CN103666567A - 一种沸腾式生物质气化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种沸腾式生物质气化系统,其包括进料装置、沸腾式生物质气化炉;沸腾式生物质气化炉包括反应段和尾灰段;反应段和尾灰段上下设置,反应段和尾灰段之间设有炉排;其中,反应段为竖直设置的筒体,反应段的侧部设有进料口,该进料口位于反应段的中部以下;反应段的顶端密封,其侧面的上部设有燃气出口;尾灰段为锥斗状,其位于反应段的下方;尾灰段的底部设有出渣口;尾灰段的侧部设有进风口,该进风口连接进风管道。相对于流化床而言,本发明的气化炉内气流速度适宜,燃气携带的固体物质少,进而使燃气含灰分少;由于通过进风口通入气化介质,而进风口位于尾灰段的侧部,可以更通畅地进行排渣。相对于固定床而言,由于本发明的气化炉燃料热解时间较短,所以燃气中焦油含量较低,进而防止焦油析出,阻塞管路。

Description

一种沸腾式生物质气化系统
技术领域[0001] 本发明涉及一种沸腾式生物质气化系统。
背景技术
[0002]目前生物质气化炉主要有两个方向,一为流化床气化炉,二为固定床气化炉。流化床气化炉是生物质燃料在炉内以流化状态完成气化过程;其主要特性为要求进炉生物质原料的量较少,便于流化。固定床气化炉是生物质在炉内以堆积的状态存在,以层燃的方式完成气化过程;其特点是要求进炉生物质原料的量较大。
[0003] 例如,中国专利申请201120162620公开了一种生物质高速循环流化床气化炉,其包括提升管、布风系统、旋风分离器及返料器,提升管开设有加料口,布风系统设于提升管底部,布风系统包括风室、布风板和风帽,布风板设置于风室内的上部,风帽设置在布风板上,提升管的上部出口与旋风分离器连接,旋风分离器的下部和返料器的进口连接,返料器的出口与提升管底部相连。
[0004] 中国专利201120058801公开了一种生物质气化系统。该系统由送风系统、螺旋加料器、流化床气化炉、旋风分离器、焦油重整装置、净化系统和储气装置构成。在流化床气化炉壁一侧设置至少3个进样口用来加入气体或固体催化剂,在盲板上设置至少2个进样口用来加入液体催化剂。生物质经过气化后,未被反应的生物质通过旋风分离器的分离被脱出,起到了初步净化热解气的作用,热解气经过焦油重整装置将大部分焦油转化为永久性气体并通过净化系统进一步脱去未被转化的少量大分子的焦油等物质,得到纯净的热解气可送至储气装置或直接送到气用户。
[0005] 中国专利201120558492公开了一种生物质固定床多联产气化炉,其包括炉体与炉箅,炉体内部设置均流装置,均流装置将炉体内部分为上、下两部分,上部为反应室,下部为催化裂解室;炉箅呈圆台形,设置在催化裂解室中并与反应室底部连接;炉体顶部还设置有空气进口,炉体底部设置有出炭口,炉体下部设置燃气出口,燃气出口与催化裂解室连通。
[0006] 中国专利201120482192公开了一种焦油分级收集的固定床生物质气化设备,其包括气化炉,在气化炉的顶部或底部入口设置气化风入口管、出口设置第一导气管,经第一导气管连接有高温过滤除尘器,高温过滤除尘器经第二导气管串连有多个焦油收集器,每个焦油收集器内分别设有冷却器,焦油收集器下设有集焦池,集焦池的底部设有排焦管。根据燃气中焦油成分的馏段不同,利用冷却方式分级收集燃气中的焦油,再根据收集到的成分的不同,有效的利用。
[0007] 上述技术方案中,流化床气化炉的主要问题是燃气灰含量高,气化炉本体排灰功能很差;固定床气化炉的主要问题是燃气焦油含量过高,容易出现烧偏、烧穿现象。
[0008] 因此,如何提供一种燃气灰含量低、具备排灰功能且燃气焦油含量低的生物质气化系统成为了业界需要解决的问题。发明内容
