CN100345940C - 利用热管供热的流化床生物质气化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种利用热管供热的流化床生物质气化炉。本发明将过热蒸汽作为气化剂进入流化床，利用热管提供生物质与蒸汽发生还原反应所需反应热，即热管设置在反应器、燃烧室内，在反应器内的热管的一段为放热段，在燃烧室内的热管的另一段为吸热段，并将燃料气余热产生气化蒸汽。解决了现有技术中空气作为气化剂带来的可燃气热值不高，采用蒸汽作为气化剂双床流化床气化炉带来的结构和操作的复杂性和成本高的缺陷。本发明结构简单、巧妙，形成高效热利用循环系统，控制流化床层温，达到充分利用热能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质气化炉，特别涉及一种利用热管供热的流化床生物质气化炉。
背景技术
在本发明之前，制备生物质可燃气常采用的流化床方法，采用空气作为气化剂，其主要缺点是产生的可燃气热值不高；如采用蒸汽作为气化剂则必须外供热量以提供必要的反应热，双床流化床气化炉是提供热量的方法之一，但带来了结构和操作的复杂性，成本也高。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种利用热管供热的流化床生物质气化炉。
本发明的技术方案是：
利用热管供热的流化床生物质气化炉，包括反应器、旋风分离器、蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器、燃烧室，其特征在于反应器、燃烧室室壁连接，热管设置在反应器、燃烧室内，在反应器内的热管的一段为放热段，在燃烧室内的热管的另一段为吸热段。
本发明是利用过热蒸汽作气化剂，并用热管提供生物质与蒸汽发生还原反应所需反应热，并采用热管循环流化床气化炉，该气化炉充分利用了生物质可燃气的余热产生气化蒸汽，并利用部分可燃气燃烧的热量通过热管送入流化床内供给生物质气化所需的还原反应热，燃烧烟气的余热经过热蒸汽再次预热空气以达到充分利用热能的目的。
具体而言，就是利用部分生物质可燃气作为燃料，燃烧所放出的热量加热热管的加热段，热管的放热段将热量传递到流化床内的生物介质，提供生物质与蒸汽发生还原反应所需的反应热。
利用部分可燃气燃烧烟气所放出的热量加热热管后排出的余热，首先通过蒸汽过热器将蒸汽过热，然后再通过空气预热器预热助燃空气，形成一个高效热利用的循环系统。
本发明的优点表现如下：
本发明热管式循环流化床生物质反应装置因为利用过热蒸汽作为气化剂，并用热管供给反应热因而能生成高热值的生物质可燃气，利用生成的可燃气的余热产生蒸汽，并用燃烧气产生烟气的余热过热蒸汽作为流化介质进入反应器，再利用烟气的二级余热加热助燃空气，与部分可燃气混合燃烧生成的高温烟气加热热管送入流化床内作为反应器的反应热，形成一个高效热利用的循环系统。
采用热管技术将反应热送入流化床是一种结构简单，热效率高且能控制流化床层温度的最佳方式。
附图说明
图1——本发明热管式循环流化床生物质气化炉结构示意图。
图2——本发明另一种型式——热管(热虹吸管)垂直布置的流化床生物质气化炉。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作如下的描述：
本发明由三大部分组成：
1、生物质循环流化反应系统；
2、生物质反应热热管供热系统；
3、生物质可燃气及燃烧烟气余热回收系统。
本发明的反应装置是热管式循环流化床生物质气化炉，该气化炉包括反应器1、旋风分离器2、热管蒸汽发生器3、蒸汽过热器4、空气预热器5、燃烧室6；反应器1设有进料管8、进气口16及燃料气出口9，它与燃烧室6壁相连，燃烧室6在反应器1的侧下方，热管通过反应器1与燃烧室6相连位置的室壁设置在反应器1与燃烧室6内，带有翅片的热管的吸热段19在燃烧室6内，热管的放热段18埋设在反应器1的流化床内；反应器1的燃料气出口9连接旋风分离器2，旋风分离器2的下部设有旋风下料管，旋风分离器2的燃料气出口经热管蒸汽发生器3与燃料气收集装置(该燃料气收集装置图中未画出，省略)相连，从该燃料气收集装置收集的燃料气中引出一小部分燃烧气15再进入燃烧室6；蒸汽发生器3的蒸汽出口10与蒸汽过热器4的蒸汽管一端相连，经蛇形管22被过热后从蒸汽过热器4的另一端输送过热蒸汽16至反应器1底部；蒸汽过热器4的烟气出口与空气预热器5的烟气进口连通，空气预热器5设有空气进口13、空气出口及预热热管，从蒸汽过热器4出口的烟气加热预热热管并通过预热热管对空气预热器5内的空气进行预热，由空气预热器5的空气出口出来的热空气14与燃烧室6相连。
