CN104974772A - 热管供热式流化床生物质与煤共热解系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管供热式流化床生物质与煤共热解系统。本发明利用热管供热式流化床生物质与煤共热解装置，主体分为两部分，上面是热解炉，下面是燃烧炉。高温热管垂直贯穿热解炉和燃烧炉，在燃烧炉一端是吸热段，吸收半焦燃烧放出的热量，然后向上传递到热解炉；在热解炉的一端是放热段，放出热量供生物质和煤间接热解。解决了现有的上吸或下吸式直接热解产生的热解气热值低的缺陷(可高达4300kcal/Nm³)。本发明充分利用灰渣的余热预热空气，利用热解气、烟气的余热产生水蒸汽，其中一部分作为热解气化剂，另一部分可用于发电、供热。本发明实现了热能的多级利用，且装置结构简单、传热效率高、可靠性能高。

Description

热管供热式流化床生物质与煤共热解系统

技术领域

本发明涉及一种生物质热解系统，特别涉及一种热管式流化床生物质与煤共热解系统。 

技术背景

(1)以前的气化炉多采用上吸或下吸式吸入空气燃烧反应物放热供给热解，空气中的氧反应后剩余大量氮气，使其生成的热解气热值低，为了提高燃气热值用纯氧、氢气等作为气化剂会带来设备结构复杂，成本提高等缺陷。 

(2)目前的生物质气化炉只能气化生物质，生物质的能量密度低，单独气化温度较低，并且会产生很多焦油，而且生物质的供给受季节影响较大。 

(3)在此之前有利用热管供热来间接热解生物质的热解炉，但其是利用部分热解气燃烧放热来加热热管，而且只能热解生物质，热解温度低。 

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供热管式流化床生物质与煤共热解系统。以生物质与煤共热解技术为核心，构建分布式小型燃气供给系统，为工业园区、城镇居民小区以及我国将大量出现的新型农村社区提供中热值的工业及生活燃气。 

本发明的技术方案是： 

热管式流化床生物质与煤共热解系统包括热解炉、燃烧炉、高温热管、流化床气体喷嘴、导料管、燃料喷吹槽、蒸汽盘管、旋风分离器、循环压缩机、换热器、汽包、汽轮机、热解气循环系统、温度控制系统等。其特征在于分为上下两部分，上部为热解炉，下部为燃烧炉。热解炉与燃烧炉由导料管连通。热管贯穿热解炉和燃烧炉，在燃烧炉的一段为吸热段，在热解炉的一段为放热段。 

(1)本发明的原料是生物质与煤的混合物。生物质与煤共热解通过提高热解温度，不仅可以提高生物质的气化效率，减少焦油的生成，而且可以解决生物质供给的季节性问题，为生物质的高效利用提供了一条新的技术途径。该气化炉适用的煤种范围广，不需要块煤，煤的粒度5mm以下都可以，并且最适合用的煤是低 变质程度的褐煤或长焰煤等。可以增大低变质程度煤的使用效率，使我国低变质程度煤含量高，用途少的问题得到了一定程度的解决。另外，研究表明富含碱金属的生物质可以对煤的气化产生催化作用。 

(2)本发明采用的高温热管是一种以碱金属(锂、钠、钾等)、镁或其两种和两种以上合金作为工作介质的热管，其沸点高，则上传温度高，热解温度高，从而热解气的热值高。 

(3)本发明利用水蒸汽作为和循环加压后的部分热解气作为热解炉的流化介质，减少了水蒸汽用量，从而有效控制了热解气冷凝废液的排放量。其中水蒸汽作为气化剂，由高温热管提供热解所需热量，实现了间接热解，即水蒸汽作为热解反应的原料与高温的碳反应生成一氧化碳和氢气，且不会转变成二氧化碳，提高了热解气中有效成分，从而提高了热解气热值。 

(4)本系统能充分利用热解气、烟气的余热产生水蒸气，并利用半焦燃烧产生的一部分热量加热热管，另一部分用于发电供热，灰渣的热量还可以预热空气，达到了热量的充分利用。 

本发明是一种结构简单，传热效率高，可靠性能高，环保且适应新农村建设形势的生物质与煤间接共热解系统。 

附图说明

图1——本发明结构原理示意图 

图2——原料的两种进料方式 

其中(a)为螺旋进料，(b)为循环热解气进料 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述： 

本发明是热管式流化床生物质与煤共热解系统，上端是热解炉，其中包括进料口1，本发明进料有两种形式(见图2)，气化剂水蒸汽25从圆锥喷头21喷入，热解气经过过滤砂层4、旋风分离器5和换热器6后一部分净化供给用户，另一部分经冷却器7，气液分离器8，过滤器9和循环压缩机10再进入热解炉2。下端是燃烧炉20，分为烟气段22，稀相换热段23，密相燃烧段24，热管3贯穿热解炉2和燃烧炉20，其放热端在烟气段22，导料管11连通热解炉2和燃烧炉20，下面为燃料喷吹槽12，灰渣向下进入集灰斗13，外壁设有集灰斗夹套14， 28排灰，空气27由集灰斗夹套进入燃烧炉20，脱盐水26经布置在稀相换热段23的蒸汽盘管15产生蒸汽进入汽包16，燃烧炉20产生的烟气进入烟气夹套17，经旋风分离器5进入废热锅炉18产生蒸汽进入汽包16，产生蒸汽推动汽轮机19发电供热。 

