CN101054526B - 利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种种利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置。本发明利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，有两个同轴的圆筒，两同轴圆筒之间的封闭空间为燃烧室，内筒的内部为流化床气化炉，高温热管翅沿流化床气化炉不同轴向高度径向布置，其在燃烧室的一端为吸热段，在流化床气化炉内的另一端为放热段。解决了现有技术存在的产气中部分有效成份(H₂，CO，CH₄)转化成为无效成份(CO₂)，使得有效产品气(H₂，CO，CH₄)的产率下降的缺陷。本发明利用过热水蒸气作为气化介质，充分利用燃气的余热产生水蒸气，充分利用热能，且结构简单、传热效率高、可靠性高的间接气化装置。

Description

利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置

技术领域

本发明涉及一种生物质气化炉，特别涉及一种利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置。

背景技术

生物质气化大都采用空气燃烧直接气化，所产生的燃气均是低热值气体，一般发热量为5MJ/m³左右。也有采用外部供热的生物质间接气化技术，燃气成份中不含N₂，热值可达10-15MJ/m³。特别在水蒸汽作气化介质时，可得到H₂含量达50％左右的燃气。

在本发明之前，为了在流化床反应器内实现间接气化，目前主要有Batelle气化炉，Latent heat ballast气化炉和Heat-pipe reformer几种形式的间接气化炉，这几种形式的气化炉都基本解决了间接供热问题，但存在气化炉内热化学反应的温度与有效产品气(H₂，CO，CH₄)产率之间的匹配问题。而这些导致了产气中部分有效成份(H₂，CO，CH₄)转化成为无效成份(CO₂)，使得有效产品气(H₂，CO，CH₄)的产率下降。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置。

本发明的技术方案是：

利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，包括常压或微负压流化床气化炉、燃烧室、高温热管翅、旋风分离器、蒸汽过热器、蒸汽发生器和空气预热器，其主要技术特征在于有两个同轴的圆筒，两同轴圆筒之间的封闭空间为燃烧室，内筒的内部为流化床气化炉，高温热管翅沿流化床气化炉不同轴向高度径向布置，其在燃烧室的一端为吸热段，在流化床气化炉内的另一端为放热段。

本发明采用的高温热管翅是一种以金属钠或金属钾或金属钠钾混合物作为工作介质，直径为30-50mm，长度为50-300mm的小高温热管。它的布置比较灵活，可采用倾斜不同角度布置或者水平布置，并且两端自由，可彻底消除高温条件下的结构热膨胀问题。为了扩展换热面积和强化传热，可在高温热管翅的吸热段设置不同形式的肋片。

高温热管翅的径向布置可将燃烧室的热量径向传入流化床气化炉中，供生物质气化。在流化床气化炉不同高度截面上可布置不同数量的高温热管翅(见图2)，以满足流化床气化炉不同高度上对反应热量的需求。

同时在气化炉轴向设立了过热水蒸汽的主线，而沿气化炉轴向在径向上设立了过热水蒸汽的副线，并通过蒸汽阀门来调节轴向主线和径向副线的过热水蒸汽比例，以满足流化床气化炉内各反应段对过热水蒸汽的需求。

本发明燃烧室布置在气化炉的外围，可在轴向和径向通过高温热管翅均匀地向气化炉内供热，满足不同组份气化反应的需要。

本发明是利用过热水蒸汽作为气化介质，并用高温热管翅提供生物质与水蒸汽进行气化所需的反应热。该生物质气化炉能充分利用燃气的余热产生水蒸汽，并利用部分燃气燃烧所产生的热量通过高温热管翅传入气化炉供给生物质气化反应所需，产生的烟气先进入蒸汽过热器过热水蒸汽，再进入空气预热器预热助燃空气，以达到充分利用热能的目的。

本发明是一种结构简单、传热效率高、可靠性高的生物质间接气化装置。

附图说明

图1——本发明结构原理示意图。

图2——图1中的流化床截面高温热管翅分布图。

图3——图1中的不同形式的肋片剖面图。

其中，(a)表示圆肋片；(b)表示螺旋肋片；(c)表示针肋片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

