CN109679695B - 一种生物质气化多联产炭热电装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了生物质气化多联产炭热电装置及工艺，包括生物质输送、生物质气化、锅炉及发电、以及脱硫除尘。所述生物质输送采用大倾角皮带连续自动进料；生物质气化采用上下吸结合的复合气化固定床气化工艺，副产炭化料；气化气燃烧后经锅炉产生的蒸汽去汽轮机发电，再经换热站，为采暖提供热源；脱硫除尘采用散射塔脱硫除尘一体化工艺。本发明具有环保、安全和实现炭热电多联产的优点。
Description
技术领域
本发明属于生物质气化领域，具体涉及一种生物质气化多联产炭热电装置及工艺。
背景技术
生物质作为一种可再生能源，在能源结构系统中的地位越来越重要，由于化石燃料、煤炭的不可再生性和使用过程对环境的影响，生物质能将成为本世纪的主要能源之一。生物质在我国丰富而广泛，大力发展生物质气化技术，对缓解能源供求矛盾和减少环境污染有着十分重要的意义。而生物质能源转换技术的发展将是这一转变的关键。
发明内容
本发明公开一种生物质气化多联产炭热电装置及工艺。此发明的工艺和装置有利于解决以下问题：
1、淘汰供热供气范围内的燃煤锅炉(窑炉)；
2、调整能源结构，大力实施节能减排，发展循环经济；
3、减少煤和石油的用量，大大改善环境污染问题，并弥补能源短缺，减少温室气体的排放，保护环境。
本发明的一种生物质气化多联产炭热电装置，其包括一个用于储存生物质的地面料仓，地面料仓内部设有的用于将地面料仓内生物质输出的螺旋给料机，位于螺旋给料机出口下方的上料带式输送机，在上料带式输送机的输送生物质方向的末端下方设置的分料装置，与分料装置连接的气化炉上部的料仓，气化炉的上部设有将生成的燃气输出的燃气输出管道，气化炉的中部与第一空气输入管道连接，气化炉的底部与气化剂输入管道连接，气化炉内底部设置的用于将生物质炭从气化炉底部侧面排出的炉排，气化炉的下方设有用于接收从气化炉排出的生物质炭并进行输送的冷却刮板输送机，冷却刮板输送机在生物质炭输送方向的末端设有用于传送生物质炭的皮带式输送机，皮带式输送机的末端与炭成品仓的进口连接，炭成品仓底端的出口与包装机连接，
气化炉上部的燃气输出管道的另一端连接于绝热炉膛的燃气进口，绝热炉膛的烟气出口经管道连接于余热锅炉的烟气进口，余热锅炉的烟气出口管道经烟气引风机之后连接于散射吸收塔的烟气进口，
余热锅炉的蒸汽出口管道分为两个支管，一个支管连接于发电机组的蒸汽进口，另一支管经减温减压装置后与发电机组的蒸汽出口管道汇合后连接于换热机组的蒸汽进口。
进一步地，炉排的一端或两端靠近气化炉底部侧面设置的封闭型轨道，生物质炭通过封闭型轨道输送(下落)到冷却刮板输送机上。
进一步地，上料带式输送机为波纹挡边皮带，其相对于水平面的倾斜角度为50-60度，螺旋给料机与上料带式输送机、分料装置连锁，采用全封闭通道输送生物质，用于传送生物质炭的皮带式输送机相对于水平面的倾斜角度可以为50-60度，例如为52度。
进一步地，气化炉的物料进口处设有震动装置，料仓的物料出口处设有控制进料的插板阀。
进一步地，气化剂输入管道为第二空气输入管道与蒸汽输入管道汇合之后的总管道。
进一步地，绝热炉膛上方设有天燃气燃烧器。
进一步地，冷却刮板输送机上设有用于对对生物质炭降温、调湿的冷却水夹套及水雾喷嘴。
进一步地，发电机组为抽凝式发电机组。
本发明的一种生物质气化多联产炭热电工艺，其包括以下步骤，
(1)生物质物料(例如为果壳、生物质压块、木片)倒入地面料仓，地面料仓内部的螺旋给料机将生物质输送至上料带式输送机，经分料装置进入气化炉上方的料仓，通过料仓底部的插板阀的开启和关闭控制进料，生物质物料靠自身重力和料仓下部的震动装置自动落入气化炉中；
(2)步骤(1)中进入气化炉的生物质物料与从气化炉底部通入的气化剂进行燃烧和气化反应，反应温度为550～600℃，优选约400℃，通过从气化炉中部通入的空气，使热解产生的焦油发生裂解反应，从而获得混合燃气(可燃气)；
