CN1786111A - 一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法及装置，属于能源环保技术领域。本发明采用快速床燃烧和瀑流式热解室相结合，以循环固体颗粒物料为热载体，特别是热解室采用了倾斜导向隔板，不再用蒸汽流化，节省了大量蒸汽；不仅增强了物料之间的传热还增加了原料在热解室中的停留时间，使热解反应进行得更彻底；在热解室入口设置了非机械控制阀混料器，使载热体和生物质/生活垃圾混合均匀，提高了两者之间的热交换的能力；采用了将燃气在重整器中进行重整，使焦油二次转化为燃气，从而减少了副产品的产量并提高了燃气的产量和热值。

Description

一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种生物质/生活垃圾热解以制取燃气的工艺方法及设备，尤其涉及一种以循环固体颗粒物料为热载体的双床式生物质/生活垃圾热解工艺方法及设备，属能源环保技术领域。

背景技术

热解技术可将生物质/生活垃圾转化为燃气，提高能源利用的效率，并有利于减少污染物的排放，与生物质/生活垃圾直接焚烧相比更能高效、清洁的利用能源，近年来越来越受到世界各国的重视。生物质/生活垃圾热解制取的燃气主要成分为H₂、CO、CH₄、C_nH_m等可燃气体，其热值较高，可用作工业或民用燃料，应用前景更加广阔。

现有的生物质/生活垃圾热解处理有两种工艺，一种是固定床(移动床)工艺；一种是流化床工艺。中国专利文献公开的“生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置”(专利申请号：CN00130716.9)，属于固定床工艺。中国专利文献公开了一种“循环流化床燃气蒸汽联产工艺及装置”(申请号：CN92100503.2)，它采用两个流化床反应器，将燃料送入流化床气化炉气化，产生燃气，气化炉内产生的半焦和低温循环物料经返料器送至燃烧炉，气化半焦和部分燃料燃烧产生热量，加热循环物料，然后经回料器送入气化炉，同时加热蒸汽换热器生产蒸汽，部分蒸汽和燃气供气化炉做气化剂。该工艺以煤为原料时具有利用率高、产气热值高的优点。但以蒸汽作流化剂，其消耗量大，影响了工艺的经济性。尤其当以生物质/生活垃圾为原料时，由于生物质挥发份产率高，固定碳含量低，流化床气化反应中蒸汽分解率低，更加降低了工艺的经济性，限制了该技术的推广和应用。

此外，生物质气化工艺中一个突出的问题是焦油的处理。目前多采用焦油高温热裂解或催化裂解的方式对燃气进行净化处理，例如在中国专利文献中公开的“生物质气化产生的可燃气裂解净化方法”(申请号：CN02134850.2)，它采用可燃气通过高温木炭层进行高温裂解及催化裂解的方法来去除燃气中的焦油，因而造成结构复杂，运行成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法及装置，使热解室不需要任何流化介质，节省蒸汽消耗量，降低运行成本；同时使燃气中的焦油进行二次转化，从而减少副产品的产量并提高燃气的产量和热值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的装置，包括燃烧室、设置在燃烧室烟气出口处的旋风分离器、热解室、生物质/生活垃圾进料装置，与旋风分离器烟气出口相连的尾部换热及烟风系统以及燃气净化处理系统，其特征在于：所述的热解室内部设有使循环热物料形成瀑流的多层倾斜导向隔板，相邻的倾斜导向隔板的方向相反；在所述的旋风分离器与热解室之间设有非机械控制阀混料器，该混料器的进口与旋风分离器的下料口相连，其出口与热解室的进口相连，所述的生物质/生活垃圾进料装置设置在混料器的顶部；在所述的热解室与燃烧室之间设有非机械控制阀回料器，所述的回料器的进口与热解室出口相连，回料器出口与燃烧室底部相连；所述的燃烧室、旋风分离器、非机械控制阀混料器、热解室和非机械控制阀回料器构成热物料循环系统；所述的燃烧室采用快速床燃烧室。

本发明的技术特征还在于：所述的燃气净化处理系统中设有重整器，该重整器与热解室的燃气出口相连。所述的倾斜导向隔板与水平面夹角成25～45°。

在上述方案的基础上，本发明还在所述的燃烧室的密相区设有辅助燃烧用的给煤装置。

本发明提供了一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的方法，其特征在于该方法以固体颗粒物料为循环热载体，热载体在热解室中以瀑流方式运动，其具体工艺步骤如下：

1)先在快速床燃烧室放置循环热载体，用空气进行流化并升温至950～1100℃；

2)将破碎后的生物质/生活垃圾通过进料装置加入到非机械控制阀混料器中，与高温循环热载体混合后一起进入热解室，沿导向隔板以瀑流方式向下流动，在热解室中的停留时间为1～3分钟，热解反应温度为550～750℃，生成燃气体和固体产物焦或半焦；

