CN102533346A

CN102533346A - 固体生物质气化裂解炉

Info

Publication number: CN102533346A
Application number: CN2012100506090A
Authority: CN
Inventors: 王家俊; 马仁贵; 刘勇
Original assignee: HEFEI TIANYAN EXPLOITATION OF GREEN ENERGY SOURCES CO Ltd
Current assignee: HEFEI TIANYAN EXPLOITATION OF GREEN ENERGY SOURCES CO Ltd
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供了一种固体生物质气化裂解炉，包括：自顶端至底端依次相连通分布的流化床气化段和固定床裂解段；流化床气化段顶端设有烟气入口、气化物料入口和点火孔，气化物料燃烧可提供温度大于900℃的高温环境，流化床气化段底端侧壁设有气化剂入口、用于喷射气化剂且与气化剂入口相连通的喷嘴；固定床裂解段设有：自固定床裂解段的外侧插入其内侧的炉排，设于炉排上并用于催化裂解固体生物质气化产生的焦油的固定床，位于炉排底端的燃气出口和燃气引风机。上述固体生物质气化裂解炉，使得烟气中的焦油均在流化床气化段和固定床裂解段发生催化裂解反应，焦油全部转换为可燃气体，提高了固体生物质的再利用率，避免了焦油对环境的二次污染。

Description

固体生物质气化裂解炉

技术领域

本发明涉及固体生物质能开发利用技术领域，更具体地说，涉及一种固体生物质气化裂解炉。

背景技术

随着能源和环境问题的日益突出，生物质能逐渐被开发利用。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体。生物质是一种可再生能源资源，通过一定的能源转换技术，可将生物质转换为人类可直接利用的能源。目前，大多利用固体生物质，将其转换为人类可直接利用的能源，例如秸秆等农林固体废弃物、城镇固体生活垃圾及污水处理脱水污泥等通过一系列工艺可转换为能够直接利用的燃气。目前，使固体生物质气化的装置主要为干馏炉和热解炉，即固体生物质气化形式主要为干馏气化和热解气化。

但是，干馏炉和热解炉直接对固体生物质进行气化的过程中会产生焦油，且焦油以气溶胶形态弥散在气化得到的燃气之中。由于固体生物质中含有较多的水分，使得干馏气化和热解气化温度较低(干馏气化温度在400-800℃之间，热解气化氧化温度在800-900℃之间、还原温度在700℃左右)，而气体中的焦油只有当气化温度稳定在900℃以上时才能大部分裂解成可燃气体，所以干馏炉和热解炉不能将焦油裂解，导致固体生物质经干馏气化或者热解气化转换成的燃气携带较多焦油。由于燃气中焦油不能直接燃烧，大大地降低了固体生物质的再利用率；同时，焦油不能直接燃烧，会对环境造成二次污染。

目前，大型煤气化企业为了充分利用资源和防治环境污染应用了专门的焦油裂解装置，但是，在分散的小型不连续运行的固体生物质气化项目至今还没有研发出相匹配的焦油裂解装置。

综上所述，如何将固体生物质在气化过程中产生的焦油转换为可直接燃烧的气体，提高固体生物质的再利用率，避免焦油对环境造成二次污染，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固体生物质气化裂解炉，可将固体生物质在气化过程中产生的焦油转换为可直接燃烧的气体，提高了固体生物质的再利用率，避免了焦油对环境造成二次污染。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固体生物质气化裂解炉，包括：自顶端至底端依次相连通分布的流化床气化段和固定床裂解段；

所述流化床气化段顶端设置有烟气入口、气化物料的入口和点火孔，所述气化物料通过所述气化物料的入口进入所述流化床气化段中燃烧以提供温度大于900℃的高温环境，所述流化床气化段底端侧壁设置有气化剂入口、和用于喷射所述气化剂且与所述气化剂入口相连通的喷嘴；

