專利名稱：秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法
技術領域：
本發明屬于農作物秸稈的利用，特別是指一種秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法。
背景技術：
生物質秸稈的應用目前主要有三種一種是將秸稈簡單破碎后進行直燃，這種方法簡單易行、投資少、見效快，但是燃燒過程是快速的雪崩式燃燒，有部分未被燃燼的可燃成分被排到空氣之中，不僅造成了環境污染，還降低了能量轉換效率，并且產生的焦油對鍋爐影響很大，限制了秸稈直接燃燒技術的推廣。第二種是將秸稈經過破碎、粉碎、壓塊后進行燃燒，這種方式通過降低秸稈表面積，使一次燃燒沒有被燃燼的揮發份有時間進行二次燃燒，克服了秸稈散燒的能量轉換率不高問題。但是這種方式在壓塊制作過程中電能消耗過大，使每噸成本至少提高150元以上，與煤炭相比沒有成本優勢，同時，與煤炭相同熱值的秸稈壓塊比煤炭的體積大，在運輸、儲藏和燃燒過程中消耗的人工均比煤炭高出許多，因此，秸稈壓塊在實際應用中還存在很大的問題。第三種是將秸稈進行氣化，目前應用最多的、技術較成熟的是以空氣為氣化劑對秸稈進行氣化。
—、秸稈氣化行業的動態 以空氣為氣化劑的秸稈氣主要可燃成分為一氧化碳、氫氣、甲烷等低烴和焦油等。由于焦油在200°C以下具有從氣態變成液態的物理特性，使得秸稈氣在儲存和燃燒使用過程中堵塞罐體、管道和燃燒器現象十分嚴重，存在著非常嚴重的安全隱患。為此，目前的秸稈氣生產企業在秸稈氣出爐后都要進行清凈和降溫處理，然后進入儲氣罐供用戶使用。這種秸稈氣的使用辦法是目前全行業通行的方式。目前的使用秸稈氣的用戶范圍主要包括新農村建設農戶集中供氣、城鄉結合部小區、學校和部隊等集體單位作為廚房用氣。但是用氣量較小且不穩定，因此，秸稈氣在工業上的應用很少且規模較小，更沒有在工業鍋爐應用的報道。 目前已經通過國家知識產權局涉及秸稈氣的25個發明專利中，專利申請號為200910025366. 3的徐州燃控科技股份有限公司林沖、陳勇、孫昌棟發明的《一種帶焦油回燃的固定床秸稈氣化工藝》是上述所有的涉及秸稈氣發明中比較接近本技術的專利申請。該專利申請是在保溫條件下，先對秸稈氣化爐產生的高溫可燃氣體進行除塵，再用慣性和冷卻相結合的方法捕集燃氣中的焦油，捕集下來的焦油在氣體引射和自身重量作用下自動回流到氣化爐高溫富氧區進行燃燒和裂解。 目前已經通過國家知識產權局涉及秸稈氣的230條實用新型專利中，有以下兩項專利接近本技術的內容。 專利號為01200956. 3、謝家忠設計的《秸稈氣化干燥裝置》。該專利是將秸稈氣發生爐出口與燃燒器連接，產生燃燒熱風后與干燥罐連接。 專利號01272798. 9、周才森設計的《植物秸稈氣化換熱裝置》。該專利是由風機、氣化爐和燃燒換熱室組成，將廢棄植物秸稈通過氣化爐加工成可燃性氣體，然后通過燃燒換熱室產生熱水或蒸汽。 二 、秸稈氣行業應用技術分析 從上述的生物質秸稈氣化行業的動態和國家知識產權局公布的相關專利情況看，近幾年秸稈氣化技術在我國有了快速的發展，但應用的范圍基本上限制在以農村地區為重點的居民用戶上，秸稈氣制造的主要內容都在努力地降低秸稈氣中的焦油和灰塵的含量上。國內農業部門對秸稈氣中的焦油含量有過每立方米不能超過50-60毫克的要求，目前，一般的秸稈氣化企業采取各種措施千方百計地除掉秸稈焦油，并通過除焦油的循環水噴淋工序降低秸稈氣的溫度，為秸稈氣的儲藏做好安全的保障。目前，秸稈除焦油最為先進的工藝是采用氣化爐下出氣方法使焦油在氣化爐內的高溫環境下，自行分解和燃燒，使氣化爐的出氣口的焦油含量大為降低。與此同時配合多重的焦油清潔裝置，將焦油的含量降低至每立方米IO毫克以下。 專利申請號為200910025366. 3《一種帶焦油回燃的固定床秸稈氣化工藝》的發明專利申請，其基本原理就是在保溫的條件下，進行除塵，然后利用慣性的條件下，將焦油捕集下來，并重新回氣化爐內燃燒或者裂解。 專利號為01200956. 3《秸稈氣化干燥裝置》的實用新型專利，其基本原理就是將發生爐產生的秸稈氣從出口與體積較小的燃燒器連接，產生燃燒熱風后與干燥罐連接。
