CN218710209U - 一种生物质沸腾床清洁气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质沸腾床清洁气化装置，包括依次相连的生物质原料仓、喂料器、气化炉、减温器、高温旋分器、预热系统和洗气塔，所述气化炉包括上筒体和下筒体，上筒体和下筒体分别设有二次氧喷嘴和一次氧喷嘴，利用一次氧喷嘴和二次氧喷嘴通入气化剂，下筒体为一次氧化还原段，上筒体为二次氧化还原段，下筒体的下端口连接地面渣池，下筒体侧部设有的入口连接喂料器，上筒体的出口连接减温器。本实用新型分别设置通过上筒体和下筒体的两次氧化还原反应，气化炉中下筒体为主反应段，生物质原料和氧气发生氧化还原反应后，所产生的生物焦油和残碳进一步的在上筒体反应，提高碳转化率，并且出口合成气体中不含有焦油、有机硫等有机物。

Description

一种生物质沸腾床清洁气化装置

技术领域

本实用新型属于生物质气化领域，特别涉及一种生物质沸腾床清洁气化系统。

背景技术

目前，在我国能源生产和消费结构中，化工、发电、材料等关键行业，煤炭、石油、天然气一直占据主导低位，为我国的经济持续发展提供了可靠的能源和资源保障。在当前全球“双碳战略”的大背景下，煤炭、石油等化石能源遇到了调整，我们都在努力寻找一种能源替代方式，急需开发新的能源和资源，逐渐替代煤炭、石油、天然气等化石能源占比，逐步实现“零碳排放”的全球能源大战略。水、风能、太阳能、生物能都是可以替代化石能源的低碳排放清洁能源资源，是未来重点开发的能源形势。我国是一个传统的农业大国，仅生物质秸秆就达6亿吨干物质，生物质能源的综合利用具有很大的前景，其中生物质分级分质洁净燃烧、气化技术，是大规模、高效利用生物质能源的最有效途径之一。

当前，以煤为原料的煤气化技术十分成熟，产能也占绝对主导低位，但是，煤炭、石油、天然气等传统石化能源的利用所产生的温室气体（主要是CO2）导致全球变暖问题越来越突出，所以发展生物质能源新技术具有越来越重要的意义。目前的生物质气化技术主要是生物质流化床气化，处于研发阶段或者小规模的生产装置。

流化床气化工艺流程一般包括： 生物质粉碎装置，主要是把生物质原料粉碎，适合流化床气化对原料粒度的要求。上料装置，一般使用皮带输送机，是将生物质块输送到原料仓储存备用，作为气化原料。原料仓，储存生物质原料。④螺旋喂料机，将生物质碎颗粒计量后送入气化炉。流化床气化炉系统，主要功能是将空气、水蒸气、生物质通过燃烧气化反应，产生水煤气，主要成分一氧化碳、氢气、二氧化碳、甲烷和少量生物焦油等。⑥为空气风机，主要功能是为气化炉提供空气，空气中的氧气为气化剂。⑦⑧为旋风分离器，主要作用分离水煤气携带的灰颗粒和未燃尽的碳。空气预热器利用水煤气的显热为空气加热，回收部分热能。废热锅炉系统，进一步回收水煤气的显热，副产饱和蒸汽，提供系统的热利用率。然后经过冷却器冷却后，经过压缩机送往脱硫、脱碳、再压缩、合成等后续系统，进一步深加工成化工产品。

该工艺流程的缺点有：（1）生物质料密度小，水分含量高，颗粒粘连性极强，难以形成稳定的流化床层，极易形成床层风洞、乱流、结疤、偏流等现象，导致过氧事故。（2）生物质反应后灰分颗粒很难形成“团聚”，一般需要和大量的煤掺烧。（3）气化温度低，焦油含量高，碳转化率低。（4）生物质碱金属含量高，后续系统中，碱金属极易和细灰一起造成设备和管道结垢，导致堵塞，另外碱金属对设备和管道极易发生碱金属腐蚀，造成系统泄露合成气，很难稳定运行，且易发生安全事故。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种碳转化率高、气化温度高、清洁环保、热回收效率高的生物质沸腾床清洁气化系统术。