所述固定床裂解段设置有：自所述固定床裂解段的外侧插入所述固定床裂解段的内侧的炉排，设置于所述炉排上并用于催化裂解所述固体生物质气化所产生的焦油的固定床，位于所述炉排底端的燃气出口和与所述燃气出口相连的燃气引风机。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉中，所述固定床为冶金焦炭。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉，还包括：与所述气化剂入口相连的鼓风机和与所述喷嘴相连的静压箱。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉中，所述固定床裂解段的轴线沿竖直方向延伸，所述流化床气化段相对于所述固定床裂解段倾斜设置；所述气化物料的入口的中心线与所述固定床裂解段的轴线相平行。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉中，所述炉排相对于所述固定床裂解段的轴线倾斜设置。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉，还包括位于所述固定床裂解段的外侧，用于调节所述炉排插入所述固定床裂解段深度的调节装置。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉，还包括与所述燃气引风机通过管道相连的示火器，所述燃气引风机与所述示火器之间设置有旁通阀。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉，还包括与所述固定床裂解段相连通的集灰段，所述集灰段的底端设置有出渣口；所述集灰段自其顶端至其底端为渐缩段。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉，还包括位于所述集灰段底端的出渣器。

优选的，上述固体生物质气化裂解炉中，所述出渣器为螺旋出渣器。

本发明提供的固体生物质气化裂解炉的工作过程如下：

将燃烧可产生高温的气化物料自气化物料的入口放入流化床气化段，然后由点火孔推入火种，同时通过气化剂入口向流化床气化段充入气化剂，经喷嘴喷射，气化物料、火种和气化剂在流化床气化段发生反应，产生高温环境(大于900℃，大概为1300℃)；带有焦油的烟气自烟气入口进入流化床气化段，烟气中的大部分焦油在高温环境下(大于900℃)发生裂解反应，产生链断裂，形成CO、H₂、CH₄等可燃气体；开启燃气引风机，使其在燃气出口形成负压，使得高温烟气继续下行，进入固定床裂解段，先与固定床接触的高温烟气对固定床预热，使得固定床成为催化裂解床，使得烟气中残留的焦油在催化裂解床上被催化裂解为可燃气体，最终烟气中的焦油全部转换为可燃气体，通过燃气引风机经燃气出口排出固体生物质气化裂解炉。

本发明提供的固体生物质气化裂解炉，使得烟气中大部分焦油在流化床气化段提供的高温环境(大于900℃)中发生裂解反应，转换为可燃气体；在流化床气化段残留的焦油在固定床裂解段被催化裂解，转换为可燃气体，最终烟气中的焦油全部转换为可燃气体，即将固体生物质在气化过程中产生的焦油转换为可直接燃烧的气体，提高了固体生物质的再利用率，也避免了焦油对环境造成二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉的结构示意图。

上图1中：

烟气入口1、气化物料的入口2、喷嘴3、静压箱4、气化剂入口5、调节装置6、燃气出口7、炉排8、螺旋出渣器9、人孔10、点火孔11。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，现在将本专利中涉及到的技术名词解释如下：

气化剂：气化过程必需的气体介质，例如空气。

裂解：指只通过热能将一种样品(主要指高分子化合物)转变成另外几种物质(主要指低分子化合物)的化学过程。

炉排：锅炉或工业炉中堆置固体燃料并使之有效燃烧的一种装置。

示火器：一种自动点火装置，只有当燃气符合设定质量时，示火器才能点燃。

本发明提供了一种固体生物质气化裂解炉，可将固体生物质在气化过程中产生的焦油转换为可直接燃烧的气体，提高了固体生物质的再利用率，避免了焦油对环境造成二次污染。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图1，图1为本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉的结构示意图。

本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉，包括：自顶端至底端依次相连通分布的流化床气化段和固定床裂解段；流化床气化段顶端设置有烟气入口1、气化物料的入口2和点火孔11，气化物料通过所述气化物料的入口2进入流化床气化段中燃烧以提供温度大于900℃的高温环境，流化床气化段底端侧壁设置有气化剂入口5、和用于喷射气化剂且与气化剂入口5相连通的喷嘴3；固定床裂解段设置有：自固定床裂解段的外侧插入固定床裂解段的内侧的炉排8，设置于炉排8上并用于催化裂解固体生物质气化产生的焦油的固定床，位于炉排8底端的燃气出口7和与燃气出口7相连的燃气引风机。

本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉的工作过程如下：

将燃烧可产生高温的气化物料自气化物料的入口2放入流化床气化段，然后由点火孔11推入火种(火种可为点燃的废油沙头、碎布、木屑等)，同时通过气化剂入口5向流化床气化段充入气化剂，经喷嘴3喷射，气化物料、火种和气化剂在流化床气化段发生反应，产生高温环境(大于900℃，大概为1300℃)；带有焦油的烟气自烟气入口1进入流化床气化段，烟气中的大部分焦油在高温环境下(大于900℃)发生反应，产生链断裂，形成CO、H₂、CH₄等可燃气体；燃气引风机在燃气出口7产生负压，使得高温烟气下行，进入固定床裂解段，先与固定床接触的高温烟气对固定床预热，使得固定床成为催化裂解床，使得烟气中残留的焦油在催化裂解床上被催化裂解为可燃气体，最终烟气中的焦油全部转换为可燃气体，通过燃气引风机经燃气出口7排出固体生物质气化裂解炉，将燃气送至下道工序。

