CN101892084A

CN101892084A - 规模化固定床生物质气化炉及低含氧燃气的生产工艺

Info

Publication number: CN101892084A
Application number: CN2010102513865A
Authority: CN
Inventors: 吴幼青; 盛卫东; 吴诗勇; 高晋升; 秦世平; 尉建中
Original assignee: GAOYOU LINYUAN SCIENCE AND TECHNOLOGY EMPOLDER Co Ltd; Shenyang Gas & Heat Research And Design Institute Or Construction Ministry; East China University of Science and Technology
Current assignee: GAOYOU LINYUAN SCIENCE AND TECHNOLOGY EMPOLDER Co Ltd; Shenyang Gas & Heat Research And Design Institute Or Construction Ministry; East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2010-11-24

Abstract

本发明公开了一种生物质(特别是成型秸秆)气化炉，所说的气化炉是一个带防腐蚀衬里(可有效预防碱金属对炉壁的腐蚀)的固定床气化炉。包括加料装置(1)、燃气排出口(2)、炉体(3)、炉箅(4)、排灰口(5)和空气进口(6)等。原料连续从上部加入，依靠重力向下移动，可形成稳定的还原层(与空气中氧气充分反应)，灰渣由底部排出；空气从下部进入，燃气从上部排出。所说的气化炉内径为3m，高度在3m以上，气化强度至少为100m³/(m²h)。气化炉碳转化率可达95％，燃气氧含量可低至0.6％以下。生产能力大，操作周期长，燃气品质好，可用于燃烧或发电。

Description

规模化固定床生物质气化炉及低含氧燃气的生产工艺

技术领域

本发明涉及规模化固定床生物质气化炉及低含氧燃气的生产工艺，属于生物质气化领域。

背景技术

目前能源和环境问题已成为全球关注的焦点。常规能源(如煤，石油和天然气)日益枯竭且严重污染环境，因此开发洁净可再生能源十分重要。生物质作为唯一的可储存运输的可再生能源，其高效转化和清洁利用日益受到全世界的重视。我国生物质资源丰富，理论年产量为50亿吨左右，仅农作物秸秆的年产量达7亿吨以上，约折合标准煤3亿吨。但目前我国对农村秸秆生物质的使用方式很不合理，大多数采用直接燃烧的方式加以利用，热效率很低(＜10％)，不仅浪费资源而且危害环保。利用高效转化技术，把生物质转化为洁净燃料或者电力将成为今后人们利用生物质能的必然趋势。

生物质气化是将一次能源转化为清洁的二次能源的重要途径之一，其产品主要为燃料气，也可经过深度处理为合成气和氢气等。生物质气化技术可用于在供热和电力方面有着广泛的应用，气化炉是生物质气化的关键设备，而燃气品质对后续净化和应用至关重要。为此，人们开发了各种类型的气化炉和生产工艺。固定床气化炉是目前生物质气化的主要炉型。目前国外生物质气化装置一般规模较大，自动化程度高，工艺较先进，气化效率可达60％以上。我国生物质气化技术起步较晚，但发展很快。如中国农业机械化科学研究院研制的ND系列生物质气化炉，其中ND-600型气化炉已进行较长时间的生产运行，并取得了一定的效益；江苏吴江县生产的稻壳气化炉，利用碾米厂的下脚料驱动发电机组，功率达到160千瓦，已达到实用阶段；中科院广州能源所，对上吸式生物质气化炉的气化原理、物料反应性能作了大量试验，并研制出GSQ型气化炉；山东能源研究所研制的XFL系列秸杆气化炉在农村集中供气的应用中也获得了一定的社会、经济效益；大连市环境科学设计研究院用研制的LZ系列生物质千馏热解气化装置建成了可供1000户农民生活用燃气的生物质热解加工厂；云南省研制的QL-50，60型户用生物质气化炉已通过技术鉴定并在农村进行试验示范。但目前这些固定床气化炉大都存在炉径较小(＜2m)、间歇加料，生产能力低，热效率和气化强度低的问题，不能实现规模化利用，只能就近供热，不能产生好的经济效益。且所得燃气含氧量高(＞1％)，燃气热值低(＜5MJ/m³)，不利于后续净化和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述反应装置的缺陷，提供一种连续加料、热效率和气化强度高的大规模气化炉，且通过优化内部结构和操作条件，使所得燃气含氧量低，热值高，以满足后续深加工和利用的要求。

