熱管供熱式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)熱解系統(tǒng)，特別涉及一種熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解 系統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] (1)以前的氣化爐多采用上吸或下吸式吸入空氣燃燒反應(yīng)物放熱供給熱解，空氣 中的氧反應(yīng)后剩余大量氮?dú)?，使其生成的熱解氣熱值低，為了提高燃?xì)鉄嶂涤眉冄?、氫氣?作為氣化劑會(huì)帶來(lái)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高等缺陷。
[0003] (2)目前的生物質(zhì)氣化爐只能氣化生物質(zhì)，生物質(zhì)的能量密度低，單獨(dú)氣化溫度較 低，并且會(huì)產(chǎn)生很多焦油，而且生物質(zhì)的供給受季節(jié)影響較大。
[0004] (3)在此之前有利用熱管供熱來(lái)間接熱解生物質(zhì)的熱解爐，但其是利用部分熱解 氣燃燒放熱來(lái)加熱熱管，而且只能熱解生物質(zhì)，熱解溫度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，提供熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)。 以生物質(zhì)與煤共熱解技術(shù)為核心，構(gòu)建分布式小型燃?xì)夤┙o系統(tǒng)，為工業(yè)園區(qū)、城鎮(zhèn)居民小 區(qū)以及我國(guó)將大量出現(xiàn)的新型農(nóng)村社區(qū)提供中熱值的工業(yè)及生活燃?xì)狻?br>[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)包括熱解爐、燃燒爐、高溫?zé)峁?、流化床氣體 噴嘴、導(dǎo)料管、燃料噴吹槽、蒸汽盤(pán)管、旋風(fēng)分離器、循環(huán)壓縮機(jī)、換熱器、汽包、汽輪機(jī)、熱解 氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。其特征在于分為上下兩部分，上部為熱解爐，下部為燃燒爐。 熱解爐與燃燒爐由導(dǎo)料管連通。熱管貫穿熱解爐和燃燒爐，在燃燒爐的一段為吸熱段，在熱 解爐的一段為放熱段。
[0008] (1)本發(fā)明的原料是生物質(zhì)與煤的混合物。生物質(zhì)與煤共熱解通過(guò)提高熱解溫度， 不僅可以提高生物質(zhì)的氣化效率，減少焦油的生成，而且可以解決生物質(zhì)供給的季節(jié)性問(wèn) 題，為生物質(zhì)的高效利用提供了一條新的技術(shù)途徑。該氣化爐適用的煤種范圍廣，不需要塊 煤，煤的粒度5_以下都可以，并且最適合用的煤是低變質(zhì)程度的褐煤或長(zhǎng)焰煤等。可以 增大低變質(zhì)程度煤的使用效率，使我國(guó)低變質(zhì)程度煤含量高，用途少的問(wèn)題得到了一定程 度的解決。另外，研究表明富含堿金屬的生物質(zhì)可以對(duì)煤的氣化產(chǎn)生催化作用。
[0009] (2)本發(fā)明采用的高溫?zé)峁苁且环N以堿金屬（鋰、鈉、鉀等）、鎂或其兩種和兩種以 上合金作為工作介質(zhì)的熱管，其沸點(diǎn)高，則上傳溫度高，熱解溫度高，從而熱解氣的熱值高。
[0010] (3)本發(fā)明利用水蒸汽作為和循環(huán)加壓后的部分熱解氣作為熱解爐的流化介質(zhì)， 減少了水蒸汽用量，從而有效控制了熱解氣冷凝廢液的排放量。其中水蒸汽作為氣化劑，由 高溫?zé)峁芴峁峤馑锜崃浚瑢?shí)現(xiàn)了間接熱解，即水蒸汽作為熱解反應(yīng)的原料與高溫的碳 反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，且不會(huì)轉(zhuǎn)變成二氧化碳，提高了熱解氣中有效成分，從而提高了 熱解氣熱值。
[0011] (4)本系統(tǒng)能充分利用熱解氣、煙氣的余熱產(chǎn)生水蒸氣，并利用半焦燃燒產(chǎn)生的一 部分熱量加熱熱管，另一部分用于發(fā)電供熱，灰渣的熱量還可以預(yù)熱空氣，達(dá)到了熱量的充 分利用。
[0012] 本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，可靠性能高，環(huán)保且適應(yīng)新農(nóng)村建設(shè)形勢(shì)的 生物質(zhì)與煤間接共熱解系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1--本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖
[0014] 圖2--原料的兩種進(jìn)料方式
[0015] 其中（a)為螺旋進(jìn)料，(b)為循環(huán)熱解氣進(jìn)料
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：
