[實用新型]生物質水蒸氣間接氣化設備

有效

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• 申請日: 2010-07-20
• 公開（公告）號: CN201770674U
• 公開（公告）日: 2011-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 陳義龍;張巖豐;唐宏明
• 申請（專利權）人: 武漢凱迪控股投資有限公司
• 主分類號: C10J3/66
• 分類號: C10J3/66;C10J3/48;C10J3/20;C10J3/84;C10J3/72
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西

技術領域

本實用新型涉及將可燃物料轉變成清潔高效合成氣的技術，具體地指一種生物質水蒸汽間接氣化設備。

背景技術

可燃物料氣化技術在二十世紀末得到了快速發(fā)展，特別是對燃煤進行氣化的技術已經相當成熟，科研人員已成功地開發(fā)出了對煤種適用性廣、氣化效率高、產生污染少的煤氣化工藝和設備。而對樹枝、秸稈、稻草或其他農林廢棄物等生物質進行氣化的技術則是本世紀出現的一種綜合利用能源的新技術，已有的生物質氣化技術主要包括固定床氣化、流化床氣化、兩段式制氣等工藝和設備，這些都屬于直接氣化工藝和設備。直接氣化工藝和設備最主要的特點是利用部分生物質燃燒放出的熱量為氣化反應提供能源，氣化反應所采用的氧化劑一般是空氣、富氧空氣、或富氧空氣與水蒸汽的組合中的一種。近期的研究和實驗表明：上述生物質直接氣化工藝和設備存在如下幾方面的缺陷：

一、生物質燃料的成份和熱值極不穩(wěn)定、著火點低、著火反應快，容易發(fā)生爆燃現象，在氣化爐局部區(qū)域形成超溫結焦結垢，氣化爐的運行溫度極難控制。

二、當以空氣作為氧化劑時，由于空氣中存在大量不發(fā)生反應的N₂成份，會導致合成氣中的N₂含量偏高、有效氣體(CO+H₂)含量偏低、H₂/CO比例下降，合成氣的熱值偏低且不穩(wěn)定，一般只能維持在5000KJ/Nm³以下，難以滿足后續(xù)的工業(yè)利用。

三、當以富氧空氣作為氧化劑時，雖然可以減少合成氣中的N₂含量，但需要附設體積龐大且能耗極高的空氣分離裝置，這樣將大幅增加整個氣化工藝和設備的成本。

四、當以富氧空氣與水蒸汽的組合作為氧化劑時，雖然可以減少合成氣中的N₂含量、增加合成氣中的H₂含量，但水蒸汽作為反應介質仍需要消耗大量的熱能，與分離空氣的能耗累積，同樣會大幅增加整個氣化工藝和設備的投資。

五、需要自燃約15～20％的生物質來提供氣化反應的能量，而燃燒產生大量的CO₂，從而降低合成氣中有效氣體(CO+H₂)的含量。并且，高溫合成氣連同混雜于其中的空氣將帶走大量的顯熱，這樣熱能轉化成化學能的比例將大幅下降，導致整個氣化工藝的冷煤氣效率較低，一般情況在70％以下，最好狀況也不會超過80％。

六、氣化爐的運行溫度大多設計為800～1200℃，而在該溫度區(qū)域進行氣化反應的生物質燃料將產生大量難以清除的焦油，過多的焦油在設備和管道中累積和粘結，可造成管道堵塞和設備污染。

七、生物質燃料氣化反應所產生的灰份中含有大量的K、Na等堿金屬氧化物，一般占灰份重量的20～40％，而這些堿金屬氧化物在溫度高于800℃時會氣化混雜于所產生的合成氣中，不僅影響合成氣的品質，而且與焦油一起粘附在設備和管道中，對設備和管道腐蝕嚴重。

鑒于上述生物質直接氣化工藝和設備所存在的若干致命缺陷，目前還難以將其應用于實際生產中。如何使生物質燃料的氣化從研究試驗階段轉化為實際商業(yè)利用，是本領域科研人員一直在努力攻克的難題。

發(fā)明內容

本實用新型的目的就是要提供一種工藝易于控制、能耗和投資低廉、冷煤氣效率高、所產生合成氣熱值大、且能根除焦油和堿金屬化合物的生物質水蒸汽間接氣化設備。

為實現上述目的，本實用新型所設計的生物質水蒸汽間接氣化設備，包括通過各種管道相連的儲水箱、輸水泵、熱交換器、等離子炬加熱器、氣化爐和噴淋塔等部件。其中：

所述儲水箱通過輸水泵與熱交換器的給水輸入端相連，所述熱交換器的蒸汽輸出端與等離子炬加熱器的進汽口相連，所述等離子炬加熱器的排汽口與氣化爐的水蒸汽噴嘴相連。

所述氣化爐的排渣口與冷渣器的進渣口相連，所述氣化爐的出氣口與噴淋塔的進氣口相連，所述噴淋塔的出氣口與熱交換器的氣體輸入端相連，所述熱交換器的氣體輸出端依次與除塵器、除酸塔和干燥器串聯連接。

由于等離子炬加熱器具有可超高溫加熱、傳熱傳質快、熱效率高、熱功率可調等特點，用其加熱儲水箱中的水時，能夠高效、連續(xù)、穩(wěn)定地輸出符合工藝要求的高溫過熱水蒸汽，高溫過熱水蒸汽既作為氧化劑又作為能量載體，可確保氣化爐始終維持穩(wěn)定可靠的運行。而熱交換器的設置可以有效回收初合成氣所攜帶的大量顯熱，這些顯熱可將儲水箱中的水預熱成飽和蒸汽，再送入等離子炬加熱器處理，這樣可以降低等離子炬加熱器的能耗，同時實現熱能的綜合利用。