專利名稱：生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物中熱值氣化系統(tǒng)。
在各種可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為不同形式的高品質(zhì)能源形式的工藝過程中，氣化利用是一種較為成熟，較有潛力的技術(shù)。由于生物質(zhì)原料具有很高揮發(fā)份，生物質(zhì)焦炭的反應活性也明顯高于煤焦，因而特別適合于氣化工藝。氣化工藝可以將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為以氫、一氧化碳、甲烷、二氧化碳為主要成分的可燃氣體—煤氣，這種氣體可以在相當廣泛的領(lǐng)域內(nèi)作為氣體燃料作用。
目前全國有75萬多個村，6億多噸秸稈，若使用該技術(shù)將目前全國廢棄及焚燒的稻稈、麥稈的1/3利用起來，即可節(jié)約近1億噸左右的軟秸稈，可節(jié)約能源資源100多億元，可減排二氧化碳約1.4億噸，二氧化硫140噸，煙塵100萬噸，并可提高農(nóng)村的用能品位，改善居住環(huán)境，具有顯著的節(jié)能、環(huán)保及社會效益。
根據(jù)目前各國對生物質(zhì)氣化的研究，低熱值煤氣氣化方案以空氣氣化技術(shù)路線為代表。氣化過程是以鼓入空氣令部分生物質(zhì)原料燃燒來供熱并提供氣化介質(zhì)。從總體上看這種技術(shù)工藝簡單，煤氣生產(chǎn)成本低，但由于空氣中的氮氣不可避免地混入煤氣中，使煤氣熱值只能處于較低的水平，大約在3.5～7.8MJ/Nm3范圍內(nèi)。這一類工藝發(fā)展得較為成熟，但是由于它只能生產(chǎn)低熱值煤氣的特點，大大限制了應用。低熱值煤氣能量含量低，燃燒火焰溫度低，這些缺陷會使各種以其為燃料的用氣的設(shè)備的功率和負荷受到限制；而且低熱值會使氣體燃料的輸送變得很不經(jīng)濟。中熱值氣化工藝路線采用間接加熱或鼓氧燃燒來提供氣化所需熱量，生產(chǎn)中熱值的煤氣。這種工藝排除了煤氣中氮氣的混入，以而使其熱值能夠達到11～20MJ/Nm3。這種煤氣不存在那些低熱值煤氣應用中所遇到的各種問題，因而具有相當廣闊的應用前景。當然這種工藝在技術(shù)上要復雜一些。
為補充能源不足及改善環(huán)境為動因，發(fā)展中國家及發(fā)達國家均開展了諸多途徑的生物質(zhì)能利用技術(shù)研究及應用，特別是對生物質(zhì)氣化技術(shù)開發(fā)更是投入了大量的研究力量。在該領(lǐng)域肯有領(lǐng)先水平的國家的瑞典、美國、意大利、德國等。從八十年代初開始，以美國為代表的西方工業(yè)發(fā)達國家就已經(jīng)在這方面展開了大規(guī)模的研究工作。在美國能源部資助的BTC(Biomass ThermochemicalConversion)計劃中，提出了許多生物質(zhì)氣化的工程方案，并就它們的可靠性、經(jīng)濟性進行了廣泛的研究。并對循環(huán)流化床雙床固體熱載體氣化爐、內(nèi)部熱交換器供熱的流化床氣化爐、鼓氧氣的壓力流化床氣化爐以及下吸式鼓氧氣固定床氣化爐等四種比較優(yōu)秀的中熱值氣化方案分別建立了日處理原料量在9～20噸范圍內(nèi)的大型實驗性工業(yè)示范工程。這些技術(shù)方案都已經(jīng)歷了長時間工作考驗，并且運作情況良好。美國近幾年大力研制采用循環(huán)流化床技術(shù)的生物質(zhì)綜合氣化爐一燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)成套設(shè)備，實現(xiàn)了生物質(zhì)的高效、潔凈利用。最近，美國煤氣工藝學會(IGT)正在夏威夷建一個加壓氣化系統(tǒng)，驗證甘蔗氣化技術(shù)。
瑞典工業(yè)發(fā)達，森林資源豐富，常規(guī)能源資源貧乏，故非常重視生物質(zhì)能的開發(fā)利用，鼓勵采用先進的氣化技術(shù)，以充分利用農(nóng)林業(yè)殘余物及城市垃圾等作為原料進行氣化發(fā)電和供熱等。目前該國科研機構(gòu)已致力于循環(huán)流化床式氣化爐和加壓氣化發(fā)電系統(tǒng)研究，Bilflwo合資公司(包括芬蘭、生物質(zhì)氣化爐制造廠Ahlstrom)和Sydkrart公司(瑞典第二大電力公司)，1993年初在瑞典Varnamo建成6MW生物質(zhì)氣化-GTCC區(qū)域供熱熱電站，采用的是芬蘭林業(yè)公司Tampella公司研制的生物質(zhì)氣化爐。另外，加拿大已投放市場若干型號的生物氣化爐產(chǎn)品，以鋸木、木片、紙漿、果殼和糧食加工下腳料為燃料。制取煤氣，驅(qū)動內(nèi)燃機發(fā)電，可降低發(fā)電，可降低50％的發(fā)電成本。