生产的副产品生物质炭掉落至气化炉底部并通过炉排的转动，从气化炉的底部侧面排出，同时向生物质炭喷蒸汽和水降温至250℃以下，到达冷却刮板输送机，通过冷却刮板输送机上的冷却水夹套及水雾喷嘴对生物质炭进一步降温、调湿，温度降低至100-150℃，再经皮带式输送机送入炭成品仓，通过成品仓底部的包装机定量对生物质炭进行包装；
(3)步骤(2)中生产的混合燃气经气化炉上部的燃气输出管道输送至绝热炉膛中，燃气在绝热炉膛(绝热炉膛温度950-1150℃，优选约1050℃、压力-1.5～0.5kPa，优选约-1kPa)内进行脱硝，氨水溶液经雾化喷雾后被压缩空气雾化进入绝热炉膛内与进入的燃气进行反应脱硝，净化燃气，净化后燃气经烟气输出管道输送至余热锅炉中，余热锅炉产生的蒸汽分为两路，一路进入发电机组进行发电，另一路经减温减压装置后与发电机组输出的蒸汽汇合后进入换热机组进行供热，
余热锅炉产生的热烟气经烟气引风机进入散射吸收塔的中仓，通过上升烟道进入上仓，除去二氧化硫、水分及灰尘后通过烟囱排放。
进一步地，采用一台气化炉对应一台绝热炉膛的运行方式，一台气化炉对应一台余热锅炉的运行方式，负荷调节灵活的特点。
进一步地，混合燃气的摩尔组成为：15-20％CO、10-15％H2、5-10％CO2、1-5％CH4、0.1-1.0％O2、40-60％N2、5-10％H2O，副产品生物质炭的纯度为92-98％。
本发明的工艺中采用选择性非催化还原脱硝技术脱硝。
绝热炉膛启动时，先启动天然气燃烧器，保持炉膛有稳定火焰及炉膛温度。
脱硫除尘选用散射塔脱硫除尘一体化工艺，脱硫剂为石灰石。
进一步地，分两次风加入，一次风和蒸汽(一次风和蒸汽的重量比为4～5)作为气化剂从气化炉底部进入(引入量1000-2000kg/h，例如约1500kg/h，速度4-10m/s，例如约8m/s，当进料完毕，上部插板阀关闭时引入一次风，促使生物质原料发生热解和活化反应；二次风从气化炉中部加入(引入量500-1500kg/h，例如约1000kg/h，速度4-10m/s，例如约8m/s，二次风根据炉膛温度进行调整，当炉膛温度高于600摄氏度时，关闭二次风，促使热解产生的焦油发生裂解反应。
在上述工艺中，采用选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)，氨水溶液经雾化喷射系统被压缩空气雾化进入绝热炉膛炉内(引入量可以40-80m3/h，例如约60m3/h，速度1-4m/s，例如约2m/s。
上料带式输送机优选采用52°波纹挡边皮带，原料通过皮带上料装置和分料装置被送入置于气化炉上部的料仓内，然后由料仓下部的插板阀的开启和关闭来控制进料，原料靠自身的重力和料仓下部的震动装置的震动自动落入生物质气化炉内。
优选地，采用上下吸结合的复合气化固定床气化工艺，上端可以敞开式进料，下端通入的一次气化剂可以保护炉排，中部二次燃烧区使焦油得到裂解，最终获得高品质清洁燃气。
本发明的有益效果：
1、生物质输送采用机械自动化，生物质原料通过全封闭通道输送至气化装置，避免了扬尘，为良好的工作环境提供保证，节省了劳动力，减轻工人劳动强度。
2、气化炉底部一次风通入蒸汽，促使生物质原料发生热解和活化反应，并降低排炭温度。
3、气化炉顶部通入二次风，提高出气化气温度，促使热解产生的焦油发生裂解反应，防止焦油带入下游装置。
4、冷却刮板输送机上设冷却水夹套及水雾喷嘴，在输送的同时对生物质炭进一步降温、调湿，并提高炭品质。
5、整个系统微负压操作，有利于热解产生的油气及时离开气化炉，且避免可燃有毒气体泄漏，环境友好。
6、气化炉、绝热炉膛、余热锅炉，采用一对一的运行方式，操作灵活，负荷调节范围大。
7、脱硫除尘采用散射塔脱硫除尘一体化工艺，适合多台锅炉共用一座吸收塔，当锅炉运行台数变动时，不影响脱硫效率。散射塔顶部设置烟囱，投资省，运行费用低。
