一种生物质低温炭气联产装置、生物质低温炭汽联产装置和生物质低温炭汽联产方法与流程

本发明属于可再生能源技术领域，尤其涉及一种生物质低温炭气联产装置、生物质低温炭汽联产装置和生物质低温炭汽联产方法。

背景技术：

目前对秸秆类原料多采取直燃发电和热解等方式进行处理，然而秸秆原料的热值较低，水分含量高，大范围原料收储运成本较高，直燃发电项目受制于原料收集成本而规模较小，导致直燃发电项目效率较低，而且秸秆内含有的碱金属会随烟气腐蚀锅炉，也会造成烟气处理系统中的scr催化剂中毒，从而使生物质电厂大气污染物的超低排放成本过高。当前，生物质直燃发电项目运行盈利严重依赖国家电力补助。生物质炭气联产技术相较于直燃方式而言，不仅更为环保高效，而且还能产出生物质炭、燃气或蒸汽等可利用资源，一举多得，项目经济效益显著。其中，生物炭是生物质有机材料在缺氧或绝氧环境中，经热裂解后生成的固态产物，其用途广泛，既可作为高品质能源，也可作为还原剂，还可作为土壤改良剂、肥料缓释载体及二氧化碳封存剂。

现有生物质炭气联产技术主要有自热式热解气化技术和外热式干馏技术。

当前，外热式干馏技术存在着系统效率较低、设备运行不稳定、大型化困难、燃气利用率低等问题。

自热式热解气化技术通常以空气作为气化剂，选用固定床炭气联产炉或者鼓泡流化床炭气联产炉实现生物质原料的炭气联产。常规的固定床炭气联产炉对原料的要求较高，产生的燃气中携带有一定量的液体焦油，影响了燃气的利用，同时生物炭的烧损较严重；常规的鼓泡流化床炭气联产炉对原料种类要求较低，产生的燃气中焦油呈气态，可通过热燃气直接燃烧的方式杜绝焦油对后系统的影响，但生物炭在炉内高温区的停留时间较短，产生的生物炭品质较差，或者停留时间过长，生物炭烧损严重，或者流化床炉体高度过高，设备投资过大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，为克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种生物质低温炭气联产装置，包括给料装置、流化床炭气联产炉本体、生物质炭再热装置、气固分离装置和鼓风机，所述生物质炭再热装置置于流化床炭气联产炉本体内部，所述流化床炭气联产炉本体分别与给料装置、鼓风机和生物质炭再热装置相连接，生物质炭再热装置顶部与气固分离装置进口端相连接。

该技术方案的主要技术思路是在流化床炭气联产炉本体中增加了生物质炭再热装置，可利用流化床炭气联产炉本体中的热量，对热解产生的生物质炭进行进一步加热，可提升产出的生物质炭的品质，而气固分离装置则可收集含飞灰较多、颗粒较小、品质较差的炭，也能减少飞灰对后续装置的影响。该技术方案最终产出的为燃气和生物质炭。

作为上述技术方案的优选，所述生物质炭再热装置可以为旋风分离器结构。其原因是旋风分离器结构能够将热解产生的高温燃气及其携带的颗粒较大、品质较高的生物质炭进行分离，让生物质炭落入装置内继续受热，进一步减少生物质炭中挥发份的含量，提升生物质炭品质。

作为上述技术方案的优选，所述生物质炭再热装置下部可设置膨胀区，膨胀区下部可连接竖管。设置竖管和膨胀区的目的在于增加生物质炭在生物质炭再热装置中的停留时间，更进一步地提升生物质炭的产出品质。

作为上述技术方案的优选，所述流化床炭气联产炉本体可选用鼓泡流化床。其原因是鼓泡流化床反应温度场均匀、低温，炉内无运动部件，故障率低。与固定床相比，对入炉原料的要求较低。此外，选用鼓泡流化床适于与后续生物质炭再热装置进行连接。

为克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，本发明还提供一种生物质低温炭汽联产装置，包括上述任意一项技术方案中的生物质低温炭气联产装置以及余热锅炉和烟气风机，所述余热锅炉的烟气管道通过烟气风机与流化床炭气联产炉本体底部气体入口端相连接，余热锅炉的气体入口端与气固分离装置气体出口端相连接。

该技术方案的主要思路是，将输出的燃气通过余热锅炉转化为蒸汽并输送回流化床炭气联产炉本体和生物质炭再热装置中起到调温和辅助生物质炭输送的作用，以提高装置的能量和物质的利用效率。该技术方案最终产出的为蒸汽和生物质炭。

作为上述技术方案的优选，该生物质低温炭汽联产装置还可包括绝热燃烧装置，所述绝热燃烧装置的燃气入口端与气固分离装置气体出口端相连接，绝热燃烧装置气体出口端和余热锅炉的气体入口端相连接，也可以和余热锅炉集成至一体。设置绝热燃烧装置的目的在于，对混有烟气或蒸汽的燃气进行绝热燃烧，解决由于系统通入烟气或蒸汽导致品质下降的燃气燃烧不稳定的问题，提高系统运行稳定性及燃气的燃烧效率。

