固體生物質氣化裂解爐的製作方法

2023-04-24 10:35:41 2

專利名稱：固體生物質氣化裂解爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體生物質能開發利用技術領域，更具體地說，涉及一種固體生物質氣化裂解爐。
背景技術：
隨著能源和環境問題的日益突出，生物質能逐漸被開發利用。生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體。生物質是一種可再生能源資源，通過一定的能源轉換技術，可將生物質轉換為人類可直接利用的能源。目前，大多利用固體生物質，將其轉換為人類可直接利用的能源，例如秸稈等農林固體廢棄物、城鎮固體生活垃圾及汙水處理脫水汙泥等通過一系列工藝可轉換為能夠直接利用的燃氣。目前，使固體生物質氣化的裝置主要為乾餾爐和熱解爐，即固體生物質氣化形式主要為乾餾氣化和熱解氣化。但是，乾餾爐和熱解爐直接對固體生物質進行氣化的過程中會產生焦油，且焦油以氣溶膠形態彌散在氣化得到的燃氣之中。由於固體生物質中含有較多的水分，使得乾餾氣化和熱解氣化溫度較低(乾餾氣化溫度在400-80(TC之間，熱解氣化氧化溫度在 800-900°C之間、還原溫度在700°C左右)，而氣體中的焦油只有當氣化溫度穩定在900°C以上時才能大部分裂解成可燃氣體，所以乾餾爐和熱解爐不能將焦油裂解，導致固體生物質經乾餾氣化或者熱解氣化轉換成的燃氣攜帶較多焦油。由於燃氣中焦油不能直接燃燒，大大地降低了固體生物質的再利用率；同時，焦油不能直接燃燒，會對環境造成二次汙染。目前，大型煤氣化企業為了充分利用資源和防治環境汙染應用了專門的焦油裂解裝置，但是，在分散的小型不連續運行的固體生物質氣化項目至今還沒有研發出相匹配的焦油裂解裝置。綜上所述，如何將固體生物質在氣化過程中產生的焦油轉換為可直接燃燒的氣體，提高固體生物質的再利用率，避免焦油對環境造成二次汙染，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種固體生物質氣化裂解爐，可將固體生物質在氣化過程中產生的焦油轉換為可直接燃燒的氣體，提高了固體生物質的再利用率，避免了焦油對環境造成二次汙染。為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案一種固體生物質氣化裂解爐，包括自頂端至底端依次相連通分布的流化床氣化段和固定床裂解段；所述流化床氣化段頂端設置有煙氣入口、氣化物料的入口和點火孔，所述氣化物料通過所述氣化物料的入口進入所述流化床氣化段中燃燒以提供溫度大於900°C的高溫環境，所述流化床氣化段底端側壁設置有氣化劑入口、和用於噴射所述氣化劑且與所述氣化劑入口相連通的噴嘴；
所述固定床裂解段設置有自所述固定床裂解段的外側插入所述固定床裂解段的內側的爐排，設置於所述爐排上並用於催化裂解所述固體生物質氣化所產生的焦油的固定床，位於所述爐排底端的燃氣出口和與所述燃氣出口相連的燃氣引風機。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐中，所述固定床為冶金焦炭。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐，還包括與所述氣化劑入口相連的鼓風機和與所述噴嘴相連的靜壓箱。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐中，所述固定床裂解段的軸線沿豎直方向延伸，所述流化床氣化段相對於所述固定床裂解段傾斜設置；所述氣化物料的入口的中心線與所述固定床裂解段的軸線相平行。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐中，所述爐排相對於所述固定床裂解段的軸線傾斜設置。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐，還包括位於所述固定床裂解段的外側，用於調節所述爐排插入所述固定床裂解段深度的調節裝置。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐，還包括與所述燃氣引風機通過管道相連的示火器，所述燃氣弓I風機與所述示火器之間設置有旁通閥。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐，還包括與所述固定床裂解段相連通的集灰段，所述集灰段的底端設置有出渣口 ；所述集灰段自其頂端至其底端為漸縮段。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐，還包括位於所述集灰段底端的出渣器。優選的，上述固體生物質氣化裂解爐中，所述出渣器為螺旋出渣器。