CN101838558A - 混合燃料水煤浆气流床气化系统 - Google Patents
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Abstract
一种生物能源技术领域的混合燃料水煤浆气流床气化系统，包括：气流床水煤浆气化炉、预处理模块、水煤浆制备模块、净化模块和分离供氧模块，其中：预处理模块接收待处理生物质并与水煤浆制备模块的输入端相连接，水煤浆制备模块接收来自预处理模块输出的生物焦料并进行磨粉制浆处理，水煤浆制备模块的输出端与气流床水煤浆气化炉相连接并输出水煤浆，气流床水煤浆气化炉与分离供氧模块相连接以接收助燃气体，同时气流床水煤浆气化炉与净化模块相连接以输出燃烧废气，净化模块与空气分离器相连并输出助燃气体。本发明能够实现生物质的大规模利用，不产生气化焦油，提高了煤气化的碳转化率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种生物能源技术领域的装置，具体是一种采用生物质与煤的混合燃料水煤浆气流床气化系统。
背景技术
生物质是一种可再生能源，含硫、氮等污染物少，热化学转化不会造成额外的二氧化碳排放。与煤炭、石油等化石燃料相比，生物质水分含量高，灰分含量少，能量密度低，资源分散且具有季节性特点。生物质经过炭化预处理得到的固体焦与煤具有类似的元素组成，但是生物质灰中含有碱金属能够对煤气化反应起催化作用，从而能够提高碳转化率和气化效率，而且生物质灰熔点低，混合气化可以降低煤灰熔点有利于液态排渣气化炉。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1557919A，公开日2004-12-29，记载了一种“生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”，该技术采用原始生物质与煤在流化床中混合气化，空气燃烧和蒸汽气化间歇操作，气化温度950～1000℃，能够生产无焦油或低焦油合成气。但是设备操作非常复杂，且生物质水分含量高，整体气化效率不高。另外气化阶段温度偏低，不利于碳的气化反应。且两种燃料分别进料，先由煤燃烧产生高温炭床，再加入生物质与水蒸气发生气化反应，因此难以达到生物质与煤混合气化的协同作用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种混合燃料水煤浆气流床气化系统，能够实现生物质的大规模利用，不产生气化焦油，提高了煤气化的碳转化率。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：气流床水煤浆气化炉、预处理模块、水煤浆制备模块、净化模块和分离供氧模块，其中：预处理模块接收待处理生物质并与水煤浆制备模块的输入端相连接，水煤浆制备模块接收来自预处理模块输出的生物焦料并进行磨粉制浆处理，水煤浆制备模块的输出端与气流床水煤浆气化炉相连接并输出水煤浆，气流床水煤浆气化炉与分离供氧模块相连接以接收助燃气体，同时气流床水煤浆气化炉与净化模块相连接以输出燃烧废气，净化模块与空气分离器相连并输出助燃气体。
所述的待处理生物质是指有机废弃物，具体如：木质、纤维类、动物排泄物等；
所述的预处理模块包括：生物质干燥器、炭化炉燃烧室、生物质炭化炉和炭化炉热解气冷凝器，其中：生物质干燥器的输出端分别与炭化炉燃烧室和生物质炭化炉相连接，炭化炉燃烧室位于生物质炭化炉的下方并将热解后的生物质输出至生物质炭化炉，炭化炉热解气冷凝器设置于生物质炭化炉的外部并与炭化炉和气化炉相连接，炭化炉与水煤浆制备模块相连接并输出生物焦料。
所述的水煤浆制备模块包括：水煤浆棒磨机、原煤仓和生物质焦料仓、高压输送泵，其中：生物质焦料仓与预处理模块相连接以存储生物焦料，水煤浆棒磨机分别与原煤仓和生物质焦料仓相连，水煤浆棒磨机的输出端依次串联高压输送泵和气流床水煤浆气化炉以输出水煤浆。
