CN219409631U - 一种生物质气化耦合水泥窑炉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，包括流化床气化炉设备、分解炉、回转窑；所述流化床气化炉设备侧壁设置原料仓和床料仓，流化床气化炉设备下部设置流化风管；回转窑上游与分解炉相连，回转窑下游与排粉机相连；排粉机上游与煤粉仓相连，排粉机下游与锁斗相连；空气预热器接回转窑，空气预热器下游与气化炉流化风管及二次风环管相连。本装置采用生物质能梯级利用，使用流化床气化炉设备将生物质气化为生物质炭粉和生物质燃气，进而对两者分别利用，解决了现有水泥窑直接掺烧生物质存在掺烧比例很小、水泥窑产量降低、运行不稳定的缺点。并适用于高水分、低热值、低灰熔点的生物质，扩大生物质燃料的选择范围。

Description

一种生物质气化耦合水泥窑炉装置

技术领域

本实用新型涉及生物质技术领域，具体为一种生物质气化耦合水泥窑炉装置。

背景技术

近年来，能源安全和可持续发展问题一直困扰着全球绝大多数的国家。而生物质能源是通过植物的光合作用贮存在植物中的太阳能，是一种重要的可再生能源。就其能源当量而言，仅次于煤炭、石油和天然气。世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保障国家能源安全、实现二氧化碳减排、保持国家经济可持续发展的目的。

水泥窑作为用能大户，对煤炭资源的依赖性限制了水泥窑行业的发展。水泥窑用户希望通过使用生物质能代替部分煤炭，从而达到水泥窑节能减排的目的。传统生物质替代煤作为水泥窑燃料的方法是与煤直接混合掺烧，由于生物质燃料的热值与煤相差较大，掺烧比例很小，否则会造成水泥窑产量降低、运行不稳定。因此，需要一种合理的生物质替代煤炭的方式来提高生物质替代煤炭在水泥窑的利用效果。

发明内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，包括流化床气化炉设备、旋风分离器、高温燃气增压风机、分解炉、回转窑、排粉机、煤粉仓、空气预热器、气泵；所述流化床气化炉设备侧壁设置原料仓和床料仓，流化床气化炉设备下部设置流化风管；旋风分离器的进口与流化床气化炉设备的燃气出口相连，旋风分离器的出口与高温燃气增压风机的进气口相连，旋风分离器底部设置有锁斗；高温燃气增压风机的出气口分为两路，一路与锁斗相连、另一路与分解炉相连；回转窑上游与分解炉相连，回转窑下游与排粉机相连；排粉机上游与煤粉仓相连，排粉机下游与锁斗相连；空气预热器接回转窑，空气预热器下游与气化炉流化风管及二次风环管相连。

进一步地，所述流化床气化炉设备底部设置冷却螺旋绞龙，冷却螺旋绞龙与气泵相连，气泵与分解炉相连。

进一步地，所述高温燃气增压风机后设置流量调节阀。目的在于，调节进入锁斗中燃气流量，便于生物质炭粉顺利吹入排粉机中。

进一步地，所述流化床气化炉设备下部的热解段为渐缩结构，上部的炭粉输送段为直筒结构，热解段和炭粉输送段布置了二次风环管；流化风管上设风帽，风帽为侧开孔结构。目的在于，气化炉设备下部的热解段为渐缩结构，有利于热解气化反应的稳定进行；热解段和炭粉输送段布置了二次风环管，流化风管上设风帽，能够将预热空气均匀的送入流化床气化炉设备中，便于高效的完成热解气化反应；风帽为侧开孔结构，避免流化床中物料堵塞布风口。

一种生物质气化耦合水泥窑炉的方法，包括以下步骤：

步骤(1).生物质原料通过原料仓加入到流化床气化炉设备，床料通过床料仓加入到流化床气化炉设备的热解段，生物质原料与通入的少量空气发生部分氧化反应，放出热量实现生物质热解气化，生成生物质燃气与生物质炭粉，同时进行床料的焙烧；

步骤(2).生物质炭粉被生物质燃气携带进入炭粉输送段，生物质燃气与二次风环管进入的预热空气发生氧化产生高温，高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器，经旋风分离器进行气固分离后，高温生物质炭粉进入锁斗中暂存；高温生物质燃气通过高温燃气增压风机进行加压并经过流量调节阀分成两路，一路用于将锁斗中高温生物质炭粉输送至排粉机，与煤粉仓输出的煤粉经排粉机混合，送至回转窑中燃烧；另一路高温生物质燃气送入分解炉中燃烧加热入炉生料；

