CN102492481B - 消除流化床生物质气化结渣的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种消除流化床生物质气化结渣的方法及装置，在流化床中添加惰性床料，通过惰性床料的流化使流化床内反应温度均匀，提高气化反应效率，控制流化床中反应温度；并定期定量将流化床气化炉床料排出，将排出床料进行水洗，水洗后床料进入烘干机，再将烘干后的床料通过加床料装置加入流化床气化炉。烘干机用来烘干水洗后床料的能量来自于从流化床气化炉排出的高温床料显热。本发明通过添加床料提高反应效率，控制流化床中反应温度，使温度低于生物质灰熔点，避免生物质灰熔融引起的结渣，并通过更换床料的方法，打断床料中钾、钠等碱金属的富集过程，控制床料中碱金属含量，解决了床料与生物质灰反应引起的结渣。

Description

消除流化床生物质气化结渣的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种消除流化床生物质气化结渣的方法。本发明还涉及一种用于实现上述方法的装置。

背景技术

我国生物质燃料资源丰富，大力开发生物质燃料资源，有助于改善我国以化石燃料为主的能源结构，既能减少硫化物和氮氧化物的排放，又可缓解温室效应。在生物质利用技术中，生物质气化技术采用热化学方法将生物质转化为燃气进行利用可以提高生物质能源的品味，扩大其利用范围，同时便于规模化生产，因而是现在生物质能利用的重要方向。现有的生物质气化技术主要分为固定床技术和流化床技术，其中固定床技术设备简单，但是气化效率较低，采用流化床技术可以提高生物质气化效率。在目前的大多数流化床生物质气化设备中，流化床中并不添加床料，虽然在流化床中加入惰性床料，可以使得内温度分布更加均匀，进一步提高反应效率，同时可以提高***的稳定性和原料适应性，并使得流化床内温度更易于控制，避免局部温度使得生物质灰熔融引起结渣，但是生物质燃料中的K、Na等碱金属元素含量远高于一般煤中的含量，在添加床料的流化床生物质气化过程时，尤其是高碱金属含量的生物质，会存在生物质灰中碱金属与床料反应生成低熔点的化合物，很容易产生床料粘结现象，从而导致床料结渣，所以进一步解决添加床料带来的床料结渣问题后，可以推广添加床料的流化床生物质气化技术的应用，提高生物质能源的利益效率。

中国发明专利200710024858.1公开了一种灰渣自凝聚生物质流化床气化炉，采用立式三段组合的锥柱状炉体，下段为膨胀柱筒、上段位气化柱筒、中段为倒圆锥筒，膨胀柱底部为排渣口，加料口设置在膨胀柱筒的侧部，燃气出口位于气化柱筒的顶部。优点是在同一台设备内完成生物质燃料的干馏、气化、还原及催化裂解等完整的能量转化过程，解决灰渣结渣、挂渣与提高原料气化炉及燃气质量的矛盾。该发明的流化床气化炉并未添加床料，其针对的结渣问题是生物质灰本身熔融形成，并非生物质灰与床料反应引起。中国发明专利201010251275.4提供了一种有效防止低灰熔点、生物质原料气化炉内结渣的方法，采用以水蒸气和空气混合得到的混合气体作为生物质气化的气化剂，可降低固定床氧化层的温度至生物质灰渣熔融温度以下，有效地缓解气化炉内的结渣等优点。该发明是针对固定床中结渣问题，并且也是生物质灰本身引起的结渣，与本发明应用范围不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除流化床生物质气化结渣的方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的装置。

