專(zhuān)利名稱(chēng)：混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物能源技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種采用生物質(zhì)與煤的混 合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是一種可再生能源，含硫、氮等污染物少，熱化學(xué)轉(zhuǎn)化不會(huì)造成額外的二氧 化碳排放。與煤炭、石油等化石燃料相比，生物質(zhì)水分含量高，灰分含量少，能量密度低，資 源分散且具有季節(jié)性特點(diǎn)。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)炭化預(yù)處理得到的固體焦與煤具有類(lèi)似的元素組 成，但是生物質(zhì)灰中含有堿金屬能夠?qū)γ簹饣磻?yīng)起催化作用，從而能夠提高碳轉(zhuǎn)化率和 氣化效率，而且生物質(zhì)灰熔點(diǎn)低，混合氣化可以降低煤灰熔點(diǎn)有利于液態(tài)排渣氣化爐。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN1557919A，
公開(kāi)日2004_12_29， 記載了一種“生物質(zhì)與煤混合流化床氣化方法及其裝置”，該技術(shù)采用原始生物質(zhì)與煤在流 化床中混合氣化，空氣燃燒和蒸汽氣化間歇操作，氣化溫度950 1000°C，能夠生產(chǎn)無(wú)焦油 或低焦油合成氣。但是設(shè)備操作非常復(fù)雜，且生物質(zhì)水分含量高，整體氣化效率不高。另外 氣化階段溫度偏低，不利于碳的氣化反應(yīng)。且兩種燃料分別進(jìn)料，先由煤燃燒產(chǎn)生高溫炭 床，再加入生物質(zhì)與水蒸氣發(fā)生氣化反應(yīng)，因此難以達(dá)到生物質(zhì)與煤混合氣化的協(xié)同作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種混合燃料水煤漿氣流床氣化系 統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)的大規(guī)模利用，不產(chǎn)生氣化焦油，提高了煤氣化的碳轉(zhuǎn)化率。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括氣流床水煤漿氣化爐、預(yù)處理 模塊、水煤漿制備模塊、凈化模塊和分離供氧模塊，其中預(yù)處理模塊接收待處理生物質(zhì)并 與水煤漿制備模塊的輸入端相連接，水煤漿制備模塊接收來(lái)自預(yù)處理模塊輸出的生物焦料 并進(jìn)行磨粉制漿處理，水煤漿制備模塊的輸出端與氣流床水煤漿氣化爐相連接并輸出水煤 漿，氣流床水煤漿氣化爐與分離供氧模塊相連接以接收助燃?xì)怏w，同時(shí)氣流床水煤漿氣化 爐與凈化模塊相連接以輸出燃燒廢氣，凈化模塊與空氣分離器相連并輸出助燃?xì)怏w。所述的待處理生物質(zhì)是指有機(jī)廢棄物，具體如木質(zhì)、纖維類(lèi)、動(dòng)物排泄物等；所述的預(yù)處理模塊包括生物質(zhì)干燥器、炭化爐燃燒室、生物質(zhì)炭化爐和炭化爐熱 解氣冷凝器，其中生物質(zhì)干燥器的輸出端分別與炭化爐燃燒室和生物質(zhì)炭化爐相連接，炭 化爐燃燒室位于生物質(zhì)炭化爐的下方并將熱解后的生物質(zhì)輸出至生物質(zhì)炭化爐，炭化爐熱 解氣冷凝器設(shè)置于生物質(zhì)炭化爐的外部并與炭化爐和氣化爐相連接，炭化爐與水煤漿制備 模塊相連接并輸出生物焦料。所述的水煤漿制備模塊包括水煤漿棒磨機(jī)、原煤倉(cāng)和生物質(zhì)焦料倉(cāng)、高壓輸送 泵，其中生物質(zhì)焦料倉(cāng)與預(yù)處理模塊相連接以存儲(chǔ)生物焦料，水煤漿棒磨機(jī)分別與原煤倉(cāng) 和生物質(zhì)焦料倉(cāng)相連，水煤漿棒磨機(jī)的輸出端依次串聯(lián)高壓輸送泵和氣流床水煤漿氣化爐 以輸出水煤漿。
