CN107739630A - 一种生物质循环流化床气化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物质循环流化床气化装置，包括流化床气化炉本体、与流化床气化炉本体底端连接的空气供给机构、设置在流化床气化炉本体侧边上的给料机构、以及与流化床气化炉本体形成循环流化结构的一级旋风分离器和返料器，所述流化床气化炉本体、一级旋风分离器与返料器依次相互连接，所述返料器分别连接返料风机和蒸汽供给机构。本发明提供的装置，采用蒸汽返料，避免发生返料结渣。

Description

一种生物质循环流化床气化装置
技术领域
本发明涉及生物质热化学设备技术领域，具体涉及一种生物质循环流化床气化装置。
背景技术
气化是煤炭、生物质、垃圾、污泥等有机废弃物清洁利用的重要手段，已广泛应用于化工、冶金、民用和工业燃气等领域。气化技术的性能直接影响到这些行业的健康发展，在其节能减排控制方面具有举足轻重的地位，是其实现国家相关控制目标的重要保障。煤炭气化技术已经有上百年的发展历程，生物质等有机废弃物的气化技术自上世纪80年代起也得到了快速发展。
近年来，随着国家对生物质利用技术的重视，生物质气化耦合发电技术以其规模灵活，发电效率高，得到大力开发。生物质气化技术按气化炉可以分为固定床技术(上吸式、下吸式、横吸式)和流化床技术(鼓泡床、循环床、双流化床)。其中，固定床气化炉结构简单但规模较小，燃料适应性差，温度不够均匀，传热较差，在生物质气化时难以控制温度，而流化床气化炉处理规模较大，温度均匀，放大容易，适合生物质资源较集中的地区。
但是现有技术中的流化床气化炉也仍然存在着许多缺陷，如中国发明专利(CN106675660 A)公开一种高效循环流化床气化装置，包括提升管和分离器，分离器下部连接有返料器，返料器一侧与提升管连接。返料器将半焦粗粉返送回提升管中时，返送风采用空气鼓风，容易引发固体碳颗粒燃烧，造成返料结渣。
又如中国发明专利(CN 103216843 A)公开一种生物质气化燃烧锅炉，包括依次相连的一级分离器、二级分离器、燃气锅炉和尾部受热面。生物质燃气经过一二级分离器除尘后进入燃气锅炉燃烧，缺少飞灰的吸附，容易在锅炉和尾部受热面上造成碱金属结渣问题和焦油腐蚀堵塞问题。
因此，需要提供一种新型的生物质循环流化床，避免发生返料结渣以及降低碱金属和焦油带来的危害。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生物质循环流化床气化装置，采用蒸汽返料，避免发生返料结渣。
本发明所提供的技术方案为：
一种生物质循环流化床气化装置，包括流化床气化炉本体、与流化床气化炉本体底端连接的空气供给机构、设置在流化床气化炉本体侧边上的给料机构、以及与流化床气化炉本体形成循环流化结构的一级旋风分离器和返料器，所述流化床气化炉本体、一级旋风分离器与返料器依次相互连接，所述返料器分别连接返料风机和蒸汽供给机构。
上述的技术方案中，装置冷态启动时，返料器采用返料风机空气鼓风，返料风机通过送风管与返料器相连；进入工作状态后，采用蒸汽供给机构，切换至蒸汽鼓风返料，杜绝了空气鼓风会将燃气燃烧的可能性，保证返料可靠性，同时蒸汽具有控温的作用，使气化运行更稳定。
优选的，所述流化床气化炉本体采用空气和水蒸气气化，运行温度为700-900℃，流化床气化炉本体内的运行风速为3-5m/s。
优选的，所述返料器包括返料室和进料室，返料室与流化床气化炉本体连接，进料室与一级旋风分离器连接，中间用带连通孔隔板分开，返料器上还设置了排渣管、检修口、测压管和测温点。返料器实现物料返送至流化床气化炉本体，返料器底部为风室，分别连接返料风机和蒸汽供给机构，可鼓风或鼓蒸汽返料。进一步优选，所述返料风机为罗茨风机。
