CN102643676A - 燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法，生物质在热解气化炉内，以空气和水蒸气为气化剂进行热解气化反应，利用产出燃气的余热将由蒸发器产出的水蒸汽制备成过热水蒸汽给炉内补热，并回流部分产出的燃气入炉燃烧为气化反应提供热量，采用高温裂解去除焦油，确保气化炉整体处于高温氛围，使生物热解碳的气化过程和焦油的裂解过程趋于完全。本发明的方法充分利用了可燃气的余热，回流部分燃气提供生物质热解气化所需热量，保证了炉内处于高温，加速反应过程，提高气化效率；生产的可燃气体为热值达到10MJ/Nm3的低焦油气体，且将燃烧反应与其它反应相对分开，便于操作控制。

Description

燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法
技术领域
本发明属一种燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法。
背景技术
生物质热解气化技术是生物质能的重要利用途径。生物质气化就是在高温下利用空气中的氧气或含氧物质作为气化剂，将生物质的固定碳氧化成为可燃气体的过程。采用不同生物质原料、不同气化剂(如空气、氧气、水蒸汽)或操作温度、设备，所产生的热解气成分也各异。利用热解气化的方法将木材原料、作物桔秆或有机物工业废弃物转化成气体燃气，对节约能源、保护环境和防止污染，有着重要的意义。
目前的生物质热解气化技术，多是以空气作为气化剂的气化方式，得到的热解气中氮气含量高，热值较低，燃气输送效率低，作为合成气需要进一步处理。
已公开的生物质气化炉大部分都采用自热式，自热式生物质气化炉普遍存在的问题是难以建立氧化与还原反应的平衡机制，以保持稳定的反应条件和反应床层。只有少数的气化炉将燃烧和气化过程分开，例如双流化床气化炉的燃烧床采用鼓泡床，气化床采用循环流化床，两床之间依靠热载体进行热传递，但其中如何控制好热载体的循环速度和加热温度是目前尚未能很好解决的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种燃气回流燃烧供热、余热制取过热水蒸汽、产气率高、含焦油量少的燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：生物质在热解气化炉内，用空气和水蒸气为气化剂进行热解气化反应，其特征是利用产出燃气的余热将由蒸发器产出的水蒸汽制备成过热水蒸汽给炉内补热，并回流部分产出的燃气燃烧为气化反应提供热量，采用高温裂解去除焦油，确保气化炉整体处于高温氛围，使生物热解碳的气化过程和焦油的裂解过程趋于完全。
本发明方法制取可燃气体所用气化炉的结构是：
一种燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法所用的气化炉，在气化炉下部有排灰室和燃烧腔；中段的综合反应腔内，有每组由一个炉盘和多块旋流片组成的若干组反应单元，上部有盘管过热器和燃气出口；在气化炉内腔的中心部位有内筒，内筒口的下方有分布锥，上端接内有螺旋推进器的料斗，旋流片固定安装在内筒的外壁上；炉体侧面有多条过热蒸汽进气管、多根测温接管和燃气回流进气管。
同一反应单元内的旋流片以30°-60°的倾角固定安装在内筒外壁的同一水平面上。
每组反应单元内的炉盘有许多通气孔，旋流片有8-16块。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1、采用回流部分燃气用于燃烧的方法提供生物质热解气化所需要的热量，保证了炉内燃烧腔的高温。产生的可燃气焦油含量少，反应迅速，气化效率高。
2、反应炉内产生的可燃气体，先后穿过炉内的盘管过热器和炉外的蒸发器才进入冷却器，充分利用了可燃气的余热制取气化过程所需的过热水蒸汽。
3、生产的可燃气体为低焦油气体，热值达到10MJ/Nm3。
4、将燃烧反应与其它反应相对地独立分开，便于操作控制。
附图说明
图1为本发明燃气回流燃烧自供热水蒸汽的生物质热解气化方法的流程图。
图中：1-气化炉  2-燃烧腔  3-炉盘  4-旋流片  5-综合反应腔  6-测温接管  7-内筒8-料斗  9-燃气出口  10-盘管过热器  11-过热蒸汽进气管  12-分布锥  13-燃气回流进气管  14-蒸发器  15-冷却器  16-抽风机  17-流量计  18-增压泵  19-流量计  20-集气囊21-水槽  22-液位计  23-水泵
具体实施方式
高温下，采用过热水蒸汽和空气作为气化剂，气化过程所需要的氧来自水蒸汽的裂解和空气中的氧，同时产生较多的氢气，获取产气率高、含焦油量少的可燃气体。
本气化系统采用的是微负压系统，以过热水蒸汽和空气作为气化剂，采用燃气回流的自供热系统。图1所示粗线条代表的是燃气所走的管路。经过破碎的生物质颗粒通过料斗8和内筒7进入气化炉1，在气化炉内经过干燥、干馏和气化反应生成可燃气。上升的可燃气先后经过综合反应腔5、穿过盘管过热器10，利用炉内燃气所带的热量加热盘管内由蒸发器14出来的饱和水蒸汽，使之成为过热水蒸汽，过热水蒸汽按实际需要量控制进入炉内各反应单元进行气化反应；由于旋流片30°-60°的倾角固定安装在内筒外壁的同一水平面上，使炉内的燃气流呈螺旋式上升，增加了反应停留时间及两相紊流程度，提高气化速率及碳的转化率；炉内穿过盘管过热器的可燃气经燃气出口9先后进入蒸发器14、冷却器15被冷却至85℃以下，再由抽风机16引出；在抽风机后面的管道上分设支路，部分燃气经流量计17送至用户，另一部分燃气通过回流支管上的增压泵18和流量计19引回到气化炉燃烧腔2内，在燃烧腔发生剧烈的燃烧反应，为生物质热解气化过程提供反应所需要的能量及高温CO2。为了采集气样进行分析，在增压泵之后的回流管路上设置旁路，采用集气囊20收集样气。
在图1中，细实线表示的是水路。由蒸发器14产出的饱和水蒸汽经盘管过热器10后被加热成过热水蒸汽，经过热蒸汽进气管11进入气化炉的燃烧腔2和炉内的综合反应腔5内，其作用是在作为气化剂同时可提升气化炉内的温度，确保气化炉整体处于高温氛围，使生物热解碳的气化过程和焦油的裂解过程趋于完全。依据安装在气化炉侧面的各测温接管6的热电偶温度，通过调节阀门，控制各过热蒸汽进气管进入气化炉的蒸汽量。水路的具体流程为：软水经给水泵23打入水槽21，装有液位计22的水槽的水位由控制箱自动控制。水槽的下出水口与蒸发器14的进水口相连，水槽的上端与蒸发器上端的蒸汽管相连，使水槽与蒸发器具有相同压力，水槽中的水就会在液位高度差的作用下自动向蒸发器流动。蒸发器上方安装有安全阀。
在气化炉下部的排灰室和燃烧腔2之间有炉排相隔；中段的综合反应腔内有若干组反应单元，每组反应单元由一个具有许多通气孔的炉盘3和8～16块旋流片4组成，同一反应单元内的旋流片以30°-60°的倾角固定安装在内筒外壁的同一水平面上。
每个反应单元有一个与热电偶相接的测温接管6；综合反应腔的上部有盘管过热器10和燃气出口9；在气化炉内腔中心部位有内筒7，内筒口的下方有分布锥12，上方接内有螺旋推进器的料斗8，炉体侧面有多条过热蒸汽进气管11、多根测温接管6和燃气回流进气管13。
实施例1
以速生桉作为原料生产可燃气体。
1、将速生桉树枝用破碎机破碎后进行分拣，得尺寸为2-5mm的物料。
2、在实验正式开始之前，气化炉先经过启动阶段，启动阶段以木炭和焦炭作为启动材料。启动阶段需要完成两个任务：其一，使气化炉测温点的温度上升到：气化炉炉底第1个测温点温度＞1100℃，气化炉炉顶往下数第三个测温点温度＞650℃；其二，完成气化炉所需要的水蒸汽的制备。
3、将经过破碎筛选的速生桉162kg先后倒入料斗8，用变频器调节进料机电机频率以调节螺旋推进器转速来控制进料量。物料在高温的作用下发生干燥、干馏和气化反应，产生的可燃气体在抽风机引力的作用下先后经过盘管过热器、蒸发器及冷却器，一方面制备气化过程所需的过热水蒸汽气化剂，另一方面降低可燃气体的温度。通过回流支管上的增压泵，将部分可燃气引回到气化炉燃烧腔，在燃烧腔发生剧烈的燃烧反应，为生物质热解气化过程提供反应所需要的能量及高温CO2。
4、实验结果
产气量为226.8m3，得到的可燃气成分含量见表1。
表1可燃气成分含量
Figure BDA0000158619700000041
5、气化指标
实验的气化指标见表2.
表2气化指标
Figure BDA0000158619700000042
实施例2
1、将木薯杆用破碎机破碎后进行分拣，得1-3mm的物料162kg。
2、气化炉的启动和制气阶段同实施例1。
3、实验结果
产气量为252.7m3，得到的可燃气成分含量见表3。
表3可燃气成分含量
Figure BDA0000158619700000043
4、气化指标
实验的气化指标见表4
表4气化指标
Figure BDA0000158619700000044

