CN108373934A - 多种类生物质循环流化床气化反应器及其气化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种多种类生物质循环流化床气化反应器及其气化方法，包括生物质原料仓、循环流化床气化炉、旋风分离器、燃气管道和返料阀。与以往循环流化床气化炉不同，本发明根据不同种类的物料设置不同的给料口高度；增加了反应器的高度，增加了床料以及生物质原料在气化炉内的停留时间；降低了反应器的反应温度，温度低于生物质灰的最低熔融温度；增加了布风板风帽的数量及采用反应器底部渐缩结构，改善了流化质量。本发明的以上特点使得它可对多种类的生物质进行气化。

Description

多种类生物质循环流化床气化反应器及其气化方法
技术领域
本发明涉及生物质气化技术领域，具体涉及一种多种类生物质循环流化床气化反应器及其气化方法。
背景技术
生物质气化是把生物质原料转化为可燃气体，生物质燃气的利用效率较高，而且用途广泛，可用作生活煤气、烧锅炉或者发电。生物质气化炉是生物质能利用的重要技术之一，它是将植物主要是农作物的废弃物，例如秸秆、稻壳、树枝、木屑、杂草甚至城市垃圾、污泥等作为原料进行燃烧气化，获得可燃气体。生物质季节、地域分布的不均匀性和种类的多样性迫切要求提高生物质气化发生器对多种燃料的适应性。为解决上述问题，本发明提出一种多种类生物质循环流化床气化反应器。
发明内容
本发明提供了一种多种类生物质循环流化床气化反应器，包括生物质原料仓1、循环流化床气化炉2、旋风分离器3、燃气管道4、返料阀5，循环流化床气化炉2左侧与生物质原料仓1连接，右侧与旋风分离器3以及返料阀5相连接，循环流化床气化炉2中生成的燃气从旋风分离器3上部经燃气管道被输送走，其特征在于：反应器运行温度低于生物质灰最低熔融温度。
对于没有压缩成型的燃料，给料口高度即生物质原料仓1的进料口高度2m；对于压缩成型的燃料，给料口高度4m。
反应器底部与中上部采用渐缩结构，使得循环流化床气化炉内部在结构上有两个内循环区域。
循环流化床气化炉2的高度在25m以上。
循环流化床布风板的风帽小孔风速为50～60m/s。
旋风分离器3包括两级分离装置，第一级效率比第二级效率低。
采用惰性气体或者水蒸气加空气输送返料。
对于熔点较高的物料，采用水蒸气加空气输送返料。
反应器的流化风机为正压压送式。
流化风机的内部压力为25KPa。
本发明还提出一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，包括：将生物质用于气化的原料从生物质原料仓1由进料系统进入循环流化床气化炉2，高温作用下在炉内发生气化反应，床料、分离出的生物质燃气和生物质灰在流化风机的作用下进入旋风分离器3，以燃气和生物质灰为主的混合物由旋风分离器3上方进入燃气管道4，以床料为主的混合物从旋风分离器3下方进入返料系统，回到反应器炉膛内继续参加反应，其特征在于：气化反应的运行温度低于生物质灰的最低熔融温度。
对于没有压缩成型的燃料，给料口高度即生物质原料仓1的进料口高度2m；对于压缩成型的燃料，给料口高度4m。
反应器底部与中上部采用渐缩结构，使得循环流化床气化炉内部在结构上有两个内循环区域。
循环流化床气化炉2的高度在25m以上。
旋风分离器3包括两级分离装置，第一级效率比第二级效率低。
采用惰性气体或者水蒸气加空气输送返料。
对于熔点较高的物料，采用水蒸气加空气输送返料。
反应器的流化风机为正压压送式。
流化风机的内部压力为25KPa。
本发明的优点在于：本发明采用正压运行方式，有效防止空气漏入产生爆燃现象；优化了反应器的结构设计，增加了内循环的结构特性；反应器的高度的提高使得生物质原料在气化炉内的停留时间加长；降低了反应器的反应温度，温度低于生物质灰的最低熔融温度；提高风帽的小孔风速，改善了流化质量。本发明的以上特点能够对多种类生物质进行气化。
附图说明
附图1是本发明的多种类生物质循环流化床气化反应器结构示意图。
图中：1-生物质原料仓，2-循环流化床气化炉，3-旋风分离器，4-燃气管道，5-返料阀。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1是本发明多种类生物质循环流化床气化反应器结构示意图。多种类生物质循环流化床气化反应器，包括生物质原料仓1、循环流化床气化炉2、旋风分离器3、燃气管道4、返料阀5，循环流化床气化炉2左侧与生物质原料仓1连接，右侧与旋风分离器3以及返料阀5相连接，循环流化气化炉2中生成的燃气从旋风分离器3上部经燃气管道4被输送走。
