CN108034457A - 一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置,该方法包括:对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;对混合后物料进行气化和燃烧,气化过程没有完全反应的混合后物料送入燃烧过程进行燃烧,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的高温灰送入气化过程为气化反应供热,从而使气化过程与燃烧过程耦合在一起。本发明不仅提高了煤气化后的煤气热值和能源利用率,节约了煤气化生产成本,而且环境友好,解决了可燃固体废弃物和生物质的综合处理利用问题,实现了能源的最大化利用。
Description
技术领域
本发明涉及可燃固体废弃物和生物质的利用技术领域,尤其涉及一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置。
背景技术
随着社会的发展,可燃固体废弃物的种类和数量不断增多,这对环境造成了极大的不良影响,也造成了资源的大量浪费,因此对可燃固体废弃物进行综合处理利用是非常必要的。在现有技术中,对可燃固体废弃物的处理方法主要包括焚烧、掩埋和等离子热解;焚烧和掩埋不仅没有实现综合处理利用,而且会对环境造成二次污染,而等离子热解工艺的运行成本非常高,对处理设备的要求复杂,无法做成大型化的工艺设备,进而导致处理效率不高,并且热解本身是一个吸热过程,因此等离子热解工艺需要大量能耗才能实现综合处理。
我国是一个富煤、少油、贫气的国家,煤炭是我国经济发展的重要支柱,因此如何进行煤炭的清洁综合利用是我国能源结构和产业发展的必然要求。煤气化技术是一种常见的煤炭处理工艺。目前,煤气化技术可分为固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术和熔融床气化技术。其中的熔融床气化技术尚未完全实现工业化。固定床气化技术具有对原料要求严格、生产能力小、能耗高等缺点,正逐渐被淘汰。流化床气化技术具有传热传质效率高、气化强度大、原料价格便宜(原料使用粉煤即可)、煤种适应范围宽、产品煤气中基本不含焦油和酚类物质等优点,但现有气化技术的流化床均为单床,其气体中带出细粉过多,这会影响碳转化率,虽然采用循环技术可解决此类问题,但单炉循环流化床的燃烧和气化基本同时进行,若不使用“富氧+水蒸气+高压”条件进行气化,则煤气热值很难提升(例如:在“空气+水蒸气+常压”条件下,煤气热值很难超过1400大卡),若采用“富氧+水蒸气+高压”条件,则会大大增加设备投资和装置安全运行风险。气流床气化技术是较为先进的新一代煤气化技术,一般在高温高压下进行气化,建设投资较大,而目前国内运行的气流床均为液态排渣,要保证气化炉的稳定操作,气化炉的操作温度一般要在灰的流动温度以上,原料煤的灰熔融温度越高,要求气化操作温度越高,氧耗也越大,这会严重影响其经济性,而且熔融温度较高的煤灰在运行期间极易出现结渣现象。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题,本发明提供了一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置,不仅提高了煤气化后的煤气热值和能源利用率,节约了煤气化生产成本,而且环境友好,有解决了可燃固体废弃物和生物质的综合处理利用问题,实现了能源的最大化利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,包括:对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;对混合后物料进行气化和燃烧,气化过程没有完全反应的混合后物料送入燃烧过程进行燃烧,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的高温灰送入气化过程为气化反应供热,从而使气化过程与燃烧过程耦合在一起。
优选地,对气化过程产生的带有固体颗粒的合成气进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化过程,而分离出的合成气经过热器处理后进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或经过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用。
优选地,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的烟气进行热量回收,热量回收得到的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或经过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,而热量回收得到的热空气用于对可燃固体废弃物和生物质干燥和/或送入气化过程供气化反应使用和/或送入燃烧过程供燃烧使用。
优选地,用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥的热空气的温度低于150℃,且干燥后的气体送入燃烧过程参与燃烧;送入气化过程供气化反应使用的热空气的温度为450~700℃,送入燃烧过程供燃烧使用的热空气的温度为450~700℃。
优选地,混合后物料中可燃固体废弃物和生物质的质量百分数总和小于60%,并且混合后物料中煤的熔融温度>1150℃。
优选地,气化过程的反应温度控制在800~950℃;燃烧过程的反应温度控制在900~1050℃,且燃烧过程的反应温度比气化过程的反应温度高100℃。
优选地,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气,其表观气速为5~7m/s。
一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置,包括:气化炉、燃烧炉、气固分离器、固体返料器、换热装置、过热器和汽包;对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;将混合后物料送入气化炉和燃烧炉,气化炉中没有完全反应的混合后物料通过固体返料器送入燃烧炉,燃烧炉产生的带有高温灰的烟气送入气固分离器进行气固分离,分离出的高温灰通过固体返料器送入气化炉为气化反应供热,使气化炉与燃烧炉耦合在一起。
