CN1102632C

CN1102632C - 生物质中热值气化***

Info

Publication number: CN1102632C
Application number: CN99106816A
Authority: CN
Inventors: 岑可法; 骆仲泱; 方梦祥; 周劲松; 余春江; 王树荣; 倪明江
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2003-03-05
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: CN1274739A

Abstract

本发明公开了一种生物质中热值气化***。它是把切成小段的生物质原料通过提升机送入气化炉，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***后，经分离器和二级可燃气冷却器，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池，产生的可燃气体大部分供用户，少量可燃气经燃烧器和燃烧室燃烧给气化炉供热，气化炉排出的半焦还田。本发明具有结构简单、造价低、易于维护、运行成本低等优点。

Description

生物质中热值气化***

本发明涉及生物质中热值气化***。

在各种可将生物质能转化为不同形式的高品质能源形式的工艺过程中，气化利用是一种较为成熟，较有潜力的技术。由于生物质原料具有很高挥发份，生物质焦炭的反应活性也明显高于煤焦，因而特别适合于气化工艺。气化工艺可以将生物质原料转化为以氢气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳为主要成分的可燃气体-煤气，这种气体可以在相当广泛的领域内作为气体燃料用。

目前全国有75万多个村，6亿多吨秸秆，若使用该技术将目前全国废弃及焚烧的稻秆、麦秆的1/3利用起来，即可节约近1亿吨左右的软秸秆，可节约能源资源100多亿元，可减排二氧化碳约1.4亿吨，二氧化硫140吨，烟尘100万吨，并可提高农村的用能品位，改善居住环境，具有显著的节能、环保及社会效益。

根据目前各国对生物质气化的研究，低热值煤气气化方案以空气气化技术路线为代表。气化过程是以鼓入空气令部分生物质原料燃烧来供热并提供气化介质。从总体上看这种技术工艺简单，煤气生产成本低，但由于空气中的氮气不可避免地混入煤气中，使煤气热值只能处于较低的水平，大约在3.5～7.8MJ/Nm³范围内。这一类工艺发展得较为成熟，但是由于它只能生产低热值煤气的特点，大大限制了应用。低热值煤气能量含量低，燃烧火焰温度低，这些缺陷会使各种以其为燃料的用气的设备的功率和负荷受到限制；而且低热值会使气体燃料的输送变得很不经济。中热值气化工艺路线采用间接加热或鼓氧燃烧来提供气化所需热量，生产中热值的煤气。这种工艺排除了煤气中氮气的混入，以而使其热值能够达到11～20MJ/Nm³。这种煤气不存在那些低热值煤气应用中所遇到的各种问题，因而具有相当广阔的应用前景。当然这种工艺在技术上要复杂一些。

为补充能源不足及改善环境为动因，发展中国家及发达国家均开展了诸多途径的生物质能利用技术研究及应用，特别是对生物质气化技术开发更是投入了大量的研究力量。在该领域具有领先水平的国家有瑞典、美国、意大利、德国等。从八十年代初开始，以美国为代表的西方工业发达国家就已经在这方面展开了大规模的研究工作。在美国能源部资助的BTC(Biomass ThermochemicalConversion)计划中，提出了许多生物质气化的工程方案，并就它们的可靠性、经济性进行了广泛的研究。而且对循环流化床双床固体热载体气化炉、内部热交换器供热的流化床气化炉、鼓氧气的压力流化床气化炉以及下吸式鼓氧气固定床气化炉等四种比较优秀的中热值气化方案分别建立了日处理原料量在9～20吨范围内的大型实验性工业示范工程。这些技术方案都已经历了长时间工作考验，并且运作情况良好。美国近几年大力研制采用循环流化床技术的生物质综合气化炉一燃气轮机发电***成套设备，实现了生物质的高效、洁净利用。最近，美国煤气工艺学会(IGT)正在夏威夷建一个加压气化***，验证甘蔗气化技术。