步骤(3).回转窑余热回收系统设置空气预热器，回转窑生产的高温熟料经空气预热器冷却后排出，空气经空气预热器预热后进入流化风管和二次风环管。预热空气温度为20～800℃，用于流化床气化炉设备气化反应的气化剂；

步骤(4).床料在流化床气化炉设备中焙烧后经冷却螺旋绞龙排出，由气泵输送至分解炉，与预热分解后的生料混合后进入回转窑。

进一步地，步骤(1)所述流化床气化炉设备的热解段运行温度为400～800℃，流化速度为0.3～3m/s；炭粉输送段运行温度为500～900℃，流化速度为1～5.5m/s。

进一步地，步骤(1)所述床料为铝矾土与粘土、高硅砂岩、金属灰渣、黄磷渣的两种或者多种组合，其中铝矾土质量比例不低于30％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本装置采用生物质能梯级利用，使用流化床气化炉设备将生物质气化为生物质炭粉和生物质燃气，进而对两者分别利用，解决了现有水泥窑直接掺烧生物质存在掺烧比例很小、水泥窑产量降低、运行不稳定的缺点。并适用于高水分、低热值、低灰熔点的生物质，扩大生物质燃料的选择范围。

(2)流化床采用流化风管布风，风管上设风帽，风帽采用侧向开孔，具有流化气速高、生物质热解气化充分的特点，同时避免了流化床中物料堵塞布风口。

(3)回转窑余热回收系统设置空气预热器，有效利用水泥窑余热，通过调节预热空气的温度调节生物质炭粉和生物质燃气的生成比例，实现对水泥窑温度控制。

(4)床料在流化床气化炉设备中进行焙烧后，由气泵输送至分解炉底部，与预热分解后的生料混合后进入回转窑，混合后生料的易烧性、均匀性、细度都有显著提高，可改善水泥的品质。

(5)生物质炭粉和生物质燃气在高温状态下被输送，系统无焦油析出问题，同时生物质炭粉和生物质燃气的显热被充分利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、流化床气化炉设备，101、炭粉输送段，102、原料仓，103、二次风环管，104、床料仓，105、风帽，106、流化风管，107、热解段，108、冷却螺旋绞龙，2、旋风分离器，201、锁斗，3、高温燃气增压风机，301、流量调节阀，4、分解炉，5、回转窑，6、排粉机，7、煤粉仓，8、空气预热器，9、气泵。

具体实施方式

为了使本实用新型的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型，在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，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，可以两个元件内部的连通。

如图1所示，一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，包括流化床气化炉设备1、旋风分离器2、高温燃气增压风机3、分解炉4、回转窑5、排粉机6、煤粉仓7、空气预热器8、气泵9；所述流化床气化炉设备1侧壁设置原料仓102和床料仓104，流化床气化炉设备1下部设置流化风管106；旋风分离器2的进口与流化床气化炉设备1的燃气出口相连，旋风分离器2的出口与高温燃气增压风机3的进气口相连，旋风分离器2底部设置有锁斗201；高温燃气增压风机3的出气口分为两路，一路与锁斗201相连、另一路与分解炉4相连；回转窑5上游与分解炉4相连，回转窑5下游与排粉机6相连；排粉机6上游与煤粉仓7相连，排粉机6下游与锁斗201相连；空气预热器8接回转窑5，空气预热器8下游与气化炉流化风管106及二次风环管103相连。

所述流化床气化炉设备1底部设置冷却螺旋绞龙108，冷却螺旋绞龙108与气泵9相连，气泵9与分解炉4相连。

所述高温燃气增压风机3后设置流量调节阀301。目的在于，调节进入锁斗201中燃气流量，便于生物质炭粉顺利吹入排粉机6中。

所述流化床气化炉设备1下部的热解段107为渐缩结构，上部的炭粉输送段101为直筒结构，热解段107和炭粉输送段101布置了二次风环管103；流化风管106上设风帽105，风帽105为侧开孔结构。目的在于，气化炉设备1下部的热解段107为渐缩结构，有利于热解气化反应的稳定进行；热解段107和炭粉输送段101布置了二次风环管103，流化风管106上设风帽105，能够将预热空气均匀的送入流化床气化炉设备1中，便于高效的完成热解气化反应；风帽105为侧开孔结构，避免流化床中物料堵塞布风口。

一种生物质气化耦合水泥窑炉的方法，包括以下步骤：

步骤(1).生物质原料通过原料仓102加入到流化床气化炉设备1，床料通过床料仓104加入到流化床气化炉设备1的热解段107，生物质原料与通入的少量空气发生部分氧化反应，放出热量实现生物质热解气化，生成生物质燃气与生物质炭粉，同时进行床料的焙烧；

