一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐的製作方法

2023-11-01 01:01:02 2

專利名稱：一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐。
背景技術：
生物質是十分重要的可再生能源，具有可再生性、低汙染性和廣泛分布性等特點。利用生物質作為替代能源，對低碳減排，減少「溫室效應」和改善大氣酸雨環境具有十分重要的意義。生物質氣化系統就是利用生物質在氣化爐中密閉缺氧燃燒，通過乾餾熱解及熱化學氧化後產生可燃氣體。固定床氣化爐是生物質氣化系統的重要類型。固定床氣化爐中，燃料在爐內以堆積的狀態存在，以層燃的方式完成氣化過程。固定床氣化爐因為燃料熱解時間較長，壓料較多，所以燃氣中焦油含量較高，加上所產燃氣溫度較低，導致焦油極易析出，從而堵塞燃氣管道。目前生物質氣化爐系統多採用外部除焦油如水洗等，或者通過增加二、三次風來提高生物質燃氣溫度來解決或緩解焦油問題。例如，中國專利申請201010251310.2公開了一種規模化固定床生物質氣化發電生產工藝及成套設備，其由四個部分組成:(I)原料預處理部分，主要包括原料收集、烘乾和成型系統；(2)生物質氣化部分，主要為大型生物質固定床氣化爐及其相關配套設施；
(3)氣體淨化部分，主要包括除灰、除焦油、脫硫、脫氯等設備；(4)燃氣發電部分，深度淨化後的燃氣主要利用內燃機中燃燒發電。中國專利申請2011 10385439.7公開了一種焦油分級收集的固定床生物質氣化工藝及設備，設置與氣化爐相連的高溫過濾除塵器，在高溫過濾除塵器的出氣口串連多個焦油收集器，經氣化風入口管向氣化爐的頂部或底部通入氣化風流，將氣化爐中含有焦油的高溫混合氣體排出，在保持溫度的條件下，經第一導氣管進入高溫過濾除塵器進行高溫除塵，之後經第二導氣管進入串連的多個焦油收集器分段處理，得到不同成份的焦油。根據燃氣中焦油成分的餾段不同，利用冷卻方式分級收集燃氣中的焦油，再根據收集到的成分的不同進行有效的利用。上述技術方案中，採用外部除焦油，通過外部水洗析出的焦油與水一起排入環境中，造成對循環水的汙染和工作環境的惡化，並且對外部環境造成嚴重的汙染。而通過增加二、三次風提高燃氣溫度，實際上是以犧牲燃氣的熱值為代價的，並且提高燃氣溫度對燃氣管道及後續設備的要求也大大提高，成本也將隨之增加，並且伴隨管路延長，不可避免的出現燃氣降溫，一旦降溫，就會產生焦油。這兩種技術都是在犧牲環境、投資成本(設備的使用壽命)或產出效率的前提下解決焦油問題的，都有非常明顯的缺陷。因此，如何提供一種既能實現較好的除焦油效果、又能在不降低產出效率及設備使用壽命、且不對環境造成汙染的生物質氣化爐，成為了業界需要解決的問題。發明內容針對現有技術的缺點，本實用新型的目的是提供一種自除焦油式生物質固定床氣化爐，其既能實現較好的除焦油效果，又能在不降低產出效率及設備使用壽命，且不對環境造成汙染，還能滿足工業化應用的需要。為了實現上述目的，本實用新型提供了一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其包括縱向設置的爐體，爐體自下至上依次為錐鬥狀尾灰段(含風室)、筒狀反應段、除焦油段；尾灰段和反應段之間設有爐排；除焦油段的頂部設有燃氣出口 ；尾灰段的底部設有出渣口，尾灰段的側部設有至少一個氣化介質入口 ；反應段的上部側面設有進料口 ；反應段和除焦油段之間設有隔板，隔板上設有用於與反應段相通的燃氣入口 ；除焦油段內設有除焦油裝置，除焦油裝置包括冷凝筒，冷凝筒包括兩端開口的筒狀殼體，筒狀殼體的下端開口連接於隔板上的燃氣入口 ；除焦油段的爐壁、隔板、除焦油裝置的外殼三者形成燃氣無法進入的空間；筒狀殼體內設有多條冷卻管形成的管束，該多條冷卻管豎直懸掛且間隔設置，筒狀殼體的上端開口連接燃氣管道，燃氣管道連接至燃氣出口 ；冷卻管包括細管和粗管，粗管套在細管之外，細管兩端開口，粗管底端封閉、頂端開口，粗管與細管在底端連通；除焦油裝置進一步包括位於爐體頂部的冷媒容器，冷媒容器的頂部設有冷媒入口，其底部設有多個與冷卻管的細管對應的小孔；筒狀殼體的頂部為上窄下寬的喇叭口，喇叭口的頂部開口連接燃氣管道；冷卻管位於燃氣管道的外圍，其細管的頂端連接與其對應的小孔，冷卻管的下部穿過喇叭口進入冷凝筒的筒狀殼體內，粗管的頂端開口連接於喇叭口上；爐體的除焦油段的爐壁上設有冷媒出口 ；自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括蒸汽發生器，蒸汽發生器為環繞爐體的反應段的夾套，其包括至少一個入口以及至少一個出口。