优选地,气化炉产生的带有固体颗粒的合成气送入气固分离器进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化炉,而分离出的合成气送入过热器进行处理,再送入换热装置进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用。
优选地,燃烧炉产生的带有高温灰的烟气送入气固分离器进行气固分离,分离出的烟气送入换热装置进行气水换热,再送入空气预热器对空气进行预热,气水换热得到的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,而预热得到的热空气送入干燥装置用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥和/或送入气化炉供气化反应使用和/或送入燃烧炉供燃烧使用。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法将可燃固体废弃物和生物质与煤混合在一起后进行气化和燃烧,并且气化过程没有完全反应的混合后物料送入燃烧过程进行燃烧,而燃烧过程产生的高温灰送入气化过程为气化反应供热,这使得气化过程与燃烧过程耦合在一起,实现了气化过程与燃烧过程之间的热量循环利用;而气化过程所产生合成气中的热量和燃烧过程所产生烟气中的热量均可通过热量回收生产饱和蒸汽及热空气,这实现了气化与蒸汽的多联产,提高了煤气的热值和能源利用率,因此本发明不仅降低了可燃固体废弃物和生物质的处理能耗,节约了煤气化生产成本,而且实现了能源的最大化利用,为可燃固体废弃物的利用提供了一条新途径。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,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附图。
图1为本发明实施例中可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置的结构示意图。
其中,1-燃烧炉、2-第一气固分离器、3-第一固体返料器、4-鼓泡床气化炉、5-第二固体返料器、6-第一气水换热器、7-空气预热器、8-汽包、9-第二气固分离器、10-过热器、11-第二气水换热器。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置进行详细描述。本发明中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,包括:对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料。对混合后物料进行气化和燃烧,气化过程没有完全反应的混合后物料送入燃烧过程进行燃烧,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的高温灰送入气化过程为气化反应供热,从而使气化过程与燃烧过程耦合在一起,这可以实现气化过程与燃烧过程之间的热量循环利用。
具体地,该可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法包括以下实施方案:
(1)所述分选可采用现有技术中的磁选机对可燃固体废弃物和生物质进进行分选处理;所述粉碎可采用现有技术中的粉碎设备对分选后的可燃固体废弃物和生物质进行粉碎处理;所述干燥可采用现有技术中的滚筒式烘干机对粉碎后的可燃固体废弃物和生物质进行干燥,并且可采用与烟气换热得到的热空气进行干燥,而干燥后的气体可送入燃烧过程参与燃烧,参与燃烧后变成烟气的一部分,这进一步实现了热量循环利用,并且能有效减少污染。
(2)混合后物料中可燃固体废弃物和生物质的质量百分数总和小于60%,并且混合后物料中煤的熔融温度>1150℃。
(3)为了给混合后物料提供高效的反应场所,气化过程的反应温度控制在800~950℃,在这种较高的温度下进行气化可以避免产生焦油,而且有助于实现可燃固体废弃物、生物质和煤高温的共气化;为使气化过程产生的合成气不含焦油,气化过程所使用的气化反应器采最好用鼓泡床反应器。为了最大化利用没有完全气化的物料,气化过程没有完全反应的混合后物料最好送入燃烧过程进行燃烧,燃烧过程的反应温度控制在900~1050℃,且燃烧过程的反应温度比气化过程的反应温度高100℃,从而可以实现对气化过程没有完全反应的混合后物料有效燃烧。
(4)燃烧过程产生的带有高温灰的烟气,其表观气速为5~7m/s,这种较大的表观气速有助于使高温灰随烟气带走并通过气固分离后送入气化过程为气化反应供热。
(5)除了上述气化过程与燃烧过程之间的热量循环利用外,对气化过程产生的合成气中的热量和燃烧过程产生的烟气中的热量可通过换热和锅炉进行热量回收,回收的热量可用于产生饱和蒸汽或热空气;饱和蒸汽可送入过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,也可输出外供产生效益(例如:可对厂区和外部供暖);热空气可用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥,也可送入气化过程供气化反应使用,还可送入燃烧过程供燃烧使用;这不仅降低了可燃固体废弃物和生物质处理的能耗,而且实现了能源的最大化利用。所述热量回收具体可包括以下内容:
①在气化过程中,对气化过程产生的带有固体颗粒的合成气进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化过程,而分离出的合成气经过热器处理后进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽可输出外供产生效益,也可送入过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用。在实际应用中,返回到气化过程供气化反应使用的过热蒸气的温度最好为300~500℃,压力最好为0.3~0.5MPa。
