一种生物质炭汽联产的系统的制作方法

本实用新型涉及生物质清洁利用技术领域，具体涉及一种生物质炭汽联产的系统。

背景技术：

我国的生物质资源非常丰富，仅农林业废弃物年产量就超过10亿吨，通过开发生物质资源的利用技术，可以优化现阶段的能源结构，弥补化石能源资源的利用局限性。

目前生物质资源的主要利用技术有生物质直燃和生物质气化。而生物质气化可通过热解和热化学氧化反应，将生物质中富含的挥发分转化成ch4、h2及co等可燃性气体，与直燃技术相比，生物质气化燃烧具有综合效率高、效益高、投资成本低及原料多样性的特点，目前正在逐渐被应用推广。

生物质气化燃烧技术虽然为生物质资源的有效利用提供了一条途径，但是现有工艺在实际应用中还存在一些问题。

如，现有工艺中大部分采用燃烧器或内燃机来利用生物质气化产生的可燃气，而生物质气化时势必会产生一定量的焦油气和细灰颗粒，当存在温度梯度时焦油很容易析出，堵塞管路和设备。因此可燃气在进入燃烧器或内燃机之前需要进行深度净化处理，这就大大增加了生产运行成本，同时还需要定期对相关设备进行清理，增加了维护成本。并且现有燃气燃烧工艺通常燃烧温度比较高，且燃烧气氛组织困难，导致烟气中nox排放浓度比较高。另外，采用燃烧器或内燃机的工艺无法形成大规模应用模式，不能满足市场需求。

除此以外，现有的生物质气化燃烧工艺仅仅注重了可燃气的高效利用，而生物质内的固定碳往往被忽略，通常与灰渣一起作为废料处理，从资源综合利用效率角度考虑，现有的生物质气化燃烧工艺并不完善。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生物质炭汽联产的系统，可以高效率地生产炭颗粒和过热蒸汽。

本实用新型所提供的技术方案为：

一种生物质炭汽联产的系统，包括：依次连接的流化床气化炉、气固分离机构和燃气分级燃烧燃烬锅炉；

所述燃气分级燃烧燃烬锅炉的内壁为水冷壁，燃气分级燃烧燃烬锅炉内部设有分隔水冷壁，将燃气分级燃烧燃烬锅炉分成底部连通的燃烧室和余热回收室；所述燃烧室及入口烟道内设有燃料分级燃烧风管，所述余热回收室内设有过热器、蒸发器，所述燃气分级燃烧燃烬锅炉在余热回收室侧连接有用于排出烟气的尾部烟道；

所述燃气分级燃烧燃烬锅炉连接有用于收集水冷壁和分隔水冷壁产生的饱和蒸汽汽包；所述汽包将饱和水供入水冷壁、分隔水冷壁、蒸发器，同时将饱和蒸汽送入过热器进行循环。

在本实用新型中，所述余热回收室内设有受热面，可以为过热器和蒸发器，但不限于上述受热面。

本实用新型通过对系统的结构进行改进，可以有效生产生物炭颗粒和过热蒸汽，避免生物质所含碱金属物质在受热面中的沉积与高温腐蚀问题，同时实现烟气的低氮氧化物排放。

本实用新型中所述燃烧燃烬室通过沿燃烧室高度进行分层送风的燃料分级燃烧风管实现分级燃烧以控制燃烧过程中氮氧化物的形成。所述燃烧燃烬室的出口侧设有sncr装置。通过布置sncr可以进一步减少烟气中的氮氧化物，实现nox最终排放浓度达到国家超低排放的标准。