所述的凈化模塊包括除塵器、灰渣收集斗、脫硫裝置和閃蒸碳洗裝置。其中除塵 器與氣化爐相連接，脫除的灰渣進(jìn)入除塵器下部的灰渣收集斗，粗煤氣從煤氣引出管進(jìn)入 脫硫裝置，脫硫裝置與換熱器相連接，從換熱器出來(lái)的煤氣進(jìn)入閃蒸碳洗裝置進(jìn)一步凈化。所述的分離供氧模塊包括換熱器、空氣分離裝置，其中空氣分離裝置分離的氧 氣在換熱器內(nèi)與脫硫裝置來(lái)粗煤氣完成熱交換，升溫后的純氧送入氣化爐頂部噴嘴。本發(fā)明通過(guò)以下方式進(jìn)行工作可處理的生物質(zhì)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單破碎后在干燥器中除掉 外在水分，然后送入炭化爐制得含水量少、可磨性好、熱值高的固體焦，在水煤漿棒磨機(jī)中 與煤按一定比例混合，合格的水煤漿通過(guò)高壓泵噴入氣化爐，由空分裝置來(lái)的純氧通過(guò)換 熱器加熱后也從氣化爐頂部噴入，由氣化爐底部排出的合成氣先后通過(guò)除塵、換熱器和凈 化系統(tǒng)。氣化爐以混合燃料為原料、以純氧為氣化劑，氣化中心區(qū)溫度超過(guò)1400°C，合成氣 以CO、H2, CO2為主，熔融狀態(tài)的灰渣通過(guò)氣化爐底部噴水減溫后排出。合成氣經(jīng)過(guò)進(jìn)一步 除塵凈化后可以作為化工合成原料氣或者燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電用氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1)生物質(zhì)與煤混合氣化，在現(xiàn)有技術(shù)成熟的煤氣化爐中添加生物質(zhì)焦，既能夠滿(mǎn) 足生物質(zhì)大規(guī)模利用，又保證氣化過(guò)程高效率。生物質(zhì)堿金屬含量高能夠?qū)γ簹饣鸫呋?作用，提高碳轉(zhuǎn)化率；生物質(zhì)灰熔點(diǎn)低，對(duì)液態(tài)排渣的水煤漿氣化爐來(lái)說(shuō)可以適當(dāng)降低氣化 溫度，提高裝置熱效率。2)生物質(zhì)固定床或流化床氣化由于焦油問(wèn)題無(wú)法解決，氣化爐運(yùn)行可靠性差，效 率低，且氣化裝置規(guī)模小。生物質(zhì)經(jīng)過(guò)炭化預(yù)處理后得到可磨性好的固體焦，少量液體焦油，進(jìn)而在高溫氣流床氣化，整個(gè)過(guò)程不會(huì)因?yàn)榻褂蛦?wèn)題影響氣化爐運(yùn)行。3)氣流床氣化爐操作壓力高，與后續(xù)化工合成裝置耦合，有利于提高整體效率。4)生物質(zhì)原料可以替代部分煤，能夠降低CO2的排放。5)經(jīng)過(guò)炭化預(yù)處理后的生物質(zhì)元素組成接近煤，不會(huì)對(duì)合成氣成份產(chǎn)生顯著影 響；且生物質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)能夠單獨(dú)運(yùn)行，一旦故障不會(huì)造成原有的煤氣化系統(tǒng)安全運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括預(yù)處理模塊1、水煤漿制備模塊2、氣流床水煤漿氣化 爐3、凈化模塊4和分離供氧模塊5，其中預(yù)處理模塊1接收待處理生物質(zhì)并與水煤漿制備 模塊2的輸入端相連接，水煤漿制備模塊2接收來(lái)自預(yù)處理模塊1輸出的生物焦料并進(jìn)行 磨粉制漿處理，水煤漿制備模塊2的輸出端與氣流床水煤漿氣化爐3相連接并輸出水煤漿， 氣流床水煤漿氣化爐3與分離供氧模塊相連接以接收助燃?xì)怏w，同時(shí)氣流床水煤漿氣化爐 3與凈化模塊4相連接以輸出燃燒廢氣，凈化模塊4與空氣分離器相連并輸出助燃?xì)怏w。所述的待處理生物質(zhì)為木質(zhì)、纖維類(lèi)、動(dòng)物排泄物等；
