一种基于热回收的生物质气化系统的制作方法

1.本实用新型涉及能源技术领域，特别是涉及一种基于热回收的生物质气化系统。


背景技术：

2.生物质气化炉是利用农业废弃物和木材废弃物为原料制造燃气的装置，其制造的燃气属于绿色新能源，具有广泛的应用前景。
3.传统的生物质气化炉一般为上吸式，其出口处燃气温度较低，一般在150℃以下。在此温度下，气化过程中产生的焦油以气液两种形态存在。含有气液两种形态焦油的燃气在进入除尘器后，在除尘器内部凝结，并与燃气内的粉尘混合，在除尘器内形成挂壁，堵塞下灰管道。
4.另外，燃气净化排放的废液也因含有焦油而有严重的环境污染性，尽管在生物质气化过程中采取各种措施控制焦油的产生，但实际上气体中的焦油含量仍远远超出应用允许的程度。以最简单的生物质气化发电系统来说，焦油含量在0.02～0.05g/nm3范围内可以被接受，但在没有采用专门的焦油裂解设备的情况下，大部分气化工艺中原始气体中焦油含量在2～50g/nm3之间，净化系统的净化效果至少需要99％～99.9才能达到气化发电的要求。
5.目前的除焦技术包括水洗、过滤或热裂解法。水洗或过滤的方式除焦，只是把焦油从燃气中分离出来，然后作为废物排放掉，其净化效果仅能勉强达到内燃机的要求，但却存在焦油能源浪费和二次污染问题。热裂解法是将大分子量的焦油组分转化成小分子的气态产物，与燃气一起被利用，从而减少焦油总体含量。
6.热裂解法在1100℃以上才能得到较高的转换效率，这实际应用中实现比较困难。催化裂解是在催化剂作用下，把焦油热裂解的温度降低到750～900℃，并提高裂解效率，使焦油在短时间内裂解率达到90％以上。虽然热解温度有了一定的降低，仍然需要高温热源将含焦油的燃气升温至750～900℃，以达到焦油裂解温度。在此过程中需要消耗大量能源，且经过焦油催化裂解装置后的燃气温度仍然会有近900℃的高温，还会增加后续燃气冷却净化系统的投资及运行费用。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是针对现有技术中催化裂解除焦技术中需要消耗大量能源且后续燃气冷却净化系统的投资及运行费用较高的技术缺陷，而提供一种基于热回收的生物质气化系统。
8.为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：
9.一种基于热回收的生物质气化系统，包括用于产生粗品燃气的气化炉、将所述粗品燃气除尘以获得净化燃气的除尘器、将所述净化燃气裂解为裂解燃气的焦油裂解装置和将所述裂解燃气进行进一步处理的净化冷却装置，所述焦油裂解装置内设置有高温热源；所述粗品燃气和所述裂解燃气分别作为冷媒和热媒在热交换器中进行热交换。
10.在上述技术方案中，所述气化炉的气化炉出气口与所述热交换器的冷媒入口相连，所述热交换器的冷媒出口与除尘器进风口相连；除尘器出风口与所述焦油裂解装置的裂解装置进气口相连；所述焦油裂解装置的裂解装置出气口与所述热交换器的热媒入口相连，所述热交换器的热媒出口与净化冷却装置的进气口连。
11.在上述技术方案中，所述焦油裂解装置为催化裂解装置。
12.在上述技术方案中，所述高温热源为电加热、燃煤加热和烟气换热中的一种。
13.在上述技术方案中，所述除尘器为旋风除尘器。
14.在上述技术方案中，所述气化炉内产生的粗品燃气的温度为100℃
‑
200℃。
15.在上述技术方案中，经所述冷媒出口排出的的粗品燃气的温度为400℃
‑
600℃。
16.在上述技术方案中，经所述裂解装置出气口排出的裂解燃气的温度为800℃
‑
900℃。
17.在上述技术方案中，经所述热媒出口排出的裂解燃气的温度为250℃
‑
350℃。
18.在上述技术方案中，所述净化冷却装置包括除尘模块、降温模块和加压模块中的一种或多种。
19.本实用新型的另一方面，上述基于热回收的生物质气化系统的生物质气化方法，包括以下步骤：
20.步骤1：生物质燃料在气化炉内气化产生温度为100℃
‑
200℃的粗品燃气；
21.步骤2：步骤1产生的粗品燃气通过冷媒入口进入热交换器，在热交换器内升温至400℃
‑
600℃后经冷媒出口和除尘器进风口进入除尘器除尘得净化燃气；
22.步骤3：步骤2所得净化燃气经裂解装置进气口进入焦油裂解装置，并在高温热源的加热下升温至800℃
‑
900℃进行催化裂解，得裂解燃气；
23.步骤4：步骤3所得裂解燃气经裂解装置出气口排出并经热媒入口进入热交换器，在热交换器内降温至250℃
‑
350℃；
24.步骤5：降温后的裂解燃气经热媒出口排出并经进气口进入净化冷却装置进行进一步的除尘、降温和加压。
25.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
26.本实用新型提供了一种基于热回收的生物质气化系统，包括气化炉、热交换器、除尘器、焦油裂解装置和净化冷却装置，使气化炉产生的粗品燃气与经焦油裂解装置裂解后的裂解燃气在热交换器内进行热交换，利用裂解燃气的余热对粗品燃气进行加热升温，一方面减少了焦油裂解装置对粗品燃气加热所需热能，另一方面减少了裂解燃气在净化冷却装置内冷却所需的投资及运行费用。
附图说明
