CN115261078A - 一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 - Google Patents
一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115261078A CN115261078A CN202210896802.XA CN202210896802A CN115261078A CN 115261078 A CN115261078 A CN 115261078A CN 202210896802 A CN202210896802 A CN 202210896802A CN 115261078 A CN115261078 A CN 115261078A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biomass
- cement kiln
- waste heat
- gas
- gasification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 239000004568 cement Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 109
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 73
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 32
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 23
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 15
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 12
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 6
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 235000017060 Arachis glabrata Nutrition 0.000 description 1
- 241001553178 Arachis glabrata Species 0.000 description 1
- 235000010777 Arachis hypogaea Nutrition 0.000 description 1
- 235000018262 Arachis monticola Nutrition 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 235000020232 peanut Nutrition 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
- C10J3/54—Gasification of granular or pulverulent fuels by the Winkler technique, i.e. by fluidisation
- C10J3/56—Apparatus; Plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/82—Gas withdrawal means
- C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/86—Other features combined with waste-heat boilers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D17/00—Arrangements for using waste heat; Arrangements for using, or disposing of, waste gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0903—Feed preparation
- C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0903—Feed preparation
- C10J2300/0909—Drying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/092—Wood, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0973—Water
- C10J2300/0976—Water as steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1603—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with gas treatment
- C10J2300/1606—Combustion processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
- C10J2300/1671—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
- Y02P40/121—Energy efficiency measures, e.g. improving or optimising the production methods
