本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法，屬于生物質(zhì)能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于采用熱裂解法脫除焦油的方法。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)能是太陽能、風(fēng)能、水能等可再生能源中唯一含有碳源、可以儲存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。生物質(zhì)能具有分布廣、儲量大、可再生等優(yōu)點，高效開發(fā)利用生物質(zhì)能源對保障國家能源安全、減少溫室氣體排放都具有重要作用和現(xiàn)實意義。

生物質(zhì)氣化過程中，生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素會熱分解生成生物質(zhì)焦油。生物質(zhì)焦油是一種由芳香烴及其衍生物和多環(huán)芳烴組成的復(fù)雜化合物，可以分析到的組分就達(dá)100多種，還有很多成分難以確定。其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%的大約有7種，分別是苯、萘、甲苯、二甲苯、苯乙烯、酚和茚。生物質(zhì)焦油在200℃以下為液態(tài)，300℃以上呈氣態(tài)，在高溫下能分解成小分子永久性氣體。焦油存在的主要問題包括：1、焦油占可燃?xì)饽芰康?%～10%，在低溫下難以與燃?xì)庖黄鸨蝗紵?，浪費嚴(yán)重；2、焦油在低溫下凝結(jié)成液體，易和水、碳粒等結(jié)合在一起，堵塞輸氣管道，卡住閥門，腐蝕金屬；3、焦油難以完全燃燒，并產(chǎn)生碳黑等顆粒，對燃?xì)庠O(shè)備損害嚴(yán)重；4、焦油及其燃燒后產(chǎn)生的產(chǎn)物對人體是有害的。由此可見，可燃?xì)庵械慕褂途哂邢喈?dāng)大的危害性，是生物質(zhì)氣化應(yīng)用的最大障礙，生物質(zhì)焦油問題一直是國內(nèi)外重點研究和解決的問題之一。

目前常見的焦油脫除方法可分為物理脫除法和熱化學(xué)脫除法，其中物理脫除法采用較多的包括濕法（干濕法）和干法兩大類。濕式除焦法也稱為水洗法，是用水將可燃?xì)庵械牟糠纸褂蛶ё?。該方法存在的缺點有：一、燃?xì)庵腥菀讑A帶液霧，不易將焦油捕集干凈；二、只能在較低溫度下使用，設(shè)備、液體回收及循環(huán)裝置龐大，動力消耗較大；三、含有焦油的廢液霧進(jìn)行后續(xù)處理，難度大，成本高，易造成二次污染。干法除焦是為避免濕式凈化帶來的水污染問題而采用過濾技術(shù)凈化燃?xì)獾姆椒?，但是，在工程?yīng)用中凈化效果不好，焦油沉積嚴(yán)重且粘附焦油的濾料難以處理。

熱化學(xué)脫除法是使焦油在一定的反應(yīng)條件下發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使大分子的焦油轉(zhuǎn)化成小分子的有用氣體，提高生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率和利用率，主要包括熱裂解法和催化裂解法。催化裂解法是指在一定的溫度條件下，通過催化劑的作用，使燃?xì)庵械慕褂头纸獬尚》肿拥臍怏w。焦油的催化裂解是一個復(fù)雜的反應(yīng)過程，在現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用中，催化裂解一般都需要增加獨立的裂解反應(yīng)系統(tǒng)，這樣就大大增加了設(shè)備投資。熱裂解法是指在高溫下把焦油分解成小分子氣體，熱裂解法需要在800℃以上才能得到較高的轉(zhuǎn)換效率，但是，在現(xiàn)有工業(yè)應(yīng)用中，熱裂解時難以形成穩(wěn)定的高溫溫度場，焦油脫除效果不理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決以上技術(shù)上的不足，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法，可形成穩(wěn)定的高溫溫度場，使燃?xì)庵械?8%以上的焦油組分得以去除。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法，主要包括以下步驟：

