CN101070478A

CN101070478A - 热管供热的双固定床生物质反应器系统

Info

Publication number: CN101070478A
Application number: CNA2007100222952A
Authority: CN
Inventors: 张红; 王中贤; 陶汉中; 庄骏
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2027-05-11
Also published as: CN101070478B

Abstract

本发明涉及一种利用热管供热的双固定床生物质反应器系统。本发明有旋风分离器、蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器，技术特征在于有二个相同的固定床和传热元件热管，生物质反应时，一个固定床作为燃烧室，另一个固定床则作为反应室；生物质反应结束后，原作为燃烧室的固定床转为反应室，原作为反应室的固定床转为燃烧室；传热元件热管横穿二个固定床，一段在一个固定床中，一段在另一个固定床中。解决了现有技术存在的生物质自身燃烧产生的燃气中含有大量的N₂而使热值不高或用过热水蒸汽作为气化剂所导致的成本增加的缺陷。本发明的两个固定床轮流作为气化反应器或燃烧室，实现了生物质的间接供热气化，热值提高，一般可达到10～15MJ/m³。

Description

热管供热的双固定床生物质反应器系统

技术领域

本发明涉及一种生物质反应器，特别涉及一种利用热管供热的双固定床生物质反应器系统。

背景技术

在本发明之前，生物质固定床气化多采用空气作为气化剂，其主要缺点是反应热由生物质自身燃烧提供，产生的燃气中含有大量的N₂，热值不高。若采用过热水蒸汽作为气化剂，则必须外供热量以提供必要的反应热，由此却增加了成本。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种热管供热的双固定床生物质反应器系统。

本发明的技术方案是：

热管供热的双固定床生物质反应器系统，有旋风分离器、蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器，其主要技术特征在于有二个相同的固定床和传热元件热管：

(1)生物质反应时，一个固定床作为燃烧室，另一个固定床则作为反应室；

(2)生物质反应结束后，原作为燃烧室的固定床转为反应室，原作为反应室的固定床转为燃烧室。

传热元件热管横穿二个固定床，一段在一个固定床中，一段在另一个固定床中。

本发明用过热水蒸汽作为气化介质，用两个固定床轮流作为气化反应器或燃烧室，前一次的气化残留物燃烧后产生的热量由热管传给另一个反应器，提供生物质与水蒸汽发生气化反应所需的反应热，实现了生物质的间接供热气化，产生的燃气热值提高，一般可达到10～15MJ/m³。

气化反应所得到的燃气通过蒸汽发生器被冷却，同时产生水蒸汽；利用气化残留物燃烧所产生的高温烟气首先加热热管，然后通过蒸汽过热器将水蒸汽过热，最后通过空气预热器预热助燃空气，形成一个高效热利用系统。

为了强化热管在水平位置的传热能力，热管的吸热段和放热段均布置了螺旋肋片或圆肋片或直肋片强化外部传热，热管的内部则采用了烧结、沟槽、丝网或者干道复合吸液芯以达到水平状态下热管内部冷凝液体的回流能力。

本发明的优点表现如下：

本发明因为采用过热水蒸汽作为气化剂，用二个相同的固定床轮流作为反应室或燃烧室，横穿二个固定床的传热元件热管将燃烧室高温烟气的热量传递到反应室中提供反应所需的反应热，实现了生物质的间接气化，因而产生的燃气热值较高。利用燃气的余热产生水蒸汽，并用气化残留物燃烧所产生的烟气过热水蒸汽作为气化剂进入反应器。再利用烟气的二级余热加热助燃空气，预热后的助燃空气与气化残留物混合燃烧生成的高温烟气加热热管，热管再将热量传入气化室作为反应热，形成一个高效热利用系统。

