一种生物质与煤共气化的气化工艺及其装置

摘要

本发明涉及能源设备，特指一种生物质和煤在流化床中混合气化产生低热值燃气的气化工艺及其装置。该方法是以空气为主并加入少量水蒸气为气化剂。空气量占煤与生物质加料总量的比例为1.2～2.0m3/Kg，而水蒸气量占煤与生物质加料总量的比例为0.2～0.3Kg/Kg。气化原料为0－10mm粉料生物质和0－6mm的粉煤。生物质/煤两者的比例，在40/60－80/20之间选取。两种原料通过两个专用的加料装置分别加入生物质流化床气化炉内，其工作温度为850～950℃，流化速度为0.8～1.2m/s。生成的粗燃气经高温旋风分离器初除尘，分离下的含碳粉尘经下料管入储灰箱。初除尘的燃气经蒸气发生器换热后，温度降至300℃以下，进入净化系统进一步洗涤除尘后，送往气柜待用。其基本上无焦油产生，工艺简单。

说明书

技术领域

本发明涉及能源设备，特指一种生物质和煤在流化床中混合气化产生低热值燃气的气化工艺及其装置。

背景技术

现有的空气为气化剂的生物质流化床气化炉，由于工艺简单，具有投资省、运行成本低、操作方便等优点，在工业上广泛用于发电和供热。由于生物质容重小，灰分少、挥发份高，含固定碳少，气化反应性高，使生物质易于气化，但不易形成稳定的流化料层，国内外解决的方法是在流化床中添加一定量的惰性粒子如河砂、石英砂等，以建立稳定料层。又由于生物质挥发分高，反应温度低，一般为700～750℃，使高分子碳氢化物无法裂解成气态的小分子，在产品气中含有大量焦油，严重影响燃气的使用。目前国内外都采用催化裂解的方法除去燃气中的焦油，但对于中小规模的生物质气化厂，无论从经济性及操作运行方面都存在不少问题。另外由于生物质生长的周期性，亦带来生物质原料供应的周期性。这种周期性影响生物质气化生产的连续稳定性。现有中国专利200420024372.X“生物质气化炉”、200410013943.4“一种生物质与煤混合流化床气化方法及其装置”。其采用供风燃烧与供蒸气气化两个阶段，需要增设两套控制阀门，控制系统比较复杂，且其气化产物为高、中热值燃气，与本发明所述低热值燃气具有不同的应用领域。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基本上无焦油产生，且工艺简单，气化产物为低热值燃气的生物质与煤共气化的气化工艺及其装置。

实现上述目的技术方案为：采用流化床气化炉为主要设备，以空气和水蒸气为气化剂，以粉粒生物质和粉煤为原料，通过流化床气化炉进行生物质和煤的热解气化反应，连续制取低热值燃气，用于发电、供热等。

该方法是以空气为主并加入少量水蒸气为气化剂。空气量占煤与生物质加料总量的比例为1.2～2.0m³/Kg内选用，而水蒸气量占煤与生物质加料总量的比例为0.2～0.3Kg/Kg内选用。气化原料为0-10mm粉料生物质和0-6mm的粉煤。生物质/煤两者的比例，可以根据原料情况在40/60-80/20之间选取。两种原料通过两个专用的加料装置分别加入炉内。气化设备为流化床气化炉。生物质流化床气化炉的工作温度为850～950℃，流化速度为0.8～1.2m/s。生成的粗燃气经高温旋风分离器初除尘，分离下的含碳粉尘经下料管入储灰箱内做它用。初除尘的燃气经蒸气发生器换热后，温度降至300℃以下，进入净化系统进一步洗涤除尘后，送往气柜待用。空气由罗茨风机供入炉内，蒸汽发生器产生的蒸汽一小部分供气化用，其余外供。

实施该气化工艺的装置包括：生物质流化床气化炉(1)、旋风分离器(2)、储灰箱(7)和储炭箱(8)、蒸汽发生器(3)、洗涤塔(4)。其中生物质流化床气化炉(1)由三部分组成，上部为大圆筒形垂直段，中部为倒圆锥形的扩展段，下部为小圆筒形垂直段。炉体为耐火衬里的圆形钢板结构，炉体下部顺序设有风室(11)、排渣管(15)和布风板(12)。生物质流化床气化炉设有二个料仓，带螺旋加料机的煤仓(9)和带螺旋加料机的生物质料仓(10)。在生物质流化床气化炉下部垂直段中部，煤仓(9)经螺旋加料机与生物质流化床气化炉(1)相连。在扩展段中下部设有生物质料仓(10)经螺旋加料机与生物质流化床气化炉(1)相连。在生物质料进口的上部设有四个喷嘴(13)供入水蒸气，喷嘴的上部设有一个生物质炭的放料口(14)，通过下料管将生物质炭排入储炭箱(8)内。炉体上部出口连有高温旋风分离器(2)，旋风分离器(2)下端经下料管与储灰箱(7)相连；旋风分离器(2)的顶端出口与蒸汽发生器进口(3)相连，其出口与洗涤塔(4)相连。洗涤净化后的燃气进入气柜(5)待用。