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法，所述的能源系统包括生物质气化系统、用于向所述生物质气化系统输送生物质原料的生物质原料输送系统、与所述生物质气化系统连接的余热发电系统以及与所述生物质气化系统连接的水泥窑分解炉；所述余热发电系统包括余热锅炉以及汽机发电模块。本发明的能源系统可以高效回收水泥窑和生物质气化过程中的余热，利用水泥窑协同处置农林废弃物等生物质能源，其产生的高热值强还原性燃气可用于水泥窑替代燃料和脱硝工艺。该系统有效降低了水泥窑系统能耗，减少了水泥工业生产成本，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水泥窑余热利用和生物质气化技术领域，特别涉及一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法。
背景技术
农作物秸秆等生物质资源储量大、遍布广，但在日常处置中常因利用难、占地空间大等问题被大量焚烧或废弃，造成能源浪费及环境污染。生物质气化技术是采用木肩、木块、树皮、秸杆等农林废弃物作为原材料，在气化炉中经过高温裂解生成可直接燃烧的一种新型气体清洁燃料的新型生物质能源转换技术。其产生的生物质天然气具有燃烧洁净、热值高等优点，是一种适合于工业使用的新型洁净能源高品位燃料。
现有的生物质气化技术，还有很多弊端。如以空气为气化剂时，气化转化效率低，燃气中焦油含量高会腐蚀和阻塞管道，造成管路损坏等。而以水蒸汽或富氧气体为气化剂时，制备水蒸气和氧气所需耗能成本太高等。分级燃烧、SNCR和SCR技术常用于水泥窑脱硝工艺，一般在分解炉中使用，常用的脱硝还原剂为氨水、尿素以及分级燃烧中煤粉不充分燃烧产生的CO，脱硝还原剂的使用为水泥厂的运营增添了生产成本，且大量尿素和氨水的使用增加了烟气中N2的含量，降低了CO2的浓度，也给水泥厂后续的碳捕集工艺带来了更多的麻烦。现有的水泥工艺中，主要采用余热发电技术实现水泥窑烟气余热的回收利用。而随着七级旋风预热器的出现，未来水泥工业的窑尾烟气余热品质越来越低，高效回收利用这部分烟气余热越来越难。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，将生物质蒸汽气化技术与水泥工艺相结合，利用水泥窑烟气余热为生物质蒸汽气化反应制备稳定可控的蒸汽气化剂，并充分利用生物质蒸汽气化后的气固产物，用于水泥工艺生产。本发明还提供了利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统进行生物质处理的处理方法。
技术方案：本发明所述的一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，包括生物质气化系统、用于向所述生物质气化系统输送生物质原料的生物质原料输送系统、与所述生物质气化系统连接的余热发电系统以及与所述生物质气化系统连接的水泥窑分解炉；所述生物质气化系统包括生物质气化炉、与所述生物质气化炉连接的高温蒸汽催化反应器、与所述高温蒸汽催化反应器出口连接的分离式热管换热器以及与所述分离式热管换热器的气体出口连通的气化气燃烧器；所述余热发电系统包括余热锅炉以及汽机发电模块。
作为本发明的一种优选实施方式，所述生物质原料输送系统包括生物质预处理装置以及旋风预热器。
作为本发明的一种优选实施方式，所述分离式热管换热器的蒸汽出口分别与所述余热锅炉以及汽机发电模块连通。
作为本发明的一种优选实施方式，所述生物质气化炉与炉渣处理系统连通。
作为本发明的一种优选实施方式，所述分离式热管换热器的气体出口通过引风机分别与气化气燃烧器以及水泥窑分解炉连通。
作为本发明的一种优选实施方式，所述高温蒸汽催化反应器包括高温烟气进口管道、高温烟气出口管道、蒸汽进口母管、生物质气化气进口管、生物质气化气出口管、可拆卸式高温催化反应隔板。
作为本发明的一种优选实施方式，所述高温蒸汽催化反应器还包括气化气输送控制装置、测温装置、以及蒸汽输送多孔管。
作为本发明的一种优选实施方式，所述生物质气化系统产出燃气分别与所述水泥窑分解炉的炉膛以及与所述水泥窑分解炉的脱硝设备连通。
本发明所述的利用上述的能源系统进行生物质处理的方法，包括以下步骤：
(a)生物质原料经生物质预处理装置烘干破碎处理后经由旋风预热器进入生物质气化炉；
(b)在空气、催化剂和流化砂的参与下，生物质原料经过气化反应，产生粗制生物质可燃气，可燃气经管道进入高温蒸汽催化反应器；
(c)粗制生物质可燃气在水蒸气的参与下，经过高温催化气化反应，进一步降低燃气中的焦油含量，经净化后的生物质可燃气送至分离式热管换热器内，与余热锅炉产出的蒸汽进行换热，高效回收燃气中的热量；
(d)经净化后的生物质可燃气分两路输送，一路送往水泥窑分解炉中作为替代燃料及脱硝还原气氛回收利用；一路送往气化气燃烧器内进行燃烧，产生高温蒸汽催化反应器所需的高温烟气；
(e)生物质气化炉产生的炉渣送入炉渣处理系统。
步骤(b)中，气化温度为600-800℃。
步骤(c)中，高温蒸汽催化温度为800-1100℃，经分离式热管换热器换热后，生物质可燃气温度为350℃～650℃。
步骤(c)中，高温蒸汽催化反应器使用的催化剂为：CaO、MgO、Fe2O3、SiO2、 Al2O3、Ni、Cu、Mn中的一种或多种。
有益效果：(1)本发明利用锅炉对水泥窑烟气余热进行回收利用，为生物质气化炉提供稳定可控的蒸汽气化剂，可有效降低工厂热能损耗；(2)本发明采用旋风预热器对生物质原料进行烘干热解，有利于原料进料时的充分干燥，对进入生物质气化炉内的原料进行预热分解，有利于原料的高效换热，满足流化床运行和原料进料的要求；(3)本发明的生物质气化炉产生的可燃气可用于工厂水泥窑的替代燃料，降低工厂的对化石能源的消耗，且可作为还原气氛对水泥窑工艺中产生的NOx进行脱硝处理，减少水泥窑脱硝的煤炭、氨水及尿素用量，降低生产成本；(4)本发明的生物质气化炉以蒸汽为气化剂，气化效率高，可通过蒸汽调节阀等对气化炉和高温蒸汽催化反应器中的气化过程进行调节控制，以便达到最优的气化效率；(5)本发明将生物质气化炉和高温蒸汽催化反应器连接，使得生物质中低温气化过程与高温蒸汽催化反应过程分离，利用高温蒸汽催化反应，提高生物质气化效率，进一步催化裂解生物质气化气中的焦油成分，解决了现有生物质气化炉产气热值低，焦油含量高等缺陷，有效降低焦油对系统内造成的不良影响；(6)利用生物质气化气燃烧为高温蒸汽催化器提供稳定高温环境，减少系统额外的能量损耗；(7)利用分离式热管换热器高效回收生物质气化气中携带的热量，既提高了余热发电系统和高温蒸汽催化反应所需的蒸汽品质，也有利于降低气化气进一步的输送难度。(8)本发明系统结构简单，能源利用效率高，成本低廉等。
