TW201437352A

TW201437352A - 自除焦油式生物質固定床氣化爐系統

Info

Publication number: TW201437352A
Application number: TW103108928A
Authority: TW
Inventors: guang-jian Zhao; Pei-Bi Ma; Chang-Liang Yang; Hong-Chao Liang
Original assignee: Chen jin biao
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-10-01
Also published as: CN103289748B; CN103289748A

Abstract

本發明提供了一種自除焦油式生物質固定床氣化爐系統，包括一自除焦油式生物質固定床氣化爐，該氣化爐包括一縱向設置的爐體，該爐體自下至上依次為一錐斗狀尾灰段、一筒狀反應段及一除焦油段；該除焦油段的頂部設有一燃氣出口，該尾灰段的底部設有一出渣口，該尾灰段的側部設有至少一個氣化介質入口，該反應段的上部側面設有一進料口，該反應段和該除焦油段之間設有一隔板，該隔板上設有一用於與反應段相通的燃氣入口；該除焦油段內設有一除焦油裝置，該除焦油裝置包括一冷凝筒，該冷凝筒呈兩端開口的筒狀殼體，該筒狀殼體的下端開口連接於該隔板上的燃氣入口；該除焦油段的爐壁、隔板及除焦油裝置的外殼三者形成燃氣無法進入的空間；該筒狀殼體內設有多條冷卻管形成的管束。

Description

自除焦油式生物質固定床氣化爐系統

　　本發明涉及一種自除焦油式生物質固定床氣化爐系統

　　按，生物質是十分重要的可再生能源，具有可再生性、低污染性和廣泛分佈性等特點。利用生物質作為替代能源，對低碳減排，減少『溫室效應』和改善大氣酸雨環境具有十分重要的意義。生物質氣化系統就是利用生物質在氣化爐中密閉缺氧燃燒，通過乾餾熱解及熱化學氧化後產生可燃氣體。
　　固定床氣化爐是生物質氣化系統的重要類型。固定床氣化爐中，燃料在爐內以堆積的狀態存在，以層燃的方式完成氣化過程。固定床氣化爐因為燃料熱解時間較長，壓料較多，所以燃氣中焦油含量較高，加上所產燃氣溫度較低，導致焦油極易析出，從而堵塞燃氣通道。
　　目前，生物質氣化爐系統多採用外部除焦油如水洗等，或者通過增加二、三次風來提高生物質燃氣溫度來解決或緩解焦油問題。
　　例如，中國專利申請201010251310.2公開了一種規模化固定床生物質氣化發電生產工藝及成套設備，其由四個部分組成：(1)原料預處理部分，主要包括原料收集、烘乾和成型系統；(2)生物質氣化部分，主要為大型生物質固定床氣化爐及其相關配套設施；(3)氣體淨化部分，主要包括除灰、除焦油、脫硫、脫氯等設備；(4)燃氣發電部分，深度淨化後的燃氣主要利用內燃機中燃燒發電。
　　中國專利申請201110385439.7公開了一種焦油分級收集的固定床生物質氣化工藝及設備，設置與氣化爐相連的高溫過濾除塵器，在高溫過濾除塵器的出氣口串連多個焦油收集器，經氣化風入口管向氣化爐的頂部或底部通入氣化風流，將氣化爐中含有焦油的高溫混合氣體排出，在保持溫度的條件下，經第一導氣管進入高溫過濾除塵器進行高溫除塵，之後經第二導氣管進入串連的多個焦油收集器分段處理，得到不同成分的焦油。根據燃氣中焦油成分的餾段不同，利用冷卻方式分級收集燃氣中的焦油，再根據收集到的成分的不同進行有效的利用。
　　惟，上述專利前案中，採用外部除焦油，通過外部水洗析出的焦油與水一起排入環境中，造成對循環水的污染和工作環境的惡化，並且對外部環境造成嚴重的污染。
　　而通過增加二、三次風提高燃氣溫度，實際上是以犧牲燃氣的熱值為代價的，並且提高燃氣溫度對燃氣管道及後續設備的要求也大大提高，成本也將隨之增加，並且伴隨管路延長，不可避免的出現燃氣降溫，一旦降溫，就會產生焦油。
　　這兩種技術都是在犧牲環境、投資成本(設備的使用壽命)或產出效率的前提下解決焦油問題的，都有非常明顯的缺陷。
　　因此，如何提供一種既能實現較好的除焦油效果、又能在不降低產出效率及設備使用壽命、且不對環境造成污染的用於生物質固定床氣化爐的自除焦油的方法，成為了業界需要解決的問題。