本發明提供的固體生物質氣化裂解爐的工作過程如下將燃燒可產生高溫的氣化物料自氣化物料的入口放入流化床氣化段，然後由點火孔推入火種，同時通過氣化劑入口向流化床氣化段充入氣化劑，經噴嘴噴射，氣化物料、 火種和氣化劑在流化床氣化段發生反應，產生高溫環境(大於90(TC，大概為130(TC)；帶有焦油的煙氣自煙氣入口進入流化床氣化段，煙氣中的大部分焦油在高溫環境下(大於 9000C )發生裂解反應，產生鏈斷裂，形成CO、H2、CH4等可燃氣體；開啟燃氣引風機，使其在燃氣出口形成負壓，使得高溫煙氣繼續下行，進入固定床裂解段，先與固定床接觸的高溫煙氣對固定床預熱，使得固定床成為催化裂解床，使得煙氣中殘留的焦油在催化裂解床上被催化裂解為可燃氣體，最終煙氣中的焦油全部轉換為可燃氣體，通過燃氣引風機經燃氣出口排出固體生物質氣化裂解爐。本發明提供的固體生物質氣化裂解爐，使得煙氣中大部分焦油在流化床氣化段提供的高溫環境(大於900°C)中發生裂解反應，轉換為可燃氣體；在流化床氣化段殘留的焦油在固定床裂解段被催化裂解，轉換為可燃氣體，最終煙氣中的焦油全部轉換為可燃氣體， 即將固體生物質在氣化過程中產生的焦油轉換為可直接燃燒的氣體，提高了固體生物質的再利用率，也避免了焦油對環境造成二次汙染。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐的結構示意圖。上圖1中煙氣入口 1、氣化物料的入口 2、噴嘴3、靜壓箱4、氣化劑入口 5、調節裝置6、燃氣出口 7、爐排8、螺旋出渣器9、人孔10、點火孔11。
具體實施例方式為了引用和清楚起見，現在將本專利中涉及到的技術名詞解釋如下氣化劑氣化過程必需的氣體介質，例如空氣。裂解指只通過熱能將一種樣品(主要指高分子化合物)轉變成另外幾種物質 (主要指低分子化合物)的化學過程。爐排鍋爐或工業爐中堆置固體燃料並使之有效燃燒的一種裝置。示火器一種自動點火裝置，只有當燃氣符合設定質量時，示火器才能點燃。本發明提供了一種固體生物質氣化裂解爐，可將固體生物質在氣化過程中產生的焦油轉換為可直接燃燒的氣體，提高了固體生物質的再利用率，避免了焦油對環境造成二次汙染。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。請參考附圖1，圖1為本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐的結構示意圖。本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，包括自頂端至底端依次相連通分布的流化床氣化段和固定床裂解段；流化床氣化段頂端設置有煙氣入口 1、氣化物料的入口 2和點火孔11，氣化物料通過所述氣化物料的入口 2進入流化床氣化段中燃燒以提供溫度大於900°C的高溫環境，流化床氣化段底端側壁設置有氣化劑入口 5、和用於噴射氣化劑且與氣化劑入口 5相連通的噴嘴3 ；固定床裂解段設置有自固定床裂解段的外側插入固定床裂解段的內側的爐排8，設置於爐排8上並用於催化裂解固體生物質氣化產生的焦油的固定床，位於爐排8底端的燃氣出口 7和與燃氣出口 7相連的燃氣引風機。本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐的工作過程如下將燃燒可產生高溫的氣化物料自氣化物料的入口 2放入流化床氣化段，然後由點火孔11推入火種(火種可為點燃的廢油沙頭、碎布、木屑等)，同時通過氣化劑入口 5向流化床氣化段充入氣化劑，經噴嘴3噴射，氣化物料、火種和氣化劑在流化床氣化段發生反應，產生高溫環境(大於900°C，大概為1300°C )；帶有焦油的煙氣自煙氣入口 1進入流化床氣化段，煙氣中的大部分焦油在高溫環境下(大於900°C)發生反應，產生鏈斷裂，形成CO、 H2、CH4等可燃氣體；燃氣引風機在燃氣出口 7產生負壓，使得高溫煙氣下行，進入固定床裂解段，先與固定床接觸的高溫煙氣對固定床預熱，使得固定床成為催化裂解床，使得煙氣中殘留的焦油在催化裂解床上被催化裂解為可燃氣體，最終煙氣中的焦油全部轉換為可燃氣體，通過燃氣弓I風機經燃氣出口 7排出固體生物質氣化裂解爐，將燃氣送至下道工序。本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，使得煙氣中大部分焦油在流化床氣化段提供的高溫環境(大於900°C )中發生反應，轉換為可燃氣體；在流化床氣化段殘留的焦油在固定床裂解段被催化裂解，轉換為可燃氣體，最終煙氣中的焦油全部轉換為可燃氣體，即將固體生物質在氣化過程中產生的焦油轉換為可燃氣體，增加可燃氣體產量，進而提高了固體生物質的再利用率；而且，燃氣中無焦油，二氧化碳被充分還原，提高了燃氣熱值； 也避免了焦油對環境的二次汙染。