CN103254941B - 一种高温循环加热流化床热解制气系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物质固体废弃物高效资源化利用领域，具体涉及一种高温循环加热流化床热解制气系统及相应的制气方法。该系统包括气化物料进料系统、保温夹套、流化床、气体分配器、余热锅炉、格式下料器、旋风除尘器、循环加热炉、斜列管、高温循环风机、普通风机、补充燃料系统、除灰净化装置、储气装置。采用本发明所述系统制气时，先在气化原料中通入加热过的高温气体流化并气化，得热解气；热解气经旋风除尘器除去粉末炭后用气体分配器分成循环气体和导出气体；导出气体经除杂后储存；循环气体经加热除焦油后成为高温气体，再循环。与现有技术相比，本发明使用的流化介质是生物质本身的热解气，经过高温循环净化，无焦油产生。

Description

一种高温循环加热流化床热解制气系统

技术领域

本发明属于生物质固体废弃物高效资源化利用技术领域，具体涉及一种高温循环加热流化床热解制气系统及相应的制气方法。

技术背景

随着人们对能源的需求量越来越大，作为主要能源的化石燃料却逐年减少,因此寻找一种对于环境友好且可再生的能源是全球关注的焦点。我国是一个农业大国，拥有大量的生物质能源。生物质能源是一种可以储存太阳能并且可以转化为固体、液体和气体燃料的可再生能源，使用生物质能源可以有效的减少温室气体的排放，降低全球温室效应。鉴于我国当前的能源结构，生物质不仅解决了能源问题，而且也解决了环境问题。我国生物质能源十分丰富，目前全国农作物秸秆可获得6.87亿吨/年；林业可获得约1.25亿吨/年。据预测，2050年我国生物质可以达到15亿吨。现在生物质的利用主要是采用了热解气化技术，但是仍处在大规模商品化的初级阶段。传统的固定床或者是流化床都是存在着很多的问题，主要有：（1）、常规的固定床反应器主要是存在着受热不均匀、热解过程中容易产生大量的焦油、对生物质的种类适应性低、残炭较多存在着二次污染的问题、热效率低、热值低且不稳定等问题；（2）、传统的流化床反应器对原料的适应性低、处理量小，而且反应器中热解气和流化气是两种气体，增加了后续的气体分离工艺,由于很多流化床工艺都是利用空气作为了流化气体，导致气体的热值偏低等；（3）、现在已开发的双床流化床反应器流化介质难于控制、加热系统过于复杂，提高了运行成本，装置的处理能力也受到了限制，不能达到高效、低成本的进行生物质气化等。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的这些问题，本发明提供了一种高温循环加热流化床热解制气系统及相应的制气方法。该热解方法利用生物质自身产气作为流化介质，并且可以有效去除热解过程产生的焦油。

本发明所述的高温循环加热流化床热解制气系统包括气化物料进料系统、保温夹套、流化床、气体分配器、余热锅炉、格式下料器、旋风除尘器、循环加热炉、斜列管、高温循环风机、普通风机、补充燃料系统、除灰净化装置、储气装置。

上述系统中，气化物料进料系统与流化床连接，直接为流化床进料；流化床外部设置保温夹套，防止热量的散失；流化床顶部连接旋风除尘器，旋风除尘器下面连接格式下料器，旋风除尘器出来的炭粉通过格式下料器进入补充燃料系统，补充燃料系统将燃料经过普通风机送入循环加热炉；循环加热炉里面装有斜列管，从旋风除尘器出来的气体经过高温循环风机进入斜列管进行加热裂解；裂解后的气体进入气体分配器，气体分配器分别连接流化床和除灰净化装置；循环加热炉顶部排出的气体和分配进入除灰净化装置的气体均经过余热锅炉降温和热量的回收利用；除灰净化装置后面连接储气装置。

采用上述高温循环加热流化床热解制气系统制气的方法为：

1）首先在气化物料进料系统中加入原料，直接为流化床进料，再通过补充燃料系统将循环加热炉中斜列管内的气体加热到1000-1100℃，成为高温气体；

2）高温气体进入流化床，流化同时气化其中的原料，控制气体的流量，使出气口的温度与进气口的温度差稳定在200-300℃；

3）气体分配器将裂解后的气体分成循环气体和导出气体，循环气体进入流化床，导出气体进入除灰净化装置，洗除其中含有的焦油和粉尘后导入储气装置中；循环气体和导出气体体积比为(4:1)-(14:1)；

