專利名稱：生物質氣化爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及能源設備，特指一種將生物質和煤混合轉化成高熱值燃料氣的生物質氣化爐。
背景技術：
生物質能是一種廣泛存在、廣為人們利用的能源，生物質與煤相比，能量密度低，灰分含量少，揮發酚含量高，重要的是高分子碳氫氧化合物產生多，即焦油產量多。如秸稈氣化產焦油量達20g/NM3。因此，常規氣化爐的進料機構及床內氣固流動及溫度場均需要重新安排。如國內生物質流化床氣化爐均將一定粒度的砂料置入爐內，加熱到700℃～800℃，形成穩定的床層，然后將生物質加入到爐內，并與砂料混合，在此狀態下，通入空氣，使生物質在此溫度下生成含焦油的低熱值空氣煤氣，然后將焦油分離就得到潔凈的低熱值煤氣。最近美國能源部組織開發了一種生物質雙器流化床氣化爐，生物質在熱解氣化爐內與熱砂混合完成熱解，產出高熱值煤氣，同時含碳飛灰與砂子混合進入燃燒爐燃燒完成砂子的加熱，熱砂再返回熱解氣化爐內完成循環。美國這種生物質雙器的方法提高了煤氣的熱值，但增加了操作的復雜性且生產過程中也有焦油處理問題。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種無焦油產生，且工藝簡單，能生產高熱值煤氣的生物質和煤混合的生物質氣化爐。
本實用新型的目的是這樣實現的裝置分為流化床氣化爐本體(1)、煙氣系統、煤氣系統、供風系統、蒸氣系統，其中流化床氣化爐本體(1)上部為園筒形，下部為倒錐形，爐體為耐火襯里的鋼板結構，爐體下部順序設有布風板(20)和風室(21)、進風口(22)、排灰閥(17)，流化床氣化爐本體(1)設有兩個帶螺旋加料機構的料倉(5、6)，煤倉(5)設于爐體倒錐體下部；生物質料倉(6)設于爐體倒錐體上部，該料倉頂部設有防止生物質料搭橋、堵塞的攪拌器(18)；爐體中部設有4個二次風噴嘴(19)，均布爐體四周，爐體上部爐出口上順序設有帶縱向翅片的熱管的慣性分離器(2)，蒸氣過熱器(3)及旋風分離器(4)，且慣性分離器(2)同時設有蒸氣發生器，慣性分離器(2)下端經下料管(23)與流化床氣化爐本體(1)相連，旋風分離器(4)的頂端出口經換向閥(15-1)、(15-2)與煤氣系統和煙氣系統相連，煙氣系統由熱管空氣預熱器(11)、布袋除塵器(12)、煙囪(13)順序組成；煤氣系統由洗滌塔(9)、氣柜(10)順序相連而成；氣化爐(1)的供風系統由羅茨風機(14)、熱管空氣預熱器(11)的空氣通道、空氣換向閥(16-2)順序相連而成；蒸氣系統由與慣性分離器(2)的蒸發器、焚燒爐(7)分別相連的緩沖氣包(24)，再順序相連蒸氣過熱器(3)、蒸氣換向閥(16-1)而成。
另對于水分高的生物質可將生物質料倉(6)設在爐頂，沿內爐墻敷設帶孔的下料管直達爐體擴張口以利干燥。
其工作過程為首先將0-10mm的原料煤從料倉中由螺旋加料機(5)送入流化床氣化爐本體(1)中，在供風燃燒階段，空氣由羅茨風機(14)送入熱管空氣預熱器(11)經空氣換向閥(16-2)進入風室(21)，經布風板(20)進入氣化爐(1)，使煤在流化狀態下燃燒，床層溫度迅速升高，這時設在爐中的噴嘴(19)噴射的空氣，使夾帶的含碳飛灰和可燃氣體進一步燃燒，這時產生的950℃～1000℃的高溫煙氣由爐出口經帶蒸發器的慣性分離器(2)將部分含碳飛灰分離后經下料管(23)返回流化床氣化爐本體(1)內重新燃燒，初除塵的煙氣經蒸氣過熱器(3)進入旋風分離器(4)，分離后的煙氣溫度降至400℃，經煙氣換向閥(15-2)進入熱管空氣預熱器(11)將空氣預熱到250℃，且煙氣降溫到200