CN209778759U - 一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，属于能源科学技术领域，包括：斗式提升机、生物质气化炉、蒸汽发生器、空气预热器、气体洗涤塔、气体干燥器、气体冷却器、罗茨风机、气体收集储柜，所述斗式提升机连接到封闭式储料斗，下部连接气化炉。所述气化炉分为炉膛、催化反应区、气体炉渣分离室和出灰口，下部连接水封罐；气化炉的后部设置蒸汽发生器，所述蒸汽发生器与汽包、分气缸形成循环回路，之后依次经过空气预热器、气体洗涤塔、气体干燥器、气体冷却器后，经过罗茨风机输入气体收集储柜；系统的下部设置沉淀水槽。本系统坚固耐用、安全稳定，结构简单，操作方便，而且气化效率高，燃气质量好，物料适应范围广而成本相对较低。

Description

一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统

技术领域

本实用新型涉及能源科学技术领域，具体是一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统。

背景技术

随着国内外经济的可持续快速发展，石油、天然气、煤气等一次性资源供需缺口逐年增大，人们迫切需要一种低价、节能、安全、洁净的新型燃料进入市场。由于气体燃料高效、清洁、方便，所以生物质气化技术的研发得到了国内外的广泛重视，并取得了可喜进展。西欧国家的生物质能资源产能在国家基本能源消耗所占比重比较大，目前在美国、奥地利和瑞典等各国的基本能源消耗中已分别占4%、10%、16%。为此，在发达国家和发展中国家都积极开展了诸多途径的生物质利用技术研究及应用，目前生物质能开发与利用主要技术手段有：生物质微生物发酵，它包括生物质沼气发酵、生物质酒精发酵；生物质热化学转换技术，它包括生物质热解技术、生物质气化技术、植物质压缩成型和生物制碳技术；生物质能源生态工程。

生物质气化技术，其基本原理是在不完全燃烧条件下，将有机生物质中具有较高分子量的碳氢化合物链裂解，经过氧化和还原反应转换为较低分子量的CO、H₂、CH₄等可燃气体，是一种高效的生物质能转换途径。生物质经气化生成的可燃气体，可广泛用于炊事、采暖、工业加热和烘干，还可以用作内燃机、燃气轮机等热动力装置的燃料，输出电力或动力，提高了生物质的能源品位和利用效率。

生物质气化技术是近年来发展比较迅速且可靠的一种生物质能利用技术，现在国内主流的生物质气化技术所选用的载体是流化床气化炉，流化床气化炉的反应物料中常掺有精选过的惰性材料沙子，在吹入气化剂作用下，物料颗粒、沙子、气化剂接触充分，受热充分，在炉内呈“沸腾”燃烧状态，气化反应速度快，生产能力强，气化效率高。而且炉内温度高而且恒定，焦油在高温下裂解生成气体，故焦油含量较小，只是出炉的燃气中含有较多的灰分。而循环流化床气化炉和单流化床的主要区别是循环流化床气化炉在燃气出口处设有旋风分离器或袋式分离器，将燃气携带的炭粒和沙子分离出来，返回气化炉后再次参加气化反应。而且循环流化床的燃烧值更高，未燃尽物质更少，是唯一在恒温床上反应的气化炉，气化反应在床内进行，焦油也在床内裂解，气固分离以后的炭粒不断循环回到反应炉内，因而保持大的床密度，床截面上颗粒密度分布均匀，并使炭粒有足够的时间在床内停留，以适应还原反应速度慢的需要，适合水分含量大、热值低、着火困难的生物质物料。但是循环流化床气化炉的缺点在于填料之前需要预处理，产气中的灰分需要很好地净化处理，否则对部件磨损严重。