瑞典工业发达，森林资源丰富，常规能源资源贫乏，故非常重视生物质能的开发利用，鼓励采用先进的气化技术，以充分利用农林业残余物及城市垃圾等作为原料进行气化发电和供热等。目前该国科研机构已致力于循环流化床式气化炉和加压气化发电***研究，Bilflwo合资公司(包括芬兰、生物质气化炉制造厂Ahlstrom)和Sydkrart公司(瑞典第二大电力公司)，1993年初在瑞典Varnamo建成6MW生物质气化-GTCC区域供热热电站，采用的是芬兰林业公司Tampella公司研制的生物质气化炉。另外，加拿大已投放市场若干型号的生物质气化炉产品，以锯木、木片、纸浆、果壳和粮食加工下脚料为燃料。制取煤气，驱动内燃机发电，可降低发电，可降低50％的发电成本。

近年来，发展中国家由于森林覆盖率低，生物质低效率利用浪费严重，也逐渐开始重视利用农林加工废弃物利用的研究与推广工作。如孟加拉国建成下吸式气化炉投入运行，印度盛产稻谷，正致力于稻壳的气化技术开发，马来西亚用固定床气化发电，泰国正开展利用稻壳为燃料的流化床燃烧技术研究。

八十年代以来，全国多家高校及科研机构在研制生物质气化技术和装置方面相继取得了一系列重要成果。如中国农机院开发的下吸式DN系列生物质气化炉，应用于烘干茶叶、木材、饲料和供热、供暖等，九十年代初，又根据市场需求，开发出有用小型气化炉。广州能源所研制了上吸式气化炉，对气化原理、物料反应性能等做了大量试验，又对上吸式气化炉加以改进，用于锅炉供热。四川、江苏等有关厂家生产了一批稻壳气化炉，利用碾米厂的稻壳进行气化，驱动发电机发电，做到资源回收、变废为宝。此外，山东能源所研制出燃用农作物秸秆(以玉米秆为主)的固定床气化炉，经热解产气，成功地向50多个试点村的村民送上管道煤气。上述几种形式气化炉均利用空气气化工艺生产5MJ/Nm³左右低热值燃气。为了提高热值，广州能源所、中科院化冶所、大连环科院、浙江大学等在“八五”期间均开展了利用生物质能(以稻壳为主)的循环流化床气化技术研究，采用纯氧或双流化床气化产生中热值燃气，完成实验室研究阶段。但目前还未有利用稻秆气化的报道。浙江大学早在1988年开始就致力于生物质气化技术研究，针对中国农村实际善提出了适合不同用户需要的生物质中热值气化集中供气***，将燃烧与气化过程有机结合，产生中热值燃气和蒸汽，使燃料中固体和气体成分得到合理利用，燃料利用率高。并对稻壳稻秆等进行了大量的基础性研究。

综上所述，与发达国家生物质气化技术相比，我国目前在这方面相对落后，特别在实际应用方面生物质气化目前仍停留在少数几个示范装置上，而且主要是小规模，固定床类型，存在着燃气热值低，燃料利用率低，燃气净化不彻底等问题，此外，到目前为止，我国现有示范应用都针对高梁杆、木屑等硬质秸杆，对稻草、麦杆等软质秸杆的应用还是空白，主要因为稻麦杆中含有很高碱金属易导致气化燃烧过程中结团，影响***运行。

本发明的目的是提供一种生物质中热值气化***。

为了达到上述目的本实用新型采取下列措施：

一种生物质中热值气化***，特征在于切成小段的生物质原料通过提升机送入气化炉，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***后，经分离器和二级可燃气冷却器，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池，产生的可燃气体大部分供用户，少量可燃气经燃烧器和燃烧室燃烧给气化炉供热，气化炉排出的半焦还田。

另一种生物质中热值气化***，特征在于切成小段的生物质原料通过提升机送入气化炉，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***后，经分离器和二级可燃气冷却器，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池，产生的可燃气体大部分供用户，气化炉排出的半焦还田，少量半焦进燃烧室燃烧给气化炉供热。

