專利名稱：一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含纖維素物料的干餾和氣體凈化，特別涉及一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法。
背景技術：
隨著社會的進步與發(fā)展，人類對各種能源的要求日益劇增。石油、煤、天然氣等幾種最普遍使用的不可再生資源，因大量開采、使用而導致儲量急劇下降，己構成了當今人類生存和發(fā)展的三大危機(能源不足、糧食短缺和環(huán)境污染)之一。因此，開發(fā)能源、節(jié)約能源已成為當今世界各國政府和廣大有識之士十分關注的焦點。
我國是一個人口眾多、資源相對占有量較少的農(nóng)業(yè)大國。一方面，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)化程度的迅速提高，各方面對能源的要求急劇增長，能源供求矛盾日異加劇，己成了當前我國經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素。天然氣、煤氣等各種燃氣的供應，不但數(shù)量有限，而且費用昂貴，眾多中小城鎮(zhèn)很難享受到管道煤氣、燃氣帶來的現(xiàn)代物質(zhì)文明，數(shù)千年的煙熏火燎的炊事及取暖方式一直未能得到根本改變，嚴重影響了廣大城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化進程，另一方面，我國每年有約7億噸的農(nóng)作物秸稈、柴草和竹林工業(yè)廢料，其中約80％的農(nóng)作物秸桿以直燃方式被焚燒。在我國農(nóng)村特別是機場周圍、高速公路兩旁的地方，每年在糧食收獲的季節(jié)，大量麥草、稻草、谷殼、玉米秸，棉花稈、油菜桿、花生殼等秸桿被棄被棄之田頭地邊，為圖方便，農(nóng)民便將它焚燒，使得濃煙四起，嚴重污染環(huán)境和空氣，更嚴重的是使飛機不能起飛，汽車不能行駛，甚至造成車禍，每年有關部門不僅發(fā)動禁燒令，還專門撥出上千萬的巨款，并派出大量人員對機場及高速公路周圍農(nóng)戶進行宣傳、阻止，這一現(xiàn)現(xiàn)象已成為有關部門長期難以解決而又頭疼的難題。這種狀況不但沒能有效地利用這些資源，反而造成環(huán)境污染。因此，如何充分利用我國農(nóng)村現(xiàn)有的大量可再生資源，使之更好地造福于民、促進城鎮(zhèn)現(xiàn)代化發(fā)展進程，己成為當前我國能源開發(fā)中一個重要課題。
可再生能源是國家在“十五”863計劃設置的后續(xù)能源技術主題，其目的在于，大力發(fā)展后續(xù)能源逐步替代有限的礦物能源，改變傳統(tǒng)的能源結構，實現(xiàn)能源供應多元化，擺脫對礦物能源的依賴與束縛，改變生存環(huán)境，為國民經(jīng)濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。能源作為國家的重點，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，會逐步的大幅度增長，據(jù)資料統(tǒng)計，2003年我國電力資源已增加近15％，但仍然不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求，部分地區(qū)電力緊張，短缺的現(xiàn)象嚴重存在，從長遠來看，一個國家經(jīng)濟發(fā)展過程中，必然不斷增加能源的消耗，尤其是在一些發(fā)達國家再生能源利用率已達到20％，最高的已達25％，而我國對再生能源的利用率非常低，與發(fā)達國家比較差距甚大。因此，大力發(fā)展利用再生能源，前景廣闊，也是我國不得不引起高度重視的問題，大量利用秸桿燃氣在部份城市采用工廠化，標準化建成規(guī)模較大的燃氣火電廠，以緩解城市用電問題大有前景。
秸稈氣化技術的實驗室研究在國內(nèi)始于20世紀80年代中期。國外德國、奧地利、法國等國家也在氣化技術方面作了深入研究，德國法律已規(guī)定企業(yè)用能總量的15％必須是再生能源。
目前，國內(nèi)外生物質(zhì)氣化的方式主要有以下幾種1、上吸式氣化爐技術碳轉(zhuǎn)換率高，無固體可燃剩余物，由于氧化反應發(fā)生在空氣與碳之間，碳被完全燃燒，氣體熱值低，一般在4-4.5MJ/m3，焦油含量高。