步驟一，通過環(huán)形燃燒器向氣化爐內(nèi)均勻噴入流速基本相同的氣化劑；

步驟二，氣化劑與氣化爐內(nèi)部分生物質(zhì)燃?xì)馊紵?，通過擴(kuò)散燃燒區(qū)為蓄熱器提供熱量形成穩(wěn)定的高溫溫度場；

步驟三，生物質(zhì)燃?xì)庵械慕褂徒M分在穩(wěn)定的高溫溫度場內(nèi)發(fā)生熱裂解，達(dá)到出爐粗燃?xì)饨褂秃康陀?0mg/nm3。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述氣化劑為空氣或富氧氣體，所述擴(kuò)散燃燒區(qū)內(nèi)燃?xì)獾牧鲃铀俣仁?.1～0.4m/s。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述高溫溫度場的溫度保持在800～1200℃，所述高溫溫度場中燃?xì)馔Ａ魰r間為0.5～2s。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述環(huán)形燃燒器位于蓄熱器的下方，環(huán)形燃燒器與蓄熱器之間形成有擴(kuò)散燃燒區(qū)，所述環(huán)形燃燒器和蓄熱器與氣化爐體同軸，所述環(huán)形燃燒器包括殼體，所述殼體上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)管，所述進(jìn)風(fēng)口連接有漸縮形空腔。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述出風(fēng)管包括上出風(fēng)管和下出風(fēng)管，所述上出風(fēng)管朝上傾斜設(shè)置，下出風(fēng)管朝下傾斜設(shè)置，所述下出風(fēng)管和上出風(fēng)管均設(shè)有閥門。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述上出風(fēng)管沿殼體頂端間隔設(shè)置，所述下出風(fēng)管沿殼體底端間隔設(shè)置。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述殼體包括內(nèi)壁和外壁，所述內(nèi)壁和外壁偏心設(shè)置，所述漸縮形空腔位于內(nèi)壁和外壁之間。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述內(nèi)壁和外壁之間的偏心距e與氣化爐的爐徑d之間的關(guān)系是e=kd，

當(dāng)爐徑d<800mm時，k取值是0.05；

當(dāng)爐徑d的范圍是800≤d＜1500mm時，k取值是0.08；

當(dāng)爐徑d的范圍是1500≤d＜2500mm時，k取值是0.12；

當(dāng)爐徑d的范圍是2500≤d＜4000mm時，k取值是0.15。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述蓄熱器由耐火磚自下向上砌筑形成，同一水平面內(nèi)相鄰耐火磚之間留有通過空隙，所述通過空隙在高度方向上交錯布置。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括：所述蓄熱器包括外蓄熱層和內(nèi)蓄熱層，蓄熱器的工作溫度大于800℃，蓄熱體的高度是600～1000mm。

本發(fā)明的有益效果是：通過環(huán)形燃燒器向氣化爐內(nèi)均勻噴入流速基本相同的氣化劑，可在爐內(nèi)空間快速形成分布均勻的燃?xì)馀c氣化劑混合物，之后引射較少部分的氣化爐內(nèi)高焦油含量的燃?xì)?，在環(huán)形燃燒器和蓄熱體之間的空間形成擴(kuò)散燃燒區(qū)，可避免出現(xiàn)溫度分布不均、局部高溫的問題，產(chǎn)生的煙氣與爐內(nèi)燃?xì)饣旌虾筮M(jìn)入蓄熱體，在蓄熱體形成的穩(wěn)定高溫溫度場作用下，燃?xì)庵械?8%以上的焦油組分得以去除，焦油組分裂解成為小分子不可凝可燃?xì)?，焦油含量低?0mg/nm3的燃?xì)馀懦鰻t外。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明環(huán)形燃燒器的主視示意圖。

圖4是本發(fā)明環(huán)形燃燒器的俯視示意圖。

圖5是本發(fā)明蓄熱體的主視示意圖。

圖6是本發(fā)明蓄熱體的俯視示意圖。

圖7是本發(fā)明的安裝示意圖。

圖中：1、環(huán)形燃燒器，11、進(jìn)風(fēng)口，12、上出風(fēng)管，13、下出風(fēng)管，14、殼體，15、漸縮形空腔，2、擴(kuò)散燃燒區(qū)，3、蓄熱器，31、耐火磚，32、外蓄熱層，33、內(nèi)蓄熱層，34、熱解筒，10、裂解裝置，100、氣化爐，101、原料進(jìn)口，102、出炭口，103、爐排，104、氣化劑進(jìn)口，105、燃?xì)獬隹凇?/p>