Claims (4)

1.一种燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法，生物质在热解气化炉内，以空气和水蒸气为气化剂进行热解气化反应，其特征是利用产出燃气的余热将由蒸发器产出的水蒸汽制备成过热水蒸汽给炉内补热，并回流部分产出的燃气入炉燃烧为气化反应提供热量，采用高温裂解去除焦油，确保气化炉整体处于高温氛围，使生物热解碳的气化过程和焦油的裂解过程趋于完全。
2.一种燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法所用的气化炉，其特征是在气化炉下部有排灰室和燃烧腔；中段的综合反应腔内，有每组由一个炉盘和多块旋流片组成的若干组反应单元，上部有盘管过热器和燃气出口；在气化炉内腔的中心部位有内筒，内筒口的下方有分布锥，上端接内有螺旋推进器的料斗，旋流片固定安装在内筒的外壁上；炉体侧面有多条过热蒸汽进气管、多根测温接管和燃气回流进气管。
3.如权利要求2所述的燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法所用的气化炉，其特征是同一反应单元内的旋流片以30°-60°的倾角固定安装在内筒外壁的同一水平面上。
4.如权利要求2或3所述的燃气回流燃烧自供热生物质热解气化方法所用的气化炉，其特征是每组反应单元内的炉盘有许多通气孔，旋流片有8-16块。
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