CN101955802B

CN101955802B - 固体生物质热解气化裂解炉

Info

Publication number: CN101955802B
Application number: CN 201010289674
Authority: CN
Inventors: 王家俊; 闫养林; 王怀春; 马仁贵
Original assignee: HEFEI TIANYAN EXPLOITATION OF GREEN ENERGY SOURCES CO Ltd
Current assignee: Hefei Tianyan Biomass Technology Co. Ltd.
Priority date: 2010-09-19
Filing date: 2010-09-19
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-09-19
Also published as: CN101955802A

Abstract

本发明公开了一种固体生物质热解气化裂解炉，包括上部的沸腾气化炉、中部的催化裂解段及下部的燃气初级净化室，所述沸腾气化炉倾斜设置于所述燃气初级净化室上方，在燃气初级净化室的上部设有能够调节插入深度的插板炉排，在沸腾气化炉的底部设有气化剂入口及气化剂喷嘴，所述插板炉排的下方设有燃气出口，所述沸腾气化炉的上部设有物料入口及点火孔。本发明可用于秸秆等农林固体废弃物热解气化，也可用于城镇固体生活垃圾和城镇污水处理厂脱水干燥后的污泥焚烧并获取能源；气化产生的焦油粒子被裂解，大部分二氧化碳被还原，增加可燃气体产量；燃气质量高：燃气中无焦油，利于净化处置；气化温度高，不产生二噁英等有害气体。

Description

固体生物质热解气化裂解炉

技术领域：

本发明涉及一种固体生物质热解气化裂解炉，属可再生能源转化技术领域。

背景技术：

我国年产秸秆等农林固体废弃物、城镇固体生活垃圾及污水处理厂脱水污泥等约15亿吨以上，除少数被利用之外，绝大部分被随意焚烧、丢弃或填埋，这些废弃的固体生物质成为环境污染的重要根源之一。同时，这些废弃物也是可再生能源资源，相当于6亿吨以上标准煤。近几十年来，人们为了防止污染并获取能源做了大量工作，进行了一系列有益尝试，其中规模较大的示范主要有秸秆、垃圾发电项目，秸秆气化集中供气项目等。从近二十年运行实践来看，这些项目都存在不少问题。在生物质气化方面当前应用的技术主要有“热解气化技术”和“干馏气化技术”。但是无论以何种方式气化，都会产生约占总能量5-10％的碳氢化合物——焦油。一般在小型的秸秆气化站，焦油、污水得不到利用和科学处置，这不仅造成资源浪费，还会造成环境二次污染。再者，由于项目规模及运作条件限制，装置气化效率不高，燃气焦油含量偏高，热值偏低，主要用于居民炊事和小型内燃发电项目。至于固体生活垃圾和脱水污泥焚烧或气化均会产生二噁英及重金属离子对环境的二次污染。针对固体生物质的特点通过分析比较认为：固体生物质就近收集，就地转换，就地消费是切实可行的方向。例如，“秸秆发电”、“秸秆气化集中供气”、“秸秆增密成型(秸秆压块)”，“垃圾发电”等。为了获取能源不能以牺牲环境为代价！因此研究开发新装置，既可获取能源，又可防治污染，是社会、经济发展的新需求。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种资源利用率高的、生产的燃气质量高的、不产生有害气体的固体生物质热解气化裂解炉。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

固体生物质热解气化裂解炉，包括上部的沸腾气化炉及下部的燃气初级净化室，所述沸腾气化炉倾斜设置于所述燃气初级净化室上方，在燃气初级净化室的上部设有能够调节插入深度的插板炉排，在沸腾气化炉的底部设有气化剂入口及气化剂喷嘴，气化剂喷嘴中心线下方至插板炉排上方为固定床催化裂解段，所述插板炉排的下方设有燃气出口，所述沸腾气化炉的上部设有物料入口及点火孔。

本发明气化裂解炉的结构特点也在于：

沸腾气化炉的轴线与铅垂线的夹角为30°，便于炉内物质循环和回流区反应密度。

设置的固定床催化裂解段，所含焦油会被进一步裂解催化，烟气中的二氧化碳大部分被还原。气体中的可燃成分大幅增加，燃气热值得以提高。

本发明是将固体生物质沸腾气化技术与催化裂解技术融为了一体的固体生物质热解气化新装置。装置实际运行时，首先使得部分生物质原料充分氧化产生高温；富含焦油的可燃气体在高温环境中滞留且被气流卷吸回流至高温火焰区，燃气中大部分焦油被高温裂解；剩余的焦油随燃气下行至裂解段，被焦炭催化裂解，燃气中的二氧化碳大部分在催化裂解段被还原为一氧化碳可燃气体。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、焦油高温裂解与固定碳床催化裂解技术。

固体生物质在沸腾气化炉被强烈氧化，产生的高温热烟气在炉壁的约束及重力作用以及喷射燃烧的卷席作用下实现内循环。由于氧化温度高，气化产生的焦油及有害气体被裂解或分解，灰分中的重金属盐类分解成稳定的重金属氧化物。气化炉内产生的高温气体流经插板炉排上的固定碳床，所含焦油会被进一步裂解催化，烟气中的二氧化碳大部分被还原。气体中的可燃成分大幅增加，燃气热值得以提高。

