CN105861068B - 一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统 - Google Patents

一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统 Download PDF

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Abstract

一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，属废弃物热解气化技术领域。包括物料进料单元、流化床热解气化单元、旋风分离器、旋风分离器下料管、循环回料装置、卸料阀和固体产物收集罐。物料进料单元包括双阀闭锁料斗进料器、旋转阀进料器、螺杆输送器；流化床热解气化单元包括进气系统、提升管和加热器。物料分别在提升管底部与上部和循环回料装置上部加入，提升管和旋风分离器下料管之间采用一个或多个非机械阀或机械阀或螺杆输送装置确保提升管和下料管之间的料封。提升管外面采用电磁感应、微波或电加热和高效保温层。本发明极大地提高了整体热解气化效率及产品气热值、减少了产品气焦油含量，产品气不含二恶英等污染物。

Description

一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统
技术领域
本发明涉及一种内外加热流化床热解气化系统，属于废弃物热解气化技术领域，特别涉及一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统。
背景技术
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，中国目前能源供给形势严峻，环境问题严重，发展清洁可再生能源已成为紧迫的课题。农林和垃圾等废弃物属于低碳能源，中国有丰富的农林和垃圾等废弃物的资源，其研发、推广和普及有助于减少污染物排放和改善生态环境。市政、河道和工业污泥也是急需处理的固体废弃物，热解气化将是行之有效的有前途的处理方式。垃圾等废弃物的焚烧易产生二恶英等污染物，这个问题一直困扰着垃圾处理行业。热解气化技术是较直燃更清洁和高效的一种转化方式，在根本上抑制了二恶英等污染物的产生，热解气或合成气既可以用于产热发电、合成燃料和化学品，也可以制氢。
热解气化技术近年来在国内外发展较快，但均不能很好的同时满足焦油和污染物含量少、热值高、成本较低的要求。流化床热解气化具有反应速度快、结构紧凑占地面积小、原料适应性好、易操作和容易放大的优势；与传统热解相比，微波加热具有独特的传热传质规律，不仅加热均匀、速率快、温度可调控，而且热解过程及预期最终产物容易控制，安全无害，其主要的优势在于无污染；电磁感应加热则具有快速加热、内热加热、高效节能、生产成本低等优势；流化床热解气化和微波加热、电磁感应加热或电加热的耦合提高了反应速度和产品质量、提高了热解气化效率，也增加了热解气化系统操作的稳定性和灵活性以及调整产品分布与组成的灵活性。通过进料系统的改进、颗粒循环流动系统以及密封技术的提高，内外加热流化床热解气化得到的产品气焦油和污染物含量少、热值高，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的一是：开发一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统以制备热解气或合成气，并提高产品气热值与整体热解气化效率；目的二是：进一步减少热解气或合成气中焦油与污染物的含量。
实现本发明目的的技术方案是：一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，该系统包括依次连通连接的物料进料单元(1)、流化床热解气化单元(2)、旋风分离器、旋风分离器下料管、非机械密封阀(13)、循环回料装置(16)、卸料阀(14)和固体产物收集罐(15)，系统生成合成气或热解气；所述流化床热解气化单元(2)包括提升管(4)、提升管进气系统(3)和提升管(4)外面的加热器(5)，提升管进气系统(3)通过管道和提升管(4)连通连接；所述物料进料单元(1)包括双阀闭锁料斗进料器(7)、旋转阀进料器(8)、螺杆输送器(6)，双阀闭锁料斗进料器(7)和螺杆输送器(6)连通连接，螺杆输送器(6)和提升管(4)连通连接，循环回料装置(16)和提升管(4)连通连接，旋转阀进料器(8)和循环回料装置(16)连通连接，非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)连通连接；旋风分离器包括一级旋风分离器(9)和二级旋风分离器(10)，一级旋风分离器(9)的输入端和提升管(4)的输