专利名称：：带余热利用的生物质三段式气流床气化技术的制作方法
技术领域：
：本发明的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，涉及能源化工
技术领域：
；特别涉及生物质的热化学
技术领域：
；尤其涉及生物质气化技术的
技术领域：
；具体涉及带余热利用的生物质气流床气化
技术领域：
。
背景技术：
：生物质中的植物是通过光合作用吸收空气中二氧化碳生成的有机物质，其分布广泛、可利用量大、并且是唯一可再生的含有碳氢组分和热能的、可储存的自然原料；利用生物质进行能源利用和化工生产，具有C02零排放的特征。随着传统化石能源储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，重视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。通过热化学、生物化学等方法，能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料，生产合成柴油/汽油、化工产品以及满足电力需求等等，具有全面替代化石能源的潜力，将成为世界各国优先发展的新能源。将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，在这其中，生物质气化技术与其它技术相比能够适应所有的生物质种类，且具有工业化大型生产的能力。生物质的气化过程是一种热化学过程，是生物质原料与气化剂(空气、氧气、水蒸气、二氧化碳等)在高温下发生化学反应，将固态的生物质原料转变为由碳、氢、氧等元素组成的气体组分的混合气体的过程，该混合气体通常被称为合成气。气化过程产生的合成气的组成随气化时所用生物质原料的性质、气化剂的类别、气化过程的条件以及气化炉的结构不同而不同。而满足用于生产合成柴油/汽油、化工产品合成气一即精制合成气的气化目标在于尽量减少原料和氧化剂(如氧气等)的消耗量以及合成气中的甲烷含量，并且没有焦油产生，同时最大化系统的气化效率、碳转化率以及合成气中有效成分(C0和H》的精制合成气指的是采用气化装置气化而直接得到的合成气的混合物中C0和H2为主要组分，无焦油，(^4含量<0.5%。精制合成气主要用于生产合成柴油/汽油、烯烃、烷烃、石脑油、润滑油，以及作为燃料电池原料等等，适用于生产各种化工产品、以及各种超清洁油品的新能源利用，特别在可再生的生物质能源利用领域，生物质的精制气化技术是生物质化工产业、生物质合成油新能源产业、具有工业化大型生产能力的关键气化技术。目前，生物质气化所使用的气化工艺方法及气化炉大致可以分为三类固定床、流化床和气流床气化技术。固定床气化生产的合成气热值较低，且含有大量焦油；流化床气化对原料的性质很敏感，运行温度较低，出口合成气中焦油含量较高。由于固定床和流化床一般都采用空气作为氧化剂，以及气化压力一般为常压，合成气中含有大量的焦油，在后续设备中不得不安装焦油裂解和净化装置，使得气化工艺变得十分复杂。总而言之，这两种气化方法的核心问题是由于气化平均温度较低，一般气化炉出口温度都不能超过110(TC，而导致焦油产生和合成气中的甲烷含量较高，都不能满足生物质高效气化和生产精制合成气的要求。气流床的气化温度较高，炉内温度比较均匀，焦油在气流床中全部裂解，C仏含量较少，同时气流床具有很好的放大特性，特别适用于大型工业化的应用，是生物质生产精制合成气的最佳方式。但是，生物质气流床气化也有以下四大核心问题需要解决第一，气流床气化对原料的粒径有着严格的限制，进入气流床的原料需要磨成超细的颗粒，然而按照现有的破碎或制粉技术，无法将含纤维较多的生物质原料磨制成满足气流床运行所需的粒径，这就导致了无法将生物质原料直接用于气流床气化。第二，气流床合成气出口温度都很高，一般都在130(TC以上，而合成气的应用还需净化或变换，这需要将合成气的温度降到25(TC左右，这段合成气的余热如果不能充分利用，将导致整个气化系统的效率低下。第三，由于生物质原料的碱金属(K、Na)含量较高，它们在高温时以气态的形式存在，在合成气的降温过程中，在80(TC60(TC区间会凝结为固态而附着于换热器管子壁面，引起受热面管子的碱金属腐蚀和结渣并堵塞合成气通道。第四，由于生物质气化得到的合成气在降温过程中有析碳反应发生，在某一温度区间还将发生剧烈的析碳反应，合成气中的CO反应生成C02和碳黑，从而引起碳转化效率降低和气化效率降低，同时由于碳黑沉积于换热器管子金属表面，引起金属灰化导致金属腐蚀的发生。目前基本上所有的生物质气流床气化技术，针对问题一，一般都是先将生物质进行热解得到热解气和固态炭，然后将热解气和固态炭粉送入气流床中气化。生物质的气流床技术有如同煤粉气化的液态排渣方法，其合成气出口温度一般都控制在1300°C1500。C之间，如申请号为2006101245707、2006101245711的中国专利，以及德国科林公司的Carbon-V气化技术，还有本公司开发的中国专利申请号为200910210433.9的生物质固态排渣高温气流床气化技术。但针对问题二、三、四，目前世界上所有针对生物质气流床气化的技术，或没有很好地利用合成气余热、或没有解决析碳反应的金属灰化问题、或没有较好的方法控制碱金属腐蚀及结渣的发生。为此，本发明根据生物质原料特点，以及需要解决的上述四大问题，在认真而充分的调查、了解、分析、总结上述已有公知技术和现状基础上，针对生物质气流床精制气化要求、余热利用要求、控制合成气析碳反应并防止金属灰化腐蚀、控制生物质碱金属腐蚀并防止碱金属结渣及落渣堵塞合成气通道等问题，开发了"带余热利用的生物质三段式气流床气化技术"，特别适用于生物质的精制气化及生物质合成气余热利用，不仅综合解决了上述四大问题，并可以安全、高效、稳定、低投资地满足生物质的精制气化合成气要求，具有非常重要的意义。
