生物质微正压富氧双段气化装置、气化系统、工作方法与流程

1.本发明涉及生物质利用设备技术领域，具体涉及一种生物质微正压富氧双段气化装置、气化系统、工作方法。


背景技术：

2.生物质具有明显的“0碳”属性，以生物质为原料合成化工产品的经济性越发明显。我国作为生物资源丰富的国家，在生物质资料利用上更具潜力与优势。
3.我国生物质资源中农业生物质占比最多，但农作物生物质中灰量大，且钾、钠含量极高，使得其无法在常规煤气化装置中稳定运行。
4.目前运行的气化炉多以空气为气化剂，但其热值较低、氮含量较高，无法与化工工艺进行匹配。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术产生的气化气热值较低、氮含量较高，无法与化工工艺进行匹配的问题，从而提供一种生物质微正压富氧双段气化装置、气化系统、工作方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种生物质微正压富氧双段气化装置，包括：料仓，所述料仓内设有生物质，且在所述料仓的底部设有料锁；低温气化炉，与所述料锁连接，在所述低温气化炉上设有风室，风室中设有点火枪，风室中通入水蒸气和纯氧；床料添加装置，与所述低温气化炉连接；旋风分离器，与所述低温气化炉连接，所述旋风分离器用于分离低温合成气和固体；回料阀，与所述旋风分离器连接，所述固体通过所述回料阀回流至所述低温气化炉；高温气化炉，与所述旋风分离器连接，所述低温合成气进入所述高温气化炉内高温运行，所述低温气化炉和高温气化炉通入蒸汽和纯氧；余热回收装置，与所述高温气化炉连接，所述余热回收装置用于回收所述高温气化炉中排出的高温合成气。
7.进一步地，还包括取料螺旋，所述取料螺旋设于所述料仓和料锁之间。
8.进一步地，还包括料斗和给料螺旋，所述料斗和给料螺旋依次设于料锁与低温气化炉之间。
9.进一步地，点火枪设有风室远离低温气化炉的一端，且在风室内设有均匀布风装置。
10.进一步地，还包括排渣冷却装置，所述排渣冷却装置与所述低温气化炉连接。
11.进一步地，所述高温气化炉的底部设有排灰冷却装置，且在所述排灰冷却装置远离高温气化炉的一端设有排灰锁斗。
12.进一步地，还包括输灰锁斗，所述输灰锁斗设于所述排灰锁斗远离所述高温气化炉的一端。
13.进一步地，还包括净化装置，所述净化装置与所述高温气化炉连接。
14.本发明还提供了一种根据生物质微正压富氧双段气化系统的工作方法，包括：料
仓与大气联通常压运行，收集将要进入气化炉的生物质燃料,将料仓中的生物质料送入料锁中，料锁填装完毕后，通入co2，关闭料锁入口开关，系统升压，当料锁中压力达到要求后，打开出口开关，将料锁中燃料送入低温气化炉中，卸料完毕后，关闭料锁出口开关，关闭co2；点火枪在低温气化炉启动时投用，给生物质燃料点火；低温气化炉采用循环流化床的运行方式，由低温气化炉的炉膛、旋风分离器及回料阀组成循环灰回路，循环灰在低温气化炉中提供气化反应启动热量，使得生物质可以在低温气化炉的炉膛内进行生物燃料的加热、热解、燃烧和气化；炉膛出口未反应完全的生物颗粒，被旋风分离器捕集，与循环灰一起通过回料阀回送至炉膛；其中，低温气化炉采用750～850℃条件下低温运行，碳转化率＞90％，合成气中焦油含量《20g/kg；低温气化炉出口的合成气，以及氧气、水蒸气通过高温气化炉烧嘴，高速(通常大于20m/s)喷入高温气化炉，形成旋风流场进入高温气化炉内；高温气化炉采用1100℃以上的高温运行，运行温度根据灰熔点确定，使合成气中飞灰熔融，聚合在炉底，并通过补充氧气燃烧，降低了合成气中氢气、一氧化碳、甲烷含量，但提高了反应温度，最终在高温气化炉中实现焦油裂解、ch4分解、残碳气化、熔融捕灰；高温合成气进入余热回收装置，将高温合成气中余热进行回收，由于上游高温气化炉内将90％以上的焦油进行分解，因此可以降低换热器壁温，最终排烟温度可降至200℃以下。
