一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置及方法，将乳化后的焦油在上吸式固定床生物质气化炉上部与生物质物料充分混合，利用生物质物料和焦油的混合物降低气化燃气的温度，降低燃气中重焦油的含量；同时，利用上吸式固定床生物质气化炉中部高度，使生物质和焦油混合物慢速均匀烘干，将生物质与焦油的混合物的水分烘干至10％以下，保证上吸式固定床生物质气化炉下部热解还原区和氧化燃烧区工况不受焦油水分的影响，从而实现生物质物料和焦油在气化炉中的混合气化，解决了现有技术将含水量高的焦油送回高温氧化区引起气化设备氧化燃烧区工况的变化(如温度降低、增加空气比等)，导致气化效果变差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置
：本专利技术涉及生物质能源
，具体涉及一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置。
技术介绍
：常见的生物质气化装置包括流化床、下吸式固定床、上吸式固定床、上下吸混流式固定床等等炉型。固定床与流化床气化炉相比不易放大、气化强度较低，但也有其显著优点，如结构简单、造价低、操作容易、可用于块状物料、飞灰含量低等，因此在中小规模生物质燃气生产领域仍然是较好的选择。固定床气化炉含上吸式和下吸式两种基本炉型，主要区别在于气流与燃料的运行方向不同，上吸式气化炉的气流自下而上流动，下吸式气化炉中的气流自上而下流动，燃料均是依靠重力自由下落。由于炉内反应特征的不同，两种炉型的炉膛结构也有所区别。与下吸式固定床气化炉相比，上吸式气化炉的主要优点在于：热量利用比较充分，燃气热值较高，运行阻力低，飞灰携带较少。然而上吸式固定床气化炉也有其显著的难以克服的缺点，即燃气中焦油含量较多，一般约为30～150g/Nm3(S.Heidenreich,etal.,ProgEnergyCombustSci,2015)。焦油的存在降低了气化效率，易堵塞燃气管道、除尘设备以及用气设备。一些应用场合要求将燃气降至极低的水平：燃气轮机、合成燃料等要求燃气焦油含量低于数mg/Nm3量级(N.Abdoulmoumineetal.Appl.Energy,2015)；国家标准《GB/T13612-2006人工煤气》规定焦油和灰尘总含量低于10mg/m3；国家标准《GB50494-2009城镇燃气技术规范》规定城镇燃气无论任何来源均不应含有固态、液态或胶状物质。因此，为了满足特殊应用需求，降低气化炉出口燃气焦油含量将极大减轻后续深度净化系统运行负荷。从运行成本和实用性方面考虑，现有上吸式气化炉一般配合湿式净化系统使用，但是随着运行时间延长，洗焦废水逐渐饱和，如何消耗这部分洗焦废水成为困扰行业发展的技术难题。中国专利200910025366.3公开了一种带有焦油回燃装置的上吸或下吸式固定床秸秆气化炉，气化粗燃气首先通过过滤除尘器进行除尘，再通过惯性与冷却相结合的焦油捕集器进行焦油捕集，捕集下来的焦油通过重力作用和气体引射作用被回流到气化炉的燃烧区，焦油在该区的高温条件下得到裂解和燃烧。类似地，中国专利技术公布201510532462.2公开了将含尘焦油引回气化炉富氧区域燃烧从而得到自处理的方法。这一类专利的共同特点是将生物质焦油送回气化炉燃烧区，利用气化炉氧化区域的高温环境燃烧或裂解焦油组分。由于焦油含水高，其回送会引起气化设备燃烧区工况的变化(如温度降低、增加空气比等)，导致气化效果变差，所以实施起来有一定难度。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置及方法，利用上吸式固定床生物质气化炉上部温度低、停留时间长的特点，将乳化后的焦油在上吸式固定床生物质气化炉上部与生物质物料充分混合，利用生物质物料和焦油的混合物降低气化燃气的温度，降低燃气中重焦油的含量；同时，利用上吸式固定床生物质气化炉中部高度，使生物质和焦油混合物慢速均匀烘干，将生物质与焦油混合物的水分烘干至10％以下，保证上吸式固定床生物质气化炉下部热解层、还原层、和氧化层工况不受焦油水分的影响，从而实现生物质物料和焦油在气化炉中的混合气化，解决了现有技术将含水量高的焦油送回高温氧化区引起气化设备氧化层工况的变化(如温度降低、增加空气比等)，导致气化效果变差的问题。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，该装置包括上吸式气化炉，所述上吸式气化炉由下至上依次分为氧化层、还原层、热解层、烘干层和混合区；所述上吸式气化炉上部设有燃气出口和进料口，顶部设有乳化后焦油水喷入口，氧化层底部设有空气接口；所述燃气出口连接有间接冷却器，将焦油与燃气分离并得到上层的含轻质焦油水与下层的含重质焦油水；所述氧化层和还原层交界处周向设有共同喷嘴接口，所述共同喷嘴接口跟加压水蒸气接口连通，加压水蒸汽从氧化层和还原层交界处的共同喷嘴接口均匀喷入炉膛；所述乳化后焦油水喷入口用于输入含重质焦油水或含轻质焦油水。特别地，所述共同喷嘴接口还跟含轻质焦油水接口连通，含轻质焦油雾化水与加压水蒸汽混合后从氧化层和还原层交界处的加压水蒸气和含轻质焦油雾化水的共同喷嘴接口均匀喷入炉膛。所述混合区高度不低于2.0m，烘干层、热解层的高度均不低于4.0m，氧化层、还原层的高度均不低于1.0m。特别地，所述乳化后焦油水喷入口为1-4个；所述氧化层和还原层交界处周向设有加压水蒸汽和含轻质焦油水的共同喷嘴接口为4-6个。