富氧燃燒鍋爐低溫煙氣制取生物質高熱值氣化氣的系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物質氣化制取高熱值氣化氣領域，更具體地，涉及一種用富氧燃燒鍋爐低溫煙氣制取高熱值生物質氣化氣的設備。
【背景技術】
[0002]生物質氣化技術，作為生物質能熱化學利用方式的一種，是利用氧氣、二氧化碳、空氣、水蒸氣或這些氣體的混合氣作為氣化劑(即，氣化介質)，在高溫下用熱化學手段將低品位的固態生物質燃料轉化成清潔的高品位氣體燃料。生成的生物質氣化氣燃燒后只生成水和二氧化碳，清潔無污染，環境友好。
[0003]由于目前的生物質氣化技術大多需要通入部分高溫氧氣或空氣以提供氣化過程所需熱量，需要額外的對原料氣體預先加熱，造成了生物質氣化過程效率偏低；并且，由于原料氣體中含有部分不參與氣化反應的雜質氣體(如氮氣等)，使得生成的氣化氣熱值偏低、經濟性差，阻礙了生物質氣化技術的推廣與應用。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種用富氧燃燒鍋爐煙氣制取生物質氣化氣的系統和方法，其中通過對生物質氣化系統關鍵氣化介質、氣體輸入輸出方式、物料傳輸方式、以及關鍵組件的結構及其連接方式等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決生物質氣化成本高、氣化氣熱值偏低的問題，并且通過對參與生物質氣化的氣化介質的組成進行調整，能夠達到進一步調整氣化氣組成、提高氣化氣性能的技術效果。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用富氧燃燒鍋爐煙氣制取生物質氣化氣的系統，其特征在于，包括循環流化床氣化器、旋風分離器；其中:
[0006]所述循環流化床氣化器具有進料口，該進料口用于將生物質物料輸入至所述循環流化床氣化器；所述循環流化床氣化器還設置有進氣口，該進氣口用于輸入氣化介質；所述循環流化床氣化器用于在所述氣化介質的作用下將所述生物質物料氣化得到氣化氣；所述氣化介質是溫度為120°C?140°C的富氧燃燒鍋爐低溫煙氣，或者是由包含有氧氣、溫度為120°C?140°C的富氧燃燒鍋爐低溫煙氣混合得到的混合氣體；
[0007]所述旋風分離器與所述循環流化床氣化器連接，用于分離所述氣化氣。
[0008]作為本發明的進一步優選，所述氣化介質中氧氣的體積百分比濃度滿足當量比ER在0.20?0.28的范圍內。
[0009]作為本發明的進一步優選，所述循環流化床氣化器的進氣口前還設置有氣體混合器，該氣體混合器與所述循環流化床氣化器的進氣口連接，用于混合所述氧氣與低溫煙氣，從而調整所述混合氣體中氧氣的濃度。
[0010]作為本發明的進一步優選，所述氣體混合器還設置有外部氣體進口，用于混合所述氧氣、富氧燃燒鍋爐低溫煙氣和外部氣體，從而得到混合有外部氣體的氣化介質，進而調整所述氣化氣的組成成分；所述外部氣體優選為以下氣體的至少一種:水蒸氣、二氧化碳。
[0011]作為本發明的進一步優選，所述生物質物料的粒徑不超過50mm。
[0012]作為本發明的進一步優選，所述循環流化床氣化器的進料口通有所述氣化介質，便于所述生物質物料的傳輸。
[0013]作為本發明的進一步優選，所述旋風分離器還與噴淋塔連接，該噴淋塔用于除去所述氣化氣中的焦油；所述噴淋塔分別與污水處理裝置和風機連接，所述氣化氣經過所述風機被傳輸至儲氣柜。
[0014]本發明的另一目的在于提供一種用富氧燃燒鍋爐煙氣制取生物質氣化氣的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015](I)將粒徑不超過50_的生物質物料送入到循環流化床氣化器中；
[0016](2)將氣化介質通入到所述循環流化床氣化器中；接著，加熱所述循環流化床氣化器使所述生物質物料與所述氣化介質發生反應得到生物質氣化氣；所述氣化介質是溫度為120°C?140 °C的富氧燃燒鍋爐低溫煙氣，或者是由包含有氧氣、溫度為120°C?140 °C的富氧燃燒鍋爐低溫煙氣混合得到的混合氣體。
[0017]作為本發明的進一步優選，其特征在于，所述步驟(2)的氣化介質中氧氣的體積百分比濃度滿足當量比ER在0.20?0.28的范圍內。
[0018]通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0019]1.將生物質氣化系統與富氧燃燒鍋爐系統配合使用，采用富氧燃燒鍋爐的低溫煙氣作為生物質氣化反應的氣化介質，既提高了富氧燃燒鍋爐系統的能量利用效率，又提高了生物質氣化氣的品質，使整體熱能的利用效率提高、降低了生產成本。
