CN108285811A - 一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统 - Google Patents

一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统，包括制气炉，在炉体的内部由上到下还分别安装有蒸汽分配器、炉箅子以及燃气抽吸装置，所述制气炉的燃气抽吸装置通过高温燃气管道连接到用于给制气炉提供蒸汽的余热锅炉，余热锅炉通过高温燃气管道连接到用于给高温燃气进行降温的换热器，换热器通过低温燃气管道连接到用于给经换热器冷却的燃气进行去除灰尘的布袋除尘器，经过布袋除尘器除尘后的燃气经过燃气加压机压缩存储到燃气存储罐中，采用蓄热式辐射管燃烧机，综合热效率可达90％，辐射管燃烧机排烟温度可控制在150℃以下，工艺简单，控制灵活。

Description

一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统
技术领域
本发明涉及一种制气炉和制气系统，具体是一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统。气化的对象是含碳的生物质：煤、垃圾等。
背景技术
生物质资源具有来源广泛、易集中处理、低污染、可再生等特点，应用潜力巨大。据统计，我国仅作物秸秆一项，资源总量就已超过7亿吨。但是，其中约有33-40％被废弃在田间或露天焚烧，不仅造成了生物质资源的严重浪费，破坏了土壤结构、使生产能力下降，还导致了严重的环境污染，威胁交通运输和人们的生产、生活安全。将这些废弃的生物质资源通过生物质气化技术制备成煤气加以多元化开发利用，可以在很大程度上解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低炭高效经济发展模式，对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。
发明内容
本发明提供一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统，利用蓄热式辐射管燃烧机进行生物质气化，综合热效率高，对物料尺寸的要求相当宽松，能连续制气。
本发明的技术方案：一种固定床与流化床复合的气化炉，包括用于将生物质原料进行气化的炉体，在炉体的顶部设置有方便生物质物料进入的进料口，炉体的中部安装有用于将生物质物料加热气化的辐射管燃烧机，在炉体的内部由上到下还分别安装有蒸汽分配器、炉箅子以及燃气抽吸装置，所述蒸汽分配器安装在炉体上用以向炉体内部分配热蒸汽用以给从进料口进入的燃料进行预热，所述炉箅子安装在炉体上用以对体积不同的生物质物料进行隔离，所述燃气抽吸装置安装在炉体上用以将制备好的燃气从炉体内抽出；所述炉体的燃气抽吸装置下方还安装有用于将生物质物料气化后的灰渣进行冷却的冷却盘管，在冷却盘管的下方还安装星型卸灰阀用以将冷却后的灰渣排出炉体。
所述辐射管燃烧机为蓄热式辐射管燃烧机，所述辐射管燃烧机沿炉体高度方向安装有多层，多层辐射管燃烧机在炉体内对物料立体加热，并保证炉内背景温度和各区域温度灵活可控。
所述辐射管燃烧机安装有6～15层。
所述炉体顶部的进料口的上方安装有方便启闭的双钟罩阀。
所述炉箅子上开设有蒸汽喷出口。
所述燃气抽吸装置的抽吸口向下开设。
一种固定床与流化床复合的气化炉气化制气系统，包括以上所述的制气炉，所述制气炉的燃气抽吸装置通过高温燃气管道连接到用于给制气炉提供蒸汽的余热锅炉，余热锅炉通过高温燃气管道连接到用于给高温燃气进行降温的换热器，换热器通过低温燃气管道连接到用于给经换热器冷却的燃气进行去除灰尘的布袋除尘器，经过布袋除尘器除尘后的燃气经过燃气加压机压缩存储到燃气存储罐中，所述制气炉的炉体顶部的进料口接收送料机输送的生物质物料，送料机的另一端设置有料仓，料仓接收其上设置的物料破碎机破碎后的生物质物料。
所述余热锅炉通过蒸汽管道分别连接到制气炉的蒸汽进口、蒸汽分配器以及炉箅子，所述余热锅炉通过冷水管道连接到水池。
所述冷却盘管通过进水管和回水管连接到水池形成循环。
所述换热器通过冷却水管和回流水管连接到水池，换热器通过冷却水管抽取水池内的冷水，并将吸热后的水通过回流水管注入到水池。
