TWI659096B - 雙流化床氣化爐系統 - Google Patents

Abstract

本發明雙流化床氣化爐系統，其包含有一流化床氣化爐，以及分別連接該流化床氣化爐之熱電裝置、助燃裝置、廢氣裝置；其中，該雙流化床氣化爐包含有一輸入生質燃料且氣化形成一氣體產物之氣化反應器，一輸入一輔助燃料且形成一煙道氣之燃燒反應器，一連接該燃燒反應器之旋風分離器，一連通該氣化反應器與燃燒反應器間之第一連接管，以及一連接該旋風分離器與該氣化反應器之第二連接管；是以，透過前述之設計，可使該氣化反應器將生質燃料氣化成高潔淨高熱值合成氣，同時生質物氣化後所產生之固體顆粒及殘留的碳會被氣流帶出，並靠重力作用進入該燃燒反應器進行燃燒，並以燃燒反應放出之熱能加熱床材，經由將床材送至氣化爐維持氣化所需溫度，能有效提高整體轉換效率。

Description

雙流化床氣化爐系統

本發明是有關於一種循環流化床系統，特別是一種雙流化床氣化爐系統。

生質物氣化是生物質熱化學轉換的一種技術，其基本原理在不完全燃燒條件下，將生物質原料加熱，使具有較高分子量的有機碳氫化合物鏈裂解，變成較低分子量CO、H ₂、CH ₄等可燃氣體，是一種常用的生物質能轉換途徑；而生物質氣化能量轉換效率高，設備簡單，易操作，不受地區、燃料種類和氣候的限制，生物質經氣化生成為可燃氣體，並當作燃料使用，如廣泛用於內燃機、熱氣機等動力裝置的燃料，輸出電力或動力，提升了生物質能源的利用效率。

依氣化爐技術可分為固定氣化床氣化技術、流化床氣化技術及攜帶床氣化技術，就以流化床氣化技術而言，流化床氣化技術能夠用於大、中規模氣化，操作負荷變化大，產生焦油含量低，但設備結構相對複雜，因此，如何研發出一種可穩定且有效率地將生物質經氣化生成可燃氣，以及氣化或後的生物質如何處理，並且如何建置後續空氣的處理系統，及完整的發電系統，為後續所努力之目標。

因此，本發明之目的，是在提供ㄧ種雙流化床氣化爐系統，其能有效利用生物穩定將生質物氣化成高品質氣體燃料，並且能有效提高整體轉換效率。

於是，本發明雙流化床氣化爐系統，其包含有一流化床氣化爐，以及分別連接該流化床氣化爐之熱電裝置、助燃裝置、廢氣裝置；其中，該雙流化床氣化爐包含有一輸入生質燃料且氣化形成一氣體產物之氣化反應器，一輸入一輔助燃料且形成一煙道氣之燃燒反應器，一連接該燃燒反應器之旋風分離器，一連通該氣化反應器與燃燒反應器間之第一連接管，以及一連接該旋風分離器與該氣化反應器之第二連接管，而前述該第一連接管連接氣化爐將床材固體顆粒與氣化後殘餘的未燃碳送至燃燒反應器進行燃燒，於燃燒反應器中燃燒所放出的熱可供床材加熱，而經燃燒反應器燃燒後被加熱之床材與灰燼經由該旋風分離器分離出，床材經由該第二連接管輸送至該氣化反應器以維持爐內溫度以利持續進行氣化，同時若搭配水蒸氣或非空氣(O ₂/CO ₂)作為氣化媒介，可產製出潔淨高熱值合成氣。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的明白。

參閱圖1，本發明雙流化床汽化爐系統3一較佳實施例，其包含有一流化床氣化爐31，以及分別連接該流化床氣化爐31之熱電裝置32、助燃裝置33、廢氣裝置34；其中，該流化床氣化爐31包含有一輸入生質燃料且氣化形成一氣體產物(富含H2氣體)之氣化反應器311，一輸入一輔助燃料(如天燃氣)且形成一煙道氣之燃燒反應器312，一連接該燃燒反應器312之旋風分離器313，一連通該氣化反應器311與燃燒反應器312間之第一連接管314，以及一連接該旋風分離器313與該氣化反應器311之第二連接管315，而前述該第一連接管314將該氣化反應器311下方氣化後之殘餘的未燃碳與床材固體顆粒輸送至該燃燒反應器312上，而該燃燒反應器312燃燒後經由該旋風分離器313分離出於煙道氣中之顆粒物與被加熱後之床材固體顆粒，再經由該第二連接管315輸送至該氣化反應器311內，而本實施例中，該氣化反應器311下方設置有一蒸氣器35亦或是非空氣之氣化媒介，以提供蒸氣或非空氣之氣化媒介輸入至該氣化反應器311內，同時該燃燒反應器312下方則導入有一空氣，以提供該燃燒反應器312燃燒所使用。

