自預(yù)熱生物質(zhì)氣化爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種燃料生產(chǎn)系統(tǒng)，特別涉及一種生物質(zhì)燃料生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，煤、石油、天然氣等化石能源都是不可再生資源，在人類(lèi)大規(guī)模的開(kāi)采下已逐漸枯竭。另外，這些燃料在燃燒時(shí)會(huì)向空氣中排放大量的有毒有害氣體，造成大氣嚴(yán)重污染。為此，能源領(lǐng)域?qū)＜艺ふ铱稍偕那鍧嵢剂蟻?lái)代替化石能源。
[0003]生物質(zhì)燃料(簡(jiǎn)稱(chēng)BMF，比如農(nóng)林廢棄物，如秸桿、鋸末、甘蔗渣、稻糠等)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1、BMF的能量來(lái)自于其生長(zhǎng)時(shí)對(duì)自然界0)2的吸收，因此BMF具有CO 2生態(tài)“零”排放的特點(diǎn)；2、BMF的燃燒以揮發(fā)份為主，其固定碳的含量為15%左右，是典型的低碳燃料；3、BMF的含硫量比柴油還低，僅為0.05%，不需設(shè)置脫硫裝置就可實(shí)現(xiàn)SO2的排放；4、BMF的灰份僅為1.8%，是煤基燃料的1/10左右，設(shè)置簡(jiǎn)單的除塵裝置就能實(shí)現(xiàn)粉塵排放達(dá)標(biāo)；5、BMF含氮量低，氧含量高，燃燒時(shí)生成較少的NOx;6、BMF來(lái)源于農(nóng)林廢棄物，原料分布廣泛多樣，成本低，循環(huán)生長(zhǎng)，取之不盡用之不竭，是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。
[0004]生物質(zhì)燃料技術(shù)的研宄與開(kāi)發(fā)己成為世界重大熱門(mén)課題之一，受到世界各國(guó)政府與科學(xué)家的關(guān)注。生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)的直接燃燒在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期是我國(guó)生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)氣化、炭化、熱解和液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)。生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)一沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)一乙醇轉(zhuǎn)換等。
[0005]生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，在氣化劑作用下，通常以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑(也稱(chēng)為氣化質(zhì))，在高溫條件下通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^(guò)程。生物質(zhì)氣化時(shí)產(chǎn)生的氣體成分主要包括h2、014和CO等，通常將這種可燃?xì)怏w稱(chēng)為生物質(zhì)燃?xì)狻?br>[0006]在生物質(zhì)的氣化過(guò)程中，氣化效果與燃燒過(guò)程有著密不可分的關(guān)系，這是因?yàn)槿紵^(guò)程是生物質(zhì)氣化的基礎(chǔ)，而氣化則是部分燃燒或缺氧燃燒，生物質(zhì)中碳的氧化燃燒過(guò)程為氣化過(guò)程提供了熱量。在氣化反應(yīng)中，其他過(guò)程的進(jìn)行情況取決于碳燃燒階段的放熱情況。因此，從根本上說(shuō)，生物質(zhì)氣化過(guò)程是為了增加可燃?xì)獾漠a(chǎn)量而在高溫條件下發(fā)生的熱裂解過(guò)程。