[0009] 针对现有技术的缺点,本发明的目的是提供一种燃气灰含量低、具备排灰功能且燃气焦油含量低的生物质气化系统。
[0010]为了实现上述目的,本发明提供了一种沸腾式生物质气化系统,其包括进料装置、沸腾式生物质气化炉;沸腾式生物质气化炉包括反应段和尾灰段;反应段和尾灰段上下设置,反应段和尾灰段之间设有炉排;其中,反应段为竖直设置的筒体,反应段的侧部设有进料口,该进料口位于反应段的中部以下;反应段的顶端密封,其侧面的上部设有燃气出口 ;尾灰段为锥斗状,其位于反应段的下方;尾灰段的底部设有出渣口 ;尾灰段的侧部设有进风口,该进风口连接进风管道。
[0011] 本发明的沸腾式生物质气化炉在结构上借鉴并结合固定床生物质气化炉和流化床生物质气化炉的特点。
[0012] 进料方面,由于固定床气化炉内的料高比较高,通常达到反应段高度的80%,其必须从顶部进料;而流化床气化炉内的生物质燃料以悬浮状态或者流化状态进行气化反应,炉内无所谓料高,因而其进料口可以偏低,设于反应段侧部的中部以下,当生物质原料比较细、粉料多,则进料口可低些,当生物质原料比较粗,则进料口可高些;本发明的沸腾式生物质气化炉内的料高不会很高,一般为反应段高度的25%以下,而其进料口的位置只要略高于料高即可,其进料口借鉴流化床的进料口,设置于反应段的侧部,优选为距离反应段底部1/4-1/2的位置。
[0013] 排灰和进气方面,由于流化床的炉排的正下方设有风口及风帽,排灰和进气很容易互相影响,即灰渣下落的过程中被风口及风帽阻挡,同时灰渣容易堵塞风口,导致向炉内送风困难,进而影响炉内气化反应的进程。而固定床的进风口通常位于尾灰段的侧面,不会阻挡排灰及被灰渣堵塞。本发明的沸腾式生物质气化炉的排灰和进气借鉴固定床的排灰和进气方式,将进气口设置于尾灰段的侧面。
[0014] 筒壁方面,固定床气化炉通常为直筒,而流化床气化炉通常在紧邻尾灰段的上方设置开口向上的喇叭口,其目的是通过截面积的变化改变风速,(即截面积越小风速越大,截面积越大风速越小)。根据需要,本发明的沸腾式生物质气化炉可以设置用于改变风速的收口(喇叭口),也可以不设置。
[0015] 相应地,本发明的沸腾式生物质气化炉在工艺上也借鉴并结合固定床生物质气化工艺和流化床生物质气化工艺的特点。其气化过程包括启炉点火、层燃状态气化过程、沸腾状态气化过程、熄炉。其中以固定床气化炉的方式进行启炉点火,以流化床气化炉“关料不关风”的方式进行熄炉。因而可以说,本发明的沸腾式生物质气化炉在工艺上,前半段近似固定床气化炉的工艺,后半段近似流化床气化炉的工艺。
[0016] 本发明中,沸腾状态是指生物质原料颗粒在气化炉内悬浮的状态。
[0017] 本发明中,进料装置优选为包括封闭式进料管道,以防止燃气泄露产生危险。
[0018] 本发明中,生物质原料从气化炉反应段的侧部进入,落到炉排上,在炉排上进行层燃;待燃烧到一定程度以后,质量变轻,在底部进风口所进空气的吹动作用下,漂浮到反应段的上部,以沸腾状态完成气化过程;气化过程中所生成的燃气由位于反应段侧面上部的燃气出口排出。
[0019] 本发明中,通过进风口通入气化介质。气化介质可以空气,也可以是在空气中添加了其它成分的气化介质,或者是对空气中各成分进行了调节的气化介质,例如,根据不同的生物质原料、场合以及目的,可以适当地增加或减少氧气、氮气、水蒸气、以及二氧化碳的含量,以控制转化率、产率以及产物如燃气的组成。
[0020] 本发明中,反应段的顶端可设置水封装置。
[0021] 本发明中,炉排可选用现有技术中的各种炉排,为了增强炉底排渣的性能,优选为可动炉排例如手摇炉排、往复炉排、链条炉排等,或旋转塔式炉排结构,从而保障气化炉连续稳定运行。
