專利名稱:用于內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及生物質熱解氣化工藝及設備,尤其涉及一種適用于回轉爐連續(xù)熱
解氣化工藝及設備。
背景技術:
生物質熱解是指生物質原料在隔絕空氣或者添加少量空氣條件下受熱分解成產(chǎn) 生可凝和不可凝氣體以及固體炭等不同形態(tài)的物質,熱解得到的氣體具有高熱值( 一般在 12000KJ/NM3以上)、使用燃燒溫度高的特點;生物質的氣化是指固體炭產(chǎn)品與氣化劑(氧 或含氧物質的氧化劑,如水蒸氣、氧氣或者空氣等)在一定的溫度條件下,發(fā)生氣固體反應 的過程。目前,人們所指的生物質氣化反應過程,通常包括生物質的熱分解和氣固反應過 程,以得到氣體產(chǎn)品為主要目標(氣體的熱值低,一般在5000KJ/NM3以下)。 國內生物質熱解工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中,基本上都是間歇式熱解反應過程,得到以固 體或者液體產(chǎn)物為主要目標,且工業(yè)化規(guī)模熱解裝置產(chǎn)生可燃的高熱值氣量少,難以適合 于大規(guī)模連續(xù)用氣,如燃氣發(fā)電等工程。目前國內工業(yè)化規(guī)模氣化裝置實現(xiàn)了連續(xù)化運行, 產(chǎn)量穩(wěn)定且產(chǎn)氣量大,但燃氣熱值低,影響了規(guī)模化用氣如生物質燃氣發(fā)電裝置的運行效 率和成本。為了拓展生物質燃氣的使用范圍,需要研究開發(fā)經(jīng)濟和技術可行性,能夠連續(xù)穩(wěn) 定大氣量供氣,且能生產(chǎn)高熱值氣體的生物質氣化過程和裝備。在發(fā)明名稱為內熱式連續(xù) 制備生物質熱解氣化煤氣的方法及熱解氣化爐,申請?zhí)枮?00810235564. 8的專利申請中 披露了一種采用立式熱解氣化爐連續(xù)化制備生物質熱解氣化煤氣的方法及其裝置,但是在 本申請中由于回爐煤氣燃燒后的氣體如氮氣等惰性成分是進入最終系統(tǒng)的,所以對于最后 的成品氣的品質有很大的影響,而且立式爐由于高度比較高,整個系統(tǒng)所占用的空間也會 比較的大。
發(fā)明內容為了解決現(xiàn)有技術存在的回爐煤氣燃燒后產(chǎn)生的惰性成分影響成品氣的品質,整
個系統(tǒng)占用空間比較大的缺點,本實用新型提供一種內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣
的方法及用的回轉爐,具有惰性成分不進入系統(tǒng)內,體系占用空間小的優(yōu)點。 本實用新型采用如下技術方案一種用于所述的內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化
煤氣的方法中的回轉爐,由左向右由爐頭預熱段、回轉爐體熱解段、爐尾冷卻段組成,回轉
爐體熱解段通過前后兩個托輪與爐頭預熱段和爐尾冷卻段連接,回轉爐體可以在回轉爐體
熱解段中作回轉運動,由爐頭預熱段上的螺旋輸送機將原料送入回轉爐體中。 爐頭預熱段上設有螺旋輸送機,在螺旋輸送機上設有原料進口 ,爐頭預熱段上設
有粗熱解煤氣出口; 回轉爐體熱解段主要由回轉內筒和外保溫層組成,在回轉內筒和外保溫層之間設 有煙道,煙道出口設在靠近爐頭預熱段的一端,燃燒裝置設在靠近爐尾冷卻段的一端,燃燒裝置上設有回爐煤氣入口和空氣進口, 在爐尾冷卻段內設有內置冷卻水噴淋裝置和冷卻水進口和出炭口 。冷卻水噴淋裝 置為里外兩同心圓組成,在分布器的內圓上沿圓周均勻分布6 8個冷卻水出口 ,冷卻水出 口上設有噴淋頭。 使用這種內熱式回轉爐連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法,步驟為 生物質由進料口進入熱解氣化轉爐的爐頭預熱段,所述的生物質為木塊或果殼中
