一种流化床生物质热燃气和生物质炭联产设备及生产工艺

摘要

本发明公开了一种流化床生物质热燃气和生物质炭联产设备及生产工艺，生产设备包括气化炉本体、蒸汽发生器、蒸汽加热器、旋风分离器与燃气引风机等设备；生产工艺包括通过调整气化炉本体内各段的炉内气流速度和燃气出口位置，从而实现在不同负荷状态下对生物质炭和生物质燃气品质的控制。本发明工艺方法先进，生产设备简单可靠，具有应用范围广、经济价值高的优势。

说明书

技术领域

本发明属于生物质利用技术领域，具体涉及一种流化床生物质热燃气和生物质炭联 产设备及生产工艺。

背景技术

人类社会正面临着巨大的能源压力和环境压力，生物质能作为一种清洁无污染的可 再生能源，其综合开发利用已引起世界各国关注。相较于直接燃烧，生物质气化可以获 得生物质燃气和生物质炭两种产品，通过合理控制反应过程可以得到高品质的生物质 炭，进而大大提高产品附加值。

常规的生物质气化联产生物质炭工艺，由于生物质在气化炉内的停留时间无法随气 化炉的负荷变化而变化，导致气化炉在偏离额定负荷时，生产出的生物质炭品质较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种产品品质高的流化床生物质 热燃气和生物质炭联产设备及生产工艺。

一种流化床生物质热燃气和生物质炭联产设备，包括气化炉本体，所述气化炉本体 从上至下包括依次连通的上炉体、中炉体及下炉体，上炉体上设有蒸汽发生器，蒸汽发 生器通过汽包与蒸汽加热器连接，蒸汽加热器出口经管道分别与下炉体、中炉体和上炉 体相连接，上炉体侧壁上自下而上依次安装第一出口管、第二出口管、第三出口管和第 四出口管，第一出口管、第二出口管、第三出口管和第四出口管上均安装调节阀，第一 出口管、第二出口管、第三出口管和第四出口管经管道汇合后与一级旋风分离器相连接， 一级旋风分离器后部依次安装二级旋风分离器和燃气引风机，燃气引风机出口通过第一 管道、第二管道、第三管道与第四管道，分别与热用户、风室、设置在下炉体外侧的加 热盘管和中炉体相连接，中炉体上设有生物质给料器及空气预热器，空气预热器经管道 分别与风室和中炉体相连接，并通过第三管道与加热盘管相接，下炉体上设有床料给料 器。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述空气预热器处管路连接有鼓风机。

一种流化床生物质热燃气和生物质炭联产的生产工艺，采用一种流化床生物质热燃 气和生物质炭联产设备进行生产，包括以下步骤：

(1)、通过床料给料器往下炉体内加入床料；

(2)、通过生物质给料器往中炉体内加入生物质，生物质在床料辅助流化下吸收热 量后发生热解反应，生成热解气和生物炭；

(3)、运行蒸汽发生器，软水通过上炉体上安装的蒸汽发生器生成蒸汽，蒸汽经汽 包进入蒸汽加热器加热成过热蒸汽，过热蒸汽分成三路，分别从上炉体、中炉体及下炉 体加入气化炉本体中，来控制气化炉本体温度以及进行生物炭调质；

(4)、运行空气预热器，空气经空气预热器预热后分成两路，一路经风室进入下炉 体，用以调整气化炉本体内的气流速度，从而控制生物质炭在炉内的停留时间，另一路 与第三管道高温燃气混合后燃烧，燃烧产生的热烟气通过下炉体外部的加热盘管加热生 物质，调整生物炭的产率和比表面积；

(5)、开启调节阀，生物炭被高温燃气携带依次穿过下炉体、中炉体、上炉体和第 一出口管、第二出口管、第三出口管与第四出口管；

(6)、运行一级旋风分离器和二级旋风分离器与燃气引风机，生物炭被高温燃气携 带进入第一出口管、第二出口管、第三出口管与第四出口管，经汇总后，进入一级旋风 分离器和二级旋风分离器实现生物质炭和高温燃气的分离，高温燃气通过燃气引风机加 压后分为第一管道、第二管道、第三管道与第四管道四路，第一管道的高温燃气用于后 续热用户，第二管道的高温燃气从中炉体进入气化炉本体，第三管道的高温燃气与预热 后的空气混合燃烧，第四管道的高温燃气由风室进入下炉体；

(7)、步骤(2)中部分热解气和第四管道中高温燃气与风室进入的空气进行反应， 产生的高温燃气实现生物质及床料的流化。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述下炉体内气流速度为2～4m/s，温度300～650℃；中炉体内气流速度为0.5～1m/s， 温度450～600℃；上炉体内气流速度为3～6m/s，温度400～500℃。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述气化炉本体产气量负荷分为0～25％、25～50％、50～75％、75～100％四级，当负 荷为0～25％时，高温燃气自第四出口管进入一级旋风分离器；当负荷为25～50％时，高 温燃气自第三出口管进入一级旋风分离器；当负荷为50～75％时，高温燃气自第二出口 管进入一级旋风分离器；当负荷为75～100％时，高温燃气自第一出口管进入一级旋风分 离器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过调整气化炉本体在不同负荷状态下气化炉炉内流速，从而控制生物质炭的 品质，大大提高生物质炭的含碳率和孔隙率，生产出的生物质炭品质高。