步骤(2).生物质炭粉被生物质燃气携带进入炭粉输送段101，生物质燃气与二次风环管103进入的预热空气发生氧化产生高温，高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器2，经旋风分离器2进行气固分离后，高温生物质炭粉进入锁斗201中暂存；高温生物质燃气通过高温燃气增压风机3进行加压并经过流量调节阀301分成两路，一路用于将锁斗201中高温生物质炭粉输送至排粉机6，与煤粉仓7输出的煤粉经排粉机6混合，送至回转窑5中燃烧；另一路高温生物质燃气送入分解炉4中燃烧加热入炉生料；

步骤(3).回转窑5余热回收系统设置空气预热器8，回转窑5生产的高温熟料经空气预热器8冷却后排出，空气经空气预热器8预热后进入流化风管106和二次风环管103。预热空气温度为20～800℃，用于流化床气化炉设备1气化反应的气化剂；

步骤(4).床料在流化床气化炉设备1中焙烧后经冷却螺旋绞龙108排出，由气泵9输送至分解炉4，与预热分解后的生料混合后进入回转窑5。

其中，步骤(1)所述流化床气化炉设备1的热解段107运行温度为400～800℃，流化速度为0.3～3m/s；炭粉输送段101运行温度为500～900℃，流化速度为1～5.5m/s。

其中，步骤(1)所述床料为铝矾土与粘土、高硅砂岩、金属灰渣、黄磷渣的两种或者多种组合，其中铝矾土比例不低于30％。

实施例1

原料为稻壳，含水率15％，通过原料仓102加入到流化床气化炉设备1；床料为40％铝矾土、50％粘土、10％高硅砂岩，通过床料仓104加入到流化床气化炉设备1的热解段107。生物质原料与通入的少量空气发生部分氧化反应，放出热量实现生物质热解气化，生成生物质燃气与生物质炭粉，同时进行床料的焙烧。生物质炭粉被生物质燃气携带进入炭粉输送段101，生物质燃气与二次风环管103进入的预热空气发生氧化产生800℃高温。高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器2进行气固分离后，高温生物质炭粉进入锁斗201中暂存，高温生物质燃气通过高温燃气增压风机3进行加压并经过流量调节阀301分成两路，一路用于将锁斗201中高温生物质炭粉输送至排粉机6，与煤粉仓7输出的煤粉经排粉机6混合，送至回转窑5中燃烧，生物质炭粉热值5500kcal/kg；另一路高温生物质燃气送入分解炉4中燃烧产生热能，对进入分解炉4的生料进行预热分解，生物质燃气热值1050kcal/Nm3。回转窑5余热回收系统设置空气预热器8，回转窑5生产的高温熟料经空气预热器8冷却后排出，空气经空气预热器8预热至300℃后进入流化风管106和二次风环管103，用于流化床气化炉设备1气化反应的气化剂。床料在流化床气化炉设备1中焙烧后经冷却螺旋绞龙108排出，由气泵9输送至分解炉4，与预热分解后的生料混合后进入回转窑5。稻壳原料的SiO2转入生物质炭粉中，通过与煤粉混合燃烧最终固定在水泥中，可对水泥产生纳米级增强。

实施例2

原料为木片，含水率25％，通过原料仓102加入到流化床气化炉设备1；床料为30％铝矾土、60％粘土、10％金属灰渣，通过床料仓104加入到流化床气化炉设备1的热解段107。生物质原料与通入的少量空气发生部分氧化反应，放出热量实现生物质热解气化，生成生物质燃气与生物质炭粉，同时进行床料的焙烧。生物质炭粉被生物质燃气携带进入炭粉输送段101，生物质燃气与二次风环管103进入的预热空气发生氧化产生850℃高温。高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器2进行气固分离后，高温生物质炭粉进入锁斗201中暂存，高温生物质燃气通过高温燃气增压风机3进行加压并经过流量调节阀301分成两路，一路用于将锁斗201中高温生物质炭粉输送至排粉机6，与煤粉仓7输出的煤粉经排粉机6混合，送至回转窑5中燃烧，生物质炭粉热值6000kcal/kg；另一路高温生物质燃气送入分解炉4中燃烧，生物质燃气热值1150kcal/Nm3。回转窑5余热回收系统设置空气预热器8，回转窑5生产的高温熟料经空气预热器8冷却后排出，空气经空气预热器8预热至500℃后进入流化风管106和二次风环管103，用于流化床气化炉设备1气化反应的气化剂。床料在流化床气化炉设备1中焙烧后经冷却螺旋绞龙108排出，由气泵9输送至分解炉4，与预热分解后的生料混合后进入回转窑5。