优选的，所述受热面自下而上包括蒸发器和过热器。

本实用新型中所述余热回收室入口至过热器之间留有一段用于冷却烟气的冷却室，使过热器入口烟气温度不高于800℃，避免过热器受热面中发生碱金属物质的沉积与高温腐蚀。

本实用新型中所述尾部烟道内依次设有气化空气预热器和燃烬空气预热器，这两种预热器均由两级预热器构成。采用空气管道将气化空气预热器所产生的高温空气和流化床气化炉进行连接，燃烬空气预热器产生的热空气与燃烧燃烬室相连，并沿高度方向分层送入燃烧燃烬室。该结构设置可以有效地利用高温烟气的热量，高温烟气与气化空气预热器和燃烬空气预热器进行换热，常温空气经过气化空气预热器的两级预热器加热后，形成约450℃的高温空气，作为流化床气化炉内的气化风。由于较高温度空气送入流化床气化炉下部，有助于入炉生物质燃料的气化反应，可处理水分含量达50％左右的生物质原料。

本实用新型中所述尾部烟道内设有省煤器，采用管道将省煤器与汽包进行连接。省煤器可有效地利用高温烟气的热量，将温水加热成饱和水供水冷壁、分隔水冷壁及蒸发器使用。

本实用新型所述省煤器设置在气化空气预热器的两级预热器之间。

本实用新型中所述尾部烟道还依次设有燃烬空气预热器的两级预热器，采用空气管道将两级预热器和燃料风管进行依次连接。该结构设置可以有效地利用高温烟气的热量，将常温空气加热成高温空气后作为燃烬室内的燃料风，由多层燃料风管送入燃烬室。

本实用新型中所述燃料分级燃烧风管包括若干组，沿着高温气化气流动的方向间隔布置。采用空气分级燃烧方式，避免高温气化气在燃烬室燃烧存在高温燃烧区和高氧浓度区，实现了高温气化气低氧浓度的高效稳定燃烧和温度均匀分布，大大降低了nox的生成。作为优选，所述燃料分级燃烧风管包括2～15组，进一步优选为4～10组，同时至少保证燃烧燃烬室的入口烟道有一组风管，这样使气化气在进入燃烧室之前就发生燃烧，使进入燃烧室的燃气温度始终保持稳定，保证燃气在燃烧燃烬室内稳定燃烧。

作为优选，所述燃烧室的出口侧温度控制在900℃左右并设有sncr装置。所述燃料风管包括若干组，沿着高温气化气流动的方向间隔布置。采用空气分级燃烧+sncr的技术组合能够进一步地控制nox生成。

本实用新型中所述气固分离机构包括两组串联的旋风分离器。串联是指，第一个旋风分离器的出风口与第二个旋风分离器的进风口连接，使得高温气化气与炭颗粒的混合气连续经过两次气固分离。

本实用新型还提供一种利用如上述的系统进行生物质炭汽联产的方法，包括：

1)生物质与气化风在流化床气化炉内发生部分气化反应产生高温气化气和炭颗粒；

2)高温气化气与炭颗粒在气固分离机构中分离，炭颗粒被收集，高温气化气进入燃气分级燃烧燃烬锅炉；

3)高温气化气在燃气锅炉的入口烟道和燃烧室内与沿高度分层送入的燃料风进行燃烧反应，产生烟气，并通过控制燃烧室燃烧气氛及温度分布控制氮氧化物的形成；汽包为燃气锅炉内的水冷壁、分隔水冷壁、蒸发器提供饱和水，同时为过热器提供饱和蒸汽；而烟气的热量以及燃烧反应产生的热量分别与水冷壁、分隔水冷壁、蒸发器的饱和水，以及过热器内的饱和蒸汽进行换热，形成过热蒸汽；

4)步骤3)中产生的烟气则经过余热回收室后进入尾部烟道。

本实用新型所述步骤1)中的气化风是由常温空气经过气化空气预热器加热得到。高温烟气与气化空气预热器换热后使常温空气加热形成高温空气并作为流化床气化炉内的气化风，从而有效利用高温烟气的热量。

本实用新型所述步骤3)中的燃料风是由常温空气经燃烬空气预热器加热得到。高温烟气与燃烬空气预热器换热后，外部常温空气加热成高温空气并作为燃烧室内的燃料风，由多层燃料风管通入燃烧室内。

