的自我反馈与调节，解决了热解气化炉内温度不稳定与响应不及时的问题。
22.2.本发明气化炉的主体部分采用上吸式设计，由原料中的固定碳在炉底部氧化区燃烧为整个热解气化过程提供热量，利用蓄热材料储存燃烧产生的多余热量以作为持续反应的热源，无需外部热源，节省了能量，提高了热效率。
23.3.本发明通过在环形蓄热腔室内设置供风盘管，将蓄热系统与空气预热系统进行耦合，实现热量从气化炉——蓄热系统——空气预热系统的传递过程，解决气化过程中热量损失等问题。
24.4.本发明通过利用多种蓄热材料储热来实现可燃固废连续稳定的热解气化，产生可燃气品质高，具备燃气转化率高和产气容易等特点。
附图说明
25.图1为根据本发明的一实施例提供的稳定气化装置示意图；
26.附图标记说明：1-上料斗；2-炉膛；3-燃气出口；4-喉口；5-保温层；6-炉篦；7-灰室；8-螺旋排渣输送装置；9-环形蓄热腔室；10-蓄热材料进口管道；11-蓄热材料出口管道；12-蓄热材料；13-鼓风机；14-出风管；15-供风盘管；16-支管；17-进风管；18-风量调节阀一；19-风量调节阀二。
具体实施方式
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
28.实施例：
29.如图1所示，一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化装置，主要包括热解气化炉、蓄热系统、供风系统和自动排渣系统。
30.热解气化炉形制为上吸式，从炉顶部至炉底部可大致分为干燥区、热解区、还原区、及氧化区，原料由顶部进入，气化剂由底部通入，产品气由顶部一侧的燃气出口排出，热解气化产生的灰渣等未燃尽物质由底部炉排排出。
31.具体的，热解气化炉和自动排渣系统包括上料斗1、炉膛2、燃气出口3、喉口4、温度计、压力计、保温层5、炉篦6、灰室7和螺旋排渣输送装置8。炉膛2采用耐火砖砌成，以保护气化炉壳体和炉内形成高温反应空间，气化炉外表面敷设有保温棉制成的保温层5，保温棉的材质为硅酸铝纤维，主要减少气化炉热损失。
32.上料斗1置于炉体顶端，燃气出口3置于炉膛2顶部左侧，喉口4置于炉膛2下部，温度计和压力计置于炉膛2的氧化还原区位置，用来监测炉内温度和压力，并配合蓄热材料的温度计监测，共同控制蓄热材料蓄热。炉篦6位于喉口4下方，灰室7位于炉体底部。可燃固废经上料斗1进入炉内进行热解气化反应，可燃气从炉膛2顶部左侧的燃气出口3排出，产生的气化灰渣经炉篦6进入灰室7，最终经螺旋排渣输送装置8将灰渣连续排出。
33.蓄热系包括位于热解气化炉喉口4处的环形蓄热腔室9，环形蓄热腔室9上下两端分别连接蓄热材料进口管道10和蓄热材料出口管道11，环形蓄热腔室9内填充有蓄热材料12，环形蓄热腔室9还设置有温度计，用于监测蓄热材料的温度。
34.蓄热材料可采用三元无机盐类熔融盐，具体的，可采用三元无机盐kno
3-nano
2-nano3、li2co
3-k2co
3-na2co3、mgcl
2-nacl-kcl中的一种或几种；可采用具有蓄热能力的钢球，还可采用现有其他形式的蓄热材料。环形蓄热腔室9采用蜂窝状或网格状结构，可增强蓄热材料的流动性、传导热能力和蓄热能力。蓄热材料通过蓄放热，实现气化炉温稳定控制在300-800℃范围内，提升气化炉的气化热效率。
35.供风系统包括鼓风机13、出风管14、供风盘管15、支管16、进风管17、风量调节阀一18和风量调节阀二19。供风盘管15设置在环形蓄热腔室9内，鼓风机13出口经出风管14与供风盘管15进口相连，供风盘管15出口经进风管17与炉篦6的空气入口相连；支管16位于热解气化炉，连接在出风管14和进风管17之间，与供风盘管15并联构成环形回路，风量调节阀一18设置在支管16与供风盘管15之间的出风管14上，风量调节阀二19设置在支管16上，通过风量调节阀一18、风量调节阀二19可控制进入供风盘管15的空气量。
36.鼓风机13用于给气化焚烧过程供风，其中一部分冷空气进入供风盘管15与蓄热材料进行热交换，吸收气化炉内多余热量，加热后的热空气再与支管16中的另一部冷空气汇合进入进风管17，经炉篦6的灰渣再次加热送至炉膛2内，用于可燃固废的气化燃烧。
37.本实施例的一种利用蓄热技术实现储能、自供热的稳定气化方法如下：
38.蓄热系统的环形蓄热腔室9内设置供风盘管15，蓄热材料填充至环形蓄热腔室9内。
39.当气化炉内温度过高，在满足气化供热条件下，对于暂时不用的热，通过热辐射等
方式与蓄热材料发生热交换，将吸收的热量储存起来。
40.当蓄热完毕后，本装置的蓄热系统成为热源，等到下次气化炉启路和工作过程中温度变低时，蓄热材料同样以热辐射等方式将所储存的热量传递给气化炉膛，实现能量的释放，同时供风盘管通入冷空气吸收蓄热材料热量，将经过预热的空气通入炉中以提高炉温。
41.在蓄热过程中，随着蓄热材料吸收储存的热量不断增加，环形蓄热腔室9内的温度也随之升高，设置在环形蓄热腔室9内的温度计和供风盘管15能够保证温度不会因为过高而损坏蓄热系统。
42.本实施例的稳定气化装置的具体工作过程如下：
43.步骤一：可燃固废由上料斗1向热解气化炉内添加，此时关闭或调小通往环形蓄热腔室9的供风盘管15的风量调节阀一18，并调大通往支管16的风量调节阀二19，可燃固废在炉内进行热解气化。
44.步骤二：随着可燃固废在炉内深度裂解，气化炉内温度随之升高，当炉内温度过高时，蓄热材料吸收气化炉内多余热量，将热量储存；当温度过低时，调节风量调节阀一18，增大通往供风盘管15的风量，控制蓄热材料的吸、放热过程，调节炉内温度的同时，提高入炉空气温度。如此反复，利用蓄热材料的蓄热反应和控制蓄热材料状态的供风盘管15的风量，可将热解气化炉内的温度稳定控制在300-800℃之间，从而解决现有的热解气化炉存在的炉膛温度分布不均、气化温度不稳定导致气化不完全等问题，进而有利于提高气化炉气化效率，提升可燃固废资源化、能源化利用率。
45.步骤三：可燃固废在炉内热解气化过程中，空气作为气化剂经鼓风机13鼓入环形供风管道，部分空气流经换热经盘15吸收热解气化炉内多余热量，被加热后的空气最终与支管16中的冷空气一起汇聚进风管17，经灰渣再次加热送至热解气化炉膛内作气化剂，用于可燃固废的气化燃烧，减少能量浪费，提高可燃固废热解气化效率和燃气品质；产生的炉渣由经最下方的炉篦6排落至灰室7中，最终经螺旋排渣输送装置8将灰渣连续排出；而产生的生物质燃气则从气化炉顶左侧燃气出口3排出。
46.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。