一種新型生物質分步氣化方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種新型生物質分步氣化方法和裝置，屬于生物質能源及化工利用領域。
【背景技術】
[0002]生物質能是植物通過光合作用固定下來的太陽能，具有儲存量大，分布廣泛的優點，其大規模利用可有效緩解能源危機和減少環境污染。與其他可再生能源相比，生物質最突出的優點在于它是唯一可再生的碳源，無論是能源領域還是化工領域，生物質可以實現對化石燃料的全面替代。
[0003]氣化是生物質能源利用的重要方式之一，是把固體生物質材料轉化為可燃氣的過程，可供燃氣輪機發電、燃料電池發電和化工原料使用。現階段，氣化器的種類主要分為:固定床氣化爐(包括下吸式和上吸式)，流化床氣化爐和氣流床氣化爐。然而，由于生物質灰熔點低，在使用固定床和流化床氣化爐時，易發生結渣等問題，限制了氣化爐的溫度，使得氣化效率低，燃氣熱值低，并且由于較低的溫度，使得燃氣中含大量焦油，堵塞管道，焦油脫除過程容易造成二次污染。氣流床由于有較高的氣化溫度，使其有氣化強度高，氣化效率高，產氣焦油量低的優點，是最適合生物質大規模氣化的方式，但是，由于生物質的物理性質，進料問題無法得到有效解決，生物質氣流床氣化技術只停留在實驗階段。
[0004]為解決這一系列問題，國內外許多學者都提出了生物質分步氣化，但是大部分分步氣化裝置為熱解爐和固定床簡單結合，只是單純地將熱解和氣化分離，并沒有對進一步對整個氣化過程進行優化，沒有顯現出分步氣化的優勢，而且由于固定床的局限性，這些氣化裝置并不適用于生物質的大規模氣化。因此，本發明在此基礎上提出熱解爐和異型氣流床結合的分步氣化方式，并對這一氣化方式中的關鍵問題進行設計。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的缺點與不足，本發明提供了一種新型的生物質氣化方法和裝置，氣化強度高，適用于大規模的生物質氣化。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]一種新型生物質分步氣化方法，其特征在于，具體步驟為:
[0008]a)生物質原料經過初步處理后進入熱解爐，在外置熱源或余熱換熱的條件下，熱分解成含焦油的熱解氣和生物質炭；
[0009]b)啟動氣化爐，熱解氣經加壓后和空氣或富氧氣體進入氣化爐底部，在熱解氣噴嘴處混合并迅速燃燒，生成以二氧化碳和水蒸氣為主的高溫混合氣體；
[0010]C)生物質炭經過磨碎后經過加壓以氣力輸送的方式從氣化爐頂部噴入；
[0011]d)生物質炭噴入氣化爐中，與從燃燒區生成的二氧化碳和水蒸氣發生反應，在氣化區生成一氧化碳和氫氣為主的氣體離開氣化爐，生物質灰以熔融態排入熔渣池。
[0012]所述步驟a)中，熱解爐的熱解溫度為400?600°C。
[0013]所述步驟b)中，氣化爐啟動時先開啟熱解氣噴嘴，點火后升溫至1300°C，加壓至氣化爐爐內3MPa，隨后開啟炭粉噴嘴。
[0014]所述步驟c)中，生物質炭磨碎后的粒徑為10ymWT ;氣力輸送的方式為氮氣氣力輸送方式；氣化爐內部壓力為0.1?6MPa。
[0015]所述步驟c)中，可在生物質炭中摻混煤粉以提高合成氣品質；或者可在氣化爐頂部入口處噴入水蒸氣以降低氣化區溫度和合成氣中co/H2體積比。