3)放热后的循环热载体以及固体产物焦或半焦，在热解室底部经非机械控制阀回料器被送入到快速床燃烧室中；循环热载体的物料平衡由非机械控制阀混料器和非机械控制阀回料器控制，以保证高温物料正常循环；

4)固体产物焦或半焦在快速床燃烧室中燃烧释放热量，加热循环热载体；

5)在烟气的夹带作用下，大量固体颗粒被提升至快速床燃烧室顶部，离开后在旋风分离器中被分离下来，进入非机械控制阀混料器中，与新加入的生物质/生活垃圾混合；

6)热解产生的燃气通入重整器，利用空气和蒸汽将燃气进行重整，使燃气温度提高到1000～1500℃，使焦油进行二次裂解，重整后的燃气经冷却、净化后通入储气罐中保存；

7)从旋风分离器的出口出来的热烟气进入尾部换热及烟风系统。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性进步：①采用快速床燃烧和瀑流床热解相结合，以循环固体颗粒物料为热载体，特别是热解室的结构，采用了导向隔板，不再用蒸汽流化，节省了大量蒸汽，同时，不仅增强了物料之间的传热还增加了原料在瀑流床中的停留时间，使热解反应进行得更彻底；②在热解室入口设置了非机械控制阀混料器，使载热体和生物质/生活垃圾混合均匀，提高了两者之间的热交换的能力；③由于混料器、热解室和回料器三者有机的配合，可使热解后所剩余的半焦能满足热载体在燃烧室中的温升，基本达到本装置的自热平衡；④将燃气在重整器中进行重整，使焦油二次裂解转化为燃气，从而减少了副产品的产量并提高了燃气的产量和热值。

附图说明

图1为本发明提供的生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气装置整体结构示意图。

图1中标号所示部件如下：1-燃烧室；2-旋风分离器；3-非机械控制阀混料器；4-尾部换热系统；5生物质/生活垃圾进料装置；6-烟气引风机；7烟囱；8-燃气冷却净化系统；9-燃气引风机，10-储气罐，11-重整器，12-热解室，13-非机械控制阀回料器，14-助燃风机，15-辅助燃烧用的给煤装置

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构及实施作进一步的描述：

图1为本发明提供的生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气装置的整体结构示意图，该装置主要包括燃烧室1、设置在燃烧室烟气出口处的旋风分离器2、非机械控制阀混料器3，生物质/生活垃圾进料装置5，热解室12，设置在热解室与燃烧室之间的非机械控制阀回料器13，由尾部换热系统4、烟气引风机6和烟囱7组成的烟风系统，由重整器11、燃气冷却净化系统8、燃气引风机9、储气罐10组成的燃气净化处理系统。所述的热解室12内部设有使循环热物料形成瀑流的多层倾斜导向隔板，相邻的倾斜导向隔板的方向相反，倾斜导向隔板与水平面夹角成25～45°″，倾斜导流隔板由耐热钢板或耐热铸铁板制成，热解室内壁设有耐火材料及保温材料，底部设有排灰口，热解室采用圆筒或方形。热解室内布置倾斜导向隔板，不再用蒸汽流化，节省了大量蒸汽，不仅增强了物料之间的传热，还增加了原料在热解室中的停留时间，使热解反应进行得更彻底。非机械控制阀混料器3设置在旋风分离器2与热解室12之间，该混料器的进口与旋风分离器的下料口相连，其出口与热解室的进口相连，其内壁设有耐火材料及保温材料，采用蒸汽作为松动风，控制物料的流动；生物质/生活垃圾进料装置5设置在混料器的顶部，使生物质/生活垃圾与循环热载体均匀混合，提高了两者之间的热交换的能力。非机械控制阀回料器13的进口与热解室出口相连，其出口与燃烧室底部相连，用蒸汽做松动风来控制热解室12和燃烧室1之间的物料流动；所述的燃烧室、旋风分离器、非机械控制阀混料器、热解室和非机械控制阀回料器构成热物料循环系统；所述的燃烧室采用快速床燃烧室，利用设置在燃烧室底部的助燃风机14鼓风，作为快速床的流化介质。在热解室的燃气出口处设有重整器11，利用空气和蒸汽将燃气进行重整，使燃气温度提高到1000～1500℃，使燃气中夹带的焦油发生二次裂解，提高燃气产率和热值。在所述的燃烧室的密相区设有辅助燃烧用的给煤装置15，必要时可加入少量煤做为辅助燃料，以提供装置所需的热量。