②在燃烧过程中,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的烟气进行热量回收,热量回收得到的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或经过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,而热量回收得到的热空气可用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥,也可送入气化过程供气化反应使用,还可送入燃烧过程供燃烧使用。在实际应用中,返回到气化过程供气化反应使用的过热蒸气的温度最好为300~500℃,压力最好为0.3~0.5MPa;用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥的热空气的温度最好低于150℃,且干燥后的气体可送入燃烧过程参与燃烧;送入气化过程供气化反应使用的热空气的温度最好为450~700℃,送入燃烧过程供燃烧使用的热空气的温度最好为450~700℃。
进一步地,本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置可以包括气化炉、燃烧炉、气固分离器、固体返料器、换热装置、过热器、汽包和空气预热器。可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,后与煤混合在一起,从而得到混合后物料。混合后物料送入气化炉和燃烧炉;气化炉中的气化反应温度控制在800~950℃,气化炉产生的带有固体颗粒的合成气送入气固分离器进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化炉,而分离出的合成气送入过热器进行处理,再送入换热装置进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽可输出外供,也可送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用;气化炉中没有完全反应的混合后物料通过固体返料器送入燃烧炉,燃烧炉中的反应温度控制在900~1050℃且燃烧炉中的反应温度比气化炉中的反应温度高100℃,燃烧炉的空气过量系数较高,其表观气速为5~7m/s,烧炉产生的带有高温灰的烟气送入气固分离器进行气固分离,分离出的高温灰通过固体返料器送入气化炉为气化反应供热,分离出的烟气送入换热装置进行气水换热,再送入空气预热器对空气进行预热,气水换热得到的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽可输出外供,也可送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,而预热得到的热空气送入干燥装置可用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥,也可送入气化炉供气化反应使用,还可送入燃烧炉供燃烧使用。
与现有技术相比,本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置至少具有以下优点:
(1)本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置中,将可燃固体废弃物、生物质与煤高温混合后共气化,不仅有效的解决了废弃物和生物质的利用问题,而且降低了气化成本。
(2)本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置中,将气化过程与燃烧过程耦合在一起,这实现了气化过程与燃烧过程之间的热量循环利用,而气化过程所产生合成气和燃烧过程所产生烟气中的热量可通过热量回收生产饱和蒸汽及热空气,这实现了气化与蒸汽的多联产,提高了产气的热值,因此本发明不仅降低了可燃固体废弃物和生物质的处理能耗,而且实现了能源的最大化利用,为可燃固体废弃物的利用提供了一条新思路。
(3)本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置中混合后物料在较高温度下气化,没有焦油产生,气化过程产生的合成气主要包括CO、H2、CO2、CH4、N2。
(4)本发明实施例所提供的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置中用于干燥的热量来自于系统本身的热量回收,且干燥后的气体可作为燃烧炉的二次风参与燃烧,避免了其对环境的污染,且降低了处理成本。
综上可见,本发明实施例不仅提高了煤气化后的煤气热值和能源利用率,节约了煤气化生产成本,而且环境友好,解决了可燃固体废弃物和生物质的综合处理利用问题,实现了能源的最大化利用。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果,下面以具体实施例对本发明中可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法及装置进行详细描述。
实施例1
如图1所示,一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置,其具体结构可以包括:燃烧炉1、第一气固分离器2、第一固体返料器3、鼓泡床气化炉4、第二固体返料器5、第一气水换热器6、空气预热器7、汽包8、第二气固分离器9、过热器10和第二气水换热器11。可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;混合后物料送入鼓泡床气化炉4和燃烧炉1。
鼓泡床气化炉4中,气化反应温度控制在800~950℃,鼓泡床气化炉4产生的带有固体颗粒的合成气送入第二气固分离器9进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到鼓泡床气化炉4,而分离出的合成气送入过热器10进行处理,再送入第二气水换热器11进行气水换热,过热器10产生的过热蒸气返回到鼓泡床气化炉4供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物送入汽包8制成饱和蒸汽,饱和蒸汽可输出外供,也可送入过热器10处理成过热蒸气返回到鼓泡床气化炉4供气化反应使用;鼓泡床气化炉4中没有完全反应的混合后物料通过第二固体返料器5送入燃烧炉1。