本专利技术还保护一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化方法，当共同喷嘴接口仅跟加压水蒸汽接口连通时，包括以下步骤：生物质原料在上吸式气化炉热解气化制备的含焦油燃气经冷凝乳化后得到的乳化重质焦油水与生物质原料在上吸式气化炉上部混合区混合，在烘干层遇到下方上升的热气流，脱除水分的同时将气流里的部分焦油冷却截留；脱除水分的原料下移至热解层进一步受热发生热解分解成挥发分和固体焦炭，挥发分被气流带到上方；固体焦炭依次进入下方的还原层和氧化层；同时空气从上吸式气化炉底部进入氧化层，与固体焦炭发生氧化反应，释放出大量的热量；氧化产物与焦炭在还原层发生还原反应生成一氧化碳、氢气和甲烷，向上与热解分解出的挥发分混合；加压水蒸汽从氧化层和还原层交界处均匀喷入；还原层产生的燃气与轻焦油氧化裂解重整得到的气体，向上进入热解层，与热解分解的挥发分一起进入混合区，从燃气出口排出。当所述共同喷嘴接口还跟含轻质焦油水接口连通时，所述用于生物质与焦油混合混合物的上吸式水蒸汽气化方法，包括以下步骤：生物质原料在上吸式气化炉热解气化制备的含焦油燃气经冷凝乳化后得到的乳化焦油水与生物质原料在上吸式气化炉上部混合区混合，在烘干层遇到下方上升的热气流，脱除水分的同时将气流里的部分焦油冷却截留；脱除水分的原料下移至热解层进一步受热发生热解分解成挥发分和固体焦炭，挥发分被气流带到上方；固体焦炭依次进入下方的还原层和氧化层；同时空气从上吸式气化炉底部进入氧化层，与固体焦炭发生氧化反应，释放出大量的热量；氧化产物与焦炭在还原层发生还原反应生成一氧化碳、氢气和甲烷，向上与热解挥发分混合；轻质焦油水与加压水蒸汽混合后从氧化层和还原层交界处均匀喷入，一方面轻焦油在高温环境下发生氧化裂解，另一方面水蒸汽同时参与焦油的重整反应；还原层产生的燃气与轻焦油裂解重整得到的气体，向上进入热解层，与热解分解的挥发分一起进入混合区，从燃气出口排出。所述生物质原料在上吸式气化炉热解气化制备的含焦油燃气经冷凝将焦油与燃气分离，得到的含焦油废水分为上层的含轻焦油废水与下层的含重焦油废水。本专利技术的有益效果如下：1)本专利技术利用上吸式气化炉上部自由空间和加料装置，将冷凝焦油乳化后与生物质原料进行混合，实现将焦油送回气化炉二次气化的目的，避免了焦油所携带能量的损失；2)利用生物质原料与乳化焦油混合后水分高、温度低的特点，降低气化炉燃气出口粗燃气的温度，使燃气中重焦油组分冷凝并吸附到原料的表面，极大地降低了燃气的携带的重焦油含量和显热损失；3)加大生物质原料和焦油混合物在气化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，其特征在于，该装置包括上吸式气化炉，所述上吸式气化炉由下至上依次分为氧化层、还原层、热解层、烘干层和混合区；所述上吸式气化炉上部设有燃气出口和进料口，顶部设有乳化后焦油水喷入口，氧化层底部设有空气接口；所述燃气出口连接有间接冷却器；所述氧化层和还原层交界处周向设有共同喷嘴接口，所述共同喷嘴接口跟加压水蒸汽接口连通，加压水蒸汽从氧化层和还原层交界处的共同喷嘴接口均匀喷入炉膛；所述乳化后焦油水喷入口用于输入含重质焦油水或含轻质焦油水。

【技术特征摘要】
1.一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，其特征在于，该装置包括上吸式气化炉，所述上吸式气化炉由下至上依次分为氧化层、还原层、热解层、烘干层和混合区；所述上吸式气化炉上部设有燃气出口和进料口，顶部设有乳化后焦油水喷入口，氧化层底部设有空气接口；所述燃气出口连接有间接冷却器；所述氧化层和还原层交界处周向设有共同喷嘴接口，所述共同喷嘴接口跟加压水蒸汽接口连通，加压水蒸汽从氧化层和还原层交界处的共同喷嘴接口均匀喷入炉膛；所述乳化后焦油水喷入口用于输入含重质焦油水或含轻质焦油水。2.根据权利要求1所述的用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，其特征在于，所述共同喷嘴接口还跟含轻质焦油水接口连通。3.根据权利要求1或2所述的用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，其特征在于，所述混合区高度不低于2.0m，烘干层、热解层的高度均不低于4.0m，氧化层、还原层的高度均不低于1.0m。4.根据权利要求1或2所述的用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，其特征在于，所述乳化后焦油水喷入口为1-4个；所述氧化层和还原层交界处周向设有加压水蒸气和含轻质焦油雾化水的共同喷嘴接口为4-6个。5.一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化方法，其特征在于，利用权利要求1中所述的用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置，包括以下步骤：生物质原料在上吸式气化炉制备的含焦油燃气经冷凝乳化后得到的乳化后含重质焦油水与生物质原料在上吸式气化炉上部混合区混合，在烘干层遇到下方上升的热气流，脱除水分的同时将气流里的部分焦油冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴创之，阴秀丽，袁洪友，潘贤齐，黄艳琴，刘华财，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44