出端连通连接；一级旋风分离器(9)的气体输出端和二级旋风分离器(10)的输入端连通连接，一级旋风分离器下料管(11)输入端和一级旋风分离器(9)的底部输出端连通连接，二级旋风分离器下料管(12)的输入端和二级旋风分离器(10)的底部输出端连通连接；二级旋风分离器下料管(12)和一级旋风分离器下料管(11)汇合后和非机械密封阀(13)连通连接；一级旋风分离器下料管(11)通过非机械密封阀(13)和管道与卸料阀(14)连通连接，卸料阀(14)和固体产物收集罐(15)连通连接；循环回料装置(16)使得部分生物炭或/和泥炭和其它床料由旋风分离器下料管经过非机械密封阀(13)以及吹送气的吹扫循环输送到提升管(4)以延长部分床料在反应器的停留时间和提高碳转化率。
进一步，本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，物料进料单元(1)的双阀闭锁料斗进料器(7)也可替换为一个或多个旋转阀进料器。
进一步，本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，旋转阀进料器(8)采用一个或多个。
进一步，本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，旋风分离器下料管和提升管(4)之间的循环回料装置(16)可为机械阀、非机械阀或螺杆输送挤压系统等具有输送和物料密封功能的装置，循环回料装置(16)既能输送也能物料密封，螺杆输送挤压也可形成物料密封和具有输送功能。
进一步，本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，流化床热解气化单元(2)的提升管(4)外面的加热器(5)，可选为电磁感应加热器、微波加热器或电加热器，流化床热解气化单元(2)的提升管(4)外面也可采用高效保温层；旋风分离器和旋风分离器下料管外面可有电磁感应加热器、微波加热器、电加热器或高效保温层。微波加热加热均匀、速率快、温度可调控，而且热解过程及预期最终产物容易控制，安全无害；电磁感应加热则具有快速加热、内热加热、高效节能、生产成本低等优势；流化床热解气化和微波加热、电磁感应加热或电加热的耦合提高了反应速度和产品质量、提高了热解气化效率，也增加了热解气化系统操作的稳定性和灵活性以及调整产品分布与组成的灵活性；当提升管(4)采用微波加热时，提升管(4)采用陶瓷或石英管材质以适合微波热解的需要；当提升管(4)采用电磁感应加热时，提升管(4)壳体采用铁质金属或碳钢材料；当提升管(4)采用电加热时，提升管(4)采用碳钢、不锈钢或其它耐热钢材质。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，物料进料单元(1)直接输送物料到提升管(4)，旋转阀进料器(8)将物料输送到循环回料装置(16)，物料可为原料或/和加入的床料；双阀闭锁料斗进料器(7)的两个阀门交替开关实现连续进料并能确保提升管(4)反应器和外界的隔离和密封；螺杆输送器(6)有输送和挤压的功能，进一步防止了提升管(4)反应器热气体和热床料进入物料进料单元(1)、加强了提升管(4)反应器和外界的密封效果；旋转阀进料器(8)将物料直接加入到循环回料装置(16)，旋转阀起到了密封作用。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，旋风分离器下料管和提升管(4)之间有非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)，非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)起到了物料密封作用以防止旋风分离器下料管和提升管(4)之间的串气；吹扫气在非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)处加入，非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)的吹扫气采用水蒸气或其它惰性气体，吹扫气的气速可以调节颗粒物的流动速度从而调节固体颗粒循环流动的速率和固体颗粒物在提升管(4)反应器中的停留时间，吹扫气气封也加强了密封效果。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，二级旋风分离器下料管(12)和一级旋风分离器下料管(11)汇合后和非机械密封阀(13)连通连接，卸料阀(14)在非机械密封阀(13)的下面并通过管道与其连通连接；非机械密封阀(13)和循环回料管(16)连通连接形成多密封通道以确保提升管(4)和下料管(11)与(12)之间没有串气；卸料阀可为旋转阀或其它阀门。