15.本发明还提供了一种生物质微正压富氧双段气化系统，包括所述的生物质微正压富氧双段气化装置。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.1.本发明提供的生物质微正压富氧双段气化装置，包括：料仓，所述料仓内设有生物质，且在所述料仓的底部设有料锁；低温气化炉，与所述料锁连接，在所述低温气化炉上设有点火枪，所述点火枪通入水蒸气和纯氧；床料添加装置，与所述低温气化炉连接；旋风分离器，与所述低温气化炉连接，所述旋风分离器用于分离低温合成气和固体；回料阀，与所述旋风分离器连接，所述固体通过所述回料阀回流至所述低温气化炉；高温气化炉，与所述旋风分离器连接，所述低温合成气进入所述高温气化炉内高温运行，所述低温气化炉和高温气化炉通入蒸汽和纯氧；余热回收装置，与所述高温气化炉连接，所述余热回收装置用于回收所述高温气化炉中排出的高温合成气。
18.该生物质微正压富氧双段气化装置采用两段炉气化工艺，第一段采用循环流化床气化炉低温气化，第二段采用旋风炉高温气化。气化剂采用纯氧及水蒸气。气化剂在低温气化炉中作为床料流化介质，在高温气化炉中作为助燃及气化介质。气化炉采用微正压运行参数(20～50kpa)，对给料系统的负担小，对密封设备压力低，同时也有利于降低合成气中ch4含量。低温气化炉采用750～850℃条件下低温运行，同时炉底密相区中高温物料在沸腾的流化状态下运行，因此可避免生物质燃料过热而结焦。高温气化炉采用1100℃以上的高温运行，通过补充氧气燃烧，降低了合成气中氢气含量，提高了反应温度，同时补充部分水蒸气，最终在高温气化炉中实现焦油裂解、ch4分解、残碳气化、熔融捕灰等增益效果。通过高温气化，提高了碳转化率，增加了有效气含量。由于大量的降低了合成气中焦油以及灰尘的含量，因此可以通过余热回收装置降合成气温度降至200℃以下，深度回收合成气余热。经过两级气化产生的合成气，焦油、甲烷含量明显降低，极大的减少下游净化装置的运行负荷，节省生物质整套气化、合成工艺的投资运行成本。通过采用纯氧燃烧、分级气化技术，使得农业生物质可稳定生产高组分合成气，可为生物质基低碳化工材料制备提供可靠保证。
19.2.本发明提供的生物质微正压富氧双段气化装置，还包括料斗和给料螺旋，所述料斗和给料螺旋依次设于料锁与低温气化炉之间。料斗采用罐状结构，上方与料锁连接，下方与给料螺旋连接，采用微正压运行，且压力高压气化炉运行压力。料斗给料来自料锁的间断给入，出料通过给料螺旋联系排除。起到维持给料系统稳定运行的作用。正常运行时需维持一定的料位高度。给料螺旋布置于生物质料斗下方，连续运转，微正压运行，生物质燃料送入低温生物质气化炉中。
20.3.本发明提供的生物质微正压富氧双段气化装置，还包括排渣冷却装置，所述排渣冷却装置与所述低温气化炉连接。排渣冷却装置用于排除炉膛内较大的床料颗粒，控制床料粒度在合理范围内，以便维持气化炉良好的运行状态。
21.4.本发明提供的生物质微正压富氧双段气化装置，该生物质微正压富氧双段气化装置还包括净化装置，所述净化装饰与所述高温气化炉连接。净化装置通过进一步除尘、除焦油以及除酸洗气体等措施对合成气进行净化，满足下游化工工艺要求。
22.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的生物质微正压富氧双段气化装置的原理图。
25.附图标记说明：
26.1、料仓；2、取料螺旋；3、料锁；4、料斗；5、给料螺旋；6、点火枪；7、风室；8、低温气化炉；9、排渣冷却装置；10、旋风分离器；11、回料阀；12、床料添加装置；13、高温气化炉烧嘴；14、高温气化炉；15、排灰冷却装置；16、排灰锁斗；17、输灰锁斗；18、余热回收装置；19、净化装置；20、风机。
具体实施方式
27.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
28.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特
征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
30.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
32.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
