生物質氣化裝置及系統的制作方法

生物質氣化裝置及系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及生物質利用技術領域，具體涉及一種生物質氣化裝置、及系統，該裝置包括：氣化反應器、第一旋風分離器、第二旋風分離器、可燃氣燃燒裝置和排灰機構；該系統包括：干燥裝置、第一輸送機構、第一儲存倉、第二輸送機構、第二儲存倉、螺旋輸送裝置和生物質氣化裝置。本實用新型的生物質氣化裝置反應快、氣化效率高，所得可燃氣可以直接使用。
【專利說明】
生物質氣化裝置及系統
技術領域
[0001] 本實用新型涉及生物質利用技術領域，具體涉及一種生物質氣化裝置、系統。
【背景技術】
[0002] 在面臨化石燃料枯竭的背景下，全世界都在謀求以循環經濟、生態經濟為指導，堅 持可持續發展戰略。生物質能源是一種理想的可再生能源，由于其在燃燒過程中對大氣的 二氧化碳凈排放量近似于零，從保護人類自然資源、生態環境出發，可以充分有效地利用生 物質轉化為常規的燃料來代替化石能源。
[0003] 生物質氣化技術是一種將生物質中的能量轉化為可燃燒氣體，生成的高品位的燃 料氣既可以供生產、生活直接燃用，也可以通過內燃機或燃氣輪機發電，進行熱電聯產聯 供，從而實現生物質的高效清潔利用。
[0004] 生物質氣化采用的技術路線種類繁多，可從不同的角度對其進行分類。根據燃氣 生產機理可分為熱解氣化和反應性氣化，其中后者又可根據反應氣氛的不同細分為空氣氣 化、水蒸氣氣化、氧氣氣化、氫氣及其這些氣體的混合物的氣化。根據采用的氣化反應器的 不同又可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化。反應性氣化通常以木材、農作物、生 活垃圾為原料或與煤粉共混，利用空氣、純氧、空氣/水蒸氣或氧氣/水蒸氣作為氣化劑，在 高溫缺氧條件下發生一系列的熱化學反應，產生以C0、H2或CH4為主要成分的可燃氣體的過 程。
[0005] 造紙行業的漿廠每天都會產生大量副產生物質---樹皮和木肩，據統計日產量為 5000ADT/D的漿廠，若全部使用自切木片，則產生樹皮約2700t/d(65%MC)，木肩約1800t/d (55%MC)。目前這些生物質都是送入鍋爐里直接燒掉，利用價值低，還會因燃燒不充分造成 環境污染。同時制漿廠堿回收車間都會配置一或多條石灰窯生產線，石灰窯為制漿廠消耗 化石燃料第一大戶。以800t/d的一條石灰窯生產線為例，消耗化石燃料重油約130t/d，或者 天然氣約145000Nm3/d。
[0006] 鑒于此，克服以上現有技術中的缺陷，提供一種新的生物質氣化裝置成為本領域 亟待解決的技術問題。

【發明內容】

[0007] 本實用新型的目的在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種生物質氣化裝置。
[0008] 本實用新型的目的可通過以下的技術措施來實現：
[0009] -種生物質氣化裝置，與現有技術相比，其不同之處在于，該裝置包括：
[0010]氣化反應器，其具有將生物質在空氣氣氛、氧氣氣氛或空氣與水蒸氣的混合氣體 氣氛下進行氣化反應的反應腔，所述反應器下部開設有物料入口和送風口，所述反應器的 上部設有可燃氣出口；
[0011]通過可燃氣出口與所述氣化反應器連通的第一旋風分離器，其用于分離可燃氣中 的固體雜質，所述旋風分離器的底部通過一回流管路與所述氣化反應器的下部連通；以及
[0012] 與所述第一旋風分離器連接的第二旋風分離器，其用于分離可燃氣中的固體雜 質。
[0013] 優選地，該裝置還包括：
[0014] 與所述第二旋風分離器連接的可燃氣燃燒裝置，所述可燃氣燃燒裝置內部壓力小 于氣化反應器內部壓力。