由于生物质气化效果的好坏，与生物质理化性质和气化炉结构及尺寸的匹配而形成的气固相接触条件有关。与煤相比，生物质(特别是秸秆)大都存在堆积密度小、自然堆积较大(在气化炉里容易产生架桥、穿孔现象)、木炭机械强度低(不能保持原有形状，容易在反应层中形成空洞，致使气流分布不均匀)和灰熔点低(＜1050℃，固态排渣困难)等缺点。再者，目前生物质固定床气化炉结构过于简单，只能间歇加料，且气流分布很难均匀。上述两种弊病相互影响，使得气固相接触不好，气化效率和热效率低，且空气会因“短路”现象的发生而使部分氧气未参与反应即离开气化炉，造成燃气中氧含量偏高。气化炉尺寸加大时，上述现象更加严重，这是造成生物质气化技术不能规模化的重要原因之一。此外，由于生物质碱金属含量偏高(通常灰中含30％以上)，如直接与金属壳体接触，将会腐蚀炉壁，缩短炉子使用寿命。必须采取相应措施才能得到解决这些问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种生物质(特别是成型秸秆)气化炉，尤其是大规模固定床生物质气化炉，其特征是：所述气化炉带有防腐蚀衬里(可有效预防碱金属对炉壁的腐蚀)，优选固定床气化炉。

根据本发明，所述的气化炉包括加料装置(1)、炉体(3)和炉篦(4)。

根据本发明，所述的气化炉还进一步包括燃气排出口(2)、排灰口(5)和和空气进口(6)。

所说的气化炉内径根据生产能力的需要确定，一般而言，可以设置为1-10m范围，优选2-8m；更优选3-6m，最优选3-3.5m，高度在1m以上，优选2m以上，更优选3m以上。

根据本发明的优选实施方案，气化炉炉体的高径比(即气化炉的高度与气化炉的直径比)设置为0.5-4，优选为1-3，更优选1.5-2。

根据本发明的另一优选实施方案，其中所述炉篦为耐热铸铁材质。炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连。本发明的炉篦既用于排灰，也作为气体分布板，使炉内气流均匀，利于气化反应顺利进行。

根据本发明的优选实施方案，气化炉炉内原料床层由下向上分为：灰层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。防腐衬里可设置在气化炉内的任一层上，优选设置在氧化层、还原层和干馏层上，更优选设置在氧化层上，最优选在氧化层附近高温区域设置防腐衬里。所述防腐材料可选自含硅防腐材料，采用防腐衬里可有效防止碱金属元素对金属壳体的腐蚀，延长炉体寿命。

根据本发明的另一优选实施方案，其特征在于，利用料斗闸门，计量加料器和计量锁气器实现气化炉的连续进料，从而提高生产能力。

根据本发明的另一技术方案，其通过如下方式实现：

一种低含氧燃气的生产工艺，其特征在于以成型生物质(尤其是秸秆)为原料，连续从气化炉上部加入(该原料依靠重力向下移动)，空气由下部逆流进入气化炉。

根据本发明的优选方案，其中所述的生产工艺还包括将灰渣由下部排出，燃气由上部排出。

根据本发明的优选方案，气化炉顶部热解层和干燥层利用气体余热升温，并降低热解气温度；底部空气充足，氧化层燃烧完全；炉篦和灰渣受到空气冷却，便于排灰操作稳定。优化下部鼓入的空气流量与加料量的比值，使气化炉内形成稳定的还原层，与氧气充分反应，。

根据本发明的另一优选方案，其特征是：通过调节下部鼓入的空气流量与加料量的比值及混合状况，使气化炉内形成稳定的还原层，与氧气充分反应，将出口燃气氧含量在0.6％以下，便于净化处理，改善燃气品质。

根据本发明优选生产工艺，其特征在于，生物质原料连续从气化炉上部的加料装置(1)加入。空气由下部的空气进口(6)逆流进入气化炉。灰渣由下部的排灰口(5)排出。燃气由上部的燃气排出口(2)排出。

根据本发明，作为生物质原料，优选成型秸秆，可通过成型设备将其压缩成尺寸均一、密度高(1g/cm³以上)、机械强度高的料块。成型的生物质可以在气化炉内分布均匀，且利于生产能力的提高。

本发明的气化炉通过上部进料和排气(燃气)，下部出渣和进气(空气)，，实现物料和气体反应连续而稳定进行，便于尺寸放大，实现规模化。本发明生物质固定床气化炉可用于大规模供热，也可用于内燃机发电装置。

本气化炉与现有气化装置相比，规模大，燃气含氧量低，且自动化程度高，操作简单，便于推广应用。本发明气化炉的总体热效率和气化效率高(均可达70％以上，优选75％以上，更优选80％以上)，气化强度至少为100m³/(m²h)，优选300kg/(m²h)以上，属大规模气化炉。气化炉碳转化率可达95％以上，优选96％以上，燃气氧含量可低至0.6％以下，优选0.5％以下，燃气热值较高，生产能力大，操作周期长，燃气品质好，便于深度净化和利用。

