CN104711039A - 一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置及方法，其包括气化器、空气预热器、蒸汽发生器和空气鼓风机，位于气化器上部的燃气出口与空气预热器相连，空气预热器与空气鼓风机相连，空气预热器的出口通道包括气化空气管道和助燃空气管道，助燃空气管道连接至蒸汽发生器的炉膛，气化空气管道连接至气化器的氧化区，氧化区通过排渣螺旋与炉膛连接，炉膛内设置有蒸汽盘管，蒸汽盘管的一端通过进水管与进水水泵连接，蒸汽盘管的另一端通过蒸汽管道与气化器的还原区连接。通过生物质热燃气的余热在空气预热器中预热空气，构成带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化一体化循环，充分利用生物质热燃气及炭渣的余热，提高整个系统热量的利用率。

Description

一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置及方法

技术领域

本发明涉及生物质热化学转化技术领域的一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，还包括一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化方法。

背景技术

生物质气化技术是生物质能规模化利用的方式之一。生产的生物质燃气可有效替代传统化石能源，广泛应用在工业及民用供热领域，缓解当前传统化石能源短缺和环境污染带来的压力。生物质原料转化为生物质燃气过程分为干燥、热解、还原、氧化四个阶段，气化介质充当媒介和反应物，参与还原或氧化反应，通常为空气、富氧、蒸汽或三者混合物。还原区产生生物质热燃气，氧化区产生一部分副产物生物质炭渣。

在实际连续生产和大型示范工程中，出口生物质热燃气温度通常在500℃以上，后端经高温除尘或低温净化，该部分显热未加以利用，浪费较大；副产物生物质炭渣通常占生物质原料3~5%左右，温度通常在850℃以上，干基热值接近标煤，目前生物质气化炉反应产生的炭渣，因未进行分离处理，一般采用装袋贱卖、填埋或废弃，炭渣带走的大部分能量未加以利用。生物质气化炉余热利用的方法和措施有待探寻。

此外，生物质气化应用中，多数采用单一气化介质气化方式，如空气气化、富氧气化等，单一气化介质对燃气品质调节能力有限，部分空气—蒸汽联合气化方式可一定范围内调节燃气品质，但需要外部提供热源生产蒸汽，需增加额外的投资，自供热的联合气化方式有待开发。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置。

还包括一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其包括气化器、空气预热器、蒸汽发生器和空气鼓风机，位于所述气化器上部的燃气出口与所述空气预热器相连，所述空气预热器的进风管与空气鼓风机相连，空气预热器的出口通道包括并联设置的气化空气管道和助燃空气管道，所述助燃空气管道连接至蒸汽发生器的炉膛，所述气化空气管道连接至气化器的氧化区，所述氧化区通过排渣螺旋与炉膛连接，所述炉膛内设置有蒸汽盘管，所述蒸汽盘管的一端通过进水管与进水水泵连接，蒸汽盘管的另一端通过蒸汽管道与气化器的还原区连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述空气预热器包括燃气箱与设置于燃气箱内的折流管，所述折流管的一端与进风管连接，所述折流管的一端穿出燃气箱后分别与气化空气管道和助燃空气管道连通，所述气化器上部的燃气出口与燃气箱的内部连通。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述折流管为至少3个回程盘绕在燃气箱内的管道。

作为上述技术方案的进一步改进，所述蒸汽盘管为4~6回程盘绕在所述炉膛内的管道，所述排渣螺旋的排渣端位于蒸汽盘管的下方。

作为上述技术方案的进一步改进，所述助燃空气管道与炉膛的连通的位置位于排渣螺旋下方且所述助燃空气管道的出口方向与炉膛的底部垂直。

作为上述技术方案的进一步改进，所述气化空气管道、助燃空气管道、进风管和蒸汽管道均安装有调节阀，所述排渣螺旋采用全密封结构，所述气化器为上吸式结构的气化器。

一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化方法，包括以下步骤，

1）          从气化器的还原区生产出的生物质热燃气进入空气预热器，生物质热燃气与经过空气预热器的空气换热后排出，气化器的氧化区产生的炭渣经排渣螺旋输送至蒸汽发生器的炉膛；

2）          经空气预热器预热的空气分两路输送，一路去气化器的氧化区，参与氧化反应，另一路去蒸汽发生器的炉膛进行助燃；

3）          来自气化器的炭渣与来自空气预热器的预热空气在蒸汽发生器的炉膛内燃烧，供热给蒸汽盘管产生蒸汽，蒸汽输送至气化器的还原区，参与还原反应。

本发明的有益效果是：来自空气预热器的预热空气在氧化区参与氧化反应，提供能量及物质给还原区，同时生产的炭渣经所述排渣螺旋排入炉膛；来自气化器的炭渣与来自空气预热器的预热空气在蒸汽发生器炉膛内燃烧，供热给蒸汽盘管产生蒸汽，来自蒸汽发生器的蒸汽在还原区参与还原反应，生产的生物质热燃气经所述空气预热器换热后由燃气管道排出；其通过生物质热燃气的余热在空气预热器中预热空气，构成带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化一体化循环，充分利用生物质热燃气及炭渣的余热，提高整个系统热量的利用率。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1，一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其包括气化器6、空气预热器1、蒸汽发生器5和空气鼓风机12，位于所述气化器6上部的燃气出口与所述空气预热器1相连，所述空气预热器1的进风管11与空气鼓风机12相连，空气预热器1的出口通道包括并联设置的气化空气管道14和助燃空气管道15，所述助燃空气管道15连接至蒸汽发生器5的炉膛54，所述气化空气管道14连接至气化器6的氧化区2，所述氧化区2通过排渣螺旋4与炉膛54连接，所述炉膛54内设置有蒸汽盘管52，所述蒸汽盘管52的一端通过进水管51与进水水泵55连接，蒸汽盘管52的另一端通过蒸汽管道53与气化器6的还原区3连接。