仍續前述，該熱電裝置32係接收該氣化反應器311所產生之氣體產物，以利用該氣體產物產生進行反應進行運作，如產生電力或動力等，而該熱電裝置32實際使用時，可為一質子交換膜燃料電池熱電裝置，而該熱電裝置32為習知既有結構，將不在詳述，以產生電力供後續使用；另，該助燃裝置33則為一燃燒重油及過氧化氫之鍋爐，並且部分氣化後之氣體產物連接至該鍋爐內，以助於該鍋爐內進行燃燒反應並產生一煙道氣；再者，該廢氣裝置34則具有一熱交換器341，以及連接該交換器341且過濾該煙道氣之過濾器342，該熱交換器341將該鍋爐及燃燒反應器312所產生之煙道氣進行熱交換，以擷取出熱能進行運用，而前述該過濾器342具有一連接該熱交換器342且將該煙道氣過濾出飛灰之飛灰過濾單元3421，一連接該飛灰過濾單元3421且將該煙道氣過濾出氧化物之氧化物過濾單元3422，以及一將該煙道氣過濾出水之水過濾單元3423；再者，於本實施例中，因通過該熱交換器341之煙道氣仍存有一定之熱能，因此該煙道氣可將該氧化物經該氧化物過濾單元3422後之煙道氣熱能導入該氣化反應器311及燃燒反應器312上，使該煙道氣中熱能充分的獲得利用。

參閱圖2，本實施例使用時，將該生質燃料輸入至該氣化反應器311內，並且該氣化反應器311底部輸入蒸氣後，使該氧化反應器311內之生質燃料因蒸氣溫度而產生裂解，變成較低分子量CO、H2、CH4等可燃氣體之氣體產物，該氣體產物可由該氣化反應器311上方輸送至該熱電裝置32內，以當作該熱電裝置32之運作所需之用料，同時部分之氣體產物又可輸送至該助燃裝置33內，以當作該助燃裝置33內之輔助燃料，如此將可減少該助燃裝置33之燃料輸出，並使得該助燃裝置33燃燒更有效率；同時，該氣化反應器311下方氣化後殘餘的碳與床材固體顆粒將由該第一連接管314輸送至該燃燒反應器312，且同時將輸入空氣與輔助燃料至該燃燒反應器312所需，使得該輔助燃料、生質燃料皆於該燃燒反應器312進行燃燒，並且燃燒形成煙道氣後，該煙道氣在經過該旋風分離器313後，將煙道氣中顆粒與床材固體顆粒將落於該旋風分離器313下方，再由該第二連接管315輸入至該氣化反應器311內，以被加熱後之床材固體顆粒維持氣化爐內部溫度，持續使不斷被添加入的生物質於氣化爐中氣化及輸送至該燃燒反應器312上進行循環，而分離顆粒及床材固體顆粒後之煙道氣再經該旋風分離器313排出。

仍續前述，由於該助燃裝置33所排出之煙道氣，以及該燃燒反應器312所排出之煙道氣都具有高溫之特性，因此將先連接有一熱交換器341，以將該煙道氣中之熱能予以透過該熱交換器341擷取出熱能以供利用，而後由於該煙道氣中具有雜質關係，因此，該煙道氣經過一過濾器342進行過濾，已分別利用該過濾器342中，分別過濾出飛灰、氧化物及水後，再予以排出；值得一提的是，該煙道氣中經過該氧化物過濾單元3422後，部分煙道氣可當作再循環煙氣輸入至該燃燒反應器312內，當作高溫氣體進行使用，以及連接該蒸發器，以作為蒸氣加熱使用；是以，透過該生質燃料先供給至該氣化反應器311內，並在含有蒸氣環境下進行氣化反應，並且沒有氮氣情況下，將可氣化形成高潔淨高熱值合成氣的氣體產物後，並提供給該熱電裝置32及助燃裝置34所使用；另，該生物燃料形成碳化物後循環至該燃燒反應器312內進行燃燒，同時生質物氣化後所產生之固體顆粒及碳會被氣流帶出，並靠重力作用進入該燃燒反應器312進行燃燒，並以燃燒反應放出之熱能可藉由床材固體顆粒再傳導到該氣化反應器311所需，故能有效提高整體轉換效率。