发明内容本发明根据生物质原料特点，针对生物质气流床气化以及合成气在不同温度区间的主要化学反应特点，提供一种"带余热利用的生物质三段式气流床气化技术"。以生物质为原料，原料经热解获得固态炭和热解气，将固态炭研磨后获得炭粉，炭粉由热解气/氮气/二氧化碳气体输送，同时采用氧气为氧化剂，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入气流床中进行气化反应，得到高温合成气，高温合成气的物理热通过气化炉内的换热器将热量传递给水产生过热蒸汽，高温合成气冷却后流出气化炉。本发明创造点在于①、将所述的带余热利用的气流床气化炉装置分成三段，分别为高温气流床、高温换热器、低温换热器；②、在所述高温气流床中，采用固态排渣的气流床气化技术，所述高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，所述高温气流床的合成气出口温度在1280°C132(TC之间；③、在所述高温换热器中，合成气的入口温度在1280°C132(TC之间，出口温度在580°C60(TC之间；所述高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述高温换热器中布置有激冷室和高温过热器，进入所述激冷室的合成气温度在1000°CIIO(TC之间，离开所述激冷室激冷后的合成气温度在700°C80(TC之间；④、在所述低温换热器中，合成气的入口温度在580°C60(TC之间，出口温度在220°C23(TC之间；所述低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述低温换热器中布置有低温过热器和省煤器。本发明的带余热利用的三段式气流床气化技术所采用的气流床气化炉装置可以采用以下三种形式中的任意一种(1)、装置形式一所述带余热利用的三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。(2)、装置形式二所述带余热利用的三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。(3)、装置形式三所述带余热利用的三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。本发明的三段式气流床气化炉装置的炉内壁横截面为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种。本发明的所述高温换热器中，激冷室以水作为激冷剂，合成气在激冷室的停留时间在0.3秒以内，激冷室的激冷喷水方式采用自上向下雾化喷水、或自下向上雾化喷水、或水平环形雾化喷水中的一种，同时对高温过热器受热面管束采用高压蒸汽吹扫方式或采用机械振打方式进行除灰。本发明的三段式气流床气化炉装置中在合成气转向处均采用了整流方法，使合成气进入下一个环节时保持气流均匀分布。通过本发明达到的目的是①、为摆脱传统化石能源储量日益减少及其带来环境污染的窘迫境地，提供新能源利用的技术储备及技术实施；②、充分利用由自然生成、数量大、分布广、可再生的"生物质"新原料，变废为宝并有效地保护环境；③、将整个气化装置分成"高温气流床、高温换热器、低温换热器"的三段有机连接，解决生物质气化和余热利用过程中的各种技术问题，构成了"带余热利用的气流床气化炉装置"新设备，提供了生物质高效气化和合成气余热利用的实施载体；、以高温气流床合成气出口温度控制在"128(TC132(TC之间；高温换热器的合成气出口温度控制在58(TC60(TC之间，其中合成气激冷温度范围从1000°CIIO(TC激冷至700°C800°C;低温换热器的合成气出口温度控制在220°C23(TC之间，构成了可以分别解决在生物质高温气流床气化、余热利用的各阶段温度区间的技术难题的实施条件，提供了实施高温气流床气化以及控制析碳反应、金属灰化腐蚀、碱金属腐蚀的技术条件；⑤、以合成气温度在580°C60(TC为界，将高温换热器和低温换热器分开在不同的合成气通道中，为解决碱金属结渣落渣堵塞合成气通道的技术问题提供了实施条件；⑥、以"生物质固态排渣气流床技术"与"合成气分温度区间余热利用技术"科学有机结合，构成本发明突出的发明创造点；⑦、通过本发明的实验性实施，不仅获得了生物质气流床气化得到CO和H2为主要组分、无焦油丄114含量<0.5%的精制合成气，同时高效地利用合成气余热用来生产过热蒸汽可以用于发电及供热，极大地提高了整个气化系统效率达到94%以上，作为生物质化工产业、生物质合成油新能源产业的技术依托，使其在生产合成柴油/汽油、烯烃、烷烃、石脑油、润滑油、燃料电池原料等等，以及各种化工产品，各种超清洁油品的经济领域发挥应有的作用；⑧、合理利用能源、有效保护环境、提高综合经济效益。为实现上述目的，本发明提供的技术方案为—种带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，以生物质为原料，原料经热解获得固态炭和热解气，将固态炭研磨后获得炭粉，炭粉由热解气/氮气/二氧化碳气体输送，同时采用氧气为氧化剂，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入气流床中进行气化反应，得到高温合成气，高温合成气的物理热通过气化炉内的换热器将热量传递给水产生过热蒸汽，高温合成气冷却后流出气化炉；其发明创造点与实施要点主要体现在①、将所述的带余热利用的气流床气化炉装置分成三段，分别为高温气流床、高温换热器、低温换热器；②、在所述高温气流床中，采用固态排渣的气流床气化技术，所述高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，所述高温气流床的合成气出口温度在1280°C1320。