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法，主要用于熱裂解法脫除焦油，通過環(huán)形燃燒器和蓄熱體來形成爐內(nèi)穩(wěn)定的高溫溫度場，使焦油組分裂解去除，既可以避免爐外燃?xì)庀礈鞄淼亩挝廴?，又可以充分利用焦油組分的能量。

如圖1所示，本發(fā)明的生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法，主要包括以下步驟：

步驟一，通過環(huán)形燃燒器1向氣化爐100內(nèi)均勻噴入流速基本相同的氣化劑；

步驟二，氣化劑與氣化爐100內(nèi)部分生物質(zhì)燃?xì)馊紵?，通過擴(kuò)散燃燒區(qū)2為蓄熱體3提供熱量形成穩(wěn)定的高溫溫度場；

步驟三，生物質(zhì)燃?xì)庵械慕褂徒M分在穩(wěn)定的高溫溫度場內(nèi)發(fā)生熱裂解，達(dá)到出爐粗燃?xì)饨褂秃康陀?0mg/nm3。

本發(fā)明中，爐內(nèi)環(huán)形燃燒器1的燃料來自爐內(nèi)較少部分焦油含量高的燃?xì)?，使用的氣化劑可以是空氣或富氧氣體，根據(jù)噴入爐內(nèi)的氣化劑的量，會燃燒相應(yīng)量的生物質(zhì)燃?xì)?，使蓄熱體3保持在高溫狀態(tài)并形成穩(wěn)定的高溫溫度場，實踐證明當(dāng)溫度場溫度大于800℃時，燃?xì)庵械慕褂烷_始大量地快速分解，但當(dāng)溫度場溫度超過1200℃時，又會燃燒掉過多的燃?xì)饬?，使燃?xì)鉄嶂涤兴陆?。且在此溫度下，燃?xì)馔Ａ?.5～2s即可裂解燃?xì)庵?8%以上的焦油組分，形成焦油含量低于20mg/nm3的生物質(zhì)燃?xì)馀懦鰻t外。不同溫度工況與停留時間對生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃康挠绊懸姳?所示。

表1不同溫度工況與停留時間對生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃康挠绊?/p>

如圖2至圖7所示，本發(fā)明的生物質(zhì)燃?xì)饨褂徒M分去除方法所使用的裝置，包括環(huán)形燃燒器1和蓄熱器3，該環(huán)形燃燒器1和蓄熱器3均與氣化爐100的爐體同軸，并且從低到高布置，即環(huán)形燃燒器1位于蓄熱器3的下方。

環(huán)形燃燒器1與蓄熱器3之間形成有擴(kuò)散燃燒區(qū)2，擴(kuò)散燃燒區(qū)2的設(shè)置有利于形成穩(wěn)定的燃燒，可避免由于燃燒失控造成的不穩(wěn)定問題。根據(jù)燃?xì)庠跔t內(nèi)的流動速度區(qū)間為0.1～0.4m/s，為保證燃?xì)庠谌紵齾^(qū)有足夠的停留時間以將氣化劑提供的氧燃燒干凈，形成穩(wěn)定的燃燒火焰，得到擴(kuò)散燃燒區(qū)2的高度為400～600mm。具體地，擴(kuò)散燃燒區(qū)2的高度是500mm，即環(huán)形燃燒器1頂部與蓄熱器3底部高度方向間隔高度為500mm。

環(huán)形燃燒器1固定在氣化爐內(nèi)壁面，包括殼體14，該殼體14由耐高溫鋼板材料制成，殼體14上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口11和出風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)口11連接有漸縮形空腔15。具體地，環(huán)形燃燒器1的高度是200mm左右，環(huán)形燃燒器1的頂端和底端分別均布有10～30個上出風(fēng)管12和下出風(fēng)管13。其中，頂端的上出風(fēng)管12傾斜朝上，底端的下出風(fēng)管13傾斜朝下，向上傾斜設(shè)置的上出風(fēng)管屬于正常燃燒狀態(tài)供風(fēng)，向上使部分燃?xì)庠跀U(kuò)散燃燒區(qū)內(nèi)燃燒，傾斜使供風(fēng)形成旋流燃燒更充分；向下傾斜設(shè)置的下出風(fēng)管是為了不正常燃燒時或在初期點火用，燃燒器下方即是料層，向下的供風(fēng)管可以引燃料層的物料形成明火，以使擴(kuò)散燃燒區(qū)的氣體引燃。具體地，在下出風(fēng)管13和上出風(fēng)管12均設(shè)有控制其打開和關(guān)閉的閥門。