專利號為01272798. 9植物秸稈氣化換熱裝置》的實用新型專利，其基本原理就是將廢棄植物秸稈通過氣化爐加工成可燃性氣體，然后通過燃燒換熱室產生熱水或蒸汽，上述兩個實用新型專利均是秸稈氣直燃的實例。也間接地證明了秸稈氣可以直燃的特性。
三、現有秸稈氣應用的存在的不足和原因 現有的秸稈氣基本上都應用在農村，而且大部分專利都是針對個人和小規模用戶設計的，由于小型的秸稈氣化裝置在焦油處理上的缺陷，至今仍然無理想的針對個人和小型用戶的秸稈氣化裝置，下面就目前秸稈氣化市場中大規模生產裝置存在的問題進行討論。 1、應用范圍窄從秸稈氣化行業現狀和專利文獻中可以看出，目前的秸稈氣化的應用范圍相對比較窄，大部分都應用在農村用戶和城鄉結合部的集中供氣工程上。在25個涉及秸稈氣的發明專利中絕大多數都是氣化爐體或機組的發明，在秸稈氣的應用上沒有發現秸稈氣在工業上的應用相關范例。在230個涉及秸稈氣實用新型專利中只有兩條專利是秸稈應用類專利，但是，這兩條專利距離工業鍋爐應用上相差甚遠，其影響面不大。這些相關專利對于推進秸稈氣在工業化的應用影響不大。 2、氣化規模小從現有的秸稈氣行業信息和專利文獻中我們可以看到，秸稈氣行業具有的規模小、連續性差，運行不平穩。目前秸稈氣的生產量從查到的資料看絕大多數的秸稈氣化爐都是針對農村個人用戶及小范圍的農村集中供氣工程，只有山東兗州新世紀秸稈氣工程公司給洛陽部隊加工的每小時生產秸稈氣1000立方米的生活用鍋爐是目前最大生產能力的秸稈氣化爐，即使這樣的規模也難以在工業企業中大規模的推廣也應用。目前消耗化石能源的主體就是工業企業，如果沒有在工業企業應用的專利技術，秸稈氣化進行大規模面推廣價值不會很寬。 3、投資額偏大目前的各種秸稈氣化技術主要都是針對農村的生活用戶，在秸稈氣化工程中要有原料預處理系統、氣化爐系統、焦油清凈系統、動力輸送系統、儲氣罐和管網。其中后三項占整個投資比例達到80%以上，對于廣大農村用戶來講靠自身的經濟實力難以承受，這就限制了秸稈氣項目的廣泛推廣使用。例如為一個400戶農村用戶(農村用戶地點相當分散)設計一套秸稈氣化系統，除需要投資5萬元的一套秸稈預處理系統外，還需要投資15萬元購買一套每小時生產秸稈氣500立方米的氣化爐及15萬元左右的焦油清凈裝置。需要有一個至少5萬元的羅茨風機輸送系統，還要投資30萬元建設一個1000立方米的秸稈氣的儲氣罐。還要需要建設一條用戶到儲氣罐的投資規模大約在50萬元——120萬元的秸稈氣的輸送管網。因此，建設這樣一個農村秸稈氣的供氣體系至少需要投資120萬元，這對于目前經濟實力并不雄厚的農村地區無疑是一個天文數字。
4、秸稈氣的成本偏高建立一套為農村服務的秸稈氣化裝置，必須要有除焦油這道重要的工序，這套系統是循環冷卻水對焦油和灰塵進行洗滌和冷卻，將焦油捕集到循環水中。這樣一個過程需要將500攝氏度的秸稈氣降低到30攝氏度的常溫狀態，首先是浪費了大量的氣化過程所產生的大量顯熱。例如一個每天生產5000立方米的秸稈氣化站，每天將氣化爐的顯熱消耗量折合成標準煤大約為0. 2噸，按照目前標準煤價格每噸750元計算，每天損失額價值為150元，全年按300天計算，總金額為4. 5萬元。僅顯熱的損失，每立方米的秸稈氣成本增加為0. 03元。其次，氣化爐初始階段產生的焦油含量每立方米為200毫克左右，每天產生的焦油量大約為1千克。用循環水清潔焦油和灰塵用電及羅茨風機與普通風機用電功率差合計增大的功率大約為5千瓦，每天按生產10小時計算，多耗用的電為50千瓦時，按照目前電價為每度電為0. 65元計算，每天增加用電費用為32. 5元，相當于每立方米的秸稈氣增加成本為0. 0065元。上述費用還不包括用人成本的增加費用情況下，每立方米達到了 0. 0365元。按照秸稈原料的價格每公斤0. 2元計算，秸稈氣的原料成本折合每立方米僅有0. 1元，若取消這些費用情況下，將使秸稈造氣費用大幅下降，給使用者增加使用效益。
發明內容