返料器底部鼓蒸汽起到防止燃气回流和返料的作用，未反应完全的物料颗粒由一级旋风分离器经过密封腿进入返料器，在返料器内经历U型路线，从返料腿被重新输送到流化床气化炉本体，完成物料的循环。
优选的，所述一级旋风分离器出口处的燃气管线上依次设有蒸汽过热器、蒸汽发生器、二级旋风分离器和冷灰器。燃气经过一级旋风分离器分离，从其顶部燃气管线排出，实现固体(焦炭、灰分、床料)和燃气的分离，依次通过蒸汽过热器和蒸汽发生器进行换热，燃气冷却到500℃以下，整个过程中燃气中的灰分会吸附碱金属和焦油。蒸汽发生器出口的燃气经过二级旋风分离器，二级旋风分离器出口的燃气可以送电厂锅炉燃烧发电，分离的半焦经过冷灰器冷却后，用循环氮气密封送到成型机成型。由于二级旋风分离器布置在尾部受热面之后，使得飞灰在被分离前可以吸附更多的焦油和碱金属，减少了换热面的结渣，保证热量的利用，提高总体热效率；其次，降低了后续燃气利用装置和管道的焦油堵塞风险。
优选的，所述蒸汽供给机构包括冷水水源、设有给水泵的给水管线以及设有所述蒸汽过热器和所述蒸汽发生器的蒸汽管线；所述冷水水源、给水管线、蒸汽管线与返料器依次连接。冷水通过给水管线输送到蒸汽发生器和蒸汽过热器，通过与燃气的热交换，可以得到过热蒸汽，温度达到450℃，过热蒸汽被送入返料器内，用于蒸汽返料。进一步优选，经过所述蒸汽过热器的蒸汽管线上可以设置外排管，将多余的过热蒸汽用于外送售卖。
优选的，所述给水管线上依次设有给水泵、冷灰器、除氧器、一级省煤器和二级省煤器，所述给水管线末端连接蒸汽发生器。进一步优选，所述给水管线上还设有加压水泵，所述加压水泵设置于除氧器与一级省煤器之间。
优选的，经过所述蒸汽过热器的蒸汽管线上设有第一循环管线，所述第一循环管线依次连接二级省煤器、一级省煤器和除氧器。该设置将多余的过热蒸汽循环利用，并利用一级省煤器和二级省煤器于对水进行预热，使得进入蒸汽发生器时的饱和水温度达到300℃。而冷却后的循环水则由除氧器进行汇合，除氧器不仅可以将水中的氧气除去，同时还可以用于循环水的汇合。
优选的，所述空气供给机构包括送风机和空气管线；所述空气管线连接流化床气化炉本体的底端，所述空气管线上依次设有一级空预器、二级空预器和三级空预器。
优选的，经过所述蒸汽过热器的蒸汽管线上设有第二循环管线，所述第二循环管线依次连接减压器、三级空预器、二级空预器、一级空预器和除氧器。该设置将多余的过热蒸汽循环利用，并利用三级空预器、二级空预器和一级空预器将空气加热到260℃，送入流化床气化炉本体底部的风室，经过布风板上的风帽均匀配风将床料流化，并作为气化剂和生物质原料发生气化反应。
优选的，经过所述冷灰器的给水管线上设有第三循环管线；所述第三循环管线上设有冷却塔，所述第三循环管线两端分别连接于给水泵的进口端及冷灰器的出口端。该设置将经过冷灰器加热的水循环利用，减少水资源浪费。
优选的，所述给料机构包括地面料仓、提升机、料斗及绞龙加料器；所述流化床气化炉本体通过绞龙加料器与料斗连接。该给料机构使得可以采用固体成型生物质作为气化原料，而固体成型原料适应性好，运输方便。
优选的，所述绞龙加料器包括依次连接的一级绞龙加料器和二级绞龙加料器。
给料系统运行时，提升机将生物质原料从地面料仓输送至空中的料斗。料斗底部两个拨料器均匀拨料至一级绞龙加料器，避免一级绞龙加料器承压。一级绞龙加料器为变螺距蛟龙，保证出口处出料通畅不堵塞，再通过二级绞龙加料器将原料送入流化床气化炉本体。采用拨料器避免生物质颗粒搭桥，采用变螺距绞龙保证连续均匀给料，而二级绞龙加料器为快速给料，可以保证物料迅速送入流化床气化炉本体中反应。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所提供的生物质循环流化床气化装置，采用循环蒸汽返料，避免碳颗粒燃烧，发生返料结渣。
