專利名稱：低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料固定床氣化防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源技術(shù)領(lǐng)域的方法，特別是有效防止低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料固 定床氣化爐內(nèi)結(jié)渣的方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是一種分布廣、資源量豐富的清潔可再生資源，其能源利用過(guò)程可實(shí)現(xiàn)CO2 零排放。我國(guó)擁有十分豐富的生物質(zhì)資源，發(fā)展生物質(zhì)氣化技術(shù)可以緩解當(dāng)前及未來(lái)的化 石能源緊缺、減少溫室氣體的排放，同時(shí)對(duì)解決農(nóng)村秸稈等利用問(wèn)題、增加農(nóng)民收入具有非 常重要的意義。固定床氣化技術(shù)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定性好，煤氣中焦油含量少，熱值 較高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但固定床技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)氣化尚存在一些問(wèn)題。生物質(zhì)中 含有豐富的鈉、鉀元素，它們會(huì)降低生物質(zhì)灰渣的熔點(diǎn)，進(jìn)而增加固定床的結(jié)渣趨勢(shì)。結(jié)渣 一旦發(fā)生輕則使傳熱變差、氣化效率降低，重則會(huì)導(dǎo)氣化爐及其附屬設(shè)備的停止運(yùn)行，甚至 發(fā)生其他更為嚴(yán)重的惡性事件?？傊?，結(jié)渣對(duì)氣化爐的經(jīng)濟(jì)性、安全性都有不利影響。氣化爐內(nèi)結(jié)渣與灰渣的熔融特性及氣化爐內(nèi)的溫度密切相關(guān)。工業(yè)實(shí)踐中人們一 般采用如下兩種方法緩解氣化爐內(nèi)的結(jié)渣問(wèn)題，一是向原料中添加高熔點(diǎn)的添加劑以提高 灰渣的熔融溫度，另一種則是采用水夾套降低氣化爐內(nèi)的溫度。但這兩種方法都存在一定 的缺陷，如中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN101638602A，該專利公開(kāi)了一中添加CaO，CuNO3和蛭石以提 高灰渣熔融溫度的技術(shù)方案。該技術(shù)能在一定程度上緩解氣化爐內(nèi)的結(jié)渣問(wèn)題，而且成本 較低。但由于向原料中添加了高熔點(diǎn)的礦物，灰渣量會(huì)增加，灰渣帶出的顯熱增加，不利于 節(jié)約環(huán)保。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN 200946142Y，該專利公開(kāi)了一種絕熱氣化無(wú)結(jié)渣固定床造 氣爐的技術(shù)方案，該專利只在氣化爐的灰渣層中設(shè)計(jì)水夾套。在干燥層、干餾層、氣化層爐 壁區(qū)，里面采用耐高溫耐磨防結(jié)渣材料，外面采用保溫材料。該技術(shù)可使造氣爐內(nèi)的氣化反 應(yīng)全部處于高溫區(qū)，克服了水夾套的水冷壁效應(yīng)，防止掛爐結(jié)渣，可大幅度減少造氣爐渣殘 炭量，提高氣效率，節(jié)約能源。但由于采用了耐高溫耐磨防結(jié)渣材料和保溫材料，大大增加 了投資成本，使得該技術(shù)的推廣存在一定的難度，難以在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種節(jié)能環(huán)保、成本低廉，且能有效緩解 低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)燃料固定床氣化爐內(nèi)結(jié)渣的方法。本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種有效防止低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料氣化爐內(nèi)結(jié)渣的方法，該方法以水蒸汽和空 氣混合得到的混合氣體作為生物質(zhì)氣化的氣化劑。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，其中所述的水蒸汽以氣化廢水為水源，以煤氣顯熱 為熱源得到。采用本發(fā)明的以混合氣化劑作為氣化劑能有效降低固定床氧化層的溫度，進(jìn)而有 效緩解氣化爐內(nèi)的結(jié)渣現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，混合氣化劑中空氣和水蒸氣的體積比為 1 1-12 1，優(yōu)選 3 1-10 1，優(yōu)選 4 1-8 1 ；更優(yōu)選 5 1-6 1。采用本發(fā)明的氣化劑，可以使得氣化爐中固定床氧化層的溫度低于1160°C，更優(yōu) 選低于1150°C，更優(yōu)選低于1130°C。本發(fā)明生物質(zhì)燃料的工作原理如下C+l/202 = C0-123kJ/mol (1)C+02 = CO2-109k J/mol(2)C+H20 = C0+H2+119kJ/mol (3)生物質(zhì)的部分燃燒反應(yīng)(1)和完全燃燒反應(yīng)(2)均為強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，從而導(dǎo)致 氣化爐內(nèi)氧化層溫度高達(dá)1200°C，高于生物質(zhì)灰渣的熔融溫度，造成結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。本 發(fā)明以空氣和水蒸汽混合氣體為氣化劑，由于碳與水蒸汽的反應(yīng)(3)是一個(gè)強(qiáng)烈的吸熱反 應(yīng)，從而導(dǎo)致氣化爐氧化層內(nèi)的溫度降低，調(diào)節(jié)空氣與水蒸汽混合氣化劑中水蒸氣的比率 至氣化爐氧化層溫度低于生物質(zhì)灰渣的熔融溫度時(shí)，氣化爐內(nèi)的結(jié)渣問(wèn)題就可以得到有效 的緩解。水蒸汽可以以氣化廢水為水源，以煤氣的顯熱為熱源得到，既節(jié)能又環(huán)保，而且本 發(fā)明不會(huì)產(chǎn)生額外的投資成本，推廣前景巨大。