℃后進入布袋除塵器(12)，使煙氣中的含塵量達到排放標準，再經煙囪(13)排入大氣；旋風分離器(4)分離下的含碳粉塵送入焚燒爐(7)中進一步燃盡；由慣性分離器(2)和焚燒爐(7)產生的水蒸氣送入緩沖氣包(24)供氣化爐(1)作氣化劑和外供；當床層溫度升到950℃-1000℃時(具體溫度根據煤的灰熔點而定)停止供風，氣化爐(1)進入供蒸氣氣化階段，此時空氣換向閥(16-2)關閉，蒸氣換向閥(16-1)開啟，煙氣換向閥(15-2)關閉，煤氣換向閥(15-1)開啟，這時從蒸氣過熱器(3)傳輸來的過熱蒸氣，經蒸氣換向閥(16-1)進入風室(21)經布風板(20)進入氣化爐(1)，氣化爐中的高溫碳層(煤和生物質焦碳)在水蒸氣的作用下流化氣化，發生水煤氣反應；與此同時，在燃燒階段末期或氣化階段開始經螺旋加料機，加入的生物質，在950℃以上高溫還原氣氛下，進行干餾熱解氣化反應，生物質產生的熱解煤氣和焦碳層生成的水煤氣混合成高熱值煤氣，經帶蒸發器的慣性分離器(2)，蒸氣過熱器(3)、旋風分離器(4)降溫除塵后經煤氣換向閥(15-1)進入煤氣凈化系統，經洗滌塔(9)洗滌后送入氣柜(10)供用戶使用，而由慣性分離器(2)分離下的含碳粉塵，經下料管(23)返回氣化爐(1)內重新燃燒和氣化；旋風分離器(4)分離下的含碳粉塵，送入到焚燒爐(7)燃燒產生水蒸氣；水煤氣反應及干餾熱解氣化反應是強吸熱反應，隨著反應的進行，料層溫度逐漸下降，當爐溫下降到900℃時，蒸氣換向閥(16-1)和煤氣換向閥(15-1)關閉；空氣換向閥(16-2)和煙氣換向閥(15-2)開啟，氣化爐(1)又進入供風燃燒階段，這樣氣化爐供風燃燒和供蒸氣氣化交替往復進行工作，以生物質和煤為原料生產高熱值煤氣，所有閥門的轉換都根據溫度設定自動進行的，氣化爐的灰渣經排渣閥(17)排出，灰渣送焚燒爐(7)進一步燒盡。
加料的方式還可采用在供風燃燒階段和供蒸氣氣化階段，同時加入煤和生物質。
本實用新型與現有技術相比具有以下突出優點。
(1)生物質與煤混合氣化，無論從物理性能和氣化性能，兩種物質均有互補性。特別是采用流化床供風燃燒和供蒸氣氣化技術后突出了兩種物質的優點，生物質揮發分高，固定碳少，易于高溫干餾熱解，而煤固定碳高，灰熔點高，易于燃燒形成高溫料層，二者有機地融合可以生產出不含焦油的高熱值的燃料氣，其應用價值非常高。
2.原料制備簡單，來源豐富煤可使用0～10mm無煙煤、次煙煤、貧煤、長焰煤、褐煤等，煤炭在我國分布廣、儲量豐富，而生物質不需分撿，加工方便，面廣量大，但能量密度低，不易大規模集中使用，此發明適宜在中心城鎮建立氣源廠，既解決生物質有效利用，又可改善生態環境，提高居民的生活質量。
3.煤氣熱值符合國家城市煤氣標準。煤氣易于并網、灶具易于標準化。
4.本實用新型的生產供應可靠安全，由于生物質供應受季節、氣候的影響較大。可能出現供求失衡，由于本實用新型是生物質和煤混合氣化，生物質和煤入爐的比例可隨時調整，以適應生物質的供應量。
5.整個生產過程，全部自動化操作。按溫度進行兩個階段的轉換，操作簡單，煤氣成分穩定。
下面結合實施例及附圖作詳細說明。
圖1是本實用新型的工作過程示意圖圖2本實用新型的流化床氣化爐本體的實施例1的結構示意圖圖3本實用新型的流化床氣化爐本體的實施例2的結構示意圖1流化床氣化爐本體 2慣性分離器 3蒸氣過熱器 4旋風分離器 5帶螺旋加料機構的煤倉 6帶螺旋加料機構的生物質料倉 7焚燒爐 8焚燒爐煤斗 9洗滌塔 10氣柜 11熱管空氣預熱器 12布袋除塵器 13煙囪 14羅茨風機 15-1煤氣換向閥 15-2煙氣換向閥 16-1蒸氣換向閥 16-2空氣換向閥 17排灰閥 18攪拌器 19噴嘴 20布風板 21風室 22進風口 23下料管 24緩沖氣包具體實施方式
