CN206940810U - 一种自热式低焦油生物质气化炉 - Google Patents

一种自热式低焦油生物质气化炉 Download PDF

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黄茹
黄一茹
冷富荣
蔡旭
许岩韦
邵哲如
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Abstract

本实用新型提供一种自热式低焦油生物质气化炉，所述生物质气化炉的炉体由内部热解筒和套设在所述内部热解筒外部的外部套筒构成，所述内部热解筒采用流化床，所述外部套筒采用固定床。根据本实用新型，采用流化床热解与固定床气化耦合的方式，以及具有自热功能的内外套筒换热设计，中心套筒为流化床热解区，上部设计采用缩口结构提高焦油与空气的混合度，促进焦油的裂解，外套筒为气化还原区，气化还原区下部的余热用于加热内部套筒中的生物质进行热解。不仅提高了生物质热解效率，使得气化炉规模能够进行有效放大，而且充分利用了气化炉出口余热，提高了整体气化效率，并实现焦油的充分脱除。

Description

一种自热式低焦油生物质气化炉
技术领域
本实用新型涉及生物质焚烧领域，具体而言涉及一种新型自热式低焦油生物质气化炉。
背景技术
我国生物质能源的发展才刚刚起步，市场潜力巨大。到目前为止，生物质能源利用率较低，并且生物质能的消费还是基本上沿用直接燃烧的应用方式，不仅造成能源的浪费，而且对环境造成了破坏。
现有的生物质气化技术多采用两段式生物质气化炉，在炉内下段对生物质进行气化，在上端喉口处喷入空气进行气化产物焦油的燃烧。
焦油问题是制约生物质气化发电技术产业化发展的瓶颈。焦油的净化方法有多种，包括水洗、静电捕集、布袋过滤、陶瓷过滤、催化裂解等，这些净化方法带来诸多问题，如环境污染、系统成本大大增加等。因此，寻求新型低焦油气化技术及低成本焦油净化工艺成为关键。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种自热式低焦油生物质气化炉，所述生物质气化炉的炉体由内部热解筒和套设在所述内部热解筒外部的外部套筒构成，所述内部热解筒采用流化床，所述外部套筒采用固定床。
在一个示例中，所述内部热解筒的下部是流态化热解区，在所述流态化热解区内，从所述内部热解筒的底部送入的空气/水蒸气作为流化气体。
在一个示例中，所述空气/水蒸气的温度根据所述生物质气化炉运行过程中所述流化床内的温度进行调节，维持在500℃-600℃。
在一个示例中，所述内部热解筒的上部的内壁设置缩口结构以形成缩口区，所述缩口区采用高温耐火砖材料，耐火温度大于1300℃。
在一个示例中，所述缩口区中心沿圆周均匀分布6个空气喷嘴，所述空气喷嘴采用中心对冲布置。
在一个示例中，通过所述空气喷嘴喷入空气，使得整个气化过程的过量空气系数维持在0.3-0.4的范围内。
在一个示例中，所述外部套筒内的炭床堆积厚度通过除灰速率进行控制，维持在800mm-1000mm。
在一个示例中，所述内部热解筒的下部接有一推料装置，所述推料装置将来自进料斗的生物质原料送入所述内部热解筒。
在一个示例中，所述推料装置采用螺旋进料方式推送所述生物质原料。
在一个示例中，所述生物质原料包括木片、成型颗粒和破碎树皮。
根据本实用新型，采用流化床热解与固定床气化耦合的方式，以及具有自热功能的内外套筒换热设计，中心套筒为流化床热解区，上部设计采用缩口结构提高焦油与空气的混合度，促进焦油的裂解，外套筒为气化还原区，气化还原区下部的余热用于加热内部套筒中的生物质进行热解。不仅提高了生物质热解效率，使得气化炉规模能够进行有效放大，而且充分利用了气化炉出口余热，提高了整体气化效率，并实现焦油的充分脱除。
附图说明
本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。
附图中：
图1为根据本实用新型示例性实施例的自热式低焦油生物质气化炉的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
丹麦科技大学提出两段式气化技术，可以实现气化炉出口焦油含量低于15mg/Nm3，为目前世界上焦油产率最低的气化技术之一，气化产气仅需进行简单的除尘即可直接进入内燃机发电。该工艺的核心是采用中间高温均相部分氧化区对焦油进行高温裂解脱除，进一步采用炭床对余下的较低浓度焦油进行异相脱除，从而实现出口焦油含量远远低于传统气化方式。然而该气化工艺存在两个问题：(1)气化炉热解段采用外部烟气换热的方式进行加热，传热效率低，热解速率慢；(2)气化炉难以有效放大。这制约着该工艺的推广。
固定床下吸式生物质气化炉焦油含量相对较低，但是一般也达到1g/Nm3左右，难以达到内燃机发电要求。在下吸式固定床气化工艺基础上提出的两段式气化炉能实现气化炉出口焦油含量低于15mg/Nm3，经过简单的除尘净化即可直接进入内燃机发电。然而由于热解段采用外部烟气换热的方式加热，热解效率低下，气化炉规模难以有效放大。Xylowatt提出通过热解段喷入一定量空气的方法使得热解所需的热量通过氧化放热产生，一定程度上提高了换热及热解效率，然而整体规模依然较小。
