CN101693848B - 内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及用的回转炉 - Google Patents
内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及用的回转炉 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及用的回转炉，在炉尾冷却段，热解干馏后600-800℃的红木炭与炉内下部冷却喷淋水生成的水蒸气反应，吸收大量热量同时产生水煤气和半水煤气。回炉煤气与空气的燃烧，产生的热能用于维持生物质料层的热解温度，为下一步热解、干馏及与水蒸气的分解反应提供足够的热能。利用其提供的热能，将炉内生物质进行热解干馏，并产生大量的挥发物，逐步将生物质加热分解出高热值干馏煤气。回转炉采用了三段式设计：第I段炉头预热段，主要对原料进行预热、干燥。第II段回转炉体热解段，主要是热解干馏。是该炉体的核心工作部分。第III段炉尾冷却段，主要是对木炭进行冷却。制备的煤气热值高。装置占地少。
Description
技术领域
本发明涉及生物质热解气化工艺及设备，尤其涉及一种适用于回转炉连续热解气化工艺及设备。
背景技术
生物质热解是指生物质原料在隔绝空气或者添加少量空气条件下受热分解成产生可凝和不可凝气体以及固体炭等不同形态的物质，热解得到的气体具有高热值(一般在12000KJ/NM3以上)、使用燃烧温度高的特点；生物质的气化是指固体炭产品与气化剂(氧或含氧物质的氧化剂，如水蒸气、氧气或者空气等)在一定的温度条件下，发生气固体反应的过程。目前，人们所指的生物质气化反应过程，通常包括生物质的热分解和气固反应过程，以得到气体产品为主要目标(气体的热值低，一般在5000KJ/NM3以下)。
国内生物质热解工业化规模生产中，基本上都是间歇式热解反应过程，得到以固体或者液体产物为主要目标，且工业化规模热解装置产生可燃的高热值气量少，难以适合于大规模连续用气，如燃气发电等工程。目前国内工业化规模气化装置实现了连续化运行，产量稳定且产气量大，但燃气热值低，影响了规模化用气如生物质燃气发电装置的运行效率和成本。为了拓展生物质燃气的使用范围，需要研究开发经济和技术可行性，能够连续稳定大气量供气，且能生产高热值气体的生物质气化过程和装备。在发明名称为：内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及热解气化炉，申请号为200810235564.8的专利申请中披露了一种采用立式热解气化炉连续化制备生物质热解气化煤气的方法及其装置，但是在本申请中由于回炉煤气燃烧后的气体如氮气等惰性成分是进入最终系统的，所以对于最后的成品气的品质有很大的影响，而且立式炉由于高度比较高，整个系统所占用的空间也会比较的大。
发明内容
为了解决现有技术存在的回炉煤气燃烧后产生的惰性成分影响成品气的品质，整个系统占用空间比较大的缺点，本发明提供一种内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法及用的回转炉，具有惰性成分不进入系统内，体系占用空间小的优点。
本发明采用如下技术方案：一种内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法，步骤为：
生物质由进料口进入热解气化转炉的炉头预热段，所述的生物质为木块或果壳中的一种或两种混合，生物质在炉内自右而左运动，与由回转炉体热解段出来的自左而右的粗热解煤气换热，生物质完成干燥、预热过程，粗热解煤气换热后温度降至70℃后由粗热解煤气出口排出进入后续的净化工艺净化，净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到燃烧装置与空气混合燃烧，产生热量通过烟道由回转内筒壁加热回转内筒内的生物质，另一部分煤气进入燃气柜；
