專利名稱：規模化固定床生物質氣化爐及低含氧燃氣的生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及規模化固定床生物質氣化爐及低含氧燃氣的生產工藝，屬于生物質氣 化領域。
背景技術：
目前能源和環境問題已成為全球關注的焦點。常規能源(如煤，石油和天然氣)日 益枯竭且嚴重污染環境，因此開發潔凈可再生能源十分重要。生物質作為唯一的可儲存運 輸的可再生能源，其高效轉化和清潔利用日益受到全世界的重視。我國生物質資源豐富，理 論年產量為50億噸左右，僅農作物秸稈的年產量達7億噸以上，約折合標準煤3億噸。但 目前我國對農村秸稈生物質的使用方式很不合理，大多數采用直接燃燒的方式加以利用， 熱效率很低(< 10%)，不僅浪費資源而且危害環保。利用高效轉化技術，把生物質轉化為 潔凈燃料或者電力將成為今后人們利用生物質能的必然趨勢。生物質氣化是將一次能源轉化為清潔的二次能源的重要途徑之一，其產品主要為 燃料氣，也可經過深度處理為合成氣和氫氣等。生物質氣化技術可用于在供熱和電力方面 有著廣泛的應用，氣化爐是生物質氣化的關鍵設備，而燃氣品質對后續凈化和應用至關重 要。為此，人們開發了各種類型的氣化爐和生產工藝。固定床氣化爐是目前生物質氣化的 主要爐型。目前國外生物質氣化裝置一般規模較大，自動化程度高，工藝較先進，氣化效率 可達60%以上。我國生物質氣化技術起步較晚，但發展很快。如中國農業 械化科學研究 院研制的ND系列生物質氣化爐，其中ND-600型氣化爐已進行較長時間的生產運行，并取得 了一定的效益；江蘇吳江縣生產的稻殼氣化爐，利用碾米廠的下腳料驅動發電機組，功率達 到160千瓦，已達到實用階段；中科院廣州能源所，對上吸式生物質氣化爐的氣化原理、物 料反應性能作了大量試驗，并研制出GSQ型氣化爐；山東能源研究所研制的XFL系列秸桿氣 化爐在農村集中供氣的應用中也獲得了一定的社會、經濟效益；大連市環境科學設計研究 院用研制的LZ系列生物質千餾熱解氣化裝置建成了可供1000戶農民生活用燃氣的生物質 熱解加工廠；云南省研制的QL-50，60型戶用生物質氣化爐已通過技術鑒定并在農村進行 試驗示范。但目前這些固定床氣化爐大都存在爐徑較小(< 2m)、間歇加料，生產能力低，熱 效率和氣化強度低的問題，不能實現規模化利用，只能就近供熱，不能產生好的經濟效益。 且所得燃氣含氧量高(> )，燃氣熱值低(< 5MJ/m3)，不利于后續凈化和應用。
發明內容
本發明的目的在于克服上述反應裝置的缺陷，提供一種連續加料、熱效率和氣化 強度高的大規模氣化爐，且通過優化內部結構和操作條件，使所得燃氣含氧量低，熱值高， 以滿足后續深加工和利用的要求。由于生物質氣化效果的好壞，與生物質理化性質和氣化爐結構及尺寸的匹配而形 成的氣固相接觸條件有關。與煤相比，生物質(特別是秸稈)大都存在堆積密度小、自然堆 積較大(在氣化爐里容易產生架橋、穿孔現象 木炭機械強度低(不能保持原有形狀，容易在反應層中形成空洞，致使氣流分布不均勻)和灰熔點低(< 1050°C，固態排渣困難)等缺 點。再者，目前生物質固定床氣化爐結構過于簡單，只能間歇加料，且氣流分布很難均勻。上 述兩種弊病相互影響，使得氣固相接觸不好，氣化效率和熱效率低，且空氣會因“短路”現象 的發生而使部分氧氣未參與反應即離開氣化爐，造成燃氣中氧含量偏高。氣化爐尺寸加大 時，上述現象更加嚴重，這是造成生物質氣化技術不能規模化的重要原因之一。此外，由于 生物質堿金屬含量偏高(通常灰中含30%以上)，如直接與金屬殼體接觸，將會腐蝕爐壁， 縮短爐子使用壽命。必須采取相應措施才能得到解決這些問題。本發明通過以下技術方案實現—種生物質(特別是成型秸稈)氣化爐，尤其是大規模固定床生物質氣化爐，其 特征是所述氣化爐帶有防腐蝕襯里(可有效預防堿金屬對爐壁的腐蝕)，優選固定床氣化 爐。根據本發明，所述的氣化爐包括加料裝置⑴、爐體(3)和爐篦⑷。根據本發明，所述的氣化爐還進一步包括燃氣排出口(2)、排灰口(5)和和空氣進 口(6)。所說的氣化爐內徑根據生產能力的需要確定，一般而言，可以設置為I-IOm范圍， 優選2-8m ；更優選3-6m，最優選3_3. 5m，高度在Im以上，優選2m以上，更優選3m以上。