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，提升管进气系统(3)包括空气、循环的热解气或合成气，还可以包括水蒸气；一路是空气和循环的热解气或合成气先在燃烧器混合燃烧，燃烧后烟气进入提升管(4)底部；另一旁路是空气或/和水蒸气从提升管(4)底部和/或上部加入。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，废弃物由物料进料单元(1)加入，经双阀闭锁料斗进料器(7)、螺杆输送器(6)进入提升管(4)，或经一或多个旋转阀进料器、螺杆输送器(6)进入提升管(4)；流化床热解气化单元(2)包括进气系统(3)、提升管(4)和加热器(5)，流化床热解气化采用循环流化床反应器，进入提升管(4)的物料经过相对较高温度的加热区后进入一级旋风分离器(9)和二级旋风分离器(10)进行气固分离，二级旋风分离器下料管(12)和一级旋风分离器下料管(11)汇合后和非机械密封阀(13)连通连接，分离后的固体由旋风分离器的下料管进入非机械密封阀(13)；一级旋风分离器下料管(11)通过非机械密封阀(13)和管道与卸料阀(14)连通连接，通过调整卸料阀(14)的开度和非机械密封阀(13)与循环回料装置(16)的吹送气的气速，可以调节固体产物的排料速度和固体产物在循环流化床的固体颗粒循环速率，从而调整固体在提升管(4)里面的停留时间；有一部分原料或床料在循环回料装置(16)上部的旋转阀进料器(8)加入，通过循环回料装置(16)多个测温点的温度波动情况可估算固体颗粒的循环速率，加入的原料或床料经循环回料装置(16)被吹送气输送到提升管(4)底部；提升管(4)和旋风分离器的下料管之间采用非机械密封阀13和一个或多个循环回料装置(16)(进一步如循环回料管、或螺杆输送挤压机构)实现多密封联用以确保提升管(4)和下料管(11)和(12)之间没有串气；提升管(4)底部的残渣由排渣口(17)排出。
进一步，流化床热解气化单元(2)的床料中除了包括灰分与生物炭或/和泥炭外，还包括载热体、催化剂、载氧体中的一种或几种。
本发明通过流化床热解气化器的结构型式的优化设计、内外加热的使用、进料系统的优化、不同床料混合使用、床料循环流动系统和气固混合水平的提高及密封系统的改进，可生产高品质的产品气(合成气或热解气)，极大地提高了整体热解气化效率及产品气热值、减少了产品气焦油含量，产品气不含二恶英等污染物，从而有效地制备高品质的清洁热解气或合成气。
本发明还包括上述的一种对热解气化器进行加热的应用，即对热解气化器采用微波加热、电加热、电磁感应加热或保温层；在热解气化器的外面附加微波设备、电加热装置、电磁感应加热装置或保温层；微波加热时，热解气化器壳体采用陶瓷或石英材料；电磁感应加热时，热解气化器壳体采用铁质金属或碳钢等；当热解气化器采用电加热时，热解气化器壳体采用碳钢、不锈钢或其它耐热钢材质。热解气化器的主体为流化床反应器，包括循环流化床、鼓泡或湍动流化床反应器。
本发明具有积极的效果：(1)本发明采用多进料口和多个机械阀或非机械阀或螺杆系统联用的密封方式，加之以吹扫气的使用，有效隔离了提升管和下料管，加强了密封并防止两者之间的串气；(2)床料的进料装置可用来估计床层内固体颗粒循环流动速率；(3)床层内部的固体颗粒循环流动速率和卸料速率可通过卸料阀的开度和吹扫气的气速来灵活调节；(4)流化床热解气化器可采用灵活的加热方式，可通过提升管床层内部的氧化或/和部分氧化反应释放的热量加热床层，也可采用外加热器来加热热解气化器；在热解气化器的外面附加微波设备、电加热装置、电磁感应加热装置或保温层；微波加热时，热解气化器壳体采用陶瓷或石英材料；电磁感应加热时，热解气化器壳体采用铁质金属或碳钢等；当热解气化器采用电加热时，热解气化器壳体采用碳钢、不锈钢或其它耐热钢材质。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细地说明，其中
图1为本发明采用非机械阀循环回料装置的系统的结构示意图。
图2为本发明采用螺杆输送挤压式循环回料装置的系统的结构示意图。
其中
1物料进料单元、2流化床热解气化单元、3提升管进气系统、4提升管、5加热器、6螺杆输送器、7双阀闭锁料斗进料器、8旋转阀进料器、9一级旋风分离器、10二级旋风分离器、11一级旋风分离器下料管、12二级旋风分离器下料管、13非机械密封阀、14卸料阀、15、固体产物收集罐、16循环回料装置(图1为非机械阀循环回料装置，图2为螺杆输送挤压式循环回料装置)、17排渣口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