　　針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種自除焦油式生物質固定床氣化爐系統，其既能實現較好的除焦油效果，又能在不降低產出效率及設備使用壽命，且不對環境造成污染，還能滿足工業化應用的需要。
　　為了實現上述目的，本發明提供了一種自除焦油式生物質固定床氣化爐系統，包括一自除焦油式生物質固定床氣化爐，該氣化爐包括一縱向設置的爐體，該爐體自下至上依次為一錐斗狀尾灰段(含風室)、一筒狀反應段及一除焦油段；該尾灰段和該反應段之間設有一爐排；該除焦油段的頂部設有一燃氣出口；該尾灰段的底部設有一出渣口，該尾灰段的側部設有至少一個氣化介質入口；該反應段的上部側面設有一進料口。
　　該反應段和該除焦油段之間設有一隔板，該隔板上設有用於與該反應段相通的燃氣入口；該除焦油段內設有一除焦油裝置，該除焦油裝置包括一冷凝筒，該冷凝筒呈兩端開口的筒狀殼體，該筒狀殼體的下端開口連接於該隔板上的燃氣入口；該除焦油段的爐壁、隔板及除焦油裝置的外殼三者形成燃氣無法進入的空間。
　　該筒狀殼體內設有多條冷卻管形成的管束，該多條冷卻管豎直懸掛且間隔設置，該筒狀殼體的上端開口連接一燃氣管道，該燃氣管道連接至該燃氣出口。
　　本發明中，該反應段的上部側面設有一進料口，生物質燃料通過該進料口從爐外輸送至爐內進行反應，該進料口設置於該隔板的下方。
　　本發明的自除焦油式生物質固定床氣化爐系統還包括一進料裝置，該進料裝置可為各種合適的進料裝置，由於進料有可能被焦油黏住，因而其優選為連續進料裝置，例如螺旋輸送機。
　　本發明中，該反應段內所產生的燃氣通過該隔板上的燃氣入口進入該冷凝筒的筒狀殼體內，穿過該筒狀殼體到達燃氣管道，然後穿過該燃氣管道到達位於爐頂的燃氣出口並輸出；在燃氣穿過該筒狀殼體的過程中，由於該冷卻管的冷卻作用，燃氣的溫度降低，燃氣內所包含的焦油成分遇冷凝結在該冷卻管的外管壁上及該筒狀殼體的內壁上，同時捕捉燃氣中攜帶的灰塵，累積到一定程度後，在自重的作用下，向下流動，最後滴回爐內料堆。
　　本發明中，主要通過在爐內設置一冷卻空間，並使燃氣通過該冷卻空間來使燃氣與焦油分離；可採用多種製冷方案來實現在爐內設置一冷卻空間，例如，可通過製冷壓縮機進行製冷，又如，可通過冷媒(例如水)進行製冷，關於通過冷媒(例如水)進行製冷的方案，將在下文進行詳細描述。
　　本發明中，該冷卻管的作用有兩個，一個是製造一定的冷卻空間，另一個是使焦油在該冷卻管上附著且凝結，隨氣化爐的燃氣產量及焦油含量而定，該冷卻管管束的數目可為幾十根甚至幾百根，例如，該數目可為50-100根。
　　根據本發明另一具體實施方式，該冷卻管包括一細管及一粗管，該粗管套在該細管之外，該細管兩端開口，該粗管底端封閉、頂端開口，該粗管與該細管在底端連通；該除焦油裝置進一步包括位於該爐體頂部的一冷媒容器，該冷媒容器的頂部設有一冷媒入口，其底部設有多個與該冷卻管的細管對應的小孔；該筒狀殼體的頂部為上窄下寬的喇叭口，該喇叭口的頂部開口連接一燃氣管道；該冷卻管位於該燃氣管道的外圍，該細管的頂端連接與其對應的小孔，該冷卻管的下部穿過該喇叭口進入該冷凝筒的筒狀殼體內，該粗管的頂端開口連接於該喇叭口上；該爐體的除焦油段的爐壁上設有一冷媒出口。
　　本發明中，冷媒可為各種合適的流體材料，考慮到成本及便於實施的因素，其優選為水。
　　本發明中，冷媒通過輸送冷媒的管道從冷媒入口進入冷媒容器，從冷媒容器底部的小孔進入冷卻管的細管向下流動，隨後在細管的底部進入粗管並向上流動，當冷媒到達粗管的頂端開口，從粗管的頂端開口進入除焦油段的爐壁、隔板及除焦油裝置的外殼三者形成的密閉空間，最終從除焦油段爐壁上的冷媒出口流出爐體，冷媒(例如水)在冷卻管的細管中向下流動，後經粗管向上流動的時候，對燃氣進行冷卻以使焦油析出，同時自身也被加熱，如下文所述，加熱後的冷媒可以進入冷卻裝置進行冷卻，然後重新進入爐內，以實現循環利用，進而減少成本。
　　根據本發明另一具體實施方式，該除焦油裝置的數目為兩個或兩個以上，相對地，該反應段和該除焦油段之間的隔板上設有相同數目的燃氣入口，該除焦油段的頂部設有相同數目的燃氣出口，通過這樣的設置，爐內的多個除焦油裝置可以輪流使用，當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可關閉該除焦油裝置，而開啟另一除焦油裝置，被關閉的冷凝筒的冷媒不再循環，通過排空閥排除絕大部分冷媒，該冷凝筒在沒有冷媒冷卻的情況下，會被較高溫度的燃氣加熱，其壁上凝結的焦油在高溫下會融化，並在自重的作用下流下到料堆，這樣就完成了故障冷凝筒的自清理工作。