如圖1、圖2所示，裝置分為流化床氣化爐本體(1)、煙氣系統、煤氣系統、供風系統、蒸氣系統，其中流化床氣化爐本體(1)上部為園筒形，下部為倒錐形，爐體為耐火襯里的鋼板結構，爐體下部順序設有布風板(20)和風室(21)、進風口(22)、排灰閥(17)，氣化爐(1)設有兩個帶螺旋加料機構的料倉(5、6)，煤倉(5)設于爐體倒錐體下部；生物質料倉(6)設于爐體倒錐體上部，該料倉頂部設有防止生物質料搭橋、堵塞的攪拌器(18)；爐體中部設有4個二次風噴嘴(19)，均布爐體四周，爐體上部爐出口上順序設有帶縱向翅片的熱管的慣性分離器(2)，蒸氣過熱器(3)及旋風分離器(4)，且慣性分離器(2)同時設有蒸氣發生器，慣性分離器(2)下端經下料管(23)與流化床氣化爐本體(1)相連，旋風分離器(4)的頂端出口經換向閥(15-1)、(15-2)與煤氣系統和煙氣系統相連，煙氣系統由熱管空氣預熱器(11)、布袋除塵器(12)、煙囪(13)順序組成；煤氣系統由洗滌塔(9)、氣柜(10)順序相連而成；氣化爐(1)的供風系統由羅茨風機(14)、熱管空氣預熱器(11)的空氣通道、空氣換向閥(16-2)順序相連而成；蒸氣系統由與慣性分離器(2)的蒸發器、焚燒爐(7)分別相連的緩沖氣包(24)，再順序相連蒸氣過熱器(3)、蒸氣換向閥(16-1)而成。
如圖3所示，對于水分高的生物質可將生物質料倉(6)設在爐頂，沿內爐墻敷設帶孔的下料管直達爐體擴張口以利干燥。
具體工作過程如下流化床氣化爐采用間歇工作方法，整個過程分為供風燃燒和供蒸氣氣化兩個階段。以木屑或稻殼為氣化原料，粒度＜10mm不需要分撿、破碎，及0～10mm的粉煤分別裝入料倉(6)、(5)內，原料煤從帶螺旋加料機構的煤倉(5)中由螺旋加料機送入氣化爐(1)中，在供風燃燒階段從羅茨風機(14)來的空氣經過熱管式空氣預熱器(11)，空氣換向閥(16-2)，由風室(21)經布風板(20)進入氣化爐(1)，使氣化爐(1)的煤在流化狀態下燃燒，床層溫度迅速升高。這時設在爐中的二次風噴嘴(19)噴射的空氣，使飛灰和可燃氣體進一步燃燒，這時產生的950℃高溫煙氣由爐出口經慣性分離器(2)，將60％的含碳粉塵分離后經下料管(23)降溫除塵返回爐內重新燃燒，初除塵的煙氣經蒸氣過熱器(3)，旋風分離器(4)，分離下的含碳粉塵送入焚燒爐(7)進一步燒盡。溫度降至400℃以下分離后的煙氣經煙氣換向閥(15-2)進入到空氣預熱器(11)，將空氣預熱到250℃，煙氣降溫到200℃后進入布袋除塵器(12)，使煙氣中的含塵量達到排放標準后經煙囪(13)排入大氣。慣性分離器(2)和焚燒爐(7)產生的水蒸氣送入緩沖氣包(24)，供氣化爐作氣化劑和外供。當氣化爐的床層溫度升到950℃～1000℃時(具體溫度，根據煤的灰熔點設定)，停止供風，氣化爐進入供蒸氣氣化階段，空氣換向閥(16-2)關閉，蒸氣換向閥(16-1)開啟，與此同時煙氣換向閥(15-2)關閉，煤氣換向閥(15-1)開啟，這時來自蒸氣過熱器(3)的350℃過熱蒸氣經蒸氣換向閥(16-1)，由進風口(22)進入風室(21)經布風板(20)進入氣化爐，氣化爐中的高溫碳層(煤和生物質焦碳)在水蒸氣作用下流化氣化，發生水煤氣反應；與此同時，在燃燒階段末期或氣化階段開始階段，經帶螺旋加料機構的生物質料倉(6)加入爐內的生物質，在950℃以上高溫還原氣氛下，進行干餾熱解氣化反應。生物質產生的熱解煤氣和焦碳層生成的水煤氣混合成高熱值煤氣經慣性分離器(2)、蒸氣過熱器(3)、旋風分離器(4)、煤氣換向閥(15-1)進入煤氣系統，經洗滌塔(9)洗滌后送入氣柜(10)，供用戶使用。