(2)本发明所提供的生物质循环流化床气化装置，将二级旋风分离器布置在尾部受热面之后，使得飞灰在被分离前可以吸附更多的焦油和碱金属，减少了换热面的结渣，保证热量的利用，提高总体热效率，降低焦油堵塞风险。
(3)本发明所提供的生物质循环流化床气化装置，利用第一循环管线配合一级省煤器和二级省煤器于对水进行预热，使得进入蒸汽发生器时的饱和水温度达到300℃，减少蒸汽发生器的冷凝腐蚀。
(4)本发明所提供的生物质循环流化床气化装置，利用第二循环管线配合三级空预器、二级空预器和一级空预器将空气加热到260℃，使其作为气化剂用以实现气化反应。
附图说明
图1为实施例中生物质循环流化床气化装置的结构示意图；
图2为实施例中生物质循环流化床气化装置在具体工况下的运行状态图。
其中，1为流化床气化炉本体；2为地面料仓；3为提升机；4为料斗；5为一级绞龙加料器；6为二级绞龙加料器；7为一级旋风分离器；8为返料器；9为罗茨风机；10为蒸汽过热器；11为蒸汽发生器；12为二级旋风分离器；13为汽包；14为冷却塔；15为减压器；16为送风机；17为一级空预器；18为二级空预器；19为三级空预器；20为给水泵；21为冷灰器；22为除氧器；23为加压水泵；24为一级省煤器；25为二级省煤器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例：
如图1所示的生物质循环流化床气化装置，包括流化床气化炉本体1、与流化床气化炉本体1底端连接的空气供给机构、设置在流化床气化炉本体1侧边上的给料机构，以及与流化床气化炉本体1形成循环流化结构的一级旋风分离器7和返料器8。
流化床气化炉本体1包括上部稀相区、下部密相区以及底部风室，流化床气化炉本体1的底部风室侧面设有轻油燃烧器与流化床气化炉本体1风室相连，流化床气化炉本体1风室上部设有布风板及风帽。
给料机构包括地面料仓2、提升机3、料斗4、一级绞龙加料器5和二级绞龙加料器6。给料系统运行时，提升机3将生物质原料从地面料仓2输送至空中的料斗4。料斗4底部两个拨料器均匀拨料至一级绞龙加料器5，避免一级绞龙加料器5承压。一级绞龙加料器5为变螺距蛟龙，保证出口处出料通畅不堵塞，再通过二级绞龙加料器6将原料送入流化床气化炉本体1，流化床气化炉本体1的生物质原料进口设置在流化床气化炉本体1的上部稀相区。
与流化床气化炉本体1底部风室连接的空气供给机构包括送风机16和空气管线，空气管线连接流化床气化炉本体1的底部风室，空气管线上还依次设有一级空预器17、二级空预器18和三级空预器19。
流化床气化炉本体1、一级旋风分离器7与返料器8依次相互连接，形成循环流化结构。返料器8包括返料室和进料室，返料室与流化床气化炉本体1连接，进料室与一级旋风分离器7连接，中间用带连通孔隔板分开，返料器8上还设置了排渣管、检修口、测压管和测温点。返料器8实现物料返送至流化床气化炉本体1，返料器8底部为风室，分别连接罗茨风机9和蒸汽供给机构，可鼓风或鼓蒸汽返料。
一级旋风分离器7出口处的燃气管线上依次设有蒸汽过热器10、蒸汽发生器11、二级旋风分离器12和冷灰器21。燃气经过一级旋风分离器7分离，从其顶部燃气管线排出，实现固体(焦炭、灰分、床料)和燃气的分离，依次通过蒸汽过热器10和蒸汽发生器11进行换热，燃气冷却，整个过程中燃气中的灰分会吸附碱金属和焦油。蒸汽发生器11出口的燃气经过二级旋风分离器12，二级旋风分离器12出口的燃气可以送电厂锅炉燃烧发电，分离的半焦经过冷灰器21冷却后，用循环氮气密封送到成型机成型。