33.请参阅图1所示，本发明提供了一种生物质微正压富氧双段气化装置，包括：料仓1，所述料仓1内设有生物质，且在所述料仓1的底部设有料锁3；低温气化炉8，与所述料锁3连接，在所述低温气化炉8上设有风室7，风室7中设有点火枪6，所述风室7通入水蒸气和纯氧；床料添加装置12，与所述低温气化炉8连接；旋风分离器10，与所述低温气化炉8连接，所述旋风分离器10用于分离低温合成气和固体；回料阀11，与所述旋风分离器10连接，所述固体通过所述回料阀11回流至所述低温气化炉8；高温气化炉14，与所述旋风分离器10连接，所述低温合成气进入所述高温气化炉14内高温运行，所述低温气化炉8和高温气化炉14通入蒸汽和纯氧；余热回收装置18，与所述高温气化炉14连接，所述余热回收装置18用于回收所述高温气化炉14中排出的高温合成气。
34.该生物质微正压富氧双段气化装置采用两段炉气化工艺，第一段采用循环流化床气化炉低温气化，第二段采用旋风炉高温气化。气化剂采用纯氧及水蒸气。气化剂在低温气化炉8中作为床料流化介质，在高温气化炉14中作为助燃及气化介质。气化炉采用微正压运行参数(20～50kpa)，对给料系统的负担小，对密封设备压力低，同时也有利于降低合成气中ch4含量。低温气化炉8采用750～850℃条件下低温运行，同时炉底密相区中高温物料在沸腾的流化状态下运行，因此可避免生物质燃料过热而结焦。高温气化炉14采用1100℃以上的高温运行，通过补充氧气燃烧，降低了合成气中氢气含量，提高了反应温度，同时补充部分水蒸气，最终在高温气化炉14中实现焦油裂解、ch4分解、残碳气化、熔融捕灰等增益效果。通过高温气化，提高了碳转化率，增加了有效气含量。由于大量的降低了合成气中焦油以及灰尘的含量，因此可以通过余热回收装置18降合成气温度降至200℃以下，深度回收合
成气余热。经过两级气化产生的合成气，焦油、甲烷含量明显降低，极大的减少下游净化装置19的运行负荷，节省生物质整套气化、合成工艺的投资运行成本。通过采用纯氧燃烧、分级气化技术，使得农业生物质可稳定生产高组分合成气，可为生物质基低碳化工材料制备提供可靠保证。
35.生物质经过上料装置，从料场转运至料仓1中。根据气化工艺，可进行气化的燃料包括稻杆、麦秆、玉米秸秆、稻壳、玉米芯、甘蔗渣等农业生物质以及，木屑、树皮等林业生物质。生物质燃料需要采用成型材料，含水率不高于30％。
36.高温气化炉14烧嘴13布置在高温气化炉14入口，采用多只成对布置，通常为4或6只。低温气化炉8出口的合成气以及氧气、水蒸气通过高温气化炉14烧嘴13，高速(通常大于20m/s)喷入高温气化炉14，形成旋风流场。
37.在一些实施例中，该生物质微正压富氧双段气化装置还包括取料螺旋2，所述取料螺旋2设于所述料仓1和料锁3之间。
38.其中，取料螺旋2布置于料仓1下方，常压运行，配合料锁3间断运行，将料仓1中生物质燃料取出并送入生物质料锁3中。
39.料锁3采用罐状结构，上方设置入口，下方设置出口，并有相应的开关结构，工作时正压/常压间断运行，利用co2进行增压。当常压运行时，出口关闭，入口打开。开启取料螺旋2，将生物质料仓1中的生物质料送入料锁3中。料锁3填装完毕后，停止取料螺旋2，通入co2，关闭料锁3入口开关，系统升压。当料锁3中压力达到要求后，打开出口开关，将料锁3中燃料送入，生物质料斗4中，卸料完毕后关闭料锁3出口开关，关闭co2。
40.在一些实施例中，该生物质微正压富氧双段气化装置还包括料斗4和给料螺旋5，所述料斗4和给料螺旋5依次设于料锁3与低温气化炉8之间。
41.料斗4采用罐状结构，上方与料锁3连接，下方与给料螺旋5连接，采用微正压运行，且压力高压气化炉运行压力。料斗4给料来自料锁3的间断给入，出料通过给料螺旋5联系排除。起到维持给料系统稳定运行的作用。正常运行时需维持一定的料位高度。
42.给料螺旋5布置于生物质料斗4下方，连续运转，微正压运行，生物质燃料送入低温生物质气化炉中。为了防止给料螺旋5过热，在螺旋外部设置有循环冷却水系统(图中未示出)进行降温。
43.在一些实施例中，点火枪6设有风室7远离低温气化炉8的一端，且在风室7内设有均匀布风装置。
44.风室7位于低温气化炉8的炉膛下部，用于将纯氧、水蒸气气化介质进行充分混合，并均匀的送入炉膛。
