技术领域
[0001] 本
发明涉及一种生物质气化及
工业窑炉供热领域，尤其涉及一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统及其应用。
背景技术
[0002] 随着化石
能源的大量使用带来的环境问题的日益严重，
可再生能源的开发利用广泛开展。生物质能作为一种可再生的清洁能源，灰、氮、硫含量低，作为
燃料燃烧时硫化物、氮
氧化物、
烟尘少，并可实现二氧化
碳零排放，越来越受到重视。生物质气化技术是将固态生物质转换为生物质燃气的一种技术，生物质燃气相比于生物质，主要优点是生物质燃气的利用效率更高、用途广泛。在工业应用中可用于供热、发电以及合成化学制品等。
[0003] 目前，生物质气化时，主要采用自供热模式，通过气化剂空气与生物质原料在氧化区的放热反应提供整个生物质气化反应所需的热量。空气与生物质原料放热反应的热化学方程式包括：
[0004] C(s)+O2(g)→CO2(g) △H＝-408.177kJ/mol；
[0005] 2C(s)+O2(g)→2CO(g) △H＝-246.034kJ/mol。
[0006] 以空气作为气化剂时不可避免地带入了N2，导致生物质燃气N2含量高达50％，燃气热值偏低，约为1200kCal/Nm3，达不到一些需要高温的应用的要求。例如，工业窑炉对燃料的燃烧
温度一般要求1300℃以上，而目前生产的生物质燃气燃烧温度为1050℃～1150℃，无法达到工业窑炉部分区段和时段的温度要求，在应用过程中会延长工业窑炉的工作时间，降低生产总量。
[0007] 减少生物质燃气中N2的含量，提升生物质燃气的热值，可以有效的扩宽生物质燃气的应用范围。
现有技术中，为了满足高温应
用例如工业窑炉、有色金属
冶炼反射炉应用的要求，可以采用以富氧空气作为气化剂的工艺，但燃气的制备系统需要增加富氧控制制备装置，例如变压
吸附技术工艺装置或膜吸附技术工艺装置，使生物质燃气制备系统复杂化，生产成本提高。
发明内容
[0008] 针对上述问题，本发明提供了一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统，以约350℃的热空气作为气化剂，无需使用富氧空气；以外热源通过换热器换热的方式为生物质气化系统提供部分热量，一定程度上减少气化反应器内气化剂如空气与生物质原料反应放热，显著地减少气化剂的用量，提高生物质燃气的热值。并同时提供了所述的流化床气化系统供热于工业窑炉的应用。
[0009] 本发明采用的技术方案是：
[0010] 提供一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统，包括流化床气化装置、旋
风分离器和绝热燃烧装置；
[0011] 所述流化床气化装置由下至上依次设有燃气风室、燃气布风板、进料口和返料口、气化剂风室、烟气换
热管、第一燃气出口；
[0012] 所述旋风分离器上端一侧设有切向的进气口，所述进气口与所述第一燃气出口连接；
[0013] 所述旋风分离器上端中间设有第二燃气出口，所述第二燃气出口连接有第一燃气支管、第二燃气支管和第三燃气支管；所述第一燃气支管与所述燃气风室连接；
[0014] 所述旋风分离器下端设有出料口，所述出料口与所述返料口之间通过返料管连接；
[0015] 所述绝热燃烧装置设有第一
燃烧器和
燃烧室，所述第一燃烧器与所述第二燃气支管连接，所述第一燃烧器还连接有助燃风机；所述燃烧室上设有烟气出口，所述烟气出口与所述烟气换热管连接。
[0016] 所述流化床气化装置以经过所述旋风分离器、由所述第一燃气支管通入的燃气作为流化气体，以空气为气化剂，以空气与生物质反应的放热以及烟气换热管
传热为热源。所述烟气换热管的高温烟气来源于所述的绝热燃烧装置，所述的绝热燃烧装置以由第二燃气支管通入的燃气作为燃料。
[0017] 进一步地，所述气化剂风室为环形，位于进料口上方400mm处；所述烟气换热管
水平布置，位于气化剂风室上方600mm处。
[0018] 进一步地，所述燃烧室设有耐火层，耐火层耐温不低于1000℃；所述的烟气换热管耐温不低于1000℃。