蒸汽供给机构包括冷水水源、设有给水泵20的给水管线以及设有蒸汽过热器10和蒸汽发生器11的蒸汽管线，其中冷水水源、给水管线、蒸汽管线与返料器8依次连接。而给水管线上依次设有给水泵20、冷灰器21、除氧器22、加压水泵23、一级省煤器24和二级省煤器25，给水管线末端连接蒸汽发生器11，蒸汽管线上则依次设有蒸汽发生器11、汽包13和蒸汽过热器10。其中，蒸汽过热器10和蒸汽发生器11采用蛇形管式结构。
其中，经过蒸汽过热器10的蒸汽管线分成四条管线，第一条管线为第一循环管线，第一循环管线依次连接二级省煤器25、一级省煤器24和除氧器22。第二条管线为第二循环管线，第二循环管线依次连接减压器15、三级空预器19、二级空预器18、一级空预器17和除氧器21。第三条管线直接将多余过热蒸汽外送。而第四条管线则与返料器8连通用于实现蒸汽返料。
此外，经过冷灰器21的给水管线上还设有第三循环管线，第三循环管线上设有冷却塔14，两端分别连接于给水泵20的进口端及冷灰器21的出口端，该设置将经过冷灰器21加热的水循环利用，减少水资源浪费。
工作过程：
装置启动时，首先开启送风机16，使用流化床气化炉本体1下的轻油燃烧器点火加热风室和炉膛，待炉温升到600℃，逐渐加生物质原料燃烧，加热整个炉膛，此时返料器8采用罗茨风机9空气鼓风。
待系统稳定后，返料器8切换蒸汽鼓风，再增加生物质给料量，待出口没有多余氧量后，进入气化状态，调节风量，流化床气化炉本体1温降至700-900℃时，系统稳定运行。
系统稳定运行时，粉碎后的生物质原料由料斗4通过绞龙加料器进入流化床气化炉本体1内，在高温床料加热以及空气、水蒸气助燃下热解气化，采用预热空气鼓风。产出的燃气和固体颗粒物经流化床气化炉本体1出口进入一级旋风分离器7，半焦随同循环物料经过分离后落入返料器8，由返料器8底部鼓入蒸汽重新返回至流化床气化炉本体1进行下一轮的气化。
流化床气化炉本体1出口高温燃气经一级旋风分离器7除尘后，依次经过蒸汽过热器10、蒸汽发生器11进行换热，燃气自身冷却到475℃左右。蒸汽发生器11出口燃气进入二级旋风分离器12，分离下的半焦经冷灰器21冷却后送成型机成型外卖，二级旋风分离器12出口的燃气送电厂锅炉燃烧发电。
以下为具体工况下的空气、燃气和水汽的变化状态，如图2所示，仅为说明装置的技术效果，并不对保护范围作出限定。
其中，空气流程如下：冷空气进入时温度为20℃，采用送风机16加压送风，空气量为20366Nm3/h，经过一级空预器17预热至77℃，经过二级空预器18预热至222℃，经过三级空预器19预热至260℃，送入流化床气化炉本体1底部的风室，经过布风板上的风帽均匀配风将床料流化，并作为气化剂和生物质原料发生气化反应。
燃气流程如下：燃气在流化床气化炉本体1中生成，温度为750℃，燃气量为41244.7Nm3/h，在流化床气化炉本体1出口以25m/s的速度进入一级旋风分离器7进行气固分离，从分离器顶部排气管排出后进入尾部受热面，依次通过蒸汽过热器10和蒸汽发生器11进行换热，燃气温度冷却至475℃，以25m/s的速度进入二级旋风分离器12进行分离。
水汽流程如下：30℃冷水流量为5163kg/h，经过给水泵20加压流量为8163kg/h、1MPa，继续经过冷灰器21冷却分离出的半焦后温度达到80℃，总流量为8165kg/h。其中，3002kg/h经过冷却塔14冷却后返回至冷灰器21入口循环，其余5163kg/h进入除氧器22汇集。除氧器22出口水温度175℃，出口流量10889kg/h，依次经过一级省煤器24加热至277℃，二级省煤器25加热达到饱和水311℃，进入蒸汽发生器11和蒸汽过热器10加热至450℃，10MPa过热蒸汽。
