專利名稱：規(guī)?；潭ù采镔|(zhì)氣化爐及低含氧燃?xì)獾纳a(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及規(guī)?；潭ù采镔|(zhì)氣化爐及低含氧燃?xì)獾纳a(chǎn)工藝，屬于生物質(zhì)氣 化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前能源和環(huán)境問題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。常規(guī)能源(如煤，石油和天然氣)日 益枯竭且嚴(yán)重污染環(huán)境，因此開發(fā)潔凈可再生能源十分重要。生物質(zhì)作為唯一的可儲(chǔ)存運(yùn) 輸?shù)目稍偕茉?，其高效轉(zhuǎn)化和清潔利用日益受到全世界的重視。我國生物質(zhì)資源豐富，理 論年產(chǎn)量為50億噸左右，僅農(nóng)作物秸稈的年產(chǎn)量達(dá)7億噸以上，約折合標(biāo)準(zhǔn)煤3億噸。但 目前我國對(duì)農(nóng)村秸稈生物質(zhì)的使用方式很不合理，大多數(shù)采用直接燃燒的方式加以利用， 熱效率很低(< 10%)，不僅浪費(fèi)資源而且危害環(huán)保。利用高效轉(zhuǎn)化技術(shù)，把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為 潔凈燃料或者電力將成為今后人們利用生物質(zhì)能的必然趨勢(shì)。生物質(zhì)氣化是將一次能源轉(zhuǎn)化為清潔的二次能源的重要途徑之一，其產(chǎn)品主要為 燃料氣，也可經(jīng)過深度處理為合成氣和氫氣等。生物質(zhì)氣化技術(shù)可用于在供熱和電力方面 有著廣泛的應(yīng)用，氣化爐是生物質(zhì)氣化的關(guān)鍵設(shè)備，而燃?xì)馄焚|(zhì)對(duì)后續(xù)凈化和應(yīng)用至關(guān)重 要。為此，人們開發(fā)了各種類型的氣化爐和生產(chǎn)工藝。固定床氣化爐是目前生物質(zhì)氣化的 主要爐型。目前國外生物質(zhì)氣化裝置一般規(guī)模較大，自動(dòng)化程度高，工藝較先進(jìn)，氣化效率 可達(dá)60%以上。我國生物質(zhì)氣化技術(shù)起步較晚，但發(fā)展很快。如中國農(nóng)業(yè) 械化科學(xué)研究 院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐，其中ND-600型氣化爐已進(jìn)行較長時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行，并取得 了一定的效益；江蘇吳江縣生產(chǎn)的稻殼氣化爐，利用碾米廠的下腳料驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組，功率達(dá) 到160千瓦，已達(dá)到實(shí)用階段；中科院廣州能源所，對(duì)上吸式生物質(zhì)氣化爐的氣化原理、物 料反應(yīng)性能作了大量試驗(yàn)，并研制出GSQ型氣化爐；山東能源研究所研制的XFL系列秸桿氣 化爐在農(nóng)村集中供氣的應(yīng)用中也獲得了一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益；大連市環(huán)境科學(xué)設(shè)計(jì)研究 院用研制的LZ系列生物質(zhì)千餾熱解氣化裝置建成了可供1000戶農(nóng)民生活用燃?xì)獾纳镔|(zhì) 熱解加工廠；云南省研制的QL-50，60型戶用生物質(zhì)氣化爐已通過技術(shù)鑒定并在農(nóng)村進(jìn)行 試驗(yàn)示范。但目前這些固定床氣化爐大都存在爐徑較小(< 2m)、間歇加料，生產(chǎn)能力低，熱 效率和氣化強(qiáng)度低的問題，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茫荒芫徒?，不能產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益。 且所得燃?xì)夂趿扛?> )，燃?xì)鉄嶂档?< 5MJ/m3)，不利于后續(xù)凈化和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述反應(yīng)裝置的缺陷，提供一種連續(xù)加料、熱效率和氣化 強(qiáng)度高的大規(guī)模氣化爐，且通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作條件，使所得燃?xì)夂趿康?，熱值高?以滿足后續(xù)深加工和利用的要求。由于生物質(zhì)氣化效果的好壞，與生物質(zhì)理化性質(zhì)和氣化爐結(jié)構(gòu)及尺寸的匹配而形 成的氣固相接觸條件有關(guān)。