的一種或兩種混合,生物質在爐內自右而左運動,與由回轉爐體熱解段出來的自左而右的
粗熱解煤氣換熱,生物質完成干燥、預熱過程,粗熱解煤氣換熱后溫度降至7(TC后由粗熱解
煤氣出口排出進入后續(xù)的凈化工藝凈化,凈化后的煤氣一部分作為回爐煤氣回到燃燒裝置
與空氣混合燃燒,產(chǎn)生熱量通過煙道由回轉內筒壁加熱回轉內筒內的生物質,另一部分煤
氣進入燃氣柜; 經(jīng)過預熱干燥后的生物質進入回轉爐體熱解段,在回轉爐體熱解段的回轉內筒 內利用外部煙道內的回爐煤氣與空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量熱解干餾為木炭,熱解溫度為 600 800。C,分解出干餾煤氣;所述的回爐煤氣的量為40 100mVh,空氣進入量為20 50m3/h。 熱解干餾后的木炭進入回轉爐尾部的冷卻段與進入的冷卻水反應,吸收熱量的同 時產(chǎn)生熱值在10000KJ/NM3以上的水煤氣和半水煤氣,水煤氣和半水煤氣進入回轉內筒內 與熱解干餾得到的干餾煤氣混合為粗熱解煤氣,經(jīng)過爐頭預熱段換熱后最后由粗熱解煤氣 出口出來,木炭由600 80(TC降到20(rC,最后由出炭口排出; 由粗熱解煤氣出口出來的粗熱解煤氣進入水封除塵器除塵,分離出的煤氣進入集 氣槽凈化后去噴淋冷卻塔冷卻后由排風機抽出, 一部分煤氣去燃氣柜,另一部分煤氣作為 回爐煤氣回到回轉爐,由回轉爐燃燒裝置上的回爐煤氣入口進入,與空氣燃燒;由水封除塵 器和噴淋冷卻塔分離出的含油洗滌水去焦油分離器分離焦油,分離出的水循環(huán)使用。 本實用新型所述方法實質上就是通過三步熱化學反應完成連續(xù)制備高熱值熱解 氣化煤氣的過程 (1)在爐尾冷卻段(III),熱解干餾后600-80(TC的紅木炭與爐內下部冷卻噴淋 水生成的水蒸氣反應,吸收大量熱量同時產(chǎn)生水煤氣和半水煤氣。該混合煤氣的熱值在 10000KJ/NM3以上。 (2)回爐煤氣與空氣的燃燒,產(chǎn)生的熱能用于維持生物質料層的熱解溫度,為下一 步熱解、干餾及與水蒸氣的分解反應提供足夠的熱能。 (3)利用過程(2)所提供的熱能,將爐內生物質進行熱解干餾,并產(chǎn)生大量的揮 發(fā)物,逐步將生物質加熱到600-80(TC,分解出高熱值干餾煤氣。該熱解煤氣的熱值在 12000KJ/NM3以上。 本實用新型所采用的內熱式生物質連續(xù)熱解氣化回轉爐采用了三段式設計 第I段爐頭預熱段,主要對原料進行預熱、干燥。冷原料經(jīng)料倉和螺旋輸送機進入 爐體內部,自右而左緩慢向熱解干餾段600-800°C運動,原料逐步干燥、預熱,具體輸送速度 可以根據(jù)熱解干餾速度和出炭量控制。 第II段為回轉爐體熱解段,主要是熱解干餾。經(jīng)干燥、預熱后的原料進入熱解干 餾段,熱解干餾段的熱量主要來自燃燒裝置中煤氣和空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量,通過煙道經(jīng)回轉內筒壁可以將回轉內筒內的生物質加熱到600-800°C ,原料緩慢通過該區(qū)完成熱解 干餾,原料在該區(qū)域的停留時間、給風量、風壓、煤氣供給量以及木炭、焦油、煤氣的質量及 產(chǎn)量等均由該段進行控制調節(jié),所以第二段是該爐體的核心工作部分。通過調節(jié)回爐煤氣 量調整供熱強度,使熱解干餾段溫度控制在600-80(TC,回爐煤氣量控制在40-100m3/h。 第III段為爐尾冷卻段,主要是對木炭進行冷卻。