本发明的有益效果是：炉体内中部采用带蒸汽通道的炉箅子隔挡物料，炉箅子设计间隙10mm，其作用在于将炉内上部粗的物料与下部流化区隔离，同时通过炉箅子内部喷出的蒸汽与附近的物料发生气化反应，气化不完全的物料体积变小，细小的物料经过炉箅子均匀分布落于流化区，流化区和高温区设计高度5米，物料通过流化区和高温区将未气化完全的物料气化干净。
采用蓄热式辐射管燃烧机，综合热效率可达90％，辐射管燃烧机排烟温度可控制在150℃以下。
辐射管燃烧机产生的燃烧产物通过辐射管排放出去，气化炉内无空气，并且生物质气化采用水蒸汽作为气化剂，因此产生的生物质可燃气只有CO、H2、CH4等可燃气体，没有N2、O2等不可燃气体，热值可达3000Kcal/Nm3以上。
采用辐射管提供气化反应炉所需要的热量，辐射管燃烧机可连续提供要求的热量，因此气化炉只需稳定的加料和提供气化所需要的蒸汽，就能连续产气，而不必像传统的水煤气发生炉那样间歇式工作。
由于采用辐射管供热，因此对物料尺寸的要求相当宽松，只要上料系统和下料系统能够兼容就行，因此生物质的前期处理成本非常低。
采用下吸式出气方式，因此在热解区产生的焦油在高温区几乎全部裂解，生物质燃气中的焦油脱除率超过99.5％。
竖式炉内温度可灵活精确控制，生物质的热解、气化、脱焦过程均在气化炉内完成，工艺简单，控制灵活。
气化炉供热系统的燃料采用自产燃气，生物质的气化剂为工艺过程的自产蒸汽，原料烘干所用介质为燃烧系统产生的烟气，能源综合利用率高。
物料在炉内靠重力下移，无需额外消耗能量，系统运行成本低。
设备更换维护简单便捷，占地节省，生产规模可灵活设置。
采用抽吸式排气方式，炉体是负压状态，因此对于生活垃圾也可用该炉进行无害化处理(没有气味泄露)，同时产生可燃气体(垃圾变资源)，因为采用下吸式制气，二噁英进过1000℃以上高温区至少2S，在此过程中，即使可热气体中有二噁英也在2S中的时间内全部分解，而从处于再次合成二噁英温度(400℃左右)的时间不到0.3S，因此该炉也可用作垃圾处理炉。
附图说明
图1为本发明系统整体结构示意图；
图2为本发明制气炉结构示意图；
图3为本发明燃气抽吸装置结构示意图；
图4为本发明辐射管燃烧机布置示意图；
图5为本发明辐射管燃烧机结构示意图。
图中标号分别表示：1—物料破碎机，2—料仓，3—送料机，4—双钟罩阀，5—炉体，6—辐射管燃烧机，7—蒸汽管道，8—蒸汽分配器，9—炉箅子，10—燃气抽吸装置，11—冷却盘管，12—星型卸灰阀，13—高温燃气管道，14—余热锅炉，15—冷水管道，16—换热器，17—低温燃气管道，18—布袋除尘器，19—燃气加压机，20—燃气存储罐，21—水池，22—进水管，23—回水管，24—冷却水管，25—回流水管，100—抽吸口。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图2，本发明的技术方案：
一种固定床与流化床复合的气化炉，包括用于将生物质原料进行气化的炉体5，在炉体5的顶部设置有方便生物质物料进入的进料口，炉体5的中部安装有用于将生物质物料加热气化的辐射管燃烧机6，在炉体5的内部由上到下还分别安装有蒸汽分配器8、炉箅子9以及燃气抽吸装置10，所述蒸汽分配器8安装在炉体5上用以向炉体内部分配热蒸汽用以给从进料口进入的燃料进行预热，所述炉箅子9安装在炉体上用以对体积不同的生物质物料进行隔离，所述燃气抽吸装置10安装在炉体上用以将制备好的燃气从炉体内抽出；所述炉体5的燃气抽吸装置10下方还安装有用于将生物质物料气化后的灰渣进行冷却的冷却盘管11，在冷却盘管11的下方还安装星型卸灰阀12用以将冷却后的灰渣排出炉体。所述炉体5顶部的进料口的上方安装有方便启闭的双钟罩阀4。所述炉箅子9上开设有蒸汽喷出口。
如图4所示，所述辐射管燃烧机6为蓄热式辐射管燃烧机，所述辐射管燃烧机6沿炉体5高度方向安装有多层，多层辐射管燃烧机在炉体内对物料立体加热，并保证炉内背景温度和区域温度灵活可控。
所述辐射管燃烧机6安装有6～15层。
如图4所示，所述燃气抽吸装置10的抽吸口100向下开设。