本发明为实现上述目的，解决技术问题所提供的技术措施是：一种消除流化床生物质气化结渣的方法，它包括如下步骤：

（1）向流化床中加入高度为200~600mm的床料；

（2）运行中控制流化床底部的风速控制在2~6m/s；

（3）运行中控制流化床气化炉内反应温度为650~700℃。

一种消除流化床生物质气化结渣的方法，它包括如下步骤：

（1）向流化床中加入高度为200~600mm的床料；

（2）运行中控制流化床底部的风速控制在2~6m/s；

（3）运行中控制流化床气化炉内反应温度为650~700℃。

（4）每隔4~9小时将流化床气化炉床料排出，每次排出床料量为床料总量的1/10~1/4；

（5）将排出床料进行水洗；水洗后的床料钾、钠含量小于1%；

（6）水洗后床料进入烘干机，烘干后床料含水量小于5%；

（7）再将烘干后的床料通过加床料装置加入流化床气化炉。

本方案的具体特点还有，所述烘干机对水洗后床料烘干的热量来自于从流化床气化炉排出高温床料的显热。

水洗所用水中钾、钠离子含量小于20mg/L；

所述水洗过程中床料需要被水全部浸没，时间大于5小时。

所述床料为河沙、石英砂、煤渣、石灰石，粒径范围为0~1mm。

为实现所述方法置，本发明还提供了一种消除流化床生物质气化结渣的装置，它包括流化床气化炉，其特征是在流化床气化炉底部连通排床料装置，排床料装置出口接水洗装置，水洗装置后连接烘干机，烘干机后连接加床料装置，加床料装置与流化床气化炉下部连通。

生物质流化床气化时的结渣的形成主要分为两类。一类是气化过程产生的灰份熔融而导致结渣。第二类是在向流化床中添加床料后，由于生物质灰中碱金属与床料发生反应，形成熔点低于流化床通常运行温度的化合物，这些熔融态的物质充当颗粒之间的粘合剂引起了床料结渣。

所以对于无床料的流化床生物质气化，结渣问题主要是生物质自身灰熔点比较低引起的，而在向流化床中添加床料后，在生物质气化过程中，由于床料与生物质灰中碱金属反应生成的化合物熔点低于生物质灰本身熔点，更容易结渣，因而在运行中第二类原因引起的结渣更早出现，会影响***温度运行，导致停炉。

添加床料的流化床生物质气化中生物质灰中碱金属与床料反应是一个渐进过程，随着反应的进行，生物质灰中碱金属逐渐在床料表面富集并与床料发生反应，当反应过程积累到一定程度后，生成的低熔点化合物使得床料发生团聚，进而形成结渣，破坏流化床的运行。本发明首先通过向流化床中添加床料，使得流化床内反应温度均匀没有超温，控制流化床气化炉内反应温度，使其远低于生物质灰本身熔点，从而避免由生物质灰自身熔融引起的第一类结渣，然后通过定期排出床料的办法将流化床中床料表面碱金属的积累过程打断，控制床料中碱金属含量不引起第二类结渣。另外，对于排出的床料进行水洗，利用碱金属化合物易溶于水的原理清洗排出的床料中碱金属，在进行烘干后可以实现床料循环利用。

本发明特点在于：

①通过添加床料，使流化床内温度分布均匀，易于控制，从而使得流化床能稳定运行在低于生物质灰熔点以下，避免生物质灰熔融引起结渣；

②通过定期更换床料，打断床料中碱金属富集过程，消除添加床料引起的气化过程中床料结渣问题；

③水洗所用水质要求低，采用普通河水和自来水皆可；

④所用床料采用河沙、石英砂、煤渣、石灰石，方便易得；

⑤床料水洗后可以循环利用，消耗量小。

干燥水洗后床料的能量来自于排出的高温床料，能量利用效率高。

附图说明

图1是本发明一种消除流化床生物质气化结渣的方法装置的结构示意图。图中：1-流化床气化炉；2-排床料装置；3-水洗装置；4-烘干机；5-加床料装置。 

具体实施方式

本发明采用0~1mm的河沙、煤渣、石灰石为床料，首先通过连接在流化床下部的加床料装置5向流化床底部加入200~600mm厚的床料，在***运行过程中，控制流化床底部的风速为2~6m/s，控制流化床气化炉反应温度为650~750℃，每隔4~9小时将流化床气化炉1床料排出，每次排出床料量小于流化床气化炉1床料量的1/4，不破坏流化床气化炉1运行状态，将排出床料用钾、钠离子含量小于20mg/L的河水或自来水进行水洗，经过时间大于5小时水洗后床料钾、钠等碱金属含量小于1%，碱金属含量低的床料进入流化床气化炉1后，在生物质气化过程中不会发生结渣，水洗后的床料进入烘干机4，烘干机4的能量采用从流化床气化炉1排出高温床料的显热，充分回收利用能量，烘干后床料水分含量小于5%，避免过多水分影响加床料装置5稳定运行，同时不会对流化床气化炉1中气化过程产生不利影响，再将烘干后的床料通过加床料装置5加入流化床气化炉1。