與煤相比，生物質(zhì)(特別是秸稈)大都存在堆積密度小、自然堆 積較大(在氣化爐里容易產(chǎn)生架橋、穿孔現(xiàn)象 木炭機(jī)械強(qiáng)度低(不能保持原有形狀，容易在反應(yīng)層中形成空洞，致使氣流分布不均勻)和灰熔點(diǎn)低(< 1050°C，固態(tài)排渣困難)等缺 點(diǎn)。再者，目前生物質(zhì)固定床氣化爐結(jié)構(gòu)過于簡單，只能間歇加料，且氣流分布很難均勻。上 述兩種弊病相互影響，使得氣固相接觸不好，氣化效率和熱效率低，且空氣會(huì)因“短路”現(xiàn)象 的發(fā)生而使部分氧氣未參與反應(yīng)即離開氣化爐，造成燃?xì)庵醒鹾科?。氣化爐尺寸加大 時(shí)，上述現(xiàn)象更加嚴(yán)重，這是造成生物質(zhì)氣化技術(shù)不能規(guī)?；闹匾蛑弧４送?，由于 生物質(zhì)堿金屬含量偏高(通?；抑泻?0%以上)，如直接與金屬殼體接觸，將會(huì)腐蝕爐壁， 縮短爐子使用壽命。必須采取相應(yīng)措施才能得到解決這些問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種生物質(zhì)(特別是成型秸稈)氣化爐，尤其是大規(guī)模固定床生物質(zhì)氣化爐，其 特征是所述氣化爐帶有防腐蝕襯里(可有效預(yù)防堿金屬對(duì)爐壁的腐蝕)，優(yōu)選固定床氣化 爐。根據(jù)本發(fā)明，所述的氣化爐包括加料裝置⑴、爐體(3)和爐篦⑷。根據(jù)本發(fā)明，所述的氣化爐還進(jìn)一步包括燃?xì)馀懦隹?2)、排灰口(5)和和空氣進(jìn) 口(6)。所說的氣化爐內(nèi)徑根據(jù)生產(chǎn)能力的需要確定，一般而言，可以設(shè)置為I-IOm范圍， 優(yōu)選2-8m ；更優(yōu)選3-6m，最優(yōu)選3_3. 5m，高度在Im以上，優(yōu)選2m以上，更優(yōu)選3m以上。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，氣化爐爐體的高徑比(即氣化爐的高度與氣化爐的 直徑比)設(shè)置為0. 5-4，優(yōu)選為1-3，更優(yōu)選1. 5-2。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案，其中所述爐篦為耐熱鑄鐵材質(zhì)。爐篦設(shè)在進(jìn)風(fēng) 管上，下部與可旋轉(zhuǎn)托盤相連。本發(fā)明的爐篦既用于排灰，也作為氣體分布板，使?fàn)t內(nèi)氣流 均勻，利于氣化反應(yīng)順利進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，氣化爐爐內(nèi)原料床層由下向上分為灰層、氧化層、 還原層、干餾層和干燥層。防腐襯里可設(shè)置在氣化爐內(nèi)的任一層上，優(yōu)選設(shè)置在氧化層、還 原層和干餾層上，更優(yōu)選設(shè)置在氧化層上，最優(yōu)選在氧化層附近高溫區(qū)域設(shè)置防腐襯里。所 述防腐材料可選自含硅防腐材料，采用防腐襯里可有效防止堿金屬元素對(duì)金屬殼體的腐 蝕，延長爐體壽命。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案，其特征在于，利用料斗閘門，計(jì)量加料器和計(jì)量 鎖氣器實(shí)現(xiàn)氣化爐的連續(xù)進(jìn)料，從而提高生產(chǎn)能力。根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)方案，其通過如下方式實(shí)現(xiàn)一種低含氧燃?xì)獾纳a(chǎn)工藝，其特征在于以成型生物質(zhì)(尤其是秸稈)為原料，連 續(xù)從氣化爐上部加入(該原料依靠重力向下移動(dòng))，空氣由下部逆流進(jìn)入氣化爐。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，其中所述的生產(chǎn)工藝還包括將灰渣由下部排出，燃?xì)庥?上部排出。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，氣化爐頂部熱解層和干燥層利用氣體余熱升溫，并降低 熱解氣溫度；底部空氣充足，氧化層燃燒完全；爐篦和灰渣受到空氣冷卻，便于排灰操作穩(wěn) 定。優(yōu)化下部鼓入的空氣流量與加料量的比值，使氣化爐內(nèi)形成穩(wěn)定的還原層，與氧氣充分 反應(yīng)，。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選方案，其特征是通過調(diào)節(jié)下部鼓入的空氣流量與加料量 的比值及混合狀況，使氣化爐內(nèi)形成穩(wěn)定的還原層，與氧氣充分反應(yīng)，將出口燃?xì)庋鹾吭?. 6%以下，便于凈化處理，改善燃?xì)馄焚|(zhì)。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選生產(chǎn)工藝，其特征在于，生物質(zhì)原料連續(xù)從氣化爐上部的加料裝 置(1)加入?？諝庥上虏康目諝膺M(jìn)口(6)逆流進(jìn)入氣化爐?；以上虏康呐呕铱?5)排出。 燃?xì)庥缮喜康娜細(xì)馀懦隹?2)排出。