一种生物质的气化方法及生物质气化炉 【技术领域】
本发明涉及生物质能源转化应用技术领域，尤其涉及一种生物质的气化方法及生物质气化炉。
背景技术
作为农业大国，我国的农作物秸秆产量丰富。由于煤、液化气等能源取代秸秆作为日常燃料，而且收集、翻晒秸秆费时费力，因此，大量秸秆直接在田间被焚烧以增强土壤的肥力。但是，秸秆的直接焚烧会造成浓烟弥漫、尘埃悬浮，严重污染大气环境，能见度降低，导致交通事故增加，尤其是潮湿的秸秆不完全燃烧时会产生NOx、SO2、CH4等物质，使大气质量恶化，诱发呼吸道、肺部和眼部疾病，影响人类健康。
农作物秸秆、树枝、杂草干果壳以及木屑等物质为有机体，含有生物能，可以转化为其他能量获得进一步利用，因此将生物质能源转化应用成为研究热点之一。现有技术已经公开了多种生物质能源利用的方法，较为常用的是通过气化使生物质转化为可燃气体作为能源应用。现有的生物质气化方法主要是使生物质的高分子在缺氧的环境中燃烧得到氢气等可燃气体。但是，由于生物质的木质素中含有焦油，生物质燃烧后生成的可燃气体中焦油的含量也较高，导致生成的可燃气体有异味，使用时污染环境，也不利于输送和储存。现有技术中通常通过使焦油裂解除去可燃气体中的焦油，但是焦油裂解需要较高的温度，增加了处理成本。
现有技术中通过生物质气化炉使生物质不完全燃烧得到可燃气体，传统的生物质气化炉包括干燥层、热解层、还原层、氧化层、灰层等部分构成的炉体和炉盖等部分，使生物质在炉体内燃烧得到可燃气体。传统的生物质气化炉通过增加气体流迂回的流道，延长气体在炉内的停留时间使更多焦油裂解，但由于气流流速相对较快，只有少量焦油能够发生裂解，最后得到的可燃气体中焦油含量依然较高。
【发明内容】
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种生物质的气化方法及生物质气化炉，通过本发明提供的生物质气化方法及生物质气化炉，生物质转化为可燃气体，降低了可燃气体中焦油的含量，提高了可燃气体的质量。
本发明提供了一种生物质的气化方法，包括：
将海盐和石灰石混入生物质中，得到混合物料；
将所述混合物料在缺氧状态下燃烧，得到混合气体；
以石灰石和海盐为催化剂，将所述混合气体加热至850℃-950℃，得到可燃气。
优选的，所述生物质、海盐和石灰石的质量比为500∶1∶2。
优选的，所述海盐包括：
70wt％-80wt％的NaCl；
5wt％-10wt％的MgCl2；
5wt％-10wt％的MgCO3；
2wt％-5wt％的MgSO4；
余量为杂质。
优选的，所述石灰石包括：
40wt％-60wt％的CaO；
1wt％-5wt％的MgO；
0.05wt％-0.5wt％的Na2O；
余量为杂质。
与现有技术相比，本发明在生物质中混入海盐和石灰石，使所述生物质在缺氧状态下燃烧，得到混合气体，然后以石灰石和海盐为催化剂，继续加热混合气体，得到可燃气。本发明通过缺氧燃烧和继续加热使生物质及其中的焦油进行两次裂解，提高了气化率，降低了可燃气体中焦油的含量，提高了可燃气的质量。同时，以海盐和石灰石作为催化剂，促进了氢气等可燃气体的生成，也降低了生物质气化的温度，降低了成本。
本发明还提供了一种生物质气化炉，包括炉体和炉盖，所述炉体包括：
进料口；
与所述进料口相通的、位于进料口下方的干燥室，所述干燥室上部设置有第一气体出口；
与所述干燥室相通的、位于干燥室下部的氧化室；
与所述氧化室相通的、位于氧化室下部的燃烧室；
位于炉体下部、与所述燃烧室相通的助燃气体入口；
位于燃烧室外侧的二次裂解室，所述二次裂解室的内壁为所述燃烧室的外壁，所述二次裂解室设置有气体进口和第二气体出口，所述气体进口通过循环管路与第一气体出口相连；
位于炉体底部的出灰口。
优选的，所述二次裂解室内部填充含有海盐和石灰石的过滤网。
优选的，所述气化炉还包括气体净化装置，所述气体净化装置的气体进口与所述二次裂解室的第二气体出口相连。
优选的，所述气体净化装置内部填充秸秆粉末。
优选的，所述气化炉还包括气体浓度传感器，所述气体浓度传感器与所述气体净化装置地气体出口相连。
优选的，所述气化炉还包括三通阀，所述三通阀的第一端与所述气体浓度传感器相连，所述三通阀的第二端与大气相通，所述三通阀的第三端与燃具相连。