同時，固體生物質在氣化產生焦油時，還會產生二噁英等有害氣體，例如固體生活垃圾、脫水汙泥等，通過上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，也可使二噁英等有害氣體發生裂解反應，進而消除有害氣體，避免了對環境造成汙染。上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐中，帶有焦油的煙氣可為經乾餾爐產生的乾餾氣或者經熱解爐產生的熱解氣；氣化物料可為經乾餾爐產生的生物焦粉或者是其他燃燒可提供高溫的氣化物料，本發明對氣化物料不作具體地限定，只要能夠提供高溫(大於900°C )環境即可；煙氣入口 1優先高於氣化物料的入口 2和點火孔11，可保證煙氣中的較多的焦油發生反應，轉換為可燃氣體。上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐中，為了保證固定床在高溫下能夠正常使用，優先選用冶金焦炭作為固定床，冶金焦炭熱強度較高，不易坍塌，冶金焦炭的平均直徑為20mm左右。冶金焦炭作為焦油的裂解催化劑，冶金焦炭的孔隙率較高，比表面積較大， 利於殘留焦油的裂解；同時，冶金焦炭在高溫環境下也可作為還原劑，將氣化過程產生C02、 H2O還原成CO、CH4等可燃氣體。因為冶金焦炭會作為還原劑參加反應，所以需要及時補充冶金焦炭。當然，也可採用無煙塊煤作為固定床，本發明對固定床的具體物料不做具體地限定，只要能夠保證實現焦油的催化裂解即可。為了便於加入氣化劑，上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，還包括與氣化劑入口 5相連的鼓風機和與噴嘴3相連的靜壓箱4。鼓風機可將外部的氣化劑快速的輸送至流化床氣化段內部，同時，通過與噴嘴3相連的靜壓箱4保證噴嘴3正常噴射氣化劑，保證氣化物料在該固體生物質氣化裂解爐內流化燃燒，產生高溫煙氣，進而促進焦油裂解。為了保證自入口 1輸入的煙氣中的焦油在流化床氣化段充分反應，上述固體生物質氣化裂解爐中，固定床裂解段的軸線沿豎直方向延伸，流化床氣化段相對於固定床裂解段傾斜設置，這樣有利於煙氣、氣化劑和氣化物料在流化床氣化段循環回流，增加了煙氣在流化床氣化段的滯留時間，即增加了焦油的反應時間，有利於焦油轉換為可燃氣體；同時， 也提高了流化床氣化段上下行流體的反應物濃度，使得流化床氣化段反應較充分；而且，流化床氣化段傾斜設置，增加了流化床氣化段內爐壁的反射和輻射，進一步提高了流化床氣化段的溫度。同時，優選氣化物料的入口 2的中心線與固定床裂解段的軸線相平行，便於氣化物料的加入。為了進一步保證經流化床氣化段殘留的焦油在固定床裂解段全部催化裂解，上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐中，爐排8相對於固定床裂解段的軸線傾斜設置，優選的，爐排8的尾端向固定床裂解段的底端傾斜，這樣可增加固定床的長度，即增加了焦油與固定床的接觸面積，使得焦油可充分催化裂解。在固定床裂解段，隨著焦油的不斷催化裂解，設置在爐排8上的固定床有自動坍塌的趨勢，因此，為避免固定床發生坍塌，上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，還包括位於固定床裂解段的外側，用於調節爐排8插入固定床裂解段深度的調節裝置6。此處，爐排8插入固定床裂解段的深度為爐排8插入固定床裂解段的長度。當調節爐排8時，固定床有坍塌趨勢的部分會自然滑落爐排8，從而實現調節固定床厚度的目的，避免固定床發生坍塌。在調節固定床的厚度時，還需考慮固體生物質氣化裂解爐內的系統阻力。上述調節裝置6有多種實現形式，優選的，該調節裝置6具體包括設置於爐排8中並與爐排8固定相連的螺杆，該螺杆外露於固體生物質氣化裂解爐；和與螺杆通過螺紋配合的手輪，且該手輪與固體生物質氣化裂解爐相連，並外露於固體生物質氣化裂解爐，手輪不能沿其軸向運動，只可繞螺杆旋轉，從而旋轉手輪可帶動螺杆沿該螺杆的軸向移動，即實現了對爐排8 插入固定床裂解段深度的調節。當然，也可以採用其他的方式實現調節，本發明對此不做具體地限定。由於自燃氣出口排出的燃氣可能還不符合要求(燃氣中還存在不能點燃的氣體組份較多)，所以需要對燃氣進行檢測。上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，還包括與燃氣引風機通過管道相連的示火器，燃氣引風機與示火器之間設置有旁通閥。示火器是一種自動點火裝置，只有當燃氣符合設定質量時，示火器才能點燃。示火器點燃之前，部分燃氣經旁通閥回流，剩餘的燃氣對空排放，直至示火器點燃為止。當示火器點燃時，即可將燃氣送至下道工序。上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，還包括與固定床裂解段相連通，且用於收集灰渣的集灰段，集灰段的底端設置有出渣口。