根據本發明的優選實施方案，氣化爐爐體的高徑比(即氣化爐的高度與氣化爐的 直徑比)設置為0. 5-4，優選為1-3，更優選1. 5-2。根據本發明的另一優選實施方案，其中所述爐篦為耐熱鑄鐵材質。爐篦設在進風 管上，下部與可旋轉托盤相連。本發明的爐篦既用于排灰，也作為氣體分布板，使爐內氣流 均勻，利于氣化反應順利進行。根據本發明的優選實施方案，氣化爐爐內原料床層由下向上分為灰層、氧化層、 還原層、干餾層和干燥層。防腐襯里可設置在氣化爐內的任一層上，優選設置在氧化層、還 原層和干餾層上，更優選設置在氧化層上，最優選在氧化層附近高溫區域設置防腐襯里。所 述防腐材料可選自含硅防腐材料，采用防腐襯里可有效防止堿金屬元素對金屬殼體的腐 蝕，延長爐體壽命。根據本發明的另一優選實施方案，其特征在于，利用料斗閘門，計量加料器和計量 鎖氣器實現氣化爐的連續進料，從而提高生產能力。根據本發明的另一技術方案，其通過如下方式實現一種低含氧燃氣的生產工藝，其特征在于以成型生物質(尤其是秸稈)為原料，連 續從氣化爐上部加入(該原料依靠重力向下移動)，空氣由下部逆流進入氣化爐。根據本發明的優選方案，其中所述的生產工藝還包括將灰渣由下部排出，燃氣由 上部排出。根據本發明的優選方案，氣化爐頂部熱解層和干燥層利用氣體余熱升溫，并降低 熱解氣溫度；底部空氣充足，氧化層燃燒完全；爐篦和灰渣受到空氣冷卻，便于排灰操作穩 定。優化下部鼓入的空氣流量與加料量的比值，使氣化爐內形成穩定的還原層，與氧氣充分 反應，。根據本發明的另一優選方案，其特征是通過調節下部鼓入的空氣流量與加料量 的比值及混合狀況，使氣化爐內形成穩定的還原層，與氧氣充分反應，將出口燃氣氧含量在0. 6%以下，便于凈化處理，改善燃氣品質。根據本發明優選生產工藝，其特征在于，生物質原料連續從氣化爐上部的加料裝 置(1)加入。空氣由下部的空氣進口(6)逆流進入氣化爐。灰渣由下部的排灰口(5)排出。 燃氣由上部的燃氣排出口(2)排出。根據本發明，作為生物質原料，優選成型秸稈，可通過成型設備將其壓縮成尺寸均 一、密度高(lg/cm3以上)、機械強度高的料塊。成型的生物質可以在氣化爐內分布均勻，且 利于生產能力的提高。本發明的氣化爐通過上部進料和排氣(燃氣)，下部出渣和進氣(空氣)，，實現物 料和氣體反應連續而穩定進行，便于尺寸放大，實現規模化。本發明生物質固定床氣化爐可 用于大規模供熱，也可用于內燃機發電裝置。本氣化爐與現有氣化裝置相比，規模大，燃氣含氧量低，且自動化程度高，操作簡 單，便于推廣應用。本發明氣化爐的總體熱效率和氣化效率高(均可達70 %以上，優選75 % 以上，更優選80%以上)，氣化強度至少為IOOm3/(m2h)，優選300kg/(m2h)以上，屬大規模氣 化爐。氣化爐碳轉化率可達95%以上，優選96%以上，燃氣氧含量可低至0.6%以下，優選 0. 5%以下，燃氣熱值較高，生產能力大，操作周期長，燃氣品質好，便于深度凈化和利用。本發明的固定床氣化爐具有十分顯著的優點(1)采用連續進料的方式，氣化爐內徑為2-3. 5m,運行穩定，生產能力大，氣化強 度高，便于規模化應用。(2)宏觀上氣體(空氣或燃氣)與固體(原料或灰)逆向接觸，可有效提高熱效 率，使燃氣冷卻及灰冷卻，便于后續處理，使空氣和原料加熱，便于反應和干燥。(3)采用可轉動爐篦，兼為氣體分布板，結構簡單有效，氣流分布均勻，利于氣體和 固體物料接觸并充分反應，降低燃料氣中含氧量。(4)秸稈生物質壓縮成型后進料，可有效改善進料均勻程度，并提高聲場能力。(5)鑒于生物質堿金屬含量高的特點，為防止金屬腐蝕，采用防腐襯里，有效延長 爐齡，使得氣化爐的使用可延長至少10年，優選15年以上。
圖1為固定床生物質氣化爐的結構示意圖。圖中各附圖標記的含義如下1—進料裝置；2——燃氣排出口 ；3——爐體；4——爐篦；5——排灰口 ；6——空氣進口
具體實施例方式下面結合附圖對本發明具體實施方式