如图1，一种固定床与流化床复合的气化炉气化制气系统，包括以上所述的制气炉，所述制气炉的燃气抽吸装置通过高温燃气管道连接到用于给制气炉提供蒸汽的余热锅炉，余热锅炉通过高温燃气管道连接到用于给高温燃气进行降温的换热器，换热器通过低温燃气管道连接到用于给经换热器冷却的燃气进行去除灰尘的布袋除尘器，经过布袋除尘器除尘后的燃气经过燃气加压机压缩存储到燃气存储罐中，所述制气炉的炉体顶部的进料口接收送料机输送的生物质物料，送料机的另一端设置有料仓，料仓接收其上设置的物料破碎机破碎后的生物质物料。
所述余热锅炉通过蒸汽管道分别连接到制气炉的蒸汽进口、蒸汽分配器以及炉箅子，所述余热锅炉通过冷水管道连接到水池。
所述冷却盘管通过进水管和回水管连接到水池形成循环。
所述换热器通过冷却水管和回流水管连接到水池，换热器通过冷却水管抽取水池内的冷水，并将吸热后的水通过回流水管注入到水池。
如图5所示，蓄热式辐射管燃烧机6采用专利申请号为03254702.1的发明专利所公开的蓄热式煤气辐射管燃烧机，与普通的辐射燃烧机一样，辐射管外形为U形或W形，其主体部分是安装在辐射管两端的燃烧装置，燃烧装置主要由燃烧器、空气/烟气管道、煤气管道和与其相配套的换向阀组成；蓄热式煤气辐射管燃烧机的特别之处在于：本燃烧机的辐射管的前端U/W形部分的内腔为燃烧腔室，其后端两直管部分内腔均设置有二次煤气喷嘴和蓄热体，两端的二次煤气喷嘴和蓄热体交替进行工作；两直管部分中央均设置有煤气管，煤气管穿过蓄热体，其前端与二次煤气喷嘴相连：煤气管中央还设置有将远程点火火种传递到二次煤气喷嘴的点火通道，点火通道前端直达二次煤气喷嘴，后端与远程点火器相连；煤气换向阀分别与两直管后端的煤气管相接；空气/烟气换向阀分别与两直管后端的空气、烟气管相接，温度检测电偶设置在烟气总管上，微电脑控制盒设置在燃烧机外壳内。管内设置有肋片和蓄热体的煤气管中央还设置有将远程点火火种传递到二次煤气喷嘴的点火通道，点火通道前端直达二次煤气喷嘴，后端与远程点火器相连，远程点火器是一个长筒形的密闭腔体，在点火器腔室内顺火种前进方向，依次设置有煤气进口、点火风管、高压点火头。
蓄热式煤气辐射管燃烧机远程点火器的点火步骤如下：
A、在点火端，开启压力空气进行吹扫10-30秒钟；
B、启动高压点火头使产生电火花，随即启功煤气进口，煤气的启动时间较电火花迟1-2秒，电火花持续6-8秒，煤气供给燃烧时间为30-60秒；
C、空气/烟气换向阀和煤气换向阀进行换向，在辐射管的另一端开始准备工作；
D、在另一点火端，同样采用压力空气先进行10-30秒钟的吹扫：
E、启动高压点火头使产生电火花，随即启动煤气进口，煤气的启动时间较电火花迟1-2秒，电火花持续6-8秒，煤气供给燃烧时间为30-60秒；
F、一个工作周期结束，下一工作周期开始；周而复始，进行以上操作，至到检测结果显示排出烟气温度达到认定温度(150-180℃)时，停止点火操作。
蓄热式煤气辐射管燃烧机，煤气换向阀、空气/烟气换向阀为空气/烟气、煤气能同步切换的三位七通旋转切换阀。
蓄热式煤气辐射管燃烧机，蓄热体为陶瓷蜂窝体、合金钢蜂窝体。
蓄热式煤气辐射管燃烧机，是一种燃烧效率高、安全，运行寿命长的辐射管燃烧机，可带来空气预热温度高，燃烧温度高，辐射管受热均匀，热效率高等一系列的技术优势。
本发明的一种固定床与流化床复合的气化炉及制气系统，炉体内中部采用带蒸汽通道的炉箅子隔挡物料，炉箅子设计间隙10mm，其作用在于将炉内上部粗的物料与下部流化区隔离，同时通过炉箅子内部喷出的蒸汽与附近的物料发生气化反应，气化不完全的物料体积变小，细小的物料经过炉箅子均匀分布落于流化区，流化区和高温区设计高度5米，物料通过流化区和高温区将未气化完全的物料气化干净。
采用蓄热式辐射管燃烧机，综合热效率可达90％，辐射管燃烧机排烟温度可控制在150℃以下。
辐射管燃烧机产生的燃烧产物通过辐射管排放出去，气化炉内无空气，并且生物质气化采用水蒸汽作为气化剂，因此产生的生物质可燃气只有CO、H2、CH4等可燃气体，没有N2、O2等不可燃气体，热值可达3000Kcal/Nm3以上。
采用辐射管提供气化反应炉所需要的热量，辐射管燃烧机可连续提供要求的热量，因此气化炉只需稳定的加料和提供气化所需要的蒸汽，就能连续产气，而不必像传统的水煤气发生炉那样间歇式工作。