[0022] 本发明的结构综合了固定床和流化床的特点,其进料类似流化床,其排渣和进气类似固定床;或者说,其下半段类似固定床,其上半段类似流化床;生物质原料反应过程的前半段为固定床的反应过程,后半段为流化床的反应过程,即先层燃后沸腾,先氧化后还原。其在结构上克服了流化床和固定床气化炉的缺点。相对于流化床而言,由于本发明的气化炉内气流速度适宜,燃气携带的固体物质少,进而使燃气含灰分少;由于通过进风口通入气化介质,而进风口位于尾灰段的侧部。相对于流化床在炉底设置风帽或布风板,可以更通畅地进行排渣,而不必担心炉渣堵塞位于炉底的风帽、布风板或者进风口。相对于固定床而言,由于本发明的气化炉燃料热解时间较短,所以燃气中焦油含量较低,进而防止焦油析出,阻塞管路。因此,本发明可以很好地满足生物质气化技术工业化的应用需要。
[0023] 根据本发明另一具体实施方式,其进一步包括除尘装置,该除尘装置包括气体入口、气体出口以及出渣口,气体入口和沸腾式生物质气化炉的燃气出口通过管道连接。除尘装置可为现有技术的各种除尘器,其优选但不限于单管旋风除尘器、多管陶瓷旋风除尘器、填料过滤除尘器等。通过设置除尘装置,可以有效净化燃气,防止环境污染。
[0024] 根据本发明另一具体实施方式,其进一步包括用于降低燃气温度的温度调节器,该温度调节器包括燃气入口、燃气出口、空气入口、空气出口 ;燃气入口连接燃气输入管道,燃气出口连接燃气输出管道,空气入口连接空气输入管道,空气出口连接空气输出管道。这里的温度调节器本质上为换热器,其优选但不限于管壳式换热器、热管式换热器等;其以燃气的温度来加热空气温度,以使燃气出口的温度达到设计温度或者规定温度,同时对即将通入气化炉的气化介质进行加热,以充分利用热量,进而节省燃料。
[0025]由于温度调节器的燃气出口的燃气温度一定,为设计温度或者规定温度。为了达到这一目标,可能需要鼓风机送入一定量的空气。当送入的空气量大于所需空气量,则燃气出口的燃气温度可能低于预期温度。根据本发明另一具体实施方式,空气输入管道和空气输出管道之间设有用于连通二者的连通管道,该连通管道上设有阀门。当送入的空气量大于所需空气量,则开启连通管道上的阀门,减少参与换热的空气量。换热后的空气管路上装有放散阀门,当换热后的热空气大于气化炉所需气化量时,可以放散掉。根据本发明另一具体实施方式,反应段的侧部设有烟气回流入口,该烟气回流入口连接烟气回流管道,该烟气回流管道的另一端连接至下游用户的烟气输出管道。通过管路及高温烟气引风机将生物质燃气在用户处燃烧后的烟气引回气化炉参与气化过程,实现烟气CO2循环,这样整个气化炉减少了氧气的使用量,利用了烟气的余热,提高了碳转化效率,同时降低了焦油含量,从而提高了气化炉的整体效率。
[0026] 根据本发明另一具体实施方式,进料装置为多级进料装置,该多级进料装置至少包括首级进料装置、末级进料装置,每一级进料装置均包括位于前部上方的进料口、以及位于末端的出料口 ;首级进料装置、末级进料装置上下排布;首级进料装置的出料口与末级进料装置的进料口直接连接相通,或者通过位于首级进料装置和末级进料装置之间的一级或多级中间进料装置与末级进料装置的进料口间接连接相通;首级进料装置和每一所述中间进料装置的末端均设有封闭的中间料箱,首级进料装置和每一中间物料输送装置的出料口通过其中间料箱与其下一级进料装置的进料口连接相通;末级进料装置的出料口连接至生物质气化炉的进料口。