2、下吸式氣化爐技術，碳轉(zhuǎn)換率低，剩余灰中碳含量較高，另外空氣由噴咀噴出，反應截面的溫度不均勻，有高溫區(qū)，也有低溫死區(qū)，影響了氣體質(zhì)量。氣體熱值在4.5MJ/m3，可作為加熱氣體。
3、流化床氣化爐技術，采用流化速度大于臨界速度而又小于細物料的自由沉降速度，強化了傳熱輕質(zhì)，增加了加熱速度，從而提高了反應速度，氣體熱值較上兩種技術所產(chǎn)氣體熱值要高，但飛碳損失大，氣化效率只有60％。
4、循環(huán)流化床氣化技術高流化速度操作，強化了氣固間的傳遞速度，形成了與鼓泡流化床不同的流化狀態(tài)，碳的不斷循環(huán)，保持了大的床密度，實現(xiàn)了快速加熱、快速熱分解，使熱值有較大幅度提高，一般在7.2MJ/m3，但要求粉粒直徑在150-360um，一般草類秸桿無法達到使用要求。
生物質(zhì)氣化的生產(chǎn)工藝流程一般為秸桿粗制→入爐氣化→生成煤爐氣→旋風除塵→送往用氣戶→輸配系統(tǒng)→儲氣罐→凈化。
目前，國內(nèi)95％的技術是使用下吸式氣化爐作為主導產(chǎn)品且在結構上沒有多大改進，存在和主要問題是生成和氣化熱值低，凈化效果差，焦油含量重，氣化強度不高，對原材料的要求較高、使用原料單一，原料選擇性強，如稻草、麥草、藤類、其它種類等原料都無法氣化；采用稻殼氣化爐、負壓吸氣化爐及下吸式氣化爐，是將玉米秸、花生殼、玉米芯等切制到需要的長度作氣化使用。生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率均比較低下，供氣規(guī)模小等。沒有真正地將農(nóng)村剩余秸桿有效地利用起來，只能小面積、小范圍的低程度供應。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術中的不足，通過采用兩段式秸桿氣化發(fā)生爐生成煤氣、高壓電捕焦器除去煤氣焦油等，從而提供一種煤氣凈化效果好、雜質(zhì)含量低、熱值高、氣體質(zhì)量穩(wěn)定的生物質(zhì)熱解氣化和凈化方法。
本發(fā)明的內(nèi)容是一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，包括(1)將生物質(zhì)粉碎，其特征之處是還包括下列步驟(2)入爐氣化將生物質(zhì)間歇加料于兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中，將氣化劑空氣、空氣-水蒸汽或水蒸汽-氧氣送至兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中的中部氣化段內(nèi)，兩者在800-1000℃進行熱解反應生成發(fā)生爐煤氣；生物質(zhì)原料在爐內(nèi)停留時間在1小時以上；(3)生成干餾煤氣生物質(zhì)入爐后在兩段式秸桿氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成(熱值較高的)低溫干餾煤氣，兩段式秸桿氣化爐中部氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部生物質(zhì)的干餾提供熱源；(4)旋風除塵將兩段式秸桿氣化爐中反應生成的含塵煤氣送入旋風除塵器中，除去塵粒；(5)冷卻凈化除去塵粒后的煤氣送入豎管冷卻塔中，在豎管冷卻塔內(nèi)經(jīng)循環(huán)冷卻水噴淋冷卻；
(6)高壓靜電捕焦高壓靜電捕焦器中通有高壓直流電、在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場；將冷卻后的煤氣送入高壓靜電捕焦中，經(jīng)過高壓靜電捕焦的整流板使氣體分布均勻，再進入高壓靜電捕焦的極間，煤氣中的焦油氣泡、粉塵沉積在集焦極上，使煤氣凈化；(7)洗滌凈化將凈化后的煤氣送入洗滌塔中，經(jīng)循環(huán)水噴淋洗滌；(8)脫水將洗滌后的帶液氣體送入離心式氣水分離器經(jīng)離心分離，即制得煤氣產(chǎn)品。
本發(fā)明內(nèi)容中所述步驟(1)與步驟(2)之間還可以有下列步驟將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)顆料壓制機擠壓成型為顆粒。
所述擠壓成型的顆粒為直徑3-50mm、長4-80mm的圓柱體或相似形狀，或邊長為4-80mm的長方體、正方體或相似形狀。
本發(fā)明內(nèi)容中所述生物質(zhì)是麥草、稻草、玉米秸桿、油菜秸桿、蘆葦、藤條、竹子、草本類或其它含纖維素物料中的一種或多種的混合物。
本發(fā)明內(nèi)容中所述含塵煤氣送入旋風除塵器中的速度為4-10m/s。