具体步骤如下： 

1、热解：热解炉2采用鼓泡床。生物质和煤从进料口1进入热解炉进行热解，热解需要的热量由热管3提供。热解气经过砂层4进入旋风分离器5，经分离后的气体先通过热交换器6换热，然后一部分热解气经过净化后储存到气柜供给用户，另一部分经冷却器7、气液分离器8、过滤器9后，再经循环压缩机10压缩后与水蒸气一起作为流化介质注入热解炉。 

2、燃烧：燃烧炉20采用流化床。热解炉热解后的半焦通过导料管11落入燃料喷吹槽12，流化介质空气经集灰斗13外的夹套14预热后吹入燃烧炉，半焦燃烧放热并产生烟气。脱盐水经布置在燃烧炉稀相换热段的蒸汽盘管15形成高压蒸汽进入汽包16。烟气向上经过热解炉外壁烟气夹套17后进入废热锅炉18产生中压蒸汽进入汽包。 

3、发电供热：汽包的蒸汽推动蒸汽轮机19进行发电，剩余的给用户供热。 

补充说明： 

1.进料的有两种方式：一种是将一定粒度的生物质与煤的混合物加入到位于热解炉2上端的进料仓，经螺旋式加料机进料(附图2a)。螺旋式加料机全封闭，避免粉尘溢散，可实现连续进料，维持热解炉进料的稳定；另一种是经循环热解气的输送进入热解炉，与水蒸气分开输送，避免堵塞。吹入式进料可减少对环境的污染(附图2b)。 

2.水蒸气通过锥形喷头吹入热解炉内，将物料流化。锥形喷头的锥面上均匀分布有凸出锥面的喷嘴，可以有效防止床层下落的颗粒堵塞喷嘴，同时气流可以将下落的半焦颗粒吹向两侧，有利于热解炉半焦落入导料管。 

3.热解温度的调节方式如下： 

(1)由原料的碳氧比，即调节生物质与煤进料比例来确定热解炉的温度，随着生物质掺入量增多，热解所需的温度呈下降趋势； 

(2)通过调节通入水蒸气的量来调节热解温度，水蒸气通入量越多温度越低； 

(3)通过控制盘管内脱盐水的流量来调节燃烧炉温度，进而控制热解炉的温度。 

4.由于使反应物流化时需要的大量水蒸汽对于热解反应是过量的，所以使一部分热解气循环进入热解炉当做流化介质，既可以保证流化介质的吹入量又可以有效减少热解气冷凝废水的产生。 

5.燃烧炉的直径向上变大，使稀相的流化速度进一步降低，减少了布置在稀相的蒸汽盘管的磨损。而热管布置在稀相上的烟气中，上传烟气的热量，也可减少其磨损，并使得密相床内物料更密集，提高了燃烧炉的安全性和稳定性。 

6.热解炉顶部设有砂层4，气体经过砂层可滤去大部分焦油和粉尘。 

7.高温烟气经热解炉的烟气夹套可进一步给热解供热。 

8.半焦烧完后的灰温度较高，空气经过集灰斗外壁夹套被预热，可进一步回收利用热量。 

Claims (11)

1.热管供热式流化床生物质与煤共热解系统包括热解炉、燃烧炉、高温热管、流化床气体喷嘴、导料管、燃料喷吹槽、蒸汽盘管、旋风分离器、循环压缩机、换热器、汽包、汽轮机、热解气循环系统、温度控制系统等。其特征在于炉体分为上下两部分，上部为热解炉，下部为燃烧炉。热解炉与燃烧炉由导料管连通。热管贯穿热解炉和燃烧炉，在燃烧炉的一段为吸热段，在热解炉的一段为放热段。

2.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热解的原料为生物质与煤的混合物，其配比可以根据实际情况来调节。

3.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于从热解炉出去的热解气经换热，一部分储存供给用户，另一部分经压缩又喷入热解炉作为流化介质，称为循环热解气。

4.根据权利要求1和2所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热解炉进料有两种方式：一种在热解炉上端用螺旋进料器进料；一种在热解炉下端由循环热解气带入。

5.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热解炉烟气段和稀相换热段之和与密相燃烧段的高度之比为4～6，烟气段与稀相换热段的高度比为1～2。

6.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于燃烧炉稀相换热段的直径为密相燃烧段的倍。

7.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热管的吸热段布置在燃烧炉的烟气段。

8.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热管的工作介质采用碱金属(锂、钠、钾等)、金属镁或其两种和两种以上的合金。热管工质的熔点小于200℃，沸点在800～1100℃之间。

9.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热解气在出热解炉前经过砂层过滤。

10.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于热解炉外壁设烟气夹套给热解供热，集灰斗外壁设夹套预热空气。

11.根据权利要求1所述的热管式流化床生物质与煤共热解系统其特征在于燃烧炉稀相换热段布置了多层(3～5层)蒸汽盘管，通过控制进入不同层盘管的脱盐水流量，调节稀相换热段以及烟气段的温度，即调节了热管高温段的温度，从而调节了热解炉内的温度。