由于采用辐射管供热，因此对物料尺寸的要求相当宽松，只要上料系统和下料系统能够兼容就行，因此生物质的前期处理成本非常低。
采用下吸式出气方式，因此在热解区产生的焦油在高温区几乎全部裂解，生物质燃气中的焦油脱除率超过99.5％。
竖式炉内温度可灵活精确控制，生物质的热解、气化、脱焦过程均在气化炉内完成，工艺简单，控制灵活。
气化炉供热系统的燃料采用自产燃气，生物质的气化剂为工艺过程的自产蒸汽，原料烘干所用介质为燃烧系统产生的烟气，能源综合利用率高。
物料在炉内靠重力下移，无需额外消耗能量，系统运行成本低。
设备更换维护简单便捷，占地节省，生产规模可灵活设置。
采用抽吸式排气方式，炉体是负压状态，因此对于生活垃圾也可用该炉进行无害化处理(没有气味泄露)，同时产生可燃气体(垃圾变资源)，因为采用下吸式制气，二噁英进过1000℃以上高温区至少2S，在此过程中，即使可热气体中有二噁英也在2S中的时间内全部分解，而从处于再次合成二噁英温度(400℃左右)的时间不到0.3S，因此该炉也可用作垃圾处理炉。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：包括用于将生物质原料进行气化的炉体，在炉体的顶部设置有方便生物质物料进入的进料口，炉体的中部安装有用于将生物质物料加热气化的辐射管燃烧机，在炉体的内部由上到下还分别安装有蒸汽分配器、炉箅子以及燃气抽吸装置，所述蒸汽分配器安装在炉体上用以向炉体内部分配热蒸汽用以给从进料口进入的燃料进行预热，所述炉箅子安装在炉体上用以对体积不同的生物质物料进行隔离，炉箅子上部为固定床区域，下部为流化床区域，所述燃气抽吸装置安装在炉体上用以将制备好的燃气从炉体内抽出；所述炉体的燃气抽吸装置下方还安装有用于将生物质物料气化后的灰渣进行冷却的冷却盘管，在冷却盘管的下方还安装星型卸灰阀用以将冷却后的灰渣排出炉体。
2.根据权利要求1所述的一种固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：所述辐射管燃烧机为蓄热式辐射管燃烧机，所述辐射管燃烧机沿炉体高度方向安装有多层，多层辐射管燃烧机在炉体内对物料立体加热，并保证炉内背景温度和区域温度灵活可控。
3.根据权利要求2所述的固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：所述辐射管燃烧机安装有6～15层。
4.根据权利要求1所述的固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：所述炉体顶部的进料口的上方安装有方便启闭的双钟罩阀。
5.根据权利要求1所述的固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：所述炉箅子上开设有蒸汽喷出口。
6.根据权利要求1所述的固定床与流化床复合的气化炉，其特征在于：所述燃气抽吸装置的抽吸口向下开设。
7.一种固定床与流化床复合的气化炉制气系统，其特征在于：包括权利要求1-6任一所述的制气炉，所述制气炉的燃气抽吸装置通过高温燃气管道连接到用于给制气炉提供蒸汽的余热锅炉，余热锅炉通过高温燃气管道连接到用于给高温燃气进行降温的换热器，换热器通过低温燃气管道连接到用于给经换热器冷却的燃气进行去除灰尘的布袋除尘器，经过布袋除尘器除尘后的燃气经过燃气加压机压缩存储到燃气存储罐中，所述制气炉的炉体顶部的进料口接收送料机输送的生物质物料，送料机的另一端设置有料仓，料仓接收其上设置的物料破碎机破碎后的生物质物料。
8.根据权利要求7所述的固定床与流化床复合的气化炉气化制气系统，其特征在于：所述余热锅炉通过蒸汽管道分别连接到制气炉的蒸汽进口、蒸汽分配器以及炉箅子，所述余热锅炉通过冷水管道连接到水池。
9.根据权利要求7所述的固定床与流化床复合的气化炉气化制气系统，其特征在于：所述冷却盘管通过进水管和回水管连接到水池形成循环。
10.根据权利要求7所述的固定床与流化床复合的气化炉气化制气系统，其特征在于：所述换热器通过冷却水管和回流水管连接到水池，换热器通过冷却水管抽取水池内的冷水，并将吸热后的水通过回流水管注入到水池。
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