与现有技术相比，本发明提供的生物质气化炉在燃烧室外侧增加了夹层作为二次裂解室，二次裂解室的内壁即为燃烧室的外壁，生物质在燃烧室经过裂解后得到混合气体，所述混合气体进入二次裂解室利用燃烧室的热量进一步裂解得到可燃气体。生物质在本发明提供的生物质气化炉中进行两次裂解，得到的可燃气体中焦油的含量较低，提高了可燃气的质量。同时，生物质在进行二次裂解时，热量由燃烧室提供，无需额外热源，降低了成本。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的生物质气化炉的结构图。
【具体实施方式】
本发明提供了一种生物质的气化方法，包括：
将海盐和石灰石混入生物质中，得到混合物料；
将所述混合物料在缺氧状态下燃烧，得到混合气体；
以石灰石和海盐为催化剂，将所述混合气体加热至850℃-950℃，得到可燃气。
本发明以生物质为原料，以石灰石和海盐为催化剂，在缺氧状态下发生裂解得到可燃气体。
按照本发明，首先将海盐和石灰石混入生物质中，得到混合物料。本发明对所述生物质没有特殊限制，包括但不限于农作物秸秆、树枝、杂草干果壳、木屑以及制药厂、制糖厂的残渣等。本发明优选将所述生物质加工为长度小于20cm的生物质。本发明对所述海盐没有特殊限制，优选包括以下成分：70wt％-80wt％的NaCl；5wt％-10wt％的MgCl；5wt％-10wt％的MgCO3；2wt％-5wt％的MgSO4和杂质。本发明对所述海盐的来源没有特殊限制，优选为从市场上购得。本发明对所述石灰石没有特殊限制，优选包括以下成分：40wt％-60wt％的CaO；1wt％-5wt％的MgO；0.05wt％-0.5wt％的Na2O和杂质。本发明对所述石灰石的来源没有特殊限制，优选为从市场上购得。本发明对海盐和石灰石的添加量没有特殊限制，生物质、海盐和石灰石的质量比优选为500∶1∶2。
将所述混合物料在缺氧状态下燃烧，生物质发生裂解，经过氧化还原后，得到氢气、一氧化碳等可燃气体，同时含有部分焦油等杂质。本发明对所述燃烧温度没有特殊限制，优选为800℃-1000℃，更优选为850℃-950℃。
经过一次裂解得到的混合气体中焦油含量较高，在石灰石和海盐为催化剂的条件下对所述混合气体加热，使其中的焦油进一步裂解，得到质量较高的可燃气体。本发明对所述石灰石和海盐的用量没有特殊限制，优选为本领域技术人员熟知的用量。
与现有技术相比，本发明在生物质中混入海盐和石灰石，使所述生物质在缺氧状态下燃烧，得到混合气体，然后以石灰石和海盐为催化剂，继续加热混合气体，得到可燃气。本发明通过缺氧燃烧和继续加热使生物质及其中的焦油进行两次裂解，提高了气化率，降低了可燃气体中焦油的含量，提高了可燃气的质量。同时，以海盐和石灰石作为催化剂，促进了氢气等可燃气体的生成，也降低了生物质气化的温度，降低了成本。
本发明还提供了一种生物质气化炉，包括炉体和炉盖，所述炉体包括：
进料口；
与所述进料口相通的、位于进料口下方的干燥室，所述干燥室上部设置有第一气体出口；
与所述干燥室相通的、位于干燥室下部的氧化室；
与所述氧化室相通的、位于氧化室下部的燃烧室；
位于炉体下部、与所述燃烧室相通的助燃气体入口；
位于燃烧室外侧的二次裂解室，所述二次裂解室的内壁为所述燃烧室的外壁，所述二次裂解室设置有气体进口和第二气体出口，所述气体进口通过循环管路与第一气体出口相连；
位于炉体底部的出灰口。
下面结合附图对本发明提供的生物质气化炉进行详细描述，请参见图1，图1为本发明实施例提供的生物质气化炉的结构图。其中，1为加料口，2为干燥室，3为氧化室，4为燃烧室，5为气体净化装置，6为燃具，7为三通阀，8为气体浓度传感器，9为助燃气体入口，10为气体出口，11为循环管道，12为二次裂解室，13为鼓风机，14为炉盖，15为密封水槽，16为出灰口，17为气体存储室，18为气体进口，19为气体出口。
本发明的一个实施例提供的生物质气化炉包括炉盖14和炉体。炉盖14与炉体的进料口1配合，将炉体盖严，提供缺氧环境。为了达到更好的隔绝效果，本发明其他实施例还包括密封水槽15，密封水槽15设置在炉盖14的下部。
炉体包括进料口1，进料口1位于炉体顶部，用于进料。在本实施例中，所述进料口1为圆形，面积小于炉顶面积。在其他实施例中，进料口1的形状可以为方形或椭圆形。
炉体还包括干燥室2，干燥室2与进料口1相通，并位于进料口1的下方，同时，干燥室2上部设置有气体出口10。干燥室2的作用是干燥从进料口1进入的生物质，使生物质的裂解率更高，得到的可燃气体质量更好。气体出口10的作用是使第一次裂解得到的混合气体进入二次裂解室。在本实施例中，干燥室2上方设置有气体存储室17，气体存储室17通过带有气孔的隔板与干燥室2隔开，气体出口10设置在气体存储室17上。在本发明的其他实施例中，还可以不设置气体存储室17，直接将气体出口10设置在干燥室2上。