见图1，本系统包括依次连通连接的物料进料单元1、流化床热解气化单元2、旋风分离器、旋风分离器下料管、非机械密封阀13、非机械阀循环回料装置16、卸料阀14和固体产物收集罐15，系统生成合成气或热解气；所述流化床热解气化单元2包括提升管4、提升管进气系统3和加热器5，提升管进气系统3通过管道和提升管4连通连接；所述物料进料单元1包括双阀闭锁料斗进料器7、旋转阀进料器8、螺杆输送器6，双阀闭锁料斗进料器7和螺杆输送器6连通连接，螺杆输送器6和提升管4连通连接，非机械阀循环回料装置16和提升管4连通连接，旋转阀进料器8和非机械阀循环回料装置16连通连接，非机械密封阀13和非机械阀循环回料装置16连通连接；旋风分离器包括一级旋风分离器9和二级旋风分离器10，一级旋风分离器9的输入端和提升管4的输出端连通连接；一级旋风分离器9的气体输出端和二级旋风分离器10的输入端连通连接，一级旋风分离器下料管11输入端和一级旋风分离器9的底部输出端连通连接，二级旋风分离器下料管12的输入端和二级旋风分离器10的底部输出端连通连接；二级旋风分离器下料管12和一级旋风分离器下料管11汇合后和非机械密封阀13连通连接；一级旋风分离器下料管11通过非机械密封阀13和管道与卸料阀14连通连接，卸料阀14和固体产物收集罐15连通连接；非机械阀循环回料装置16使得部分生物炭或/和泥炭与其它床料由旋风分离器下料管经过非机械密封阀13以及吹送气的吹扫循环输送到提升管4以延长部分床料在反应器的停留时间和提高碳转化率。
流化床热解气化单元2的提升管4外面有加热器5，加热器5为电磁感应加热器，提升管4壳体采用铁质金属或碳钢。物料进料单元1的双阀闭锁料斗进料器7和螺杆输送器6直接输送市政和工业污泥到提升管4，旋转阀进料器8将床料生石灰(CaO)加入到非机械阀循环回料装置16，通过非机械阀循环回料装置16多个测温点的温度波动情况可估算固体颗粒的循环速率，加入的床料经非机械阀循环回料装置16被吹扫气输送到提升管4底部，提升管4底部的残渣由排渣口17；双阀闭锁料斗进料器7的两个阀门交替开关实现连续进料并能确保提升管4和外界的隔离和密封；螺杆输送器6有输送和挤压的功能，进一步防止了提升管4热气体和热床料进入物料进料单元1、加强了提升管4和外界的密封效果；旋转阀进料器8将床料直接加入到非机械阀循环回料装置16，旋转阀起到了密封作用。
提升管4和旋风分离器的下料管之间采用一个L型非机械密封阀13和J型非机械阀循环回料装置16实现多密封联用以确保提升管4和下料管11和12之间没有串气；非机械密封阀13和非机械阀循环回料装置16起到了物料密封作用以防止旋风分离器下料管和提升管4之间的串气；吹扫气在非机械密封阀13和循环回料装置16处加入，吹扫气的气速可以调节颗粒物的流动速度从而调节固体颗粒循环流动的速率和固体颗粒物在提升管4反应器中的停留时间，吹扫气气封也加强了密封效果；非机械密封阀13和循环回料装置16的吹扫气采用水蒸气或其它气体。
二级旋风分离器下料管12和一级旋风分离器下料管11汇合后和非机械密封阀13连通连接，卸料阀14在非机械密封阀13的下面并通过管道与其连通连接；非机械密封阀13和非机械阀循环回料装置16连通连接形成多密封通道以确保提升管4和下料管11与12之间没有串气；卸料阀可为旋转阀或其它阀门。
提升管进气系统3包括空气、水蒸气和循环的热解气或合成气；空气和循环的热解气或合成气在燃烧器混合燃烧，燃烧后烟气进入提升管4底部；旁路的空气和水蒸气从提升管4底部加入。
本发明所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，固体废弃物由物料进料单元1加入，经双阀闭锁料斗进料器7、螺杆输送器6进入提升管4；流化床热解气化采用循环流化床反应器，进入提升管4的物料经过较高温度的加热区后进入一级旋风分离器9和二级旋风分离器10进行气固分离，二级旋风分离器下料管12和一级旋风分离器下料管11汇合后和非机械密封阀13连通连接，分离后的固体由旋风分离器的下料管进入非机械密封阀13；一级旋风分离器下料管11通过非机械密封阀13和管道与卸料阀14连通连接，通过调整卸料阀14的开度和非机械密封阀13与非机械阀循环回料装置16的吹送气的气速，可以调节固体产物的排料速度和固体在循环流化床的颗粒循环速率，从而调整固体在提升管4里面的停留时间。
实施例2
见图1，本实施例与实施例1的区别之处为：流化床热解气化单元2的提升管4外面有加热器5，加热器5为微波加热器，提升管4壳体采用陶瓷或石英管材质以适合微波热解气化的需要；物料进料单元1的双阀闭锁料斗进料器7和螺杆输送器6直接输送农林废弃物(如桔杆等)到提升管4，旋转阀进料器8将废弃的铁锈加入到循环回料装置16。其他系统组成与实施例1相同。
实施例3
见图2，本实施例与实施例1的区别之处为：流化床热解气化单元2的提升管4外面有加热器5，加热器5为电加热器，提升管4壳体采用碳钢或不锈钢或其它耐热钢。提升管4和旋风分离器的下料管之间采用一个L型非机械密封阀13和一个螺杆输送挤压式循环回料装置16实现多密封联用以确保提升管4和下料管11和12之间没有串气。其他系统组成与实施例1相同。