本发明的固定床气化炉具有十分显著的优点：

(1)采用连续进料的方式，气化炉内径为2-3.5m，运行稳定，生产能力大，气化强度高，便于规模化应用。

(2)宏观上气体(空气或燃气)与固体(原料或灰)逆向接触，可有效提高热效率，使燃气冷却及灰冷却，便于后续处理，使空气和原料加热，便于反应和干燥。

(3)采用可转动炉篦，兼为气体分布板，结构简单有效，气流分布均匀，利于气体和固体物料接触并充分反应，降低燃料气中含氧量。

(4)秸秆生物质压缩成型后进料，可有效改善进料均匀程度，并提高声场能力。

(5)鉴于生物质碱金属含量高的特点，为防止金属腐蚀，采用防腐衬里，有效延长炉龄，使得气化炉的使用可延长至少10年，优选15年以上。

附图说明

图1为固定床生物质气化炉的结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1——进料装置；2——燃气排出口；3——炉体；4——炉篦；5——排灰口；

6——空气进口

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明。

如图1所示，本发明所说的气化炉的炉体(3)为一个组合体，由外层金属壳体和内层耐火防碱金属腐蚀的衬里组成。气化炉内径为2-4m，高径比为0.5-2。气化炉顶部设进料装置(1)，包括料斗闸门，计量加料器和计量锁气器，可实现连续进料。气化炉顶部设燃气排放口(2)，后可接各种气体净化及深加工装置。气化炉炉篦(4)为耐热铸铁铸成，炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连，既用于排灰，也作为气体分布板，使炉内气流均匀。排灰装置(5)包括刮刀及灰盘，可有效将灰排出炉外。气化炉底部设有空气进口(6)，也可进富氧或纯氧。气化炉炉体还设有若干其它附件。

所说的固定床气化炉以压缩成型秸秆生物质为原料，生物质湿度为5-15％。原料气化时可以空气、富氧或纯氧为气化剂，气碳比为1.2-1.8m³/kg，优选1.3-1.6m³/kg，更优选1.48-1.5m³/kg；操作温度为1100-1200℃，更优选为1115-1160℃，还更优选1120-1150℃。所生产燃气热值在6MJ/kg以上，氧含量在0.6％以下，更优选在0.5％以下，硫、氯含量极低，便于净化、深加工及利用，利于环保。

实施例

用于发电的生物质气化炉，炉内径为3m，高为3m，日处理压缩成型稻秆约为50吨，以空气为氧化剂，气碳比为1.48m³/kg，生物质转化率为98.7％，气化强度为298kg/m²h，出口燃气含氧量为＜0.5％，说明本气化炉性能优良，燃气产品质量好，效果显著。

Claims

1.一种大规模固定床生物质气化炉，其特征在于，所述气化炉炉体带有防腐蚀衬里。

2.根据权利要求1所述的气化炉，其特征在于，所述气化炉包括加料装置(1)、炉体(3)和炉篦(4)

3.根据权利要求2所述的气化炉，其特征在于，所述气化炉还进一步包括燃气排出口(2)、排灰口(5)和空气进口(6)。

4.根据权利要求1-3任一项的气化炉，其特征在于所述气化炉炉体的高径比为0.5-4，优选为1-3，更优选1.5-2。

5.根据权利要求2-4任一项的气化炉，其中所述炉篦为耐热铸铁材质。

6.根据权利要求2-5任一项的气化炉，其特征在于，所述炉篦设在进风管上，下部与可旋转托盘相连。

7.根据权利要求1-6任一项的气化炉，其特征在于防腐衬里设置在氧化层、还原层和干馏层上，更优选设置在氧化层上，最优选设置在在氧化层附近高温区域。

8.根据权利要求1-7任一项的气化炉，其特征在于所述的加料装置(1)包括料斗闸门，计量加料器和计量锁气器。

9.一种低含氧燃气的生产工艺，其特征在于，以生物质(尤其是秸秆)为原料，连续从气化炉上部加入，空气由下部逆流进入权利要求1-8任一项的气化炉。

10.根据权利要求9的生产工艺，其中还包括将灰渣由下部排出，燃气由上部排出的步骤。

11.根据权利要求9或10的生产工艺，其特征在于：通过调节下部鼓入的空气流量与加料量的比值及混合状况，使气化炉内形成稳定的还原层，与氧气充分反应。

12.根据权利要求9-11任一项的生产工艺，其特征在于，生物质原料选自成型秸秆。

13.根据权利要求9-12任一项的生产工艺，其特征在于，生物质原料连续从气化炉上部的加料装置(1)加入。空气由下部的空气进口(6)逆流进入气化炉。灰渣由下部的排灰口(5)排出。燃气由上部的燃气排出口(2)排出。