在本发明实施例中，炉体还包括氧化室3，氧化室3与干燥室2相通，并位于干燥室2的下方，氧化室3的作用是将干燥后的生物质氧化。由于生物质干燥后体积会减小，为了方便干燥后的生物质通过氧化室3进入燃烧室4，本实施例中的氧化室3为漏斗形状。在本发明的其他实施例中，氧化室3可以为矩形或其他形状。
本发明实施例提供的生物质气化炉的炉体还包括燃烧室4，燃烧室4与氧化室3相通并位于氧化室3的下部。燃烧室4是生物质气化的主要场所，生物质在燃烧室4内缺氧燃烧，生成可燃气体。为了使燃烧室4内的生物质顺利燃烧，在炉体下部设置助燃气体入口9，助燃气体入口9与燃烧室4相通。鼓风机13通过助燃气体入口9将助燃气体输送到燃烧室4，使其中的生物质顺利燃烧。本发明提供的实施例使用变频调速风机控制气化速度，当需要大气量时调快风机的供风量，使气化速度加快；当需要小气量时，则调慢风机的供风量，使气化速度减慢。
为了使混合气体中的焦油进行二次裂解以减少可燃气中的焦油含量，本发明实施例提供的生物质气化炉的炉体还包括二次裂解室12。二次裂解室12位于燃烧室外侧，其内壁为燃烧室4的外壁，二次裂解室12利用燃烧室4的温度加热其中的生物质，使之进一步裂解。二次裂解室12上设置有气体进口18和气体出口19，气体进口18通过循环管道11与干燥室2上的气体出口10相通。生物质在燃烧室4中燃烧得到的混合气体穿过氧化室3和干燥室3上升，通过气体出口10经由循环管道11从气体进口18进入二次裂解室12，进行二次裂解。
为了使二次裂解更为彻底，本发明提供的其他实施例中在二次裂解室12中填充含有海盐和石灰石的过滤网，催化生物质及焦油的裂解。
本发明提供的实施例中，炉体底部还包括出灰口16，出灰口16有两个作用，一是在初始时将生物质点燃，二是收集生物质燃烧后得到的灰分。
下面结合附图描述本发明提供的生物质气化炉的工作流程：
首次点燃时在进料口1加入少量生物质，打开出灰口16，用易燃物从下部将生物质点燃，待其稳定燃烧后从进料口1加入生物质，填满并压实后，盖好炉盖14，并在密封槽15内填水密封。
生物质经过干燥室2的干燥后，进入氧化室3被氧化，然后向下移动到燃烧室4被燃烧，生成混合气体。混合气体逐渐上升，经过氧化室3、干燥室2达到气体存储室17，通过气体出口10沿着循环管道11进入二次裂解室9。以燃烧室4的温度为热源，以二次裂解室12中的过滤网上的海盐和石灰石为催化剂，混合气体在二次裂解室12中进一步裂解，得到焦油含量较少的可燃气体。
本发明提供的另一个实施例中除了包括上述实施例所述的炉盖14和炉体外，还包括气体净化装置5，气体净化装置5与二次裂解室12的气体出口19相连。经过二次裂解室12得到的可燃气体经过气体出口19进入气体净化装置5，气体净化装置5将可燃气体中的水分和焦油等杂质吸附，获得质量较高的可燃气。在本实施例中，气体净化装置5内部填充秸秆粉末作为吸附剂，当秸秆粉末无法再发挥吸附作用时，可以将其经进料口1投入炉体中气化。在其他实施例中，气体净化装置5可以为可拆卸式干式气体净化装置。
本发明提供的第三个实施例除了包括炉盖14、炉体和气体净化装置5之外，还包括气体浓度传感器8，气体浓度传感器8与气体净化装置5的气体出口相连，用于检测可燃气的浓度。本实施例提供的气化炉还包括三通阀7，三通阀7的第一端与气体浓度传感器8相连，第二端与大气相通，第三端与燃具6相连。气体浓度传感器8对可燃气的浓度进行检测，如果未达到使用浓度，则三通阀7连通大气，将可燃气排放到大气中；如果达到使用浓度，则三通阀7连通燃具，点燃可燃气体产生热能。
与现有技术相比，本发明提供的生物质气化炉在燃烧室外侧增加了夹层作为二次裂解室，二次裂解室的内壁即为燃烧室的外壁，生物质在燃烧室经过裂解后得到混合气体，所述混合气体进入二次裂解室利用燃烧室的热量进一步裂解得到可燃气体。生物质在本发明提供的生物质气化炉中进行两次裂解，得到的可燃气体中焦油的含量较低，提高了可燃气的质量。同时，生物质在进行二次裂解时，热量由燃烧室提供，无需额外热源，降低了成本。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。