專利名稱：載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬生物質(zhì)熱解氣化裝置，特別涉及的是載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置。
根據(jù)供熱方式不同，現(xiàn)有生物質(zhì)熱解氣化爐主要分直接傳熱傳質(zhì)和間接供熱兩類。間接供熱的生物質(zhì)氣化爐有；通過壁傳熱供熱的回轉(zhuǎn)爐、流化爐試驗(yàn)裝置；氣體循環(huán)供熱裝置；固體熱載體循環(huán)流化床氣化裝置等。這些氣化裝置可獲得中熱值煤氣，但多數(shù)仍在試驗(yàn)階段。與本實(shí)用新型最接近的技術(shù)有美國Ohio的Battelle-Columbus試驗(yàn)室正在研制的一種生物質(zhì)氣化爐(見


圖1)。這套裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩個(gè)獨(dú)立分開的反應(yīng)器，氣固混合物均在爐外進(jìn)行放風(fēng)分離。在一個(gè)被蒸汽(309)流化和夾帶的氣化器(302)里，生物質(zhì)(301)和循環(huán)熱沙(307)在床底部混合、傳熱、氣化、氣固混合物流出爐頂后在爐外的旋風(fēng)分離器(303)分離，中熱值煤氣(305)經(jīng)換熱后進(jìn)一步凈化得到產(chǎn)品凈煤氣，分離下來的生物質(zhì)半焦和載體沙(308)一起加入燃燒器(306)下部，在那里與從底部鼓入的空氣(310)混合、燃燒、升溫，出爐的氣固混合物也在爐外旋風(fēng)器(304)中分離，被加熱的載體砂(307)重又進(jìn)入氣化器(302)下部，繼續(xù)循環(huán)工作。在國內(nèi)，經(jīng)檢索尚未有采用載體循環(huán)技術(shù)進(jìn)行生物質(zhì)氣化的裝置。另一方面，在固體載體中，以砂子為載體的高濃度氣固混合物，在高線速下磨損能力很強(qiáng)，即使用耐熱不銹鋼制旋風(fēng)分離器筒體，只用幾個(gè)小時(shí)就可能磨穿器壁，影響長期運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，現(xiàn)有相似技術(shù)存在明顯不足，如分體構(gòu)造，散熱面很大，熱損失較大；高濃度氣固混合物的器壁磨損難以避免；操作比較麻煩等。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種能輸送和分離熱載體的構(gòu)件，它們能將氣化器和燃燒器緊湊組裝在一起，使該裝置能從生物質(zhì)中高效地獲得中熱值煤氣，并減少構(gòu)件磨損，達(dá)到長期穩(wěn)定工作。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)一種載體循環(huán)生物質(zhì)氣化裝置，主要由氣化器(2)、燃燒器(9)、旋風(fēng)分離器(6)、加料器(3)組成，裝置內(nèi)有熱載體，加料器(3)位于氣化器(2)的側(cè)壁，氣化器(2)下端裝有氣化器分布斗(1)，其上端面是氣體分布板(11)，燃燒器(8)下部裝有空氣進(jìn)風(fēng)斗(10)，其上端面是空氣分布板(16)，組裝在一個(gè)爐殼內(nèi)的氣化器和燃燒器下部通過一個(gè)可以使氣化器中載體和未反應(yīng)的生物質(zhì)半焦以濃相方式流向燃燒器的物流控制機(jī)構(gòu)(9)連接，燃燒器的頂部裝有可使載體與燃燒煙氣分離的分離機(jī)構(gòu)(7)，分離機(jī)構(gòu)的下端安裝熱砂下料管(5)，熱砂下料管的下口接至氣化器側(cè)壁的中部，熱砂下料管上裝有調(diào)節(jié)閥(4)，分離機(jī)構(gòu)的上側(cè)壁設(shè)有煙氣排出口(13)，氣化器上部煤氣出口與旋風(fēng)分離器(6)入口連接，旋風(fēng)分離器的下料管(12)接至氣化器側(cè)壁。