所述的净化模块包括：除尘器、灰渣收集斗、脱硫装置和闪蒸碳洗装置。其中除尘器与气化炉相连接，脱除的灰渣进入除尘器下部的灰渣收集斗，粗煤气从煤气引出管进入脱硫装置，脱硫装置与换热器相连接，从换热器出来的煤气进入闪蒸碳洗装置进一步净化。
所述的分离供氧模块包括：换热器、空气分离装置，其中：空气分离装置分离的氧气在换热器内与脱硫装置来粗煤气完成热交换，升温后的纯氧送入气化炉顶部喷嘴。
本发明通过以下方式进行工作：可处理的生物质经过简单破碎后在干燥器中除掉外在水分，然后送入炭化炉制得含水量少、可磨性好、热值高的固体焦，在水煤浆棒磨机中与煤按一定比例混合，合格的水煤浆通过高压泵喷入气化炉，由空分装置来的纯氧通过换热器加热后也从气化炉顶部喷入，由气化炉底部排出的合成气先后通过除尘、换热器和净化系统。气化炉以混合燃料为原料、以纯氧为气化剂，气化中心区温度超过1400℃，合成气以CO、H2、CO2为主，熔融状态的灰渣通过气化炉底部喷水减温后排出。合成气经过进一步除尘净化后可以作为化工合成原料气或者燃气轮机发电用气。
与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：
1)生物质与煤混合气化，在现有技术成熟的煤气化炉中添加生物质焦，既能够满足生物质大规模利用，又保证气化过程高效率。生物质碱金属含量高能够对煤气化起催化作用，提高碳转化率；生物质灰熔点低，对液态排渣的水煤浆气化炉来说可以适当降低气化温度，提高装置热效率。
2)生物质固定床或流化床气化由于焦油问题无法解决，气化炉运行可靠性差，效率低，且气化装置规模小。生物质经过炭化预处理后得到可磨性好的固体焦，少量液体焦油，进而在高温气流床气化，整个过程不会因为焦油问题影响气化炉运行。
3)气流床气化炉操作压力高，与后续化工合成装置耦合，有利于提高整体效率。
4)生物质原料可以替代部分煤，能够降低CO2的排放。
5)经过炭化预处理后的生物质元素组成接近煤，不会对合成气成份产生显著影响；且生物质预处理系统能够单独运行，一旦故障不会造成原有的煤气化系统安全运行。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：预处理模块1、水煤浆制备模块2、气流床水煤浆气化炉3、净化模块4和分离供氧模块5，其中：预处理模块1接收待处理生物质并与水煤浆制备模块2的输入端相连接，水煤浆制备模块2接收来自预处理模块1输出的生物焦料并进行磨粉制浆处理，水煤浆制备模块2的输出端与气流床水煤浆气化炉3相连接并输出水煤浆，气流床水煤浆气化炉3与分离供氧模块相连接以接收助燃气体，同时气流床水煤浆气化炉3与净化模块4相连接以输出燃烧废气，净化模块4与空气分离器相连并输出助燃气体。
所述的待处理生物质为木质、纤维类、动物排泄物等；
所述的预处理模块1包括：生物质干燥器3、炭化炉燃烧室7、生物质炭化炉8和炭化炉热解气冷凝器9，其中：生物质干燥器3的输出端分别与炭化炉燃烧室7和生物质炭化炉8相连接，炭化炉燃烧室7位于生物质炭化炉8的下方并将不充分燃烧生物质输出至生物质炭化炉8，炭化炉热解气冷凝器9设置于生物质炭化炉8的外部并与炭化炉和煤气化炉相连接，炭化炉8与水煤浆制备模块2相连接并输出生物焦料。
所述的水煤浆制备模块2包括：水煤浆棒磨机14、原煤仓12和生物质焦料仓12′、高压输送泵16，其中：生物质焦料仓12′与预处理模块1相连接以存储生物焦料，水煤浆棒磨机14分别与原煤仓12和生物质焦料仓12′相连，水煤浆棒磨机14的输出端依次串联高压输送泵16和气流床水煤浆气化炉18以输出水煤浆。
所述的净化模块4包括：除尘器20、灰渣收集斗21、脱硫装置22和闪蒸碳洗装置26。其中除尘器20与气化炉18相连接，脱除的灰渣进入除尘器下部的灰渣收集斗21，粗煤气从煤气引出管进入脱硫装置22，脱硫装置22与换热器23相连接，从换热器23出来的煤气进入闪蒸碳洗装置26进一步净化。
所述的分离供氧模块5包括：换热器23、空气分离装置24，其中：空气分离装置24分离的氧气在换热器23内与脱硫装置22来的粗煤气完成热交换，升温后的纯氧25送入气化炉顶部喷嘴。