4）循环气体进入流化床热解气化原料，然后再次进入循环加热炉的斜列管内被加热到1000-1100℃，进一步去除焦油，成为高温气体，再进入流化床，循环往复。

所述的原料为粉末或颗粒状的生物质。

步骤1）中，气化物料进料系统采用密封进料，无空气参入。

步骤1）中，利用水蒸汽作为流化床气化改性剂，水蒸汽由软水经系统内的高温气体和高温烟气余热转化而成。

所述的制气方法，循环风量、加热温度、进料量、蒸汽量、补充燃烧料由全自动控制系统控制。

与现有技术相比，本发明的创新是：

1、由于使用的流化介质是生物质本身的热解气，属于内热式加热，无需加入流化困难的石英砂等载热介质，解决了传统流化床的流化介质难于控制的弊端，避免了流化气体和热解气体的分离工艺，节省了20%的能源；

2、热解气体与生物质原料接触充分、热解快速、热解时间一般在2-4秒；在热解生物质的同时，其中的焦油也会被催化裂解，同时高温气体循环操作再次进入循环加热炉，二次催化裂解焦油，大大降低其中焦油的含量，高温热解焦油产量只有传统热解反应器的焦油产量的7-17%，产液量也低于传统反应器产液量的5-20%；同时因为本系统是密闭的系统，没有空气混入，气体的热值明显提高，热值均可以到达2500大卡/(Nm3)以上，产气量500-900m3/t；

3、利用加热炉的余热产生的蒸汽作为改性剂进入流化床，不但可以充分利用余热，还可以降低产气中一氧化碳的含量，达到城市燃气的标准；

4、旋风分离的炭与燃烧物料共同进入循环加热炉为循环气体进行加热，有效的将热解原料转化为目标产物，提高了热效率、副产物残炭的量有效降低了，减少了40%的燃烧物料，降低了运行成本；

5、只要生物质的状态是粉末或细颗粒状就能应用本装置，所以本发明还具有生物质种类适应性强，可以适应各种种类的生物质原料、连续生产能力强、规模没有限制等优点。

本发明的循环加热流化床热解制气系统是生物质的高效气化反应器，克服了传统固定床、流化床残炭较多、处理规模小、热解气的热值低等问题，经过高温循环净化，无焦油产生，后续净化只需要完成灰尘去除和冷却，简化净化工艺。该系统在农业固体废弃物或工业有机废弃物的资源化领域必将得到广泛的应用，可产生巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1本发明循环加热流化床热解制气系统的流程图，图中：1-气化物料进料系统、2-保温夹套、3-流化床、4-气体分配器、5-余热锅炉、6-格式下料器、7-旋风除尘器、8-循环加热炉、9-斜列管、10-高温循环风机、11-普通风机、12-补充燃料系统、13-除灰净化装置、14-储气装置。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的制备方法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

高温循环加热流化床热解制气系统包括了气化物料进料系统1、保温夹套2、流化床3、气体分配器4、余热锅炉5、格式下料器6、旋风除尘器7、循环加热炉8、斜列管9、高温循环风机10、普通风机11、补充燃料系统12、除灰净化装置13、储气装置14。制气时，首先在气化物料进料系统1加入颗粒状生物质，启动高温风机9，再通过补足燃烧系统12给循环加热炉8中的斜列管9里的气体逐渐加热到1000℃，成为高温气体；高温气体进入流化床3，流化同时也气化其中的颗粒状生物质，控制气体的流量，并使出气口的温度与进气口的温度差稳定在200℃左右；颗粒状生物质的粒径在流化床3中不断气化变小，当达到一定的颗粒度的时候就会随着高温气体进入后续装置，部分粉末炭随着热解气体通过旋风除尘器7并在其作用下进入循环加热炉8燃烧，对气体进行加热，若气体温度不足由补足燃烧系统12补足；被旋风除尘器7分离出来的气体进入气体分配器4，分成循环气体和导出气体，调整循环气体和导出气体比为4:1；将导出气体导入到后续的除灰净化装置13中，洗除其中含有的焦油和粉尘，最后将气体导入储气装置14中；循环气体则继续进入循环加热炉8的斜列管9内被加热到1000℃，去除焦油，成为高温气体，再进入流化床3热解气化物料，循环往复。