[0007]相對(duì)于其它的生物質(zhì)利用技術(shù)而言，生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種廣泛使用的生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化方式。其特點(diǎn)主要包括能量轉(zhuǎn)化效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行操作容易，不受地區(qū)、燃料種類(lèi)和氣候的限制。經(jīng)過(guò)生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)生的生物燃?xì)饪捎糜诳彩?、采暖和烘干谷物、木材等，還可作內(nèi)燃機(jī)、熱氣機(jī)等動(dòng)力裝置的燃料，將其轉(zhuǎn)化為電力或動(dòng)力，提高生物質(zhì)能源品位及其使用效率。
[0008]生物質(zhì)的氣化過(guò)程主要在氣化爐中進(jìn)行，由于氣化爐的類(lèi)型、氣化反應(yīng)條件、工藝流程、氣化劑的種類(lèi)、原料的性質(zhì)和粉碎粒度等條件的不同，其氣化反應(yīng)過(guò)程也不盡相同。但生物質(zhì)氣化過(guò)程在不同條件下的基本包括:C+02= C02；C0 2+C = 2C0 ；H20+C = CO+H2等。
[0009]一般而言，生物質(zhì)的實(shí)際反應(yīng)過(guò)程主要包括四個(gè)部分:(1)、干燥層，其中生物質(zhì)從氣化爐頂部進(jìn)入氣化器，被加熱至大約200?300°C左右后，生物質(zhì)原料中的水分首先受熱蒸發(fā)，最終產(chǎn)物為干物料；(2)、熱解層，其中生物質(zhì)干物料從干燥層向下移動(dòng)進(jìn)入熱解層，在高溫作用下，生物質(zhì)中揮發(fā)分將會(huì)大量地析出，其作用溫度在500?600°C左右，揮發(fā)分析出后，生物質(zhì)只剩下殘余的木炭，其中熱分解反應(yīng)析出的揮發(fā)分主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其它碳?xì)浠衔锏龋?3)、氧化層(也叫燃燒層)，其中生物質(zhì)經(jīng)熱解層后僅剩下木炭，此時(shí)在氧化層中與被引入的空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，同時(shí)釋放出大量的熱量，為其它區(qū)域的反應(yīng)提供熱量，在氧化層中，其特點(diǎn)是反應(yīng)速率快，層高較低，溫度可以高達(dá)1000?1200°C左右，同時(shí)揮發(fā)分參與燃燒后進(jìn)一步降解；(4)、還原層，還原層中沒(méi)有氧氣存在，氧化層中的燃燒產(chǎn)物及水蒸氣與還原層中木炭發(fā)生還原反應(yīng)，生物氫氣和一氧化碳，這些氣體與揮發(fā)分等形成了可燃?xì)怏w，完成固體生物質(zhì)向氣體燃料的轉(zhuǎn)化過(guò)程，由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，此時(shí)的溫度降低到700?900°C左右，而其所需熱量主要來(lái)源于氧化層O
[0010]生物質(zhì)氣化反應(yīng)主要在氣化爐中進(jìn)行，因此氣化爐是生物質(zhì)氣化的主要的設(shè)備，根據(jù)氣化爐的運(yùn)行方式不同可以分為流化床氣化爐和固定床氣化爐。其中，在流化床氣化爐中，粉碎的生物質(zhì)原料被投入氣化爐中，氣化劑由鼓風(fēng)機(jī)從爐柵底部向上吹入氣化爐內(nèi)，燃料的氣化反應(yīng)是在“沸騰”狀態(tài)完成的。其中，固定床氣化爐是將切碎的生物質(zhì)原料由爐子頂部加料口投入到固定床氣化爐中，物料在爐內(nèi)基本上按層次地進(jìn)行氣化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在爐內(nèi)的流動(dòng)要靠動(dòng)力裝備風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0011]在上吸式固定床氣化爐中，生物質(zhì)原料從氣化爐頂部送入，氣化劑由爐體底部的進(jìn)氣口進(jìn)入爐內(nèi)參與反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體自下向上流動(dòng)，最后由氣化爐上部的燃?xì)獬隹谂懦?。其中，生物質(zhì)的反應(yīng)過(guò)程從上到下依次包括干燥層、熱解層、還原層、氧化層。其優(yōu)點(diǎn)主要是:燃?xì)庠诮?jīng)過(guò)熱分解區(qū)和干燥區(qū)時(shí)，將其本身所攜帶的熱量傳給生物質(zhì)原料，用于原料的干燥和熱分解，同時(shí)降低燃?xì)獾臏囟?