本发明的优点：

1.本生物质中热值气化***可以利用简单的工艺实现通常需要较复杂技术才能实现的中热值气化，具有结构简单、造价低、易于维护、运行成本低。

2.可利用稻杆等软质桔杆作气化原料，采用控制运行参数等工艺解决秸杆结团问题，这在国内国际上都是先例。

3.采用焦油炉内裂解催化转化技术，使焦油大部分转化为煤气，可大大降低煤气中焦油含量和CO含量；其中燃气中CO含量＜20％，焦油含量＜50mg/m³。

4.先进的高效涡旋间壁式加热***，起动速度快，产气稳定，燃气热值高。

5.可采用电自动点火和自动出料，实现了***自动运行，操作方便，简单。

6.将生物质原料转化为中热值燃气和肥田焦碳，一炉多产，燃料的利用率大于80％。

下面结合附图作详细说明：

图1是I型生物质中热值气化集中供气***方案图；

图2是II型生物质中热值气化集中供气***方案图；

图3是生物质中热值气化炉结构示意图；

图4是生物质中热值气化炉结构剖视图。

一种生物质中热值气化***，特征在于切成小段的生物质原料通过提升机9送入气化炉10，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***8后，经分离器7和二级可燃气冷却器5，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池6，产生的可燃气体大部分由附设煤气循环回路3的煤气泵4经水封2泵入储气罐1供用户，少量可燃气经燃烧器12和燃烧室11燃烧给气化炉供热，其烟气经空预器13，洗涤水箱14，引风机15，由烟囱16外排，气化炉排出的半焦还田。

另一种生物质中热值气化***，特征在于切成小段的生物质原料通过提升机9送入气化炉10，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***8后，经分离器7和二级可燃气冷却器5，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池6，产生的可燃气体大部分可燃气体由附设煤气循环回路3的煤气泵4经水封2泵入储气罐1供用户，气化炉排出的半焦还田，少量半焦进燃烧室11燃烧给气化炉供热，其烟气经空预器13，洗涤水箱14，引风机15，由烟囱16外排。

上述气化炉具有由耐火空心砖20砌成的气化炉本体段，其内部中空，中间设有搅拌棒25，气化炉本体段上端设有原料斗26，原料斗上设有进料口17和可燃气出口18，气化炉本体段下端设有出料装置23和半焦箱22，半焦或可燃气在燃烧室燃烧产生的热烟气经热烟气进口21和耐火空心砖20中间的烟气流道向上，最后由烟气出口19排出。生物质原料通过炉壁与热烟气进行间壁式热交换，发生热解气化反应转换成中热值可燃气体。

Claims

1.一种生物质中热值气化***，其特征在于切成小段的生物质原料通过提升机[9]送入气化炉[10]，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***[8]后，经分离器[7]和二级可燃气冷却器[5]，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池[6]，产生的可燃气体大部分供用户，少量可燃气经燃烧器[12]和燃烧室[11]燃烧给气化炉供热，气化炉排出的半焦还田。

2.根据权利要求1所述的一种生物质中热值气化***，其特征在于所说的气化炉具有由耐火空心砖[20]砌成的气化炉本体段，其内部中空，中间设有搅拌棒[25]，气化炉本体段上端设有原料斗[26]，原料斗上设有进料口[17]和可燃气出口[18]，气化炉本体段下端设有出料装置[23]和半焦箱[22]，半焦或可燃气在燃烧室燃烧产生的热烟气经热烟气进口[21]和耐火空心砖[20]中间的烟气流道向上，最后由烟气出口[19]排出，生物质原料通过炉壁与热烟气进行间壁式热交换，发生热解气化反应转换成中热值可燃气体。

3.一种生物质中热值气化***，其特征在于切成小段的生物质原料通过提升机[9]送入气化炉[10]，经过间壁式加热和热解气化反应转换成中热值可燃气体，通过催化裂解降CO***[8]后，经分离器[7]和二级可燃气冷却器[5]，脱水以及除去燃气中含有的剩余焦油和杂质，焦油进入焦油沉清池[6]，产生的可燃气体大部分供用户，气化炉排出的半焦还田，少量半焦进燃烧室燃烧给气化炉供热。

4.根据权利要求3所述的一种生物质中热值气化***，其特征在于所说的气化炉具有由耐火空心砖[20]砌成的气化炉本体段，其内部中空，中间设有搅拌棒[25]，气化炉本体段上端设有原料斗[26]，原料斗上设有进料口[17]和可燃气出口[18]，气化炉本体段下端设有出料装置[23]和半焦箱[22]，半焦或可燃气在燃烧室燃烧产生的热烟气经热烟气进口[21]和耐火空心砖[20]中间的烟气流道向上，最后由烟气出口[19]排出，生物质原料通过炉壁与热烟气进行间壁式热交换，发生热解气化反应转换成中热值可燃气体。