C之间;③、在所述高温换热器中，合成气的入口温度在1280°C132(TC之间，出口温度在5S(TC60(TC之间；所述高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述高温换热器中布置有激冷室和高温过热器，进入所述激冷室的合成气温度在1000°CIIO(TC之间，离开所述激冷室激冷后的合成气温度在700°C80(TC之间；、在所述低温换热器中，合成气的入口温度在580°C60(TC之间，出口温度在220°C23(TC之间；所述低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述低温换热器中布置有低温过热器和省煤器。本发明的带余热利用的三段式气流床气化炉装置可以采用以下三种形式中的任意一种装置形式一所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。装置形式二所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。装置形式三所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，所述三段式气流床气化炉装置的炉内壁横截面为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，在所述的高温换热器中，所述激冷室以水作为激冷剂，所述合成气在激冷室的停留时间在0.3秒以内。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，在所述的高温换热器中，激冷室的激冷喷水方式采用自上向下雾化喷水、或自下向上雾化喷水、或水平环形雾化喷水中的一种，同时对所述的高温过热器受热面管束采用高压蒸汽吹扫方式或采用机械振打方式进行除灰。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，所述三段式气流床气化炉装置中在合成气转向处均采用了整流方法，使合成气进入下一个环节时保持气流均匀分布。由于采用了本发明所提供的技术方案。由于本发明采用了"固态排渣的气流床气化技术"以及"合成气分温度区间余热利用技术"构成了"带余热利用的生物质三段式气流床气化技术"。由于本发明以生物质为原料，原料经热解获得固态炭和热解气，将固态炭研磨后获得炭粉，炭粉由热解气/氮气/二氧化碳气体输送，同时采用氧气为氧化剂，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入气流床中进行气化反应，得到高温合成气，高温合成气的物理热通过气化炉内的换热器将热量传递给水产生过热蒸汽，高温合成气冷却后流出气化炉；由于本发明采用将带余热利用的气流床气化炉装置分成三段，分别为高温气流床、高温换热器、低温换热器；在高温气流床中，采用固态排渣的气流床气化技术，高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，高温气流床的合成气出口温度在1280°C132(TC之间；在高温换热器中，合成气的入口温度在1280°C132(TC之间，出口温度在580°C60(TC之间；高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，高温换热器中布置有8激冷室和高温过热器，进入所述激冷室的合成气温度在1000°CIIO(TC之间，离开所述激冷室激冷后的合成气温度在700°C80(TC之间；在低温换热器中，合成气的入口温度在580°C60(TC之间，出口温度在220°C23(TC之间；低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，低温换热器中布置有低温过热器和省煤器。使得本发明与已有公知技术相比，获得了如下有益效果1、由于本发明将整个气流床气化炉装置分成"高温气流床、高温换热器、低温换热器"的三段有机连接，为生物质气化和余热利用过程中的各种技术问题的解决提供了基础和方向，构成的"带余热利用的气流床气化炉装置"新设备，提供了生物质高效气化和合成气余热利用的实施载体的有益效果。2、由于本发明以高温气流床合成气出口温度控制在1280°C132(TC之间，并采用了固态排渣的生物质气流床气化技术，高温气流床炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，获得了气流床冷气化效率可达80%以上、气流床的碳转化率达99.8%以上、气化产物为无焦油、(^4含量小于0.4%、合成气中CO和4的干基组分达到87%以上的精制合成气的有益效果。3、由于本发明的高温气流床出口合成气进入高温换热器，高温换热器的合成气出口温度控制在580°C60(TC之间，随后进入低温换热器，合成气在220°C23(TC之间才流出气流床气化炉装置，高温气流床、高温换热器和低温换热器都布置有工质(水、汽)受热面，合成气的物理热传递给水变成过热蒸汽，过热蒸汽可用于发电及供热，这将占到整个气化系统能量14%的合成气余热充分利用，实现了整个气化系统的能量利用率达到94%以上的有益效果。