[0016]所述步驟d)中，氣化區的反應溫度為950?1400°C ;排渣方式為液態熔融排渣。
[0017]實現一種新型生物質分步氣化方法的裝置，所述裝置包括熱解和燃燒氣化兩大區域，熱解區域包括進料口、熱解爐、研磨機、鎖斗、發料罐和氣力輸送裝置；燃燒氣化區域包括炭粉噴嘴、熱解氣噴嘴、氣化爐、出氣口和熔渣池；進料口與熱解爐連接，熱解爐分別連接研磨機和熱解氣噴嘴；所述研磨機與鎖斗、發料罐、氣力輸送裝置、炭粉噴嘴依次連接；所述氣化爐包括上部互相連通的內筒和外筒，內筒內為燃燒區，發生熱解氣的燃燒反應；外筒內為氣化區，發生生物質炭與熱解氣燃燒產物的氣化反應；所述熱解氣噴嘴與氣化爐的內筒底部連通，所述炭粉噴嘴與氣化爐的外筒頂部連通；所述出氣口設置在外筒的底部；所述氣化爐的下方連接熔渣池。
[0018]所述氣化爐的外壁為敷設有水冷壁的防火磚。
[0019]所述內筒的出口處呈外擴型。
[0020]所述內筒與外筒的直徑比為1:2?1:4。
[0021]本發明與傳統生物質氣化相比，其最大的特點是，把生物質氣化過程的熱解區和燃燒氣化區分開，即把傳統氣化爐分為熱解爐和氣化爐兩部分，運行時，生物質首先進入熱解爐發生熱解，產生熱解氣和固體炭，隨后熱解氣進入氣化爐與空氣或富氧氣體混合燃燒放熱，燃燒產物與剛進入氣化爐的固體炭粉末發生氣化反應，最終生成以一氧化碳和氫氣為主的混合氣體，提供能源或化工使用，氣化強度高，適合與生物質大規模氣化。
[0022]本發明具有以下優點:(I)氣化爐溫度比一般氣化爐溫度高，能大大提高氣化強度；(2)氣化爐內為加壓環境，不需要過量的氧氣來維持高溫條件，并可以提高氣化反應的速率；(3)內筒溫度高，氧濃度較高，幾乎所有的焦油均通過燃燒和熱裂解去除，使得混合氣基本不含焦油；(4)熱解使生物質炭相對于原料更容易磨碎，從而解決氣化爐的進料問題；(5)頂部的炭粉和熱氣化劑對沖設計，使固氣兩相混合更加充分，能提高炭轉化率，加快反應速率；(6)外筒溫度較內筒低，外壁設計為敷設有水冷壁的防火磚，可提供水蒸氣的需求，熔融的灰渣凝固到外壁內側后可以起到保護爐壁和保溫的雙重效果，降低散熱損失，提高能量效率；(7)液態排渣使該氣化裝置適用于大部分生物質。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明裝置結構圖；
[0024]其中，1-進料口，2-熱解爐，3-研磨機，4-鎖斗，5-發料罐，6_氣力輸送裝置，7_炭粉噴嘴，8-熱解氣噴嘴，9-內筒，10-外筒，11-出氣口，12-熔渣池，13-煤粉，14-氮氣，15-空氣，16-水蒸氣。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0026]如圖1所示，新型生物質分步氣化裝置主要包括熱解和燃燒氣化兩大區域，熱解區域包括進料口 1、熱解爐2、研磨機3、鎖斗4、發料罐5和氣力輸送裝置6 ;燃燒氣化區域包括炭粉噴嘴7、熱解氣噴嘴8、內筒9、外筒10、出氣口 11和熔渣池12，氣化爐分為內筒9和外筒10，內筒9內為燃燒區，主要發生生物質熱解氣的燃燒反應，內筒9出口處呈外擴型；外筒10為氣化區，主要發生生物質炭與生物質熱解氣燃燒產物的氣化反應。熱解爐2為回轉窯爐或螺旋熱解爐。在氣化爐外壁防火磚中敷設有水冷壁。
[0027]新型生物質分步氣化方法的具體步驟為:
[0028]a)生物質原料經過初步