作为上述技术方案的优选，所述竖管和膨胀区上可以设置若干气体喷嘴，气体喷嘴与烟气风机及余热锅炉相连。设置与烟气风机及余热锅炉相连的气体喷嘴，可保证生物质炭不会堆积堵塞管道，同时也充分利用了余热锅炉处产生的携带热量的烟气、蒸汽，提高了整个装置的物质和能量利用效率。

作为上述技术方案的优选，所述流化床生物质炭气联产炉本体，其中部及上部设置有调温调速喷嘴，调温调速喷嘴均与烟气风机、鼓风机及余热锅炉相连。该处设计目的在于利用空气对流化床炭气联产炉本体内进行补燃调温及调速，或者充分利用余热锅炉处产生的烟气、蒸汽进行物理降温及调速。

为克服背景技术中提到的不足和缺陷，本发明提出一种生物质低温炭汽联产方法，包括以下步骤：

该方法使用的装置包括：给料装置、流化床炭气联产炉本体、生物质炭再热装置、气固分离装置、绝热燃烧装置、余热锅炉、鼓风机、气体喷嘴、生物质炭冷却及收集装置、烟气风机、膨胀区、竖管、调温调速喷嘴；其中流化床炭气联产炉本体原料入口端与给料装置相连接，底部连接有生物质炭冷却及收集装置和鼓风机，流化床炭气联产炉本体中部及上部设置有调温调速喷嘴、内部设置有生物质炭再热装置；调温调速喷嘴分别与鼓风机和余热锅炉的烟气管道及蒸汽管道相连；生物质炭再热装置下部设置有膨胀区，膨胀区下部连接有竖管，竖管和膨胀区上设置有若干气体喷嘴，气体喷嘴分别与余热锅炉的烟气管道及蒸汽管道相连；流化床炭气联产炉本体气体出口端与生物质炭再热装置入口端连接；生物质炭再热装置的气体出口端与气固分离装置入口端相连；气固分离装置气体出口端与绝热燃烧装置燃气入口端相连接；绝热燃烧装置气体出口端与余热锅炉相连；余热锅炉烟气管道通过烟气风机与流化床炭气联产炉本体底部气体入口端相连接，余热锅炉的气体入口端与气固分离装置气体出口端相连接；

1)床料和生物质原料通过给料装置加入流化床炭气联产炉，在空气、蒸汽和烟气的混合介质的流化作用下与炉内高温床料发生热解气化反应，生成生物质燃气和生物质炭，生物质燃气携带生物质炭进入生物质炭再热装置，完成气固分离；

2)燃气经生物质炭再热装置气体出口去往气固分离器，进一步分离燃气中携带的生物质炭，然后燃气送往绝热燃烧装置进行绝热燃烧，燃烧产生的烟气去往余热锅炉实现燃尽及余热利用，余热锅炉生产的蒸汽送往热利用系统；

3)生物质炭经生物质炭再热装置收集后继续受热，然后经生物质炭冷却及收集装置进行冷却及收集。

作为上述方法的优选，所述流化床炭气联产炉本体内反应温度控制在400℃～750℃，所述流化床炭气联产炉本体内流化速度1.5～4m/s，所述来自余热锅炉的烟气和蒸汽温度在180℃～350℃，所述生物质炭在生物质炭再热装置竖管处的停留时间为15s～6min。

作为上述方法的优选，所述生物质原料包括各类农作物秸秆、林业废弃物，粒径≤8cm，含水率≤40％。

作为上述方法的优选，所述床料可选陶瓷球或其他耐磨床料，粒径处于0.2mm～3mm之间。

综上所述，与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明在流化床炭气联产炉本体内置生物质炭再热装置，能够充分利用流化床炭气联产炉本体内热量，增加生物质炭的热解时间，进一步降低生物质炭中挥发分的含量，提高生物质炭的品质，最终得到高品质、大颗粒的生物质炭。

2、本发明选用鼓泡流化床，保证炭气联产炉本体反应时的低温及良好流化，实现了生物质原料的低温热解。

3、本发明选用绝热燃烧装置和余热锅炉的组合，燃气经过绝热燃烧装置进行初步燃烧，燃烧产生的烟气携带着热量与未完全燃烧的燃气一同进入余热锅炉进行进一步燃烧，解决了由于系统通入烟气或蒸汽导致品质下降的燃气燃烧不稳定的问题，同时还可利用余热锅炉输出的蒸汽和烟气对流化床炭气联产炉本体内进行降温和调速。

4、本发明实现了生物质原料连续化制备生物质炭。

5、本发明为碱金属含量高的黄秸秆类原料的处理提供了一种新方法，该类原料在炭汽联产的过程中，碱金属会残留于秸秆炭中，有效地防止了后续锅炉的高温腐蚀及利用scr脱硝时的碱金属中毒。