2、通过外加热方式实现生物质原料的热解和气化，燃气燃烧后的烟气不与气化炉 生成的燃气混合，从而大大提高了生物质燃气的热值，增大了生物质气化联产生物质炭 的范围。

3、采用分级燃气出口方式实现气化炉的整体调整，进一步控制了生物质炭的品质。

附图说明

图1为本发明中流化床生物质热燃气和生物质炭联产设备的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，一种流化床生物质热燃气和生物质炭联产设备，包括气化炉本体1，气 化炉本体1从上至下包括依次连通的上炉体11、中炉体12及下炉体13，上炉体11上 设有蒸汽发生器112，蒸汽发生器112通过汽包113与蒸汽加热器111连接，蒸汽加热 器111出口经管道分别与下炉体13、中炉体12和上炉体11相连接，上炉体11侧壁上 自下而上依次安装第一出口管114、第二出口管115、第三出口管116和第四出口管117， 第一出口管114、第二出口管115、第三出口管116和第四出口管117上均安装调节阀 118，第一出口管114、第二出口管115、第三出口管116和第四出口管117经管道汇合 后与一级旋风分离器2相连接，一级旋风分离器2后部依次安装二级旋风分离器3和燃 气引风机4，燃气引风机4出口通过第一管道41、第二管道42、第三管道43与第四管 道44，分别与热用户5、风室6、设置在下炉体13外侧的加热盘管7和中炉体12相连 接，中炉体12上设有生物质给料器8及空气预热器9，空气预热器9经管道分别与风室 6和中炉体12相连接，并通过第三管道43与加热盘管7相接，下炉体13上设有床料给 料器10。

其工作过程为：

软水通过上炉体11上安装的蒸汽发生器112生成蒸汽，蒸汽经汽包113进入蒸汽 加热器111加热成过热蒸汽，过热蒸汽分成三路，分别从上炉体11、中炉体12及下炉 体13加入气化炉本体中，来控制气化炉本体温度以及进行生物炭调质。

空气经空气预热器9预热后分成两路，一路经风室6进入下炉体13，用以调整气 化炉本体内的气流速度，从而控制生物质炭在炉内的停留时间，另一路与第三管道43 高温燃气混合后燃烧，燃烧产生的热烟气通过下炉体13外部的加热盘管7加热生物质， 调整生物炭的产率和比表面积。

生物质由生物质给料器8从中炉体12加入，床料由床料给料器10从下炉体13给 入，生物质在床料辅助流化下吸收热量后发生热解反应，生成热解气和生物炭，部分热 解气和第四管道44高温燃气与风室6进入的空气进行反应，产生的高温燃气实现生物 质及床料的流化，生物炭被高温燃气携带依次穿过下炉体13、中炉体12、上炉体11和 出口管后，进入一级旋风分离器2和二级旋风分离器3实现生物质炭和高温燃气的分离， 高温燃气通过燃气引风机4加压后分为第一管道41、第二管道42、第三管道43与第四 管道44四路，第一管道41的高温燃气用于后续热用户，第二管道42的高温燃气从中 炉体12进入气化炉本体，第三管道43的高温燃气与预热后的空气混合燃烧，第四管道 44的高温燃气由风室6进入下炉体13。

本实施例中，空气预热器9处管路连接有鼓风机91。目的在于，操作控制方便， 并且便于对设备进行检修维护。

采用本设备对流化床生物质热燃气和生物质炭进行生产，包括以下步骤：

(1)、通过床料给料器10往下炉体13内加入床料；

(2)、通过生物质给料器8往中炉体12内加入生物质，生物质在床料辅助流化下 吸收热量后发生热解反应，生成热解气和生物炭；

(3)、运行蒸汽发生器112，软水通过上炉体11上安装的蒸汽发生器112生成蒸汽， 蒸汽经汽包113进入蒸汽加热器111加热成过热蒸汽，过热蒸汽分成三路，分别从上炉 体11、中炉体12及下炉体13加入气化炉本体中，来控制气化炉本体温度以及进行生物 炭调质；

(4)、运行空气预热器9，空气经空气预热器9预热后分成两路，一路经风室6进 入下炉体13，用以调整气化炉本体内的气流速度，从而控制生物质炭在炉内的停留时间， 另一路与第三管道43高温燃气混合后燃烧，燃烧产生的热烟气通过下炉体13外部的加 热盘管7加热生物质，调整生物炭的产率和比表面积；

(5)、开启调节阀118，生物炭被高温燃气携带依次穿过下炉体13、中炉体12、上 炉体11和第一出口管114、第二出口管115、第三出口管116与第四出口管117；

