一种连续式生物质热解气化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于生物质能源领域，并公开了一种连续式生物质热解气化装置及方法，包括依次设置的送料、热解、气化、换热和燃烧单元，送料单元将生物质送入热解单元中发生热解产生焦炭和挥发分，焦炭和挥发分在气化单元中进行气化反应产生可燃气和气化残渣，可燃气和气化残渣在换热单元中与空气换热，热空气部分送至气化单元，另一部分送入燃烧单元中，换热后的可燃气从换热单元送出，换热后的气化残渣输送至燃烧单元中燃烧，燃烧产生的高温烟气输送至热解单元与生物质换热变成低温烟气，利用低温烟气和燃烧产生的灰渣加热空气作为燃烧单元二次风。本发明专利技术可实现物理热梯级利用，充分回收利用烟气和灰渣余热，将生物质完全利用，气化能耗低、效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种连续式生物质热解气化装置及方法
本专利技术属于生物质能源领域，更具体地，涉及一种连续式生物质热解气化装置及方法。
技术介绍
生物质是一种快速可再生的清洁能源，总量巨大、环境友好，采用生物质气化方法将其转化为气体燃料替代煤炭、天然气等化石能源，可降低NOX/SOX污染物排放、缓解雾霾问题、实现CO2零排放，应用前景非常广阔。近些年来，生物质气化技术已经得到了大力发展，初步进入了规模化运用阶段，现有商业化运行技术主要包括生物质气化发电、集中供气供热、制备合成气等，但在运行过程中出现了燃气品质不易调控(成分、热值、焦油含量)、气化能耗过高、气化效率偏低等问题。要解决这些问题，必须基于气化反应主体设备创新，同时优化气化热源供给方式，复合热解、气化技术联合制备高品质生物质燃气。现有生物质气化反应设备主要包括固定床和流化床两种类型。固定床反应器结构简单，操作方便，但是产气品质低、焦油含量高、气化效率不高；同时该技术基本采用物料批次式反应，不能连续生产，规模小，主要运用于农村地区，通过集中供气方式向工厂周围居民、学校等用户输送燃气。流化床气化技术先进，床层温度均匀，气固混合性好，气化效率高，能够连续快速高效、规模化制备生物质燃气；但是该技术难度系数大，操作复杂，运行不够稳定，主要运用于生物质气化发电。除开气化反应设备以外，气化热源供给方式也能影响燃气品质、气化效率和能耗。根据气化反应所需热量来源不同，可分为内热式气化和外热式气化。内热式气化反应所需热源来自于生物质与气化剂的氧化反应，气化剂一般为含氧气体。内热式气化反应的气化效率一般较高，采用空气作为气化剂时，所得燃气品质较低；采用富氧气体作为气化剂时，需要额外的制氧设备，气化能耗高。外热式气化通常称为热解气化，所需能量一般由电加热、微波加热、高温烟气提供，该技术由于没有引入气化剂，所得燃气成分好、热值高，但气化效率偏低，需要额外热源，系统复杂。根据气化反应设备选型、优化，结合生物质内外热气化转换方式，目前国内已经申请了几项有关生物质热解、气化联合制气的专利。例如专利CN101225315A公开了一种生物质复合气化的方法及装置，该装置由流化床和气流床串联组成，流化床内布有生物质热解区和焦炭气化区，气流床为热解挥发分气化重整区；生物质经入料装置在流化床内热解，生成大颗粒焦炭进入焦炭气化区与气化剂反应，提高物料气化转换效率；焦炭高温气化气进入热解区，为生物质热解提供热量，热解释放挥发分进入气流床内与水蒸气、空气(富氧气)等混合气发生重整反应，促进大分子焦油裂解成小分子气体，提升燃气品质。尽管该装置能够产出高品质燃气，气化效率也较高，但是系统复杂，流化床和气流床耦合调控困难，系统难以放大。再如，专利CN101747947A公开了一种生物质移动床热解流化床气化复合反应装置，该装置由螺旋式移动床热解炉和流化床气化炉构成，两种床体外壁均布置电阻丝，利用电加热为生物质热解、气化提供所需能量。生物质在移动床内热解产生挥发分和焦炭，焦炭在螺旋推料器作用下进入流化床内与水蒸气、空气等气化剂发生裂解反应，生成高温燃气返回移动床，与焦炭、挥发分发生二次反应。该装置简单可靠，操作方便，但由于热解挥发分没有经过高温、催化裂解，产出燃气中焦油含量偏高，同时以电加热作为外热源，成本过高，不适宜规模化扩展。