4、由于本发明在高温换热器中布置有激冷室，将合成气从从1000°CIIO(TC激冷至700°C800°C，并且合成气在激冷室中的停留时间在0.3秒以内，该温度区间为合成气析碳反应最剧烈区间，合成气通过快速激冷而迈过该温度区间，这将极大地减少了合成气的析碳反应，控制了碳黑析出，提高了气流床气化炉装置的碳转化效率，控制了由于碳黑析出而与受热面管材反应导致金属灰化腐蚀的发生。5、由于本发明在高温换热器中，合成气被激冷后进入高温过热器，合成气的温度处于80(TC60(TC之间，合成气中的气态碱金属凝结为固态，并容易附着于受热面管子并结渣，为了避免碱金属腐蚀的发生和管子结渣，在高温过热器中采用高压蒸汽吹扫或机械振打对受热面管束进行除灰，同时由于本发明采用了三段式气流床气化炉装置，高温换热器与低温换热器在两个不同的通道中，高温换热器中吹灰产生的落渣直接从排渣口排出，不会掉入低温换热器的受热面管子中而堵塞合成气通道。6、由于本发明所述三段式气流床气化炉装置可以采用三种不同的装置形式，分别是①三段式气流床气化炉装置的高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。②三段式气流床气化炉装置的高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。③三段式气流床气化炉装置的高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。从而获得了针对各种具体的工程设计要求和设备布置要求，实现了带余热利用的生物质三段式气流床气化技术的各种不同实施方案的有益效果。7、由于本发明所述三段式气流床气化炉装置的炉内壁横截面为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种，从而获得了可根据高温气流床、高温换热器、低温换热器三段的不同的布置要求，以及高温气流床内的气化燃烧要求、高温/和低温换热器受热面管束的布置形式要求，选用圆形截面、方形截面、八角形截面、以及在各段之间采用圆形、八角形与方形截面的组合，实现了气化炉装置受热面管束结构简单，布置方便，占有空间紧凑、材料选用方便、安装简单、最大限度地节省材料等益效果。8、由于本发明在所述三段式气流床气化炉装置形式一/二中的高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，在所述三段式气流床气化炉装置形式三中的高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，可以分别提供了生物质固态排渣气流床要求的气化燃烧方式的实施条件，实现了生物质的高效气流床气化反应效率。9、由于本发明所述激冷室的激冷喷水方式采用自上向下雾化喷水、或自下向上雾化喷水、或水平环形雾化喷水中的一种，从而获得了可根据合成气的具体的流动方向(上行或下行)以及气流床气化炉装置的具体结构布置要求，选择上述三种喷水雾化激冷方式中的一种，都可实现在激冷室中0.3秒内可将合成气从1000°C110(TC之间激冷至70(TC80(TC之间，极大地降低了合成气的析碳反应，起到了控制金属灰化腐蚀以及提高碳转化效率的有益效果。10、由于本发明所述三段式气流床气化炉装置中在合成气转向处均采用了整流方法，从而获得了使合成气进入下一个环节时保持气流均匀分布，提高了换热器受热面的利用率，避免了受热面温度偏差而造成的材质寿命降低和换热效率降低等有益效果。11、由于本发明以"生物质固态排渣气流床技术"与"合成气分温度区间余热利用技术"的科学有机结合，构成了可以分别解决在生物质气流床气化、余热利用的各阶段温度区间的技术难题的实施条件，提供了实施生物质高效气流床气化、控制析碳反应以防止金属灰化腐蚀，和防止碱金属腐蚀的技术条件的有益效果，从而获得了完备的技术方案、与已有公知技术相比发生了实质性的技术飞跃与进步、可操作性强的有益效果。12、由于本发明以上的各条所述，从而获得了将生物质变废为宝、开拓生物质化工产业、开发并合理利用新能源、为新能源利用提供技术实施及技术储备、摆脱对传统化石能源的依赖、有效地保护环境等有益效果。13、由于本发明的以上各条所述及本发明设定的装置与技术的有机融合科学合理、效果稳定可靠，经具体实施，从而获得了生物质冷气化效率可达80%以上、气化系统能量利用率达到94%以上、气流床气化炉装置中的高温气流床碳转化率达99.8%以上、整个装置中的碳转化率达到97%以上、气化产物为无焦油、CH4含量小于0.4%、合成气中CO和H2的干基组分达到87%以上的精制合成气，同时本发明的三段式气流床气化炉装置极大地降低了析碳反应的发生、有效地防止了金属灰化腐蚀和碱金属腐蚀的发生，避免了防止碱金属结渣和落渣堵塞合成气通道，保障了整个气化装置的安全、稳定和高效运行，便于工程实施应用、设备投资成本低、利于广泛推广应用、以及综合经济效益佳等有益效果。图1为本发明具体实施方式之一的示意图。即三段式气流床气化炉装置的高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却的示意图。图中高温气流床、高温换热器、低温换热器相互分立布置；高温气流床的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成；高温换热器设置有整流縮口、以便对合成气整流而使其均匀分布，高温换热器的局部放大表示该高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成；高温气流床及高温换热器下端均设置有排渣口；低温换热器设置有整流器、以便对合成气整流而使其均匀分布，低温换热器的局部放大表示该低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，低温换热器设置有合成气出口。