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CN109161405B - 一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置及其方法 - Google Patents

一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种生物质流化床‑固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置及其方法，包括：流化床气化炉提升管，所述流化床气化炉提升管上端出口连接于旋风分离器，旋风分离器上端出口通过管道连接于旋风除尘器，旋风分离器底部连接返料器，返料器连接流化床气化炉提升管，所述旋风除尘器上端出口通过管道连接于两段式固定床气化炉，两段式固定床气化炉下部连接有U型连续给料器，U型连续给料器与返料器相连；所述两段式固定床气化炉一侧设有燃气增压风机。本发明利用两段式固定床气化炉对燃气进行降温，提高了整个系统的安全性、稳定性。同时，利用两段式固定床气化炉的高温室生产高价值的生物质炭。

Description

一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置 及其方法
技术领域
本发明涉及生物质能综合利用技术领域，具体为一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置及其方法。
背景技术
我国生物质资源丰富，储量稳定。大力发展生物质资源的利用，不仅能优化我国的能源结构，而且能促进资源节约、环境保护。《中华人民共和国可再生资源法》第十六条规定，国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展能源作物。生物质气化耦合燃煤锅炉技术，不仅能充分利用大型电厂机组富余发电负荷，同时利用了燃煤锅炉的清洁排放系统，且对燃煤锅炉影响微乎其微。国内电厂已建成的生物质气化耦合发电项目有国电长源湖北荆门10.8MW发电项目、华电襄阳电厂12MW发电项目。
在生物质气化系统中，旋风除尘器的出口燃气温度大约为750℃，因温度较高燃气体积较大，燃气在输送及增压时需要较大的投入，为降低燃气的增压风机及输送管道的设备技术要求，同时保证可燃气的焦油不产生冷凝，需要将高温燃气降温至350-450℃。目前采用的降温方式：将高温燃气送入燃气-导热油换热器进行降温，再用油-水换热器对导热油进行降温。此方式的操作要求高，对系统的严密性和导热油的品质要求严格。这是因为导热油在高温燃气运行的条件下易发生氧化反应，造成导热油的劣化变质。当运行温度超过导热油的最高使用温度时，在导热油管壁会出现结焦。随着管壁的不断增厚传热性能恶化，将不能满足燃气的降温要求。当燃气-导热油换热器出现漏点时，导热油大量泄露造成换热器瘫痪，维修困难；当油-水换热器出现漏点时，混进导热油的水分迅速汽化，引起导热管内的压力急剧上升，极有可能引发爆管事故。此外，随着系统长时间运行，导热油管道外壁会慢慢结焦和积灰，降低了导热油的换热效果，需要定期清理。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置及其方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置，包括：流化床气化炉提升管、旋风分离器、旋风除尘器、两段式固定床气化炉、燃气增压风机，所述流化床气化炉提升管上端出口连接于旋风分离器，旋风分离器上端出口通过管道连接于旋风除尘器，旋风分离器底部连接返料器，返料器连接流化床气化炉提升管，所述旋风除尘器上端出口通过管道连接于两段式固定床气化炉，两段式固定床气化炉下部连接有U型连续给料器，U型连续给料器与返料器相连；所述两段式固定床气化炉一侧设有燃气增压风机，燃气增压风机给两段式固定床气化炉、返料器、U型连续给料器供气。
进一步地，所述两段式固定床气化炉分成高温室和低温室两区域。
进一步地，所述两段式固定床气化炉的高温室和低温室的顶部设置生物质加料口。
进一步地，所述两段式固定床气化炉的高温室底部有排炭口；两段式固定床气化炉的低温室底部的下料口连接U型连续给料器。
一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：生物质由流化床气化炉提升管、旋风分离器、旋风除尘器给入两段式固定床气化炉的高温室和低温室；
步骤2：高温室中的生物质经高温燃气加热发生热解，产生生物质炭和热解气，生物质炭从高温室的底部排炭口排出，热解气随生物质燃气一起进入低温室，由燃气增压风机送入锅炉炉膛，低温室的生物质被燃气加热后从低温室底部通过U型连续给料器送入返料器中；
步骤3：返料器内的加热原料送入流化床气化炉提升管，在流化床气化炉提升管与空气进行热解和气化反应生成生物质燃气；
步骤4：生物质燃气先后经过旋风分离器、旋风除尘器，气化产生的固体颗粒随燃气进入旋风分离器，其中，粒径较大的生物质半焦被旋风分离器收集进入返料器，由返料器返回炉膛继续参加反应；粒径较小的生物质灰随生物质燃气进入旋风除尘器，被旋风除尘器收集并排出，高温燃气送入两段式固定床气化炉。