[0017] 本發(fā)明是熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)，上端是熱解爐，其中包括進(jìn)料口 1，本發(fā)明進(jìn)料有兩種形式（見(jiàn)圖2)，氣化劑水蒸汽25從圓錐噴頭21噴入，熱解氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾 砂層4、旋風(fēng)分離器5和換熱器6后一部分凈化供給用戶(hù)，另一部分經(jīng)冷卻器7，氣液分離器 8，過(guò)濾器9和循環(huán)壓縮機(jī)10再進(jìn)入熱解爐2。下端是燃燒爐20，分為煙氣段22，稀相換熱 段23，密相燃燒段24，熱管3貫穿熱解爐2和燃燒爐20，其放熱端在煙氣段22，導(dǎo)料管11 連通熱解爐2和燃燒爐20，下面為燃料噴吹槽12，灰渣向下進(jìn)入集灰斗13，外壁設(shè)有集灰 斗夾套14，28排灰，空氣27由集灰斗夾套進(jìn)入燃燒爐20，脫鹽水26經(jīng)布置在稀相換熱段 23的蒸汽盤(pán)管15產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽包16，燃燒爐20產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入煙氣夾套17，經(jīng)旋風(fēng)分 離器5進(jìn)入廢熱鍋爐18產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入汽包16，產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)19發(fā)電供熱。
[0018] 具體步驟如下：
[0019] 1、熱解：熱解爐2采用鼓泡床。生物質(zhì)和煤從進(jìn)料口 1進(jìn)入熱解爐進(jìn)行熱解，熱解 需要的熱量由熱管3提供。熱解氣經(jīng)過(guò)砂層4進(jìn)入旋風(fēng)分離器5，經(jīng)分離后的氣體先通過(guò)熱 交換器6換熱，然后一部分熱解氣經(jīng)過(guò)凈化后儲(chǔ)存到氣柜供給用戶(hù)，另一部分經(jīng)冷卻器7、 氣液分離器8、過(guò)濾器9后，再經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)10壓縮后與水蒸氣一起作為流化介質(zhì)注入熱解 爐。
[0020] 2、燃燒：燃燒爐20采用流化床。熱解爐熱解后的半焦通過(guò)導(dǎo)料管11落入燃料噴 吹槽12，流化介質(zhì)空氣經(jīng)集灰斗13外的夾套14預(yù)熱后吹入燃燒爐，半焦燃燒放熱并產(chǎn)生煙 氣。脫鹽水經(jīng)布置在燃燒爐稀相換熱段的蒸汽盤(pán)管15形成高壓蒸汽進(jìn)入汽包16。煙氣向 上經(jīng)過(guò)熱解爐外壁煙氣夾套17后進(jìn)入廢熱鍋爐18產(chǎn)生中壓蒸汽進(jìn)入汽包。
[0021] 3、發(fā)電供熱：汽包的蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)19進(jìn)行發(fā)電，剩余的給用戶(hù)供熱。
[0022] 補(bǔ)充說(shuō)明：
[0023] 1.進(jìn)料的有兩種方式：一種是將一定粒度的生物質(zhì)與煤的混合物加入到位于熱 解爐2上端的進(jìn)料倉(cāng)，經(jīng)螺旋式加料機(jī)進(jìn)料（附圖2a)。螺旋式加料機(jī)全封閉，避免粉塵溢 散，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，維持熱解爐進(jìn)料的穩(wěn)定；另一種是經(jīng)循環(huán)熱解氣的輸送進(jìn)入熱解爐， 與水蒸氣分開(kāi)輸送，避免堵塞。吹入式進(jìn)料可減少對(duì)環(huán)境的污染（附圖2b)。
[0024] 2.水蒸氣通過(guò)錐形噴頭吹入熱解爐內(nèi)，將物料流化。錐形噴頭的錐面上均勻分布 有凸出錐面的噴嘴，可以有效防止床層下落的顆粒堵塞噴嘴，同時(shí)氣流可以將下落的半焦 顆粒吹向兩側(cè)，有利于熱解爐半焦落入導(dǎo)料管。
[0025] 3.熱解溫度的調(diào)節(jié)方式如下：
[0026] (1)由原料的碳氧比，即調(diào)節(jié)生物質(zhì)與煤進(jìn)料比例來(lái)確定熱解爐的溫度，隨著生物 質(zhì)摻入量增多，熱解所需的溫度呈下降趨勢(shì)；
[0027] (2)通過(guò)調(diào)節(jié)通入水蒸氣的量來(lái)調(diào)節(jié)熱解溫度，水蒸氣通入量越多溫度越低；
[0028] (3)通過(guò)控制盤(pán)管內(nèi)脫鹽水的流量來(lái)調(diào)節(jié)燃燒爐溫度，進(jìn)而控制熱解爐的溫度。
[0029] 4.由于使反應(yīng)物流化時(shí)需要的大量水蒸汽對(duì)于熱解反應(yīng)是過(guò)量的,所以使一部分 熱解氣循環(huán)進(jìn)入熱解爐當(dāng)做流化介質(zhì)，既可以保證流化介質(zhì)的吹入量又可以有效減少熱解 氣冷凝廢水的產(chǎn)生。
[0030] 5.燃燒爐的直徑向上變大，使稀相的流化速度進(jìn)一步降低，減少了布置在稀相的 蒸汽盤(pán)管的磨損。而熱管布置在稀相上的煙氣中，上傳煙氣的熱量，也可減少其磨損，并使 得密相床內(nèi)物料更密集，提高了燃燒爐的安全性和穩(wěn)定性。
[0031] 6.熱解爐頂部設(shè)有砂層4，氣體經(jīng)過(guò)砂層可濾去大部分焦油和粉塵。