图2为本发明具体实施方式之二的示意图。即三段式气流床气化炉装置的高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却的示意图。图中高温气流床与高温换热器上下相联布置而与低温换热器分立布置；高温气流床的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成；高温气流床与高温换热器之间设置有整流縮口、以便对合成气整流而使其均匀分布；高温换热器的局部放大表示该高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，高温换热器下端设置有排渣口；低温换热器设置有整流縮口、以便对合成气整流而使其均匀分布，低温换热器的局部放大表示该低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，低温换热器下端设置有排渣口而上端设置有合成气出口。图3为本发明具体实施方式之三的示意图。即三段式气流床气化炉装置的高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，炭粉、热解气和氧气通过水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却的示意图。图中高温气流床与高温换热器下上相联布置而与低温换热器分立布置；高温气流床的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，高温气流床下端设置有排渣口；高温气流床与高温换热器之间设置有整流縮口、以便对合成气整流而使其均匀分布；高温换热器的局部放大表示该高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成；低温换热器中设置有整流器、以便对合成气整流而使其均匀分布，低温换热器的局部放大表示该低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，低温换热器下端设置有合成气出口。图4为本发明具体实施方式中"高温气流床"炉内壁横截面为圆形的示意图。图中的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成。图5为本发明具体实施方式中"高温气流床"炉内壁横截面为方形的示意图。图中的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成。图6为本发明具体实施方式中"高温气流床"炉内壁横截面为八角形的示意图。图中的局部放大表示该高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成。通过图4、5、6的示意，可根据需要而将"高温气流床"的炉内壁横截面以圆形/或方形/或八角形的任意方式进行实施。图7为本发明具体实施方式中"高温换热器及低温换热器"炉内壁横截面为圆形的示意图。图中的局部放大表示高温换热器及低温换热器"炉内壁"均采用光管膜式水冷壁构成。图8为本发明具体实施方式中"高温换热器及低温换热器"炉内壁横截面为方形的示意图。图中的局部放大表示高温换热器及低温换热器"炉内壁"均采用光管膜式水冷壁构成。图9为本发明具体实施方式中"高温换热器及低温换热器"炉内壁横截面为八角形的示意图。图中的局部放大表示高温换热器及低温换热器"炉内壁"均采用光管膜式水冷壁构成。通过图7、8、9的示意，可根据需要而将"高温换热器及低温换热器"的炉内壁横截面以圆形/或方形/或八角形的任意组合方式进行实施。图10为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为圆形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"水平环形雾化喷水"方式布置的示意图。图11为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为方形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"水平环形雾化喷水"方式布置的示意图。图12为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为八角形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"水平环形雾化喷水"方式布置的示意图。图13为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为圆形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"自上向下雾化喷水/或自下向上雾化喷水"方式布置的示意图。即当合成气上行时以"自上向下雾化喷水"方式布置；当合成气下行时以"自下向上雾化喷水"方式布置。图14为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为方形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"自上向下雾化喷水/或自下向上雾化喷水"方式布置的示意图。