上述系统中热值都在10.5MJ/（Nm³）以上，整个液体的量只有8㎏。

实施例2

高温循环加热流化床热解制气系统包括了气化物料进料系统1、保温夹套2、流化床3、气体分配器4、余热锅炉5、格式下料器6、旋风除尘器7、循环加热炉8、斜列管9、高温风机10、普通风机11、补充燃料系统12、除灰净化装置13、储气装置14。制气时，首先在气化物料进料系统1加入粉末状生物质原料，再通过补足燃烧系统12给循环加热炉8中的斜列管9加入气体，启动高温风机9，使循环加热炉8中斜列管9里的气体逐渐加热到1100℃，成为高温气体；高温气体进入流化床3，流化同时也气化其中的气化物料，控制气体的流量，并使出气口的温度与进气口的温度差稳定在300℃左右；气化物料的粒径在流化床3中不断气化变小，当达到一定的颗粒度的时候就会成为热解气体随着高温气体进入后续装置，部分粉末炭随着热解气体通过旋风除尘器7并在其作用下进入循环加热炉8燃烧，对气体进行加热，若气体温度不足由补足燃烧系统12补足；被旋风除尘器7分离出来的气体进入气体分配器4，分成循环气体和导出气体，调整循环气体和导出气体比为14:1；将导出气体导入到后续的除灰净化装置13中，洗除其中含有的焦油和粉尘，最后将气体导入储气装置14中；循环气体则继续进入循环加热炉8的斜列管9内被加热到1100℃，去除焦油，成为高温气体，再进入流化床3热解气化物料，循环往复。

Claims (6)

1.一种高温循环加热流化床热解制气系统，其特征在于，该系统包括气化物料进料系统、保温夹套、流化床、气体分配器、余热锅炉、格式下料器、旋风除尘器、循环加热炉、斜列管、高温循环风机、普通风机、补充燃料系统、除灰净化装置、储气装置；

该系统中，气化物料进料系统与流化床连接，直接为流化床进料；流化床外部设置保温夹套，防止热量的散失；流化床顶部连接旋风除尘器，旋风除尘器下面连接格式下料器，旋风除尘器出来的炭粉通过格式下料器进入补充燃料系统，补充燃料系统将燃料经过普通风机送入循环加热炉；循环加热炉里面装有斜列管，从旋风除尘器出来的气体经过高温循环风机进入斜列管进行加热裂解；裂解后的气体进入气体分配器，气体分配器分别连接流化床和除灰净化装置；循环加热炉顶部排出的气体和分配进入除灰净化装置的气体均经过余热锅炉降温和热量的回收利用；除灰净化装置后面连接储气装置。

2.采用权利要求1所述的高温循环加热流化床热解制气系统制气的方法，其特征在于，其具体操作步骤为：

1）首先在气化物料进料系统中加入原料，直接为流化床进料，再通过补充燃料系统将循环加热炉中斜列管内的气体加热到1000-1100℃，成为高温气体；

2）高温气体进入流化床，流化同时气化其中的原料，控制气体的流量，使出气口的温度与进气口的温度差稳定在200-300℃；

3）气体分配器将裂解后的气体分成循环气体和导出气体，循环气体进入流化床，导出气体进入除灰净化装置，洗除其中含有的焦油和粉尘后导入储气装置中；循环气体和导出气体体积比为(4:1)-(14:1)；

4）循环气体进入流化床热解气化原料，然后再次进入循环加热炉的斜列管内被加热到1000-1100℃，进一步去除焦油，成为高温气体，再进入流化床，循环往复。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的原料为粉末或颗粒状的生物质。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1）中，气化物料进料系统采用密封进料，无空气参入。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1）中，利用水蒸汽作为流化床气化改性剂，水蒸汽由软水经系统内的高温气体和高温烟气余热转化而成。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，循环风量、加热温度、进料量、蒸汽量、补充燃烧料由全自动控制系统控制。