[0027] 首级进料装置的进料口为整个多级进料装置的总进料口,末级进料装置的出料口为整个多级进料装置的总出料口。由于生物质物料质轻且体积小,容易四散漂浮,造成粉尘污染。封闭的中间料箱可以有效防止生物质物料从上一级进料装置进入下一级进料装置时的扩散。炉前多级进料装置用于将料仓内的生物质物料输送至生物质气化炉内。料仓内的生物质物料输入至首级进料装置的进料口内。料仓的落料口与首级进料装置的进料口之间也可设置封闭的中间料箱,以防止物料扩散。
[0028] 通过设置多级进料装置,且各级进料装置之间通过封闭的中间料箱连接相通,当进料装置中输送生物质物料时,可以有效避免生物质气化炉内的气体顺着进料装置反窜进入料仓,进而防止设备反烟导致的料仓架空起拱,下料不畅、人员中毒及料仓爆炸等事故。
[0029] 根据本发明另一具体实施方式,多级进料装置为两级、三级或四级。
[0030] 根据本发明另一具体实施方式,其进一步包括气化炉尾灰输送装置和除尘装置的尾灰输送装置,气化炉尾灰输送装置和除尘装置的尾灰输送装置的末端均通向料仓,然后通过进料装置进入气化炉中进行反应,从而实现炭灰循环。
[0031] 根据本发明另一具体实施方式,炉排为水冷炉排,该水冷炉排包括多条并行排列的炉排杆,每条炉排杆均为导热`材料制成的带有空腔的管件(例如金属管或陶瓷管),水冷炉排包括用于驱动炉排杆进行旋转的驱动电机。通过使炉排的炉排杆旋转,可以促进在炉排上堆积的灰渣从炉排的间隙中掉落,进而达到较好的排渣效果。
[0032] 根据本发明另一具体实施方式,每条炉排杆均安装有可以该炉排杆为旋转轴进行旋转的叶片,该叶片均位于气化炉的炉体内。通过驱动电机带动炉排杆旋转,进而带动炉排杆上的叶片旋转,可以实现更好的排渣效果,有效地对炉排进行连续主动清渣,防止灰渣在炉排上堆积。具体而言,叶片可为螺旋形、多棱柱形、或者刀片形。
[0033] 对于出渣口和出灰口排出的灰渣,可采用现有技术的多种手段进行输送,例如,可通过水冷绞龙向外输送,以实现输送的同时对灰渣进行降温。根据本发明另一具体实施方式,本发明的系统进一步包括湿式排渣装置,该湿式排渣装置包括与出渣口及出灰口相连的落灰管、螺旋输送机、水槽,落灰管的底端通入螺旋输送机;螺旋输送机倾斜设置,其末端向下通入水槽内。气化炉内的尾灰及除尘装置所收集的灰分通过落灰管、螺旋输送机输送到水槽中,从而避免飞灰污染环境。
[0034] 根据本发明另一具体实施方式,除尘装置和温度调节装置之间的燃气管道上设有水封型阀门装置,水封装置连接有燃气管道和放散用的管道。
[0035] 根据本发明另一具体实施方式,燃气输出管道和空气输出管道上均设有放散装置。
[0036] 与现有技术相比,本发明具备如下有益效果:
[0037] 本发明的结构综合了固定床和流化床的特点,其进料类似流化床,其排渣和进气类似固定床;或者说,其下半段类似固定床,其上半段类似流化床;生物质原料反应过程的前半段为固定床的反应过程,后半段为流化床的反应过程,即先层燃后沸腾,先氧化后还原。其在结构上克服了流化床和固定床气化炉的缺点。相对于流化床而言,由于本发明的气化炉内气流速度适宜,燃气携带的固体物质少,进而使燃气含灰分少;由于通过进风口通入气化介质,而进风口位于尾灰段的侧部,相对于流化床在炉底设置风帽或布风板,可以更通畅地进行排渣,而不必担心炉渣堵塞位于炉底的风帽、布风板或者进风口。相对于固定床而言,由于本发明的气化炉燃料热解时间较短,所以燃气中焦油含量较低,进而防止焦油析出,阻塞管路。因此,本发明可以很好地满足生物质气化技术工业化的应用需要。
[0038] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
[0039]图1是实施例1的沸腾式生物质气化系统的结构示意图;
[0040] 图2是实施例3中的炉排的结构示意图。
具体实施方式
[0041] 实施例1