連接氣化器和燃燒器下部的物流控制機(jī)構(gòu)是安裝在氣化器氣體分布板(11)上方的一個(gè)雙錐V型閥(9)，它由左右兩個(gè)緊貼的V型方錐體組成，中間有隔板，隔板上部是通道，每個(gè)錐體下方各有一個(gè)側(cè)孔分別和氣化器、燃燒器相通。
燃燒器頂部的分離機(jī)構(gòu)是折流式慣性分離器(7)，在分離器頂部靠近氣流入口處設(shè)有擋體(14)，擋體的側(cè)壁與氣流入口(15)的壁面垂直，擋體的下端與呈斜面的內(nèi)壁間有通道。
熱載體可以是普通的河砂、鎂砂，也可以是符合粒度要求的石灰石，白云石等固體介質(zhì)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型物料輸送控制構(gòu)件和一種物料分離構(gòu)件。這兩種構(gòu)件從氣化器、燃燒器的下部和上部將兩個(gè)反應(yīng)器緊湊組裝在一個(gè)爐殼內(nèi)，可用耐火混凝土整體澆筑而成。緊湊的組合式結(jié)構(gòu)，使散熱面積減少，熱損失降低，系統(tǒng)自身的熱量就可充分利用，因此熱效率高，能從生物質(zhì)中高效獲得中熱值煤氣。
2.物料輸送控制構(gòu)件采用雙錐V型閥，既保證了熱載體顆粒從氣化器以濃相送入燃燒器，又可制止氣固混合物倒流，避免了燃燒器中氣體倒竄入氣化器，實(shí)現(xiàn)了氣化和燃燒氣流的安全分流，提高了氣化器出口煤氣的濃度。
3.物料分離構(gòu)件設(shè)計(jì)的是折流式的慣性分離器，具有慣性分離和重力沉降雙重作用。這種結(jié)構(gòu)流體流速低阻力小，因有氣墊層保護(hù)，對器壁的磨損也小，氣固分離效率高，滿足了載體循環(huán)的要求，因此使本裝置能長期穩(wěn)定工作。
4.根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思，制造了一臺(tái)載體循環(huán)的熱解氣化爐，并進(jìn)行了多次的運(yùn)轉(zhuǎn)。該裝置實(shí)現(xiàn)了熱載體砂的循環(huán)流動(dòng)和多種生物質(zhì)的熱解氣化，操作連續(xù)穩(wěn)定。以木屑為原料進(jìn)行的氣化，獲得了熱值為10.9-12.9MJ/Nm3的煤氣，產(chǎn)氣量超過83Nm3/h，氣化效率大于62.8％，炭轉(zhuǎn)化率大于74％，這套裝置所產(chǎn)煤氣的熱值是一般直接空氣氣化爐的2-2.5倍。與國外的類似載體循環(huán)制中熱值煤氣氣化爐試驗(yàn)結(jié)果相比碳轉(zhuǎn)化率要高5-15個(gè)百分點(diǎn)。且經(jīng)過累計(jì)約500小時(shí)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，V型閥工作正常，氣固分離效果較好，未發(fā)現(xiàn)明顯的磨蝕現(xiàn)象。
附
圖1.現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖附圖2.載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置示意圖附圖3.雙錐V型閥剖面圖附圖4.雙錐V型閥A向側(cè)視圖以下通過實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步介紹。