　　根據本發明另一具體實施方式，該除焦油裝置進一步包括用於加熱冷卻管的加熱裝置；通過這樣的設置，當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可將其關閉，且將其加熱裝置打開，從而使凝結於該冷卻管上的焦油受熱而變為流體流下，並從該隔板上的燃氣入口返回該反應段繼續參加反應，同時完成該冷凝筒的自清理。
　　根據本發明另一具體實施方式，其進一步包括位於爐外的冷媒冷卻裝置(例如冷卻塔)，該冷媒冷卻裝置具有一出口及一入口，該爐體之除焦油段的爐壁上的冷媒出口通過管道連接至該冷媒冷卻裝置的入口，該冷媒容器通過管道連接至該冷媒冷卻裝置的出口，加熱後的冷媒通過管道進入該冷媒冷卻裝置進行冷卻，然後重新進入爐內，以實現循環利用，進而減少成本。
　　根據本發明另一具體實施方式，該自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括一蒸汽發生器，該蒸汽發生器為環繞該爐體的反應段的夾套，包括至少一個入口及至少一個出口；進入該蒸汽發生器的水的來源可為，例如，爐體上冷媒出口的出水、水冷爐排的出水及冷媒冷卻裝置所提供的水等等；該蒸汽發生器利用爐溫，將進入的水加熱為蒸汽，該蒸汽可從位於該爐底的氣化介質入口進入爐內參與反應，以提高所產生燃氣的熱值；更重要的是，可利用該蒸汽對冷卻管進行加熱，即當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可將其關閉，且將該冷媒容器的冷媒入口連接蒸汽管道，從而使蒸汽通過該冷卻管，進而使凝結於冷卻管上的焦油受熱而變為流體流下；值得注意的是，當採用蒸汽對該冷卻管進行加熱，蒸汽在爐內的路徑與冷卻時冷卻水在爐內的路徑相同。
　　根據本發明另一具體實施方式，該爐排為水冷爐排，該水冷爐排包括多條並行排列的爐排桿，每條爐排桿均為帶有空腔的金屬管，該水冷爐排包括用於驅動爐排桿進行旋轉的驅動電機及控速裝置；該水冷爐排的出口通過管道連接至該蒸汽發生器的入口；該水冷爐排的入口，例如，通過管道連接至該冷媒冷卻裝置的出口。
　　另外，每條爐排桿均安裝有可以該爐排桿為旋轉軸進行旋轉的葉片，該葉片均位於該氣化爐的爐體內；通過驅動電機帶動該爐排桿旋轉，進而帶動該爐排桿上的葉片旋轉，可以實現更好的排渣效果，有效地對該爐排進行連續主動清渣，防止灰渣在該爐排上堆積；具體而言，該葉片可為螺旋式、多棱柱形、或者刀片形。
　　根據本發明另一具體實施方式，該蒸汽發生器的出口通過管道連接至一個或多個氣化介質入口，即，使水蒸汽參與氣化反應以提高所產生燃氣的熱值。
　　根據本發明另一具體實施方式，該蒸汽發生器具有用於通過管道連接至該冷媒容器的頂部入口的出口，即採用蒸汽對該冷卻管進行加熱。
　　根據本發明另一具體實施方式，該自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括一回流燃氣加熱段，該回流燃氣加熱段為環繞該爐體的反應段的夾套，且位於一蒸汽發生器的上方，其包括燃氣入口以及燃氣出口；該回流燃氣加熱段的燃氣入口通過管道直接或間接連接至該爐體頂部的燃氣出口；其目的是通過爐溫對燃氣進行加熱，以減少熱損失，提高氣化爐的效率。
　　根據本發明另一具體實施方式，該自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括一啟爐放散管道，該啟爐放散管道連接至位於該反應段上部側面的放散口，其作用是在啟爐時打開，以將爐內的煙氣排出。
　　根據本發明另一具體實施方式，其進一步包括位於該爐體之外的第二級除焦油裝置，該第二級除焦油裝置可為和爐內除焦油裝置相同的裝置，也可為和爐內除焦油裝置不同的其他類型的裝置。
　　與現有技術相比，本發明具備如下之優點與功效：
　　1. 不會對燃氣的生產效率產生影響，也不會對外部環境和循環水造成污染。
　　2. 燃氣溫度的降低一部分用於對爐內乾燥層燃料的乾燥，因此循環水冷卻帶走的熱量較小，在燃氣降溫過程中，大量焦油被回收並再次參與氣化，大大提高了能量利用率，兩者相比，節約的大於冷卻損失的。
　　3. 由於燃氣溫度較低，對輔機、儀表及管道等設備的要求也大大降低，節省投資成本。