燃烧炉1中反应温度控制在900~1050℃且燃烧炉1中的反应温度比鼓泡床气化炉4中的反应温度高100℃,燃烧炉1的空气过量系数较高,其表观气速为5~7m/s,鼓泡床气化炉4中没有完全反应的混合后物料在燃烧炉1中完全燃烧,燃烧后的高温灰被表观气速较高的烟气送入第一气固分离器2进行气固分离,分离出的高温灰通过第一固体返料器3送入鼓泡床气化炉4为气化反应供热,分离出的烟气送入第一气水换热器6进行气水换热,再送入空气预热器7对空气进行预热,气水换热得到的汽水混合物送入汽包8制成饱和蒸汽,饱和蒸汽可输出外供,也可送入过热器10处理成过热蒸气返回到鼓泡床气化炉4供气化反应使用,而经空气预热器7预热得到的温度为450~700℃的热空气可送入鼓泡床气化炉4供气化反应使用,也可送入燃烧炉1供燃烧使用,温度为150℃的热空气可送入干燥装置用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥,干燥后的气体可作为燃烧炉1的二次风,参与燃烧变成烟气的一部分。
具体地,第一固体返料器3和第二固体返料器5均可以采用单向固体返料器,可选用U阀、J阀、L阀和V阀等。
综上可见,本发明实施例不仅提高了煤气化后的煤气热值和能源利用率,节约了煤气化生产成本,而且环境友好,解决了可燃固体废弃物和生物质的综合处理利用问题,实现了能源的最大化利用。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,包括:对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;对混合后物料进行气化和燃烧,气化过程没有完全反应的混合后物料送入燃烧过程进行燃烧,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的高温灰送入气化过程为气化反应供热,从而使气化过程与燃烧过程耦合在一起。
2.根据权利要求1所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,对气化过程产生的带有固体颗粒的合成气进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化过程,而分离出的合成气经过热器处理后进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或经过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用。
3.根据权利要求1或2所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气进行气固分离,分离出的烟气进行热量回收,热量回收得到的汽水混合物制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或经过热器处理成过热蒸气返回到气化过程供气化反应使用,而热量回收得到的热空气用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥和/或送入气化过程供气化反应使用和/或送入燃烧过程供燃烧使用。
4.根据权利要求3所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥的热空气的温度低于150℃,且干燥后的气体送入燃烧过程参与燃烧;送入气化过程供气化反应使用的热空气的温度为450~700℃,送入燃烧过程供燃烧使用的热空气的温度为450~700℃。
5.根据权利要求1或2所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,混合后物料中可燃固体废弃物和生物质的质量百分数总和小于60%,并且混合后物料中煤的熔融温度>1150℃。
6.根据权利要求1或2所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,气化过程的反应温度控制在800~950℃;燃烧过程的反应温度控制在900~1050℃,且燃烧过程的反应温度比气化过程的反应温度高100℃。
7.根据权利要求1或2所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化方法,其特征在于,燃烧过程产生的带有高温灰的烟气,其表观气速为5~7m/s。
8.一种可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置,其特征在于,包括:气化炉、燃烧炉、气固分离器、固体返料器、换热装置、过热器和汽包;对可燃固体废弃物和生物质依次进行分选、粉碎和干燥,然后与煤混合在一起,从而得到混合后物料;将混合后物料送入气化炉和燃烧炉,气化炉中没有完全反应的混合后物料通过固体返料器送入燃烧炉,燃烧炉产生的带有高温灰的烟气送入气固分离器进行气固分离,分离出的高温灰通过固体返料器送入气化炉为气化反应供热,使气化炉与燃烧炉耦合在一起。
9.根据权利要求8所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置,其特征在于,气化炉产生的带有固体颗粒的合成气送入气固分离器进行气固分离,分离出的固体颗粒返回到气化炉,而分离出的合成气送入过热器进行处理,再送入换热装置进行气水换热,过热器产生的过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,气水换热后的合成气输出外供,气水换热产生的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用。
10.根据权利要求8或9所述的可燃固体废弃物、生物质和煤高温共气化装置,其特征在于,燃烧炉产生的带有高温灰的烟气送入气固分离器进行气固分离,分离出的烟气送入换热装置进行气水换热,再送入空气预热器对空气进行预热,气水换热得到的汽水混合物送入汽包制成饱和蒸汽,饱和蒸汽输出外供和/或送入过热器处理成过热蒸气返回到气化炉供气化反应使用,而预热得到的热空气送入干燥装置用于对可燃固体废弃物和生物质进行干燥和/或送入气化炉供气化反应使用和/或送入燃烧炉供燃烧使用。
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