2、设于插板炉排上的焦炭固定床

以冶金焦炭为固定床层，冶金焦炭热强度高，在还原气氛中不会产生坍塌而影响气固接触，催化效果好，焦油裂解充分。碳催化剂在焦油裂解时几乎没有什么消耗，仅当二氧化碳被还原时有所消耗，因此，生物质气化时应注意及时补充碳源(与“固体生物质内燃卧式回转干馏炉”配套使用时，不需要补充冶金焦炭)。

3、沸腾气化炉轴线倾斜布置

其作用有：①在曲面炉壁约束下炉内流体利于快速循环；②曲面炉壁的反射和辐射作用，利于提高气化温度；③炉下方插板炉排上的固体碳床较厚，燃气穿越时间较长，利于焦油裂解和二氧化碳还原，回流区气固比较高，利于气化反应。

4、插板炉排可调节插入深度

用于调节焦炭床层厚度利于二氧化碳充分还原，提高原料的碳利用率。

5、本发明装置应用范围广，可用于秸秆等农林固体废弃物热解气化，也可用于城镇固体生活垃圾和城镇污水处理厂脱水干燥后的污泥焚烧并获取能源。

6、资源利用率高，气化产生的焦油粒子被裂解，大部分二氧化碳被还原，增加可燃气体产量。

7、燃气质量高，燃气中无焦油，利于净化处置；气化温度高，不产生二噁英等有害气体；垃圾污泥中的重金属盐类被分解成与环境友好的金属氧化物。

附图说明：

图1为本发明气化裂解炉的结构示意图。

图中标号：1、回流烟气入口，2、沸腾气化炉，3、物料入口，4、气化剂入口，5、静压箱，6、气化剂喷嘴，7、插板炉排调节机构，8、燃气出口，9、插板炉排，10、集灰斗，11、螺旋出渣器，12、人孔，13、点火孔(兼观察孔)，14、燃气初级净化室，15固定床催化裂解段。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：结合图1，本实施例的固体生物质热解气化裂解炉，包括上部的沸腾气化炉2及下部的燃气初级净化室14，沸腾气化炉2倾斜设置于燃气初级净化室14上方，在燃气初级净化室的上部设有能够调节插入深度的插板炉排9，插板炉排9通过插板炉排调节机构7调节插入燃气初级净化室14内的深度，在沸腾气化炉的底部设有气化剂入口4及气化剂喷嘴6，在插板炉排9的下方设有燃气出口8，沸腾气化炉的上部设有物料入口3及点火孔13，点火孔13兼作观察孔。

具体设置中，燃气初级净化室14的下部为集灰斗10，并在集灰斗的出口设置有螺旋出渣器11。为了使沸腾气化炉2内生成的燃气在曲面炉壁约束下快速循环，提高气化温度，设置沸腾气化炉2的轴线与铅垂线的夹角为30°。

具体使用中，首先从气化物料入口3输入直径约2cm的冶金焦炭颗粒至气化剂入口4中心线以上；自点火孔13推入火种，从气化物料入口3输入气化原料，同时启动鼓风机和燃气引风机；气化产生的热烟气自燃气出口8引出，在引风机后的示火器点燃之前，部分热烟气经旁通阀回流，多余气体对空排放，直至示火器点燃为止。热解气化时喷射气流携带气化物料在上升过程受炉壁约束及重力作用而回流，并在喷射气流的影响下，部分回流体被卷席而产生内部循环。气化物料在上升、回流、循环过程中不断地进行氧化还原和催化裂解反应，重金属盐类得以分解。沸腾气化炉内温度可高达1300℃以上。

下降气流在引风机作用下流经插板炉排9上的固定床焦炭裂解层，在加热焦炭的同时，残存在燃气中的焦油被灼热的焦炭催化作用下被裂解，二氧化碳被进一步还原。

调节插板炉排9的插入深度，可调节焦炭层厚度和系统阻力，和调节插板炉排下的有效空间，提高燃气中灰尘的沉降率，减少净化工序工作量。落入集灰斗10内的灰渣由螺旋出渣器11排出。在气化过程中应注意裂解床的焦炭层厚度，及时补充焦炭。

如果该装置与干馏炉配套，则生物焦由物料入口3入炉气化，而干馏气由回流烟气入口1入炉，参与燃烧，循环裂解全过程，其所含的焦油经高温裂解和催化裂解，几乎全部转化为可燃气体。最后由干馏气、热解气和焦油裂解气构成的混合燃气经燃气出口8排入下道工序。

Claims

1.固体生物质热解气化裂解炉，包括上部的沸腾气化炉(2)及下部的燃气初级净化室(14)，其特征在于，所述沸腾气化炉(2)倾斜设置于所述燃气初级净化室(14)上方，在燃气初级净化室的上部设有能够调节插入深度的插板炉排(9)，在沸腾气化炉的底部设有气化剂入口(4)及气化剂喷嘴(6)，气化剂喷嘴中心线下方至插板炉排上方为固定床催化裂解段(15)，所述插板炉排的下方设有燃气出口(8)，所述沸腾气化炉的上部设有物料入口(3)及点火孔(13)；所述沸腾气化炉(2)的轴线与铅垂线的夹角为30°。