经过预热干燥后的生物质进入回转炉体热解段，在回转炉体热解段的回转内筒内利用外部烟道内的回炉煤气与空气混合燃烧产生的热量热解干馏为木炭，热解温度为600～800℃，分解出干馏煤气；所述的回炉煤气的量为40～100m3/h，空气进入量为20～50m3/h。
热解干馏后的木炭进入回转炉尾部的冷却段与进入的冷却水反应，吸收热量的同时产生热值在10000KJ/NM3以上的水煤气和半水煤气，水煤气和半水煤气进入回转内筒内与热解干馏得到的干馏煤气混合为粗热解煤气，经过炉头预热段换热后最后由粗热解煤气出口出来，木炭由600～800℃降到200℃，最后由出炭口排出；
由粗热解煤气出口出来的粗热解煤气进入水封除尘器除尘，分离出的煤气进入集气槽净化后去喷淋冷却塔冷却后由排风机抽出，一部分煤气去燃气柜，另一部分煤气作为回炉煤气回到回转炉，由回转炉燃烧装置上的回炉煤气入口进入，与空气燃烧；由水封除尘器和喷淋冷却塔分离出的含油洗涤水去焦油分离器分离焦油，分离出的水循环使用。
一种用于所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法中的回转炉，由左向右由炉头预热段、回转炉体热解段、炉尾冷却段组成，回转炉体热解段通过前后两个托轮与炉头预热段和炉尾冷却段连接，回转炉体可以在回转炉体热解段中作回转运动，由炉头预热段上的螺旋输送机将原料送入回转炉体中。
炉头预热段上设有螺旋输送机，在螺旋输送机上设有原料进口，炉头预热段上设有粗热解煤气出口；
回转炉体热解段主要由回转内筒和外保温层组成，在回转内筒和外保温层之间设有烟道，烟道出口设在靠近炉头预热段的一端，燃烧装置设在靠近炉尾冷却段的一端，燃烧装置上设有回炉煤气入口和空气进口，
在炉尾冷却段内设有内置冷却水喷淋装置和冷却水进口和出炭口。冷却水喷淋装置为里外两同心圆组成，在分布器的内圆上沿圆周均匀分布6～8个冷却水出口，冷却水出口上设有喷淋头。
本发明所述方法实质上就是通过三步热化学反应完成连续制备高热值热解气化煤气的过程：
(1)在炉尾冷却段(III)，热解干馏后600-800℃的红木炭与炉内下部冷却喷淋水生成的水蒸气反应，吸收大量热量同时产生水煤气和半水煤气。该混合煤气的热值在10000KJ/NM3以上。
(2)回炉煤气与空气的燃烧，产生的热能用于维持生物质料层的热解温度，为下一步热解、干馏及与水蒸气的分解反应提供足够的热能。
(3)利用过程(2)所提供的热能，将炉内生物质进行热解干馏，并产生大量的挥发物，逐步将生物质加热到600-800℃，分解出高热值干馏煤气。该热解煤气的热值在12000KJ/NM3以上。
本发明所采用的内热式生物质连续热解气化回转炉采用了三段式设计：
第I段炉头预热段，主要对原料进行预热、干燥。冷原料经料仓和螺旋输送机进入炉体内部，自右而左缓慢向热解干馏段600-800℃运动，原料逐步干燥、预热，具体输送速度可以根据热解干馏速度和出炭量控制。
第II段为回转炉体热解段，主要是热解干馏。经干燥、预热后的原料进入热解干馏段，热解干馏段的热量主要来自燃烧装置中煤气和空气混合燃烧产生的热量，通过烟道经回转内筒壁可以将回转内筒内的生物质加热到600-800℃，原料缓慢通过该区完成热解干馏，原料在该区域的停留时间、给风量、风压、煤气供给量以及木炭、焦油、煤气的质量及产量等均由该段进行控制调节，所以第二段是该炉体的核心工作部分。通过调节回炉煤气量调整供热强度，使热解干馏段温度控制在600-800℃，回炉煤气量控制在40-100m3/h。
第III段为炉尾冷却段，主要是对木炭进行冷却。利用炉体出料端冷却水进口将冷却水喷淋到热解干馏后的木炭上，使热解干馏后的木炭由600-800℃降到200℃左右，这一段炉内产生热交换和水煤气反应。然后，将200℃左右的木炭经水封冷却至50℃左右后经出料口排出。