[0015] 優選地，所述反應腔內壁設有由耐火材料形成的耐熱層。
[0016] 優選地，所述反應器底部設有排灰機構。
[0017] 優選地，所述第二旋風分離器頂部連接有用于排出可燃氣的第一管道，所述第二 旋風分離器的底部連接有用于排出飛灰的第二管道。
[0018] 本實用新型還提供了一種生物質氣化系統，包括：
[0019] 上述的生物質氣化裝置；
[0020] 用于將生物質物料進行干燥的干燥裝置；
[0021 ]用于儲存經干燥處理的生物質物料的第一儲存倉，其通過第一輸送機構與干燥裝 置連接；
[0022] 用于儲存熱載體物料的第二儲存倉;以及
[0023] 設于氣化反應器物料入口的螺旋輸送裝置，其用于將第一儲存倉中的生物質物料 和第二儲存倉中的熱載體物料形成的混合物料輸送至反應器中。
[0024] 優選地，所述第一儲存倉通過第二輸送機構與所述螺旋輸送裝置連接。
[0025] 本實用新型的生物質氣化裝置反應快、氣化效率高，所得可燃氣可以直接使用。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本實用新型的生物質氣化裝置的結構示意圖。
[0027] 圖2是本實用新型的生物質氣化系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖和具體 實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解 釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0029] 在下文中，將參考附圖來更好地理解本實用新型的許多方面。附圖中的部件未必 按照比例繪制。替代地，重點在于清楚地說明本實用新型的部件。此外，在附圖中的若干視 圖中，相同的附圖標記指示相對應零件。
[0030] 如本文所用的詞語"示例性"或"說明性"表示用作示例、例子或說明。在本文中描 述為"示例性"或"說明性"的任何實施方式未必理解為相對于其它實施方式是優選的或有 利的。下文所描述的所有實施方式是示例性實施方式，提供這些示例性實施方式是為了使 得本領域技術人員做出和使用本公開的實施例并且預期并不限制本公開的范圍，本公開的 范圍由權利要求限定。在其它實施方式中，詳細地描述了熟知的特征和方法以便不混淆本 實用新型。出于本文描述的目的，術語"上"、"下"、"左"、"右"、"前"、"后"、"豎直"、"水平"和 其衍生詞將與如圖1定向的實用新型有關。而且，并無意圖受到前文的技術領域、【背景技術】、

【發明內容】
或下文的詳細描述中給出的任何明示或暗示的理論限制。還應了解在附圖中示出 和在下文的說明書中描述的具體裝置和過程是在所附權利要求中限定的發明構思的簡單 示例性實施例。因此，與本文所公開的實施例相關的具體尺寸和其他物理特征不應被理解 為限制性的，除非權利要求書另作明確地陳述。
[0031] 圖1示出了生物質氣化裝置100,其包括:氣化反應器10、第一旋風分離器20、第二 旋風分離器30、可燃氣燃燒裝置40和排灰機構50。
[0032] 其中，氣化反應器10具有反應腔10a，反應器10下部分別開設有物料入口 11和送風 口 12,反應器的上部設有可燃氣出口 13。
[0033] 生物質原料和加熱載體混合后從下部進入反應器中，一個供氣系統通過一個外部 吹風裝置向反應器輸送氣化氣體(空氣、氧氣或空氣與水蒸氣的混合氣體），生物質原料和 加熱載體的混合物在吹風作用下呈流態化，并在高溫下迅速干燥，首先發生熱分解反應，釋 放出熱裂解氣體、炭顆粒、焦油，與氣化氣體接觸，立即發生氣體重整反應，將裂解氣體重整 為0)、出、014、0)2、!120、他為主要成分的可燃氣。可燃氣最終的成分及其比例與氣化氣體的組 成有關，例如，如果氣化氣體中含有水蒸氣，會將熱裂解氣體重整為富含氫氣的氣體。熱載 體呈粒狀或塊狀，熱載體物料又被成為床料，一般可以使用石灰石(CaC03)或者砂子，熱載 體與生物質原料混合，將吸收的熱量傳遞給生物質原料，不僅能夠保證生物質原料的傳熱 和流態化，還可以保證在燃料量發生較大波動時保證循環流化床氣化爐的穩定運行。