本實用新型中，反應段的上部側面設有進料口，生物質燃料通過該進料口從爐外輸送至爐內進行反應，該進料口設置於隔板的下方。本實用新型的自除焦油式生物質固定床氣化爐系統還包括進料裝置，該進料裝置可為各種合適的進料裝置，由於進料有可能被焦油黏住，因而其優選為連續進料裝置例如螺旋輸送機。本實用新型中，反應段內所產生的燃氣通過隔板上的燃氣入口進入冷凝筒的筒狀殼體內，穿過該筒狀殼體到達燃氣管道，然後穿過燃氣管道到達位於爐頂的燃氣出口並輸出。在燃氣穿過筒狀殼體的過程中，由於冷卻管的冷卻作用，燃氣的溫度降低，燃氣內所包含的焦油成分遇冷凝結在冷卻管的外管壁上以及筒狀殼體的內壁上，同時捕捉燃氣中攜帶的灰塵，積累到一定程度後，在自重的作用下，向下流動，最後滴落到爐內料堆。本實用新型主要通過在爐內設置冷卻空間、並使燃氣通過該冷卻空間來使燃氣與焦油分離。可採用多種製冷方案來實現在爐內設置冷卻空間，例如，可通過製冷壓縮機進行製冷，又如，可通過冷媒(例如水)進行製冷。關於通過冷媒(例如水)進行製冷的方案，將在下文進行詳細描述。 本實用新型中，冷卻管的作用有兩個，一個是製造一定的冷卻空間，另一個是使焦油在冷卻管上附著且凝結。隨氣化爐的燃氣產量及焦油含量而定，冷卻管管束的數目可為幾十根甚至幾百根，例如，該數目可為50-100根。本實用新型中，冷媒可為各種合適的流體材料，考慮到成本及便於實施的因素，其優選為水。本實用新型中，冷媒通過輸送冷媒的管道從冷媒入口進入冷媒容器，從冷媒容器底部的小孔進入冷卻管的細管向下流動，隨後在細管的底部進入粗管並向上流動，當冷媒到達粗管的頂端開口，其從粗管的頂端開口進入除焦油段的爐壁、隔板、除焦油裝置的外殼三者形成的密閉空間，最終從除焦油段爐壁上的冷媒出口流出爐體。冷媒(例如水)在冷卻管的細管中向下流動，後經粗管向上流動的時候，對燃氣進行冷卻以使焦油析出，同時自身也被加熱，如下文所述，加熱後的冷媒可以進入冷卻裝置進行冷卻，然後重新進入爐內，以實現循環利用，進而減少成本。進入蒸汽發生器的水的來源可為，例如，爐體上冷媒出口的出水、水冷爐排的出水、冷媒冷卻裝置所提供的水等等。該蒸汽發生器利用爐溫，將進入的水加熱為蒸汽，該蒸汽可從位於爐底的氣化介質入口進入爐內參與反應，以提高所產生燃氣的熱值；更重要的是，可利用該蒸汽對冷卻管進行加熱，即當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可將其關閉，且將其冷媒容器的冷媒入口連接蒸汽管道，從而使蒸汽通過冷卻管，進而使凝結於冷卻管上的焦油受熱而變為流體流下，並從隔板上的燃氣入口返回反應段繼續參加反應，同時完成冷凝筒的自清理。值得注意的是，當採用蒸汽對冷卻管進行加熱，蒸汽在爐內的路徑與冷卻時冷卻水在爐內的路徑相同。根據本實用新型另一具體實施方式
，除焦油裝置的數目為兩個或兩個以上，相應地，反應段和除焦油段之間的隔板上設有相同數目的燃氣入口，除焦油段的頂部設有相同數目的燃氣出口。通過這樣的設置，爐內的多個除焦油裝置可以輪流使用，當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可關閉該除焦油裝置，而開啟另一除焦油裝置，被關閉的冷凝筒的冷媒不在循環，通過排空閥排除絕大部分冷媒，該冷凝筒在沒有冷媒冷卻的情況下，會被較高溫度的燃氣加熱，其壁上 凝結的焦油在高溫下會融化，並在自重的作用下流下到料堆，這樣就完成了故障冷凝筒的自清理工作。另外，冷媒在位於爐外的冷媒冷卻裝置(例如冷卻塔)中進行冷卻，冷媒冷卻裝置具有出口和入口，爐體的除焦油段的爐壁上的冷媒出口通過管道連接至所述冷媒冷卻裝置的入口，冷媒容器通過管道連接至冷媒冷卻裝置的出口。加熱後的冷媒通過管道進入該冷媒冷卻裝置進行冷卻，然後重新進入爐內，以實現循環利用，進而減少成本。根據本實用新型另一具體實施方式