，提高氣化爐的熱效率；由于生物質(zhì)原料從爐子上部加入，因此生物燃?xì)庥缮喜砍鰜?lái)時(shí)經(jīng)過(guò)物料層，對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^(guò)濾作用，減少生物燃?xì)庵械幕曳趾俊?br>[0012]如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第101737795A號(hào)所揭示的一種以空氣水蒸汽為氣化劑的生物質(zhì)氣化鍋爐，包括爐體、爐排、燃料均分器和預(yù)熱管，爐體由內(nèi)爐壁和套在內(nèi)爐壁上的外爐壁構(gòu)成，爐體的上部空腔的外形呈圓柱形，爐體的上部空腔為氣化燃燒室，爐體的下部空腔的外形呈倒錐形，爐體的下部空腔為落灰室，爐排位于落灰室的上方且設(shè)置在氣化燃燒室的下端內(nèi)，預(yù)熱管設(shè)置氣化燃燒室內(nèi)的上端且與安裝在爐體的上端壁的燃料均分器連通；生物質(zhì)氣化鍋爐還包括進(jìn)水管、霧化噴嘴、空氣進(jìn)入管、隔板、熱空氣水蒸汽混合管路、喉管、二次風(fēng)管組和連接管；熱空氣水蒸汽混合管路設(shè)置在爐排的下方，爐排由多個(gè)水平設(shè)置的爐排管縱橫交織在一起構(gòu)成，每個(gè)爐排管的下半部管壁開(kāi)有多個(gè)一次風(fēng)通孔；位于爐排上方的圓柱形爐體的外側(cè)壁上設(shè)有密閉環(huán)形霧化腔，密閉環(huán)形霧化腔直接通過(guò)內(nèi)爐壁與氣化燃燒室進(jìn)行熱交換，隔板設(shè)置在密閉的環(huán)形霧化腔內(nèi)，空氣進(jìn)入管與隔板一側(cè)的密閉環(huán)形霧化腔連通，進(jìn)水管通過(guò)霧化噴嘴與隔板另一側(cè)的密閉環(huán)形霧化腔連通，熱空氣水蒸汽混合管路的出口和隔板與霧化噴嘴之間的密閉環(huán)形霧化腔連通，各個(gè)爐排管通過(guò)熱空氣水蒸汽混合管路與密閉環(huán)形霧化腔連通。然而，該以空氣水蒸汽為氣化劑的生物質(zhì)氣化鍋爐存在以下缺點(diǎn)或不足:(I)、直接制得的生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃枯^大，如果不進(jìn)行過(guò)濾處理將嚴(yán)重影響燃?xì)獾暮罄m(xù)使用性能，而該生物質(zhì)氣化鍋爐專(zhuān)利申請(qǐng)中未揭示或建議如何有效降低生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃浚?2)、該生物質(zhì)氣化鍋爐的中上部的爐壁未采取余熱回收構(gòu)造，浪費(fèi)了一部分熱能，如果能將這部分熱能用于預(yù)熱空氣或水將會(huì)更加節(jié)能環(huán)保；(3)、該生物質(zhì)氣化鍋爐的生物質(zhì)進(jìn)料通道與生物質(zhì)燃?xì)馀懦鐾ǖ牢催M(jìn)行物理上的分隔，這不利于分別控制加料和排氣；(4)、該生物質(zhì)氣化鍋爐的水蒸汽制備方式是通過(guò)霧化噴嘴直接將水管中的冷水噴向高溫爐壁而加熱成水蒸汽直接供應(yīng)給氣化爐內(nèi)，這樣制成的水蒸汽中必然含有一定量的霧化水滴，這不利于后續(xù)在氣化爐中進(jìn)行的還原反應(yīng)；(5)、該生物質(zhì)氣化鍋爐的一次風(fēng)制備方式是將冷空氣直接送入密閉環(huán)形霧化腔中與水蒸汽混合制成熱空氣水蒸汽混合氣后供應(yīng)給氣化爐內(nèi)，這樣會(huì)使得水蒸汽中霧化水滴的含量進(jìn)一步增加。
[0013]又如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)第102643676A號(hào)所揭示的一種燃?xì)饣亓魅紵怨嵘镔|(zhì)熱解氣化方法，生物質(zhì)在熱解氣化爐內(nèi)，以空氣和水蒸氣為氣化劑進(jìn)行熱解氣化反應(yīng)，利用產(chǎn)出燃?xì)獾挠酂釋⒂烧舭l(fā)器產(chǎn)出的水蒸汽制備成過(guò)熱水蒸汽給爐內(nèi)補(bǔ)熱，并回流部分產(chǎn)出的燃?xì)馊霠t燃燒為氣化反應(yīng)提供熱量，采用高溫裂解去除焦油，確保氣化爐整體處于高溫氛圍，使生物熱解碳的氣化過(guò)程和焦油的裂解過(guò)程趨于完全。然而，該燃?xì)饣亓魅紵怨嵘镔|(zhì)熱解氣化方法存在以下缺點(diǎn)或不足:(I)、其未揭示或建議如何有效降低生物質(zhì)燃?xì)庵薪褂秃浚?2)、其使用的空氣未利用鍋爐余熱進(jìn)行預(yù)熱；(3)、其需要采用專(zhuān)門(mén)的蒸發(fā)器制得水蒸汽；(4)、其爐壁未采取余熱回收構(gòu)造，浪費(fèi)了一部分熱能。
[0014]因此，提供一種能夠充分提高能源利用率的自預(yù)