(6)、运行一级旋风分离器2和二级旋风分离器3与燃气引风机4，生物炭被高温 燃气携带进入第一出口管114、第二出口管115、第三出口管116与第四出口管117，经 汇总后，进入一级旋风分离器2和二级旋风分离器3实现生物质炭和高温燃气的分离， 高温燃气通过燃气引风机4加压后分为第一管道41、第二管道42、第三管道43与第四 管道44四路，第一管道41的高温燃气用于后续热用户，第二管道42的高温燃气从中 炉体12进入气化炉本体，第三管道43的高温燃气与预热后的空气混合燃烧，第四管道 44的高温燃气由风室6进入下炉体13；

(7)、步骤(2)中部分热解气和第四管道44中高温燃气与风室6进入的空气进行 反应，产生的高温燃气实现生物质及床料的流化。

其中，下炉体13内气流速度为2～4m/s，温度300～650℃；中炉体12内气流速度为 0.5～1m/s，温度450～600℃；上炉体11内气流速度为3～6m/s，温度400～500℃。

其中，气化炉本体1产气量负荷分为0～25％、25～50％、50～75％、75～100％四级， 当负荷为0～25％时，高温燃气自第四出口管117进入一级旋风分离器2；当负荷为 25～50％时，高温燃气自第三出口管116进入一级旋风分离器2；当负荷为50～75％时， 高温燃气自第二出口管115进入一级旋风分离器2；当负荷为75～100％时，高温燃气自 第一出口管114进入一级旋风分离器2。

实施例1

气化炉负荷在90％时，打开第一出口管114上的调节阀118，关闭第二出口管115、 第三出口管116、第四出口管117上的调节阀118，空气经空气预热器9预热后分成两 路，一路经风室6进入下炉体13，另一路与第三管道43的高温燃气混合后燃烧，燃烧 产生的热烟气通过下炉体13外部的加热盘管7加热生物质；软水通过上炉体11上安装 的蒸汽发生器112生成蒸汽，蒸汽经汽包113进入蒸汽加热器111加热成过热蒸汽，过 热蒸汽分成3路，分别从上炉体11、中炉体12和下炉体13加入气化炉本体1。生物质 由生物质给料器8从中炉体12加入，床料由床料给料器10从下炉体13给入，生物质 在床料辅助流化下吸收热量后发生热解反应，生成热解气和生物炭，部分热解气和第四 管道44的高温燃气与风室进入的空气进行反应，产生的高温燃气实现生物质及床料的 流化，生物炭被高温燃气携带依次穿过下炉体13、中炉体12、上炉体11和出口管后， 进入一级旋风分离器2和二级旋风分离器3实现生物质炭和高温燃气的分离，高温燃气 通过燃气引风机4加压后分为第一管道41、第二管道42、第三管道43与第四管道44 四路，第一管道41的高温燃气用于后续热用户5，第二管道42的高温燃气从中炉体12 进入气化炉本体，第三管道43的高温燃气与预热后的空气混合燃烧，第四管道44的高 温燃气由风室6进入下炉体，控制下炉体13内气流速度为3.5m/s，温度550℃；中炉体 12内气流速度为0.8m/s，温度500℃；上炉体11内气流速度为4m/s，温度480℃。生 产出的生物质炭含碳量92％，生物炭的比表面积为220m²/g，生物质燃气热值 5500kj/Nm3。

实施例2

气化炉负荷在70％时，打开第二出口管115上的调节阀118，关闭第一出口管114、 第三出口管116、第四出口管117上的调节阀118，空气经空气预热器9预热后分成两 路，一路经风室6进入下炉体13，另一路与第三管道43的高温燃气混合后燃烧，燃烧 产生的热烟气通过下炉体13外部的加热盘管7加热生物质；软水通过上炉体11上安装 的蒸汽发生器112生成蒸汽，蒸汽经汽包113进入蒸汽加热器111加热成过热蒸汽，过 热蒸汽分成3路，分别从上炉体11、中炉体12和下炉体13加入气化炉本体。生物质由 生物质给料器8从中炉体12加入，床料由床料给料器10从下炉体13给入，生物质在 床料辅助流化下吸收热量后发生热解反应，生成热解气和生物炭，部分热解气和第四管 道44的高温燃气与风室进入的空气进行反应，产生的高温燃气实现生物质及床料的流 化，生物炭被高温燃气携带依次穿过下炉体13、中炉体12、上炉体11和第二出口管115 后，进入一级旋风分离器2和二级旋风分离器3实现生物质炭和高温燃气的分离，高温 燃气通过燃气引风机4加压后分为第一管道41、第二管道42、第三管道43与第四管道 44四路，第一管道41的高温燃气用于后续热用户5，第二管道42的高温燃气从中炉体 12进入气化炉本体，第三管道43的高温燃气与预热后的空气混合燃烧，第四管道44 的高温燃气由风室6进入下炉体，控制下炉体13内气流速度为2.8m/s，温度565℃；中 炉体12内气流速度为0.65m/s，温度520℃；上炉体11内气流速度为3.2m/s，温度470℃。 生产出的生物质炭含碳量91.5％，生物炭的比表面积为215m²/g，生物质燃气热值 5530kj/Nm³。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本发明的保护范围。