，爐排為水冷爐排，該水冷爐排包括多條並行排列的爐排杆，每條爐排杆均為帶有空腔的金屬管，水冷爐排包括用於驅動爐排杆進行旋轉的驅動電機及控速裝置；水冷爐排的出口通過管道連接至蒸汽發生器的入口。該水冷爐排的入口，例如，通過管道連接至冷媒冷卻裝置的出口。另外，每條爐排杆均安裝有可以該爐排杆為旋轉軸進行旋轉的葉片，該葉片均位於氣化爐的爐體內。通過驅動電機帶動爐排杆旋轉，進而帶動爐排杆上的葉片旋轉，可以實現更好的排渣效果，有效地對爐排進行連續主動清渣，防止灰渣在爐排上堆積。具體而言，葉片可為螺旋形、多稜柱形、或者刀片形。根據本實用新型另一具體實施方式
，蒸汽發生器的出口通過管道連接至一個或多個氣化介質入口，即，使水蒸汽參與氣化反應以提高所產生燃氣的熱值。[0030]根據本實用新型另一具體實施方式
，蒸汽發生器具有用於通過管道連接至冷媒容器的頂部入口的出口，即採用蒸汽對冷卻管進行加熱。根據本實用新型另一具體實施方式
，自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括回流燃氣加熱段，該回流燃氣加熱段為環繞爐體的反應段的夾套，且位於蒸汽發生器的上方，其包括燃氣入口以及燃氣出口 ；回流燃氣加熱段的燃氣入口通過管道直接或間接連接至爐體頂部的燃氣出口。其目的是通過爐溫對燃氣進行加熱，以減少熱損失，提高氣化爐的效率。根據本實用新型另一具體實施方式
，自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括啟爐放散管道，該啟爐放散管道連接至位於反應段上部側面的放散口，其作用是在啟爐時打開，以將爐內的煙氣排出。與現有技術相比，本實用新型具備如下有益效果:1、不會對燃氣的生產效率產生影響，也不會對外部環境和循環水造成汙染；2、燃氣溫度的降低一部分用於對爐內乾燥層燃料的乾燥，因此循環水冷卻帶走的熱量較小，在燃氣降溫過程中，大量焦油被回收並再次參與氣化，大大提高了能量利用率，兩者相比，節約的大於冷卻損失的；3、由於燃氣溫度較低，對輔機、儀表及管道等設備的要求也大大降低，節省投資成本；4、該蒸汽發生器利用爐溫，將進入的水加熱為蒸汽，該蒸汽可從位於爐底的氣化介質入口進入爐內參與反應，以提高所產生燃氣的熱值；更重要的是，可利用該蒸汽對冷卻管進行加熱，即當某一除焦油裝置的冷凝筒內被焦油堵塞，可將其關閉，且將其冷媒容器的冷媒入口連接蒸汽管道，從而使蒸汽通過冷卻管，進而使凝結於冷卻管上的焦油受熱而變為流體流下，並從隔板上的燃氣入口返回反應段繼續參加反應，同時完成冷凝筒的自清理。
·[0038]
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。

圖1是包含實施例1的生物質固定床氣化爐系統的結構示意圖；圖2是實施例1的自除焦油式生物質固定床氣化爐的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，包含本實施例的帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐系統，包括自除焦油式生物質固定床氣化爐1，以及冷媒冷卻裝置(冷卻塔，圖中未示)、進料裝置2、尾灰輸送裝置3、氣化介質供應裝置4、啟爐放散裝置5、水封閥6、第二級除焦油裝置