歸納前述，本發明雙流化床汽化爐系統，其藉由該雙流化床氣化爐包含有一輸入生質燃料且氣化形成一氣體產物之氣化反應器，一輸入一輔助燃料且形成一煙道氣之燃燒反應器，一連接該燃燒反應器之旋風分離器，一連通該氣化反應器與燃燒反應器間之第一連接管，以及一連接該旋風分離器與該氣化反應器之第二連接管，而前述該第一連接管將該氣化反應器下方氣化後之殘餘碳與部分床材固體顆粒輸送至該燃燒反應器上，而該燃燒反應器燃燒後經由該旋風分離器分離出於煙道氣中之顆粒物，再經由該第二連接管輸送至該氣化反應器間進行氣化，因此，由於該氣化反應器內沒有氮氣的存在，故可產製潔淨高熱值合成氣之效果，同時生質物氣化後所產生之固體顆粒及殘餘的未燃碳會被氣流帶出，並靠重力作用進入該燃燒反應器進行燃燒，並以燃燒反應放出之熱能可藉由床材固體顆粒再傳導到該氣化爐所需，故能有效提高整體轉換效率。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

[本發明]

3‧‧‧雙流化床氣化爐系統

31‧‧‧流化床氣化爐

32‧‧‧熱電裝置

33‧‧‧助燃裝置

34‧‧‧廢氣裝置

35‧‧‧蒸氣器

311‧‧‧氣化反應器

312‧‧‧燃燒反應器

313‧‧‧旋風分離器

314‧‧‧第一連接管

315‧‧‧第二連接管

341‧‧‧熱交換器

342‧‧‧過濾器

3421‧‧‧飛灰過濾單元

3422‧‧‧氧化物過濾單元

3423‧‧‧水過濾單元

圖1 為本發明一較佳實施例之示意圖。 圖2為本發明一較佳實施例之動作示意圖。

Claims (7)

1. 一種雙流化床氣化爐系統，其包含有一流化床氣化爐，以及分別連接該流化床氣化爐之熱電裝置、助燃裝置、廢氣裝置；其中，該雙流化床氣化爐包含有一輸入生質燃料且氣化形成一氣體產物之氣化反應器，一輸入一輔助燃料且形成一煙道氣之燃燒反應器，一連接該燃燒反應器之旋風分離器，一連通該氣化反應器與燃燒反應器間之第一連接管，以及一連接該旋風分離器與該氣化反應器之第二連接管，而前述該第一連接管將該氣化反應器下方氣化後之殘餘碳與部分床材固體顆粒輸送至該燃燒反應器上，而該燃燒反應器燃燒後經由該旋風分離器分離出於煙道氣中之顆粒物，再經由該第二連接管輸送至該氣化反應器內；另，該熱電裝置係接收該氣體產物後以供進行運作；至於，該助燃裝置則為一燃燒重油及過氧化氫之鍋爐，並且部分之氣體產物連接至該鍋爐內，以於該鍋爐內進行燃燒反應；最後，該廢氣裝置則具有一熱交換器，以及連接該交換器且分別過濾該煙道氣之過濾器，該熱交換器將該鍋爐及燃燒反應器所產生之煙道氣進行熱交換，以擷取出熱能進行運用。
2. 根據申請專利範圍第1項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，該熱電裝置為一高溫型質子交換膜燃料電池熱電裝置。
3. 根據申請專利範圍第1項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，該過濾器具有一連接該交換器且將該煙道氣過濾出飛灰之飛灰過濾單元，一連接該飛灰過濾單元且將該煙道氣過濾出氧化物之氧化物過濾單元，以及一過濾該該煙道氣中水氣之水過濾單元。
4. 根據申請專利範圍第3項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，經該氧化物過濾單元後之煙道氣將部分導入該燃燒反應器內進行循環。
5. 根據申請專利範圍第1項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，該輔助燃料為天燃氣。
6. 根據申請專利範圍第1項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，該氣化反應器下方設置有一蒸氣器，以提供蒸氣或非空氣之氣化媒介輸入至該氣化反應器內。
7. 根據申請專利範圍第1項所述一種雙流化床氣化爐系統，其中，該燃燒反應器下方則導入有一空氣，以提供該燃燒反應器燃燒所使用。