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种生物质沸腾床清洁气化系统，包括依次相连的生物质原料仓、喂料器、气化炉、减温器、高温旋分器、预热系统和洗气塔，所述气化炉包括上筒体和下筒体，上筒体和下筒体分别设有二次氧喷嘴和一次氧喷嘴，利用一次氧喷嘴和二次氧喷嘴通入气化剂，下筒体为一次氧化还原段，上筒体为二次氧化还原段，下筒体的下端口连接地面渣池，下筒体侧部设有的入口连接喂料器，上筒体的出口连接减温器。

所述气化剂采用富氧或纯氧。

所述减温器包括减温器气体进口和减温器气体出口，所述减温器气体进口与上筒体的出口之间通过合成气管线连接，所述减温器气出口与高温旋分器进口连接，减温器上设有喷水口，喷水口内安装有喷水头，外部的水管线连接喷水头。

所述高温旋分器包括高温旋分器气体出口和高温旋分器气体进口，高温旋分器气体进口连接减温器气体出口，高温旋分器气体出口连接余热系统，高温旋分器上设有的颗粒出口连接细灰储罐，细灰储罐连接地面渣池。

所述余热系统包括废热锅炉和预热器，合成气体依次通过废热锅炉和预热器，分别对废热锅炉和预热器中的介质加热。

所述废热锅炉包括上封头和下封头，以及上封头、下封头之间连接的筒体，上封头和筒体之间，以及下封头和筒体之间分别连接有管板，两个管板之间连接有换热管，所述下封头上设有合成气体进口，上封头上设有合成气体出口，所述筒体的下部设有锅炉水进口，筒体的上部设有蒸汽出口。

所述预热器包括合成气体进口和合成气体出口，合成气体进口和合成气体出口分别设在筒体的下部和上部，预热器的下端和端上分别设有预热介质进口和预热介质出口。

所述洗气塔包括洗气塔气体进口、洗气塔气体出口、水进口和黑水排出口，所述洗气塔气体进口通过管道和预热器连接，洗气塔气体出口连接有调节阀，调节阀连接有外部的管道，外部管道将合成气体送出本系统，水进口与水外管网连接，黑水排出口通过管线与地面渣池连接。本实用新型所具有的有益效果为：

本实用新型分别设置通过上筒体和下筒体的两次氧化还原反应，产生不含生物焦油、有机硫等复杂有机物的洁净合成气，利用一次氧喷嘴和二次氧喷嘴通入气化剂，并且根据生物质原料水分含量高的特点，气化剂中不添加水蒸气，气化炉中下筒体为主反应段，生物质原料和氧气发生氧化还原反应后，所产生的生物焦油和残碳进一步的在上筒体反应，提高碳转化率，并且出口合成气体中不含有焦油、有机硫等有机物。

通过减温器，给合成气体降温、增湿，利于在高温旋分器中除去细灰颗粒和碱金属结晶颗粒。

通过废热锅炉和预热器，回收合成气部分显热，同时副产高压蒸汽，提高系统的热利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1中A处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步描述。

如图1-2所示，一种生物质沸腾床清洁气化系统，其包括依次相连的生物质原料仓1、喂料器2、气化炉3、减温器9、高温旋分器5、废热锅炉6、预热器7和洗气塔8，所述气化炉3包括上筒体3-1和下筒体3-2，上筒体3-1和下筒体3-2分别设有二次氧喷嘴3-4和一次氧喷嘴3-3，下筒体3-2为一次氧化还原段，上筒体3-1为二次氧化还原段，下筒体3-2的下端口连接地面渣池4，粗渣自由落入地面渣池4内，下筒体3-2侧部的入口连接喂料器，上筒体3-1的出口连接减温器9。通过上筒体3-1和下筒体3-2的两次氧化还原反应，产生不含生物焦油、有机硫等复杂有机物的洁净合成气，利用一次氧喷嘴3-3和二次氧喷嘴3-4通入气化剂，气化剂采用富氧或纯氧，并且根据生物质原料水分含量高的特点，气化剂中不添加水蒸气。气化炉中下筒体3-2为主反应段，生物质原料和氧气发生氧化还原反应后，所产生的生物焦油和残碳进一步的在上筒体3-1内反应，提高碳转化率，并且出口合成气体中不含有焦油、有机硫等有机物。