附图说明

图1是本发明的连续式生物质炭气联产装置的结构示意图。

图例说明

1、给料装置；2、流化床炭气联产炉本体；3、生物质炭再热装置；4、气固分离装置；5、绝热燃烧装置；6、余热锅炉；7、引风机；8、鼓风机；9、气体喷嘴；10、生物质炭冷却及收集装置；11、烟气风机；12、膨胀区；13、竖管；14、调温调速喷嘴。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：如图1的一种生物质低温炭汽联产装置结构示意图所示，该装置包括给料装置1、流化床炭气联产炉本体2、生物质炭再热装置3、气固分离装置4、绝热燃烧装置5、余热锅炉6、引风机7、鼓风机8、气体喷嘴9、生物质炭冷却及收集装置10、烟气风机11、膨胀区12、竖管13、调温调速喷嘴14。

流化床炭气联产炉本体2(本实施例中采用鼓泡流化床)与给料装置1相连接，底部接有生物质炭冷却及收集装置10和鼓风机8，流化床炭气联产炉本体2中部及上部设置有调温调速喷嘴14、内部设置有生物质炭再热装置3；调温调速喷嘴14与鼓风机8相连接；生物质炭再热装置3下部设置有膨胀区12，膨胀区12下部连接有竖管13，竖管13和膨胀区12上设置有若干气体喷嘴9；流化床炭气联产炉气体本体2出口与生物质炭再热装置3入口连接；生物质炭再热装置3的气体出口与气固分离装置4入口相连；气固分离装置4气体出口与绝热燃烧装置5相连接；绝热燃烧装置5气体出口与余热锅炉6相连；余热锅炉6分别与气体喷嘴9以及烟气风机11连接，尾部烟道连接引风机7，烟气风机11分别与气体喷嘴9以及调温调速喷嘴14相连接。

实施例2：

采用本发明的一种生物质低温炭汽联产装置生产生物质炭和蒸汽，所选原料为玉米秸秆，长度约2-4cm，水分为<18％，所选床料为陶瓷球，粒径0.2-0.7mm。

将上述原料和床料通过给料装置加入鼓泡流化床炭气联产炉中，通过鼓风机向炉内鼓入空气，调节来自余热锅炉的蒸汽流量，控制炉内气体流速2.5m/s，控制炉内500℃的反应温度。

该原料在炉内发生热解气化反应，生成的生物质燃气携带生物质炭进入生物质炭再热装置进行气固分离，秸秆炭在生物质炭再热装置内再次受热约3分钟以提高生物质炭品质，然后去往生物质炭冷却及收集装置中进行冷却。生物质燃气去往气固分离装置，完成进一步的气固分离，随即燃气去往绝热燃烧装置进行绝热燃烧，未燃尽的部分燃气和燃烧产生的烟气在余热锅炉实现燃气的燃尽，余热锅炉产生的蒸汽送往热利用系统，抽取180℃的蒸汽用于鼓泡流化床炭气联产炉反应温度的调节。

实施例3：

采用本发明的一种生物质低温炭汽联产装置生产生物质炭和蒸汽，所选原料为竹屑，长度约0-5cm，水分为＜25％，所选床料为陶瓷球，粒径0.2-1mm。

将上述原料和床料通过给料装置加入鼓泡流化床炭气联产炉中，通过鼓风机向炉内鼓入空气，调节来自余热锅炉的烟气流量，控制炉内气体流速3m/s，控制炉内反应温度550℃。

该原料在炉内发生热解气化反应，生成的生物质燃气携带生物质炭进入生物质炭再热装置进行气固分离，竹炭在再热装置内再次受热约4分钟以提高生物炭品质，然后去往生物质炭冷却及收集装置中进行冷却。生物质燃气去往气固分离装置，完成进一步的气固分离，随即燃气去往绝热燃烧装置进行绝热燃烧，未燃尽的部分燃气和燃烧产生的烟气在余热锅炉实现燃气的燃尽，余热锅炉产生的蒸汽送往热利用系统。从余热锅炉省煤器之间抽取220℃的烟气用于鼓泡流化床炭气联产炉反应温度的调节。

实施例4：

采用本发明的一种生物质低温炭汽联产装置生产生物质炭和蒸汽，所选原料为木片，长度约3-6cm，水分为＜30％，所选床料为陶瓷球，粒径0.5-1.5mm。

将上述原料和床料通过给料装置加入鼓泡流化床炭气联产炉中，通过鼓风机向炉内鼓入空气，调节来自余热锅炉的烟气及蒸汽流量，控制炉内气体流速3.5m/s，控制炉内反应温度600℃。

该原料在炉内发生热解气化反应，生成的生物质燃气携带生物质炭进入生物质炭再热装置进行气固分离，竹炭在再热装置内再次受热约5.5分钟以提高生物炭品质，然后去往生物质炭冷却及收集装置中进行冷却。生物质燃气去往气固分离装置，完成进一步的气固分离，随即燃气去往绝热燃烧装置进行绝热燃烧，未燃尽的部分燃气和燃烧产生的烟气在余热锅炉实现燃气的燃尽，余热锅炉产生的蒸汽送往热利用系统。从余热锅炉省煤器前抽取350℃的烟气与来自余热锅炉的180℃蒸汽汇合后用于鼓泡流化床炭气联产炉反应温度的调节。