所述的預(yù)處理模塊1包括生物質(zhì)干燥器3、炭化爐燃燒室7、生物質(zhì)炭化爐8和炭化爐熱解氣冷凝器9，其中生物質(zhì)干燥器3的輸出端分別與炭化爐燃燒室7和生物質(zhì)炭化 爐8相連接，炭化爐燃燒室7位于生物質(zhì)炭化爐8的下方并將不充分燃燒生物質(zhì)輸出至生 物質(zhì)炭化爐8，炭化爐熱解氣冷凝器9設(shè)置于生物質(zhì)炭化爐8的外部并與炭化爐和煤氣化爐 相連接，炭化爐8與水煤漿制備模塊2相連接并輸出生物焦料。所述的水煤漿制備模塊2包括水煤漿棒磨機(jī)14、原煤倉(cāng)12和生物質(zhì)焦料倉(cāng) 12'、高壓輸送泵16，其中生物質(zhì)焦料倉(cāng)12'與預(yù)處理模塊1相連接以存儲(chǔ)生物焦料，水 煤漿棒磨機(jī)14分別與原煤倉(cāng)12和生物質(zhì)焦料倉(cāng)12'相連，水煤漿棒磨機(jī)14的輸出端依次 串聯(lián)高壓輸送泵16和氣流床水煤漿氣化爐18以輸出水煤漿。所述的凈化模塊4包括除塵器20、灰渣收集斗21、脫硫裝置22和閃蒸碳洗裝置 26。其中除塵器20與氣化爐18相連接，脫除的灰渣進(jìn)入除塵器下部的灰渣收集斗21，粗煤 氣從煤氣引出管進(jìn)入脫硫裝置22，脫硫裝置22與換熱器23相連接，從換熱器23出來(lái)的煤 氣進(jìn)入閃蒸碳洗裝置26進(jìn)一步凈化。所述的分離供氧模塊5包括換熱器23、空氣分離裝置24，其中空氣分離裝置24 分離的氧氣在換熱器23內(nèi)與脫硫裝置22來(lái)的粗煤氣完成熱交換，升溫后的純氧25送入氣 化爐頂部噴嘴。本實(shí)施例具體通過(guò)以下方式進(jìn)行工作生物質(zhì)原料經(jīng)過(guò)初步粉碎至20 50mm，通 過(guò)進(jìn)料管1輸送至干燥器3，該干燥器附帶有燃燒室，可以達(dá)到100°C以上的干燥溫度，經(jīng)過(guò) 干燥的生物質(zhì)含水量小于2%，其中約15 25%的生物質(zhì)送入炭化爐燃燒室7鼓風(fēng)燃燒產(chǎn) 生高溫?zé)煔?，其余生物質(zhì)進(jìn)入炭化爐8。維持炭化爐8的溫度在200°C 300°C，熱解時(shí)間 20 45分鐘，產(chǎn)生的熱解氣體經(jīng)過(guò)冷凝器9收集水分和生物質(zhì)焦油11，低熱值的熱解氣體 含有75% CO2,其余為CO組成。熱解氣體通入干燥器的燃燒室燃燒，同時(shí)炭化爐排放的煙 氣也送入干燥器回收余熱，所有干燥器排出的尾氣經(jīng)過(guò)管道6排出。炭化爐制得的固體生 物質(zhì)焦通過(guò)換向閥13后與來(lái)自原煤料倉(cāng)12的原煤一起送入水煤漿棒磨機(jī)14，在此之前調(diào) 整生物質(zhì)焦摻混比例0 15%。如果不需要添加生物質(zhì)焦，則由炭化爐來(lái)的生物質(zhì)焦暫存 于料倉(cāng)12’。從磨煤機(jī)14出口的水煤漿通過(guò)輸送管道15和高壓輸送泵16噴入氣化爐18， 氣化爐采用純氧氣化。氣化爐18產(chǎn)生的合成氣從下部排出進(jìn)入粗煤氣除塵器20，除塵后的 煤氣經(jīng)過(guò)脫硫裝置22后再進(jìn)入換熱器21加熱氣化用純氧，冷卻后的煤氣進(jìn)入煤氣凈化系 統(tǒng)26經(jīng)過(guò)閃蒸炭洗等步驟獲得工藝氣27?？辗盅b置來(lái)純氧進(jìn)過(guò)換熱器23加熱后供氣化爐 18作為氣化劑。氣化爐18產(chǎn)生的固體灰渣進(jìn)過(guò)噴水冷卻后從底部28排出。
權(quán)利要求