環(huán)形燃燒器1的殼體14包括偏心設(shè)置的內(nèi)壁和外壁，即環(huán)形燃燒器1由偏心設(shè)置的外圓和內(nèi)圓構(gòu)成，其中，外圓與氣化爐體同軸，環(huán)形燃燒器1的截面可以是矩形的風(fēng)管，或者設(shè)計成圓形或包含弧線段，本實施例中選用矩形，具有現(xiàn)場焊接安裝方便的優(yōu)點。具體設(shè)計時，環(huán)形燃燒器1的內(nèi)圓和外圓的偏心距e與氣化爐100的爐徑d存在比例關(guān)系，具體參照表2：

表2基于爐徑范圍的偏心距選取表

工作時，環(huán)形燃燒器1進(jìn)風(fēng)口與爐外進(jìn)風(fēng)口相連接，氣化劑由爐外通過環(huán)形燃燒器1的頂、底端的上、下出風(fēng)管噴入爐內(nèi)，環(huán)形燃燒器1內(nèi)部的環(huán)形空間自近爐外進(jìn)風(fēng)口處至遠(yuǎn)爐外進(jìn)風(fēng)口處漸進(jìn)縮小，即殼體14內(nèi)部形成漸縮形空腔15，由于環(huán)形燃燒器1中漸縮形空間的存在，可對環(huán)形燃燒器1內(nèi)氣化劑的流速進(jìn)行干擾和調(diào)整，以保證其頂、底端的各個出風(fēng)管處的氣化劑噴入爐內(nèi)的流速基本相同，利于形成穩(wěn)定的燃燒火焰。并且，將燃燒器設(shè)計成環(huán)形，并在環(huán)形燃燒器上均布有出風(fēng)管，利于在爐內(nèi)各處噴入均勻的氣化劑，以在爐內(nèi)空間快速形成分布均勻的氣化劑與燃?xì)饣旌衔?，利于形成穩(wěn)定的溫度場。

蓄熱器3固定在氣化爐內(nèi)壁面，由蓄熱性能良好的耐火磚31自下向上砌筑而成，砌筑時，同一水平面內(nèi)相鄰耐火磚31之間留有通過空隙，并且，該通過空隙在高度方向上交錯布置，以增大燃?xì)馀c蓄熱器的接觸面積，提高焦油裂解效果。蓄熱器3的高度是800mm左右，工作溫度大于800℃，通流面積依據(jù)燃?xì)庠谛顭崞鲀?nèi)停留時間為0.5～2s而確定。具體地，蓄熱器3包括外蓄熱層32和內(nèi)蓄熱層33，蓄熱保溫效果好。

工作時，將生物質(zhì)原料從氣化爐100的原料進(jìn)口101加入，經(jīng)過熱解筒34向下落，并與從氣化劑進(jìn)口104加入的氣化劑燃燒發(fā)生熱解反應(yīng)，熱解完成后，從出炭口102排出炭，帶有焦油的燃?xì)庀蛏舷冉?jīng)過裂解裝置將焦油去除，最后燃?xì)鈴娜細(xì)獬隹?05排出。在對焦油進(jìn)行裂解時，氣化劑噴入爐內(nèi)后，可引射較少部分的氣化爐內(nèi)高焦油含量的燃?xì)猓诃h(huán)形燃燒器1和蓄熱器3之間的空間形成擴(kuò)散燃燒區(qū)2，產(chǎn)生的煙氣與爐內(nèi)燃?xì)饣旌虾筮M(jìn)入蓄熱器3，在蓄熱器3形成的高溫溫度場作用下，燃?xì)庵械?8%以上的焦油組分得以去除，焦油組分裂解成為小分子不可凝可燃?xì)?，焦油含量低?0mg/nm³的燃?xì)馀懦鰻t外。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。