本發明的目的在于提供一種秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，以達到降低秸稈氣應用工程造價、提高秸稈氣熱值、降低生產成本的目的。
本發明的整體技術構思是 秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，包括秸稈破碎，將破碎后的秸稈置入秸稈氣化爐燃燒進行造氣反應，還包括如下工藝步驟 A、氣固分離除塵自秸稈氣化爐頂部置入的秸稈下落燃燒后產生的氣體在負壓的作用下，自秸稈氣化爐底部被抽出并進行除塵； B、氣體保溫輸送將步驟A中制備的秸稈氣保持在溫度為350-40(TC、管道輸送壓力為2300-2600Pa，氣體流量為3300-3800m3/小時輸送到閥組分配器；
C、秸稈氣分配步驟B中的高溫秸稈氣通過閥組分配器按比例與空氣混合后，輸送到鍋爐的燃燒器中； D、燃氣鍋爐內燃燒秸稈氣在鍋爐的燃燒器內燃燒與工質發生熱交換并產生蒸汽。 本發明的具體的技術解決方案還有 步驟A中的除塵為旋風除塵。經過除塵后的秸稈氣在負壓下經管道輸送。
為使秸稈氣的抽送便于實現，同時滿足裝配的需要。步驟A中秸稈燃燒后產生的氣體是在離心風機的作用下自秸稈氣化爐的底部被抽出。更為優選的是采用不銹鋼高壓離心風機。 因秸稈氣的熱值較低，為保證秸稈氣的順利燃燒，步驟C、 D的燃燒器中設置有天然氣點火裝置。 所述的秸稈優選采用選用棉花秸稈。
秸稈破碎是將秸稈破碎成5-15厘米的段。
本發明中反應過程的工作原理如下 將棉花秸稈破碎為長度為5厘米-15厘米的短段，用皮帶輸送器輸送到氣化爐的進料口入爐進行造氣反應。富含氧氣的空氣也從爐的上部與秸稈段一同進入爐內，秸稈與下部的熱氣接觸后被干燥，被干燥的秸稈在下行途中達到秸稈的燃點后開始進行氧化反應和干餾反應，形成了甲烷等低烴類物質和焦油等大分子量物質。干餾反應剩余的秸稈被炭化并向下形成熾熱的炭還原層，氧化反應在600-800攝氏度條件下產生的二氧化碳氣體和大部分熱量在底部風機的抽吸下進入還原層與炭進行吸熱的還原反應，產出主要燃氣成分一氧化碳。在干燥層與氧化層之間還存在著產生氫氣的置換反應，也形成了另外一個重要的燃氣成分氫氣。在氧化層內形成的焦油遇到高溫后部分被分解，這樣為下一步焦油的使用奠定了良好的條件。產生的秸稈氣體在氣化爐底進行旋風除塵，將秸稈灰塵甩到爐底的水面上。然后在離心風機的作用下進行秸稈氣的輸送，保持溫度350——400度攝氏度、管道輸送壓力2300-2600帕斯卡，氣體流量3300-3800立方米/小時，使秸稈氣中的焦油始終保持氣體狀態，通過閥組分配器等安全裝置將秸稈氣送入到燃燒器中，此階段的主要目的有三條第一是防止因保溫管道泄露溫度降低使秸稈氣中的焦油由氣態變成液態堵塞風機和管道。第二就是使氣化爐生成的沒有被吸熱反應吸收完全的顯熱能進入到燃氣鍋爐內。第三就是提升和保持進入下一道燃燒器中的秸稈氣的壓力保持穩定。燃燒器由燒嘴和外套為螺旋進風的空氣進口組成，使秸稈氣和空氣進行混合，為了保證低熱值的秸稈氣能夠順利燃燒，還配有天然氣的點火裝置。被點燃的秸稈氣在鍋爐的燃燒室中燃燒，所產生的熱煙氣通過鍋爐的冷壁管和煙管將熱量傳遞給鍋爐爐體內的軟水，并使其蒸發生成達到工作壓力的水蒸氣。 本發明中所采用的設備如秸稈氣化爐、工業鍋爐、燃燒器、離心風機等均為現有設備，其中秸稈氣化爐采用的為爐下吸秸稈氣，爐內除塵的結構，在此不再贅述。
本發明所取得的實質性特點和顯著的技術進步在于 1、減少了焦油清凈、焦油儲罐和管網等工序，使秸稈氣應用工程的總造價80%以上。 2、將目前秸稈氣應用領域拓展到排放量的工業企業中。 3、提高了秸稈氣的熱值，使每立方米秸稈氣的總熱值達到1682大卡。 4、按照原有熱值做計算，秸稈氣的總成本下降到每立方米0. 10元以下。 5、本項目所產生的經濟效益和社會效益顯著，不僅有利于應用企業降低生產成
本，提高自身的節能和環保水平；而且可實現生物質能源代替化石能源，有助于改變我國
煤、油單一的能源結構；還有助于改變農村秸稈直燒的不良習慣，對于解決農村地區廢棄和