进一步地，所述高温室的入口燃气温度为650-900℃，高温室的出口燃气温度为400-700℃，高温室中下部的生物质温度在300-600℃。
进一步地，所述低温室的出口燃气温度为350-500℃，既能满足增压风机、管道等设备的技术要求，也能避免燃气输送中析出焦油。
进一步地，所述返料器和U型连续给料器使用生物质燃气作为流化介质。
与已公开技术相比，本发明存在以下优点：
(1)选用两段式固定床气化炉对生物质燃气进行降温。相比采用导热油降温，系统运行稳定性和安全性高。
(2)根据高温燃气的物理热特性，高温段热量用于破坏生物质中的纤维素、半纤维素及少量的木质素，将原料中的挥发分充分热解，得到高品质生物炭；低温段用于使原料内的自由水析出，烘干生物质，为流化床提供较为稳定的原料，保证反应的稳定、均匀。实现了生物质的综合利用，实现了生物质产品的多元化、价值化。
(3)生物质原料经过低温室的预处理，送入U型连续给料器内，通过U型连续给料器保证给料线性，避免燃气从返料器短路至燃气增压风机。同时用生物质燃气作为流化介质，降低了在返料器内、气化炉提升管内原料超温的可能性，保证了生物质原料运行的安全性。
(4)将生物质气化产生的燃气送入锅炉燃烧，替代了部分燃煤，并且能够在锅炉低负荷运行时，起到良好的稳燃作用。同时由于生物质中的S、N含量较燃煤中低，对于环保排放有有利影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，在本发明的描述中，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置，包括：流化床气化炉提升管1、旋风分离器2、旋风除尘器3、两段式固定床气化炉4、燃气增压风机5，所述流化床气化炉提升管1上端出口连接于旋风分离器2，旋风分离器2上端出口通过管道连接于旋风除尘器3，旋风分离器2底部连接返料器6，返料器6连接流化床气化炉提升管1，所述旋风除尘器3上端出口通过管道连接于两段式固定床气化炉4，两段式固定床气化炉4下部连接有U型连续给料器7，U型连续给料器7与返料器6相连；所述两段式固定床气化炉4一侧设有燃气增压风机5，燃气增压风机5给两段式固定床气化炉4、返料器6、U型连续给料器7供气。
所述两段式固定床气化炉4分成高温室401和低温室402两区域。目的在于，实现生物质燃气的分级降温。在高温室的生物质能够热解产生生物质炭；低温室的生物质经燃气加热后送入流化床气化炉提升管进行气化。
所述两段式固定床气化炉4的高温室401和低温室402的顶部设置生物质加料口。目的在于，可以向高温室401和低温室402单独加料，通过控制各自的加料量控制燃气的降温程度，既能满足生物质在高温室的热解条件，也能避免燃气降温过度。
所述两段式固定床气化炉4的高温室401底部有排炭口；两段式固定床气化炉4的低温室402底部的下料口连接U型连续给料器7。目的在于，高温燃气在高温室由下向上运行，最下部的生物质首先达到热解条件，产生的生物质炭从底部排炭口排出。低温室内温度较低，经过燃气加热后的生物质从底部排出送入U型连续给料器7，通过U型连续给料器7实现稳定连续给料。
一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：生物质由流化床气化炉提升管1、旋风分离器2、旋风除尘器3给入两段式固定床气化炉4的高温室401和低温室402；
步骤2：高温室401中的生物质经高温燃气加热发生热解，产生生物质炭和热解气，生物质炭从高温室401的底部排炭口排出，热解气随生物质燃气一起进入低温室402，由燃气增压风机5送入锅炉炉膛。低温室402的生物质被燃气加热后从低温室402底部通过U型连续给料器7送入返料器6中；
步骤3：返料器6内的加热原料送入流化床气化炉提升管1，在流化床气化炉提升管1与空气进行热解和气化反应生成生物质燃气；
步骤4：生物质燃气先后经过旋风分离器2、旋风除尘器3。气化产生的固体颗粒随燃气进入旋风分离器2，其中，粒径较大的生物质半焦被旋风分离器2收集进入返料器6，由返料器6返回炉膛继续参加反应；粒径较小的生物质灰随生物质燃气进入旋风除尘器3，被旋风除尘器3收集并排出，高温燃气送入两段式固定床气化炉4。
所述高温室401的入口燃气温度为650-900℃，高温室的出口燃气温度为400-700℃，高温室401中下部的生物质温度在300-600℃；目的在于，在300-600℃的温度条件下，生物质会释放绝大部分的挥发分。温度过低，不利于生物质热解；温度过高，会消耗过多的固定碳，降低了生物质炭的品质。
所述低温室402的出口燃气温度为350-500℃。目的在于，350-500℃的燃气温度既能满足增压风机、管道等设备的技术要求，也能避免燃气输送中析出焦油。
所述返料器6和U型连续给料器7使用生物质燃气作为流化介质。目的在于：避免返料器6和U型连续给料器7温度过高造成生物质结渣。
实施例1：
本实施例采用本发明所述气化耦合系统，流化床气化炉提升管原料为稻壳，给料量1.84t/h不包括两段式固定床气化炉低温室的返料,气化炉给风量1800N m3/h。稻壳与空气在循环流化床气化炉气化产生生物质燃气，燃气产量3600N m3/h。旋风分离器出口燃气温度为779℃，旋风除尘器出口燃气温度为763℃。在两段式固定床气化炉中，高温室的燃气出口温度为505℃，低温室的燃气出口温度为410℃。两段式固定床气化炉高温室、低温室的原料均为稻壳，高温室稻壳炭产量0.1t/h,低温室稻壳进料量0.36t/h,U型连续给料器内温度103℃。