作進一步說明。如圖1所示，本發明所說的氣化爐的爐體(3)為一個組合體，由外層金屬殼體和內 層耐火防堿金屬腐蝕的襯里組成。氣化爐內徑為2-4m，高徑比為0.5-2。氣化爐頂部設進 料裝置(1)，包括料斗間門，計量加料器和計量鎖氣器，可實現連續進料。氣化爐頂部設燃氣 排放口(2)，后可接各種氣體凈化及深加工裝置。氣化爐爐篦(4)為耐熱鑄鐵鑄成，爐篦設 在進風管上，下部與可旋轉托盤相連，既用于排灰，也作為氣體分布板，使爐內氣流均勻。排灰裝置(5)包括刮刀及灰盤，可有效將灰排出爐外。氣化爐底部設有空氣進口(6)，也可進 富氧或純氧。氣化爐爐體還設有若干其它附件。所說的固定床氣化爐以壓縮成型秸稈生物質為原料，生物質濕度為5_15%。原 料氣化時可以空氣、富氧或純氧為氣化劑，氣碳比為1.2-1.8m7kg，優選1.3-1.6m7kg， 更優選1.48-1.5m7kg;操作溫度為1100-1200°C，更優選為1115_1160°C，還更優選 1120-1150°C。所生產燃氣熱值在6MJ/kg以上，氧含量在0.6%以下，更優選在0.5%以下， 硫、氯含量極低，便于凈化、深加工及利用，利于環保。實施例用于發電的生物質氣化爐，爐內徑為3m，高為3m，日處理壓縮成型稻稈約為50噸， 以空氣為氧化劑，氣碳比為1. 48m3/kg,生物質轉化率為98. 7%，氣化強度為298kg/m2h，出 口燃氣含氧量為<0.5%，說明本氣化爐性能優良，燃氣產品質量好，效果顯著。
權利要求
一種大規模固定床生物質氣化爐，其特征在于，所述氣化爐爐體帶有防腐蝕襯里。
2.根據權利要求1所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐包括加料裝置(1)、爐體(3) 和爐篦(4)
3.根據權利要求2所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐還進一步包括燃氣排出口 (2)、排灰口 (5)和空氣進口(6)。
4.根據權利要求1-3任一項的氣化爐，其特征在于所述氣化爐爐體的高徑比為0.5-4， 優選為1-3，更優選1.5-2。
5.根據權利要求2-4任一項的氣化爐，其中所述爐篦為耐熱鑄鐵材質。
6.根據權利要求2-5任一項的氣化爐，其特征在于，所述爐篦設在進風管上，下部與可 旋轉托盤相連。
7.根據權利要求1-6任一項的氣化爐，其特征在于防腐襯里設置在氧化層、還原層和 干餾層上，更優選設置在氧化層上，最優選設置在在氧化層附近高溫區域。
8.根據權利要求1-7任一項的氣化爐，其特征在于所述的加料裝置(1)包括料斗閘門， 計量加料器和計量鎖氣器。
9.一種低含氧燃氣的生產工藝，其特征在于，以生物質(尤其是秸稈)為原料，連續從 氣化爐上部加入，空氣由下部逆流進入權利要求1-8任一項的氣化爐。
10.根據權利要求9的生產工藝，其中還包括將灰渣由下部排出，燃氣由上部排出的步馬聚ο
11.根據權利要求9或10的生產工藝，其特征在于通過調節下部鼓入的空氣流量與 加料量的比值及混合狀況，使氣化爐內形成穩定的還原層，與氧氣充分反應。
12.根據權利要求9-11任一項的生產工藝，其特征在于，生物質原料選自成型秸稈。
13.根據權利要求9-12任一項的生產工藝，其特征在于，生物質原料連續從氣化爐上 部的加料裝置(1)加入。空氣由下部的空氣進口(6)逆流進入氣化爐。灰渣由下部的排灰 口(5)排出。燃氣由上部的燃氣排出口(2)排出。
全文摘要
本發明公開了一種生物質(特別是成型秸稈)氣化爐，所說的氣化爐是一個帶防腐蝕襯里(可有效預防堿金屬對爐壁的腐蝕)的固定床氣化爐。包括加料裝置(1)、燃氣排出口(2)、爐體(3)、爐箅(4)、排灰口(5)和空氣進口(6)等。原料連續從上部加入，依靠重力向下移動，可形成穩定的還原層(與空氣中氧氣充分反應)，灰渣由底部排出；空氣從下部進入，燃氣從上部排出。所說的氣化爐內徑為3m，高度在3m以上，氣化強度至少為100m3/(m2h)。氣化爐碳轉化率可達95％，燃氣氧含量可低至0.6％以下。生產能力大，操作周期長，燃氣品質好，可用于燃燒或發電。
文檔編號C10J3/30GK101892084SQ20101025138
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者吳幼青, 吳詩勇, 尉建中, 盛衛東, 秦世平, 高晉升 申請人:華東理工大學;高郵市林源科技開發有限公司;建設部沈陽煤氣熱力研究設計院