CN106753578A - 脉冲式循环流化床气化炉及使用该气化炉的气化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲式循环流化床气化炉，包括下端封闭的炉座，其特征在于：还包括交错相联的两个以上的气化加速管和两个以上的气化脉冲管，气化加速管与炉座固联，气化加速管的内径小于气化脉冲管的内径；在炉座上设有气化剂进管和排渣管，排渣管上设有排渣阀；炉座通过进风管与风机相连，在最下方的气化加速管上设有点火器，在气化脉冲管上设有给料机，在最上方的气化脉冲管上设有等离子枪和排气管。本发明还公开一种脉冲式循环流化床气化系统及使用方法；本发明不仅气化效率高，可大幅提高燃气的热值和纯度，且不易停炉、保证设备长时间的正常运行，还可有效裂解燃气中的焦油及二噁英，确保后续设备的正常工作及保护环境。

Description

脉冲式循环流化床气化炉及使用该气化炉的气化系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于生物质颗粒燃料的气化炉及使用该气化炉的气化系统和方法。

背景技术

生物质资源因来源充足、环境友好而得到广泛应用；通过对生物质资源进行气化得到燃气是其中较为高效的利用方式；现有对生物质颗粒燃料进行气化主要有固定床和流化床气化炉两种装置，前者不能连续工作，传热、传质也不均匀、不易大型化，难以实现工业化、规模化的应用；后者通过在炉内下部设置布风板以形成燃烧时的流化态，与空气进行氧化燃烧、还原和热分解等反应，部分原料与空气中的氧进行燃烧，提供还原和热分解反应所需要的能量，大部分原料在高温缺氧状态下进行热分解，以获得气化燃气；但由于生物质颗粒燃料的粒度不均匀，大颗粒燃料难以吹起，该方式不能完全气化；加上如气化温度过低，则热解效率偏低，所获燃气的热值和纯度难以满足要求，造成资源浪费；如气化温度过高，则超过灰熔点，在炉内形成较多粘附物，易堵塞布风板及排灰口，造成停炉，影响生产效率；且气化燃气中含有较多的焦油，该燃气如用于内燃机组发电，其中的焦油会严重影响发电机组的运行，现多采用专用设备如静电捕焦器出去焦油，导致成本增加；对于采用垃圾衍生物制作的生物质颗粒燃料，在气化时还会生成强致癌物二噁英，该方式无法对其进行分解，严重污染环境，使得使用受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种脉冲式循环流化床气化炉及使用该气化炉的气化系统和方法，它不仅气化效率高，可大幅提高燃气的热值和纯度，且不易停炉、保证设备长时间的正常运行，还可有效裂解燃气中的焦油及二噁英，确保后续设备的正常工作及保护环境。

为了达到上述目的，本发明的脉冲式循环流化床气化炉，包括下端封闭的炉座，其特征在于：还包括交错相联的两个以上的气化加速管和两个以上的气化脉冲管，气化加速管与炉座固联，气化加速管的内径小于气化脉冲管的内径；在炉座上设有气化剂进管和排渣管，排渣管上设有排渣阀；炉座通过进风管与风机相连，在最下方的气化加速管上设有点火器，在气化脉冲管上设有给料机，在最上方的气化脉冲管上设有等离子枪和排气管；

作为对本发明脉冲式循环流化床气化炉的进一步改进，炉座内通过转轴设有排渣叶轮，转轴与炉座外的减速电机相联；便于排出炉座内的干灰；

本发明使用上述脉冲式循环流化床气化炉的气化系统，所述排气管通过一个以上的旋风分离器与燃气净化装置相连，旋风分离器的回料管与其中一气化加速管相连，燃气净化装置与系统风机相连；系统风机工作，将炉内燃气经排气管抽入旋风分离器，分离出的未气化完全的灰渣被返回气化加速管内继续气化，其余气化燃气则经过燃气净化装置、除去粉尘后由系统风机送入后系统；