[0042] 如图1所示,本实施例的沸腾式生物质气化系统,包括料仓、多级(两级)进料装置
1、沸腾式生物质气化炉2、除尘装置(例如单筒旋风除尘装置3)、温度调节装置4、燃气用户5。
[0043] 其中,两级进料装置I包括首级进料装置101、中间料箱102、末级进料装置103。首级进料装置101为可调速的悬臂式螺旋输送装置。其包括位于前部上方的进料口、以及位于末端的出料口。料仓的落料口与首级进料装置101前部上方的进料口连接相通。首级进料装置101末端的出料口为向上的斜口,该斜口上设有压盖。斜口所在平面与悬臂式螺旋输送装置的轴线所成角度为45°。压盖具有自动复位机构。另外,首级进料装置101出料口之前的一段叶片去掉。首级进料装置101的出料口相对于水平面向上倾斜10°。封闭的中间料箱102设置于首级进料装置101的末端。中间料箱102内设有两个料位计,其中一个为低位料位计,另一个为高位料位计。末级进料装置103为悬臂式螺旋输送装置,其包括位于前部上方的进料口、以及位于末端的出料口。其出料口相对于水平面向上倾斜15 °,其的出料口连接至生物质气化炉2的进料口。首级进料装置101、末级进料装置103上下排布;首级进料装置101的出料口与末级进料装置103的进料口通过中间料箱102直接连接相通。
[0044] 沸腾式生物质气化炉2包括反应段21和尾灰段22 ;反应段21和尾灰段22上下设置,反应段21和尾灰段22之间设有炉排。其中,反应段21为竖直设置的筒体,其顶端密封。反应段21的侧部设有进料口 211、烟气回流入口 212、燃气出口 213。进料口 211位于反应段21的中部以下;燃气出口 213设置于反应段21的侧面上部。尾灰段22为锥斗状,其位于反应段21的下方; 尾灰段22的底部设有出渣口 221 ;尾灰段22的侧部设有进风口222。出渣口 221设有尾灰输送装置,该尾灰输送装置的末端通向料仓(图中未示)。
[0045] 除尘装置3包括气体入口 31、气体出口 32以及出渣口 33,气体入口 31和沸腾式生物质气化炉2的燃气出口 213通过管道连接。除尘装置3包括灰箱34,该灰箱34设置于出渣口 33的下方。灰箱34的下部设有螺旋输送机35,该螺旋输送机35的另一端通向料仓(图中未示)。
[0046] 温度调节器4包括燃气入口、燃气出口、空气入口、空气出口 ;燃气入口连接燃气输入管道411,燃气出口连接燃气输出管道412,该燃气输出管道412上设有引风机,其末端通向燃气用户5。空气入口连接空气输入管道421,空气输入管道421的端部设有鼓风机。空气出口连接空气输出管道422,空气输出管道422的另一端连接至沸腾式生物质气化炉2的进风口 222。空气输入管道421和空气输出管道422之间设有用于连通二者的连通管道423,该连通管道上设有阀门。空气输出管道422上设有流量计。
[0047] 燃气用户5设有烟气回流管道51,用于将燃气燃烧之后的烟气输送至气化炉。该烟气回流管道51上设有引风机,其末端连接至沸腾式生物质气化炉2的烟气回流入口 212。
[0048] 另外,除尘装置3和温度调节装置4之间的燃气输入管道411上设有水封装置,水封装置连接有放散用的管道。
[0049] 燃气输出管道412和空气输出管道422上均设有放散装置。
[0050] 实施例2
[0051] 本实施例与实施例1的不同之处在于:(1)没有烟气回流管道51 ;(2)尾灰输送装置输送的尾灰直接处理,不回收;(3)螺旋输送机35输送的尾灰直接处理,不回收。
[0052] 实施例3