本发明较现有生物质流化床气化炉的方法具有下述优点。

(1)本发明采用粉煤(0-6mm)代替常规生物质流化床气化炉的惰性粒子，与生物质在流化床中连续共气化，取消燃烧与气化两个阶段，不需额外增设两个阶段的换向阀门和控制系统，控制简便。

(2)生物质温室气体为零排放，而且生物质S、N含量很少。与煤共气化，可以充分利用煤炭资源；减少污染物的排放，改善生态环境。

(3)生物质是再生资源，由于生物质生长的周期性，带来供应的周期性。与煤共气化，可以用煤来调节生物质供应的周期性，以确保能源供应的连续稳定，且可减少煤炭的消耗。

附图说明

图1是生物质流化床气化炉示意图

图2是本发明的工艺流程示意图

1、生物质流化床气化炉 2、高温旋风分离器 3、蒸汽发生器 4、洗涤塔 5、储气柜 6、罗茨风机 7、储灰箱 8、储炭箱 9、煤仓和螺旋加煤机 10、生物质仓和加料机 11、风室 12、布风板 13、蒸气喷嘴 14、排炭口 15、排渣管

具体实施方式

如图1所示，该工艺以空气和水蒸气为气化剂，0-6mm的原料煤经螺旋加煤机(9)和0-10mm的生物质经螺旋加料机(10)按一定比例送入生物质流化床气化炉(1)内，空气由罗茨风机(6)由风室(11)经布风板(12)进入生物质流化床气化炉(1)，使炉内的生物质和煤在流化床状态下，发生部分氧化热解气化反应。

由于该反应具有放热反应和吸热反应，当两种反应处于热平衡时，床层温度处于稳定状态。该温度根据空气量、水蒸气量和生物质量/煤量的比值参数调节来达到预定温度。一般这些参数的调节范围空气量/加料量比值为1.2～2.0m³/Kg；水蒸气量与加料量的比值为0.2～0.3Kg/Kg；生物质/煤的比值为40/60-80/20之间；使床层温度维持在850-950℃，可获得较好的气化效果。高温的燃气由生物质流化床气化炉(1)出口经高温旋风分离器(2)分离下的含碳粉尘经下料管排入储灰箱(7)，除尘后的燃气进入蒸气发生器(3)，换热降温到300℃以下，进入洗涤塔(4)经进一步洗涤除尘冷却后送往气柜(5)待用。蒸汽发生器(3)产生的水蒸气一部分与罗茨风机来的空气混合后由风室(1)进入生物质流化床气化炉(1)，一部分水蒸气直接由蒸气喷嘴(13)喷入生物质流化床气化炉(1)内。在生物质流化床气化炉(1)中部位置设置有一个粉粒状生物质炭排出口(14)，根据需要将炉内的生物质炭排入储炭箱(8)内。

依据本发明技术方案，建设的Ф300生物质与煤共气化流化床气化炉示范装置的典型运行参数和特性如下表：

生物质：玉米芯、0-10mm；玉米芯热值Q_net，ar：17245KJ/Kg

煤：0-6mm；煤的热值Q_net，ar：23120KJ/Kg，两个实施例的运行数据如下：

  生物质/煤的比值  80/20  60/40  加料量  生物质(Kg/h)  143  108  煤量(Kg/h)  33  72  气化剂进气量  空气量(m³/h)  200  210  蒸气量(Kg/h)  35  45  气化炉工作温度  炉下(℃)  893  942  炉中(℃)  864  914  炉上(℃)  854  904  平均温度(℃)  870  920  蒸气产量  Kg/h  105  110  燃气产量  m³/h  327  330  燃气热值  KJ/m³  6394  5500  气体产率  m³/Kg  1.96  1.75  气化效率  ％  71  67  气化强度  Kg/m²h  2900  2800  燃气中焦油含量  mg/m³  0.8  0.5

上述实验方式仅用于说明本技术方案，而不加以限制。