作为对本发明脉冲式循环流化床气化系统的进一步改进，旋风分离器通过高温脱焦装置与燃气净化装置相连，高温脱焦装置包括两个蓄热体、置于每个蓄热体中的数根陶瓷管，两个蓄热体的一端通过各自的连接管与同一高温烟气进管及旋风分离器的出风管相连，两个蓄热体的另一端通过各自的连接管与同一高温烟气出管及燃气净化装置的进气管相连，在旋风分离器出风管与两个蓄热体的连接管的连接处、高温烟气进管与两个蓄热体的连接管的连接处、高温烟气出管与两个蓄热体的连接管的连接处、燃气净化装置进气管与两个蓄热体的连接管的连接处均设有气体换向阀；使用时，燃气通过两个蓄热体有效裂解其中的焦油等；

作为对本发明脉冲式循环流化床气化系统的进一步改进，所述数根陶瓷管均为镍基陶瓷管；镍基陶瓷管对焦油的裂解可起到催化作用；

本发明使用上述脉冲式循环流化床气化系统的方法，包括以下步骤：1）启动系统风机，将生物质颗粒燃料由给料机送入气化脉冲管内、在其下方通入压力风及作为气化剂的蒸汽并点火，控制炉内过量空气系数范围为0.2～0.5；2）部分生物质颗粒燃料燃烧，此时炉内温度低于800℃；其余生物质颗粒燃料受风压作用、被向上吹起，而气化加速管中的风速快于气化脉冲管中的风速，部分颗粒燃料反复上升、下落，形成流化态，可被充分气化，产生气化燃气；3）有气化燃气产生时，启动等离子枪、产生高温电弧，在最上方的气化脉冲管内采用等离子体加热，使得该气化脉冲管内的区域温度达1150℃以上，使得燃料进行高温热解气化，也将气化燃气中的焦油裂解为燃气； 4）气化燃气进入旋风分离器，分离出的未气化完全的灰渣被返回气化加速管内继续气化，其余气化燃气则经过净化后由系统风机送入后系统。

本发明通过控制炉内过量空气系数范围为0.2～0.5，处于微氧状态，生物质颗粒燃料不能完全燃烧，炉内温度控制在800℃以下，低于灰熔点，不会堵塞排渣管及排渣阀，防止停炉、保证设备长时间的正常运行；不同粒径的颗粒燃料进入气化脉冲管内，小粒径的颗粒燃料易被吹起，完全气化，大粒径的颗粒燃料和没完全气化的颗粒因重量较重，受气化加速管和气化脉冲管中不同气流速度作用，会在炉内反复上升、下落，形成流化态，被充分热解气化，可提高物料的气化效率和产气量，可大幅提高燃气的热值和纯度；启动等离子枪、产生高温电弧，使得该气化脉冲管内的区域温度达1150℃以上，使得燃料被完全热解气化，也将气化燃气中的焦油裂解为燃气，可提高燃气的热值和降低焦油含量，为后续设备的正常工作提供条件，也进一步提高燃气纯度；作为气化剂的蒸汽，可提高颗粒燃料与烟气的换热效率，同时抑制炉内温度的上升过高；

作为对本发明脉冲式循环流化床气化方法的进一步改进，通过控制气体换向阀由高温烟气对两个蓄热体内的数根镍基陶瓷管进行交替加热，使其温度达到1250℃-1350℃，从旋风分离器出来的气化燃气经过被加热后的镍基陶瓷管后再被净化；气化燃气不间断地分批被两个蓄热体内的镍基陶瓷管加热到更高温度，其中的焦油被二次高温裂解，如有二噁英在此温度也被分解，可较彻底地裂解焦油，并保护环境。

综上所述，本发明不仅气化效率高，可大幅提高燃气的热值和纯度，且不易停炉、保证设备长时间的正常运行，还可有效裂解燃气中的焦油及二噁英，确保后续设备的正常工作及保护环境。

