[发明专利]两段式高温预热蒸汽生物质气化炉

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化领域，具体为一种可对生物质进行两段式超高温气化操作的两段式高温预热蒸汽生物质气化炉。

背景技术

生物质高温空气气化技术是燃料利用和能源供应领域内的一项高新技术，对缓解能源危机和改善环境质量具有重要意义，在日本、美国、西欧等一些发达国家已受到学术界和工业界的高度重视，我国在这方面的研究工作刚刚起步，对高温空气气化过程本身缺乏足够的研究，目前还没有一个较完善的可用于高温空气气化研究的实验系统。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种两段式高温预热蒸汽生物质气化炉，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

两段式高温预热蒸汽生物质气化炉，分成两级反应器，在第一级反应器中脱去给料中的挥发分。在此过程中只利用高温空气发生器提供的高温预热纯蒸汽(700℃-1000℃)。在第二级反应器中利用高温预热的空气与蒸汽的混合物(温度在700℃-1400℃)进行充分裂化和破坏焦油的反应。

在本发明中，气化炉中高温蒸汽与空气混合物主要由高温空气发生器提供。

在本发明中，气化炉炉体为孔型圆柱结构，内部分为两级反应器，两层反应器为葫芦式结构，其收缩处的侧旁炉墙的倾角在45-60°之间，中间较窄处通过炉排隔开，另外，在下部的第二级反应器下也设置有一炉排，此炉排结构下为集渣室，在所述的两个炉排结构下都设有喷口，分别为上部碰口和 下部喷口，两个喷口均为柱形过道结构，侧旁均开有气体入口，其中上部的气体入口为高温蒸汽入口，下部的气体入口为高温蒸汽与空气入口。

此外，在气化炉上还应设置相应的进料和出料端口，优选方案为：在第一级反应器上端应该设置一个垂直方向通入的固体给料进口，且侧旁还应该设置一个合成燃气出口；第二级反应器侧旁设置一个液体与微粒给料注入端口；同时，集渣室上设置有一排渣口。

在本发明中，固体给料可选的物料可以是生物质、煤、市政固体垃圾及其混合物。

在第一级反应器中，所给物料由蒸汽温度高于700℃的高温蒸汽显热，且在第二级反应器中由炭灰氧化、气化产生的烟气显热加热。

用于第一级反应器中给料气化的高温蒸汽由高温蒸汽入口送入，并进入上部喷口；此时，须保持高温蒸汽在高温蒸汽入口处连续供给，以便第一级反应器内温度保持在600℃-900℃，优选为700℃以上。

在本过程中，由于剩余的氧气与物料高温分解释放的气体燃烧，在上部炉排附近可能会出现火焰。

气化过程中通过控制从高温蒸汽入口处送入的蒸汽温度、流速，以及第二级反应器内多余氧气的温度和含量来控制第一级反应器中的温度。第一级反应器中给料的停留时间主要由上部炉排间隙的大小来控制。

为了使气化剂与物料能很好地混合，下部炉排下设置有下部喷口，喷口的直径一般比第一级反应器的炉膛直径要小，且高温蒸汽入口的进入喷口的端口部分的直径应为上部喷口的1/2-1/3。

燃料在第一级反应器中由高温蒸汽脱去挥发分后，剩余不易挥发的碳形成活性炭和灰渣。灰渣继续下落，依次通过上部炉排、上部喷口和第二级反应器，在此过程中灰渣与高温空气、蒸汽混合物发生氧化、气化反应。在下部炉排处反应器的温度会进一步升高到低于灰软化温度的程度。高温空气和蒸汽的混合物由高温蒸汽与空气入口进入下部喷口。运行时第二级反应器中温度的最高值应保持在低于灰软化温度50℃左右，并把低于软化温度100℃时的温度作为正常工作的最高温度。

第二级反应器的温度由预热温度、流速、混合物中蒸汽与氧气的比值以及蒸汽与碳的比值来控制。

灰渣通过下部喷口掉入底部集渣室后分批次排出。

合成燃气通过合成燃气出口流出。由于第一级反应器的温度足够高且有蒸汽存在，大部分焦油被破坏，转化成合成气，因而合成气的主要化学成分是H₂、CO、CH₄和CO₂。

通过优化输入蒸汽量与氧气量的比值，该气化器能够很好地控制氢气与一氧化碳在合成气中的比例。此外，通过控制第二级反应器内的温度(如控制在700℃)与第一级反应器内的温度相同，可以消耗掉所有的焦油和油。

本发明也能用于生产活性炭，并且只要精心设计过程参数(温度、反应时间、氧量与蒸汽量的比值等)，就可以使预期的产品(活性炭与合成气)的产量达到最大值。

第一级气化器内主要化学反应：