上述装置的工艺过程及操作参数如下：

先在燃烧室放置循环热载体，用空气进行流化并升温至950～1100℃，将破碎后的生物质/生活垃圾通过进料装置5送入非机械控制阀混料器3中，在此处与旋风分离器2分离下来的循环热载体相混合后，同循环热载体一起进入热解室12中，热解室内布置了多层倾斜导向隔板，物料沿导向隔板以瀑流方式向下流动，热解反应所需的热量由高温循环热载体提供，放热后的循环热载体与生物质/生活垃圾热解生成的焦或半焦由热解室底部流出，流动过程中生物质/生活垃圾在温度为550～750℃条件下发生热解反应，在热解室中的停留时间为1～3分钟；放热后的循环热载体以及固体产物焦或半焦，在热解室底部经非机械控制阀回料器13被送入到燃烧室的密相区中；固体产物焦或半焦在燃烧室中燃烧释放热量，从热解室12流入的循环热载体被重新加热后由烟气携带提升至燃烧室顶部，经旋风分离器2分离下来进入非机械控制阀混料器3中，在此处与新加入的生物质/生活垃圾原料混合后再次进入热解室，为热解提供热量，循环热载体按照上述流程周而复始地流动，以维持物料平衡和供热平衡。固体颗粒的物料平衡由非机械控制阀混料器3和非机械控制阀回料器13的操作控制来得到保证，从而系统在高温下能够正常运行；热量平衡由热解产物焦或半焦的燃烧放热量来保证，必要时可加入少量煤做为辅助燃料。

热解产生的燃气通入重整器，利用空气和蒸汽使燃气温度提高到1000～1500℃，使焦油进行二次裂解，使燃气得到重整，从而提高了燃气产率和热值。重整后的燃气经冷却、净化后通入储气罐中保存。

由于热解在隔绝空气条件下进行，因此燃气热值较高。离开燃烧室的高温烟气经尾部换热系统4回收热量，提高系统热效率的同时把烟气温度降至烟气引风机6允许的工作范围，烟气经烟气引风机后由烟囱7排入大气。

Claims (5)

1.一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的装置，包括燃烧室(1)、设置在燃烧室烟气出口处的旋风分离器(2)、热解室(12)、生物质/生活垃圾进料装置(5)，与旋风分离器烟气出口相连的尾部换热及烟风系统以及燃气净化处理系统，其特征在于：所述的热解室内部设有使循环热物料形成瀑流的多层倾斜导向隔板，相邻的倾斜导向隔板的方向相反；在所述的旋风分离器与热解室之间设有非机械控制阀混料器(3)，该混料器的进口与旋风分离器的下料口相连，其出口与热解室的进口相连；所述的生物质/生活垃圾进料装置(5)设置在混料器的顶部；在所述的热解室与燃烧室之间设有非机械控制阀回料器(13)，所述的回料器的进口与热解室出口相连，回料器出口与燃烧室底部相连；所述的燃烧室、旋风分离器、非机械控制阀混料器、热解室和非机械控制阀回料器构成热物料循环系统；所述的燃烧室采用快速床燃烧室。

2.按照权利要求1所述的一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的装置，其特征在于：所述的燃气净化处理系统中设有重整器(11)，该重整器与热解室的燃气出口相连。

3.按照权利要求1或2所述的一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的装置，其特征在于：所述的倾斜导向隔板与水平面夹角成25～45°。

4.按照权利要求3所述的一种生物质/生活垃圾双床式热解制取燃气的装置，其特征在：在所述的燃烧室密相区设有辅助燃烧用的给煤装置(15)。

5.采用如权利要求1所述的生物质/生活垃圾双床式热解装置制取燃气的工艺方法，其特征在于该方法以固体颗粒物料为循环热载体，热载体在热解室中以瀑流方式运动，其具体工艺步骤如下：

1)先在快速床燃烧室放置循环热载体，用空气进行流化并升温至950～1100℃；

2)将破碎后的生物质/生活垃圾通过进料装置加入到非机械控制阀混料器中，与高温循环热载体混合后一起进入热解室，沿倾斜导向隔板以瀑流方式向下流动，热解反应温度为550～750℃，在热解室中的停留时间为1～3分钟，生成燃气体和固体产物焦或半焦；

3)放热后的循环热载体以及固体产物焦或半焦，在热解室底部经非机械控制阀回料器被送入快速床燃烧室中；循环热载体的物料平衡由非机械控制阀混料器和非机械控制阀回料器控制，以保证高温物料正常循环；

4)固体产物焦或半焦在快速床燃烧室中燃烧释放热量，加热循环热载体；

5)在烟气的夹带作用下，大量固体颗粒被提升至快速床燃烧室顶部，离开后在旋风分离器中被分离下来，进入非机械控制阀混料器中，与新加入的生物质/生活垃圾混合；

6)热解产生的燃气通入重整器，利用空气和蒸汽将燃气进行重整，使燃气温度提高到1000～1500℃，使焦油进行二次裂解，重整后的燃气经冷却、净化后通入储气罐中保存；

7)从旋风分离器出口出来的热烟气进入尾部换热及烟风系统。