由慣性分離器(2)分離下的含碳灰塵，經下料管(23)返回氣化爐(1)內重新燃燒和氣化。旋風分離器(4)分離下的含碳灰塵送入到焚燒爐(7)燃燒產生水蒸氣。水煤氣反應及干餾熱解化氣反應是強吸熱反應，隨著反應的進行，料層溫度逐漸下降，當爐內溫度下降到900℃，由于氣化反應及焦油裂解反應的速度減緩。此時，蒸氣換向閥(16-1)和煤氣換向閥(15-1)關閉；空氣換向閥(16-2)和煙氣換向閥(15-2)開啟，氣化爐(1)又進入供風燃燒階段。這樣氣化爐供風燃燒和供蒸氣氣化階段交替往復進行工作，以生物質和煤為原料生產高熱值煤氣。所有閥門的轉換都根據溫度設定自動進行的。操作非常方便。氣化爐的灰渣經排渣閥17排出。灰渣排量少、含碳量低，一般不再利用，已可送焚燒爐進一步燒盡。
氣化爐的典型煤氣成分為H250～55％，CO15～20％，CO210～12％，CH49～18％，CHnHm 1.5～2.5％，O2＜0.4％，N23～5％。
煤氣低熱值12.6MJ～16.6MJ/Nm3。
上述實施方式僅用于說明本實用新型技術方案，而不加以限制。
權利要求1.生物質氣化爐，其特征在于裝置分為流化床氣化爐(1)、煙氣系統、煤氣系統、供風系統、蒸氣系統，其中流化床氣化爐(1)上部為園筒形，下部為倒錐形，爐體為耐火襯里的鋼板結構，爐體下部順序設有布風板(20)和風室(21)、進風口(22)、排灰閥(17)，氣化爐(1)設有兩個帶螺旋加料機構的料倉(5、6)，煤倉(5)設于爐體倒錐體下部；生物質料倉(6)設于爐體倒錐體上部，該料倉頂部設有防止生物質料搭橋、堵塞的攪拌器(18)；爐體中部設有4個二次風噴嘴(19)，均布爐體四周，爐體上部爐出口上順序設有帶縱向翅片的熱管的慣性分離器(2)，蒸氣過熱器(3)及旋風分離器(4)，且慣性分離器(2)同時設有蒸氣發生器，慣性分離器(2)下端經下料管(23)與流化床氣化爐(1)相連，旋風分離器(4)的頂端出口經換向閥(15-1)、(15-2)與煤氣系統和煙氣系統相連，煙氣系統由熱管空氣預熱器(11)、布袋除塵器(12)、煙囪(13)順序組成；煤氣系統由洗滌塔(9)、氣柜(10)順序相連而成；氣化爐(1)的供風系統由羅茨風機(14)、熱管空氣預熱器(11)的空氣通道、空氣換向閥(16-2)順序相連而成；蒸氣系統由與慣性分離器(2)的蒸發器、焚燒爐(7)分別相連的緩沖氣包(24)，再順序相連蒸氣過熱器(3)、蒸氣換向閥(16-1)而成。
2.根據權利要求1所述的生物質氣化爐，其特征在于對于水分高的生物質，將生物質料倉(6)設在爐頂，沿內爐墻敷設帶孔的下料管直達爐體擴張口以利干燥。
專利摘要本實用新型涉及能源設備，是一種無焦油產生，且工藝簡單，能生產高熱值煤氣的生物質和煤混合的氣化爐。其以生物質、煤兩種物質為氣化原料，流化床氣化爐采用供風燃燒和供蒸氣氣化的間歇工作；在供風燃燒階段，供煤和供風入爐內，使氣化爐的煤料在流化狀態下燃燒，放出熱量；在氣化階段，向氣化爐供入水蒸氣和生物質，使高溫碳料層在流化狀態下發生水煤氣反應、生物質在高溫下干餾熱解氣化反應，所產生的高熱值煤氣經降溫除塵處理后進入煤氣凈化系統；其突出了生物質揮發分高，固定碳少，易于高溫干餾熱解，而煤固定碳高，灰熔點高，易于燃燒形成高溫料層的優點，通過二者有機地融合可生產出不含焦油的高熱值的燃料氣。
文檔編號C10B53/00GK2677377SQ20042002437
公開日2005年2月9日 申請日期2004年1月18日 優先權日2004年1月18日
發明者王同章, 王立群, 周浩生 申請人:江蘇大學