根據(jù)本發(fā)明，作為生物質(zhì)原料，優(yōu)選成型秸稈，可通過成型設(shè)備將其壓縮成尺寸均 一、密度高(lg/cm3以上)、機(jī)械強(qiáng)度高的料塊。成型的生物質(zhì)可以在氣化爐內(nèi)分布均勻，且 利于生產(chǎn)能力的提高。本發(fā)明的氣化爐通過上部進(jìn)料和排氣(燃?xì)?，下部出渣和進(jìn)氣(空氣)，，實(shí)現(xiàn)物 料和氣體反應(yīng)連續(xù)而穩(wěn)定進(jìn)行，便于尺寸放大，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；１景l(fā)明生物質(zhì)固定床氣化爐可 用于大規(guī)模供熱，也可用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電裝置。本氣化爐與現(xiàn)有氣化裝置相比，規(guī)模大，燃?xì)夂趿康?，且自?dòng)化程度高，操作簡 單，便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明氣化爐的總體熱效率和氣化效率高(均可達(dá)70 %以上，優(yōu)選75 % 以上，更優(yōu)選80%以上)，氣化強(qiáng)度至少為IOOm3/(m2h)，優(yōu)選300kg/(m2h)以上，屬大規(guī)模氣 化爐。氣化爐碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%以上，優(yōu)選96%以上，燃?xì)庋鹾靠傻椭?.6%以下，優(yōu)選 0. 5%以下，燃?xì)鉄嶂递^高，生產(chǎn)能力大，操作周期長，燃?xì)馄焚|(zhì)好，便于深度凈化和利用。本發(fā)明的固定床氣化爐具有十分顯著的優(yōu)點(diǎn)(1)采用連續(xù)進(jìn)料的方式，氣化爐內(nèi)徑為2-3. 5m,運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)能力大，氣化強(qiáng) 度高，便于規(guī)?；瘧?yīng)用。(2)宏觀上氣體(空氣或燃?xì)?與固體(原料或灰)逆向接觸，可有效提高熱效 率，使燃?xì)饫鋮s及灰冷卻，便于后續(xù)處理，使空氣和原料加熱，便于反應(yīng)和干燥。(3)采用可轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦，兼為氣體分布板，結(jié)構(gòu)簡單有效，氣流分布均勻，利于氣體和 固體物料接觸并充分反應(yīng)，降低燃料氣中含氧量。(4)秸稈生物質(zhì)壓縮成型后進(jìn)料，可有效改善進(jìn)料均勻程度，并提高聲場能力。(5)鑒于生物質(zhì)堿金屬含量高的特點(diǎn)，為防止金屬腐蝕，采用防腐襯里，有效延長 爐齡，使得氣化爐的使用可延長至少10年，優(yōu)選15年以上。


圖1為固定床生物質(zhì)氣化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各附圖標(biāo)記的含義如下1—進(jìn)料裝置；2——燃?xì)馀懦隹?；3——爐體；4——爐篦；5——排灰口 ；6——空氣進(jìn)口
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明所說的氣化爐的爐體(3)為一個(gè)組合體，由外層金屬殼體和內(nèi) 層耐火防堿金屬腐蝕的襯里組成。氣化爐內(nèi)徑為2-4m，高徑比為0.5-2。氣化爐頂部設(shè)進(jìn) 料裝置(1)，包括料斗間門，計(jì)量加料器和計(jì)量鎖氣器，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料。氣化爐頂部設(shè)燃?xì)?排放口(2)，后可接各種氣體凈化及深加工裝置。氣化爐爐篦(4)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。排灰裝置(5)包括刮刀及灰盤，可有效將灰排出爐外。氣化爐底部設(shè)有空氣進(jìn)口(6)，也可進(jìn) 富氧或純氧。氣化爐爐體還設(shè)有若干其它附件。所說的固定床氣化爐以壓縮成型秸稈生物質(zhì)為原料，生物質(zhì)濕度為5_15%。原 料氣化時(shí)可以空氣、富氧或純氧為氣化劑，氣碳比為1.2-1.8m7kg，優(yōu)選1.3-1.6m7kg， 更優(yōu)選1.48-1.5m7kg;操作溫度為1100-1200°C，更優(yōu)選為1115_1160°C，還更優(yōu)選 1120-1150°C。所生產(chǎn)燃?xì)鉄嶂翟?MJ/kg以上，氧含量在0.6%以下，更優(yōu)選在0.5%以下， 硫、氯含量極低，便于凈化、深加工及利用，利于環(huán)保。實(shí)施例用于發(fā)電的生物質(zhì)氣化爐，爐內(nèi)徑為3m，高為3m，日處理壓縮成型稻稈約為50噸， 以空氣為氧化劑，氣碳比為1. 48m3/kg,生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為98. 7%，氣化強(qiáng)度為298kg/m2h，出 口燃?xì)夂趿繛?lt;0.5%，說明本氣化爐性能優(yōu)良，燃?xì)猱a(chǎn)品質(zhì)量好，效果顯著。