本发明是一利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其中包括常压或微负压的流化床气化炉1、高温热管翅2、燃烧室3、旋风分离器4、蒸汽发生器5、蒸汽过热器6、空气预热器7和储气柜8。常压或微负压的流化床气化炉1设有过热水蒸汽轴向进口9、过热水蒸汽径向进口10(10’、10”两支线)、燃气出口11和进料口12。高温热管翅2设置在气化炉1和燃烧室3内，其在燃烧室3的一端为吸热段2’，在气化炉内的另一端为放热段2”，在高温热管翅的吸热段2’设置不同形式的肋片13(见图3)。燃烧室3设有空气进口14，燃气进口20，烟气出口15。气化炉的燃气出口11与旋风分离器4相连，燃气经旋风分离后进入蒸汽发生器5，蒸汽发生器5的上部设有燃气出口16和饱和水蒸汽出口17，下部设有给水进口21，从蒸汽发生器5出来的燃气16分成两部分：一部分燃气进入储气柜8，另一部分燃气20进入燃烧室3。蒸汽发生器5的饱和水蒸汽出口17与蒸汽过热器6相连，从蒸汽过热器6出来的过热水蒸汽分别从径向进口10和轴向进口9进入气化炉中。从燃烧室3出来的烟气15首先进入蒸汽过热器6过热饱和水蒸汽17，然后进入空气预热器7，预热室温空气18，最后排空。室温空气18进入空气预热器7被预热，从空气预热器7出来的预热空气从空气进口14进入燃烧室中。

本发明获得高热值高产率燃气的原理如下：

以高温热管翅为传热元件的径向间接供热的生物质气化炉装置，是沿生物质流化床反应器轴向在床层径向布置不同数量的高温热管翅，高温热管翅设置在气化炉和燃烧室内，其在燃烧室的一端为吸热段，在气化炉内的另一端为放热段。同时设立了过热水蒸汽的轴向主线和径向副线，并通过蒸汽阀门来调节主线和各副线上过热水蒸汽的比例，使之满足生成不同主反应物H₂，CO，CH₄的传热传质条件，以达到提高生物质能利用率的目的。

具体步骤如下：

生物质首先由气化炉的进料口12进入气化炉，过热水蒸汽沿气化炉轴向和径向方向由气化炉的过热水蒸汽进口9、10进入气化炉1与生物质进行气化反应，沿轴向方向进入气化炉底部的过热水蒸汽通过底部的分布板19进入气化炉1。利用进入燃烧室3的部分燃气20和预热空气燃烧释放的热量来加热高温热管翅2的吸热段2’，在气化炉1轴向上由高温热管翅将热量沿径向方向传入气化炉内，高温热管翅2的放热段2”将热量供给气化炉1内的气化反应所需，生成的高温燃气通过气化炉燃气出口11后进入旋风分离器4，燃气中的残余物由旋风分离器分离后排出，分离的燃气进入蒸汽发生器5进行加热，产生蒸汽。产生的饱和水蒸汽16进入蒸汽过热器6被过热。被冷却后的燃气16分成两部分，一部分进入储气柜8，另一部分燃气20进入燃烧室3燃烧，加热高温热管翅2，提供反应所需的热量。燃烧后的烟气15进入蒸汽过热器6过热饱和水蒸汽，然后通过空气预热器7加热室温空气18，最后将通过空气预热器降温后的烟气22放空。

本发明高温热管翅的布置比较灵活，可沿流化床气化炉轴向在径向方向上布置不同数量的高温热管翅(如图2)，以满足气化炉不同截面上生物质气化反应需要的反应热。高温热管翅可倾斜任一角度或者水平布置，同时在高温热管翅的吸热段可设置不同形式的肋片(如图3)。

Claims (7)

1.利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，包括常压或微负压流化床气化炉、燃烧室、高温热管翅、旋风分离器、蒸汽过热器、蒸汽发生器和空气预热器，其特征在于有两个同轴的圆筒，两同轴圆筒之间的封闭空间为燃烧室，内筒的内部为流化床气化炉，高温热管翅沿流化床气化炉不同轴向高度径向布置，其在燃烧室的一端为吸热段，在流化床气化炉内的另一端为放热段。

2.根据权利要求1所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于高温热管翅在流化床气化炉不同轴向高度截面上可倾斜任一角度布置或者水平布置。

3.根据权利要求1所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于高温热管翅在流化床气化炉不同轴向高度截面上可布置不同的数量。

4.根据权利要求1所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于高温热管翅的吸热段可布置具有不同形式的肋片，工作介质可采用金属钠或金属钾或金属钠、钾混合物。

5.根据权利要求1所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于在气化炉轴向布置过热水蒸汽的主线，而沿气化炉轴向在径向上布置过热水蒸汽的副线。

6.根据权利要求5所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于在过热水蒸汽轴向主线和径向副线上分别设置有蒸汽阀门。

7.根据权利要求1或2所述的利用高温热管翅径向间接供热的生物质气化炉装置，其特征在于高温热管翅是直径为30-50mm、长度为50-300mm的小高温热管。

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