附图说明
图1为本发明的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统的结构示意图；
图2为本发明的生物质气化炉的结构示意图；
图3为本发明的高温蒸汽催化反应器的结构示意图。
图中：
101、生物质气化炉，1011、测温装置，1012、进料输送管道；1013、喷煤器，1014、点火装置，1015、空气输送管道，1016、送风机；102、高温蒸汽催化反应器，1021、高温烟气进口管道，1022、高温烟气出口管道，1023、蒸汽进口母管，1024、生物质气化气进口管，1025、生物质气化气出口管，1026、可拆卸式高温催化反应隔板，1027、气化气输送控制装置，1028、测温装置，1029、蒸汽输送多孔管；103、分离式热管换热器；104、气化气燃烧器；105、炉渣处理系统；106、引风机；201、生物质预处理装置；202、旋风预热器，2021、锁风阀；301、余热锅炉；302、汽机发电模块；400、水泥窑分解炉。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中提供的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，包括所述余热锅炉、分离式热管换热器及汽机发电模块组成的余热发电系统、所述生物质气化炉、高温蒸汽催化反应器及燃烧器组成的生物质气化系统、用于向所述生物质气化炉输送生物质原料的生物质原料输送系统、水泥窑分解炉、以及与所述生物质气化炉的出口连通的炉渣处理系统。具体地，生物质气化炉101分别与高温蒸汽催化反应器102、旋风预热器202和炉渣处理系统105相连接，生物质预处理装置201分别与生物质原料库和旋风预热器相连接。生物质原料经生物质预处理装置201破碎处理后，粒径大小为 1-10mm；生物质预处理装置201的出口与旋风预热器202的进口连通。生物质气化炉 101的气体出口与高温蒸汽催化反应器102连通，生物质气化炉101的固体出口与炉渣处理系统105连通。
余热锅炉301可选择窑头余热锅炉和窑尾余热锅炉，余热锅炉301内设有取样分析器，调节阀等，用于对蒸汽的物性分析和流量控制，余热锅炉301的出口与分离式热管换热器103连通，通过余热锅炉301取样装置及调节阀等对蒸汽的流量和参数进行控制，实现生物质气化炉101内蒸汽输送稳定可控，用于向生物质气化炉101提供其所需的蒸汽气化剂。生物质预处理装置201包括破碎机、分子筛膜等。
本实施例中，生物质气化炉101为生物质流化床气化炉，旋风预热器202的下料口与生物质气化炉101的进料口相连接。生物质气化炉101的催化剂采用CaO或者Fe2O3等催化剂，生物质气化炉101内催化剂与流化砂混合铺设于生物质气化炉101流化床上，流化砂和催化剂粒径大小为5-8mm。生物质气化炉101还包括生物质气化炉辅机设备，辅助设备包括设置在生物质气化炉101上的测温装置1011、进料输送管道1012、喷煤器1013、点火装置1014、空气输送管道1015以及送风机1016。如图2所示，生物质气化炉101的进料仓设有入料混合装置，将回收后的流化砂与活性催化剂充分混合，经由进料输送管道1012送至生物质气化炉101内。送风机1016与空气输送管道1015连接。
生物质气化炉101的出气口与高温蒸汽催化反应器102的进口连接。高温蒸汽催化反应器102还包括高温烟气进口管道1021、高温烟气出口管道1022、蒸汽进口母管1023、生物质气化气进口管1024、生物质气化气出口管1025、可拆卸式高温催化反应隔板 1026、气化气输送控制装置1027、测温装置1028以及与蒸汽进口母管1023连通的若干根蒸汽输送多孔管1029，可拆卸式高温催化反应隔板1026沿着高温蒸汽催化反应器102 的横向方向(生物质气化气进口管至生物质气化气出口管的方向)间隔设置，形成折流板的结构，保证送入的粗制生物质可燃气可以在反应器内充分与催化剂反应，同时，蒸汽输送多孔管1029沿着竖向设置，保证可拆卸式高温催化反应隔板1026两侧均有蒸汽输送多孔管1029。气化气输送控制装置1027包括气化气取样分析器和输气管道，用于对生物质气化气进行物性分析，进而调节高温蒸汽催化反应器102内物料蒸汽供应量和高温烟气量，使其达到最佳产气效果。
高温蒸汽催化反应器102出口与分离式热管换热器103进口一相连接。分离式热管换热器103出口一通过引风机6与水泥窑分解炉400相连接。余热锅炉301蒸汽管道出口与分离式热管换热器103进口二相连接。分离式热管换热器103出口二分别连接高温蒸汽催化反应器102和汽机发电模块302。
水泥窑分解炉400还包括脱硝工艺设备，水泥窑分解炉400的脱硝工艺装置包括输气管、调节阀、流量计和脱硝室等，通过调节阀和流量计对还原气体的流量进行调节，达到最佳脱硝效果。
生物质气化炉101的固体出口与炉渣处理系统105连接，炉渣处理系统105包括炉渣分拣装置、炉灰库、气化炉进料仓等，通过对炉渣进行分拣，将炉灰与流化砂分离，分别输送至炉灰库和气化炉进料仓内。
旋风预热器202的进料口处设置有锁风装置2021，待生物质原料进入旋风预热器后，装置关闭。
本发明的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统的处理方法包括以下步骤：