采用热管将反应热传入气化室是一种结构简单、传热效率高且能控制床层温度的很好方法。

附图说明

图1——本发明结构原理示意图。

图2——本发明两固定床的结构示意图((a)圆柱结构；(b)长方体结构)。

图3——本发明中使用的热管结构示意图。

图4——图3中热管的不同肋片结构示意图。

(a)圆肋片；(b)螺旋肋；(c)直肋片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

本发明是一利用热管供热的双固定床生物质反应器装置及其热利用系统，该系统包括两个反应器1、2(其底部分别设有对应的气体分布板8，9)、旋风分离器23、蒸汽发生器7、蒸汽过热器4、空气预热器5，储气柜10和螺旋给料机6。反应器1、2分别设有相同的进料口25和26、部分燃气进口20和22、反应器1助燃空气进口或过热水蒸汽进口19、反应器2助燃空气进口或过热水蒸汽进口21、反应器1燃气出口或烟气出口27、反应器2燃气出口或烟气出口28、排灰口35和36。反应器1和2之间设有助燃空气进口换向阀11、过热水蒸汽进口换向阀12、生物质进口换向阀13、燃气出口或烟气出口换向阀14和15、部分燃气进口换向阀16。热管3在反应器1、2中水平放置，反应器1、2的燃气29与旋风分离器23相连，燃气经旋风分离后进入蒸汽发生器7。蒸汽发生器7的上部设有燃气出口33和水蒸汽出口32，下部设有给水进口38，从蒸汽发生器7出来的燃气33分成两部分，一部分燃气进入储气柜10，另一部分燃气37则通过换向阀16切换进入反应器1或2。蒸汽发生器7的水蒸汽出口32与蒸汽过热器4相连，而从蒸汽过热器4出来的过热水蒸汽31通过换向阀12与反应器1或2连通。从反应器出来的烟气30首先进入蒸汽过热器4过热水蒸汽32，然后进入空气预热器5，预热室温空气17，最后将降温后的烟气39排空。室温空气17进入空气预热器5被预热，从空气预热器5出来的助燃空气18经换向阀11与反应器1或2连通。

本发明获得高热值燃气的原理如下：

本发明采用两个相同的固定床，两固定床交替作为燃烧室和反应室。将热管设置在两固定床内，在燃烧室的一段为加热段，在反应室的一段为放热段，利用热管将燃烧室高温烟气的热量传递到反应器中供生物质气化反应所需，产生的燃气余热来产生水蒸汽作为气化剂。采用这种热管供热的水蒸汽间接气化方式，产生的燃气热值较高，一般可达到10～15MJ/m³，

具体步骤如下：

生物质34首先由螺旋给料机6通过换向阀13与进料口25或26连接进入反应器1或2，在二个固定床内设置有热管3。当反应器1作为气化室时，换向阀11，12，13，14，15，16均换到A挡。生物质34通过换向阀13，从进料口25进入反应器1进行反应。过热水蒸汽31通过换向阀12进入反应器1，通过反应器1底部的气体分布板8进入反应器1与生物质进行气化反应。利用反应器2中燃烧所产生的高温烟气加热热管3并提供反应1中反应所需热量，生成的高温燃气27，通过换向阀14进入旋风分离器23进行分离。燃气中的残余物由旋风分离器23分离后排出，分离的燃气24进入蒸汽发生器7进行加热，产生饱和水蒸汽。产生的水蒸汽32进入蒸汽过热器4被过热。被冷凝后的燃气33分成两部分，一部分燃气进入储气柜10，另一部分燃气37通过换向阀16通过燃气进口22进入反应器2。助燃空气18通过换向阀11进入反应器2，与部分燃气37和反应器2中的反应残余物进行燃烧反应，加热热管3，提供反应室1反应所需的热量。燃烧后的烟气28通过换向阀15进入蒸汽过热器4过热水蒸汽，然后通过空气预热器5，加热室温空气，最后将通过空气预热器降温后的烟气39放空。

当反应器1作为燃烧室时，换向阀11，12，13，14，15，16均换到B挡，热管原来的蒸发段作为冷凝段，冷凝段则作为蒸发段，两个反应室交替循环操作。

本发明的燃烧室操作方式是通入助燃空气18和部分燃气37与气化反应残余物燃烧提供气化反应所需的热量。本发明的燃烧室的另一种操作方式是通入助燃空气18和适量新鲜物料34与气化反应残余物燃烧提供气化反应所需的热量。

本发明的热管3的吸热段和放热段均布置了肋片40强化外部传热，热管的内部则采用了复合吸液芯41以达到水平状态下热管内部冷凝液体的回流能力。

Claims

1.热管供热的双固定床生物质反应器系统，有旋风分离器、蒸汽发生器、蒸汽过热器、空气预热器，其特征在于有二个相同的固定床和传热元件热管：

(2)生物质反应结束后，原作为燃烧室的固定床转为反应室，原作为反应室的固定床转为燃烧室；

2.根据权利要求1所述的热管供热的双固定床生物质反应器系统，其特征在于两固定床呈圆柱或长方体结构，并列放置，中间用一块隔板隔开，热管穿过隔板。

3.根据权利要求1所述的热管供热的双固定床生物质反应器系统，其特征在于热管水平设置，排列方式采用顺排或错排。

4.根据权利要求1所述的热管供热的双固定床生物质反应器系统，其特征在于二个固定床之间设置换向阀转换系统，包括助燃空气进口换向阀、过热水蒸汽进口换向阀、生物质进口换向阀、燃气出口换向阀、烟气出口换向阀和部分燃气进口换向阀。

5.根据权利要求1所述的热管供热的双固定床生物质反应器系统，其特征在于热管外部结构是螺旋肋片或圆肋片或直肋片，内部结构是烧结、沟槽、丝网或者干道复合吸液芯，工作介质采用金属钠或金属钾或金属钠、钾混合物。