8、实现了炭热电多联产，最大限度的利用生物质能源。
附图说明
图1为本发明的一种生物质气化多联产炭热电装置的结构示意图。
附图标记说明：
地面料仓1，上料带式输送机2，气化炉3，绝热炉膛4，余热锅炉5，散射吸收塔6，换热机组7，发电机组8，冷却刮板输送机9，皮带式输送机10，炭成品仓11，包装机12，烟气引风机13、减温减压装置14，分料装置15，炉排16，料仓17，封闭型轨道18，天燃气燃烧器19，鼓风机20，
燃气输出管道L1，第一空气输入管道L2，气化剂输入管道L3，蒸汽出口管道L4，支管L5、L6，第二空气输入管道L7，蒸汽输入管道L8，空气管道L9。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的一种生物质气化多联产炭热电装置，该装置包括一个用于储存生物质的地面料仓1，地面料仓内部设有的用于将地面料仓内生物质输出的螺旋给料机(未示出)，位于螺旋给料机出口下方的上料带式输送机2，在上料带式输送机的输送生物质方向的末端下方设置的分料装置15，与分料装置连接的气化炉上部的料仓17，气化炉的上部设有将生成的燃气输出的燃气输出管道L1，气化炉的中部与第一空气输入管道L2连接，气化炉的底部与气化剂输入管道L3连接，气化炉内底部设置的用于将生物质炭从气化炉底部侧面通过封闭型轨道18排出的炉排16，气化炉的下方设有用于接收从气化炉的封闭型轨道18排出的生物质炭并进行输送的冷却刮板输送机9，冷却刮板输送机9在生物质炭输送方向的末端设有用于传送生物质炭的皮带式输送机10，皮带式输送机的末端与炭成品仓11的进口连接，炭成品仓11底端的出口与包装机12连接，
气化炉上部的燃气输出管道L1的另一端连接于绝热炉膛4的燃气进口，绝热炉膛4的烟气出口经管道连接于余热锅炉5的烟气进口，余热锅炉5的烟气出口管道经烟气引风机13之后连接于散射吸收塔6的烟气进口，
余热锅炉的蒸汽出口管道L4分为两个支管，一个支管L5连接于发电机组8的蒸汽进口，另一支管L6经减温减压装置14后与发电机组8的蒸汽出口管道汇合后连接于换热机组7的蒸汽进口。
倾斜带式输送机2为波纹挡边皮带，其相对于水平面的倾斜角度为50-60度，螺旋给料机与倾斜带式输送机、分料装置及传送带连锁，采用全封闭通道输送生物质。
气化炉3的物料进口处设有震动装置，料仓的物料出口处设有控制进料的插板阀。
气化剂输入管道L3为第二空气输入管道L7与蒸汽输入管道L8汇合之后的总管道。
绝热炉膛4上方设有天燃气燃烧器19。
冷却刮板输送机9上设有冷却水夹套及水雾喷嘴。
发电机组8为抽凝式发电机组。
用于传送生物质炭的皮带式输送机10相对于水平面的倾斜角度为50-60度。
实施例
以年处理果壳、压块40.32×104t/a为例，年操作时间按8000小时计，本发明的生物质气化多联产炭热电工艺如下。
(1)储存于原料仓库的生物质压块(木片、木块)、果壳，输送至地面料仓内1，而后经地面料仓1内的螺旋给料机送至上料带式输送机2。上料带式输送机采用52°波纹挡边皮带，原料通过皮带上料装置和分料装置被送入置于气化炉3上部的料仓内，然后由料仓下部的插板阀的开启和关闭来控制进料，原料靠自身的重力和料仓下部的震动装置的震动自动落入生物质气化炉内。
(2)生物质压块、果壳由加料系统送入生物质气化炉3后，与炉底加入的少量空气和蒸汽(引入量1500kg/h，速度8m/s，空气的引入量相对于生物质原料的60％，空气和蒸汽的重量比为4～5)发生热解和气化反应(原料进入炉内之后，首先在热解筒内经过高温气体间接加热，发生干燥、热解，温度大约250℃，并与原料进口进入的少量空气进行部分气化反应，经热解和部分气化后的半焦进入燃烧腔，落在炉排之上，和进入的空气气化剂发生燃烧、气化反应，温度大约400℃，压力-0.2kPa)，产生的能量保持系统运行在稳定的反应状态(550～600℃)，促进生物质压块、果壳中挥发份的热解生成可燃气(其中17.5％CO、12.5％H2、8.3％CO2、2.5％CH4、0.5％O2、50％N2、8.2％H2O)。通过合理设计气化反应器炉膛直径3.6米、高度15米及气化反应器的系统设备，保证炉内良好的气化条件及原料在炉内的停留时间，实现生物质压块、果壳高效转化成生物炭和生物质燃气，生物质燃气由烟气引风机13送入绝热炉膛4燃烧，产生的烟气进入余热锅炉5，整个过程微负压操作(-0.2kPa～-6kPa)。