近年來，發(fā)展中國家由于森林覆蓋率低，生物質(zhì)低效率利用浪費嚴重，也逐漸開始重視利用農(nóng)林加工廢棄物利用的研究與推廣工作。如孟加拉國建成下吸式氣化爐投入運行，印度盛產(chǎn)稻谷，正致力于稻殼的氣化技術(shù)開發(fā)，馬來西亞用固定床氣化發(fā)電，泰國正開展利用稻殼為燃料的流化床燃燒技術(shù)研究。
八十年代以來，全國多家高校及科研機構(gòu)在研制生物質(zhì)氣化技術(shù)和裝置方面相繼取得了一系列重要成果。如中國農(nóng)機院開發(fā)的下吸式DN系列生物質(zhì)氣化爐，應用于烘干茶葉、木材、飼料和供熱、供暖等，九十年代初，又根據(jù)市場需求，開發(fā)出有用小型氣化爐。廣州能源所研制了上吸式氣化爐，對氣化原理、物料反應性能等做了大量試驗，又對上吸式氣化爐加以改進，用于鍋爐供熱。四川、江蘇等有關(guān)廠家生產(chǎn)了一批稻殼氣化爐，利用碾米廠的稻殼進行氣化，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，做到資源回收、變廢為寶。此外，山東能源所研制出燃用農(nóng)作物秸稈(以玉米稈為主)的固定床氣化爐，經(jīng)熱解產(chǎn)氣，成功地向50多個試點村的村民送上管道煤氣。上述幾種形式氣化爐均利用空氣氣化生產(chǎn)5MJ/Nm3左右低熱值燃氣。為了提高熱值，廣州能源所、中科院化冶所、大連科學院、浙江大學等在“八五”期間均開展了利用生物質(zhì)能(以稻殼為主)的循環(huán)流化床氣化技術(shù)研究，采用純氧或雙流化床氣化產(chǎn)生中熱值燃氣，完成實驗室研究階段。但目前還未有利用稻稈氣化的報道。浙江大學早在1988年開始就致力于生物質(zhì)氣化技術(shù)研究，針對中國農(nóng)村實際善提出了適合不同用戶需要的生物質(zhì)中熱值氣化集中供氣系統(tǒng)，將燃燒與氣化過程有機結(jié)合，產(chǎn)生中熱值燃氣和蒸汽，使燃料中固體和氣體成分得到合理利用，燃料利用率高。并對稻殼稻稈等進行了大量的基礎(chǔ)性研究。
綜上所述，與發(fā)達國家生物質(zhì)氣化技術(shù)相比，我國目前在這方面相對落后，特別在實際應用方面生物質(zhì)氣化目前仍停留在少數(shù)幾個示范裝置上，而且主要是小規(guī)模，固定床類型，存在著燃氣熱值低，燃料利用率低，燃氣凈化不徹底等問題，此外，到目前為止，我國現(xiàn)有示范應用都針對高梁桿、木屑等硬質(zhì)秸桿，對稻草、麥桿等軟質(zhì)秸桿的應用還是空白，主要因為稻麥桿中含有很高堿金屬易導致氣化燃燒過程中結(jié)團，影響系統(tǒng)運行。
本發(fā)明的目的是提供一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)。
為了達到上述目的本發(fā)明采取下列措施一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機送入氣化爐，經(jīng)過間壁式加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)后，經(jīng)分離器和二級可燃氣冷卻器，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池，產(chǎn)生的可燃氣體大部分供用戶，少量可燃氣經(jīng)燃燒器和燃燒室燃燒給氣化爐供熱，氣化爐排出的半焦還田。
另一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機送入氣化爐，經(jīng)過間壁加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)后，經(jīng)分離器和二級可燃氣冷卻器，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池，產(chǎn)生的可燃氣體大部分供用戶，氣化爐排出的半焦還田，少量半焦進燃燒室燃燒給氣化爐供熱。