權(quán)利要求
一種大規(guī)模固定床生物質(zhì)氣化爐，其特征在于，所述氣化爐爐體帶有防腐蝕襯里。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐包括加料裝置(1)、爐體(3) 和爐篦(4)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣化爐，其特征在于，所述氣化爐還進(jìn)一步包括燃?xì)馀懦隹?(2)、排灰口 (5)和空氣進(jìn)口(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的氣化爐，其特征在于所述氣化爐爐體的高徑比為0.5-4， 優(yōu)選為1-3，更優(yōu)選1.5-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)的氣化爐，其中所述爐篦為耐熱鑄鐵材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5任一項(xiàng)的氣化爐，其特征在于，所述爐篦設(shè)在進(jìn)風(fēng)管上，下部與可 旋轉(zhuǎn)托盤相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的氣化爐，其特征在于防腐襯里設(shè)置在氧化層、還原層和 干餾層上，更優(yōu)選設(shè)置在氧化層上，最優(yōu)選設(shè)置在在氧化層附近高溫區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的氣化爐，其特征在于所述的加料裝置(1)包括料斗閘門， 計(jì)量加料器和計(jì)量鎖氣器。
9.一種低含氧燃?xì)獾纳a(chǎn)工藝，其特征在于，以生物質(zhì)(尤其是秸稈)為原料，連續(xù)從 氣化爐上部加入，空氣由下部逆流進(jìn)入權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的氣化爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的生產(chǎn)工藝，其中還包括將灰渣由下部排出，燃?xì)庥缮喜颗懦龅牟今R聚ο
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的生產(chǎn)工藝，其特征在于通過調(diào)節(jié)下部鼓入的空氣流量與 加料量的比值及混合狀況，使氣化爐內(nèi)形成穩(wěn)定的還原層，與氧氣充分反應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11任一項(xiàng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，生物質(zhì)原料選自成型秸稈。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12任一項(xiàng)的生產(chǎn)工藝，其特征在于，生物質(zhì)原料連續(xù)從氣化爐上 部的加料裝置(1)加入?？諝庥上虏康目諝膺M(jìn)口(6)逆流進(jìn)入氣化爐?；以上虏康呐呕?口(5)排出。燃?xì)庥缮喜康娜細(xì)馀懦隹?2)排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)(特別是成型秸稈)氣化爐，所說的氣化爐是一個(gè)帶防腐蝕襯里(可有效預(yù)防堿金屬對(duì)爐壁的腐蝕)的固定床氣化爐。包括加料裝置(1)、燃?xì)馀懦隹?2)、爐體(3)、爐箅(4)、排灰口(5)和空氣進(jìn)口(6)等。原料連續(xù)從上部加入，依靠重力向下移動(dòng)，可形成穩(wěn)定的還原層(與空氣中氧氣充分反應(yīng))，灰渣由底部排出；空氣從下部進(jìn)入，燃?xì)鈴纳喜颗懦?。所說的氣化爐內(nèi)徑為3m，高度在3m以上，氣化強(qiáng)度至少為100m3/(m2h)。氣化爐碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)95％，燃?xì)庋鹾靠傻椭?.6％以下。生產(chǎn)能力大，操作周期長，燃?xì)馄焚|(zhì)好，可用于燃燒或發(fā)電。
文檔編號(hào)C10J3/30GK101892084SQ20101025138
公開日2010年11月24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, 吳詩勇, 尉建中, 盛衛(wèi)東, 秦世平, 高晉升 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué);高郵市林源科技開發(fā)有限公司;建設(shè)部沈陽煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院