為了便於灰渣的收集，集灰段自其頂端至其底端為漸縮段，便於灰渣的下落和收集。當然，集灰段也可為其他的形狀，本發明對此不做具體地限定，只要保證能夠排出灰渣即可。為了加快除灰渣，上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐，還包括位於集灰段底端的出渣器，可自動將出渣口底部的灰渣移走，便於灰渣排出該固體生物質氣化裂解爐，優先選用螺旋出渣器9，當然可採用其他的出渣器，本發明實施例對出渣器的類型不做具體地限定。為了便於固體生物質氣化裂解爐內部的維修和檢測，上述實施例提供的固體生物質氣化裂解爐中，集灰段設置有人孔10，供工作人員進出該固體生物質氣化裂解爐。本發明實施例提供的固體生物質氣化裂解爐應用範圍廣，可用於秸稈等農林固體廢棄物熱解氣化，也可用於城鎮固體生活垃圾和城鎮汙水處理廠脫水乾燥後的汙泥焚燒並獲取能源。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，包括自頂端至底端依次相連通分布的流化床氣化段和固定床裂解段；所述流化床氣化段頂端設置有煙氣入口(1)、氣化物料的入口( 和點火孔(11)，所述氣化物料通過所述氣化物料的入口( 進入所述流化床氣化段中燃燒以提供溫度大於 900°C的高溫環境，所述流化床氣化段底端側壁設置有氣化劑入口( 、和用於噴射所述氣化劑且與所述氣化劑入口( 相連通的噴嘴(3)；所述固定床裂解段設置有自所述固定床裂解段的外側插入所述固定床裂解段的內側的爐排(8)，設置於所述爐排(8)上並用於催化裂解所述固體生物質氣化所產生的焦油的固定床，位於所述爐排(8)底端的燃氣出口(7)和與所述燃氣出口(7)相連的燃氣引風機。
2.根據權利要求1所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，所述固定床為冶金焦炭。
3.根據權利要求1所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，還包括與所述氣化劑入口( 相連的鼓風機和與所述噴嘴C3)相連的靜壓箱G)。
4.根據權利要求1所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，所述固定床裂解段的軸線沿豎直方向延伸，所述流化床氣化段相對於所述固定床裂解段傾斜設置；所述氣化物料的入口(2)的中心線與所述固定床裂解段的軸線相平行。
5.根據權利要求4所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，所述爐排(8)相對於所述固定床裂解段的軸線傾斜設置。
6.根據權利要求5所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，還包括位於所述固定床裂解段的外側，用於調節所述爐排(8)插入所述固定床裂解段深度的調節裝置(6)。
7.根據權利要求1所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，還包括與所述燃氣引風機通過管道相連的示火器，所述燃氣引風機與所述示火器之間設置有旁通閥。
8.根據權利要求1-7中任意一項所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，還包括與所述固定床裂解段相連通的集灰段，所述集灰段的底端設置有出渣口 ；所述集灰段自其頂端至其底端為漸縮段。
9.根據權利要求8所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，還包括位於所述集灰段底端的出渣器。
10.根據權利要求9所述的固體生物質氣化裂解爐，其特徵在於，所述出渣器為螺旋出渣器(9)。
全文摘要
本發明提供了一種固體生物質氣化裂解爐，包括自頂端至底端依次相連通分布的流化床氣化段和固定床裂解段；流化床氣化段頂端設有煙氣入口、氣化物料入口和點火孔，氣化物料燃燒可提供溫度大於900℃的高溫環境，流化床氣化段底端側壁設有氣化劑入口、用於噴射氣化劑且與氣化劑入口相連通的噴嘴；固定床裂解段設有自固定床裂解段的外側插入其內側的爐排，設於爐排上並用於催化裂解固體生物質氣化產生的焦油的固定床，位於爐排底端的燃氣出口和燃氣引風機。上述固體生物質氣化裂解爐，使得煙氣中的焦油均在流化床氣化段和固定床裂解段發生催化裂解反應，焦油全部轉換為可燃氣體，提高了固體生物質的再利用率，避免了焦油對環境的二次汙染。
文檔編號C10G11/10GK102533346SQ201210050609
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者劉勇, 王家俊, 馬仁貴 申請人:合肥天焱綠色能源開發有限公司