45.低温气化炉8炉膛下部设有均匀布风装置，并与风室7连接，气化介质通过此结构进入炉膛。生物燃料通过生物质给料螺旋5进入低温气化炉8炉膛。
46.低温气化炉8采用循环流化床的运行方式，由炉膛、旋风分离器10及回料阀11组成循环灰回路，循环灰在气化炉中提供气化反应热量，使得生物质可以在低温气化炉8炉膛内进行生物燃料的加热、热解、燃烧和气化。
47.炉膛出口未反应完全的生物颗粒，被旋风分离器10捕集，与循环灰一起通过回料阀11回送至炉膛。当循环灰存量不足时，通过床料添加装置12进行补充。其中，补充的材料可以为沙子等，主要起到了降温的作用。
48.低温气化炉8采用750～850℃条件下低温运行，碳转化率＞90％，合成气中焦油含量《20g/kg，实现较好的气化效果。同时炉底密相区中高温物料在沸腾的流化状态下运行，因此可避免生物质燃料过热而结焦。
49.在一些实施例中，该生物质微正压富氧双段气化装置还包括排渣冷却装置9，所述排渣冷却装置9与所述低温气化炉8连接。
50.排渣冷却装置9用于排除炉膛内较大的床料颗粒，控制床料粒度在合理范围内，以便维持气化炉良好的运行状态。
51.在一些实施例中，所述高温气化炉14的底部设有排灰冷却装置15，且在所述排灰冷却装置15远离高温气化炉14的一端设有排灰锁斗16。所述输灰锁斗17设于所述排灰锁斗16远离所述高温气化炉14的一端。
52.排灰冷却装置15与高温气化炉14炉膛连接，将熔融的灰冷却，并送至高温气化炉14排灰锁斗16中。
53.排灰锁斗16入口与排灰冷却装置15连接，出口与输灰锁斗17连接。运行时冷灰通过入口联系进入高温气化炉14排灰锁斗16，通过出口间断送入输灰锁斗17中。
54.在一些实施例中，该生物质微正压富氧双段气化装置还包括净化装置19，所述净化装置19与所述高温气化炉14连接。
55.净化装置19通过进一步除尘、除焦油以及除酸洗气体等措施对合成气进行净化，满足下游化工工艺要求。
56.同时，在净化装置19的尾部设置风机20，从而增加了净化装置19的吸力。
57.本发明还提供了一种根据生物质微正压富氧双段气化系统的工作方法，包括：料仓1与大气联通常压运行，收集将要进入气化炉的生物质燃料,将料仓1中的生物质料送入料锁3中，料锁3填装完毕后，通入co2，关闭料锁3入口开关，系统升压，当料锁3中压力达到要求后，打开出口开关，将料锁3中燃料送入低温气化炉8中，卸料完毕后，关闭料锁3出口开关，关闭co2；点火枪6启动低温气化炉8，给生物质燃料点火；低温气化炉8采用循环流化床的运行方式，由低温气化炉8的炉膛、旋风分离器10及回料阀11组成循环灰回路，循环灰在低温气化炉8中提供气化反应热量，使得生物质可以在低温气化炉8的炉膛内进行生物燃料的加热、热解、燃烧和气化；炉膛出口未反应完全的生物颗粒，被旋风分离器10捕集，与循环灰一起通过回料阀11回送至炉膛；其中，低温气化炉8采用750～850℃条件下低温运行，碳转化率＞90％，合成气中焦油含量《20g/kg；低温气化炉8出口的合成气以及氧气、水蒸气通过高温气化炉14烧嘴13，高速(通常大于20m/s)喷入高温气化炉14，形成旋风流场进入高温气化炉14内；高温气化炉14采用1100℃以上的高温运行，运行温度根据灰熔点确定，使合成气中飞灰熔融，聚合在炉底，并通过补充氧气燃烧，降低了合成气中氢气含量，提高了反应温度，同时补充部分水蒸气，最终在高温气化炉14中实现焦油裂解、ch4分解、残碳气化、熔融捕灰；高温合成气进入余热回收装置18，将高温合成气中余热进行回收，由于上游高温气化炉14内将90％以上的焦油进行分解，因此可以降低换热器壁温，最终排烟温度可降至200℃以下。
58.余热回收装置18用于将合成气中余热进行回收，采用余热锅炉的形式，同时工质水采用自然循环形式蒸发。
59.由于高温气化炉14内大量飞灰融聚排除，因此极大的缓解了余热回收装置18的积
灰、腐蚀以及磨损问题，进而大大延长了余热回收装置18的连续运行周期。
60.本发明还提供了一种生物质微正压富氧双段气化系统，包括所述的生物质微正压富氧双段气化装置。
61.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。