本發(fā)明的優(yōu)點6.本生物質(zhì)中熱值所化系統(tǒng)可以利用簡單的工藝實現(xiàn)通常需要較復雜技術(shù)才能實現(xiàn)的中熱值氣化，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易于維護、運行成本低。
2.可利用稻桿等軟質(zhì)桔桿作氣化原料，采用控制運行參數(shù)等解決秸桿結(jié)團問題，這在國內(nèi)國際上都是先例。
3.采用焦油爐內(nèi)裂解催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，使焦油大部分轉(zhuǎn)化為煤氣，可大大降低煤氣中焦油含量和CO含量；其中燃氣中CO含量＜20％，焦油含量＜50mg/m3。
4.先進的高效渦旋間壁式加熱系統(tǒng)，起動速度快，產(chǎn)氣穩(wěn)定，燃氣熱值高。
5.可采用電自動點火和自動出料，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動運行，操作方便，簡單。
6.將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為中熱值燃氣和肥田焦碳，一爐多產(chǎn)，燃料的利用率＞80％。
下面結(jié)合附圖作詳細說明

圖1是I型生物質(zhì)中熱值氣化集中供氣系統(tǒng)方案圖；圖2是II型生物質(zhì)中熱值氣化集中供氣系統(tǒng)方案圖；圖3是生物質(zhì)中熱值氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是生物質(zhì)中熱值氣化爐結(jié)構(gòu)剖視圖。
一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機[9]送入氣化爐[10]，經(jīng)過間壁式加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)[8]后，經(jīng)分離器[7]和二級可燃氣冷卻器[5]，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池[6]，產(chǎn)生的可燃氣體大部分由附設(shè)煤氣循環(huán)回路[3]的煤氣泵[4]經(jīng)水封[2]泵入儲氣罐[1]供用戶，少量可燃氣經(jīng)燃燒器[12]和燃燒室[11]燃燒給氣化爐供熱，其煙氣經(jīng)空預器[13]，洗滌水箱[14]，引風機[15]，由煙囪[16]外排，氣化爐排出的半焦還田。
另一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機[9]送入氣化爐[10]，經(jīng)過間壁加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)[8]后，經(jīng)分離器[7]和二級可燃氣冷卻器[5]，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池[6]，產(chǎn)生的可燃氣體大部分可燃氣體由附設(shè)煤氣循環(huán)回路[3]的煤氣泵[4]經(jīng)水封[2]泵入儲氣罐[1]供用戶，氣化爐排出的半焦還田，少量半焦進燃燒室燃燒給氣化爐供熱，其煙氣經(jīng)空預器[13]，洗滌水箱[14]，引風機[15]，由煙囪[16]外排。
上述氣化爐具有由耐火空心磚[20]砌成的氣化爐本體段，其內(nèi)部中空，中間設(shè)有攪拌棒[25]，氣化爐本體段上端設(shè)有原料斗[26]，原料斗上設(shè)有進料口[17]和可燃氣出口[18]，氣化爐本體段下端設(shè)有出料裝置[23]和半焦箱[22]，半焦或可燃氣在燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)熱煙氣進口[21]和耐火空心磚[20]中間的煙氣流道向上，最后由煙氣出口[19]排出。