CN102994121A - 用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统及其使用方法，本发明包括两个蓄热室、低温区换向阀、高温区换向阀和冷烟气贴壁燃烧炉，各设备之间用输送各种气体的相应的管路连接，两个蓄热室是并列式蓄热室，分别是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B。采用并列式蓄热室换热器加热煤气，使煤气达到规定的高温；在燃烧炉中，为了降低炉壁温度，保护炉衬材料、减少散热，采用冷烟气贴壁对流保护措施。本发明的技术优势有：可以产生800℃以上的高温煤气，采用高温煤气做载热质解决了气体载热降低煤气品质的问题。采用蓄热方式换热器加热煤气，具有安全性高、材料耐热温度高、换热器造价低廉的优点。另外，冷烟气贴壁燃烧炉采用冷烟气护炉技术，炉衬工作条件好，炉体散热少，炉衬寿命长。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统及其使用方法，尤其是一种生物质热解炭气油联产过程中载热质的加热系统和利用该系统的载热质加热方法。
背景技术
目前，公知的生物质热解炭气油联产系统的载热方式有气体载热和固体在热两种。
气体载热一般利用燃料燃烧形成的热烟气作为生物质加热的载热质，该种方式的主要缺点：载热质直接进入热解产物，热解煤气中惰性成分含量增加，煤气品质下降，且热解气后期处理成本增加。
固体载热一般利用沙子作为生物质加热的载热质，该种方式的主要缺点：载热质与生物质的分离比较困难，且热解产物中含有大量微细粉尘，净化系统非常复杂，尤其是恶化了液态产品的质量，是制约生物质液态产品深加工的关键因素。
若想解决上述问题，可以采用自产煤气做为载热质，但目前尚有两个关键问题没有解决：
自产煤气做为载热质时，由于自产煤气爆炸浓度极限较宽，若采用间壁式换热器，安全隐患比较严重。
自产煤气做为载热质时，因为生物质低温热解工艺需要800℃以上的高温，换热器的壁温很高，需要耐热温度很高的材质，间壁式 换热器造价昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热的系统和使用方法以解决现有技术存在的上述缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的：
用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统，包括两个蓄热室、低温区换向阀、高温区换向阀和冷烟气贴壁燃烧炉，各设备之间用输送各种气体的相应的管路连接，两个蓄热室是并列式蓄热室，分别是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B。
所述系统还包括排烟风机、空气送风机和煤气加压机。
所述冷烟气贴壁燃烧炉包括炉衬、燃烧器和护壁风喷口，冷烟气贴壁燃烧炉的外部形状大致为一端内径稍小的圆筒形，炉衬紧贴冷烟气贴壁燃烧炉的外壁内面设置，燃烧器设在冷烟气贴壁燃烧炉一端的中心部位，燃烧器燃料喷嘴冲着冷烟气贴壁燃烧炉内部，使燃烧时燃烧火焰在燃烧炉内部空间的中心部位，在燃烧器和炉衬之间紧贴炉衬的部位设有护壁风喷口，护壁风喷口紧贴炉衬内壁，环绕炉衬内壁设置，护壁风喷口方向大致平行于炉衬内壁母线方向；所述管路包括冷空气管路、热烟气管路、低温烟气管路、循环冷烟气管路、冷煤气管路、高温载热质煤气管路和进出并列式蓄热室A和并列蓄热室B的管路；其中冷煤气管路上设有煤气加压机，低温烟气管路上设有排烟风机，冷空气管路上设有空气送风机；冷煤气 管路供应源头和气柜相连，经过煤气加压机后冷煤气管路分为两个支路，一路通往冷烟气贴壁燃烧炉和冷空气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接，另一路通往所述系统低温区与低温区换向阀连接；冷空气管路通往冷烟气贴壁燃烧炉，和冷煤气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接；热烟气管路源头与冷烟气贴壁燃烧炉相连，通往所述系统高温区，与高温区换向阀相连；高温载热质煤气管路源头从所述系统高温区换向阀引出，通往所述生物质炭气油联产系统；居于所述系统核心的是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