7、燃氣管道 801、802、803。其中，如圖2所示，本實施例的自除焦油式生物質固定床氣化爐I包括縱向設置的爐體以及蒸汽發生器121、回流燃氣加熱段122。爐體自下至上依次為錐鬥狀尾灰段11、筒狀反應段12、除焦油段13。尾灰段11和反應段12之間設有水冷爐排15。除焦油段13的頂部設有兩個燃氣出口 ；尾灰段11的底部設有出渣口，尾灰段11的側部設有氣化介質入口 ；反應段12的上部側面設有進料口。進料裝置2的末端通入進料口，出渣口通向尾灰輸送裝置3，氣化介質供應裝置4通過管道連接至氣化介質入口。啟爐放散裝置5連接至位於反應段12上部側面的放散口。反應段12和除焦油段13之間設有隔板16，隔板16上設有兩個用於與反應段13相通的燃氣入口 ；除焦油段13內設有兩個除焦油裝置14。除焦油裝置14利用水做冷媒，其包括冷媒容器(水盆1401)、多條(例如80條)冷卻管1402形成的管束、冷凝筒1403、燃氣管道1404。其中，水盆1401位於爐體頂部，水盆的頂部設有進水口，其底部設有80個與冷卻管1402的細管對應的小孔。冷卻管1402包括細管和粗管，粗管套在細管之外，細管兩端開口，粗管底端封閉、頂端開口，粗管與細管在底端連通。冷凝筒1403包括兩端開口的筒狀殼體，筒狀殼體的下端開口連接於隔板16上的燃氣入口 ；筒狀殼體的頂部為上窄下寬的喇叭口 1405，喇叭口 1405的頂部開口連接燃氣管道1404 ;燃氣管道1404連接至燃氣出口。除焦油段13的爐壁131、隔板16、除焦油裝置14的外殼三者形成燃氣無法進入的空間。80條冷卻管1402位於燃氣管道1404的外圍，其細管的頂端連接水盆上與其對應的小孔，冷卻管1402的下部穿過喇叭口 1405進入冷凝筒1403的筒狀殼體內，粗管的頂端開口連接於喇叭口 1405上；除焦油段的爐壁131上設有出水口。冷卻塔具有出口和入口，除焦油段的爐壁131上的出水口通過管道連接至冷卻塔的入口，水盆1401通過管道連接至冷卻塔的出口。蒸汽發生器121為環繞爐體的反應段12的夾套，其包括兩個入口以及一個出口。其入口分別連接水冷爐排、冷卻塔。其出口可通過蒸汽管道連接至水盆1401的進水口。這裡需要指出的是，當需要冷卻時，水盆1401的進水口通過水管連接冷卻塔；當需要加熱時，水盆1401的進水口通過蒸汽管道連接蒸汽發生器121的出口。水冷爐排15包括多條並行排列的爐排杆以及用於驅動爐排杆進行旋轉的驅動電機，每條爐排杆均為帶有空腔的金屬管，每條爐排杆的兩端均位於氣化爐的爐體之外，每條爐排杆的兩端均設有水冷旋轉接頭。每條爐排杆均安裝有螺旋形葉片，螺旋形葉片可以該爐排杆為旋轉軸進行旋轉，螺旋形葉片均位於氣化爐的爐體內。水冷爐排15的出口通過管道連接至蒸汽發生器的入口。第二級除焦油裝置7位於氣化爐的爐體之外，其和爐內除焦油裝置14大致相同，在此不再贅述。氣化爐所產生的燃氣經燃氣管道801、802進入水封閥6，然後從水封閥6經燃氣管道803進入第二級除焦油裝置7中進行除焦。回流燃氣加熱段122為環繞爐體的反應段12的夾套，且位於蒸汽發生器121的上方，其包括燃氣入口以及燃氣出口。燃氣經過第二級除焦油裝置7的除焦之後，進入回流燃氣加熱段，然後輸送至下遊用戶。實施例2本實施例與實施例1的不同之處在於:(I)爐內除焦油裝置的數目為一個；(2)蒸汽發生器具有兩個出口，氣化介質入口也有兩個，一個蒸汽發生器出口可連接至水盆的進水口，另一個蒸汽發生器出口連接至一個氣化介質入口，另一個氣化介質入口通入空氣。實施例3本實施例與實施例1的不同之處在於:爐內除焦油裝置的數目為三個。[0057]雖然本實用新型以較佳實施例揭露如上，但並非用以限定本實用新型實施的範圍。任何本領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的發明範圍內，當可作些許的改進，即凡是依照本 實用新型所做的同等改進，應為本實用新型的範圍所涵蓋。
權利要求1.