(a)将储存于生物质原料库内的生物质原料(包括秸秆、木屑、花生壳、甘蔗渣、谷壳等农林废弃物生物质)送至生物质预处理装置201，对生物质原料进行破碎和均化，处理后的生物质原料粒径大小为1-10mm；
(b)将预处理后的生物质原料用拉链机输送至旋风预热器202，经过旋风预热器202的烟气烘干热解后输送到生物质气化炉101内，气化温度为600-800℃；同时，生物质原料库内的空气经送风机送入炉底，喷煤器1013开始喷发煤粉，并在点火装置1014 的开启下燃烧；受热的流化砂在风机的吹动下开始流动，与生物质原料充分接触，在高温下，部分原料燃烧为气化反应继续提供热量，待炉内温度达到指定温度，喷煤器及点火装置入口关闭，蒸汽管道在调节阀的控制下向高温蒸汽催化反应器102内输送蒸汽，生物质气化炉101产生的粗制生物质气化气与蒸汽在高温下反应，进一步去除气化气中焦油的含量，可有效提高气化气H2的含量和燃气热值。生成的还原气体经分离式热管换热器103换热后，温度降低至350-650℃，在引风机的作用下分别送往水泥窑分解炉 400和气化气燃烧器104中。到达水泥窑分解炉的气化气部分用作燃料使用，部分用作脱硝还原剂送往水泥窑分解炉400内的脱硝装置使用。而送往气化气燃烧器104的气化气则在富氧气体的作用下，燃烧产生高温烟气。得到的高温烟气经管道送至高温蒸汽催化反应器102的高温烟气室内，为高温蒸汽催化反应提供高温环境。
(c)生物质气化炉101内的炉灰、失效催化剂、流化砂等经由炉渣处理系统10分别输送至炉灰库和气化炉进料仓内。
(e)余热锅炉产生的蒸汽经分离式热管换热器换热后，得到高温高压蒸汽，在调节阀的控制下，分别通往高温蒸汽催化反应器102和汽机发电模块302中。
Claims (10)
1.一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，包括生物质气化系统(100)、用于向所述生物质气化系统(100)输送生物质原料的生物质原料输送系统(200)、与所述生物质气化系统(100)连接的余热发电系统(300)以及与所述生物质气化系统(100)连接的水泥窑分解炉(400)；所述生物质气化系统(100)包括生物质气化炉(101)、与所述生物质气化炉(101)连接的高温蒸汽催化反应器(102)、与所述高温蒸汽催化反应器(102)出口连接的分离式热管换热器(103)以及与所述分离式热管换热器(103)的气体出口连通的气化气燃烧器(104)；所述余热发电系统(300)包括余热锅炉(301)以及汽机发电模块(302)。
2.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述生物质原料输送系统(200)包括生物质预处理装置(201)以及旋风预热器(202)。
3.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述分离式热管换热器(103)的蒸汽出口分别与所述余热锅炉(301)以及汽机发电模块(302)连通。
4.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述生物质气化炉(101)与炉渣处理系统(105)连通。
5.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述分离式热管换热器(103)的气体出口通过引风机(106)分别与气化气燃烧器(104)以及水泥窑分解炉(400)连通。
6.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述高温蒸汽催化反应器(102)包括高温烟气进口管道(1021)、高温烟气出口管道(1022)、蒸汽进口母管(1023)、生物质气化气进口管(1024)、生物质气化气出口管(1025)、可拆卸式高温催化反应隔板(1026)。
7.根据权利要求6所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述高温蒸汽催化反应器(102)还包括气化气输送控制装置(1027)、测温装置(1028)、以及蒸汽输送多孔管(1029)。
8.根据权利要求1所述的利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统，其特征在于，所述生物质气化系统(100)产出燃气分别与所述水泥窑分解炉(400)的炉膛以及与所述水泥窑分解炉的脱硝设备连通。
9.一种利用如权利要求1所述的能源系统进行生物质处理的方法，包括以下步骤：
(a)生物质原料经生物质预处理装置(201)烘干破碎处理后经由旋风预热器(202)进入生物质气化炉(101)；
(b)在空气、催化剂和流化砂的参与下，生物质原料经过气化反应，产生粗制生物质可燃气，可燃气经管道进入高温蒸汽催化反应器(102)；
(c)粗制生物质可燃气在水蒸气的参与下，经过高温催化气化反应，进一步降低燃气中的焦油含量，经净化后的生物质可燃气送至分离式热管换热器(103)内，与余热锅炉(301)产出的蒸汽进行换热，高效回收燃气中的热量；
(d)经净化后的生物质可燃气分两路输送，一路送往水泥窑分解炉(400)中作为替代燃料及脱硝还原气氛回收利用；一路送往气化气燃烧器(104)内进行燃烧，产生高温蒸汽催化反应器(102)所需的高温烟气；
(e)生物质气化炉(101)产生的炉渣送入炉渣处理系统(105)。
10.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，气化温度为600-800℃；和/或，步骤(c)中，高温蒸汽催化温度为800-1100℃，经分离式热管换热器(103)换热后，生物质可燃气温度为350℃～650℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210896802.XA CN115261078A (zh) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210896802.XA CN115261078A (zh) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115261078A true CN115261078A (zh) | 2022-11-01 |