即当合成气上行时以"自上向下雾化喷水"方式布置；当合成气下行时以"自下向上雾化喷水"方式布置。图15为本发明具体实施方式中高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成、横截面为八角形时、高温换热器中激冷室的"激冷水雾化喷嘴"以"自上向下雾化喷水/或自下向上雾化喷水"方式布置的示意图。即当合成气上行时以"自上向下雾化喷水"方式布置；当合成气下行时以"自下向上雾化喷水"方式布置。图中的标号1、高温气流床，101、敷有耐火材料的膜式水冷壁，201、下行式燃烧器，202、水平式燃烧器，301、连接通道，302、连接通道，303、连接通道，304、连接通道，4、高温换热器，401、光管膜式水冷壁，5、激冷室，6、高温过热器，701、整流縮口，702、整流縮口，703、整流縮口，704、整流縮口，8、低温换热器，801、光管膜式水冷壁，9、整流器，10、低温过热器，11、省煤器，12、激冷水雾化喷嘴，131、落渣口，132、落渣口，133、落渣口，134、落渣口，135、落渣口，141、合成气出口，142、合成气出口，143、合成气出口。具体实施方式一下面结合说明书附图，对本发明作详细描述。正如说明书附图所示—种带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，以生物质为原料，原料经热解获得固态炭和热解气，将固态炭研磨后获得炭粉，炭粉由热解气/氮气/二氧化碳气体输送，同时采用氧气为氧化剂，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入气流床中进行气化反应，得到高温合成气，高温合成气的物理热通过气化炉内的换热器将热量传递给水产生过热蒸汽，高温合成气冷却后流出气化炉；①、将所述的带余热利用的气流床气化炉装置分成三段，分别为高温气流床、高温换热器、低温换热器；②、在所述高温气流床中，采用固态排渣的气流床气化技术，所述高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，所述高温气流床的合成气出口温度在1280°C1320。C之间;③、在所述高温换热器中，合成气的入口温度在1280°C132(TC之间，出口温度在5S(TC60(TC之间；所述高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述高温换热器中布置有激冷室和高温过热器，进入所述激冷室的合成气温度在1000°CIIO(TC之间，离开所述激冷室激冷后的合成气温度在700°C80(TC之间；、在所述低温换热器中，合成气的入口温度在580°C60(TC之间，出口温度在220°C23(TC之间；所述低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述低温换热器中布置有低温过热器和省煤器。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图1所示，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图2所示，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图3所示，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。在实施过程中按图1、图2、图3所示，分别进行了实施，并分别进行了实验性考核。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图4、5、6、7、8、9所示，所述三段式气流床气化炉装置的炉内壁横截面为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种。在图4、5、6的示意下对所述三段式气流床气化炉装置的"高温气流床"炉内壁横截面分别以圆形、方形、八角形进行了实施。在图7、8、9的示意下对所述三段式气流床气化炉装置的"高温换热器及低温换热器"炉内壁横截面分别以圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种进行了实施。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图1、2、3所示，在所述的高温换热器中，所述激冷室以水作为激冷剂，所述合成气在激冷室的停留时间在0.3秒以内。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图10、11、12、13、14、15所示，在所述的高温换热器中，激冷室的激冷喷水方式采用自上向下雾化喷水、或自下向上雾化喷水、或水平环形雾化喷水中的一种。在图10、11、12的示意下对高温换热器炉内壁横截面分别为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种时，激冷室的激冷喷水方式均以"水平环形雾化喷水"方式布置进行了实施。在图13、14、15的示意下对高温换热器炉内壁横截面分别为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种时；结合图1所示、激冷室的激冷喷水方式以"自上向下雾化喷水"方式布置进行了实施，结合图2所示、激冷室的激冷喷水方式以"自下向上雾化喷水"方式布置进行了实施，结合图3所示、激冷室的激冷喷水方式以"自上向下雾化喷水"方式布置进行了实施。