本实施例具体通过以下方式进行工作：生物质原料经过初步粉碎至20～50mm，通过进料管1输送至干燥器3，该干燥器附带有燃烧室，可以达到100℃以上的干燥温度，经过干燥的生物质含水量小于2％，其中约15～25％的生物质送入炭化炉燃烧室7鼓风燃烧产生高温烟气，其余生物质进入炭化炉8。维持炭化炉8的温度在200℃～300℃，热解时间20～45分钟，产生的热解气体经过冷凝器9收集水分和生物质焦油11，低热值的热解气体含有75％CO2，其余为CO组成。热解气体通入干燥器的燃烧室燃烧，同时炭化炉排放的烟气也送入干燥器回收余热，所有干燥器排出的尾气经过管道6排出。炭化炉制得的固体生物质焦通过换向阀13后与来自原煤料仓12的原煤一起送入水煤浆棒磨机14，在此之前调整生物质焦掺混比例0～15％。如果不需要添加生物质焦，则由炭化炉来的生物质焦暂存于料仓12’。从磨煤机14出口的水煤浆通过输送管道15和高压输送泵16喷入气化炉18，气化炉采用纯氧气化。气化炉18产生的合成气从下部排出进入粗煤气除尘器20，除尘后的煤气经过脱硫装置22后再进入换热器21加热气化用纯氧，冷却后的煤气进入煤气净化系统26经过闪蒸炭洗等步骤获得工艺气27。空分装置来纯氧进过换热器23加热后供气化炉18作为气化剂。气化炉18产生的固体灰渣进过喷水冷却后从底部28排出。
Claims (6)
1.一种混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征在于，包括：气流床水煤浆气化炉、预处理模块、水煤浆制备模块、净化模块和分离供氧模块，其中：预处理模块接收待处理生物质并与水煤浆制备模块的输入端相连接，水煤浆制备模块接收来自预处理模块输出的生物焦料并进行磨粉制浆处理，水煤浆制备模块的输出端与气流床水煤浆气化炉相连接并输出水煤浆，气流床水煤浆气化炉与分离供氧模块相连接以接收助燃气体，同时气流床水煤浆气化炉与净化模块相连接以输出燃烧废气，净化模块与空气分离器相连并输出助燃气体。
2.根据权利要求1所述的混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征是，所述的待处理生物质是指有机废弃物。
3.根据权利要求1所述的混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征是，所述的预处理模块包括：生物质干燥器、炭化炉燃烧室、生物质炭化炉和炭化炉热解气冷凝器，其中：生物质干燥器的输出端分别与炭化炉燃烧室和生物质炭化炉相连接，炭化炉燃烧室位于生物质炭化炉的上方并将不充分燃烧生物质输出至生物质炭化炉，炭化炉热解气冷凝器设置于生物质炭化炉的外部并与炭化炉和气化炉相连接，炭化炉燃烧室与水煤浆制备模块相连接并输出生物焦料。
4.根据权利要求1所述的混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征是，所述的水煤浆制备模块包括：水煤浆棒磨机、原煤仓和生物质焦料仓、高压输送泵，其中：生物质焦料仓与预处理模块相连接以存储生物焦料，水煤浆棒磨机分别与原煤仓和生物质焦料仓相连，水煤浆棒磨机的输出端依次串联高压输送泵和气流床水煤浆气化炉以输出水煤浆。
5.根据权利要求1所述的混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征是，所述的净化模块包括：除尘器、灰渣收集斗、脱硫装置和闪蒸碳洗装置。其中除尘器与气化炉相连接，脱除的灰渣进入除尘器下部的灰渣收集斗，粗煤气从煤气引出管进入脱硫装置，脱硫装置与换热器相连接，从换热器出来的煤气进入闪蒸碳洗装置进一步净化。
6.根据权利要求1所述的混合燃料水煤浆气流床气化系统，其特征是，所述的分离供氧模块包括：换热器、空气分离装置，其中：空气分离装置分离的氧气在换热器内与脱硫装置来粗煤气完成热交换，升温后的纯氧送入气化炉顶部喷嘴。
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