本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉，使得烟气中大部分焦油在流化床气化段提供的高温环境(大于900℃)中发生反应，转换为可燃气体；在流化床气化段残留的焦油在固定床裂解段被催化裂解，转换为可燃气体，最终烟气中的焦油全部转换为可燃气体，即将固体生物质在气化过程中产生的焦油转换为可燃气体，增加可燃气体产量，进而提高了固体生物质的再利用率；而且，燃气中无焦油，二氧化碳被充分还原，提高了燃气热值；也避免了焦油对环境的二次污染。

同时，固体生物质在气化产生焦油时，还会产生二噁英等有害气体，例如固体生活垃圾、脱水污泥等，通过上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，也可使二噁英等有害气体发生裂解反应，进而消除有害气体，避免了对环境造成污染。

上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉中，带有焦油的烟气可为经干馏炉产生的干馏气或者经热解炉产生的热解气；气化物料可为经干馏炉产生的生物焦粉或者是其他燃烧可提供高温的气化物料，本发明对气化物料不作具体地限定，只要能够提供高温(大于900℃)环境即可；烟气入口1优先高于气化物料的入口2和点火孔11，可保证烟气中的较多的焦油发生反应，转换为可燃气体。

上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉中，为了保证固定床在高温下能够正常使用，优先选用冶金焦炭作为固定床，冶金焦炭热强度较高，不易坍塌，冶金焦炭的平均直径为20mm左右。冶金焦炭作为焦油的裂解催化剂，冶金焦炭的孔隙率较高，比表面积较大，利于残留焦油的裂解；同时，冶金焦炭在高温环境下也可作为还原剂，将气化过程产生CO₂、H₂O还原成CO、CH₄等可燃气体。因为冶金焦炭会作为还原剂参加反应，所以需要及时补充冶金焦炭。当然，也可采用无烟块煤作为固定床，本发明对固定床的具体物料不做具体地限定，只要能够保证实现焦油的催化裂解即可。

为了便于加入气化剂，上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，还包括与气化剂入口5相连的鼓风机和与喷嘴3相连的静压箱4。鼓风机可将外部的气化剂快速的输送至流化床气化段内部，同时，通过与喷嘴3相连的静压箱4保证喷嘴3正常喷射气化剂，保证气化物料在该固体生物质气化裂解炉内流化燃烧，产生高温烟气，进而促进焦油裂解。

为了保证自入口1输入的烟气中的焦油在流化床气化段充分反应，上述固体生物质气化裂解炉中，固定床裂解段的轴线沿竖直方向延伸，流化床气化段相对于固定床裂解段倾斜设置，这样有利于烟气、气化剂和气化物料在流化床气化段循环回流，增加了烟气在流化床气化段的滞留时间，即增加了焦油的反应时间，有利于焦油转换为可燃气体；同时，也提高了流化床气化段上下行流体的反应物浓度，使得流化床气化段反应较充分；而且，流化床气化段倾斜设置，增加了流化床气化段内炉壁的反射和辐射，进一步提高了流化床气化段的温度。同时，优选气化物料的入口2的中心线与固定床裂解段的轴线相平行，便于气化物料的加入。

为了进一步保证经流化床气化段残留的焦油在固定床裂解段全部催化裂解，上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉中，炉排8相对于固定床裂解段的轴线倾斜设置，优选的，炉排8的尾端向固定床裂解段的底端倾斜，这样可增加固定床的长度，即增加了焦油与固定床的接触面积，使得焦油可充分催化裂解。