B，两个并列式蓄热室规格相同，构造相同，在系统中并列式放置；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B内部设有蓄热体，能够吸收、储存和释放热量；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B两端分别设有供不同气体进出并列式蓄热室的管路，其中气体进入蓄热室的管路通往系统高温区，分别单独与高温区换向阀相连，气体出蓄热室的管路通往系统低温区，分别单独与低温区换向阀相连；所述低温烟气管路从低温区换向阀引出，经过排烟风机后低温烟气管路分为两个支路，一路通往系统排烟通道，一路和循环冷烟气管路相连；循环冷烟气管路源头从低温烟气管路引出，通往冷烟气贴壁燃烧炉，与冷烟气贴壁燃烧炉的护壁风喷口相连。
用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统的使用方法，采用并列式蓄热室换热器加热煤气，使煤气达到规定的高温，来自气柜的生物质热解煤气经所述煤气加压机加压后分为两路，第一路煤气作为燃料在燃烧炉中燃烧产生高温烟气，高 温烟气先加热并列式蓄热室中的A蓄热体，将A蓄热体加热至规定的温度，然后高温烟气切换至B蓄热室中加热B蓄热体，将B蓄热体加热至规定的温度，并定期切换；同时，第二路煤气做为载热质与高温烟气交替流过B蓄热室及A蓄热室，在两个蓄热室被蓄热体被加热到规定高温后的煤气作为载热质被引入生物质热解系统；在燃烧炉中，为了降低炉壁温度，保护炉衬材料、减少散热，采用冷烟气贴壁对流保护措施。
所述被煤气加压机加压后分为两路的煤气的流程具体包括：第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉与来自空气送风机的冷空气混合燃烧，产生高温燃烧产物，来自排烟风机的低温烟气进入冷烟气贴壁燃烧炉，并对炉衬冲刷冷却，最终与高温燃烧产物混合形成一定温度的热烟气，热烟气离开述冷烟气贴壁燃烧炉后经高温区换向阀，交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，并对其中的蓄热体进行加热，热烟气将热量传递给蓄热体后温度降低，形成低温烟气，而蓄热体受热升温，将热烟气放出的热量蓄积在自身的材料中；离开蓄热室的低温烟气经所述低温区换向阀进入排烟风机中加压，然后一部分排入大气，一部分返回冷烟气贴壁燃烧炉作为护壁风循环使用；第二路煤气经所述低温区换向阀交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，第二路煤气在蓄热室中的流动方向与热烟气的流动方向相反，且热烟气与煤气交替流过两个蓄热室，即，当高温烟气流过A蓄热室时，载热质煤气流过B蓄热室，当高温烟气流过B蓄热室时，载热质煤气流过A蓄热室；第二路煤气流过蓄热室时，接 受蓄热体加热升温至规定的高温，而蓄热体则放热降温；被蓄热体加热升温至规定高温的第二路煤气离开蓄热室，经所述高温区换向阀引入生物质热解炉，成为生物质热解载热质。
所述冷烟气贴壁燃烧炉内的低温烟气护壁风对流保护炉衬流程具体包括：经所述煤气加压机加压后的第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器燃烧，并形成高温燃烧产物，来自所述低温烟气管路经排烟风机加压后的低温烟气经所述冷烟气贴壁燃烧炉的护壁风喷口紧贴炉衬喷入炉膛形成护壁风，护壁风在烟气出口处与高温燃烧产物混合，形成一定温度的热烟气。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下突出的技术优势：
(1)本发明可以连续获得高温煤气，高温煤气用做生物质炭气油联产系统的载热质，可以大幅度提高热解产品品质，降低热解产物后期处理费用。
(2)本发明并列蓄热式换热器的蓄热体采用耐火材料，耐热温度高，造价低。
(3)本发明中的燃烧炉采用冷烟气贴壁对流护壁技术，炉壁温度低，散热损失小。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1是本发明所述系统的工作原理示意图；
附图2是冷烟气贴壁燃烧炉结构示意图。