Family
ID=83770812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210896802.XA Pending CN115261078A (zh) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115261078A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203096002U (zh) * | 2012-12-06 | 2013-07-31 | 北京建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种用于水泥窑的循环流化床气化替代燃料装置 |
| CN205740888U (zh) * | 2016-05-10 | 2016-11-30 | 天合新源（天津）能源科技有限公司 | 一种减少生物质产气过程中二氧化碳产率的装置 |
| CN114479950A (zh) * | 2020-10-27 | 2022-05-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生物质热解气化制氢方法和系统 |
-
2022
- 2022-07-28 CN CN202210896802.XA patent/CN115261078A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203096002U (zh) * | 2012-12-06 | 2013-07-31 | 北京建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种用于水泥窑的循环流化床气化替代燃料装置 |
| CN205740888U (zh) * | 2016-05-10 | 2016-11-30 | 天合新源（天津）能源科技有限公司 | 一种减少生物质产气过程中二氧化碳产率的装置 |
| CN114479950A (zh) * | 2020-10-27 | 2022-05-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种生物质热解气化制氢方法和系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106554826B (zh) | 带细粉灰熔融的循环流化床煤气化方法及装置 | |
| CN101100621A (zh) | 生物质富氢燃气制备方法及装置 | |
| CN104629809B (zh) | 用富氧燃烧锅炉高温烟气制取高热值生物质气化气的系统 | |
| CN113958935B (zh) | 一种燃煤电站锅炉低负荷运行的灵活性改造系统 | |
| CN112029518A (zh) | 煤/生物质炭化、活化一体化制备活性炭的系统及方法 | |
| CN116147371A (zh) | 一种提高水泥工业化石燃料替代率的系统及方法 | |
| CN100363461C (zh) | 一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法及装置 | |
| CN114806614A (zh) | 一种基于烟气引射循环回用的回转窑热解炭化装置及工艺 | |
| CN110616089A (zh) | 一种高含湿有机物料产生合成气的气化装置 | |
| CN112410049A (zh) | 一种生物质炭、热、电联产系统及其工艺 | |
| CN112642275A (zh) | 有机废弃物热解气化燃烧协同烧结脱硝一体化系统和方法 | |
| CN110564429B (zh) | 一种制备活性炭尾气耦合生物质直燃脱硝的系统和方法 | |
| CN115261078A (zh) | 一种利用水泥窑余热协同处置生物质能源系统及方法 | |
| CN107573959B (zh) | 一种利用流化床生产生物炭的装置 | |
| CN104479742B (zh) | 生物质燃气制备系统 | |
| CN110484284A (zh) | 一种可燃固体废弃物热解装置及热解方法 | |
| CN112745876B (zh) | 一种固体废物热解及油气催化重整系统 | |
| CN213761280U (zh) | 有机废弃物热解气化燃烧协同烧结脱硝一体化系统 | |
| CN109181723A (zh) | 一种秸秆外燃顺流固定床炉前碳化耦合燃煤发电装置 | |
| CN210568450U (zh) | 一种型煤热解气助燃垃圾焚烧发电系统 | |
| CN218209596U (zh) | 一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理机构 | |
| CN115109606B (zh) | 一种生物质废弃物制取纯氢及多联产耦合系统 | |
| CN112899000B (zh) | 一种生物质废弃物挥发分催化油页岩干馏耦合系统及方法 | |
| CN216513713U (zh) | 一种负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统 | |
| CN114350409B (zh) | 负氧离子中低温气化无害化的固体废弃物处理系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221101 |