仍如图1所示，本发明的热管式循环流化床生物质气化炉内热管的布置是与水平线呈倾斜角度布置的，倾斜角一般大于10°，热管的一段为加热段19在燃烧室6内，另一段为放热段18在反应器1(或流化床)内，从左至右为由低到高，倾斜度大于10度有利于吸热、放热。
如图2所示，热管也可垂直布置。此时，燃烧室6设置在反应器1的下部，热管可采用热虹吸管。来自燃烧室1的烟气流过热管(热虹吸管)带有翅片的加热段19，热管将热量传到流化床反应器中，热管(热虹吸管)的放热段18放出热量供气化反应用，流化介质由通道23通过分布板20进入反应器1，流化反应器1内的物料。图2表示的是与图1不同的热管分布结构，余同图1。
本发明热管式循环流化床生物质气化炉可以通过热管控制反应器1内的反应温度，当反应温度控制在500℃以下时，反应器可作为快速热解器，所得主要产物为生物质油(bio oil)，热值在16～18MJ/Nm3之间；当反应温度控制在700～1000℃之间时，可作为生物质气化炉使用，所得主要产物为燃料气，低发热值＞15MJ/Nm3。
本发明制备生物质可燃气的方法，其原理、过程大致如下：
利用生成燃料气的余热产生蒸汽，并用部分燃料气、燃烧后生成的烟气的余热过热蒸汽作为流化介质进入反应器，利用烟气的二级余热加热助燃空气，助燃空气与部分可燃气混合燃烧生成的高温烟气加热热管作为反应器的反应热，形成一个高效热利用的循环系统。
具体步骤如下：
生物质首先由进料管8进入流化床反应器1，在流化床反应器1内有热载体河砂17(或石英砂)；过热蒸汽16由反应器1底部通过气体分布板20进入反应器1，将堆积在底部的生物质及河砂17流化形成流化床；在流化床内埋设有带有翅片的热管的放热段18，由其放出热量传给河砂17及生物质快速发生气化反应；反应后生成的生物质燃料气9进入旋风分离器2，将气体中夹带的砂粒及生物质残余物分离出来由旋风分离器2下部再次进入反应器1内反应，部分灰分7在旋风下料管中排出，生成的燃料气9从旋风分离器2出来后经过热管蒸汽发生器3放出热量，通过其中的热管将热管蒸汽发生器中的水21加热产生蒸汽10，蒸汽10通过蒸汽过热器4中的蛇形管22，与管外的来自燃烧室的燃烧烟气11进行换热，蒸汽被过热后的过热蒸汽16进入反应器1底部，通过分布板20进入流化床，使生物质及河砂流态化。
来自生物质燃料气9中的部分燃料气15(来自燃料气收集装置)与来自热管空气预热器5中的热空气14混合后进入燃烧室6燃烧，燃烧放出的热量加热带有翅片热管的吸热段19，热管将热量传递到反应器1中的热管的放热段18，放出热量加热流化床中的热载体河砂17及生物质进行气化反应；燃烧后的烟气11首先进入蒸汽过热器4将蛇形管22中的蒸汽10过热，然后进入空气预热器5，通过预热热管将冷空气13加热成热空气14，通过空气预热器5降温后的烟气12放空。
本发明采用过热蒸气作为汽化介质，并用热管的吸热段19、放热段18传送气化反应热，河砂17作循环载热体的循环流化床生物质气化反应器1，可用于生物质的气化产生可燃气，也可用作生物质快速热解器生产生物质油，反应温度在700～850℃时，气体产率可达70％以上，低热值＞15MJ/Nm3，当反应温度控制在500℃以内时可作为快速热解反应器得到45％左右产量的生物质油(bio oil)，热值在16～18MJ/Nm3之间。
Claims (4)
1.利用热管供热的流化床生物质气化炉，包括反应器、旋风分离器、蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器和燃烧室，其特征在于反应器和燃烧室室壁连接，热管设置在反应器和燃烧室内，在反应器内的热管的一段为放热段，在燃烧室内的热管的另一段为吸热段，反应器的燃料气出口与旋风分离器连通，旋风分离器的燃料气出口经蒸汽发生器与燃料气收集装置连通，燃料气收集装置的出口有支路连通至燃烧室，燃烧室燃烧后的烟气首先进入蒸汽过热器过热蒸汽，蒸汽过热器的烟气出口连通至空气预热器的烟气进口，通过热管将空气预热器内的空气预热，空气预热器的空气出口连通至燃烧室，蒸汽发生器产生的蒸汽至蒸汽过热器，蒸汽过热器产生的过热蒸汽出口连通到反应器。
2.根据权利要求1所述的利用热管供热的流化床生物质气化炉，其特征在于热管横放在燃烧室和反应室，燃烧室在反应室的一侧或侧下方，热管从燃烧室至反应室由低至高，呈倾斜状。
3.根据权利要求1所述的利用热管供热的流化床生物质气化炉，其特征在于燃烧室在反应室下方，热管呈竖向放置。
4.根据权利要求1所述的利用热管供热的流化床生物质气化炉，其特征在于热管以金属钠或金属钾或金属钠钾混合物为工作介质。
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