[0019] 进一步地，所述流化床气化系统还包括气化剂预热器，所述气化剂预热器包括第一烟气通道和气化剂通道，所述第一烟气通道与所述烟气换热管连接，所述气化剂通道与所述气化剂风室连接。所述烟气换热管排出的烟气与进入气化剂风室的空气在预热器内间接换热，提高余热利用率。更进一步地，所述第一烟气通道中烟气流动方向与所述气化剂通道中气化剂流动方向相反，通过逆向换热进一步提高换热效率。
[0020] 进一步地，所述流化床气化系统还包括螺旋干燥器，所述螺旋干燥器与所述进料口连接。更进一步地，所述螺旋干燥器内设有可与所述螺旋干燥器换热的第二烟气通道，所述第二烟气通道与所述第一烟气通道连接。经预热器后的烟气再用于干燥生物质，进一步提高余热利用率。更进一步地，所述第二烟气通道中烟气流动方向与所述螺旋干燥器中生物质原料的输送方向相反。
[0021] 本发明进一步提供上述的一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统供热于工业窑炉的应用，在所述第三燃气支管末端设有工业窑炉，所述工业窑炉上设有第二燃烧器，所述第二燃烧器与所述第三燃气支管连接；所述工业窑炉设有烟气排出管道和助燃空气进入管道，所述烟气排出管道和助燃空气进入管道通过换热器进行换热。
[0022] 燃气经工业窑炉燃烧器与助燃空气混合、燃烧，供热于工业窑炉，排出温度达800℃以上的烟气，高温烟气经换热器加热助燃空气后降温至400～450℃排出。助燃空气预热至350℃。
[0023] 进一步地，所述换热器为
蓄热式换热器。
[0024] 可根据不同工业窑炉对燃烧温度的要求，调整气化剂与生物质反应的供热以及烟气换热管传热的比例，获得不同热值的生物质燃气，以满足工业窑炉的要求。
[0025] 本发明能够取得以下有益效果：
[0026] (1)以高温烟气经烟气换热管传热作为生物质气化系统的热源之一，有效减少气化系统气化剂空气的用量，获得高热值生物质燃气，燃气热值最高可提升100％；
[0027] (2)采用绝热燃烧装置获得高温烟气，烟气温度高达1000℃以上，与所述的流化床气化装置内温差大，传热效率高；换热后的烟气可用于加热气化剂以及干燥生物质原料，热量
梯级利用，进一步减少空气的用量；
[0028] (3)高热值的生物质燃气可满足工业窑炉对燃料的要求，简化生物质燃气应用的工艺；可以根据不同工业窑炉对燃料的要求，调整生物质燃气的热值。
附图说明
[0029] 图1是本发明的一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统的示意图。
[0030] 图中，1-流化床气化装置，11-燃气风室，12-燃气布风板，13-进料口，14-返料口，15-气化剂风室，16-烟气换热管，17-第一燃气出口；2-旋风分离器，21-进气口，22-第二燃气出口，23-出料口；3-绝热燃烧装置，31-第一燃烧器，32-燃烧室，33-助燃风机，34-烟气出口；4-第一燃气支管；5-第二燃气支管；6-第三燃气支管；7-返料管；8-气化剂预热器；9-螺旋干燥器；10-工业窑炉；101-第二燃烧器；102-烟气排出管道；103-助燃空气进入管道；
104-换热器。
具体实施方式
[0031] 以下结合
说明书附图对本发明进行详细说明：
[0032] 如图1所示的一种制备高热值生物质燃气的流化床系统，包括流化床气化装置1、旋风分离器2和绝热燃烧装置3；所述流化床气化装置1由下至上依次设有燃气风室11、燃气布风板12、进料口13和返料口14、气化剂风室15、烟气换热管16、第一燃气出口17。
[0033] 所述旋风分离器2上端一侧设有切向的进气口21，所述进气口21与所述第一燃气出口17连接。所述旋风分离器2上端中间设有第二燃气出口22，所述第二燃气出口22连接有第一燃气支管4、第二燃气支管5和第三燃气支管6；所述第一燃气支管4与所述燃气风室11连接；所述旋风分离器2下端设有出料口23，所述出料口23与所述返料口14之间通过返料管7连接。