利用爐體出料端冷卻水進口將 冷卻水噴淋到熱解干餾后的木炭上,使熱解干餾后的木炭由600-80(TC降到20(TC左右,這 一段爐內產(chǎn)生熱交換和水煤氣反應。然后,將20(TC左右的木炭經(jīng)水封冷卻至5(TC左右后 經(jīng)出料口排出。 有益效果 1.由于回爐煤氣與空氣在回轉內筒外的燃燒裝置中燃燒,燃燒的尾氣通過煙道對 回轉內筒內的生物質加熱,燃燒產(chǎn)生的惰性成分如氮氣、二氧化碳等不進入回轉內筒中,因 此本方法生產(chǎn)的熱解氣化煤氣熱值比固定床工藝更高,高于立式熱解氣化爐的熱值,得到 的煤氣熱值在10000KJ/NM3以上。 2.采用回轉爐,由于高度降低,對于整個體系相對于立式熱解氣化爐來說所占用 的空間要小很多。 3.通過部分回爐煤氣的燃燒,產(chǎn)生的熱能用于維持生物質料層的熱解溫度,通過 控制熱解氣化爐回爐煤氣量和鼓入空氣量,從而實現(xiàn)整個反應體系的熱平衡和物料平衡。 4.本熱解氣化方法能連續(xù)穩(wěn)定地提供大流量高熱值煤氣。 5.本實用新型的方法具有操作方便,水蒸汽_木炭反應充分,反應體系的總熱平 衡和物料平衡可精確控制,在一個設備內同時實現(xiàn)熱解干餾與水蒸汽_木炭氣化反應,反 應燃氣產(chǎn)量大、熱值高,且可連續(xù)穩(wěn)定運行,特別適合規(guī)?;I(yè)用燃氣如生物質燃氣發(fā)電 項目的需要。能連續(xù)穩(wěn)定大氣量提供高熱值生物質煤氣的工藝及設備,以克服目前工業(yè)化 規(guī)模熱解裝置難以適合于大規(guī)模連續(xù)用氣(如燃氣發(fā)電)工程及國內工業(yè)化規(guī)模氣化裝置 所產(chǎn)燃氣熱值低,影響了規(guī)?;脷?如生物質燃氣發(fā)電)裝置的運行效率和成本等弊端。
圖1.是本實用新型的工藝流程示意圖。 其中,1是回轉爐,6是水封除塵器,7是集氣槽,8是噴淋冷卻塔,9是焦油分離器, 10是排風機,11是鼓風機,12是循環(huán)水泵。 圖2.是本實用新型生物質轉爐連續(xù)熱解氣化爐的結構示意圖。 其中,2是螺旋輸送機,4是燃燒裝置,5是煙道,I是爐頭預熱段,II是回轉爐體熱
解段,III是爐尾冷卻段。 圖3.是本實用新型水噴淋管的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合圖1、圖2、圖3,對本實用新型作詳細說明 實施例1 —種用于所述的內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐,所述的 回轉爐由左向右由爐頭預熱段1、回轉爐體熱解段11、爐尾冷卻段III組成,回轉爐體熱解段II通過前后兩個托輪與爐頭預熱段I和爐尾冷卻段III連接, 爐頭預熱段I上設有螺旋輸送機2,在螺旋輸送機2上設有原料進口 ,爐頭預熱段 上設有粗熱解煤氣出口; 回轉爐體熱解段II主要由回轉內筒和外保溫層組成,在回轉內筒和外保溫層之 間設有煙道5,煙道5出口設在靠近爐頭預熱段I的一端,燃燒裝置4設在靠近爐尾冷卻段 的一端,燃燒裝置4上設有回爐煤氣入口和空氣進口, 在爐尾冷卻段III內設有內置冷卻水噴淋裝置和冷卻水進口和出炭口 。冷卻水噴 淋裝置為里外兩同心圓組成,在分布器的內圓上沿圓周均勻分布6 8個冷卻水出口 ,冷卻 水出口上設有噴淋頭。 —種內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法,步驟為 生物質由進料口進入熱解氣化轉爐的爐頭預熱段,所述的生物質為木塊或果殼中 的一種或兩種混合,生物質在爐內自右而左運動,與由回轉爐體熱解段出來的自左而右的 粗熱解煤氣換熱,生物質完成干燥、預熱過程,粗熱解煤氣換熱后溫度降至7(TC后由粗熱解 煤氣出口排出進入后續(xù)的凈化工藝凈化,凈化后的煤氣一部分作為回爐煤氣回到燃燒裝置 與空氣混合燃燒,產(chǎn)生熱量通過煙道由回轉內筒壁加熱回轉內筒內的生物質,另一部分煤 氣進入燃氣柜; 經(jīng)過預熱干燥后的生物質進入回轉爐體熱解段,在回轉爐體熱解段的回轉內筒 內利用外部煙道內的回爐煤氣與空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量熱解干餾為木炭,熱解溫度為 600 800。C,分解出干餾煤氣;所述的回爐煤氣的量為40 100mVh,空氣進入量為20 50m3/h。 熱解干餾后的木炭進入回轉爐尾部的冷卻段與進入的冷卻水反應,吸收熱量的同 時產(chǎn)生熱值在10000KJ/NM3以上的水煤氣和半水煤氣,水煤氣和半水煤氣進入回轉內筒內 與熱解干餾得到的干餾煤氣混合為粗熱解煤氣,經(jīng)過爐頭預熱段換熱后最后由粗熱解煤氣 出口出來,木炭由600 80(TC降到20(TC,最后由出炭口排出; 由粗熱解煤氣出口出來的粗熱解煤氣進入水封除塵器除塵,分離出的煤氣進入集 氣槽凈化后去噴淋冷卻塔冷卻后由排風機抽出, 一部分煤氣去燃氣柜,另一部分煤氣作為 回爐煤氣回到回轉爐,由回轉爐燃燒裝置上的回爐煤氣入口進入,與空氣燃燒;由水封除塵 器和噴淋冷卻塔分離出的含油洗滌水去焦油分離器分離焦油,分離出的水循環(huán)使用,整個
過程如圖l所示。 實施例2 —種用于生物質轉爐連續(xù)熱解氣化的方法,首先將50士30mm大小的木塊送入熱 解氣化回轉爐內,在爐內自右而左運動,與由回轉爐體熱解段出來的自左而右的粗熱解煤 氣換熱,木塊完成干燥、預熱過程,粗熱解煤氣換熱后溫度降至7(TC后由粗熱解煤氣出口排 出進行凈化,凈化后的煤氣一部分作為回爐煤氣回到燃燒裝置4與空氣混合燃燒,產(chǎn)生熱 量通過煙道5由回轉內筒壁加熱回轉內筒內的生物質,另一部分進入燃氣柜供使用; 經(jīng)過預熱干燥后的木塊進入回轉爐體熱解段,在回轉爐體熱解段的回轉內筒內利 用外部煙道5內的回爐煤氣與鼓風機11送入的空氣混合燃燒產(chǎn)生的熱量熱解干餾為木炭, 熱解溫度為600 800°C,分解出干餾煤氣;所述的回爐煤氣的量為40 100mVh,空氣進 入量為20 50m3/h。[0047] 熱解干餾后的木炭進入回轉爐尾部的冷卻段與循環(huán)水泵12送入的冷卻水反應, 吸收熱量的同時產(chǎn)生熱值在10000KJ/NM3以上的水煤氣和半水煤氣,水煤氣和半水煤氣進 入回轉內筒內與熱解干餾得到的干餾煤氣混合為粗熱解煤氣,經(jīng)過爐頭預熱段換熱后最后 由粗熱解煤氣出口出來進行凈化,木炭由600 80(TC降到20(TC,最后由出炭口排出; 由粗熱解煤氣出口出來的粗熱解煤氣經(jīng)煤氣引出管進入水封除塵器6除塵,分離 出的煤氣進入集氣槽7凈化后去噴淋冷卻塔8冷卻后由羅茨排風機10抽出一部分去燃氣 柜供民用或發(fā)電用,另一部分作為回爐煤氣回到回轉爐1的燃燒裝置4中和空氣混合燃燒。 由水封除塵器6和噴淋冷卻塔8分離出的含油洗滌水去焦油分離器9分離焦油,分離出 的水由循環(huán)水泵12抽送到水封除塵器、集氣槽、噴淋冷卻塔及熱解氣化爐等設備內循環(huán)使 用。對煤氣進行冷卻和焦油洗滌及進行水蒸汽_木炭煤氣反應,含油洗滌水從各設備底下 返回焦油分離器9,經(jīng)焦油分離器分離出的焦油經(jīng)焦油泵送入焦油罐。 系統(tǒng)運行情況如下 —臺內徑①1. 8m的生物質連續(xù)熱解氣化回轉爐爐制備生物質燃氣主要技術參數(shù) 如下 爐膛截面積2. 54m2 原料木塊 單爐處理原料量17T/d 單爐產(chǎn)木炭5T/d 單爐產(chǎn)氣1. 0萬mVd 氣體熱值10800KJ/m3 干燥段料層溫度200。