[0034] 供氣系統提供的氣化氣體(空氣、氧氣或混合水蒸氣）是用于生物質原料的反應、 以及使得生物質原料和熱載體的混合物在反應腔l〇a內呈流態化，供氣系統一般由風機、風 管組成。根據需要空氣等氣化氣體可以預熱。例如，鼓風機為高壓單機徑流式風機，將氣化 氣體通過格柵送入氣化反應器10。風機通過變頻器或者通過入口擋板調節風量;在啟動燃 燒器時也使用經過該風機的空氣。為了能迅速停止供風，風機后面的風管上配有可關閉的 擋板。
[0035] 氣化反應器10可以為氣化爐，氣化過程(裂解和重整)所需熱量由生物質原料的部 分氧化提供，在運行過程中不需要外部加熱，只需在氣化過程啟動時用點火器燃燒輕質柴 油，預熱氣化反應器10的反應腔l〇a，為生物質原料氣化的發生創造條件。通過調節氣化供 風量與生物質原料與熱載體的混合比進行溫度控制，氣化反應器的反應腔內溫度基本維持 不變;可燃氣的產量則由生物質原料的進入量控制決定;流態化的速度取決于氣化反應器 10的負荷，流態化速度影響可燃氣中的粉塵含量和各級旋風分離器的性能。氣化氣體通過 布風板進入氣化反應器10中，布風板可以保證混合物料在反應腔l〇a內呈流態化。
[0036]排灰機構50是為了排除氣化反應器10中產生的灰燼，主要包含水冷式排灰螺旋、 滑動插板閥和灰倉。氣化反應器10的粗爐灰主要成分是爐床材料、燃料灰燼和隨燃料進入 的雜質，這些爐灰通過氣化爐底部的排灰機構50排出。
[0037] 生物質氣化裝置100可以被配置為循環流化床氣化爐，通過循環流化床氣化爐生 物質原料可以轉化成可燃氣，上述的氣化爐在正壓下運行，運行溫度為700~900°C。
[0038] 第一旋風分離器20通過可燃氣出口與氣化反應器10連通，用于分離可燃氣中的固 體雜質，第一旋風分離器20的底部通過一回流管路21與氣化反應器10的下部連通。從氣化 反應器10出來的可燃氣用第一旋風分離器20分離燃氣中攜帶的固體顆粒(如炭粒、爐床材 料和飛灰），第一旋風分離器20底部分離出的固體顆粒通過一條回流管路21送回氣化反應 器。
[0039] 回流管路21可以被構造為回料腿，是一條襯有耐火材料的回流管，一段連接在第 一旋風分離器10錐體的側壁上，另一端連接到氣化反應器10的下部。
[0040] 第二旋風分離器30與第一旋風分離器20連接，其用于分離可燃氣中的固體雜質。 可燃氣通過可燃氣送氣裝置40最終要被送入石灰窯燃燒器中使用，第一旋風分離器30可以 最大限度地降低石灰循環生產過程中的飛灰累積，回收未反應的炭粒和高溫床料，凈化后 續將進入石灰窯燃燒器的可燃氣。第二旋風分離器30可以是有耐火材料內襯的重型分離 器，進一步地，從第二旋風分離器30分離出的飛灰可以通過螺旋輸送機冷卻輸出。
[0041 ]可燃氣燃燒裝置40內部壓力小于氣化反應器10內部壓力，也就是說，可燃氣燃燒 裝置40相對于氣化反應器10為微負壓環境，氣化反應器10內的壓力為l_30Kpa(g)，通過壓 力差將氣化產生沒有經過降溫的高溫可燃氣直接送入可燃氣燃燒裝置40，可燃氣燃燒裝置 40可以為應用爐或氣化爐，例如，可以是鍋爐、石灰窯，可燃氣燃燒裝置40的壓力為負壓50- 500Pa(g)，與現有技術中的裝置或系統相比，省去了可燃氣降溫步驟、去焦油步驟以及送風 機裝置，同時提高可燃氣熱值。