本实用新型所述步骤3)中汽包提供的饱和水是由省煤器与高温烟气换热将外部温水加热形成的。所产饱和水再经过水冷壁、分隔水冷壁、蒸发器等受热面加热后形成饱和蒸汽后重新返回至汽包中。从汽包中出来的饱和蒸汽进入高温过热器形成高温过热蒸汽。

本实用新型所述步骤3)中燃烧反应产生的烟气经过sncr装置处理，进一步减少烟气中的氮氧化物排放量。

本实用新型所述步骤3)中余热回收室入口至过热器之间留有一段用于冷却烟气的冷却室，使过热器入口烟气温度不高于800℃；

本实用新型步骤4)中烟气进入尾部烟道后分别与气化空气预热器、省煤器、燃烬空气预热器进行换热。

同现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

(1)本实用新型通过对系统的结构进行改进，可以高效率地生产炭颗粒和过热蒸汽。

(2)本实用新型通过高温空气预热器将进入到气化炉内的空气加热到较高的温度，一方面可以减少生物质在气化炉内的燃烧份额提高生物质炭产率，另一方面也可以提高高水分生物质原料的处理能力。

(3)本实用新型中采用空气分级燃烧措施通过控制燃烧室燃烧气氛，实现了高温气化气在燃烧室的高效稳定燃烧和温度均匀分布，降低燃烧过程氮氧化物的生产，同时在燃烬室出口采用sncr进一步将生成的少量氮氧化物还原为氮气，从而将烟气中的nox浓度控制在较低水平。

附图说明

图1为本实用新型中生物质炭汽联产的系统的结构示意图。

其中，1、流化床气化炉；2、一级旋风分离器；3、二级旋风分离器；4、燃气分级燃烧燃烬锅炉；5、燃烧燃烬室；6、燃料分级燃烧风管；7、sncr装置；8、余热回收室；9、水冷壁；10、蒸发器；11、过热器；12、尾部烟道；13、气化空气预热器；14、省煤器；15、燃烬空气预热器；16、汽包。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所述，生物质炭汽联产的系统包括：流化床气化炉1、气固分离机构2，3、燃气分级燃烧燃烬锅炉4、汽包16和尾部烟道12。

流化床气化炉1的出口与气固分离机构连接，气固分离机构包括两组串联的旋风分离器，分别为一级旋风分离器2和二级旋风分离器3。一级旋风分离器2的出风口与二级旋风分离器3的进风口连接，使得高温气化气与炭颗粒的气固混合气连续经过两次气固分离。二级旋风分离器3的出风口则与燃气分级燃烧燃烬锅炉4连接，使得高温气化气能够通入燃气锅炉4的燃烧燃烬室5内。

燃气锅炉4的内壁为水冷壁9，燃气锅炉4的内部设有分隔水冷壁将燃气锅炉4分成底部连通的燃烧燃烬室5和余热回收室8。

燃烧燃烬室5内及其入口烟道设有燃料分级燃烧风管6，燃料分级燃烧风管包括若干组，沿着高温气化气流动的方向间隔布置，燃烧燃烬室5内的燃料分级燃烧风管6的数量根据燃烧燃烬室5的实际尺寸进行布置，例如燃料分级燃烧风管6包括4～10组。燃烧燃烬室5的入口烟道内至少布置1组燃料分级燃烧风管。燃烧室5的出口侧设有sncr装置7，采用空气分级燃烧+sncr的技术组合能够有效地控制nox生成。

余热回收室8内设有受热面：包括过热器11和蒸发器10，燃气分级燃烧燃烬锅炉4连接有用于收集水冷壁(包括分隔水冷壁)9和蒸发器10产生的饱和水蒸气的汽包16，汽包16将饱和水供入水冷壁(包括分隔水冷壁)9和蒸发器10形成饱和蒸汽，同时将饱和蒸汽送入过热器11形成过热蒸汽。燃气分级燃烧燃烬锅炉4在余热回收室8侧连接有用于排出烟气的尾部烟道12。另外，余热回收室入口至过热器之间设有冷却烟气的冷却室，过热器的入口烟气温度不高于800℃。