有益效果：
1.由于回炉煤气与空气在回转内筒外的燃烧装置中燃烧，燃烧的尾气通过烟道对回转内筒内的生物质加热，燃烧产生的惰性成分如氮气、二氧化碳等不进入回转内筒中，因此本方法生产的热解气化煤气热值比固定床工艺更高，高于立式热解气化炉的热值，得到的煤气热值在10000KJ/NM3以上。
2.采用回转炉，由于高度降低，对于整个体系相对于立式热解气化炉来说所占用的空间要小很多。
3.通过部分回炉煤气的燃烧，产生的热能用于维持生物质料层的热解温度，通过控制热解气化炉回炉煤气量和鼓入空气量，从而实现整个反应体系的热平衡和物料平衡。
4.本热解气化方法能连续稳定地提供大流量高热值煤气。
5.本发明的方法具有操作方便，水蒸汽-木炭反应充分，反应体系的总热平衡和物料平衡可精确控制，在一个设备内同时实现热解干馏与水蒸汽-木炭气化反应，反应燃气产量大、热值高，且可连续稳定运行，特别适合规模化工业用燃气如生物质燃气发电项目的需要。能连续稳定大气量提供高热值生物质煤气的工艺及设备，以克服目前工业化规模热解装置难以适合于大规模连续用气(如燃气发电)工程及国内工业化规模气化装置所产燃气热值低，影响了规模化用气(如生物质燃气发电)装置的运行效率和成本等弊端。
附图说明
图1.是本发明的工艺流程示意图。
其中，1是回转炉，6是水封除尘器，7是集气槽，8是喷淋冷却塔，9是焦油分离器，10是排风机，11是鼓风机，12是循环水泵。
图2.是本发明生物质转炉连续热解气化炉的结构示意图。
其中，2是螺旋输送机，4是燃烧装置，5是烟道，I是炉头预热段，II是回转炉体热解段，III是炉尾冷却段。
图3.是本发明水喷淋管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3，对本发明作详细说明：
实施例1
一种内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法，步骤为：
生物质由进料口进入热解气化转炉的炉头预热段，所述的生物质为木块或果壳中的一种或两种混合。生物质在炉内自右而左运动，与由回转炉体热解段出来的自左而右的粗热解煤气换热，生物质完成干燥、预热过程，粗热解煤气换热后温度降至70℃后由粗热解煤气出口排出进入净化工艺进行净化，净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到燃烧装置与空气混合燃烧，产生热量通过烟道由回转内筒壁加热回转内筒内的生物质，另一部分进入燃气柜供民用或工业用；
经过预热干燥后的生物质进入回转炉体热解段，在回转炉体热解段的回转内筒内利用外部烟道内的回炉煤气与空气混合燃烧产生的热量热解干馏为木炭，热解温度为600～800℃，分解出干馏煤气；所述的回炉煤气的量为40～100m3/h，空气进入量为20～50m3/h。
热解干馏后的木炭进入回转炉尾部的冷却段与进入的冷却水反应，吸收热量的同时产生热值在10000KJ/NM3以上的水煤气和半水煤气，水煤气和半水煤气进入回转内筒内与热解干馏得到的干馏煤气混合为粗热解煤气，经过炉头预热段换热后最后由粗热解煤气出口出来进入净化工艺净化，木炭由600～800℃降到200℃，最后由出炭口排出；
由回转炉1的粗热解煤气出口出来的粗热解煤气进入水封除尘器6除尘，分离出的煤气进入集气槽7净化后去喷淋冷却塔8冷却后由排风机10抽出一部分煤气去燃气柜，另一部分作为回炉煤气进入回转炉1的燃烧装置4中与空气燃烧，由水封除尘器6和喷淋冷却塔8分离出的含油洗涤水去焦油分离器9分离焦油，分离出的水循环使用，整个过程如图1所示。
一种用于所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法中的回转炉，所述的回转炉由左向右由炉头预热段I、回转炉体热解段II、炉尾冷却段III组成，回转炉体热解段II通过前后两个托轮与炉头预热段I和炉尾冷却段III连接，