综上所述，要解决生物质气化过程中存在的燃气品质不高、气化效率偏低、气化能耗过高问题，必须研发新式的气化反应设备，综合生物质热解、气化技术优势，才能大力推动生物质气化技术规模化、产业化发展。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种连续式生物质热解气化装置及方法，目的在于解决现有生物质气化过程中存在的燃气品质低、气化效率差、气化能耗高等问题，该装置能够连续产出低焦油和低粉尘含量的生物质燃气，且燃气热值调节方便，气化系统物理热梯级利用，充分回收利用烟气和灰渣余热，将生物质完全利用，气化能耗低，气化效率高，适于制备多种用途不同热值低焦油和低粉尘含量的生物质燃气。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种连续式生物质热解气化装置，其包括依次设置的送料单元、热解单元、气化单元、换热单元和燃烧单元，其中，所述送料单元用于将生物质原料送入热解单元中，生物质原料在热解单元中发生热解产生焦炭和挥发分，热解产生的焦炭和挥发分进入气化单元中进行气化反应以产生可燃气和气化残渣，该可燃气和气化残渣进入换热单元中与空气换热使空气变为热空气，所述热空气一部分回送至气化单元中，用于与热解产生的焦炭和挥发分发生气化反应，另一部分作为一次风送入燃烧单元中为燃烧提供热空气，而换热后的可燃气经换热单元底部送出，换热后的气化残渣则输送至燃烧单元中进行燃烧，所述燃烧单元燃烧产生的高温烟气输送至热解单元中为生物质原料热解提供热量，热解过程中高温烟气与生物质原料换热变成低温烟气，该低温烟气用于加热空气，加热后的空气作为二次风送入燃烧单元中，燃烧单元燃烧产生的灰渣排出后用于加热空气，该加热后的空气同样作为二次风送入燃烧单元中。作为进一步优选的，所述热解单元包括管排式热解床及套装在管排式热解床外部的热解供热烟箱，所述管排式热解床由多根竖直布置的耐高温圆钢管构成，多根圆钢管的顶部与进料旋转阀的出料口相连，所述热解供热烟箱的上下端分别装有烟气出口和烟气进口，内部布置有烟气隔板，以将热解供热烟箱分割为多级往返折流烟道，且每级烟道内布置有波纹板，燃烧单元燃烧产生的高温烟气经下端的烟气进口进入热解供热烟箱中，经热解换热后从烟气出口排出。作为进一步优选的，气化单元包括由耐高温钢浇铸而成的管仓式气化床，该管仓式气化床的入料口与热解管的下料口相连，其上端外部布置有环形管，该环形管通过均匀分布的环排式空气喷管与管仓式气化床内部导通，该环形管还与气化剂输送管相连，以此气化剂经气化剂输送管依次经环形管和环排式空气喷管均匀的输送至管仓式气化床内，与焦炭和挥发分发生气化重整反应。作为进一步优选的，所述换热单元包括空冷管和套装在空冷管外部的空冷箱，所述空冷箱的上下端布置有冷空气入口和热空气出口，内部装有空气隔板，以将空冷箱分为多级往复折流式空冷通道，冷空气经上端的冷空气入口进入空冷箱，与可燃气和气化残渣换热后变为热空气从热空气出口送出。作为进一步优选的，所述空冷管的下端连接有堆积管，所示堆积管的下端连接有出料旋转阀，且堆积管上开设有燃气抽出口，气化残渣在空冷管中冷却后堆积在空冷管下端的堆积管中形成碳层，对可燃气中的残余焦油和粉尘进行吸附，当碳层形成后再开启出料旋转阀，使碳层在动态中保持厚度稳定。作为进一步优选的，所述燃烧单元包括燃烧炉，该燃烧炉的下部连接有一次风管，中部通过输送单元与出料旋转阀相连，顶部连接有高温烟气管，中上部连接有二次风管，下部连接有排灰装置，该燃烧炉上还开设有燃料补给口，从换热单元送出的热空气作为一次风经一次风管送入燃烧炉中，从出料旋转阀排出的气化残渣经输送单元送入燃烧炉中，燃烧产生的高温烟气经高温烟气管送入热解单元中，从热解单元排出的低温烟气送入预热单元中以加热空气，加热的空气作为二次风经二次风管送入燃烧炉中。