生物质原料仓1主要是储存生物质原料，生物质原料仓1的下端口连接喂料器2，喂料器2可选用螺旋喂料机，螺旋喂料机2将生物质原料送入下筒体3-2内。

减温器9一端为减温器气体进口，减温器9另一端为减温器气体出口，所述减温器气体进口与上筒体3-1的出口之间通过合成气管线连接，所述减温器气出口与高温旋分器连接，减温器9上设有喷水口9-1，喷水口9-1内安装有喷水头，外部的水管线连接喷水头。利用喷水头给合成气降温、增湿，利于高温旋分器中除去细灰颗粒和碱金属结晶颗粒

所述高温旋分器5用于分离合成气中的细灰颗粒、碱金属结晶物等，高温旋分器5包括高温旋分器气体出口5-1和高温旋分器气体进口5-4，高温旋分器气体进口5-4连接减温器气体出口，高温旋分器气体出口5-1连接余热系统，高温旋分器上的颗粒出口5-2连接细灰储罐5-3，细灰储罐5-3连接地面渣池4。

所述余热系统包括废热锅炉6和预热器7，合成气体依次通过废热锅炉6和预热器7，分别对废热锅炉6和预热器7中的介质加热。

所述废热锅炉6包括上封头6-1和下封头6-2，以及上封头6-1、下封头6-2之间连接的筒体6-3，上封头6-1和筒体6-3之间，以及下封头6-1和筒体6-3之间分别连接有管板6-4，两个管板6-4之间连接有换热管6-5，所述下封头6-2上设有锅炉气体进口，上封头6-1上设有锅炉气体出口，所述筒体6-3的下部设有锅炉水进口，筒体6-3的上部设有蒸汽出口。工作时，高温的合成气体通过下封头6-2上的锅炉气体进口进入下封头6-2内，由下封头6-2进入换热管6-5内，再通过换热管6-5进入上封头6-1内，在由上封头6-1中的锅炉气体出口排出，筒体6-3内的水被换热管6-5内的高温气体加热产生蒸汽，蒸汽由筒体6-3上的蒸汽出口排出。

所述预热器7和废热锅炉7结构相同，所述预热器气体进口7-1和预热器气体出口7-2分别设在筒体的下部和上部，预热器气体进口7-1与锅炉气体出口连接，预热器气体出口7-2与洗气塔连接，预热器7的下部和上部分别设有预热介质进口和预热介质出口，预热介质进口通过管线和介质的外管网进口段连接，预热介质出口通过管道与介质的外管网出口段连接。

由于高温的合成气体在废热锅炉中被一次利用，将合成气体集中排入筒体内，提高筒体内的温度，加强对换热管的换热效果，预热介质通过预热器7下部设有的预热介质进口进入换热管内，预热介质在换热管内与筒体内的热量进行交换，预热介质通过预热器7的上部设有的预热介质出口口离开换热管，进入外管网出口段。预热器7对合成气体进行二次利用，实现了能源的收集且提升其他的热能利用效率，降低了热能损耗。

可根据实际要求串联多级的预热器7，进一步提高热能的利用率。

所述洗气塔8包括洗气塔气体进口8-1、洗气塔气体出口8-2、水进口和黑水排出口、所述洗气塔气体进口8-1通过管道和预热器7连接，洗气塔气体出口8-2连接有调节阀，调节阀连接有外部的管道，外部管道将合成气体送出本系统，水进口与外部的水管网连接，黑水排出口通过管线与地面渣池连接。洗气塔8内对合成气体进一步洗涤、降温，然后将干净的合成气送出界区。