从20世纪80年代初开始，我国生物质气化技术一直受到政府和科技人员的重视，“七五”和“八五”期间取得了较大进展。我国自行研制的集中供气系统已进入实用化试验及示范阶段，山东能源研究所研制的XFF系列秸秆气化炉在农村集中供气应用中获得了一定的社会、经济效益；大连市环境科学设计研究院使用研制的Lz系列生物质干馏热解气化装置建成了可供l000户农民生活用燃气的生物质热解加工厂。然而，目前的集中供气系统普遍存在着所谓的“大马拉小车”问题，即许多气化工程往往达不到设计要求的户数，生物质气化设备的利用率不高，并且焦油问题难以根绝，致使大型输气管网出现堵塞和传热不良导致燃烧值降低的问题，设备的拆卸和清洗都不方便，导致气化站运营难度和维护成本都很高 ，燃气的热值和气化强度却偏低，不利于设备的大规模推广使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，主要包括：斗式提升机、气化炉、蒸汽发生器、空气预热器、气体洗涤塔、气体干燥器、气体冷却器、罗茨风机、气体收集储柜，所述斗式提升机上部连接密闭式给料斗，所述密闭式料斗从上至下共分为三级，密闭式给料斗之间固定有星型给料阀和电动闸阀，第三级密闭式给料斗下方连接到气化炉，所述气化炉由内筒、外筒和两者之间的催化重整区构成，具体分为进料口、炉膛、烧结刚玉质固定炉排、催化重整区、炉渣气分离室和下端的出灰口，下端的出灰口依次连接到水封罐和水封槽，在所述气化炉的后面设置蒸汽发生器，所述蒸汽发生器后部连接到空气预热器，空气预热器的管束采用螺纹烟管，充分吸收蒸汽发生器的余热加热冷空气，所述空气预热器之后依次设置气体洗涤塔、气体干燥器、气体冷却器、罗茨风机和气体收集储柜，所述气体洗涤塔、气体干燥器和气体收集储柜的下部设置沉淀水池，收集冷凝水和洗涤废水，所述气体洗涤塔、气体干燥器、气体收集储柜的下端到沉淀水池的管路上安装有逆止阀，防止排出的冷凝水回流。

优选的，所述三级封闭式给料斗两级之间自上至下分别设置星型给料阀和电动闸阀。

优选的，所述炉膛的内筒采用口径渐缩的锥形设计；气化炉炉膛的下部即烧结刚玉质固定炉排上部设置氧化层，炉膛下部烧结刚玉质固定炉排上部设置气化剂蒸汽入口，气化剂蒸汽入口上部布置进风口；采用口径渐缩的炉膛下部直段为气化气通道，气化气出口与炉渣气分离室相通，炉膛与炉渣气分离室之间安装有炉箅子，即烧结刚玉质固定炉排和气化气通道，所述炉渣气分离室上部设置有气化气流出气化炉通道，在流出气化炉通道中设置催化重整区，催化重整区内安置可撤换的蜂窝状催化反应催化剂装置，依靠气化气的自身能量和蜂窝状催化反应催化剂装置对气化气进行进一步裂化重整，使气化过程中产生的酚类、萘类大分子转化为甲烷、氢气、CO等可燃气体；所述催化重整区内布置可撤换的蜂窝状催化反应催化剂装置采用的催化剂为白云石、Al₂O₃、Cr₂O₃等做成的蜂窝体，气化气流经蜂窝体中气体通道，经该催化剂对酚类、萘类大分子在450℃~750℃范围内可裂解为甲烷、氢气、CO等可燃气体。气化炉的内部是气化各层的氧化区、反应区、催化重整区，外层是保温层，所述保温层由硅酸铝纤维等保温材料填充，炉顶布置进料口，采用法兰密封，炉膛底部设有出灰口，依次连接到下方的水封罐和水封槽，所述水封罐内布置有液位计，控制罐内水位，水封槽的上部安装有捞渣机，排出燃烧和气化过程产生的固体灰渣。

优选的，气化炉的后部连接到空气预热器，所述空气预热器的入口处装有空气流量控制阀门，根据提供气化能量的氧化过程需要持续供给控制流量的冷空气，经空气预热器与热气化气换热加热后送入气化炉。

优选的，所述气体冷却器主要由三部分组成，第一部分通过循环水泵、水箱、气体冷却器内置的循环水换热面通过管道相连，对气化气进行换热冷却；第二部分所述气体冷却器与鼓风机、气体冷却器内置的空气换热面通过管道相连，利用冷空气对气化气进行换热冷却；第三部分是蒸汽发生器的给水通过锅炉给水泵泵送到气体冷却器内置的给水加热受热面内加热后送至蒸汽发生器，利用蒸汽发生器的给水对气化气进行换热冷却。

优选的，所述气体收集储柜的前部布置除雾器，脱除气化气中的残余水分，提高气化气的品质。

优选的，所述气体洗涤塔产生的洗涤废液和气体干燥器、气体收集储柜产生的冷凝水都排入下方的沉淀水池，所述沉淀水池和气体洗涤塔之间通过循环水泵及管道形成循环回路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于通过合理地设计气化炉的内部结构大大提升了气化气的品质和气化效率，气化气的品质可由1500Kcal/Nm³提高到3500Kcal/Nm³以上，气化效率达到70%以上，同时物料适应性更强，以及气化气中不含具有粘接性的酚类、萘类等木焦油类物质，经过烟气净化环节进行除尘、脱酸、脱水等不仅有效提升了燃气质量，还及时分离、处理或回收了灰渣和废水，废水经沉淀处理、脱泥后可循环利用，实现无污水排放；通过选择具有满足生物质气化催化需要的耐火材料和保温材料可以有利于气化过程的迅速、彻底地完成并降低能耗，同时减少了设备磨损，达到坚固耐用、运行安全稳定的要求；而且本系统主体结构简单，维护方便。