根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思，設(shè)計(jì)了一臺(tái)載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化爐，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。氣化器截面呈方形470×470mm，高約3.5米，燃燒器截面200×200mm，高4.9米。燃燒器頂部裝有可使載體與燃燒煙氣分離的折流式慣性分離器7，位于氣化器和燃燒器下部的物流控制機(jī)構(gòu)是一個(gè)雙錐V型閥9。調(diào)節(jié)閥用滑閥4代替。生物質(zhì)采用木屑，每小時(shí)加入95公斤。從加料器3進(jìn)入氣化器2與從滑閥4控制流入的循環(huán)熱砂混合，并被從分布斗1經(jīng)氣體分布板11進(jìn)入的蒸汽或蒸汽與空氣混合物所流化，發(fā)生熱解氣化，產(chǎn)生的粗煤氣流出氣化器后進(jìn)入旋風(fēng)分離器6，進(jìn)行氣固分離。粗煤氣流出去進(jìn)一步凈化，少量生物質(zhì)半焦從旋風(fēng)分離器6的下降管12處返回氣化器。氣化器里被稍微冷卻的載體砂和大量半焦以濃相通過雙錐V形閥9進(jìn)入燃燒器8，在那里與從進(jìn)風(fēng)斗10經(jīng)過空氣分布板16進(jìn)入的空氣混合燃燒，載體砂被重新加熱，半焦基本上被燒盡，燃燒尾氣和已再熱的載體砂在折流式慣性分離器7中分離，尾氣經(jīng)換熱后放空，灼熱的載體砂通過熱砂下料管5經(jīng)滑閥4控制，再一次進(jìn)入氣化器2，如此繼續(xù)循環(huán)。載體用普通河砂，平均粒徑0.28mm。氣化器煤氣線速0.6m/s，燃燒器煙氣線速4-5m/s。氣化器下部通入蒸汽52公斤/h，空氣19Nm3/h，得干煤氣83Nm3/h，熱值為12.9MJ/Nm3，氣化效率到62.8％，碳轉(zhuǎn)化率74.2％。設(shè)備循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。
由于篩選了合適的載體砂粒度，和規(guī)定了適宜的氣化器和燃燒器操作氣速，既使生物質(zhì)原料在氣化器內(nèi)保持良好的鼓泡流態(tài)化狀態(tài)，又使絕大部分載體砂和未反應(yīng)的半焦只能從V閥以濃相方式流向燃燒器下部。而熱解氣化生成的煤氣，從氣化器上部出口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，其中只有極少量夾帶的細(xì)焦粉在此分離，并返回氣化爐，因半焦是疏松的炭質(zhì)粉粒，硬度很小，因此減輕了對器壁的磨損。在快速流態(tài)化燃燒器內(nèi)，載體砂和半焦全部隨空氣并流向上，一邊燃燒，一邊被加熱，到達(dá)燃燒器頂卻時(shí)，半焦大部分被燒盡，載體砂已經(jīng)被加熱到要求的溫度。當(dāng)氣固混合物從燃燒器的上部流出進(jìn)入折流式慣性分離器時(shí)，由于擋體的側(cè)壁與氣流入口15的壁面垂直，在擋體的作用下，使氣固混合物被迫向下流動(dòng)，在重力作用下，部分粗粒首先沉降后沿斜面向下滑動(dòng)，存留在氣體中的部分顆粒在擋體下端氣體拐彎時(shí)受離心力作用而甩向斜壁，由于繞過擋體后橫截面擴(kuò)大，上流氣體線速變小，又有一些細(xì)粉被沉降分離，在多重作用下達(dá)到高效分離的目的。所選擇的循環(huán)載體砂在此分離器中幾乎全部從氣流中分出，落入下料管內(nèi)，再經(jīng)滑閥流入氣化器中部，供生物質(zhì)氣化器用熱。
圖3、圖4示出雙錐V形閥剖面和其A向側(cè)視圖。雙錐V型閥由左右兩個(gè)緊貼的V型方錐體組成，中間有隔板91，隔板上部是通道，該閥在氣化器和燃燒器的下部、氣體分布板11的上面，將二者連接到一起，每個(gè)錐體的下方各有一個(gè)側(cè)孔92、93分別和氣化器、燃燒器相通，氣化器中被氣流挾持的載體砂和大量半焦從92側(cè)孔進(jìn)入后由隔板上部通道流過。因?yàn)槭荲型閥，隔板橫截面逐漸擴(kuò)大，使氣速不斷降低，混合物空隙度變小，密度增加，形成移動(dòng)式濃相穩(wěn)定上移，在V形閥頂端的轉(zhuǎn)折抑制了氣體的短路，隨后在另一側(cè)V型方錐體中下移，再從93側(cè)孔進(jìn)入燃燒器8。