实施例1

在炉膛内径为200mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为棉柴颗粒料，采用0~0.6mm河沙作为床料，床料厚度为200mm，运行中流化床底部速度为2m/s，气化炉内反应温度为750℃，运行8小时后，出现床料结渣。

实施例2

在炉膛内径为200mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为棉柴颗粒料，采用0~0.6mm河沙作为床料，床料厚度为200mm，运行中流化床底部速度为2m/s，气化炉内反应温度为750℃，流化床气化炉1中床料量为10kg，每9小时通过排床料装置2从流化床气化炉1底部排出1kg床料，在水洗装置3中采用钾、钠离子含量为20mg/L的河水进行水洗，经过5小时水洗后床料钾、钠含量分别为1%和0.5%，水洗后床料进入烘干机4，烘干后的床料含水量为5%，将烘干后床料送入加床料装置5。运行过程中，无结渣现象发生。

实施例3

在炉膛内径为400mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为粉碎的稻草，采用0~0.6mm河沙作为床料，床料厚度为600mm，运行中流化床底部速度为6m/s，气化炉内反应温度为650℃，流化床气化炉1中床料量为120kg，每4小时通过排床料装置2从流化床气化炉1底部排出30kg床料，在水洗装置3中采用钾、钠离子含量为10mg/L的水进行水洗，经过6小时水洗后床料钾、钠含量分别为0.4%和1%，水洗后床料进入烘干机4，烘干后的床料含水量为2%，将烘干后床料送入加床料装置5。运行过程中，无结渣现象发生。

实施例4

在炉膛内径为400mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为稻壳，采用0~0.6mm石英砂作为床料，床料厚度为400mm，运行中流化床底部速度为6m/s，气化炉内反应温度为680℃，流化床气化炉1中床料量为80kg，每6小时通过排床料装置2从流化床气化炉1底部排出15kg床料，在水洗装置3中采用钾、钠离子含量为7mg/L的水进行水洗，经过7小时水洗后床料钾、钠含量分别为0.6%和0.8%，水洗后床料进入烘干机4，烘干后的床料含水量为3%，将烘干后床料送入加床料装置5。运行过程中，无结渣现象发生。

实施例5

在炉膛内径为400mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为稻壳，采用0~0.6mm石灰石作为床料，床料厚度为300mm，运行中流化床底部速度为6m/s，气化炉内反应温度为710℃，流化床气化炉1中床料量为60kg，每6小时通过排床料装置2从流化床气化炉1底部排出10kg床料，在水洗装置3中采用钾、钠离子含量为11mg/L的水进行水洗，经过6小时水洗后床料钾、钠含量分别为0.7%和0.6%，水洗后床料进入烘干机4，烘干后的床料含水量为4%，将烘干后床料送入加床料装置5。运行过程中，无结渣现象发生。

Claims (2)

1.一种消除流化床生物质气化结渣的方法，它包括如下步骤：在炉膛内径为400mm的生物质流化床气化炉中，生物质原料为稻壳，采用0~0.6mm石灰石作为床料，床料厚度为300mm，运行中流化床底部速度为6m/s，气化炉内反应温度为710℃，流化床气化炉中床料量为60kg，每6小时通过排床料装置从流化床气化炉底部排出10kg床料，在水洗装置中采用钾、钠离子含量为11mg/L的水进行水洗，经过6小时水洗后床料钾、钠含量分别为0.7%和0.6%，水洗后床料进入烘干机，烘干后的床料含水量为4%，将烘干后床料送入加床料装置。

2.根据权利要求1所述的消除流化床生物质气化结渣的方法，其特征是所述烘干机对水洗后床料烘干的热量来自于从流化床气化炉排出高温床料的显热。

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