采用选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)，氨水溶液(5％)经雾化喷射系统被压缩空气雾化进入绝热炉膛炉内(引入量60m3/h，速度2m/s)。
气化炉顶部通入二次风(引入量1000kg/h，速度8m/s，二次风根据炉膛温度进行调整，当炉膛温度高于600摄氏度时，关闭二次风)，提高出气化气温度，促使热解产生的焦油发生裂解反应，防止焦油带入下游装置。
副产的生物质炭通过炉排的转动，从气化炉3底部侧面排出。生物质炭从炉内排出时，喷适量的蒸汽和水降温至250℃以下，再进入冷却刮板输送机9，输送机上设冷却水夹套及水雾喷嘴，在输送的同时对生物质炭进一步降温、调湿。生物质炭经冷却刮板输送机和大倾角皮带式输送机10送入炭成品仓11，成品仓11底部设有包装机12，定量对生物质炭进行包装。
来自生物质气化600～800℃的燃气进入立式绝热炉膛4燃烧后，烟气温度≤1100℃进入余热锅炉5。采用一台气化炉对应一台绝热炉膛的运行方式。
余热锅炉5产生的蒸汽分为两路，一路进入15MW抽凝式发电机组8进行发电，另一路经减温减压装置后与抽凝式发电机组输出的蒸汽汇合后进入换热机组7进行供热，作为采暖热源。余热锅炉5，产蒸汽参数为3.82MPa，过热蒸汽温度为450℃，所产蒸汽主要供15MW抽凝式发电机组8及减温减压装置14使用(经减温减压装置减温减压到0.5MPa，温度230℃)；0.5MPa蒸汽来自15MW抽凝式发电机组8抽汽和减温减压装置14，主要供给厂内换热机组7，作为采暖热源。
余热锅炉后面增加空气预热器，冷空气经鼓风机20与烟气换热后经空气管道L9返回绝热炉膛4，回收烟气中的热量。
从余热锅炉5来的热烟气由引风机13进入散射吸收塔6的中仓，烟气通过上升烟道进入上仓，除去二氧化硫、水分及灰尘后，通过烟囱排放。
本实施例采用一台气化炉对应一台绝热炉膛的运行方式，一台气化炉对应一台余热锅炉的运行方式，负荷调节灵活的特点。
采用选择性非催化还原脱硝技术脱硝。
绝热炉膛启动时，先启动天然气燃烧器，保持炉膛有稳定火焰及炉膛温度。
脱硫除尘选用散射塔脱硫除尘一体化工艺，脱硫剂为石灰石。
本实施例主要技术经济指标如下：
由以上可知，本项目具有较好的财务指标，财务内部收益率、总投资收益率、项目资本金净利润率均高于行业基准值，投资回收期低于基准回收期，效益良好。
以上已对本发明进行了详细描述，但本发明并不局限于本文所描述具体实施方式。本领域技术人员理解，在不背离本发明范围的情况下，可以作出其他更改和变形。本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (11)
1.一种生物质气化多联产炭热电装置，其特征在于，其包括一个用于储存生物质的地面料仓、地面料仓内部设有的用于将地面料仓内生物质输出的螺旋给料机、位于螺旋给料机出口下方的上料带式输送机、在上料带式输送机的输送生物质方向的末端下方设置的分料装置、与分料装置连接的气化炉上部的料仓，其中，气化炉的上部设有将生成的燃气输出的燃气输出管道，气化炉的中部与第一空气输入管道连接，气化炉的底部与气化剂输入管道连接，气化炉内底部设置炉排，炉排的一端或两端靠近气化炉底部侧面设置封闭型轨道，炉排用于将生物质炭从气化炉底部侧面通过封闭型轨道排出，气化炉的下方设有用于接收从气化炉的封闭型轨道排出的生物质炭并进行输送的冷却刮板输送机，冷却刮板输送机在生物质炭输送方向的末端设有用于传送生物质炭的皮带式输送机，皮带式输送机的末端与炭成品仓的进口连接，炭成品仓底端的出口与包装机连接，