炉头预热段I上设有螺旋输送机2，在螺旋输送机2上设有原料进口，炉头预热段上设有粗热解煤气出口；
回转炉体热解段II主要由回转内筒和外保温层组成，在回转内筒和外保温层之间设有烟道5，烟道5出口设在靠近炉头预热段I的一端，燃烧装置4设在靠近炉尾冷却段的一端，燃烧装置4上设有回炉煤气入口和空气进口，
在炉尾冷却段III内设有内置冷却水喷淋装置和冷却水进口和出炭口。冷却水喷淋装置为里外两同心圆组成，在分布器的内圆上沿圆周均匀分布6～8个冷却水出口，冷却水出口上设有喷淋头。
实施例2
一种用于生物质转炉连续热解气化的方法，首先将50±30mm大小的木块送入热解气化回转炉内，在炉内自右而左运动，与由回转炉体热解段出来的自左而右的粗热解煤气换热，木块完成干燥、预热过程，粗热解煤气换热后温度降至70℃后由粗热解煤气出口排出进行净化，净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到燃烧装置4与空气混合燃烧，产生热量通过烟道5由回转内筒壁加热回转内筒内的生物质，另一部分进入燃气柜供使用；
经过预热干燥后的木块进入回转炉体热解段，在回转炉体热解段的回转内筒内利用外部烟道5内的回炉煤气与鼓风机11送入的空气混合燃烧产生的热量热解干馏为木炭，热解温度为600～800℃，分解出干馏煤气；所述的回炉煤气的量为40～100m3/h，空气进入量为20～50m3/h。
热解干馏后的木炭进入回转炉尾部的冷却段与循环水泵12送入的冷却水反应，吸收热量的同时产生热值在10000KJ/NM3以上的水煤气和半水煤气，水煤气和半水煤气进入回转内筒内与热解干馏得到的干馏煤气混合为粗热解煤气，经过炉头预热段换热后最后由粗热解煤气出口出来进行净化，木炭由600～800℃降到200℃，最后由出炭口排出；
由粗热解煤气出口出来的粗热解煤气经煤气引出管进入水封除尘器6除尘，分离出的煤气进入集气槽7净化后去喷淋冷却塔8冷却后由罗茨排风机10抽出一部分去燃气柜供民用或发电用，另一部分作为回炉煤气回到回转炉1的燃烧装置4中和空气混合燃烧。由水封除尘器6和喷淋冷却塔8分离出的含油洗涤水去焦油分离器9分离焦油，分离出的水由循环水泵12抽送到水封除尘器、集气槽、喷淋冷却塔及热解气化炉等设备内循环使用。对煤气进行冷却和焦油洗涤及进行水蒸汽-木炭煤气反应，含油洗涤水从各设备底下返回焦油分离器9，经焦油分离器分离出的焦油经焦油泵送入焦油罐。
系统运行情况如下：
一台内径Φ1.8m的生物质连续热解气化回转炉炉制备生物质燃气主要技术参数如下：
炉膛截面积：2.54m2
原料：木块
单炉处理原料量：17T/d
单炉产木炭：5T/d
单炉产气：1.0万m3/d
气体热值：10800KJ/m3
干燥段料层温度：200℃
热能干馏段料层温度：600-800℃
冷却段料层温度：200℃
实施例3
如图2和3所示，一种用于所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法中的回转炉，所述的回转炉由左向右由炉头预热段I、回转炉体热解段II、炉尾冷却段III组成，回转炉体热解段II通过前后两个托轮与炉头预热段I和炉尾冷却段III连接，
炉头预热段I上设有螺旋输送机2，在螺旋输送机2上设有原料进口，炉头预热段上设有粗热解煤气出口；
回转炉体热解段II主要由回转内筒和外保温层组成，在回转内筒和外保温层之间设有烟道5，烟道5出口设在靠近炉头预热段I的一端，燃烧装置4设在靠近炉尾冷却段的一端，燃烧装置4上设有回炉煤气入口和空气进口，