[0020]富氧燃燒技術是通過分離空氣得到氧氣，并使用燃燒后得到的煙氣代替了空氣中的氮氣、與氧氣混合后繼續反應的，得到的煙氣中二氧化碳含量很高(一般富氧燃燒煙氣中二氧化碳的含量可達到80% _95%，并含有少量氧氣和水蒸氣)。富氧燃燒產生的煙氣除了循環用于富氧燃燒外、一般直接進行填埋或作其它處理。富氧燃燒中的空氣分離需要大量能量來實現，因此整體的能量利用效率不高，也限制了其經濟性。
[0021]將富氧燃燒的煙氣用于生物質氣化，由于煙氣中二氧化碳的含量高，同時含有一定量的水蒸氣，與生物質物料在高溫下反應后，能使生物質物料氣化得到主要成分為CO和4的氣化氣，減少了其他雜質氣體(如氮氣)的含量，大大提高了制得氣化氣的熱值，提升了氣化氣的性能，擴展了氣化氣的應用范圍；并且，通過控制作為氣化介質的富氧燃燒鍋爐煙氣中的氧氣濃度，利用生物質原料與氧氣反應放出的熱量，可實現生物質氣化過程能量自持。另外，利用富氧燃燒鍋爐尾部的低溫排煙煙氣進行生物質氣化，在氣化系統不影響富氧燃燒鍋爐運行的條件下，能夠有效提高電站的整體經濟性。
[0022]將生物質物料(優選為經過破碎后粒徑不大于50mm的生物質物料)送入循環流化床中后，其顆粒呈流化狀態，氣固接觸面積大，能使氣化反應充分進行。由于煙氣中沒有隊等雜質氣體成分，因此生成的氣化氣主要成分為一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、氫氣(H2)和少量二氧化碳(CO2)，熱值高(熱值范圍:20-28MJ/Nm3)。
[0023]2.通過控制使得氣化介質中氧氣的體積百分比濃度(例如，可以通過向富氧燃燒鍋爐低溫煙氣添加氧氣，即，使包含有氧氣、富氧燃燒鍋爐低溫煙氣混合的方式)，使該氣化介質用于生物質氣化時，無需再對生物質氣化反應提供額外的熱能，整體的能量利用效率尚ο
[0024]氣化介質中氧氣的體積百分比濃度滿足當量比ER在0.20?0.28的范圍內。當量比ER (Equivalence Rat1)是指完成生物質氣化實際供氧量與燃料之比除以理論完全燃燒所需氧量與燃料之比，例如CxHy0z+02— CO 2+H20，則ER =(實際供氧量/燃料量)/ (理論需氧量/燃料量)，結合本發明中的具體方案，實際供氧量即氣化介質中實際的含氧量，燃料量即生物質物料量。合適的ER可使生物質燃燒釋放的熱量滿足氣化過程的所需熱量，實現氣化過程的自熱反應，減少外來能源的輸入，這是氣化工藝追求的目標之一 ；ER過大則會導致產氣熱值下降。為了實現生物質氣化過程能量自持、并保持生成氣化氣的高熱值，氣化介質中氧氣的體積百分比濃度可優選控制ER在0.25附近。
[0025]并且，向富氧燃燒鍋爐低溫煙氣額外添加的氧氣，可以直接從富氧燃燒系統(如空氣分離器)中分流得出，無需額外的氣體分離裝置，使生物質氣化與富氧燃燒耦合后的系統設置更為簡化，能量利用率更高。
[0026]3.通過將富氧燃燒鍋爐與生物質氣化系統配合使用，使CO2在排放前多經過了一道氣化的工藝，延長了碳基生命周期(即，碳元素從被綠色植物固定、到被人類燃燒等利用釋放、在到被綠色植物固定的周期)，緩解了溫室效應。
[0027]4.制得的生物質氣化氣的組成可根據生產需要靈活調整。通過向循環流化床氣化器中引入外部氣體，即，使這些外部氣體參與生物質氣化反應，能夠改進制得的氣化氣的氣體組成及氣化氣的熱值。例如，引入的外部氣體可以為水蒸氣，通過增加反應氣體中水蒸氣的比例，能夠提高氫氣在生成氣化氣中的比例，進一步改進氣化氣的性能。生物質種類的適用性好，工業生產實用性強。
[0028]將制得的生物質氣進行分離、凈化后進行綜合利用，包括生物質氣作為燃料、分離制取氫氣、生物質氣燃燒供熱，燃氣發電等。
[0029]本發明同時利用富氧燃燒煙氣中的02、CO2以及H2O,將低品位生物質能轉化為高品位高熱值的生物質氣化氣，無需外加熱源、減少溫室氣體和污染物排放，同時提高了富氧燃燒和生物質氣化這兩種技術的整體經濟性，不僅有利于促進富氧燃燒技術以及生物質氣化技術的發展與應用，還對改善我國能源結構、保護生態環境具有積極重要的意義。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明的系統方案示意圖，該示意圖省略了部分與氣化系統無關的富氧燃燒鍋爐前端設備。
[0031]附圖中各附圖標記的含義如下:1為空氣分離器；2為富氧鍋爐爐膛；3為空氣預熱器；4為除塵器；5為引風機；6為煙囪；7為低溫煙氣管道；8為氧氣輸送管道；9為氣體混合器；10為料斗；11為循環流化床氣化器；12為旋風分離器；13為噴淋塔；14為污水處理裝置；15為風機；16