气化炉上部的燃气输出管道的另一端连接于绝热炉膛的燃气进口，绝热炉膛的烟气出口经管道连接于余热锅炉的烟气进口，余热锅炉的烟气出口管道经烟气引风机之后连接于散射吸收塔的烟气进口，
余热锅炉的蒸汽出口管道分为两个支管，一个支管连接于发电机组的蒸汽进口，另一支管经减温减压装置后与发电机组的蒸汽出口管道汇合后连接于换热机组的蒸汽进口。
2.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，上料带式输送机为波纹挡边皮带，其相对于水平面的倾斜角度为50-60度，螺旋给料机与上料带式输送机、分料装置连锁，采用全封闭通道输送生物质。
3.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，气化炉的物料进口处设有震动装置，料仓的物料出口处设有控制进料的插板阀。
4.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，气化剂输入管道为第二空气输入管道与蒸汽输入管道汇合之后的总管道。
5.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，绝热炉膛上方设有天燃气燃烧器。
6.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，冷却刮板输送机上设有冷却水夹套及水雾喷嘴。
7.根据权利要求1所述的多联产炭热电装置，其特征在于，发电机组为抽凝式发电机组。
8.一种生物质气化多联产炭热电工艺，其包括以下步骤，
（1）生物质物料倒入地面料仓，地面料仓内部的螺旋给料机将生物质输送至上料带式输送机，经分料装置进入气化炉上方的料仓，通过料仓底部的插板阀的开启和关闭控制进料，生物质物料靠自身重力和料仓下部的震动装置自动落入气化炉中；
（2）步骤（1）中进入气化炉的生物质物料与从气化炉底部通入的气化剂进行燃烧和气化反应，反应温度为550～600℃，通过从气化炉中部通入的空气，使热解产生的焦油发生裂解反应，从而获得混合燃气；
生产的副产品生物质炭掉落至气化炉底部并通过炉排的转动，从气化炉的底部侧面排出，同时向生物质炭喷蒸汽和水降温至250℃以下，到达冷却刮板输送机，通过冷却刮板输送机上的冷却水夹套及水雾喷嘴对生物质炭进一步降温、调湿，温度降低至100-150℃，再经皮带式输送机送入炭成品仓，通过成品仓底部的包装机定量对生物质炭进行包装；
（3）步骤（2）中生产的混合燃气经气化炉上部的燃气输出管道输送至绝热炉膛中，燃气在绝热炉膛内进行脱硝，绝热炉膛温度950-1150℃、压力-1.5~0.5kPa，氨水溶液经雾化喷雾后被压缩空气雾化进入绝热炉膛内与进入的燃气进行反应脱硝，净化燃气，净化后燃气经烟气输出管道输送至余热锅炉中，余热锅炉产生的蒸汽分为两路，一路进入发电机组进行发电，另一路经减温减压装置后与发电机组输出的蒸汽汇合后进入换热机组进行供热，
余热锅炉产生的热烟气经烟气引风机进入散射吸收塔的中仓，通过上升烟道进入上仓，除去二氧化硫、水分及灰尘后通过烟囱排放。
9.根据权利要求8所述的多联产炭热电工艺，其中，采用一台气化炉对应一台绝热炉膛的运行方式，一台气化炉对应一台余热锅炉的运行方式。
10.根据权利要求8所述的多联产炭热电工艺，其中，混合燃气的摩尔组成为：15-20%CO、10-15%H2、5-10%CO2、1-5%CH4、0.1-1.0%O2、40-60%N2、5-10%H2O。
11.根据权利要求8所述的多联产炭热电工艺，其中，生物质物料选自果壳、生物质压块、木片。
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