CN102002399A - 一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器 - Google Patents

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沈冶
袁光福
何培红
黎泽元
胡志波
蒋国平
阎维平
鲁许鳌
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North China Electric Power University
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Abstract

本发明涉及一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器，属于生物质能的气化利用领域。此装置利用我国丰富的生物质秸秆资源，打包处理后作为气化原料，利用炉前打散装置散包进料，解决了常规绞龙进料设备易损坏的问题；采用低真实密度的陶粒砂作为床料，有效避免传统石英砂床料的易结渣问题，气化反应器采用鼓泡流化床，流化速度低，有效降低飞灰可燃物比例；气化反应器本体采用扩径设计，可减少床料流化死区并促使床料形成内循环，改善流化质量，从而实现生物质秸秆的高效利用，可作为今后煤粉锅炉与生物质结合利用的理想装置。

Description

一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器
技术领域
本发明涉及一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器，属于生物质能的气化利用领域。
背景技术
从技术与成本上考虑，目前生物质与煤混燃技术仍是生物质能利用的主要途径之一，但也出现以下问题：
(1)生物质制粉困难，飞灰可燃物比例升高；
(2)燃烧生成的生物质灰影响粉煤灰的利用；
(3)绞龙送料设备经常卡死严重时导致核心部件损坏。
这使得生物质气化再燃——间接混燃技术得到重视，这种技术能有效克服以上直接掺烧的缺点，在控制CO2、SO2及NOX排放方面更具优势。这种技术需利用气化炉来产生所需的生物质燃气以实现与煤的间接混燃。由于流化床床层内传热加强，反应速度快速充分，产气量大，热值高，焦油含量小，这一炉型技术在欧美一些国家得到了推广应用，我国起步较晚，广州能源所研制的循环流化床气化炉有了几处小规模的示范应用，但气化原料多是林业废弃物，针对适合生物质秸秆的流化床气化炉还未见报道。
研究表明，一般认为15-40MW规模发展鼓泡流化床合适些，而循环流化床在40-100MW发电规模中运用更经济。因此推广鼓泡流化床对于当前我国生物质能特别是秸秆生物质的高品位利用有更好的发展前景。
发明内容
本发明提供了一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器，充分考虑我国生物质秸秆资源绝对数量庞大但是分散，收集难度大的特点，能有效提高我国秸秆资源的利用效率和品位，可用作工业规模的气化装置，特别是作为煤粉发电机组生物质秸秆掺烧系统的气化反应器。
本发明所采用的技术方案如下：
一种采用打包燃料的流化床气化反应方法，包括以下步骤：
(1)在气化室内预先填上高度为0.5-0.6m的低真实密度的陶粒砂床料，并将床料温度预热到500-550°，然后投入运行；
(2)运行时，维持流化风量为陶粒砂床料临界流化风量的2倍左右，来流的流化风经过等压风室，从布风板吹入气化室，使陶粒砂呈鼓泡流化状态；
(3)将打包燃料打散后甩入气化室内进行气化反应，产生的热生物质燃气经旋风分离器过滤大部分飞从分离器燃气出口送出；
(4)分离下来的热飞灰先储存在双级锁渣器内，定期由飞灰热绞龙回送气化室内进行再燃烧，从而提高碳转化率和气化效率。
所述打包燃料为秸秆，该打包燃料呈圆柱形或长方体；料包密度约为200kg/m3，单个料包截面一般以不超过气化炉床层面积的50％。料包运到现场后，由带式输送机送往气化炉前，经散料过程被甩进反应器内。
所述陶粒砂床料的真实密度不高于2500kg/m3。
所述分离下来的热飞灰由热飞灰绞龙装置送入反应器的密相区燃烧。
本发明还提供了一种适用于所述反应方法的反应器，其结构为：气化室的顶部为防爆门，底部设置布风板以及等压风室，气化室的侧壁上部设置安全门和气化室出口，侧壁下部设置关断门、人孔门以及飞灰热绞龙；所述气化室出口的另一端与旋风分离器连接；所述旋风分离器的顶部为分离器燃气出口，其底部通过双级锁渣器与所述飞灰热绞龙连接；所述关断门外设置料包打散装置。
所述气化室为倒圆台形，分别在布风板的上部及气化室1/2高度处扩径。
所述等压风室的风帽小孔采用四周侧斜向下呈15°开孔。
本发明的优点是：
(1)充分考虑我国现有农业废弃物资源分散的特点，将生物质秸秆打包成型，便于原料存运，有效减小占地面积；
(2)采用陶粒砂作为鼓泡流化床气化反应器的床料，不仅能有效避免传统石英砂床料的易结渣问题，而且采用的陶粒砂真实密度低易流化，可降低流化风量，有利于燃气可燃成分比例和热值的提高；
(3)鼓泡流化床气化反应器，流化速度低，有效降低飞灰可燃物比例；
(4)布风板上部及反应器床高1/2处的两次扩径，可减少床料流化死区并促使床料形成内循环，改善流化质量；
(5)布风板下设计有等压风室，用于稳定来流的流化热风，尽可能减少结构突变对布风的影响；布风风帽小孔采用四周侧斜向下呈约15°开孔，以利于气流扰动风帽间的粗颗粒；
(6)解决了常规绞龙进料设备易损坏的问题；分离下来的热飞灰由热飞灰绞龙装置送入反应器的密相区燃烧，补充气化所需热量，提高碳转化率。
附图说明
图1是本发明所述反应器的结构示意图。
图中标号：
1-秸秆料包，2-料包打散装置，3-安全门，4-关断门，5-气化室，6-防爆门，7-等压风室，8-人孔门，9-布风板，10-炉壁内衬，11-飞灰热绞龙，12-气化室出口，13-分离器燃气出口，14-旋风分离器，15-双级锁渣器，16-分离器保温内衬。
具体实施方式
本发明提供了一种采用打包燃料的流化床气化反应方法及反应器，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，气化室5的顶部为防爆门6，底部设置布风板9以及等压风室7，气化室5的侧壁上部设置安全门3和气化室出口12，侧壁下部设置关断门4、人孔门8以及飞灰热绞龙11；所述气化室出口12的另一端与旋风分离器14连接；所述旋风分离器14的顶部为分离器燃气出口13，其底部通过双级锁渣器15与所述飞灰热绞龙11连接；所述关断门4外设置料包打散装置2。在气化室5分别在布风板9的上部及气化室1/2高度处扩径。等压风室7的风帽小孔采用四周侧斜向下呈15°开孔。
工作时，先在气化室5内预先填上适量低真实密度的陶粒砂床料，一般以0.5-0.6m高度为宜，床料温度预热到500-550度之后便可投入运行。为提高气化效率，可采用热风作为流化风。
运行时，维持流化风量为陶粒砂床料临界流化风量的2倍左右，来流的流化风经过等压风室7后，从布风板9吹入气化室5，使陶粒砂呈鼓泡流化状态；另一方面，秸秆料包采用圆柱形或长方体，料包密度约为200kg/m3，单个料包截面一般以不超过气化炉床层面积的50％，由输送机运至鼓泡流化床气化炉前，用料包打散装置2将料包打散后甩入气化室5内，继而进行气化反应。产生的热生物质燃气通过气化室出口12经旋风分离器14过滤大部分飞从分离器燃气出口13送出，而分离下来的热飞灰先储存在双级锁渣器15内，定期由与旋风分离器14连接的飞灰热绞龙11回送气化室5内进行再燃烧，从而提高碳转化率和气化效率。为减少能量损失，气化室5外壁敷有多层炉壁内衬10，起到耐火和保温作用；旋风分离器14外壁也附有分离器保温内衬16。为防止事故时能及时应对，快速解决，反应器上部设有安全门3和防爆门6；反应器下部设有人孔门8，便于工作人员进入气化反应器内部进行检修。