[0053] 如图2所示,本实施例与实施例1的不同之处在于:炉排为水冷炉排8,其包括可调速的驱动电机801、多条并行排列的炉排杆802。驱动电机801用于驱动每条炉排杆802进行旋转。每条炉排杆802均为带有空腔的金属管,每条炉排杆802的两端均位于气化炉的炉体2之外,每条炉排杆802的两端均设有`水冷旋转接头。每条炉排杆802均安装有螺旋形叶片803,螺旋形叶片803可以该炉排杆为旋转轴进行旋转,螺旋形叶片803均位于气化炉的炉体内。
[0054] 虽然本发明以较佳实施例揭露如上,但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的发明范围内,当可作些许的改进,即凡是依照本发明所做的同等改进,应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种沸腾式生物质气化系统,其包括进料装置、沸腾式生物质气化炉;所述沸腾式生物质气化炉包括反应段和尾灰段;所述反应段和尾灰段上下设置,所述反应段和尾灰段之间设有炉排; 其中,反应段为竖直设置的筒体,所述反应段的侧部设有进料口,该进料口位于所述反应段的中部以下;所述反应段的顶端密封,其侧面的上部设有燃气出口 ; 尾灰段为锥斗 状,其位于所述反应段的下方;所述尾灰段的底部设有出渣口 ;所述尾灰段的侧部设有进风口,该进风口连接进风管道。
2.如权利要求1所述的沸腾式生物质气化系统,其进一步包括除尘装置,所述除尘装置包括气体入口、气体出口以及出渣口,所述气体入口和所述沸腾式生物质气化炉的燃气出口通过管道连接。
3.如权利要求2所述的沸腾式生物质气化系统,其进一步包括用于降低燃气温度的温度调节器,所述温度调节器包括燃气入口、燃气出口、空气入口、空气出口 ;所述燃气入口连接燃气输入管道,所述燃气出口连接燃气输出管道,所述空气入口连接空气输入管道,所述空气出口连接空气输出管道。
4.如权利要求3所述的沸腾式生物质气化系统,其中,所述空气输入管道和所述空气输出管道之间设有用于连通二者的连通管道,该连通管道上设有阀门。
5.如权利要求1所述的沸腾式生物质气化系统,其中,所述反应段的侧部设有烟气回流入口,该烟气回流入口连接烟气回流管道,该烟气回流管道的另一端连接至下游用户的烟气输出管道。
6.如权利要求1所述的沸腾式生物质气化系统,其中,所述进料装置为多级进料装置;所述多级进料装置至少包括首级进料装置、末级进料装置,每一级进料装置均包括位于前部上方的进料口、以及位于末端的出料口 ; 所述首级进料装置、末级进料装置上下排布;所述首级进料装置的出料口与所述末级进料装置的进料口直接连接相通,或者通过位于所述首级进料装置和末级进料装置之间的一级或多级中间进料装置与所述末级进料装置的进料口间接连接相通; 所述首级进料装置和每一所述中间进料装置的末端均设有封闭的中间料箱,所述首级进料装置和每一所述中间物料输送装置的出料口通过其中间料箱与其下一级进料装置的进料口连接相通; 所述末级进料装置的出料口连接至所述生物质气化炉的进料口。
7.如权利要求6所述的沸腾式生物质气化系统,其中,所述多级进料装置为两级、三级或四级。
8.如权利要求6所述的沸腾式生物质气化系统,其进一步包括气化炉尾灰输送装置和除尘装置的尾灰输送装置,所述气化炉尾灰输送装置和除尘装置的尾灰输送装置的末端均通向料仓。
9.如权利要求1所述的沸腾式生物质气化系统,其中,所述炉排为水冷炉排,所述水冷炉排包括多条并行排列的炉排杆,每条所述炉排杆均为导热材料制成的带有空腔的管件,所述水冷炉排包括用于驱动所述炉排杆进行旋转的驱动电机。
10.如权利要求9所述的沸腾式生物质气化系统,其中,每条所述炉排杆均安装有可以该炉排杆为旋转轴进行旋转的叶片,所述叶片均位于所述气化炉的炉体内。
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