1．．．氣化爐

2．．．進料裝置

3．．．尾灰輸送裝置

4．．．氣化介質供應裝置

5．．．啟爐放散裝置

6．．．水封閥

7．．．第二級除焦油裝置

11．．．尾灰段

12．．．反應段

121．．．蒸汽發生器

122．．．回流燃氣加熱段

13．．．除焦油段

131．．．爐壁

14．．．除焦油裝置

15．．．水冷爐排

16．．．隔板

1401．．．水盆

1402．．．冷卻管

1403．．．冷凝筒

1404．．．燃氣管道

1405．．．喇叭口

801、802、803．．．燃氣管道

第一圖所示係本發明與相關設備之系統結構示意圖
第二圖所示係本發明之結構示意圖

　　茲舉三較佳可行實施例配合附圖，詳述本發明之構造特徵及其功效如下，俾使鈞上易於瞭解且認同者。
　　如第一圖所示，本實施例的自除焦油式生物質固定床氣化爐系統，包括自除焦油式生物質固定床氣化爐1，以及冷媒冷卻裝置(冷卻塔，圖中未示)、進料裝置2、尾灰輸送裝置3、氣化介質供應裝置4、啟爐放散裝置5、水封閥6、第二級除焦油裝置7、燃氣管道801、802、803。
　　如第二圖所示，本實施例的自除焦油式生物質固定床氣化爐1，包括一縱向設置的爐體、一蒸汽發生器121及一回流燃氣加熱段122；該爐體自下至上依次為一錐斗狀尾灰段11、一筒狀反應段12及一除焦油段13；該尾灰段11和該反應段12之間設有一水冷爐排15；該除焦油段13的頂部設有兩個燃氣出口；該尾灰段11的底部設有一出渣口，該尾灰段11的側部設有一氣化介質入口；該反應段12的上部側面設有一進料口；該進料裝置2的末端通入該進料口，該出渣口通向該尾灰輸送裝置3，該氣化介質供應裝置4通過管道連接至該氣化介質入口；該啟爐放散裝置5連接至位於該反應段12上部側面的放散口。
　　該反應段12和該除焦油段13之間設有一隔板16，該隔板16上設有兩個用於與該反應段12相通的一燃氣入口；該除焦油段13內設有兩個除焦油裝置14。
　　該除焦油裝置14利用水做冷媒，其包括一冷媒容器(水盆1401)、多條(例如80條)冷卻管1402形成的管束、一冷凝筒1403及一燃氣管道1404；其中，該水盆1401位於該爐體頂部，該水盆的頂部設有一進水口，其底部設有80個與該冷卻管1402的細管對應的小孔；該冷卻管1402包括一細管和一粗管，該粗管套在該細管之外，該細管兩端開口，該粗管底端封閉、頂端開口，該粗管與該細管在底端連通。
　　該冷凝筒1403呈兩端開口的筒狀殼體，該筒狀殼體的下端開口連接於該隔板16上的燃氣入口；該筒狀殼體的頂部為上窄下寬的喇叭口1405，該喇叭口1405的頂部開口連接一燃氣管道1404；該燃氣管道1404連接至該燃氣出口；該除焦油段13的爐壁131、隔板16、除焦油裝置14的外殼三者形成燃氣無法進入的空間。