过热蒸汽中抽取3965kg/h送往一二级省煤器加热给水，经过二级省煤器25后变成311℃饱和蒸汽，继续经过一级省煤器24后变成311℃饱和水，最后再进入除氧器22汇集；抽取1762kg/h减压至4MPa后进入蒸汽空气预热器加热空气，经过三级空预器19后变成250℃饱和蒸汽，经过二级空预器18后变成250℃饱和水，经过三级空预器17后变成100℃冷凝水，之后进入除氧器22汇集；抽取1510kg/h蒸汽作为返料蒸汽使用；其余3653kg/h蒸汽外送。

Claims (10)

1.一种生物质循环流化床气化装置，包括流化床气化炉本体、与流化床气化炉本体底端连接的空气供给机构、设置在流化床气化炉本体侧边上的给料机构、以及与流化床气化炉本体形成循环流化结构的一级旋风分离器和返料器，其特征在于，所述流化床气化炉本体、一级旋风分离器与返料器依次相互连接，所述返料器分别连接返料风机和蒸汽供给机构。
2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述一级旋风分离器出口处的燃气管线上依次设有蒸汽过热器、蒸汽发生器、二级旋风分离器和冷灰器。
3.根据权利要求2所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述蒸汽供给机构包括冷水水源、设有给水泵的给水管线以及设有所述蒸汽过热器和所述蒸汽发生器的蒸汽管线；所述冷水水源、给水管线、蒸汽管线与返料器依次连接。
4.根据权利要求3所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述给水管线上依次设有给水泵、冷灰器、除氧器、一级省煤器和二级省煤器，所述给水管线末端连接蒸汽发生器。
5.根据权利要求4所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，经过所述蒸汽过热器的蒸汽管线上设有第一循环管线，所述第一循环管线依次连接二级省煤器、一级省煤器和除氧器。
6.根据权利要求4所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述空气供给机构包括送风机和空气管线；所述空气管线连接流化床气化炉本体的底端，所述空气管线上依次设有一级空预器、二级空预器和三级空预器。
7.根据权利要求6所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，经过所述蒸汽过热器的蒸汽管线上设有第二循环管线，所述第二循环管线依次连接减压器、三级空预器、二级空预器、一级空预器和除氧器。
8.根据权利要求4所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，经过所述冷灰器的给水管线上设有第三循环管线；所述第三循环管线上设有冷却塔，所述第三循环管线两端分别连接于给水泵的进口端及冷灰器的出口端。
9.根据权利要求1所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述给料机构包括地面料仓、提升机、料斗及绞龙加料器；所述流化床气化炉本体通过绞龙加料器与料斗连接。
10.根据权利要求9所述的生物质循环流化床气化装置，其特征在于，所述绞龙加料器包括依次连接的一级绞龙加料器和二级绞龙加料器。
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