作为进一步优选的，所述输送单元包括位于出料旋转阀下方的出料绞龙以及与出料绞龙相连的溜料管，所述出料绞龙用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续式生物质热解气化装置，其特征在于，包括依次设置的送料单元、热解单元、气化单元、换热单元和燃烧单元，其中，所述送料单元用于将生物质原料送入热解单元中，生物质原料在热解单元中发生热解产生焦炭和挥发分，热解产生的焦炭和挥发分进入气化单元中进行气化反应以产生可燃气和气化残渣，该可燃气和气化残渣进入换热单元中与空气换热使空气变为热空气，所述热空气一部分回送至气化单元中，用于与热解产生的焦炭和挥发分发生气化反应，另一部分作为一次风送入燃烧单元中为燃烧提供热空气，而换热后的可燃气经换热单元底部送出，换热后的气化残渣则输送至燃烧单元中进行燃烧，所述燃烧单元燃烧产生的高温烟气输送至热解单元中为生物质原料热解提供热量，热解过程中高温烟气与生物质原料换热变成低温烟气，该低温烟气用于加热空气，加热后的空气作为二次风送入燃烧单元中，燃烧单元燃烧产生的灰渣排出后用于加热空气，该加热后的空气同样作为二次风送入燃烧单元中。

【技术特征摘要】
1.一种连续式生物质热解气化装置，其特征在于，包括依次设置的送料单元、热解单元、气化单元、换热单元和燃烧单元，其中，所述送料单元用于将生物质原料送入热解单元中，生物质原料在热解单元中发生热解产生焦炭和挥发分，热解产生的焦炭和挥发分进入气化单元中进行气化反应以产生可燃气和气化残渣，该可燃气和气化残渣进入换热单元中与空气换热使空气变为热空气，所述热空气一部分回送至气化单元中，用于与热解产生的焦炭和挥发分发生气化反应，另一部分作为一次风送入燃烧单元中为燃烧提供热空气，而换热后的可燃气经换热单元底部送出，换热后的气化残渣则输送至燃烧单元中进行燃烧，所述燃烧单元燃烧产生的高温烟气输送至热解单元中为生物质原料热解提供热量，热解过程中高温烟气与生物质原料换热变成低温烟气，该低温烟气用于加热空气，加热后的空气作为二次风送入燃烧单元中，燃烧单元燃烧产生的灰渣排出后用于加热空气，该加热后的空气同样作为二次风送入燃烧单元中。2.如权利要求1所述的连续式生物质热解气化装置，其特征在于，所述热解单元包括管排式热解床(5)及套装在管排式热解床(5)外部的热解供热烟箱(6)，所述管排式热解床(5)由多根竖直布置的耐高温圆钢管构成，多根圆钢管的顶部与进料旋转阀(4)的出料口相连，所述热解供热烟箱(6)的上下端分别装有烟气出口(34)和烟气进口(33)，内部布置有烟气隔板(32)，以将热解供热烟箱(6)分割为多级往返折流烟道，且每级烟道内布置有波纹板(41)，燃烧单元燃烧产生的高温烟气经下端的烟气进口(33)进入热解供热烟箱(6)中，经热解换热后从烟气出口(34)排出。3.如权利要求1所述的连续式生物质热解气化装置，其特征在于，气化单元包括由耐高温钢浇铸而成的管仓式气化床(10)，该管仓式气化床(10)的入料口与热解管(5)的下料口相连，其上端外部布置有环形管(36)，该环形管(36)通过均匀分布的环排式空气喷管(35)与管仓式气化床(10)内部导通，该环形管(36)还与气化剂输送管(9)相连，以此气化剂经气化剂输送管(9)依次经环形管(36)和环排式空气喷管(35)均匀的输送至管仓式气化床(10)内，与焦炭和挥发分发生气化重整反应。4.如权利要求1所述的连续式生物质热解气化装置，其特征在于，所述换热单元包括空冷管(12)和套装在空冷管(12)外部的空冷箱(13)，所述空冷箱(13)的上下端布置有冷空气入口(39)和热空气出口(38)，内部装有空气隔板(37)，以将空冷箱分为多级往复折流式空冷通道，冷空气经上端的冷空气入口(39)进入空冷箱(13)，与可燃气和气化残渣换热后变为热空气从热空气出口(38)送出。5.如权利要求4所述的连续式生物质热解气化装置，其特征在于，所述空冷管(12)的下端连接有堆积管，所示堆积管的下端连接有出料旋转阀(15)，且堆积管上开设有燃气抽出口(14)，气化残渣在空冷管(12)中冷却后堆积在空冷管(12)下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉平，谢迎谱，杨海平，刘标，胡俊豪，曾阔，邵敬爱，杨晴，陈应泉，王贤华，张世红，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42