图中，1——并列式蓄热室A，2——并列式蓄热室B，3——低温区换向阀，4——高温区换向阀，5——排烟风机，6——冷烟气贴壁燃烧炉，7——空气送风机，8——煤气加压机，9——炉衬，10——燃烧器，11——护壁风喷口。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。在此之前需要说明的是，本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语不能限定解释为通常的含义或辞典中的含义，而应当立足于为了以最佳方式说明其发明发明人可以对术语的概念进行适当定义的原则解释为符合本发明技术思想的含义和概念。随之，本说明书所记载的实施例和附图中表示的结构只是本发明最佳实施例之一，并不能完全代表本发明的技术思想，因此应该理解到对于本发明而言可能会存在能够进行替换的各种等同物和变形例。
在图1中，用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统，包括两个蓄热室、低温区换向阀3、高温区换向阀4和冷烟气贴壁燃烧炉6，各设备之间用输送各种气体的相应的管路连接，两个蓄热室是并列式蓄热室1和2，分别是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B。所述系统还包括排烟风机5、空气送风机7和煤气加压机8。所述冷烟气贴壁燃烧炉6包括炉衬9、燃烧器10和护壁风喷口11，冷烟气贴壁燃烧炉6的外部形状大致为一端内径稍小的圆筒形，炉衬9紧贴冷烟气贴壁燃烧炉的外壁内面设置，燃烧器10设在冷烟气贴壁燃烧炉一端的中心部位，燃烧器10燃料喷嘴冲着 冷烟气贴壁燃烧炉6内部，使燃烧时燃烧火焰在燃烧炉内部空间的中心部位，在燃烧器10和炉衬9之间紧贴炉衬的部位设有护壁风喷11口，护壁风喷口11紧贴炉衬9内壁，环绕炉衬9内壁设置，护壁风喷口11方向大致平行于炉衬9内壁母线方向；所述管路包括冷空气管路、热烟气管路、低温烟气管路、循环冷烟气管路、冷煤气管路、高温载热质煤气管路和进出并列式蓄热室A和并列蓄热室B的管路；其中冷煤气管路上设有煤气加压机，低温烟气管路上设有排烟风机，冷空气管路上设有空气送风机；冷煤气管路供应源头和气柜相连，经过煤气加压机后冷煤气管路分为两个支路，一路通往冷烟气贴壁燃烧炉和冷空气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接，另一路通往所述系统低温区与低温区换向阀连接；冷空气管路通往冷烟气贴壁燃烧炉，和冷煤气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接；热烟气管路源头与冷烟气贴壁燃烧炉相连，通往所述系统高温区，与高温区换向阀相连；高温载热质煤气管路源头从所述系统高温区换向阀引出，通往所述生物质炭气油联产系统；居于所述系统核心的是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B，两个并列式蓄热室规格相同，构造相同，在系统中并列式放置；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B内部设有蓄热体，能够吸收、储存和释放热量；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B两端分别设有供不同气体进出并列式蓄热室的管路，其中气体进入蓄热室的管路通往系统高温区，分别单独与高温区换向阀相连，气体出蓄热室的管路通往系统低温区，分别单独与低温区换向阀相连；所述低温烟气管 路从低温区换向阀引出，经过排烟风机后低温烟气管路分为两个支路，一路通往系统排烟通道，一路和循环冷烟气管路相连；循环冷烟气管路源头从低温烟气管路引出，通往冷烟气贴壁燃烧炉，与冷烟气贴壁燃烧炉的护壁风喷口相连。
以下从两路煤气和热烟气的流程来说明本发明所述系统的使用方法：来自气柜的生物质热解煤气经所述煤气加压机加压后分为两路，第一路煤气作为燃料在冷烟气贴壁燃烧炉6中燃烧产生高温烟气，高温烟气先加热并列式蓄热室中的A蓄热体，将A蓄热体加热至规定的温度，然后高温烟气切换至B蓄热室中加热B蓄热体，将B蓄热体加热至规定的温度，并定期切换；同时，第二路煤气做为载热质与高温烟气交替流过B蓄热室及A蓄热室，在两个蓄热室被蓄热体被加热到规定高温后的煤气作为载热质被引入生物质热解系统；在燃烧炉中，为了降低炉壁温度，保护炉衬材料、减少散热，采用冷烟气贴壁对流保护措施。
第一路煤气的具体流程：