针对上述技术问题，本实用新型提出采用流化床热解与固定床气化相结合的新型自热式低焦油生物质气化炉，该气化炉采用内外套筒式结构设计，使得热解所需的热量直接通过套筒筒壁向内传递，无序外部额外加热，实现自热热解，不仅能够实现低焦油气化，同时也能使气化炉的规模进行有效放大，具有很大的产业化推广价值。
[示例性实施例]
参照图1，其示出了根据本实用新型示例性实施例的自热式低焦油生物质气化炉的示意图。
本实用新型提出的自热式低焦油生物质气化炉处理的生物质原料可以是木片、成型颗粒、破碎树皮等，生物质原料进入进料斗4之后，从进料斗4的底部通过推料装置进入炉体的内部热解筒的底部，优选地，所述推料装置采用螺旋进料方式将来自进料斗4的生物质原料送入炉体的内部热解筒的下部。
内部热解筒采用流化床，内部热解筒的下部是流态化热解区1，在流态化热解区1内，采用从内部热解筒的底部送入的空气/水蒸气6作为流化气体，一方面通过有氧热解产生一定的热量，另一方面提高气化过程H2的产率。空气/水蒸气6根据生物质气化炉运行过程中流化床内的温度进行调节，使其温度维持在500℃-600℃。流化床大大提高了生物质颗粒的传热速率，提高了热解反应速率和原料处理量，气化炉规模可以进行有效放大。
内部热解筒的上部是部分氧化区2，在流态化热解区1产生的热解焦油在部分氧化区2发生大量的裂解，生成以多环芳香烃(PAH)为主的三级焦油成分。位于部分氧化区2的内部热解筒的内壁设置缩口结构以形成缩口区，缩口区采用高温耐火砖材料，耐火温度大于1300℃。缩口区中心沿圆周均匀分布6个空气喷嘴，喷嘴采用中心对冲布置。通过6个空气喷嘴喷入适量的空气7，使得整个气化过程的过量空气系数维持在0.3-0.4的范围内，以保证获得较好的气化效率和较低的焦油产率。
发生上述裂解后的热解焦油被气流带到套设在内部热解筒外部的外部套筒形成炭床，炭床堆积厚度通过除灰速率进行控制，维持在800mm-1000mm。外部套筒采用固定床，在外部套筒内的炭床气化还原区3内，一方面与CO2和H2O发生气化还原反应，产生可燃气体(CO和H2)，另一方面对PAH类焦油进行深度异相脱除，使得气化炉出口焦油含量达到较低的水平。
上述气化还原处理产生的灰渣通过设置在外部套筒底部的输送装置进入灰仓5，上述气化还原处理产生的气化气经由设置在外部套筒下部的气化气出口8排出。从气化气出口8排出的气化气经过简单的除尘净化处理即可直接进入内燃机发电。
本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型用于生物质低焦油气化过程中焦油的高效炉内脱除，利用均相部分氧化与炭床异相转化实现焦油的高效脱除；
2、本实用新型采用流化床热解与固定床气化相结合的方式，提高了热解气化过程传热传质速率，进而提高了热解气化速率，能够实现气化的有效放大，使得气化炉设计更加紧凑。
本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种自热式低焦油生物质气化炉，其特征在于，所述生物质气化炉的炉体由内部热解筒和套设在所述内部热解筒外部的外部套筒构成，所述内部热解筒采用流化床，所述外部套筒采用固定床。
2.根据权利要求1所述的生物质气化炉，其特征在于，所述内部热解筒的下部是流态化热解区，在所述流态化热解区内，从所述内部热解筒的底部送入的空气/水蒸气作为流化气体。
3.根据权利要求2所述的生物质气化炉，其特征在于，所述空气/水蒸气的温度根据所述生物质气化炉运行过程中所述流化床内的温度进行调节，维持在500℃-600℃。
4.根据权利要求1所述的生物质气化炉，其特征在于，所述内部热解筒的上部的内壁设置缩口结构以形成缩口区，所述缩口区采用高温耐火砖材料，耐火温度大于1300℃。
5.根据权利要求4所述的生物质气化炉，其特征在于，所述缩口区中心沿圆周均匀分布6个空气喷嘴，所述空气喷嘴采用中心对冲布置。
6.根据权利要求5所述的生物质气化炉，其特征在于，通过所述空气喷嘴喷入空气，使得整个气化过程的过量空气系数维持在0.3-0.4的范围内。
7.根据权利要求1所述的生物质气化炉，其特征在于，所述外部套筒内的炭床堆积厚度通过除灰速率进行控制，维持在800mm-1000mm。
8.根据权利要求1所述的生物质气化炉，其特征在于，所述内部热解筒的下部接有一推料装置，所述推料装置将来自进料斗的生物质原料送入所述内部热解筒。
9.根据权利要求8所述的生物质气化炉，其特征在于，所述推料装置采用螺旋进料方式推送所述生物质原料。
10.根据权利要求9所述的生物质气化炉，其特征在于，所述生物质原料包括木片、成型颗粒和破碎树皮。
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