　　80條冷卻管1402位於該燃氣管道1404的外圍，該細管的頂端連接該水盆上與其對應的小孔，該冷卻管1402的下部穿過一喇叭口1405進入該冷凝筒1403的筒狀殼體內，該粗管的頂端開口連接於一喇叭口1405上；該除焦油段的爐壁131上設有一出水口。
　　該冷卻塔具有一出口和一入口，該除焦油段的爐壁131上的出水口通過管道連接至該冷卻塔的入口，該水盆1401通過管道連接至該冷卻塔的出口。
　　該蒸汽發生器121為環繞該爐體的反應段12的夾套，包括兩個入口以及一個出口；該入口分別連接水冷爐排及冷卻塔；該出口可通過蒸汽管道連接至該水盆1401的進水口；這裡需要指出的是，當需要冷卻時，該水盆1401的進水口通過水管連接該冷卻塔；當需要加熱時，該水盆1401的進水口通過蒸汽管道連接該蒸汽發生器121的出口。
　　該水冷爐排15包括多條並行排列的爐排桿以及用於驅動爐排桿進行旋轉的驅動電機，每條爐排桿均為帶有空腔的金屬管，每條爐排桿的兩端均位於該氣化爐的爐體之外，每條爐排桿的兩端均設有水冷旋轉接頭；每條爐排桿均安裝有一螺旋形葉片，該螺旋形葉片可以該爐排桿為旋轉軸進行旋轉，該螺旋形葉片均位於該氣化爐的爐體內；該水冷爐排15的出口通過管道連接至該蒸汽發生器的入口。
　　該第二級除焦油裝置7位於該氣化爐的爐體之外，其和爐內除焦油裝置14大致相同，在此不再贅述；該氣化爐所產生的燃氣經燃氣管道801、802進入該水封閥6，然後從該水封閥6經燃氣管道803進入該第二級除焦油裝置7中進行除焦。
　　該回流燃氣加熱段122為環繞該爐體的反應段12的夾套，且位於該蒸汽發生器121的上方，包括一燃氣入口及一燃氣出口；燃氣經過該第二級除焦油裝置7的除焦之後，進入回流燃氣加熱段，燃後輸送至下游用戶。
第二實施例
　　本實施例與第一實施例的不同之處在於：(1)該爐內除焦油裝置的數目為一個，(2)該蒸汽發生器具有兩個出口，該氣化介質入口也有兩個，一個蒸汽發生器出口可連接至該水盆的進水口，另一個蒸汽發生器出口連接至一個氣化介質入口，另一個氣化介質入口通入空氣。
第三實施例
　　本實施例與第一實施例的不同之處在於：爐內除焦油裝置的數目為三個。
　　雖然本發明以較佳實施例揭露如上，但並非用以限定本發明實施的範圍；任何本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的申請專利範圍內，當可作些許的改進，即凡是依照本發明所做的同等改進，應為本發明的範圍所涵蓋。
　　綜上所陳，本發明實施例所揭露之具體構造，經查確為習知者所無，並能達致預期之目的與功效，堪稱一極具新穎且進步之發明，爰依法提出發明專利申請。