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，在所述的高温换热器中，对所述的高温过热器受热面管束采用高压蒸汽吹扫方式或采用机械振打方式进行除灰。对两种除灰方式分别进行了实施。所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，如图1、2、3所示，所述三段式气流床气化炉装置中在合成气转向处均采用了整流方法，使合成气进入下一个环节时保持气流均匀分布。具体的说就是图1、2、3中所示的整流縮口及图1、3中所示的整流器。在上述的具体实施过程中，生物质原料以薪炭材麻栎为例，干燥后麻栎的元素分析和特性数据如表1所示表1:干燥后麻栎的元素分析和特性数据表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>主要工艺操作条件如下(1)、所述三段式气流床气化炉装置的合成气侧运行压力为3.6MPa，下行式燃烧器/或水平式燃烧器入口的热解气均为3.69kg/s，炭粉1.2kg/s，炭粉和热解气的混合温度为35(TC，氧化剂采用温度为15(TC、纯度为99.4%的氧气，进入高温气流床的氧气量1.46kg/So(2)、所述三段式气流床气化炉装置的余热利用给水温度152t:，给水压力6.0MPa，给水量16.3T/h。通过上述的具体实施得到的结果是①、所述三段式气流床气化炉装置的出口合成气总量(不含激冷水)为6.35kg/s，其中含灰量O.13kg/s。②、合成气出口的合成气中各组分的摩尔体积含量(N2忽略不计，不含激冷水)CO:38.5%，H2:29.8%，C02:9.4%，H20:21.97%，CH4:0.328%;其中合成气干基中CO和H2的含量占87.53%;③、高温气流床的碳转化率为99.8%，三段式气流床气化炉装置的气化效率80.2%;、合成气余热利用产生的过热蒸汽压力5.29MPa，出口温度48(TC，过热蒸汽量16.0T/h。⑤、三段式气流床气化炉装置的能量利用效率94.30%。⑥、经过实验性运行检验，高温/低温换热器内的受热面管束无结渣及腐蚀发生、高压蒸汽吹灰效果良好，合成气通道清洁；均收到了预期的良好效果。具体实施方式二在具体实施方式一实施基础上进行实施，如图1所示，所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。所使用的生物质原料仍以麻栎(仍见具体实施方式一中的表l)为例，主要工艺操作条件如具体实施方式一。通过实施得到的结果是①、所述三段式气流床气化炉装置的出口合成气总量(不含激冷水)为6.35kg/s，其中含灰量O.13kg/s。②、合成气出口合成气中的各组分的摩尔体积含量(K忽略不计，不含激冷水)C0:38.6%，H2:29.7%，C02:9.5%，H20:21.96%，CH4:0.328%;其中合成气干基中CO和H2的含量占87.53%;③、高温气流床的碳转化率为99.8%，三段式气流床气化炉装置的气化效率80.2%;、合成气余热利用产生的过热蒸汽压力5.29MPa，出口温度480°C，过热蒸汽量16.0T/h。⑤、三段式气流床气化炉装置的能量利用效率94.31%。⑥、经过实验性运行检验，高温/低温换热器内的受热面管束无结渣及腐蚀发生、高压蒸汽吹灰效果良好，合成气通道清洁；同样获得了预期良好效果。具体实施方式三仍在具体实施方式一实施基础上进行实施，如图2所示，只是所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。所使用的生物质原料仍以麻栎(仍见具体实施方式一中的表l)为例，主要工艺操作条件如具体实施方式一。通过实施得到的结果是①、所述三段式气流床气化炉装置的出口合成气总量(不含激冷水)为6.35kg/s，其中含灰量O.13kg/s。②、合成气出口合成气中的各组分的摩尔体积含量(K忽略不计，不含激冷水)C0:38.4%，H2:29.9%，C02:9.5%，H20:21.96%，CH4:0.328%;其中合成气干基中CO和H2的含量占87.53%;③、高温气流床的碳转化率为99.75%，三段式气流床气化炉装置的气化效率80.15%;、合成气余热利用产生的过热蒸汽压力5.29MPa，出口温度480°C，过热蒸汽量16.0T/h。⑤、三段式气流床气化炉装置的能量利用效率94.23%。⑥、经过实验性运行检验，高温/低温换热器内的受热面管束无结渣及腐蚀发生、高压蒸汽吹灰效果良好，合成气通道清洁；同样获得了预期良好效果。具体实施方式四仍在具体实施方式一实施基础上进行实施，如图3所示，只是所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。所使用的生物质原料仍以麻栎(仍见具体实施方式一中的表l)为例，主要工艺操作条件如具体实施方式一。通过实施得到的结果是①、所述三段式气流床气化炉装置的出口合成气总量(不含激冷水)为6.35kg/s，其中含灰量O.13kg/s。②、合成气出口合成气中的各组分的摩尔体积含量(K忽略不计，不含激冷水)CO:38.6%，H2:29.7%，C02:9.5%，H20:21.87%，CH4:0.329%;其中合成气干基中CO和H2的含量占87.53%;③、高温气流床的碳转化率为99.8%，三段式气流床气化炉装置的气化效率80.2%;、合成气余热利用产生的过热蒸汽压力5.29MPa，出口温度48(TC，过热蒸汽量16.0T/h。⑤、三段式气流床气化炉装置的能量利用效率94.30%。