实施例2：
本实施例采用本发明所述气化耦合系统，流化床气化炉提升管原料为秸秆压块，给料量4.8t/h不包括两段式固定床气化炉低温室的返料,气化炉给风量6100N m3/h。秸秆压块与空气在循环流化床气化炉气化产生生物质燃气，燃气产量15160N m3/h。旋风分离器出口燃气温度为680℃，旋风除尘器出口燃气温度为650℃。在两段式固定床气化炉中，高温室的燃气出口温度为400℃，低温室的燃气出口温度为350℃。两段式固定床气化炉高温室原料为稻壳，稻壳炭产量1.4t/h；低温室原料为秸秆压块，进料量1.5t/h,U型连续给料器内温度205℃。
实施例3：
本实施例采用本发明所述气化耦合系统，流化床气化炉提升管原料为木片，木片给料量12t/h不包括两段式固定床气化炉低温室的返料。气化炉给风量11340N m3/h。木片与空气在循环流化床气化炉气化产生生物质燃气，燃气产量26960Nm3/h。旋风分离器出口燃气温度为922℃，旋风除尘器出口燃气温度为900℃。在两段式固定床气化炉中，高温室的燃气出口温度为700℃，低温室的燃气出口温度为500℃。两段式固定床气化炉高温室和低温室的原料为木片，高温室木片炭产量1.86t/h，低温室木片进料量2.92t/h,U型连续给料器内160℃。
本发明利用两段式固定床气化炉对燃气进行降温，提高了整个系统的安全性、稳定性。同时，利用两段式固定床气化炉的高温室生产高价值的生物质炭。生产的生物质炭不仅可以作为活性炭、速燃炭等高品质炭的原料，而且因其良好微观结构和理化特性，能够作为生产炭基肥、土壤改良剂和缓释肥的原料；也可以直接出售给钢厂，用作钢厂的保温材料。本发明实现了生物质能的最大化利用，实现了生物质产品的多元化、价值化。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置，其特征在于：包括：流化床气化炉提升管、旋风分离器、旋风除尘器、两段式固定床气化炉、燃气增压风机，所述流化床气化炉提升管上端出口连接于旋风分离器，旋风分离器上端出口通过管道连接于旋风除尘器，旋风分离器底部连接返料器，返料器连接流化床气化炉提升管，所述旋风除尘器上端出口通过管道连接于两段式固定床气化炉，两段式固定床气化炉下部连接有U型连续给料器，U型连续给料器与返料器相连；所述两段式固定床气化炉一侧设有燃气增压风机，燃气增压风机给两段式固定床气化炉、返料器、U型连续给料器供气；所述两段式固定床气化炉分成高温室和低温室两区域。
2.根据权利要求1所述的一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置，其特征在于：所述两段式固定床气化炉的高温室和低温室的顶部设置生物质加料口。
3.根据权利要求1所述的一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的装置，其特征在于：所述两段式固定床气化炉的高温室底部有排炭口；两段式固定床气化炉的低温室底部的下料口连接U型连续给料器。
4.一种利用权利要求1所述装置联产炭的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：生物质由流化床气化炉提升管、旋风分离器、旋风除尘器给入两段式固定床气化炉的高温室和低温室；
步骤2：高温室中的生物质经高温燃气加热发生热解，产生生物质炭和热解气，生物质炭从高温室的底部排炭口排出，热解气随生物质燃气一起进入低温室，由燃气增压风机送入锅炉炉膛，低温室的生物质被燃气加热后从低温室底部通过U型连续给料器送入返料器中；
步骤3：返料器内的加热原料送入流化床气化炉提升管，在流化床气化炉提升管与空气进行热解和气化反应生成生物质燃气；
步骤4：生物质燃气先后经过旋风分离器、旋风除尘器，气化产生的固体颗粒随燃气进入旋风分离器，其中，粒径较大的生物质半焦被旋风分离器收集进入返料器，由返料器返回炉膛继续参加反应；粒径较小的生物质灰随生物质燃气进入旋风除尘器，被旋风除尘器收集并排出，高温燃气送入两段式固定床气化炉。
5.根据权利要求4所述的一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的方法，其特征在于：所述高温室的入口燃气温度为650-900℃，高温室的出口燃气温度为400-700℃，高温室中下部的生物质温度在300-600℃。
6.根据权利要求4所述的一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的方法，其特征在于：所述低温室的出口燃气温度为350-500℃，既能满足增压风机、管道等设备的技术要求，也能避免燃气输送中析出焦油。
7.根据权利要求4所述的一种生物质流化床-固定床气化耦合燃煤锅炉联产炭的方法，其特征在于：所述返料器和U型连续给料器使用生物质燃气作为流化介质。
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