在固定床裂解段，随着焦油的不断催化裂解，设置在炉排8上的固定床有自动坍塌的趋势，因此，为避免固定床发生坍塌，上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，还包括位于固定床裂解段的外侧，用于调节炉排8插入固定床裂解段深度的调节装置6。此处，炉排8插入固定床裂解段的深度为炉排8插入固定床裂解段的长度。当调节炉排8时，固定床有坍塌趋势的部分会自然滑落炉排8，从而实现调节固定床厚度的目的，避免固定床发生坍塌。在调节固定床的厚度时，还需考虑固体生物质气化裂解炉内的系统阻力。上述调节装置6有多种实现形式，优选的，该调节装置6具体包括：设置于炉排8中并与炉排8固定相连的螺杆，该螺杆外露于固体生物质气化裂解炉；和与螺杆通过螺纹配合的手轮，且该手轮与固体生物质气化裂解炉相连，并外露于固体生物质气化裂解炉，手轮不能沿其轴向运动，只可绕螺杆旋转，从而旋转手轮可带动螺杆沿该螺杆的轴向移动，即实现了对炉排8插入固定床裂解段深度的调节。当然，也可以采用其他的方式实现调节，本发明对此不做具体地限定。

由于自燃气出口排出的燃气可能还不符合要求(燃气中还存在不能点燃的气体组份较多)，所以需要对燃气进行检测。上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，还包括与燃气引风机通过管道相连的示火器，燃气引风机与示火器之间设置有旁通阀。示火器是一种自动点火装置，只有当燃气符合设定质量时，示火器才能点燃。示火器点燃之前，部分燃气经旁通阀回流，剩余的燃气对空排放，直至示火器点燃为止。当示火器点燃时，即可将燃气送至下道工序。

上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，还包括与固定床裂解段相连通，且用于收集灰渣的集灰段，集灰段的底端设置有出渣口。为了便于灰渣的收集，集灰段自其顶端至其底端为渐缩段，便于灰渣的下落和收集。当然，集灰段也可为其他的形状，本发明对此不做具体地限定，只要保证能够排出灰渣即可。为了加快除灰渣，上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉，还包括位于集灰段底端的出渣器，可自动将出渣口底部的灰渣移走，便于灰渣排出该固体生物质气化裂解炉，优先选用螺旋出渣器9，当然可采用其他的出渣器，本发明实施例对出渣器的类型不做具体地限定。

为了便于固体生物质气化裂解炉内部的维修和检测，上述实施例提供的固体生物质气化裂解炉中，集灰段设置有人孔10，供工作人员进出该固体生物质气化裂解炉。

本发明实施例提供的固体生物质气化裂解炉应用范围广，可用于秸秆等农林固体废弃物热解气化，也可用于城镇固体生活垃圾和城镇污水处理厂脱水干燥后的污泥焚烧并获取能源。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种固体生物质气化裂解炉，其特征在于，包括：自顶端至底端依次相连通分布的流化床气化段和固定床裂解段；

所述流化床气化段顶端设置有烟气入口(1)、气化物料的入口(2)和点火孔(11)，所述气化物料通过所述气化物料的入口(2)进入所述流化床气化段中燃烧以提供温度大于900℃的高温环境，所述流化床气化段底端侧壁设置有气化剂入口(5)、和用于喷射所述气化剂且与所述气化剂入口(5)相连通的喷嘴(3)；

所述固定床裂解段设置有：自所述固定床裂解段的外侧插入所述固定床裂解段的内侧的炉排(8)，设置于所述炉排(8)上并用于催化裂解所述固体生物质气化所产生的焦油的固定床，位于所述炉排(8)底端的燃气出口(7)和与所述燃气出口(7)相连的燃气引风机。

2.根据权利要求1所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，所述固定床为冶金焦炭。

3.根据权利要求1所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，还包括：与所述气化剂入口(5)相连的鼓风机和与所述喷嘴(3)相连的静压箱(4)。

4.根据权利要求1所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，所述固定床裂解段的轴线沿竖直方向延伸，所述流化床气化段相对于所述固定床裂解段倾斜设置；所述气化物料的入口(2)的中心线与所述固定床裂解段的轴线相平行。

5.根据权利要求4所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，所述炉排(8)相对于所述固定床裂解段的轴线倾斜设置。

6.根据权利要求5所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，还包括位于所述固定床裂解段的外侧，用于调节所述炉排(8)插入所述固定床裂解段深度的调节装置(6)。

7.根据权利要求1所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，还包括与所述燃气引风机通过管道相连的示火器，所述燃气引风机与所述示火器之间设置有旁通阀。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，还包括与所述固定床裂解段相连通的集灰段，所述集灰段的底端设置有出渣口；所述集灰段自其顶端至其底端为渐缩段。

9.根据权利要求8所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，还包括位于所述集灰段底端的出渣器。

10.根据权利要求9所述的固体生物质气化裂解炉，其特征在于，所述出渣器为螺旋出渣器(9)。