Claims (6)

1.一种采用打包燃料的流化床气化反应方法，其特征在于，包括以下步骤：
在气化室内预先填上高度为0.5-0.6m的低真实密度的陶粒砂床料，并将床料温度预热到500-550°，然后投入运行；
运行时，维持流化风量为陶粒砂床料临界流化风量的2倍左右，来流的流化风经过等压风室，从布风板吹入气化室，使陶粒砂呈鼓泡流化状态；
将打包燃料打散后甩入气化室内进行气化反应，产生的热生物质燃气经旋风分离器过滤大部分飞从分离器燃气出口送出；
分离下来的热飞灰先储存在双级锁渣器内，定期由飞灰热绞龙回送气化室内进行再燃烧，从而提高碳转化率和气化效率。
2.根据权利要求1所述的一种采用打包燃料的流化床气化反应方法，其特征在于，所述打包燃料为秸秆，该打包燃料呈圆柱形或长方体。
3.根据权利要求1所述的一种采用打包燃料的流化床气化反应方法，其特征在于，所述陶粒砂床料的真实密度不高于2500kg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种采用打包燃料的流化床气化反应方法，其特征在于，所述分离下来的热飞灰由热飞灰绞龙装置送入反应器的密相区燃烧。
5.一种适用于权利要求1所述反应方法的反应器，其特征在于，气化室(5)的顶部为防爆门(6)，底部设置布风板(9)以及等压风室(7)，气化室(5)的侧壁上部设置安全门(3)和气化室出口(12)，侧壁下部设置关断门(4)、人孔门(8)以及飞灰热绞龙(11)；所述气化室出口(12)的另一端与旋风分离器(14)连接；所述旋风分离器(14)的顶部为分离器燃气出口(13)，其底部通过双级锁渣器(15)与所述飞灰热绞龙(11)连接；所述关断门(4)外设置料包打散装置(2)。
6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述气化室(5)分别在布风板(9)的上部及气化室1/2高度处扩径。
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