一種混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征在于，包括氣流床水煤漿氣化爐、預(yù)處理模塊、水煤漿制備模塊、凈化模塊和分離供氧模塊，其中預(yù)處理模塊接收待處理生物質(zhì)并與水煤漿制備模塊的輸入端相連接，水煤漿制備模塊接收來(lái)自預(yù)處理模塊輸出的生物焦料并進(jìn)行磨粉制漿處理，水煤漿制備模塊的輸出端與氣流床水煤漿氣化爐相連接并輸出水煤漿，氣流床水煤漿氣化爐與分離供氧模塊相連接以接收助燃?xì)怏w，同時(shí)氣流床水煤漿氣化爐與凈化模塊相連接以輸出燃燒廢氣，凈化模塊與空氣分離器相連并輸出助燃?xì)怏w。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征是，所述的待處理 生物質(zhì)是指有機(jī)廢棄物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征是，所述的預(yù)處理 模塊包括生物質(zhì)干燥器、炭化爐燃燒室、生物質(zhì)炭化爐和炭化爐熱解氣冷凝器，其中生 物質(zhì)干燥器的輸出端分別與炭化爐燃燒室和生物質(zhì)炭化爐相連接，炭化爐燃燒室位于生物 質(zhì)炭化爐的上方并將不充分燃燒生物質(zhì)輸出至生物質(zhì)炭化爐，炭化爐熱解氣冷凝器設(shè)置于 生物質(zhì)炭化爐的外部并與炭化爐和氣化爐相連接，炭化爐燃燒室與水煤漿制備模塊相連接 并輸出生物焦料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征是，所述的水煤漿 制備模塊包括水煤漿棒磨機(jī)、原煤倉(cāng)和生物質(zhì)焦料倉(cāng)、高壓輸送泵，其中生物質(zhì)焦料倉(cāng) 與預(yù)處理模塊相連接以存儲(chǔ)生物焦料，水煤漿棒磨機(jī)分別與原煤倉(cāng)和生物質(zhì)焦料倉(cāng)相連， 水煤漿棒磨機(jī)的輸出端依次串聯(lián)高壓輸送泵和氣流床水煤漿氣化爐以輸出水煤漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征是，所述的凈化模 塊包括除塵器、灰渣收集斗、脫硫裝置和閃蒸碳洗裝置。其中除塵器與氣化爐相連接，脫除 的灰渣進(jìn)入除塵器下部的灰渣收集斗，粗煤氣從煤氣引出管進(jìn)入脫硫裝置，脫硫裝置與換 熱器相連接，從換熱器出來(lái)的煤氣進(jìn)入閃蒸碳洗裝置進(jìn)一步凈化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，其特征是，所述的分離供 氧模塊包括換熱器、空氣分離裝置，其中空氣分離裝置分離的氧氣在換熱器內(nèi)與脫硫裝 置來(lái)粗煤氣完成熱交換，升溫后的純氧送入氣化爐頂部噴嘴。
全文摘要
一種生物能源技術(shù)領(lǐng)域的混合燃料水煤漿氣流床氣化系統(tǒng)，包括氣流床水煤漿氣化爐、預(yù)處理模塊、水煤漿制備模塊、凈化模塊和分離供氧模塊，其中預(yù)處理模塊接收待處理生物質(zhì)并與水煤漿制備模塊的輸入端相連接，水煤漿制備模塊接收來(lái)自預(yù)處理模塊輸出的生物焦料并進(jìn)行磨粉制漿處理，水煤漿制備模塊的輸出端與氣流床水煤漿氣化爐相連接并輸出水煤漿，氣流床水煤漿氣化爐與分離供氧模塊相連接以接收助燃?xì)怏w，同時(shí)氣流床水煤漿氣化爐與凈化模塊相連接以輸出燃燒廢氣，凈化模塊與空氣分離器相連并輸出助燃?xì)怏w。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)生物質(zhì)的大規(guī)模利用，不產(chǎn)生氣化焦油，提高了煤氣化的碳轉(zhuǎn)化率。
文檔編號(hào)C10J3/56GK101838558SQ20101020054
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月13日
發(fā)明者羅永浩, 鄧劍, 陸方 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)