附图说明

图1是生物质气化炉的系统流程图；

图2是生物质气化炉的主视图；

图3是生物质气化炉的侧视图；

图4是图2中A-A面的剖视图；

图5是图2中B-B面的剖视图；

图6是图2中C-C面的剖视图；

图7是图2中D-D面的剖视图。

图中，1、斗式提升机，2、气化炉，3、蒸汽发生器，4、空气预热器，5、气体洗涤塔，6、气体干燥器，7、气体冷却器，8、罗茨风机，9、气体收集储柜，10、封闭式给料斗，11、星型给料阀，12、电动闸阀，13、逆止阀，14、水箱，15、鼓风机，16、沉淀水池，17、捞渣机，18、炉膛，19、烧结刚玉质固定炉排，20、催化重整区，21、水封罐，22、水封槽，23、炉渣气分离室，24、液位计，25、进料口，26、气化炉出灰口，27、进风口，28、气化剂蒸汽入口，29、气化气通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的优选实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：请参阅图1—图7，一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，包括：斗式提升机1、气化炉2、蒸汽发生器3、空气预热器4、气体洗涤塔5、气体干燥器6、气体冷却器7、罗茨风机8、气体收集储柜9，所述斗式提升机1的顶部安装封闭式给料斗10，所述封闭式料斗10从上至下共分为三级，第三级封闭式给料斗10下方连接到气化炉2，所述气化炉2由内筒、外筒和两者之间的催化重整区20构成，包括进料口25、炉膛18、烧结刚玉质固定炉排19、催化重整区20、炉渣气分离室23和下端气化炉出灰口26，所述炉膛18内布置有烧结刚玉质固定炉排19；所述气化炉2之后设置蒸汽发生器3，所述蒸汽发生器3后部连接到空气预热器4，所述空气预热器4的入口处装有空气流量控制阀门，根据提供气化能量的氧化过程需要持续供给控制流量的冷空气，经空气预热器与热气化气换热加热后送入气化炉；所述空气预热器4之后依次设置气体洗涤塔5、气体干燥器6、气体冷却器7，所述气体冷却器7主要由三部分组成，第一部分通过循环水泵、水箱14、气体冷却器7内置的循环水换热面通过管道相连，对气化气进行换热冷却；第二部分所述气体冷却器7与鼓风机15、气体冷却器7内置的空气换热面通过管道相连，利用冷空气对气化气进行换热冷却；第三部分是蒸汽发生器3的给水通过锅炉给水泵泵送到气体冷却器7内置的给水加热受热面内加热后送至蒸汽发生器3，利用蒸汽发生器3的给水对气化气进行换热冷却；所述气体冷却器7之后的罗茨风机8将气化气导入后面设置的气体收集储柜9，所述气体收集储柜9的入口处布置除雾器，进一步对气化气脱水，提高气化气的品质；所述气体洗涤塔5、气体干燥器6和气体收集储柜9连接到下方的沉淀水池16，将冷凝水与洗涤废水排出系统，所述气体洗涤塔5与沉淀水池16通过循环水泵及管道形成循环回路，对可燃气体进行充分洗涤，所述气体洗涤塔5、气体干燥器6、气体收集储柜9的下端和沉淀水池16之间的管路上分别设置逆止阀13，避免水汽回流。

所述炉膛18的内筒是口径渐缩的锥形设计，有效提高燃烧效率，气化剂在气化炉2下部的氧化区中预热，通过气化气通道29送入炉膛18深入膛心，在炉膛18中心集中供氧燃烧，进入炉膛18参与气化反应；燃烧产生的气化气通过炉膛18下部直段的气化气通道29进入炉渣气分离室23，所述炉渣气分离室23上方气化炉2的内外筒体之间设置有气化气流出气化炉通道，气化炉2下部炉渣气分离室23产生的煤气通过气化气流出气化炉通道中布置的催化重整区20流出气化炉2，所述催化重整区20内置可撤换的催化反应催化剂装置，依靠气化气的自身能量和催化反应催化剂装置对气化气进行进一步裂化重整，使气化过程中产生的酚类、萘类大分子转化为甲烷、氢气、CO等可燃气体，提高气化气的品质；所述催化重整区20内布置可撤换的催化反应装置采用的催化剂为白云石、Al₂O₃、Cr₂O₃等做成的蜂窝体，气化气流经蜂窝体中气体通道，经该催化剂对酚类、萘类大分子在450℃~750℃范围内可裂解为甲烷、氢气、CO等可燃气体。气化炉2的内部是各气化层的氧化区、反应区、催化重整区，外层是由硅酸铝纤维等保温材料填充的保温层，炉顶为进料口25，采用法兰盘密封，炉膛18底部设有出灰口，依次连接到下方的水封罐21和水封槽22，所述水封罐21内布置有液位计24，用来测量水封罐21中的水位情况，水封槽22的上部安装有捞渣机16，排出燃烧和气化过程产生的固体灰渣。