[0042] 反應腔10a內壁設有由耐火材料形成的耐熱層。氣化反應器10的反應腔10a下部是 熱載體和粗燃料炭粒組成的流化床爐床層，生物質原料和熱載體形成的混合物從上述的流 化床爐床層上方進入氣化反應器10的反應腔l〇a內的。排灰機構50設于反應器10的底部。第 二旋風分離器30頂部連接有用于排出可燃氣的第一管道31，第二旋風分離器30的底部連接 有用于排出飛灰的第二管道32。
[0043] 生物質原料和熱載體從氣化反應器10的下部進行，在反應腔10a內隨著氣化氣體 向上流動，氣化產生的可燃氣從氣化反應器1 〇的上部排出。
[0044]圖2示出了生物質氣化系統200,該系統包括:干燥裝置201、第一輸送機構202、第 一儲存倉203、第二輸送機構205、第二儲存倉204、螺旋輸送裝置206和生物質氣化裝置100。 [0045]其中，干燥裝置201用于將生物質物料進行干燥。第一儲存倉203用于儲存經干燥 處理的生物質物料，其通過第一輸送機構202與干燥裝置201連接。第二儲存倉204用于儲存 熱載體物料。螺旋輸送裝置206設于生物質氣化裝置100的氣化反應器10的物料入口 11，其 用于將第一儲存倉203中的生物質物料和第二儲存倉204中的熱載體物料形成的混合物料 輸送至反應器10中。
[0046]第一儲存倉203和第二儲存倉204均設有料位測量裝置，熱載體的用量取決于生物 質原料的量和氣化裝置100的運行條件。緊急情況下，螺旋輸送裝置206上的滑動隔板能夠 隔離氣化裝置與螺旋輸送裝置206,防止氣化裝置里的可燃氣進入到螺旋輸送裝置206。 [0047]進一步地，第一儲存倉203通過第二輸送機構205與螺旋輸送裝置206連接。
[0048] 相應地，本實用新型實施例還提供了一種生物質氣化工藝，應用上述氣化裝置100 以及氣化系統200進行生物質氣化，該工藝包括如下步驟：
[0049] 將樹皮粉碎后與木肩混合形成生物質原料；
[0050] 將生物質原料進行干燥；
[0051] 將經干燥的生物質原料進行氣化以制備可燃氣體;和 [0052]對所得可燃氣體進行氣固分離以去除其中的固體雜質。
[0053]在將樹皮粉碎后與木肩混合形成生物質原料步驟中，首先將樹皮依次進行粉碎、 篩分、存儲、輸送:漿廠中的樹皮一般是在木材剝皮工序中產生的，因剝皮機產出的樹皮粒 徑較大需經粉碎才能用于氣化。從剝皮機接收的樹皮首先要經自清理電磁除鐵器，分離樹 皮當中的鐵器雜質;然后送入樹皮破碎機，破碎粒徑按照相關標準執行;粉碎后的樹皮需要 用盤篩篩分，盡可能去除樹皮中較多的泥土雜質，篩選用的盤篩界面間隙5mm，篩分出的粉 末可送去現有的鍋爐燃燒利用。根據需要可新建樹皮堆或地坑作為樹皮臨時存儲緩倉。 [0054]漿廠切片車間篩選出的細小木肩（一般粒徑<16mm)，用于氣化時不需要粉碎和篩 分，根據需要新建木肩存儲倉。
[0055] 將粉碎后的樹皮和木肩進行混合，通過輸送設備送至干燥裝置201。
[0056] 在生物質原料干燥步驟中，經干燥的生物質原料含水率為10%~15%。
[0057]在干燥系統201中進行干燥時，由于樹皮和木肩的水分含量一般為45-65%左右， 且含塵量較高，干燥過程中容易發生粉塵災害，因此干燥生物質的干燥裝置建議使用低溫 干燥機(生物質溫度不超過90°C，干燥機內部溫度不超過110°C)，把生物質干燥至15%左右 的含水率。因需要干燥的生物質量巨大，推薦使用處理量大、控制簡單、耗能較小的皮帶干 燥機(通過加熱空氣，使熱空氣穿過輸送帶上面的物料，從而干燥和加熱皮帶上的生物質）。 [0058]在生物質原料氣化步驟中，生物質原料和加熱載體混合后從下部進入反應器中， 一個供氣系統通過一個外部吹風裝置向反應器輸送氣化氣體(空氣、氧氣或空氣與水蒸氣 的混合氣體），生物質原料和加熱載體的混合物在吹風作用下呈流態化，并在高溫下迅速干 燥，首先發生熱分解反應，釋放出熱裂解氣體、炭顆粒、焦油，與氣化氣體接觸，立即發生氣 體重整反應，將裂解氣體重整為〇)、出、〇14、〇)2、!120、犯為主要成分的可燃氣。可燃氣最終的 成分及其比例與氣化氣體的組成有關，例如，如果氣化氣體中含有水蒸氣，會將熱裂解氣體 重整為富含氫氣的氣體。熱載體呈粒狀或塊狀，一般可以使用石灰石或者砂子，熱載體與生 物質原料混合，將吸收的熱量傳遞給生物質原料，不僅能夠保證生物質原料的傳熱和流態 化，還可以保證在燃料量發生較大波動時保證循環流化床氣化爐的穩定運行。氣化溫度為 700 Γ ~900。。。