焚燒農作物秸稈、污染環境的問題具有積極意義。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明做進一步描述，但不應理解為對本發明的限定，本發明
的保護范圍以權利要求記載的保護內容為主。 實施例1 本實施例的整體工藝包括秸稈破碎，將破碎后的秸稈置入秸稈氣化爐燃燒進行造 氣反應，還包括如下工藝步驟 A、氣固分離除塵自秸稈氣化爐頂部置入的秸稈下落燃燒后產生的氣體在負壓的 作用下，自秸稈氣化爐底部被抽出并進行除塵； B、氣體保溫輸送將步驟A中制備的秸稈氣保持在溫度為35(TC、管道輸送壓力為 2300Pa，氣體流量為3300m3/小時輸送到閥組分配器； C、秸稈氣分配步驟B中的高溫秸稈氣通過閥組分配器按比例與空氣混合后，輸 送到鍋爐的燃燒器中； D、燃氣鍋爐內燃燒秸稈氣在鍋爐的燃燒器內燃燒與工質發生熱交換并產生蒸 汽。 步驟A中的除塵為旋風除塵。 步驟A中秸稈燃燒后產生的氣體是在不銹鋼高壓離心風機的作用下自秸稈氣化 爐的底部被抽出。 步驟C、D的燃燒器中設置有天然氣點火裝置。
秸稈選用棉花秸稈。 秸稈破碎是將秸稈破碎成5-15厘米的段。
實施例2 本實施例中步驟B的秸稈氣保溫輸送的條件為溫度為40(TC、管道輸送壓力為 2600Pa，氣體流量為3800m3/小時，其余條件同實施例1。
實施例3 本實施例中步驟B的秸稈氣保溫輸送的條件為溫度為38(TC、管道輸送壓力為 2400Pa，氣體流量為3600m3/小時，其余條件同實施例1。
權利要求
秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，包括秸稈破碎，將破碎后的秸稈置入秸稈氣化爐燃燒進行造氣反應，其特征在于還包括如下工藝步驟A、氣固分離除塵自秸稈氣化爐頂部置入的秸稈下落燃燒后產生的氣體在負壓的作用下，自秸稈氣化爐底部被抽出并進行除塵；B、氣體保溫輸送將步驟A中制備的秸稈氣保持在溫度為350-400℃、管道輸送壓力為2300-2600Pa，氣體流量為3300-3800m3/小時輸送到閥組分配器；C、秸稈氣分配步驟B中的高溫秸稈氣通過閥組分配器按比例與空氣混合后，輸送到鍋爐的燃燒器中；D、燃氣鍋爐內燃燒秸稈氣在鍋爐的燃燒器內燃燒與工質發生熱交換并產生蒸汽。
2. 根據權利要求1所述的秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，其特征在于所述的步驟A中的除塵為旋風除塵。
3. 根據權利要求1所述的秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，其特征在于所述的步驟A中秸稈燃燒后產生的氣體是在離心風機的作用下自秸稈氣化爐的底部被抽出。
4. 根據權利要求1所述的秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，其特征在于所述的步驟C、D的燃燒器中設置有天然氣點火裝置。
5. 根據權利要求1所述的秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，其特征在于所述的秸稈選用棉花秸稈。
6. 根據權利要求1所述的秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法，其特征在于所述的秸稈破碎是將秸稈破碎成5-15厘米的段。
全文摘要
本發明屬于農作物秸稈的利用，特別是指一種秸稈氣化高溫燃燒工業鍋爐的方法。包括秸稈破碎，將破碎后的秸稈置入秸稈氣化爐燃燒進行造氣反應、氣固分離除塵、氣體保溫輸送、秸稈氣分配、燃氣鍋爐內燃燒等工藝步驟。本發明解決了現有技術存在的應用范圍窄、投資大、秸稈氣成本高等問題，具有應用范圍寬、投資小、秸稈氣成本低且熱值高，經濟及社會效益顯著等優點。
文檔編號F23C5/08GK101737770SQ20091017535
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者朱輝, 王保林, 王標, 趙建安 申請人:趙建安;王保林