实施例3

原料为木片，含水率25％，通过原料仓102加入到流化床气化炉设备1；床料为30％铝矾土、40％粘土、20％高硅砂岩、10％黄磷渣，通过床料仓104加入到流化床气化炉设备1的热解段107。生物质原料与通入的少量空气发生部分氧化反应，放出热量实现生物质热解气化，生成生物质燃气与生物质炭粉，同时进行床料的焙烧。生物质炭粉被生物质燃气携带进入炭粉输送段101，生物质燃气与二次风环管103进入的预热空气发生氧化产生870℃高温。高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器2进行气固分离后，高温生物质炭粉进入锁斗201中暂存，高温生物质燃气通过高温燃气增压风机3进行加压并经过流量调节阀301分成两路，一路用于将锁斗201中高温生物质炭粉输送至排粉机6，与煤粉仓7输出的煤粉经排粉机6混合，送至回转窑5中燃烧，生物质炭粉热值5500kcal/kg；另一路高温生物质燃气送入分解炉4中燃烧，生物质燃气热值1100kcal/Nm3。回转窑5余热回收系统设置空气预热器8，回转窑5生产的高温熟料经空气预热器8冷却后排出，空气经空气预热器8预热至500℃后进入流化风管106和二次风环管103，用于流化床气化炉设备1气化反应的气化剂。床料在流化床气化炉设备1中焙烧后经冷却螺旋绞龙108排出，由气泵9输送至分解炉4，与预热分解后的生料混合后进入回转窑5。

本实用新型的原理为：

根据生物质工业元素分析，生物质是主要有固定碳、挥发分、灰分组成。生物质在流化床气化炉设备中进行热解、气化反应；流化床气化炉下部的热解段为渐缩结构，有利于热解气化反应的稳定进行。生物质中挥发分和10～40％的固定碳转化为生物质燃气，剩余固定碳存留在生物质炭粉中，高温生物质燃气携带生物质炭粉进入旋风分离器。流化床气化炉设备上部的炭粉输送段为直筒结构有利于高温生物质燃气携带炭粉的输送。

高温生物质燃气和生物质炭粉经旋风分离器进行气固分离后，分别送往回转窑和分解炉中燃烧。生物质炭粉热值为5000～6500kcal/kg，与煤的热值接近，能够与煤直接掺烧。生物质燃气通入分解炉内，可提高炉内燃烧速度，提高生料分解率。

回转窑余热回收系统设置空气预热器，空气经空气预热器预热后进入流化风管和二次风环管。预热空气的温度为20～800℃，通过调整预热空气的温度可以调节生物质炭粉和生物质燃气的生成比例，进而控制水泥窑温度。

气化炉中加入床料为铝矾土与粘土、高硅砂岩、金属灰渣、黄磷渣的两种或者多种组合。床料在气化反应的过程中不仅起到辅助流化及传热的作用，还能够利用流化床的热量进行焙烧，其易烧性、均匀性、细度都有显著提高。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，其特征在于：包括流化床气化炉设备(1)、旋风分离器(2)、高温燃气增压风机(3)、分解炉(4)、回转窑(5)、排粉机(6)、煤粉仓(7)、空气预热器(8)、气泵(9)；所述流化床气化炉设备(1)侧壁设置原料仓(102)和床料仓(104)，流化床气化炉设备(1)下部设置流化风管(106)；旋风分离器(2)的进口与流化床气化炉设备(1)的燃气出口相连，旋风分离器(2)的出口与高温燃气增压风机(3)的进气口相连，旋风分离器(2)底部设置有锁斗(201)；高温燃气增压风机(3)的出气口分为两路，一路与锁斗(201)相连、另一路与分解炉(4)相连；回转窑(5)上游与分解炉(4)相连，回转窑(5)下游与排粉机(6)相连；排粉机(6)上游与煤粉仓(7)相连，排粉机(6)下游与锁斗(201)相连；空气预热器(8)接回转窑(5)，空气预热器(8)下游与气化炉流化风管(106)及二次风环管(103)相连。

2.根据权利要求1所述的一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，其特征在于：所述流化床气化炉设备(1)底部设置冷却螺旋绞龙(108)，冷却螺旋绞龙(108)与气泵(9)相连，气泵(9)与分解炉(4)相连。

3.根据权利要求1所述的一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，其特征在于：所述高温燃气增压风机(3)后设置流量调节阀(301)。

4.根据权利要求1所述的一种生物质气化耦合水泥窑炉装置，其特征在于：所述流化床气化炉设备(1)下部的热解段(107)为渐缩结构，上部的炭粉输送段(101)为直筒结构，热解段(107)和炭粉输送段(101)布置了二次风环管(103)；流化风管(106)上设风帽(105)，风帽(105)为侧开孔结构。