在炉尾冷却段III内设有内置冷却水喷淋装置和冷却水进口和出炭口。冷却水喷淋装置为里外两同心圆组成，在分布器的内圆上沿圆周均匀分布6～8个冷却水出口，冷却水出口上设有喷淋头。炉尾冷却段III分两部分，第一部分为炉内冷却部分，利用冷却水喷淋装置对热解气化后的木炭喷淋冷却水，使热解气化后的木炭由600-800℃降至200℃以下，产生热交换和水煤气反应。第二部分为水封自然冷却段，即将200℃的木炭经水封冷却至50℃左右后经出料口排出。
Claims (5)
1.一种内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法，其特征在于，步骤为：
生物质由进料口进入回转炉的炉头预热段，在炉内自右而左运动，与由回转炉体热解段出来的自左而右的粗热解煤气换热，生物质完成干燥、预热过程，粗热解煤气换热后温度降至70℃后由粗热解煤气出口排出进行净化处理，净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到燃烧装置与空气混合燃烧，产生热量通过烟道由回转内筒壁加热回转内筒内的生物质，另一部分煤气进入燃气柜；
经过预热干燥后的生物质进入回转炉体热解段，在回转炉体热解段的回转内筒内利用外部烟道内的回炉煤气与空气混合燃烧产生的热量热解干馏为木炭，热解温度为600～800℃，分解出干馏煤气；
热解干馏后的木炭进入回转炉的炉尾冷却段与进入的冷却水反应，吸收热量的同时产生热值在10000KJ/Nm3以上的水煤气和半水煤气，水煤气和半水煤气进入回转内筒内与热解干馏得到的干馏煤气混合为粗热解煤气，经过炉头预热段换热后最后由粗热解煤气出口出来，木炭由600～800℃降到200℃，最后由出炭口排出；
所述的净化处理是指由粗热解煤气出口出来的粗热解煤气进入水封除尘器（6）除尘，分离出的煤气进入集气槽（7）净化后去喷淋冷却塔（8）冷却后由排风机（10）抽出，所述的净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到燃烧装置与空气混合燃烧是指净化后的煤气一部分作为回炉煤气回到回转炉，由回炉煤气入口进入燃烧装置（4）与进入的空气燃烧；由水封除尘器（6）和喷淋冷却塔（8）分离出的含油洗涤水去焦油分离器（9）分离焦油，分离出的水循环使用。
2.如权利要求1所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法，其特征在于，所述的回炉煤气的量为40～100m3/h，空气进入量为20～50m3/h。
3.如权利要求1所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法，其特征在于，所述的生物质为木块或果壳中的一种或两种混合。
4.一种用于权利要求1所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法中的回转炉，其特征在于，所述的回转炉由左向右由炉头预热段（Ⅰ）、回转炉体热解段（Ⅱ）、炉尾冷却段（Ⅲ）组成，回转炉体热解段（Ⅱ）通过前后两个托轮与炉头预热段（Ⅰ）和炉尾冷却段（Ⅲ）连接，
炉头预热段（Ⅰ）上设有螺旋输送机（2），在螺旋输送机（2）上设有原料进口，炉头预热段上设有粗热解煤气出口；
回转炉体热解段（Ⅱ）主要由回转内筒和外保温层组成，在回转内筒和外保温层之间设有烟道（5），烟道（5）出口设在靠近炉头预热段（Ⅰ）的一端，在靠近炉尾冷却段的一端设有燃烧装置（4），燃烧装置（4）上设有回炉煤气入口和空气进口，
在炉尾冷却段（Ⅲ）内设有内置冷却水喷淋装置和冷却水进口和出炭口。
5.如权利要求4所述的用于权利要求1所述的内热式连续制备生物质热解气化煤气的方法中的回转炉，其特征在于，冷却水喷淋装置为里外两同心圆组成，在分布器的内圆上沿圆周均匀分布6～8个冷却水出口，冷却水出口上设有喷淋头。
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