本發(fā)明內(nèi)容中所述煤氣送入冷卻塔中的煤氣速度為1.5-5m/s，冷卻后的煤氣溫度為30℃-40℃。
本發(fā)明內(nèi)容中所述煤氣在捕焦器內(nèi)以4-10m/s的速度整流板，以0.5-2m/s的速度進入到4集焦極內(nèi)。
本發(fā)明內(nèi)容中所述煤氣在洗滌塔中的氣體流速為0.5-3m/s，噴淋循環(huán)水的供水量為8-12m3/H。
本發(fā)明內(nèi)容中所述高壓電捕焦器的高壓直流電電壓為29.5-60kv。
本發(fā)明內(nèi)容中所述脫水后制得的煤氣產(chǎn)品送入煤氣罐儲存，使用時經(jīng)輸配系統(tǒng)送往用戶，同現(xiàn)有技術。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有下列特點(1)采用兩段式秸桿氣化爐，在氣化段上部加一原料干餾段，使氣化段生成的燃氣經(jīng)低溫干餾段后生成熱值較高的干餾煤氣，熱解生物質(zhì)原料(密致固化秸桿顆粒)生成的干餾煤氣，熱值大幅度提高，干餾煤氣熱值較現(xiàn)有爐型氣化煤氣熱值高30％-100％；以水蒸氣——空氣、水蒸氣——富氧作為氣化劑，可使熱解過程中析出氫氣及甲烷，檢測分析可知，該裝置氣化出的干餾煤氣中氫含量較普通發(fā)生爐氣化的燃氣含氫量高出2倍以上；產(chǎn)氣量大(產(chǎn)量可達2000m3/H)、生成的煤氣熱值高(氣化劑的不同，高可達13-18KJ/m3)；
(2)采用高壓靜電捕焦器等對生成的煤氣進行凈化，利用負電荷向積焦極運動的原理，將煤氣中的焦油、雜質(zhì)清除干凈，建立以高壓靜電捕焦器為核心的凈化系統(tǒng)；凈化效果好，使得燃氣中雜質(zhì)含量低于15mg/m3，解決了熱解技術普遍存在的焦油、雜質(zhì)含量重的問題，為生物質(zhì)能凈化找到一條可靠的有效途徑；為再生能源綜合利用，向天燃氣管網(wǎng)輸配氣，大裝機容量發(fā)電打下基礎；(3)實現(xiàn)了秸桿不分種類作粉碎處理后(進一步制成顆粒后)作為兩段式氣化爐原料，最大限度地利用再生資源并具有廣泛地實用性，同時也拓寬了生物質(zhì)資源的應用領域，改變了技術設備受地域限制的條件，增大了推廣應用范圍；(4)氣化生物質(zhì)原料采用顆粒原料，可有效解決目前以秸桿原型為原料而帶來的運輸、倉儲、安全問題；(5)秸桿煤氣集中供氣站是中、小城鎮(zhèn)建設中水、電、氣、通訊等基礎建設的條件之一，是城鎮(zhèn)居民用上商品化、高品位的燃氣，解決炊事方式，對提高城鎮(zhèn)化水平，推進城鎮(zhèn)化進程具有重要深遠的意義；采用本發(fā)明，還為農(nóng)民增收提供新的途徑，改變了農(nóng)民對秸稈傳統(tǒng)的處理方式，減少了大氣等污染，變廢為寶，又可提高居民的生活質(zhì)量，一舉數(shù)得，秸桿氣化后的副產(chǎn)品①草木灰是優(yōu)質(zhì)鉀肥，每畝100公斤摻合量，三年內(nèi)可改善土壤土質(zhì)和改變長期使用化肥所造成的土地質(zhì)退化狀況，②焦油是寶貴的化工原料，通過捕焦器所回收的焦油相當于6號燃油，可直接利用，值得大力推廣；(6)生產(chǎn)工藝簡單，成本低，投資回收期僅約1.6年，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益；隨著礦物能源的枯竭及社會對能源需求的無限增長，生物質(zhì)(顆粒)熱解新技術將為社會可持續(xù)發(fā)展做出積極的貢獻。


圖1是本發(fā)明實施例工藝流程圖；圖2是本發(fā)明實施例中兩段式秸桿氣化發(fā)生爐結構示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中高壓靜電捕焦結構示意圖。
圖中1-加料斗、2-加料器、3-出氣口、4-爐體、5-干餾段、6-水夾套、7-氣化段、8-爐篦、9-灰倉、10-排灰口、11-氣化劑入口及爐門、12-點火孔(爐門)、13-高壓瓷瓶、14-出氣孔、15-筒體、16-集焦極、17-電暈極、18-重錘、19-整流板、20-進氣口、21-排焦油口、22-負高壓電極。
具體實施例方式
下面結合附圖通過實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例1參見各附圖。