来自空气预热器1的预热空气在氧化区2参与氧化反应，提供能量及物质给还原区3，同时生产的炭渣经所述排渣螺旋4排入炉膛54；来自气化器6的炭渣与来自空气预热器1的预热空气在蒸汽发生器5炉膛54内燃烧，供热给蒸汽盘管52产生蒸汽，来自蒸汽发生器5的蒸汽在还原区3参与还原反应，生产的生物质热燃气经所述空气预热器1换热后由燃气管道7排出；其通过生物质热燃气的余热在空气预热器1中预热空气，构成带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化一体化循环，充分利用生物质热燃气及炭渣的余热，提高整个系统热量的利用率。

进一步作为优选的实施方式，所述空气预热器1包括燃气箱10与设置与燃气箱10内的折流管13，所述折流管13的一端与进风管11连接，所述折流管13的一端穿出燃气箱10后分别与气化空气管道14和助燃空气管道15连通，所述气化器6上部的燃气出口与燃气箱10的内部连通，从空气鼓风机12和进风管11进入燃气箱10内的空气在折流管13中与生物质热燃气间接换热后分别经由气化空气管道14和助燃空气管道15进入氧化区2和炉膛54，换热后的生物质热燃气从燃气管道排出。

进一步作为优选的实施方式，所述折流管13为至少3个回程盘绕在燃气箱10内的管道，延长空气在燃气箱10内的停留时间，空气能在燃气箱10内与生物质热燃气充分换热。

进一步作为优选的实施方式，所述蒸汽盘管52为4~6回程盘绕在所述炉膛54内的管道，延长水通过炉膛54的路程，使得水能在炉膛54内充分转化为蒸汽，所述排渣螺旋4的排渣端位于蒸汽盘管52的下方，这样炭渣充分燃烧后直接对蒸汽盘管52进行加热，减少热量的损失。

进一步作为优选的实施方式，所述助燃空气管道15与炉膛54的连通的位置位于排渣螺旋4下方且所述助燃空气管道15的出口方向与炉膛54的底部垂直，便于预热空气进入炉膛54后助燃炭渣。

进一步作为优选的实施方式，所述气化空气管道14、助燃空气管道15、进风管11和蒸汽管道53均安装有调节阀，气化空气管道14安装有气化空气调节阀17，助燃空气管道15安装有助燃空气调节阀18，蒸汽管道53安装有蒸汽流量计56和蒸汽调节阀57，进风管11安装有空气流量计16，所述排渣螺旋4采用全密封结构，保证排渣过程的气密性，所述气化器6为上吸式结构的气化器6，便于生物质热燃气进入空气预热器1中。

一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化方法，包括以下步骤，

1）          从气化器6的还原区3生产出的生物质热燃气进入空气预热器1，生物质热燃气与经过空气预热器1的空气换热后排出，气化器6的氧化区2产生的炭渣经排渣螺旋4输送至蒸汽发生器5的炉膛54；

2）          经空气预热器1预热的空气分两路输送，一路去气化器6的氧化区2，参与氧化反应，另一路去蒸汽发生器5的炉膛54进行助燃；

3）          来自气化器6的炭渣与来自空气预热器1的预热空气在蒸汽发生器5的炉膛54内燃烧，供热给蒸汽盘管52产生蒸汽，蒸汽输送至气化器6的还原区3，参与还原反应。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：其包括气化器、空气预热器、蒸汽发生器和空气鼓风机，位于所述气化器上部的燃气出口与所述空气预热器相连，所述空气预热器的进风管与空气鼓风机相连，空气预热器的出口通道包括并联设置的气化空气管道和助燃空气管道，所述助燃空气管道连接至蒸汽发生器的炉膛，所述气化空气管道连接至气化器的氧化区，所述氧化区通过排渣螺旋与炉膛连接，所述炉膛内设置有蒸汽盘管，所述蒸汽盘管的一端通过进水管与进水水泵连接，蒸汽盘管的另一端通过蒸汽管道与气化器的还原区连接。

2.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：所述空气预热器包括燃气箱与设置于燃气箱内的折流管，所述折流管的一端与进风管连接，所述折流管的一端穿出燃气箱后分别与气化空气管道和助燃空气管道连通，所述气化器上部的燃气出口与燃气箱的内部连通。

3.根据权利要求2所述的带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：所述折流管为至少3个回程盘绕在燃气箱内的管道。

4.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：所述蒸汽盘管为4~6回程盘绕在所述炉膛内的管道，所述排渣螺旋的排渣端位于蒸汽盘管的下方。

5.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：所述助燃空气管道与炉膛的连通的位置位于排渣螺旋下方且所述助燃空气管道的出口方向与炉膛的底部垂直。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置，其特征在于：所述气化空气管道、助燃空气管道、进风管和蒸汽管道均安装有调节阀，所述排渣螺旋采用全密封结构，所述气化器为上吸式结构的气化器。

7.一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）从气化器的还原区生产出的生物质热燃气进入空气预热器，生物质热燃气与经过空气预热器的空气换热后排出，气化器的氧化区产生的炭渣经排渣螺旋输送至蒸汽发生器的炉膛；

2）经空气预热器预热的空气分两路输送，一路去气化器的氧化区，参与氧化反应，另一路去蒸汽发生器的炉膛进行助燃；

3）来自气化器的炭渣与来自空气预热器的预热空气在蒸汽发生器的炉膛内燃烧，供热给蒸汽盘管产生蒸汽，蒸汽输送至气化器的还原区，参与还原反应。