[发明专利]一种用于生物质与焦油混合物的上吸式水蒸汽气化装置

说明书

本发明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。

技术领域：

本发明涉及生物质能源技术领域，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。

背景技术：

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,et al.,Prog EnergyCombust Sci,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.Abdoulmoumine et al.Appl.Energy,2015)；国家标准《GB/T 13612-2006人工煤气》规定焦油和灰尘总含量低于10mg/m3；国家标准《GB 50494-2009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，中国发明公布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。

发明内容：

本发明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。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：