为了能够使多种类的生物质可以放到本发明的循环流化床进行气化反应，本发明的反应器运行温度低于生物质灰最低熔融温度。比如对于灰质熔点较高的稻壳、灰秸秆，运行温度在750℃左右；对于灰质熔点较低的黄秸秆类生物质，运行温度在700～730℃之间。
也可将热值较低的城市生活垃圾或污泥与黄秸秆、灰秸秆等热值较高的秸秆混合气化，将其产生的燃气通入大型锅炉混燃，提供热量的同时，还可消除垃圾、污泥利用过程中产生的污染气体排放，拓宽了反应器的应用范围。
与此同时，适当增加了循环流化床气化炉2的高度达到25m，比如增加5～10m，使得流化床气化炉有效高度在25m以上。气化炉高度的增加，使得床料和生物质原料在气化炉内的停留时间增加，大概增加了2～5s，可以使生物质挥发份可以充分逸出，提高了反应纯度。
根据燃料的种类，设置不同的给料口高度。对于简单粉碎，没有压缩成型的燃料，如黄秸秆、稻壳等，给料口高度偏低，设置在2m左右；对于压缩成型的燃料，如灰秸秆，给料口高度偏高，设置在4m左右。对于流化难度大的物料，如压缩成型的生物质燃料、简单破碎的灰秸秆等，反应器底部与中上部采用渐缩结构，实现等流速设计，使得气化炉内部在结构上有两个内循环区域，在提高流化速度的同时，增加了生物质物料在反应器内的停留时间，有利于圧缩成型流化难度大的生物质物料进行充分的反应。
增加循环流化床布风板的风帽小孔风速，一般小孔风速是30～35m/s左右，增加到50～60m/s，改善了床料的流化质量，使得反应更容易进行，以上两点同时弥补了反应器运行温度偏低造成的影响。
为了提高床料的利用率，旋风分离器3采用两级分离装置，设置为第一级效率低，第二级效率高，并且适当降低旋风分离器的风速，提高生物质灰分离率的同时，也提高了床料的分离率。
返料采用惰性气体或者水蒸气加空气输送，防止返料发生燃烧事故，避免低熔点生物质灰使返料阀结焦。另外，对于灰秸秆等熔点较高的物料，返料则不需要采用惰性气体输送，而采用水蒸气加空气输送即可。
将现有技术中的流化风机(13KPa～15KPa)和引风机(10KPa)改为一个流化风机(约25KPa)，即将负压抽吸式改为正压压送式。原抽吸式在反应器内部维持的压力较小，反应器底部压力在4～5KPa，顶部处于微负压，在炉子运行过程中如果有压力波动，则会导致反应器内部压力小于外界大气压，使得空气漏入反应器，容易引起爆燃。而采用正压压送式输送能够克服此问题，在炉内形成正压工况(炉子底部压力在15～20KPa左右)，即使压力波动，也不会导致空气的漏入，保证安全运行。
本发明的反应器的工作原理如下：
生物质用于气化的原料从生物质原料仓1由进料系统进入循环流化床气化炉2，高温作用下在炉内发生气化反应，反应器运行温度低于生物质灰的最低熔融温度，所以可以减少炉内结焦。接下来，床料、分离出的生物质燃气和生物质灰在流化风机的作用下进入旋风分离器3，以燃气和生物质灰为主的混合物由旋风分离器3上方进入燃气管道4，以床料为主的混合物从旋风分离器3下方进入返料系统，回到反应器炉膛内继续参加反应。为了提高床料的利用率，采用两级分离装置，适当降低旋风分离器的风速，提高生物质灰分离率的同时，也提高床料的分离率，使得更多的床料通过返料阀回到流化床体，提高了床料的利用率。
本发明的以上特点使得它可对多种类的生物质进行气化，拓宽了生物质气化的领域。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种多种类生物质循环流化床气化反应器，包括生物质原料仓(1)、循环流化床气化炉(2)、旋风分离器(3)、燃气管道(4)、返料阀(5)，循环流化床气化炉(2)左侧与生物质原料仓(1)连接，右侧与旋风分离器(3)以及返料阀(5)相连接，循环流化床气化炉(2)中生成的燃气从旋风分离器(3)上部经燃气管道被输送走，其特征在于：反应器运行温度低于生物质灰最低熔融温度。
2.如权利要求1所述的一种多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：对于没有压缩成型的燃料，给料口高度即生物质原料仓1的进料口高度2m；对于压缩成型的燃料，给料口高度4m。