生物質(zhì)原料通過爐壁與熱煙氣進行間壁式熱交換，發(fā)生熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，其特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機[9]送入氣化爐[10]，經(jīng)過間壁式加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)[8]后，經(jīng)分離器[7]和二級可燃氣冷卻器[5]，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池[6]，產(chǎn)生的可燃氣體大部分供用戶，少量可燃氣經(jīng)燃燒器[12]和燃燒室[11]燃燒給氣化爐供熱，氣化爐排出的半焦還田。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，其特征在于所說的氣化爐具有由耐火空心磚[20]砌成的氣化爐本體段，其內(nèi)部中空，中間設(shè)有攪拌棒[25]，氣化爐本體段上端設(shè)有原料斗[26]，原料斗上設(shè)有進料口[17]和可燃氣出口[18]，氣化爐本體段下端設(shè)有出料裝置[23]和半焦箱[22]，半焦或可燃氣在燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)熱煙氣進口[21]和耐火空心磚[20]中間的煙氣流道向上，最后由煙氣出口[19]排出。生物質(zhì)原料通過爐壁與熱煙氣進行間壁式熱交換，發(fā)生熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體。
3.一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，其特征在于切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機[9]送入氣化爐[10]，經(jīng)過間壁加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體，通過催化裂解降CO系統(tǒng)[8]后，經(jīng)分離器[7]和二級可燃氣冷卻器[5]，脫水以及除去燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì)，焦油進入焦油沉清池[6]，產(chǎn)生的可燃氣體大部分供用戶，氣化爐排出的半焦還田，少量半焦進燃燒室燃燒給氣化爐供熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)，其特征在于所說的氣化爐具有由耐火空心磚[20]砌成的氣化爐本體段，其內(nèi)部中空，中間設(shè)有攪拌棒[25]，氣化爐本體段上端設(shè)有原料斗[26]，原料斗上設(shè)有進料口[17]和可燃氣出口[18]，氣化爐本體段下端設(shè)有出料裝置[23]和半焦箱[22]，半焦或可燃氣在燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)熱煙氣進口[21]和耐火空心磚[20]中間的煙氣流道向上，最后由煙氣出口[19]排出。生物質(zhì)原料通過爐壁與熱煙氣進行間壁式熱交換，發(fā)生熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)中熱值氣化系統(tǒng)。它是把切成小段的生物質(zhì)原料通過提升機送入氣化爐,經(jīng)過間壁式加熱和熱解氣化反應轉(zhuǎn)換成中熱值可燃氣體,通過催化裂解降CO系統(tǒng)后,經(jīng)分離器和二級可燃氣冷卻器,脫水以及除燃氣中含有的剩余焦油和雜質(zhì),焦油進入焦油沉清池,產(chǎn)生的可燃氣體大部分供用戶,少量可燃氣經(jīng)燃燒器和燃燒室燃燒給氣化爐供熱,氣化爐排出的半焦還田。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易于維護、運行成本低等優(yōu)點。
文檔編號C10B53/02GK1274739SQ9910681
公開日2000年11月29日 申請日期1999年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月25日
發(fā)明者岑可法, 駱仲泱, 方夢祥, 周勁松, 余春江, 王樹榮, 倪明江 申請人:浙江大學