一种生物质流化床多级气化炉装置

摘要

本发明提供一种生物质流化床多级气化炉装置，该装置包括：非机械式给料装置进料，流化床多级气化炉分为下级高温燃烧室，中级高温热解室，上级水蒸气气化室。流化床多级气化炉顶部出口连接汽冷螺旋管壁式旋风分离装置，低温蒸汽进入汽冷螺旋管式旋风分离器收集生产的高质量生物炭/活性炭，同时分离器冷却气化气和生物质炭颗粒；气化气通过芯筒离开气化炉。炉渣由排渣管收集。本发明通过生物质气化，流量调整等多种技术手段，生产高热值气化气和高质量生物质炭/活性炭，实现经济价值最大化。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术领域流化床多级气化装置。

背景技术

生物质是地球上宝贵的绿色低污染可再生资源，生物质气化炉形式繁多，对于现有的常压流化床气化炉常常出现物料缠绕螺旋给料刀片、堵塞给料管的问题。出现气化温度过高，低熔点碱金属及盐高温熔化，粘附炉壁结焦，或者低温气化产生生物质焦油与物料粘结堵塞风帽，影响流化燃烧和气化运行安全的问题。现有常压流化床气化炉不能对水分差异大，热值差别大，多种类生物质同时高效气化。传统分离器气固高温分离后的气化气和高温物料需要后续冷却降温。

生物质流化床多级气化装置，利用非机械式给料，可以避免给料缠绕螺旋刀片、避免堵塞。利用流化床多级气化，可以控制气化温度、控制流化速度，避免气化炉内结焦。控制生物质入炉量，氧化空气、气化蒸汽比例，调节气化气燃值和生物质碳化程度和比例。生物质流化床多级气化装置适用于不同种类生物质气化，适应不同工况下运行，调整生产相应高质量生物质炭/活性炭，生产高热值气化气，扩大气化炉的物料适用范围。提高生物质产能价值。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种生物质流化床多级气化炉装置，采用非机械式给料，生物质多级气化，汽冷螺旋管壁式旋风分离器，以解决上述背景技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种生物质流化床多级气化炉装置，包括：所述流化床多级气化炉分为下级高温燃烧室，中级高温热解室，上级水蒸气气化室。所述流化床多级气化炉给料装置为非机械式给料，避免了原料缠绕螺旋刀片和堵塞问题，所述流化床多级气化炉顶部气化气出口处连接于汽冷螺旋壁式旋风分离装置，所述汽冷螺旋管壁式旋风分离器将颗粒物料通过离心力作用收集在锥形管下部，洁净的气化气通过芯筒离开气化炉。低温蒸汽在下集箱内均匀分配给壁式螺旋上升布置的管道，冷却高温燃气及生物炭颗粒。所述风室侧壁设有流化风入口和启停置换蒸汽入口，所述风室与燃烧室之间设置布风床，使燃烧空气均匀通入燃烧室流化燃烧物料。所述燃烧室为上大下小锥形结构，前壁给料口分为两层，下层给料斜管底部通入热空气，将给料斜管输入的生物质颗粒吹入炉内燃烧产生高温烟气，并气封给料口。生物质物料进入下级燃烧室内流态化燃烧，高温物料上升到一定高度后与前壁给料口新进入的燃料充分混合，沿炉壁回落到燃烧室底部，提高着火温度使燃烧更稳定、快速。下级燃烧室产生高温烟气为中级气化提供高温热解温度，避免低温气化产生焦油附着在炉壁结焦。上层给料斜管底部通入低温蒸汽，将给料斜管输入的生物质颗粒吹入炉内吸收高温烟气温度，并汽封给料口。生物质物料进入中级热解室与燃烧室高速流入的高温物料、烟气均匀混合，快速高温热解，降低燃烧室上部烟气温度，避免生物质中碱金属及其盐类高温熔化结焦，达到气化温度为后续蒸汽气化做准备。中级热解室与上级气化室之间为缩口，气化蒸汽从缩口处引入，使高温物料进入气化室充分流化、气化/炭化。

所述的一种生物质流化床多级气化炉装置，所述流化床多级气化炉分为下级高温燃烧室，中级高温热解室，上级水蒸气气化室。所述下级燃烧室产生高温烟气为中级气化提供高温热解温度，避免低温气化产生焦油附着在炉壁结焦。所述中级热解室与燃烧室高速流入的高温物料、烟气均匀混合，快速高温热解，降低燃烧室上部烟气温度，避免生物质中碱金属及其盐类高温熔化结焦，达到气化温度为后续蒸汽气化做准备。中级热解室与上级气化室之间为缩口，气化蒸汽从缩口处引入，使高温物料进入上级气化室充分流化、气化/炭化。

所述的一种生物质流化床多级气化炉装置，所述旋风分离装置由锥形汽冷螺旋管壁式本体、上集箱、下集箱和芯筒组成汽冷螺旋管壁式旋风分离器，所述汽冷螺旋管壁式旋风分离装置的烟气进口通过管道与流化床多级气化炉的燃气出口相连接。低温蒸汽在下集箱内均匀分配给壁式螺旋上升布置的管道中，增大蒸汽受热面积，使壁式管内蒸汽在螺旋管中经历不同热负荷区，在非均匀热负荷区上受热趋于均衡，减少热应力集中，减少壁式管道与集箱的焊接头，使旋风筒内碳化颗粒冷却速度更快、更均衡。