附图说明

图1为本发明脉冲式循环流化床气化系统实施例的主视图。

图2为图1中高温脱焦装置的放大图。

图3为图2中蓄热体的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的脉冲式循环流化床气化炉，包括下端封闭的炉座1、交错相联的三个气化加速管2和三个气化脉冲管3，最下方的气化加速管3与炉座1焊接固联，气化加速管3的内径小于气化脉冲管3的内径，气化脉冲管3的下部均设有锥段作为过渡，利于流化态的形成；在炉座1上设有气化剂进管4和排渣管5，排渣管5上设有排渣阀6，炉座1内通过转轴设有排渣叶轮7，转轴与炉座1外的减速电机相联（未示出）；炉座1通过进风管与风机8相连，在最下方的气化加速管2上设有电子点火器9，在最下方的气化脉冲管3上设有螺旋给料机10，在最上方的气化脉冲管3上设有等离子枪11和排气管12；

如图1至图3所示，本发明实施例的脉冲式循环流化床气化系统，除包括上述气化炉，所述排气管12通过两个串联的旋风分离器13、14与高温脱焦装置15、燃气净化装置16、系统风机17依次相连，两旋风分离器13、14的回料管与中部的气化加速管2相连；高温脱焦装置15包括两个蓄热体20、21、置于每个蓄热体中的数根镍基陶瓷管22，两个蓄热体20、21的一端通过各自的连接管23或24与同一高温烟气进管25相连，两个蓄热体20、21的一端通过各自的连接管26或27与旋风分离器14的出风管相连，两个蓄热体20、21的另一端通过各自的连接管28或29与同一高温烟气出管30相连，两个蓄热体20、21的另一端通过各自的连接管31或32与燃气净化装置16的进气管均相连，在旋风分离器14出风管与两连接管26、27的连接处设有气体换向阀33，在高温烟气进管25与两连接管23、24的连接处设有气体换向阀34，在高温烟气出管30与两连接管28、29的连接处设有气体换向阀35，在燃气净化装置16进气管与两连接管31、32的连接处设有气体换向阀36；

燃气净化装置16为迷宫式除尘装置，可除去燃气中的粉尘；

本发明使用上述脉冲式循环流化床气化系统的方法，包括以下步骤：1）启动系统风机17，将生物质颗粒燃料由螺旋给料机10送入气化脉冲管3内、在其下方通过风机8通入压力风及由气化剂进管4通入作为气化剂的蒸汽，并由电子点火器9进行点火，控制炉内过量空气系数范围为0.2～0.5；2）此时小部分生物质颗粒燃料燃烧，炉内温度低于800℃；其余生物质颗粒燃料受风压作用、被向上吹起，而气化加速管2中的风速快于气化脉冲管3中的风速，部分颗粒燃料反复上升、下落，形成流化态，可被充分气化，产生气化燃气；3）当有气化燃气产生时，启动等离子枪11、产生高温电弧，采用等离子体加热，使得该气化脉冲管3内的区域温度达1150℃以上，使得气化燃气中的焦油裂解为燃气；4）气化燃气进入旋风分离器13、14，分离出的未气化完全的灰渣被返回气化加速管2内继续气化；通过控制气体换向阀34由高温烟气对两个蓄热体20、21的数根镍基陶瓷管22进行交替加热，使其温度达到1250℃-1350℃，从旋风分离器14出来的气化燃气则通过控制气体换向阀33分批被两个蓄热体20、21内的镍基陶瓷管22加热，再经过燃气净化装置16净化、除去粉尘后由系统风机17送入后系统。

本发明通过控制炉内过量空气系数范围为0.2～0.5，处于微氧状态，生物质颗粒燃料不能完全燃烧，炉内温度控制在800℃以下，低于灰熔点，不会形成粘附物，避免堵塞排渣管5及排渣阀6，防止停炉、保证设备长时间的正常运行；不同粒径及重量的颗粒燃料进入气化脉冲管3内，小粒径的颗粒燃料易被吹起，易于完全气化，大粒径的颗粒燃料和没完全气化的颗粒因重量较重，受气化加速管2和气化脉冲管3因内径不同而形成的不同气流速度的作用，会在炉内反复上升、下落，形成流化态，有效延长大颗粒在炉内的停留时间从而达到充分气化的目的，可提高物料的气化效率和产气量，大幅提高燃气的热值和纯度；启动等离子枪11、产生高温电弧，使得该气化脉冲管内的区域温度达1150℃以上，使得燃料被充分热解气化，实现完全气化，也将气化燃气中的焦油裂解为燃气，可提高燃气的热值和降低焦油含量，为后续设备的正常工作提供条件，也进一步提高燃气纯度；作为气化剂的蒸汽，因其热容较大，可提高颗粒燃料与烟气的换热效率，加速气化，同时抑制炉内温度上升过高，控制炉内温度低于800℃；通过控制气体换向阀33、34、35、36，从旋风分离器14出来的气化燃气不间断地分批被两个蓄热体20、21内的镍基陶瓷管22加热到更高温度，其中的焦油被二次高温裂解，如有二噁英在此温度也被分解，可较彻底地裂解焦油，加上镍基陶瓷管对焦油的裂解可起到催化作用，焦油脱除率可高达98％～ 99%，并保护环境；通过叶轮7便于排出炉座1内的干灰.