3.如权利要求1所述的一种多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：反应器底部与中上部采用渐缩结构，使得循环流化床气化炉内部在结构上有两个内循环区域。
4.如权利要求1所述的多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：循环流化床气化炉(2)的高度在25m以上。
5.如权利要求1所述的多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：循环流化床布风板的风帽小孔风速为50～60m/s。
6.如权利要求1所述的多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：所述旋风分离器(3)包括两级分离装置，第一级效率比第二级效率低。
7.如权利要求1所述的多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：采用惰性气体或者水蒸气加空气输送返料。
8.如权利要求1所述的多种类生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：对于熔点较高的物料，采用水蒸气加空气输送返料。
9.如权利要求1所述的多种生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：反应器的流化风机为正压压送式。
10.如权利要求9所述的多种生物质循环流化床气化反应器，其特征在于：流化风机的内部压力为25KPa。
11.一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，包括：将生物质用于气化的原料从生物质原料仓(1)由进料系统进入循环流化床气化炉(2)，高温作用下在炉内发生气化反应，床料、分离出的生物质燃气和生物质灰在流化风机的作用下进入旋风分离器(3)，以燃气和生物质灰为主的混合物由旋风分离器(3)上方进入燃气管道(4)，以床料为主的混合物从旋风分离器(3)下方进入返料系统，回到反应器炉膛内继续参加反应，其特征在于：气化反应的运行温度低于生物质灰的最低熔融温度。
12.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：对于没有压缩成型的燃料，给料口高度即生物质原料仓1的进料口高度2m；对于压缩成型的燃料，给料口高度偏高4m。
13.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：反应器底部与中上部采用渐缩结构，使得循环流化床气化炉内部在结构上有两个内循环区域。
14.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：循环流化床气化炉(2)的高度在25m以上。
15.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：循环流化床布风板的风帽小孔风速为50～60m/s。
16.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：所述旋风分离器(3)包括两级分离装置，第一级效率比第二级效率低。
17.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：采用惰性气体或者水蒸气加空气输送返料。
18.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：对于熔点较高的物料，采用水蒸气加空气输送返料。
19.如权利要求11所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：反应器的流化风机为正压压送式。
20.如权利要求19所述的一种利用循环流化床气化反应器气化多种类生物质的方法，其特征在于：流化风机的内部压力为25KPa。
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