一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，主要由下列步驟組成(1)將生物質(zhì)粉碎清除生物質(zhì)(可以是麥草、稻草、玉米秸桿、油菜秸桿、蘆葦、藤條、竹子、草本類或其它含纖維素物料中的一種或多種的混合物)中的泥土雜質(zhì)，涼干水份至含水量不大于20％，再將生物質(zhì)經(jīng)粉碎機粉碎、經(jīng)粉碎機中孔徑為3-15mm的篩網(wǎng)漏出；(2)入爐氣化將粉碎后的生物質(zhì)間歇加料于兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中，將氣化劑空氣-水蒸汽或水蒸汽-氧氣送至兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中的中部氣化段內(nèi)，兩者在800-1000℃進行熱解反應生成的發(fā)生爐煤氣；具體過程是經(jīng)料倉的斗式提升機將粉碎后的生物質(zhì)原料裝滿后，由卷揚機將裝滿原料的料斗順著導軌，拉至兩段式氣化爐的上方并倒入加料斗1內(nèi)待使用；兩段式秸桿顆粒氣化爐下部為灰倉9，中部為氣化段7，上部為原料低溫干餾段5，干餾段料位高1.5米-4米。將引火料由爐門12放置于爐篦8上，用火種將引火料引燃，關上爐門12由鼓風機鼓風或吹氧由氣化劑入口11送入，將爐內(nèi)引火料引燃后，由加料器2加料，料加至所需位置后，改為間歇加料。由鼓風機經(jīng)爐內(nèi)氣化劑入口11將氣化劑(空氣-蒸汽或蒸汽-氧氣)通過爐篦8送至氣化段7內(nèi)，與原料中的碳發(fā)生反應，熱解溫度800-1000攝氏度，氣化劑由灰層進入碳層后，被預熱的氧氣進入燃料層7-10cm之內(nèi)，就幾乎全部用完，此時，CO2達到最大值，反應在極快的速度下進行，同時此處開始出現(xiàn)CO，直到還原層結束CO繼續(xù)增加。在CO生成后不久，水蒸氣開始分解，約在爐篦8頂端40-50cm處繼續(xù)進行，此時CO2繼續(xù)被還原，煤氣與燃料進行熱交換，即為第一還原層。在第一還原層上面約有40cm高的第二還原層，在這里除繼續(xù)生成少量的CO，H2外，以熱交換為主，CO2還原成CO的速度放慢。以上氣化現(xiàn)象隨著原料的加入以及氣化劑的加入周而復始的進行著。
(3)生成干餾煤氣生物質(zhì)入爐后在兩段式秸桿氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成(熱值較高的)低溫干餾煤氣，兩段式秸桿氣化爐的中部氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部生物質(zhì)的干餾提供熱源；
具體過程是原料入爐后在氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成熱值較高的低溫干餾煤氣，氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部原料的干餾提供熱源由于氣化段與干餾段界限不明顯，熱半焦狀態(tài)的原料落入氣化段氣化，保證了爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，氣化均勻，再者爐內(nèi)的進料與除灰相對保持平衡，熱分解在循環(huán)漸進中進行，從而保證了干餾煤氣的質(zhì)量。
(4)旋風除塵將兩段式秸桿氣化爐中反應生成的含塵煤氣送入旋風除塵器中，除去塵粒；具體過程是含塵煤氣從氣化爐出口3以較高的速度(一般4-10m/s)沿外圓筒的切線方向進入旋風除塵器，氣體進入除塵器后由直線運動變?yōu)閳A周運動，并向上、向下流動，向上的氣流被頂蓋阻擋返回，向下的氣流在內(nèi)外圓筒間的筒體部分和錐體部位，作自上而下的螺旋線運動(外旋流)。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生很大的離心力，將密度大于氣體的塵粒，甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸后便失去慣性力而靠入口速度的動能和向下的重力沿壁面下落，與氣體離開，經(jīng)錐體排入集灰箱內(nèi)。旋轉(zhuǎn)下降的外旋流氣流在圓錐部分運動時隨圓錐形的收縮而向除塵器中心靠擾，當氣流達到錐體下端某一位置時，便以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風除塵器中部，形成一股由下轉(zhuǎn)向上的螺旋線運動(內(nèi)旋流)，并經(jīng)內(nèi)圓筒向除塵器外部排出。