在本实用新型中， 除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“布置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，包括：斗式提升机（1）、生物质气化炉（2）、蒸汽发生器（3）、空气预热器（4）、气体洗涤塔（5）、气体干燥器（6）、气体冷却器（7）、罗茨风机（8）、气体收集储柜（9），其特征在于：所述斗式提升机（1）上部连接封闭式给料斗（10），所述封闭式给料斗（10）从上至下共分为三级，第三级封闭式给料斗的下面设置气化炉（2），所述气化炉（2）由内筒、外筒和两者之间的催化重整区（20）构成，具体分为进料口（25）、炉膛（18）、烧结刚玉质固定炉排（19）、催化重整区（20）、炉渣气分离室（23）和下端的出灰口（26），所述气化炉（2）之后设置蒸汽发生器（3），所述蒸汽发生器（3）之后设置空气预热器（4）、所述空气预热器（4）之后依次设置气体洗涤塔（5）、气体干燥器（6）、气体冷却器（7）、罗茨风机（8）和气体收集储柜（9）；所述气体洗涤塔（5）、气体干燥器（6）、气体收集储柜（9）的下方设置沉淀水池（16），在所述气体洗涤塔（5）、气体干燥器（6）、气体收集储柜（9）的下端和沉淀水池（16）之间的管路上设置逆止阀（13）。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：所述三级封闭式给料斗（10）两级之间自上至下设置星型给料阀（11）和电动闸阀（12）。

3.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：所述炉膛（18）的内筒采用口径渐缩的锥形设计；所述气化炉（2）的外层是保温层，由硅酸铝纤维保温材料填充，炉顶布置进料口（25）采用法兰密封；所述气化炉（2）的下部即烧结刚玉质固定炉排（19）上部设置氧化区，炉膛（18）下部烧结刚玉质固定炉排（19）上部设置气化剂蒸汽入口，气化剂蒸汽入口上部布置进风口（27），供氧化需要的热空气，氧化反应产生的热量作为生物质气化所需能量；烧结刚玉质固定炉排（19）上部为主气化区域；炉膛（18）及与之相通的炉渣气分离室（23）组成炉体，采用口径渐缩的炉膛下部直段为气化气通道（29），气化气出口与炉渣气分离室（23）相通，所述炉膛（18）与炉渣气分离室（23）之间设置有烧结刚玉质固定炉排（19）和气化气通道（29）；所述炉渣气分离室（23）上部设置有气化气流出气化炉通道，在气化气流出气化炉通道中设置催化重整区（20），所述催化重整区（20）内安置可撤换的蜂窝状催化剂装置；所述催化剂装置采用的催化剂为白云石或Al₂O₃或Cr₂O₃做成的蜂窝体；炉底设有出灰口，依次连接到下方的水封罐（21）和水封槽（22），所述水封槽（22）内布置有液位计（24），水封槽（22）的上部安装有捞渣机（17）。

4.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：生物质气化炉（2）的后部连接有空气预热器（4），所述空气预热器（4）的入口处装有空气流量控制阀门，空气预热器（4）的上端出口通过管道连接至气化炉的进风口（27）。

5.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：所述气体冷却器（7）主要由三部分组成，第一部分通过循环水泵、水箱（14）、气体冷却器（7）内置的循环水换热面通过管道相连，对气化气进行换热冷却；第二部分所述气体冷却器（7）与鼓风机（15）、气体冷却器（7）内置的空气换热面通过管道相连，利用冷空气对气化气进行换热冷却；第三部分是蒸汽发生器（3）的给水通过锅炉给水泵泵送到气体冷却器（7）内置的给水加热受热面内加热后送至蒸汽发生器（3），利用蒸汽发生器（3）的给水对气化气进行换热冷却。

6.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：所述气体收集储柜（9）的前部布置除雾器。

7.根据权利要求1所述的一种高效节能型两段式生物质气化炉气化系统，其特征在于：所述气体洗涤塔（5）产生的洗涤废液和气体干燥器（6）、气体收集储柜（9）产生的冷凝水排入下方的沉淀水池（16）；所述沉淀水池（16）和气体洗涤塔（5）之间通过循环水泵和管道形成循环回路。