第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉6与来自空气送风机7的冷空气混合燃烧，产生高温燃烧产物，来自排烟风机5的低温烟气进入冷烟气贴壁燃烧炉，并对炉衬9冲刷冷却，最终与高温燃烧产物混合形成一定温度的热烟气，热烟气离开述冷烟气贴壁燃烧炉6后经高温区换向阀4，交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，并对其中的蓄热体进行加热，热烟气将热量传递给蓄热体后温度降低，形成低温烟气，而蓄热体受热升温，将热烟气放出的热量蓄积 在自身的材料中；离开蓄热室的低温烟气经所述低温区换向阀3进入排烟风机5中加压，然后一部分排入大气，一部分返回冷烟气贴壁燃烧炉6作为护壁风循环使用。
第二路煤气的具体流程：
第二路煤气经所述低温区换向阀3交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，第二路煤气在蓄热室中的流动方向与热烟气的流动方向相反，且热烟气与煤气交替流过两个蓄热室，即，当高温烟气流过A蓄热室时，载热质煤气流过B蓄热室，当高温烟气流过B蓄热室时，载热质煤气流过A蓄热室；第二路煤气流过蓄热室时，接受蓄热体加热升温至规定的高温，而蓄热体则放热降温；被蓄热体加热升温至规定高温的第二路煤气离开蓄热室，经所述高温区换向阀4引入生物质热解炉，成为生物质热解载热质。
热烟气的具体流程：
所述冷烟气贴壁燃烧炉6内的低温烟气护壁风对流保护炉衬9流程具体包括：经所述煤气加压机加压后的第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉6的燃烧器10燃烧，并形成高温燃烧产物，来自所述低温烟气管路经排烟风机5加压后的低温烟气经所述冷烟气贴壁燃烧炉6的护壁风喷口11紧贴炉衬喷入炉膛形成护壁风，护壁风在烟气出口处与高温燃烧产物混合，形成一定温度的热烟气。
结合以上实施方案，本发明具有以下综合效果：
1)本发明可以为生物质热解炉产生800℃以上的高温煤气，采用高温煤气做载热质解决了气体载热降低煤气品质的问题。
2)本发明可以产生800℃以上的高温煤气，采用高温煤气做载热质可以将煤气从热解炉出料口引入，形成所谓的上吸式系统，从而提高热解系统液态产品的产率。
3)冷烟气贴壁燃烧炉采用冷烟气护炉技术，炉体散热少，炉衬寿命长。
4)干燥烟气循环使用，排烟热量得以回收利用，系统热效率较高。
5)采用蓄热方式换热器加热煤气，具有安全性高、材料耐热温度高、换热器造价低廉的优点。
需要注意的是，尽管本发明已参照具体实施方式进行描述和举例说明，但是并不意味着本发明限于这些描述的实施方式，本领域技术人员可以从中衍生出许多不同的变体，它们都将覆盖于本发明权利要求的真实精神和范围中。
本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统，包括两个蓄热室、低温区换向阀、高温区换向阀和冷烟气贴壁燃烧炉，各设备之间用输送各种气体的相应的管路连接，其特征在于：所述两个蓄热室是并列式蓄热室，分别是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B。
2.根据权利要求1所述的用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统，其特征在于：所述系统还包括排烟风机、空气送风机和煤气加压机。
3.根据权利要求2所述的用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统，其特征在于：所述冷烟气贴壁燃烧炉包括炉衬、燃烧器和护壁风喷口，冷烟气贴壁燃烧炉的外部形状大致为一端内径稍小的圆筒形，炉衬紧贴冷烟气贴壁燃烧炉的外壁内面设置，燃烧器设在冷烟气贴壁燃烧炉一端的中心部位，燃烧器燃料喷嘴冲着冷烟气贴壁燃烧炉内部，使燃烧时燃烧火焰在燃烧炉内部空间的中心部位，在燃烧器和炉衬之间紧贴炉衬的部位设有护壁风喷口，护壁风喷口紧贴炉衬内壁，环绕炉衬内壁设置，护壁风喷口方向大致平行于炉衬内壁母线方向；所述管路包括冷空气管路、热烟气管路、低温烟气管路、循环冷烟气管路、冷煤气管路、高温载热质煤气管路和进出并列式蓄热室A和并列蓄热室B的管路；其中冷煤气管路上设有煤气加压机，低温烟气管路上设有排烟风机，冷空气管路上设有空气送风机；冷煤气管路供应源头和气柜相连，经过煤气加压机后冷煤气管路分为两个支路，一路通往冷