實(shí)施例2設(shè)備與載體與例1相同，木屑加料率為86Kg/h，氣化爐通蒸汽39Kg/h，空氣33Nm3/h，得干煤氣102.8Nm3/h，熱值為11.87MJ/Nm3，氣化效率63.7％，碳轉(zhuǎn)化率78.5％，整套設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好。
權(quán)利要求1.一種載體循環(huán)生物質(zhì)氣化裝置，主要由氣化器(2)、燃燒器(8)、旋風(fēng)分離器(6)、加料器(3)組成，裝置內(nèi)有熱載體，加料器(3)位于氣化器(2)的側(cè)壁，氣化器(2)下端裝有氣化器分布斗(1)，其上端面是氣體分布板(11)，燃燒器(8)下部裝有空氣進(jìn)風(fēng)斗(10)，其上端面是空氣分布板(16)，其特征在于組裝在一個(gè)爐殼內(nèi)的氣化器和燃燒器下部通過一個(gè)物流控制機(jī)構(gòu)(9)連接，燃燒器的頂部裝有分離機(jī)構(gòu)(7)，分離機(jī)構(gòu)的下端安裝熱砂下料管(5)，熱砂下料管的下口接至氣化器側(cè)壁的中部，熱砂下料管上裝有調(diào)節(jié)閥(4)，分離機(jī)構(gòu)的上側(cè)壁設(shè)有煙氣排出口(13)，氣化器上部煤氣出口與旋風(fēng)分離器(6)入口連接，旋風(fēng)分離器的下料管(12)接至氣化器側(cè)壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置其特征在于連接氣化器和燃燒器下部的物流控制機(jī)構(gòu)是安裝在氣化器氣體分布板(11)上方的一個(gè)雙錐V型閥(9)，它由左右兩個(gè)緊貼的V型方錐體組成，中間有隔板，隔板上部是通道，每個(gè)錐體下方各有一個(gè)側(cè)孔分別和氣化器、燃燒器相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置，其特征在于燃燒器頂部的分離機(jī)構(gòu)是折流式慣性分離器(7)，在分離器頂部靠近氣流入口處設(shè)有擋體(14)，擋體的側(cè)壁與氣流入口(15)的壁面垂直，擋體的下端與呈斜面的內(nèi)壁間有通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置，其特征在于熱載體可以是普通的河砂、鎂砂，也可以是符合粒度要求的石灰石，白云石固體介質(zhì)。
專利摘要本實(shí)用新型屬生物質(zhì)熱解氣化裝置，具體是載體循環(huán)生物質(zhì)熱解氣化裝置。組裝在一個(gè)爐殼內(nèi)的氣化器和燃燒器下部通過物流控制機(jī)構(gòu)連接，燃燒器的頂部裝有分離機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的下端安裝熱砂下料管，接至氣化器側(cè)壁的中部，其上側(cè)壁設(shè)有煙氣排出口，氣化器上部煤氣出口與旋風(fēng)分離器入口連接，旋風(fēng)分離器的下料管接至氣化器側(cè)壁。組合式的結(jié)構(gòu)使散熱面積小，熱損失低，熱效率高，能從生物質(zhì)中高效獲得中熱值煤氣。構(gòu)件磨損小，裝置能長期穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)C10B53/00GK2252813SQ9620938
公開日1997年4月23日 申請日期1996年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月16日
發(fā)明者姚建中, 王風(fēng)鳴, 李佑楚, 劉淑娟, 韓鎧, 王峰, 李桂蘭, 米文生 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所