[0059] 去除固體雜質后的可燃氣可以直接使用，例如，設置可燃氣燃燒裝置40,與現有技 術中的裝置或系統相比，省去了可燃氣降溫步驟、去焦油步驟以及送風機裝置，同時提高可 燃氣熱值。對所得可燃氣體進行氣固分離以去除其中的固體雜質步驟由上述氣化裝置100 中的第一旋風分離裝置和第二旋風分離裝置完成。
[0060] 上述的生物質氣化工藝具有如下有益效果，結合表1和表2:
[00611規模大，處理量可達40t/h，目前國內沒有單位和企業做過這么大規模的；
[0062]氣化效率高，我們氣化效率能達到90%左右；
[0063] 500-800°C高溫燃氣直接應用，因而焦油凝結溫度一般200°C以下，因此不用設置 去除焦油的工序，并提高了燃氣的熱值；
[0064]應用時燃氣通過壓力作用應用于燃燒爐并在爐尾部設置風機，在一定程度上控制 燃氣的流速。目前常見的系統均是通過降低燃氣溫度用風機送入應用系統，工藝復雜，有一 定環境污染，降低了燃氣的利用效率。
[0065]表1氣化反應結果
[0067] 表2可燃氣成分表
[0069]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種生物質氣化裝置，其特征在于，該裝置包括： 氣化反應器，其具有將生物質在空氣氣氛、氧氣氣氛或空氣與水蒸氣的混合氣體氣氛 下進行氣化反應的反應腔，所述反應器下部開設有物料入口和送風口，所述反應器的上部 設有可燃氣出口； 通過可燃氣出口與所述氣化反應器連通的第一旋風分離器，其用于分離可燃氣中的固 體雜質，所述旋風分離器的底部通過一回流管路與所述氣化反應器的下部連通；以及 與所述第一旋風分離器連接的第二旋風分離器，其用于分離可燃氣中的固體雜質。2. 根據權利要求1所述的生物質氣化裝置，其特征在于，該裝置還包括： 與所述第二旋風分離器連接的可燃氣燃燒裝置，所述可燃氣燃燒裝置內部壓力小于所 述氣化反應器內部壓力。3. 根據權利要求1所述的生物質氣化裝置，其特征在于，所述反應腔內壁設有由耐火 材料形成的耐熱層。4. 根據權利要求1所述的生物質氣化裝置，其特征在于，所述反應器底部設有排灰機 構。5. 根據權利要求1所述的生物質氣化裝置，其特征在于，所述第二旋風分離器頂部連 接有用于排出可燃氣的第一管道，所述第二旋風分離器的底部連接有用于排出飛灰的第二 管道。6. -種生物質氣化系統，其特征在于，該系統包括： 權利要求1至5任一項所述的生物質氣化裝置； 用于將生物質物料進行干燥的干燥裝置； 用于儲存經干燥處理的生物質物料的第一儲存倉，其通過第一輸送機構與干燥裝置連 接； 用于儲存熱載體物料的第二儲存倉；以及 設于氣化反應器物料入口的螺旋輸送裝置，其用于將第一儲存倉中的生物質物料和第 二儲存倉中的熱載體物料形成的混合物料輸送至反應器中。7. 根據權利要求6所述的生物質氣化系統，其特征在于，所述第一儲存倉通過第二輸送 機構與所述螺旋輸送裝置連接。
【文檔編號】C10J3/84GK205590629SQ201620347802
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】呂新璐, 許俊鴻, 鄭皓元
【申請人】武漢凱比思電力設備有限公司