⑥、经过实验性运行检验，高温/低温换热器内的受热面管束无结渣及腐蚀发生，高温换热器内采用高压蒸汽吹灰效果良好，低温换热器内采用机械振打除灰同样良好，合成气通道清洁；同样获得了预期良好效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员，均可按以上所述和说明书附图所示而顺畅地实施本发明；但凡在不脱离本发明技术方案而作出的更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的保护范围。权利要求一种带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，以生物质为原料，原料经热解获得固态炭和热解气，将固态炭研磨后获得炭粉，炭粉由热解气/氮气/二氧化碳气体输送，同时采用氧气为氧化剂，炭粉、热解气和氧气通过燃烧器进入气流床中进行气化反应，得到高温合成气，高温合成气的物理热通过气化炉内的换热器将热量传递给水产生过热蒸汽，高温合成气冷却后流出气化炉，其特征在于①、将所述的带余热利用的气流床气化炉装置分成三段，分别为高温气流床、高温换热器、低温换热器；②、在所述高温气流床中，采用固态排渣的气流床气化技术，所述高温气流床的炉内壁采用敷有耐火材料的膜式水冷壁构成，所述高温气流床的合成气出口温度在1280℃～1320℃之间；③、在所述高温换热器中，合成气的入口温度在1280℃～1320℃之间，出口温度在580℃～600℃之间；所述高温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述高温换热器中布置有激冷室和高温过热器，进入所述激冷室的合成气温度在1000℃～1100℃之间，离开所述激冷室激冷后的合成气温度在700℃～800℃之间；④、在所述低温换热器中，合成气的入口温度在580℃～600℃之间，出口温度在220℃～230℃之间；所述低温换热器的炉内壁采用光管膜式水冷壁构成，所述低温换热器中布置有低温过热器和省煤器。2.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入高温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经整流器整流后下行冷却。3.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的顶部布置有下行式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述下行式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中下行、经过整流縮口进入高温换热器中下行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器中并经过整流縮口整流后上行冷却。4.根据权利要求1所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于所述三段式气流床气化炉装置的所述高温气流床的下部布置有水平式燃烧器，所述炭粉、热解气和氧气通过所述水平式燃烧器进入高温气流床中进行气化反应，合成气在高温气流床中上行、经过整流縮口进入高温换热器中上行冷却、再经过内壁由光管膜式水冷壁构成的连接通道进入低温换热器并经整流器整流后下行冷却。5.根据权利要求1或2或3或4所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于所述三段式气流床气化炉装置的炉内壁横截面为圆形、方形、八角形、圆形/方形/八角形任意组合的一种。6.根据权利要求1或2或3或4所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于在所述的高温换热器中，所述激冷室以水作为激冷剂，所述合成气在激冷室的停留时间在0.3秒以内。7.根据权利要求1或2或3或4所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于在所述的高温换热器中，激冷室的激冷喷水方式采用自上向下雾化喷水、或自下向上雾化喷水、或水平环形雾化喷水中的一种。8.根据权利要求1或2或3或4所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于在所述的高温换热器中，对所述的高温过热器受热面管束采用高压蒸汽吹扫方式或采用机械振打方式进行除灰。9.根据权利要求1或2或3或4所述的带余热利用的生物质三段式气流床气化技术，其特征在于所述三段式气流床气化炉装置中在合成气转向处均采用了整流方法，使合成气进入下一个环节时保持气流均匀分布。全文摘要本发明带余热利用的生物质三段式气流床气化技术涉及能源化工
技术领域：
。生物质热解后的炭粉、热解气及氧气由燃烧器进入气流床气化获合成气，气化余热由气化炉装置的换热器将热量传给水产生过热蒸汽。气流床气化炉装置分高温气流床、高温换热器、低温换热器三段；高温气流床采用固态排渣气流床气化技术，合成气出口1280℃～1320℃；高温换热器合成气入口1280℃～1320℃而出口580℃～600℃，其中布置有激冷室和高温过热器，入激冷室的合成气1000℃～1100℃而离开700℃～800℃；低温换热器，合成气入口580℃～600℃而出口220℃～230℃，其中布置有低温过热器和省煤器。用于生物质高效气化。文档编号C10J3/72GK101709228SQ20091022418公开日2010年5月19日申请日期2009年11月26日优先权日2009年11月26日发明者韩剑锋申请人:中节环(北京)能源技术有限公司