实施例4
见图1，本实施例与实施例1的区别之处为：流化床热解气化单元2的提升管4外面是高效保温层，提升管4壳体采用碳钢或不锈钢或其它耐热钢。提升管进气系统(3)只包括空气和循环的热解气或合成气；空气和循环的热解气或合成气在燃烧器混合燃烧，燃烧后烟气进入提升管4底部侧面；旁路的空气从提升管4底部下面直接加入，提升管4不通入水蒸气。其他系统组成与实施例1相同。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于：该系统包括依次连通连接的物料进料单元(1)、流化床热解气化单元(2)、旋风分离器、旋风分离器下料管、非机械密封阀(13)、循环回料装置(16)、卸料阀(14)和固体产物收集罐(15)；所述流化床热解气化单元(2)包括提升管(4)、提升管进气系统(3)和加热器(5)，提升管进气系统(3)通过管道和提升管(4)连通连接；所述物料进料单元(1)包括双阀闭锁料斗进料器(7)、旋转阀进料器(8)、螺杆输送器(6)，双阀闭锁料斗进料器(7)和螺杆输送器(6)连通连接，螺杆输送器(6)和提升管(4)连通连接，循环回料装置(16)和提升管(4)连通连接，旋转阀进料器(8)和循环回料装置(16)连通连接，非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)连通连接；旋风分离器包括一级旋风分离器(9)和二级旋风分离器(10)，一级旋风分离器(9)的输入端和提升管(4)的输出端连通连接；一级旋风分离器(9)的气体输出端和二级旋风分离器(10)的输入端连通连接，一级旋风分离器下料管(11)输入端和一级旋风分离器(9)的底部输出端连通连接，二级旋风分离器下料管(12)的输入端和二级旋风分离器(10)的底部输出端连通连接；二级旋风分离器下料管(12)和一级旋风分离器下料管(11)汇合后和非机械密封阀(13)连通连接；一级旋风分离器下料管(11)通过非机械密封阀(13)和管道与卸料阀(14)连通连接，卸料阀(14)和固体产物收集罐(15)连通连接；循环回料装置(16)使得部分生物炭或/和泥炭和其它床料由旋风分离器下料管经过非机械密封阀(13)以及吹扫气的吹送循环输送到提升管(4)；循环回料装置(16)为机械阀、非机械阀或螺杆输送挤压系统；旋转阀进料器(8)采用一个或多个。
2.根据权利要求1所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于：物料进料单元(1)的双阀闭锁料斗进料器(7)替换为一个或多个旋转阀进料器。
3.根据权利要求1所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于：流化床热解气化单元(2)的提升管(4)的加热器采用电磁感应加热器、微波加热器或电加热器，或提升管(4)外面采用保温层；旋风分离器和旋风分离器下料管外面采用电磁感应加热器、微波加热器、电加热器或保温层。
4.根据权利要求1所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于：吹扫气在非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)处加入，吹扫气气封加强了密封效果，非机械密封阀(13)和循环回料装置(16)的吹扫气采用水蒸气或其它惰性气体。
5.根据权利要求1所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于：二级旋风分离器下料管(12)和一级旋风分离器下料管(11)汇合后和非机械密封阀(13)连通连接，卸料阀(14)在非机械密封阀(13)的下面并通过管道与其连通连接；非机械密封阀(13)和一个或多个循环回料装置(16)连通连接形成多密封通道以确保提升管(4)和一级旋风分离器下料管(11)与二级旋风分离器下料管(12)之间没有串气；提升管(4)底部的残渣由排渣口(17)排出；卸料阀(14)为旋转阀或其它阀门；提升管进气系统(3)的进气包括空气、循环的热解气或合成气，或还包括水蒸气；
一路是空气和循环的热解气或合成气先在燃烧器混合燃烧，燃烧后烟气进入提升管(4)底部；另一旁路是空气或/和水蒸气从提升管(4)底部和/或上部加入。
6.根据权利要求1所述的一种多进料口和多密封联用的内外加热流化床热解气化系统，其特征在于，流化床热解气化单元(2)的床料中除了包括灰分与生物炭或/和泥炭外，还包括载热体、催化剂、载氧体中的一种或几种。
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