本發(fā)明的防止低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料氣化爐內(nèi)結(jié)渣的方法，對(duì)于生物質(zhì)原料的氣 化爐均有非常顯著的效果，可以使得氣化爐在至少600小時(shí)，優(yōu)選800小時(shí)以上，更優(yōu)選 1000小時(shí)以上，最優(yōu)選1200小時(shí)以上運(yùn)行均不會(huì)產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象，保證氣化爐及其附屬設(shè)備 高效、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣的方法，在采用申請(qǐng)人研制的氣化爐時(shí)效果尤為 顯著，可以使得設(shè)備高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1400小時(shí)以上。該氣化爐的結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)申請(qǐng)人于同日 提交的名稱為“規(guī)?；潭ù采镔|(zhì)氣化爐”的發(fā)明專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)全文引入本文作為參 考。其中具體實(shí)施的氣化爐的爐體內(nèi)徑為3m，高徑比為2。氣化爐上部設(shè)加料機(jī)，包括 加料箱和上、下翻板閥門。上下翻板閥門由電動(dòng)液壓桿微機(jī)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制。氣化爐的上部 設(shè)氣化劑出口，后可接各種氣體凈化及深加工裝置。氣化爐爐篦為耐熱鑄鐵鑄成，爐篦設(shè)在 進(jìn)風(fēng)管上，下部與可旋轉(zhuǎn)托盤相連，既用于排灰，也作為氣體分布板，使?fàn)t內(nèi)氣流均勻。排灰 口可有效將灰排出爐外。氣化爐底部設(shè)有氣化劑入口，使用空氣與水蒸氣的混合氣，在加料 機(jī)的上部和下部均設(shè)有原料口。本發(fā)明以氣化廢水為水源，以煤氣顯熱為熱源得到水蒸氣，不僅能降低污水處理 的成本，而且充分利用煤氣的顯熱，使煤氣的顯熱循環(huán)進(jìn)入氣化爐而不至于白白浪費(fèi)，滿足 當(dāng)代工業(yè)對(duì)于節(jié)能環(huán)保的要求。以空氣和水蒸汽的混合氣體作為氣化劑，在保證氣化爐的 氣化效率的前提下降低氣化爐氧化層的溫度至生物質(zhì)灰渣熔融溫度以下，進(jìn)而有效抑制結(jié) 渣現(xiàn)象的發(fā)生，以保證氣化爐及其附屬設(shè)備高效、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單合理、節(jié) 能環(huán)保且不會(huì)產(chǎn)生額外的投資成本，有廣闊的應(yīng)用前景。具體的實(shí)施方式以下詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，下述具體實(shí)施方式
不得作為對(duì)本 發(fā)明的限制，任何對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)都沒(méi)有背離本發(fā)明的精神。實(shí)施例1以氣化廢水為水源、煤氣顯熱為熱源得到水蒸汽，以空氣和水蒸汽的體積比為6 1的混合氣體作為生物質(zhì)氣化的氣化劑，固定床氧化層的溫度為1125°C，低于本發(fā)明所 采用的生物質(zhì)灰渣的熔融溫度1160°C。有效緩解了固定床氣化爐內(nèi)的結(jié)渣問(wèn)題，確保了氣 化爐及其附屬設(shè)備高效、穩(wěn)定且長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，氣化爐的氣化效率未受任何影響，由 于煤氣的顯熱循環(huán)利用，整套裝置的熱利用效率有很大程度的提高。以氣化廢水為水蒸汽 的水源，不僅能降低污水處理的成本，而且有利于環(huán)保。實(shí)施例2具體方案如實(shí)施例1所示，只是將空氣和水蒸汽的體積比改變?yōu)? 1的混合氣 體，此時(shí)固定床氧化層的溫度為1100°c。實(shí)施例3具體方案如實(shí)施例1所示，只是將空氣和水蒸汽的體積比改變?yōu)? 1的混合氣 體，此時(shí)固定床氧化層的溫度為1130°C。實(shí)施例4具體方案如實(shí)施例1所示，只是將空氣和水蒸汽的體積比改變?yōu)? 1的混合氣 體，此時(shí)固定床氧化層的溫度為1150°C。
權(quán)利要求
一種防止低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料固定床氣化爐爐內(nèi)結(jié)渣的方法，其特征在于該方法以空氣和水蒸汽的混合氣體作為生物質(zhì)氣化的氣化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述水蒸汽以氣化廢水為水源、以煤氣顯 熱為熱源獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述氣化劑中空氣和水蒸氣的體積 比為 1 1-12 1，優(yōu)選 3 1-10 1，優(yōu)選 4 1-8 1 ；更優(yōu)選 5 1-6 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于氣化爐中的固定床氧化層的溫 度低于1160°C，更優(yōu)選低于1150°C，還更優(yōu)選低于1130°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有效防止低灰熔點(diǎn)、生物質(zhì)原料氣化爐內(nèi)結(jié)渣的方法，該方法以氣化廢水為水源、以煤氣顯熱為熱源得到水蒸汽，并以得到的水蒸汽和空氣混合得到的混合氣體作為生物質(zhì)氣化的氣化劑，該混合氣化劑能降低固定床氧化層的溫度至生物質(zhì)灰渣熔融溫度以下，從而有效緩解氣化爐內(nèi)的結(jié)渣，保證氣化爐高效、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。本方法簡(jiǎn)單合理、節(jié)能環(huán)保且不會(huì)產(chǎn)生額外的投資成本，推廣前景巨大。
文檔編號(hào)C10J3/16GK101974349SQ20101025127
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月9日
發(fā)明者吳幼青, 吳詩(shī)勇, 尉建中, 盛衛(wèi)東, 秦世平, 高晉升 申請(qǐng)人:高郵市林源科技開(kāi)發(fā)有限公司;華東理工大學(xué);建設(shè)部沈陽(yáng)煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院