[0034] 所述绝热燃烧装置3设有第一燃烧器31和燃烧室32，所述第一燃烧器31与所述第二燃气支管5连接，所述第一燃烧器31还连接有助燃风机33；所述燃烧室32上设有烟气出口34，所述烟气出口34与所述烟气换热管16连接。
[0035] 所述气化剂风室15为环形，位于进料口13上方400mm处；所述烟气换热管16水平布置，位于气化剂风室15上方600mm处。所述燃烧室32设有耐火层，耐火层耐温不低于1000℃。所述的烟气换热管16耐温不低于1000℃。
[0036] 所述一种制备高热值生物质燃气的流化床气化系统还包括气化剂预热器8和螺旋干燥器9。所述气化剂预热器8包括第一烟气通道和气化剂通道，所述第一烟气通道与所述烟气换热管16连接，所述气化剂通道与所述气化剂风室15连接。所述第一烟气通道中烟气流动方向与所述气化剂通道中气化剂流动方向相反。所述螺旋干燥器9与所述进料口13连接。所述螺旋干燥器9内设有可与所述螺旋干燥器9换热的第二烟气通道，所述第二烟气通道与所述第一烟气通道连接。所述第二烟气通道中烟气流动方向与所述螺旋干燥器9中生物质原料的输送方向相反。
[0037] 本发明工作时，生物质原料经螺旋干燥器9干燥，经进料口13进入流化床气化装置1；第一燃气支管4内的燃气经风室11并通过燃气布风板12向流化床气化装置1，提供流化气体；空气经过预热器8加热后，经气化剂风室15进入流化床气化装置1，提供气化剂；烟气换热管16内的高温烟气通过间接传热作为流化床气化装置1的部分热源；以空气与生物质反应的放热作为另一部分热源。流化床气化装置1内温度维持在约600℃，气化剂和生物质原料在流化床气化装置1内进行
热解、还原、氧化反应，生成温度约600℃的高热值燃气。
[0038] 流化床气化装置1生成的燃气切向进入旋风分离器2内，分离出物料落入出料口23，沿返料管7至返料口14，进入流化床气化装置1重新气化。经旋风分离器1后的燃气分为三部分：一部分经第一燃气支管4进入流化床气化装置1底部的燃气风室11，作为流化气体循环；一部分经第二燃气支管5至绝热燃烧装置3的燃烧器31，与经助燃风机33输送的助燃空气反应燃烧生成温度高达1000℃以上的高温烟气，高温烟气进入烟气换热管16传热于流化床气化装置1内的物料，烟气温度降至约800℃；一部分生物质燃气经第三燃气支管6应用于后续工艺。
[0039] 经烟气换热管16排出的约800℃的烟气与作为气化剂的空气在预热器8内间接逆向换热，空气升温至约350℃后进入气化剂风室15，烟气经预热器8后降温至400～450℃。400～450℃的烟气进入螺旋干燥装置9间接逆向换热干燥生物质原料，生物质原料水分降至20％以下，烟气降温至约150℃后排出。
[0040] 将上述制备高热值生物质燃气的流化床系统应用于工业窑炉的供热，在所述第三燃气支管6末端设有工业窑炉10，所述工业窑炉10上设有第二燃烧器101，所述第二燃烧器101与所述第三燃气支管6连接；所述工业窑炉10设有烟气排出管道102和助燃空气进入管道103，所述烟气排出管道102和助燃空气进入管道103通过换热器104进行换热。所述换热器104为蓄热式换热器。第三燃气支管6输送的燃气温度约为600℃，与助燃空气反应燃烧供热于工业窑炉10，燃烧温度达1300℃以上，排出的烟气温度高达约800℃。约800℃的烟气经换热器104，将助燃空气预热至约350℃，烟气温度降至400～450℃后排出。
[0041] 换热器104工作时，高温烟气进入换热器104的第一蓄热室，传热于第一蓄热材料，烟气降温后排出；第一蓄热材料升温至设定温度后，旋转烟气切换
阀，高温烟气进入第二蓄热室传热于其内的第二蓄热材料；在高温烟气通过第二蓄热室时，辅助风机提供助燃空气进入第一蓄热室吸热升温，当第一蓄热材料温度降至设定温度后，旋转空气切换阀，空气进入第二蓄热室吸热。如此交替，完成高温烟气与助燃空气的传热。
[0042] 本发明以空气作为气化剂，无需使用富氧空气；以高温烟气为生物质气化系统提供部分热量，一定程度上减少空气与生物质原料反应放热，显著地减少空气的用量，提高生物质燃气的热值。
[0043] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也不超出本发明保护的范围。