一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其包括縱向設置的爐體，所述爐體自下至上依次為錐鬥狀尾灰段、筒狀反應段、除焦油段；所述尾灰段和所述反應段之間設有爐排；所述除焦油段的頂部設有燃氣出口 ；所述尾灰段的底部設有出渣口，所述尾灰段的側部設有至少一個氣化介質入口 ；所述反應段的上部側面設有進料口 ； 所述反應段和所述除焦油段之間設有隔板，所述隔板上設有用於與所述反應段相通的燃氣入口 ；所述除焦油段內設有除焦油裝置，所述除焦油裝置包括冷凝筒，所述冷凝筒包括兩端開口的筒狀殼體，所述筒狀殼體的下端開口連接於所述隔板上的燃氣入口 ；所述除焦油段的爐壁、所述隔板、所述除焦油裝置的外殼三者形成燃氣無法進入的空間； 所述筒狀殼體內設有多條冷卻管形成的管束，所述多條冷卻管豎直懸掛且間隔設置，所述筒狀殼體的上端開口連接燃氣管道，所述燃氣管道連接至所述燃氣出口 ； 所述冷卻管包括細管和粗管，所述粗管套在所述細管之外，所述細管兩端開口，所述粗管底端封閉、頂端開口，所述粗管與所述細管在底端連通；所述除焦油裝置進一步包括位於所述爐體頂部的冷媒容器，所述冷媒容器的頂部設有冷媒入口，其底部設有多個與所述冷卻管的細管對應的小孔；所述筒狀殼體的頂部為上窄下寬的喇叭口，所述喇叭口的頂部開口連接所述燃氣管道；所述冷卻管位於所述燃氣管道的外圍，其細管的頂端連接與其對應的小孔，所述冷卻管的下部穿過所述喇叭口進入所述冷凝筒的筒狀殼體內，所述粗管的頂端開口連接於所述喇叭口上；所述爐體的除焦油段的爐壁上設有冷媒出口 ； 所述自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括蒸汽發生器，所述蒸汽發生器為環繞所述爐體的反應段的夾套，其包括至少一個入口以及至少一個出口。
2.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述除焦油裝置的數目為兩個或兩個以上，相應地，所述反應段和所述除焦油段之間的隔板上設有相同數目的燃氣入口，所述除焦油段的頂部設有相同數目的燃氣出口。
3.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述爐排為水冷爐排，所述水冷爐排包括多條並行排列的爐排杆，每條所述爐排杆均為帶有空腔的金屬管，所述水冷 爐排包括用於驅動所述爐排杆進行旋轉的驅動電機及控速裝置；所述水冷爐排的出口通過管道連接至所述蒸汽發生器的入口。
4.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述蒸汽發生器的出口通過管道連接至一個或多個所述氣化介質入口。
5.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述蒸汽發生器具有用於通過管道連接至所述冷媒容器的頂部入口的出口。
6.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括回流燃氣加熱段，所述回流燃氣加熱段為環繞所述爐體的反應段的夾套，且位於所述蒸汽發生器的上方，其包括燃氣入口以及燃氣出口 ；所述回流燃氣加熱段的燃氣入口通過管道直接或間接連接至所述爐體頂部的燃氣出口。
7.如權利要求1所述的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其特徵在於，所述自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括啟爐放散管道，該啟爐放散管道連接至位於反應段上部側面的放散口。
專利摘要本實用新型提供了一種帶有蒸汽發生器的自除焦油式生物質固定床氣化爐，其包括縱向設置的爐體，爐體自下至上依次為錐鬥狀尾灰段、筒狀反應段、除焦油段；自除焦油式生物質固定床氣化爐進一步包括蒸汽發生器，蒸汽發生器為環繞爐體的反應段的夾套，其包括至少一個入口以及至少一個出口。該蒸汽發生器利用爐溫，將進入的水加熱為蒸汽，該蒸汽可從位於爐底的氣化介質入口進入爐內參與反應，以提高所產生燃氣的熱值；也可利用該蒸汽對冷卻管進行加熱，即，使蒸汽通過冷卻管，進而使凝結於冷卻管上的焦油受熱而變為流體流下，並從隔板上的燃氣入口返回反應段繼續參加反應，同時完成冷凝筒的自清理。
文檔編號C10J3/20GK203128510SQ20132013978
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月25日 優先權日2013年3月25日
發明者趙廣健, 馬培碧, 楊昌良, 梁鴻超 申請人:廣州薪光合環保技術有限公司