工作原理：

本实用新型是一种碳转化率高、气化温度高、清洁环保、热回收效率高的生物质清洁气化技术，不需要掺烧煤，也不需要为了保持流化层稳定而添加沙粒等磨损气化炉内衬的颗粒物，利用螺旋喂料机将生物质颗粒送入气化炉3。气化炉3中下筒体3-2为主反应段，通过富氧或纯氧的气化剂，生物质原料和氧气发生氧化还原反应后，所产生的生物焦油和残碳进一步的在上筒体3-1反应，提高碳转化率，并且出口合成气体中不含有焦油、有机硫等有机物。

减温器9的主要功能是给出气化炉的高温气体降温、增湿，经过减温器9降温、增湿的气体进入高温旋分器5内；

高温旋分器5的主要功能是分离合成气中的细灰颗粒、碱金属结晶物等，经过过滤的气体进入废热锅炉6；

废热锅炉6其作用是部分回收高温合成气的潜热，副产高压蒸汽，被废热锅炉6换热后的气体进入预热器7，预热器7的主要作用是进一步回收合成气的显热，提高被预热介质的温度，预热器7内的气体进入洗气塔8；

气塔8其作用是给合成气进一步洗涤、降温，然后将干净的合成气送出界区。地面渣池4用来收集从气化炉3、高温旋分器5、洗气塔6中分离出来的灰渣。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新到型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，包括依次相连的生物质原料仓、喂料器、气化炉、减温器、高温旋分器、预热系统和洗气塔，所述气化炉包括上筒体和下筒体，上筒体和下筒体分别设有二次氧喷嘴和一次氧喷嘴，利用一次氧喷嘴和二次氧喷嘴通入气化剂，下筒体为一次氧化还原段，上筒体为二次氧化还原段，下筒体的下端口连接地面渣池，下筒体侧部设有的入口连接喂料器，上筒体的出口连接减温器。

2.根据权利要求1所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述气化剂采用富氧或纯氧。

3.根据权利要求2所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述减温器包括减温器气体进口和减温器气体出口，所述减温器气体进口与上筒体的出口之间通过合成气管线连接，所述减温器气出口与高温旋分器进口连接，减温器上设有喷水口，喷水口内安装有喷水头，外部的水管线连接喷水头。

4.根据权利要求3所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述高温旋分器包括高温旋分器气体出口和高温旋分器气体进口，高温旋分器气体进口连接减温器气体出口，高温旋分器气体出口连接余热系统，高温旋分器上设有的颗粒出口连接细灰储罐，细灰储罐连接地面渣池。

5.根据权利要求4所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述余热系统包括废热锅炉和预热器，合成气体依次通过废热锅炉和预热器，分别对废热锅炉和预热器中的介质加热。

6.根据权利要求5所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述废热锅炉包括上封头和下封头，以及上封头、下封头之间连接的筒体，上封头和筒体之间，以及下封头和筒体之间分别连接有管板，两个管板之间连接有换热管，所述下封头上设有合成气体进口，上封头上设有合成气体出口，所述筒体的下部设有锅炉水进口，筒体的上部设有蒸汽出口。

7.根据权利要求6所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述预热器包括合成气体进口和合成气体出口，合成气体进口和合成气体出口分别设在筒体的下部和上部，预热器的下端和端上分别设有预热介质进口和预热介质出口。

8.根据权利要求7所述一种生物质沸腾床清洁气化装置，其特征在于，所述洗气塔包括洗气塔气体进口、洗气塔气体出口、水进口和黑水排出口，所述洗气塔气体进口通过管道和预热器连接，洗气塔气体出口连接有调节阀，调节阀连接有外部的管道，外部管道将合成气体送出本系统，水进口与水外管网连接，黑水排出口通过管线与地面渣池连接。

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