[0032] 7.高溫?zé)煔饨?jīng)熱解爐的煙氣夾套可進(jìn)一步給熱解供熱。
[0033] 8.半焦燒完后的灰溫度較高，空氣經(jīng)過(guò)集灰斗外壁夾套被預(yù)熱，可進(jìn)一步回收利 用熱量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 熱管供熱式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)包括熱解爐、燃燒爐、高溫?zé)峁?、流化床?體噴嘴、導(dǎo)料管、燃料噴吹槽、蒸汽盤(pán)管、旋風(fēng)分離器、循環(huán)壓縮機(jī)、換熱器、汽包、汽輪機(jī)、熱 解氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等。其特征在于爐體分為上下兩部分，上部為熱解爐，下部為 燃燒爐。熱解爐與燃燒爐由導(dǎo)料管連通。熱管貫穿熱解爐和燃燒爐，在燃燒爐的一段為吸 熱段，在熱解爐的一段為放熱段。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱解的原 料為生物質(zhì)與煤的混合物，其配比可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于從熱解爐 出去的熱解氣經(jīng)換熱，一部分儲(chǔ)存供給用戶(hù)，另一部分經(jīng)壓縮又噴入熱解爐作為流化介質(zhì)， 稱(chēng)為循環(huán)熱解氣。4. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱解爐 進(jìn)料有兩種方式：一種在熱解爐上端用螺旋進(jìn)料器進(jìn)料；一種在熱解爐下端由循環(huán)熱解氣 帶入。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱解爐煙 氣段和稀相換熱段之和與密相燃燒段的高度之比為4~6,煙氣段與稀相換熱段的高度比 為1~2。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于燃燒爐稀 相換熱段的直徑為密相燃燒段的力倍。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱管的吸 熱段布置在燃燒爐的煙氣段。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱管的工 作介質(zhì)采用堿金屬（鋰、鈉、鉀等）、金屬鎂或其兩種和兩種以上的合金。熱管工質(zhì)的熔點(diǎn)小 于200°C，沸點(diǎn)在800~IKKTC之間。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱解氣在 出熱解爐前經(jīng)過(guò)砂層過(guò)濾。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于熱解爐外 壁設(shè)煙氣夾套給熱解供熱，集灰斗外壁設(shè)夾套預(yù)熱空氣。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)其特征在于燃燒爐稀 相換熱段布置了多層（3~5層）蒸汽盤(pán)管，通過(guò)控制進(jìn)入不同層盤(pán)管的脫鹽水流量，調(diào)節(jié) 稀相換熱段以及煙氣段的溫度，即調(diào)節(jié)了熱管高溫段的溫度，從而調(diào)節(jié)了熱解爐內(nèi)的溫度。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種熱管供熱式流化床生物質(zhì)與煤共熱解系統(tǒng)。本發(fā)明利用熱管供熱式流化床生物質(zhì)與煤共熱解裝置，主體分為兩部分，上面是熱解爐，下面是燃燒爐。高溫?zé)峁艽怪必灤峤鉅t和燃燒爐，在燃燒爐一端是吸熱段，吸收半焦燃燒放出的熱量，然后向上傳遞到熱解爐；在熱解爐的一端是放熱段，放出熱量供生物質(zhì)和煤間接熱解。解決了現(xiàn)有的上吸或下吸式直接熱解產(chǎn)生的熱解氣熱值低的缺陷(可高達(dá)4300kcal/Nm3)。本發(fā)明充分利用灰渣的余熱預(yù)熱空氣，利用熱解氣、煙氣的余熱產(chǎn)生水蒸汽，其中一部分作為熱解氣化劑，另一部分可用于發(fā)電、供熱。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了熱能的多級(jí)利用，且裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱效率高、可靠性能高。
【IPC分類(lèi)】C10B49/10, C10J3/86, C10B53/02, C10J3/56, C10B53/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104974772
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410134860
【發(fā)明人】陳永發(fā), 候天亮, 張勇剛, 王宇, 譚曉霞
【申請(qǐng)人】北京中礦科能煤炭地下氣化技術(shù)研究中心
【公開(kāi)日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2014年4月4日