C 熱能干餾段料層溫度600-800。C 冷卻段料層溫度200。C 實施例3 如圖2和3所示,一種用于所述的內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中 的回轉爐,所述的回轉爐由左向右由爐頭預熱段1、回轉爐體熱解段n、爐尾冷卻段III組 成,回轉爐體熱解段II通過前后兩個托輪與爐頭預熱段I和爐尾冷卻段III連接, 爐頭預熱段I上設有螺旋輸送機2,在螺旋輸送機2上設有原料進口 ,爐頭預熱段 上設有粗熱解煤氣出口; 回轉爐體熱解段II主要由回轉內筒和外保溫層組成,在回轉內筒和外保溫層之 間設有煙道5,煙道5出口設在靠近爐頭預熱段I的一端,燃燒裝置4設在靠近爐尾冷卻段 的一端,燃燒裝置4上設有回爐煤氣入口和空氣進口, 在爐尾冷卻段III內設有內置冷卻水噴淋裝置和冷卻水進口和出炭口 。冷卻水噴 淋裝置為里外兩同心圓組成,在分布器的內圓上沿圓周均勻分布6 8個冷卻水出口 ,冷卻 水出口上設有噴淋頭。爐尾冷卻段III分兩部分,第一部分為爐內冷卻部分,利用冷卻水噴 淋裝置對熱解氣化后的木炭噴淋冷卻水,使熱解氣化后的木炭由600-80(TC降至20(rC以 下,產(chǎn)生熱交換和水煤氣反應。第二部分為水封自然冷卻段,即將20(TC的木炭經(jīng)水封冷卻 至5(TC左右后經(jīng)出料口排出。
權利要求一種用于內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐,其特征在于,所述的回轉爐由左向右由爐頭預熱段(I)、回轉爐體熱解段(II)、爐尾冷卻段(III)組成,回轉爐體熱解段(II)通過前后兩個托輪與爐頭預熱段(I)和爐尾冷卻段(III)連接,爐頭預熱段(I)上設有螺旋輸送機(2),在螺旋輸送機(2)上設有原料進口,爐頭預熱段上設有粗熱解煤氣出口;回轉爐體熱解段(II)主要由回轉內筒和外保溫層組成,在回轉內筒和外保溫層之間設有煙道(5),煙道(5)出口設在靠近爐頭預熱段(I)的一端,燃燒裝置(4)設在靠近爐尾冷卻段的一端,燃燒裝置(4)上設有回爐煤氣入口和空氣進口,在爐尾冷卻段(III)內設有內置冷卻水噴淋裝置和冷卻水進口和出炭口。
2. 如權利要求1所述的用于內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐,其特征在于,冷卻水噴淋裝置為里外兩同心圓組成,在分布器的內圓上沿圓周均勻分布6 8個冷卻水出口。
3. 如權利要求2所述的用于內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐, 其特征在于,冷卻水出口上設有噴淋頭。
專利摘要本實用新型公開了一種用于所述的內熱式連續(xù)制備生物質熱解氣化煤氣的方法中的回轉爐,由左向右由爐頭預熱段、回轉爐體熱解段、爐尾冷卻段組成,回轉爐體熱解段通過前后兩個托輪與爐頭預熱段和爐尾冷卻段連接爐頭預熱段上設有螺旋輸送機,在螺旋輸送機上設有原料進口,爐頭預熱段上設有粗熱解煤氣出口;回轉爐體熱解段主要由回轉內筒和外保溫層組成,在回轉內筒和外保溫層之間設有煙道,煙道出口設在靠近爐頭預熱段的一端,燃燒裝置設在靠近爐尾冷卻段的一端,燃燒裝置上設有回爐煤氣和空氣進口,在爐尾冷卻段內設有內置冷卻水噴淋裝置和冷卻水進口和出炭口。
文檔編號C10J3/60GK201530810SQ20092023533
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權日2009年10月19日
發(fā)明者劉石彩, 應浩, 張?zhí)旖? 戴偉娣, 蔣劍春, 許玉 申請人:中國林業(yè)科學研究院林產(chǎn)化學工業(yè)研究所;江蘇強林生物質能源有限公司