尾部烟道12内依次布置有气化空气预热器13、省煤器14、燃烬空气预热器15。

气化空气预热器13与流化床气化炉1采用空气管道进行连接，常温空气经过气化空气预热器13的两级预热器加热后形成高温空气，作为流化床气化炉内的气化风。该结构设置可以有效地利用高温烟气的热量，并提高气化炉处理高水分低热值生物质原料的能力，高温烟气与气化空气预热器13的两级预热器进行换热，常温空气经过气化空气预热器13加热形成300-500℃高温空气，作为流化床气化炉1内的气化风。

省煤器14与汽包16采用管道进行连接，可以通过管道向系统内通入外部温水，使得温水经过加热形成饱和水后通入到汽包16内由汽包16再经过水冷壁(包括分隔水冷壁)9和蒸发器10加热后形成饱和蒸汽后重新返回至汽包16中。从汽包16中出来的饱和蒸汽进入高温过热器11形成高温过热蒸汽。燃烬空气预热器15与燃料分级燃烧风管6采用空气管道进行连接，可以通过空气管道向系统内通入外部常温空气。该结构设置可以有效地利用高温烟气的热量，与烟气换热后形成150-200℃高温空气，作为燃烧室8内的燃料风，由燃料分级燃烧风管6通入到燃烧室5内。

工艺流程：

外部常温空气分别经气化空气预热器13加热到300～500℃后作为气化风，送入流化床气化炉1内。

流化床气化炉1内给入生物质，生物质可以选秸秆、木屑及加工下脚料等。气化风与给入流化床气化炉1内的生物质发生部分气化反应，反应温度为650～700℃，反应产生高温气化气和炭颗粒，高温气化气携带着的炭颗粒分别经过一级旋风分离器2、二级旋风分离器3时被分离下来作为炭产品使用。

外部常温空气分别与燃烬空气预热器15换热后，加热到150～200℃，作为燃气分级燃烧燃烬锅炉4的燃料风经多级燃料风管6送入燃气分级燃烧燃烬锅炉4内。从二级旋风分离器3出来的高温气化气进入燃气分级燃烧燃烬锅炉4的燃烧燃烬室5内与多级燃料风管6送入的燃料风发生燃烧，燃烧燃烬室5的反应温度在900～950℃。燃烧燃烬室5产生的烟气经sncr装置7处理后氮氧化物排放浓度达到国家超低排放标准(小于50mg/nm3)，燃气分级燃烧燃烬锅炉4出口的烟气温度为500～600℃。

外部温水经省煤器14加热后形成饱和水，送入到汽包16内发生汽水分离，分离出的饱和水分别被送入至水冷壁(包括分隔水冷壁)9和蒸发器10，进一步加热成饱和蒸汽重返汽包16内汽水分离。所产饱和蒸汽送入过热器11形成不同压力的过热蒸汽直接外供使用。而从尾部烟道12出来的烟气则输送到烟气处理系统进行深度净化处理。

具体实例：

生物质选糠醛渣，给料量为24t/h，在流化床气化炉1内与来自气化空气预热器13的300℃高温气化风发生部分气化反应，反应温度650℃左右，反应产生高温气化气、炭颗粒及少量细灰颗粒。炭颗粒随高温气化气经一级旋风分离器2、二级旋风分离器3分离下来，炭颗粒产量为2.52t/h。所产的炭颗粒可作为炭产品用于生产活性炭、炭基肥料等。

从二级旋风分离器3出来的高温气化气进入到燃气锅炉4的燃烧室5内与多级燃料风管6送入的燃料风发生燃烧，燃烧温度900℃左右。燃烧产生的烟气中nox浓度在sncr装置7前经烟气分析仪测量得96mg/nm³左右，在sncr装置7后测量得38mg/nm³(折算到6％氧量下)，低于nox国家超低排放标准浓度50mg/nm3的限值。从过热器蒸11出来的过热蒸汽压力3.2mpa、温度420℃，该蒸汽可用于发电或工业供热。

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