本系统适应物料为生物质颗粒料、秸秆调制成型料、垃圾衍生燃料RDF5和生物质粉状颗粒料等。

Claims (7)

1.一种脉冲式循环流化床气化炉，包括下端封闭的炉座，其特征在于：还包括交错相联的两个以上的气化加速管和两个以上的气化脉冲管，气化加速管与炉座固联，气化加速管的内径小于气化脉冲管的内径；在炉座上设有气化剂进管和排渣管，排渣管上设有排渣阀；炉座通过进风管与风机相连，在最下方的气化加速管上设有点火器，在气化脉冲管上设有给料机，在最上方的气化脉冲管上设有等离子枪和排气管。

2.根据权利要求1所述的脉冲式循环流化床气化炉，其特征在于：炉座内通过转轴设有排渣叶轮，转轴与炉座外的减速电机相联。

3.使用如权利要求1或2所述脉冲式循环流化床气化炉的气化系统，其特征在于：排气管通过一个以上的旋风分离器与燃气净化装置相连，旋风分离器的回料管与其中一气化加速管相连，燃气净化装置与系统风机相连。

4.如权利要求3所述的脉冲式循环流化床气化系统，其特征在于：旋风分离器通过高温脱焦装置与燃气净化装置相连，高温脱焦装置包括两个蓄热体、置于每个蓄热体中的数根陶瓷管，两个蓄热体的一端通过各自的连接管与同一高温烟气进管及旋风分离器的出风管相连，两个蓄热体的另一端通过各自的连接管与同一高温烟气出管及燃气净化装置的进气管相连，在旋风分离器出风管与两个蓄热体的连接管的连接处、高温烟气进管与两个蓄热体的连接管的连接处、高温烟气出管与两个蓄热体的连接管的连接处、燃气净化装置进气管与两个蓄热体的连接管的连接处均设有气体换向阀。

5.如权利要求4所述的脉冲式循环流化床气化系统，其特征在于所述数根陶瓷管均为镍基陶瓷管。

6.使用如权利要求3所述脉冲式循环流化床气化系统的方法，其特征在于：包括以下步骤：1）启动系统风机，将生物质颗粒燃料送入气化脉冲管内、在其下方通入压力风及作为气化剂的蒸汽并点火，控制炉内过量空气系数范围为0.2～0.5；2）部分生物质颗粒燃料燃烧，此时炉内温度低于800℃；其余生物质颗粒燃料受风压作用、被向上吹起，而气化加速管中的风速快于气化脉冲管中的风速，部分颗粒燃料反复上升、下落，形成流化态，可被充分气化，产生气化燃气；3）有气化燃气产生时，在最上方的气化脉冲管内采用等离子体加热，使得该气化脉冲管内的区域温度达1150℃以上，使得燃料进行高温热解气化，也将气化燃气中的焦油裂解为燃气；4）气化燃气进入旋风分离器，分离出的未气化完全的灰渣被返回气化加速管内继续气化，其余气化燃气则经过净化后由系统风机送入后系统。

7.如权利要求6所述脉冲式循环流化床气化方法，其特征在于：通过高温烟气对两个蓄热体内的数根镍基陶瓷管进行交替加热，使其温度达到1250℃-1350℃，从旋风分离器出来的气化燃气经过被加热后的镍基陶瓷管后再被净化；气化燃气被镍基陶瓷管加热，其中的焦油被二次高温裂解。