27.图1所示为生物质气化系统的结构示意图。
28.图中：1
‑
气化炉,1
‑1‑
气化炉出气口，2
‑
热交换器，2
‑1‑
冷媒入口，2
‑2‑
冷媒出口，2
‑3‑
热媒入口，2
‑4‑
热媒出口，3
‑
除尘器，3
‑1‑
除尘器进风口,3
‑2‑
除尘器出风口，4
‑
焦油裂解装置,4
‑1‑
裂解装置进气口,4
‑2‑
裂解装置出气口，5
‑
净化冷却装置，5
‑1‑
进气口，6
‑
高温热源。
具体实施方式
29.以下结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
30.实施例1
31.一种基于热回收的生物质气化系统，如图1所示：包括用于产生粗品燃气的气化炉1(所述粗品燃气是指气化炉产生的含杂质的燃气)、热交换器2、将所述粗品燃气除尘以获得净化燃气的除尘器3、将所述净化燃气裂解为裂解燃气的焦油裂解装置4和将所述裂解燃气进行进一步处理的净化冷却装置5，所述焦油裂解装置4内设置有高温热源6；所述粗品燃气和所述裂解燃气分别作为冷媒和热媒在热交换器2中进行热交换。
32.所述气化炉1的气化炉出气口1
‑
1与所述热交换器2的冷媒入口2
‑
1相连，所述热交换器2的冷媒出口2
‑
2与除尘器进风口3
‑
1相连；除尘器出风口3
‑
2与所述焦油裂解装置4的裂解装置进气口4
‑
1相连；所述焦油裂解装置4的裂解装置出气口4
‑
2与所述热交换器2的热媒入口2
‑
3相连，所述热交换器2的热媒出口2
‑
4与净化冷却装置5的进气口5
‑
1相连。
33.上述生物质气化系统中引入热交换器2，使气化炉1产生的粗品燃气与经焦油裂解装置4裂解后的裂解燃气在热交换器2内进行热交换，利用裂解燃气的余热对粗品燃气进行加热升温，一方面减少了焦油裂解装置4对粗品燃气加热所需热能，另一方面减少了裂解燃气在净化冷却装置5内冷却所需的投资及运行费用。
34.生物质燃气的比热容为c
燃气
，当未选用本实施例中所述的生物质气化系统时，气化炉1产生的粗品燃气温度在150℃左右，要达到850℃裂解温度，理论上所需热量为(850
‑
150)c
燃气
；当选用本实施例中所述的生物质气化系统时，经热交换器2进行热交换后的粗品燃气温度在450℃左右，要达到850℃裂解温度，理论上所需热量为(850
‑
450)c
燃气
。由此可见，采用本实施例中所述的生物质气化系统所需热量，是不采用本实施例中所述的生物质气化系统所需热量的(850
‑
450)/(850
‑
150)≈57％，系统能耗大幅降低。
35.实施例2
36.本实施例是在实施例1的基础上介绍其优选。
37.作为优选，所述焦油裂解装置4为催化裂解装置。
38.作为优选，所述焦油裂解装置4上设置有高温热源6，所述高温热源6为电加热、燃煤加热和烟气换热中的一种。
39.作为优选，所述除尘器3为旋风除尘器，除尘效果较好。
40.实施例3
41.本实施例是在实施例1的基础上介绍其燃气处理流程及生物质气化方法。
42.生物质气化方法，包括以下步骤：
43.步骤1：生物质燃料在气化炉1内气化产生温度为100℃
‑
200℃的粗品燃气；
44.步骤2：步骤1产生的粗品燃气通过冷媒入口2
‑
1进入热交换器2，在热交换器2内升温至400℃
‑
600℃，其中的焦油以全气态的方式存在；然后经冷媒出口2
‑
2和除尘器进风口进入除尘器3除尘得净化燃气；此过程中去除绝大部分粉尘，且全气态焦油不易在除尘器3内形成凝结挂壁；
45.步骤3：步骤2所得净化燃气经裂解装置进气口4
‑
1进入焦油裂解装置4，并在高温热源6的加热下升温至800℃
‑
900℃进行催化裂解，在高温和催化剂的作用下焦油得以裂
解，裂解产生的气态物质与燃气组成裂解燃气；
46.步骤4：步骤3所得裂解燃气经裂解装置出气口4
‑
2排出并经热媒入口2
‑
3进入热交换器2，在热交换器2内降温至250℃
‑
350℃；
47.步骤5：降温后的裂解燃气经热媒出口2
‑
4排出并经进气口5
‑
1进入净化冷却装置5进行进一步的除尘、降温和加压。
48.裂解燃气在净化冷却装置5内根据用气点的要求利用除尘模块、降温模块和加压模块中的一种或多种进行除尘、降温、加压等，最终输送合格的裂解燃气至用气点。
49.例如，某用气点供应的生物质燃气用于内燃机发电时，一般内燃机对燃气杂质含量要求焦油含量＜20mg/nm3，粉尘含量＜5mg/nm3，燃气温度＜40℃。
50.经热媒出口2
‑
4排出的裂解燃气温度仍有约350℃，因此在配置净化冷却装置5时，选用除尘模块、降温模块和加压模块。具体来说，降温模块包括一级换热降温设备和一级间接冷却设备；除尘模块选用燃气布袋布袋除尘器；加压模块选用燃气加压机。先设置一级换热降温设备，对裂解燃气进行进一步降温至150℃左右，然后经过除尘模块，选用燃气布袋布袋除尘器，去除燃气中99.999％的粉尘；再进入一级间接冷却设备，将燃气温度降至40℃以下，同时将燃气中含有的轻油冷凝排出；最后经过燃气加压机，将燃气压力提高至3～5kpa后输送至用气点，再由用气点供应给燃气内燃机。
51.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。