所述的一种生物质流化床多级气化炉装置，所述前壁给料口分为两层，下层给料斜管底部通入热空气，将给料斜管输入的生物质颗粒吹入炉内燃烧产生高温烟气，并气封给料口。上层给料斜管底部通入低温蒸汽，将给料斜管输入的生物质颗粒吹入炉内吸收高温烟气温度，同时调节中级热解室温度，并汽封给料口。炉前进料为非机械式给料，避免了螺旋给料机在运行过程中，原料缠绕粘结在螺旋刀片上和堵塞。

所述的一种生物质流化床多级气化炉装置，所述布风床上均匀布置风帽，风帽上风口斜向下均匀布置，燃烧及气化空气从风室均匀进入各风帽。从风帽喷出的空气反作用在布风床上形成流化风，使进入下级燃烧室的生物质流态化燃烧，同时将炉底床料流态化，防止床料结焦、堵塞风帽。所述布风床两侧开有底渣排放口，在运行过程中，可持续排放底渣维持正常燃烧、气化。

所述的一种生物质流化床多级气化炉装置，所述控制系统调节给料、送风流量及气化蒸汽比例，控制下级高温燃烧室、中级高温热解室及上级蒸汽气化室温度和气化速度。调节气化气的燃值和生物质碳化程度和质量。

一种生物质流化床多级气化炉装置，包括以下步骤：

步骤(1)生物质原料在下层给料口通过高温空气送入流化床多级气化炉下级燃烧室中，在流化风作用下发生燃烧反应生成高温烟气，并气封给料口。生物质物料进入下级燃烧室内流态化燃烧，流化高温物料上升到一定高度后与前壁给料口新进入的燃料充分混合，沿炉壁回落到燃烧室底部，提高着火温度使燃烧更稳定、快速。

步骤(2)生物质在上层给料口通过低温蒸汽送入燃烧室上部中级高温热解室，被高温烟气迅速热解，避免低温气化生产焦油附着在炉壁结焦。加热至蒸汽气化温度，同时调节燃烧室温度，避免燃烧室温度过高结焦。

步骤(3)高温物料被流化烟气带入中级高温热解室顶部缩口内，高速流化的物料与喉部通入的高温蒸汽快速混合后进入上级蒸汽气化室进行气化；大颗粒物料在气化室内翻滚循环气化，延长气化时间，使粗颗粒气化成细颗粒；细颗粒物料在气化室内上升时段快速碳化。

步骤(4)高温生物质气化气携带生物炭通过连接管道进入汽冷螺旋管壁式旋风分离器进行气固分离；在离心作用力下，生物质炭颗粒经汽冷螺旋管壁式旋风分离器收集下来，经壁式管道内低温蒸汽冷却为后续生物质炭成形做准备；洁净燃气通过芯筒离开气化炉。

步骤（5）燃烧及气化空气从风室进入布风床，在下级燃烧室形成均匀流化风，对生物质流态化燃烧，同时将炉底床料流态化，防止床料结焦、堵塞风帽。所述布风床两侧开有低渣排放口，在运行过程中，可持续排放低渣调节、维持正常燃烧、气化。

本发明的有益效果是：

采用生物质流化床多级气化装置，利用非机械式给料，可以避免给料缠绕螺旋刀片、避免堵塞。

采用流化床多级气化炉对生物质物料进行下级燃烧、中级高温热解、上级蒸汽气化，多级分步骤控制反应温度和速度，既避免低温气化焦油附着在炉壁结焦，又避免碱金属及其金属盐气化温度过高熔化结焦。能够控制生物质物料平稳、快速气化，提高碳化质量和气化炉安全运行。

采用汽冷螺旋管壁式旋风分离器，将低温蒸汽由下集箱内均匀分配给壁式螺旋上升布置的管道中，增加蒸汽受热面积，更多壁式管内蒸汽在非均匀热负荷区上受热趋于均衡，减少热应力集中，减少壁式管道与集箱的焊接头。利用汽冷螺旋管壁式分离器布置蒸汽冷却管道，使旋风筒内碳化颗粒冷却更均衡，速度更快。回收利用了燃气及生物炭余热，减少了后续燃气-蒸汽热交换器受热面积，既节约空间又节约系统耗材。

控制通入生物质量，氧化空气、气化蒸汽比例，气化气燃值和生物质碳化程度和比例。对生物质物料进行燃烧、热解、蒸汽气化，多级分步骤控制反应温度和速度，适应不同水分、不同热值的多种生物质物料在同一流化床气化炉中高效气化、碳化，高价值产能。提高气化炉的物料适用范围。

附图说明

图1是本发明生物质流化床多级气化炉装置结构示意图；

图2是本发明汽冷螺旋管壁式旋风分离器结构示意图。