烟气贴壁燃烧炉和冷空气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接，另一路通往所述系统低温区与低温区换向阀连接；冷空气管路通往冷烟气贴壁燃烧炉，和冷煤气管路汇合联通后与冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器连接；热烟气管路源头与冷烟气贴壁燃烧炉相连，通往所述系统高温区，与高温区换向阀相连；高温载热质煤气管路源头从所述系统高温区换向阀引出，通往所述生物质炭气油联产系统；居于所述系统核心的是并列式蓄热室A和并列式蓄热室B，两个并列式蓄热室规格相同，构造相同，在系统中并列式放置；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B内部设有蓄热体，能够吸收、储存和释放热量；并列式蓄热室A和并列式蓄热室B两端分别设有供不同气体进出并列式蓄热室的管路，其中气体进入蓄热室的管路通往系统高温区，分别单独与高温区换向阀相连，气体出蓄热室的管路通往系统低温区，分别单独与低温区换向阀相连；所述低温烟气管路从低温区换向阀引出，经过排烟风机后低温烟气管路分为两个支路，一路通往系统排烟通道，一路和循环冷烟气管路相连；循环冷烟气管路源头从低温烟气管路引出，通往冷烟气贴壁燃烧炉，与冷烟气贴壁燃烧炉的护壁风喷口相连。
4.一种用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统的使用方法，其特征在于：所述方法采用并列式蓄热室换热器加热煤气，使煤气达到规定的高温，来自气柜的生物质热解煤气经所述煤气加压机加压后分为两路，第一路煤气作为燃料在燃烧炉中燃烧产生高温烟气，高温烟气先加热并列式蓄热室中的A蓄热体，将A蓄热体加热至规定的温度，然后高温烟气切换至B蓄热室中加热B蓄热体，将B蓄热体加热至规定的温度，并定期切换；同时，第二路煤气做为载热质与高温烟气交替流过B蓄热室及A蓄热室，在两个蓄热室被蓄热体被加热到规定高温后的煤气作为载热质被引入生物质热解系统；在燃烧炉中，为了降低炉壁温度，保护炉衬材料、减少散热，采用冷烟气贴壁对流保护措施。
5.根据权利要求4所述的用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统的使用方法，其特征在于：所述被煤气加压机加压后分为两路的煤气的流程具体包括如下过程：
第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉与来自空气送风机的冷空气混合燃烧，产生高温燃烧产物，来自排烟风机的低温烟气进入冷烟气贴壁燃烧炉，并对炉衬冲刷冷却，最终与高温燃烧产物混合形成一定温度的热烟气，热烟气离开述冷烟气贴壁燃烧炉后经高温区换向阀，交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，并对其中的蓄热体进行加热，热烟气将热量传递给蓄热体后温度降低，形成低温烟气，而蓄热体受热升温，将热烟气放出的热量蓄积在自身的材料中；离开蓄热室的低温烟气经所述低温区换向阀进入排烟风机中加压，然后一部分排入大气，一部分返回冷烟气贴壁燃烧炉作为护壁风循环使用；
第二路煤气经所述低温区换向阀交替进入并列式蓄热室A及并列式蓄热室B，第二路煤气在蓄热室中的流动方向与热烟气的流动方向相反，且热烟气与煤气交替流过两个蓄热室，即，当高温烟气流过A蓄热室时，载热质煤气流过B蓄热室，当高温烟气流过B蓄热室时，载热质煤气流过A蓄热室；第二路煤气流过蓄热室时，接受蓄热体加热升温至规定的高温，而蓄热体则放热降温；被蓄热体加热升温至规定高温的第二路煤气离开蓄热室，经所述高温区换向阀引入生物质热解炉，成为生物质热解载热质。
6.根据权利要求4或5所述的用于生物质炭气油联产系统的并列蓄热式高温煤气载热质加热系统的使用方法，其特征在于：所述冷烟气贴壁燃烧炉内的低温烟气护壁风对流保护炉衬流程具体包括如下过程：
经所述煤气加压机加压后的第一路煤气进入所述冷烟气贴壁燃烧炉的燃烧器燃烧，并形成高温燃烧产物，来自所述低温烟气管路经排烟风机加压后的低温烟气经所述冷烟气贴壁燃烧炉的护壁风喷口紧贴炉衬喷入炉膛形成护壁风，护壁风在烟气出口处与高温燃烧产物混合，形成一定温度的热烟气。
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