(5)冷卻凈化除去塵粒后的煤氣送入豎管冷卻塔中，在豎管冷卻塔內(nèi)經(jīng)循環(huán)冷卻水噴淋冷卻；具體過程是自除塵器出口排出的煤氣經(jīng)由豎管冷卻器底部進氣口進入到冷卻塔內(nèi)，冷卻塔上部裝有噴淋水咀，冷卻水來自循環(huán)水池，由離心式水泵將循環(huán)水供給冷卻塔頂部，煤氣由底部進口進入到塔內(nèi)與循環(huán)水相向而行，此時煤氣的流速在1.5-5m/s。煤氣中的粉塵被循環(huán)水帶至循環(huán)水池內(nèi)，煤氣中的焦油由旋風除塵器出口排出時的形式為霧狀，煤氣溫度也在140℃左右，在塔內(nèi)與循環(huán)冷卻水相向而行時，高溫下的霧化焦油馬上凝結成細小球狀顆粒，而與其他粉塵一樣被帶到循環(huán)水池內(nèi)，冷卻后的煤氣溫度在35℃左右后，由豎管冷卻塔的上部出口排出。
(6)高壓靜電捕焦高壓靜電捕焦器中通有高壓直流電、在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場；將冷卻后的煤氣送入高壓靜電捕焦中，經(jīng)過高壓靜電捕焦的整流板使氣體分布均勻，再進入高壓靜電捕焦的極間，煤氣中的焦油氣泡、粉塵、沉積在集焦極上，使煤氣凈化；具體過程是高壓靜電捕焦器的負高壓靜電由供電裝置供給。將電網(wǎng)的交流電(380V或220V)接入到升壓變壓器，變?yōu)椴督蛊魉璧母邏弘姡邏红o電捕焦器中電壓為29.5-60kv，經(jīng)過硅整流器將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟姡脤Ь€將高壓直流電經(jīng)過負高壓電極22線進入到捕焦器內(nèi)。從豎管冷卻塔出口排出的煤氣，經(jīng)進氣口20進入到捕焦器內(nèi)，此時進口的氣流速度在4-10m/s，經(jīng)過整流板19，使氣體分布均勻，此時氣體以0.5-2m/s的速度進入到集焦極16內(nèi)。此時電捕焦器的負極上通以高壓直流電在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場。煤氣在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電并在電場力的作用下，使帶電塵顆粒向極性相反的電極運動，在運動過程中將煤氣中的焦油氣泡、粉塵、沉積在集焦極上，并慢慢向下流動，從而將焦油、粉塵從氣體中分離出來，電捕焦器的凈化效率在98％以上，被凈化后的氣體焦油含量在10mg/m3以下。凈化后的氣體自出氣口14排出；(7)洗滌凈化將凈化后的煤氣送入洗滌塔中，經(jīng)循環(huán)水噴淋洗滌；具體過程是洗滌塔是一個筒體，內(nèi)部是用木板做的格子，木格間距25-40mm，木格高度約占總高的 上部有循環(huán)水噴頭及出氣口，下部有進氣口，底部是循環(huán)水出口。凈化后的氣體自下部的進氣口進入到塔內(nèi)，與上部噴淋下的水相間逆行，氣體在木格內(nèi)上行，充分的與循環(huán)水接觸，將殘留在氣體中的焦油及粉塵洗凈，氣體流速在0.5-3m/s，供水量8-12m3/H，凈化后的干凈氣體由上部的出氣口排出。
(8)脫水將洗滌后的帶液氣體送入離心式氣水分離器經(jīng)離心分離，即制得煤氣產(chǎn)品。
具體過程是帶液氣體進入分離器后，首先進行一級分離，經(jīng)旋流發(fā)生器產(chǎn)生離心力，將液滴甩向器壁并在器壁處積聚，液滴在重力作用和氣體向下運動的帶動下，流入一級儲液室，然后氣體沿環(huán)形空間向上流，進入螺道進行一級分離。氣體經(jīng)螺道產(chǎn)生高速旋流，將剩余的液珠有效脫除。分離出來的液珠在器壁處積聚并下流至二級儲液室，液體中夾帶的微量氣體經(jīng)文丘里一伯努利管咀，返回氣體出口管。一級、二級儲液室水經(jīng)管道排到循環(huán)水池中。經(jīng)分離器脫掉煤氣中約99％的水份的煤氣自分離器中部出口排出分離器。
脫水后制得的煤氣產(chǎn)品送入煤氣罐儲存，使用時經(jīng)輸配系統(tǒng)送往用戶，同現(xiàn)有技術。
實施例2參見各附圖。
一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，主要由下列步驟組成(1)將生物質(zhì)粉碎成型清除生物質(zhì)(可以是麥草、稻草、玉米秸桿、油菜秸桿、蘆葦、藤條、竹子、草本類或其它含纖維素物料中的一種或多種的混合物)中的泥土雜質(zhì)，涼干水份至含水量不大于20％，再將生物質(zhì)經(jīng)粉碎機粉碎、經(jīng)粉碎機中孔徑為3-15mm的篩網(wǎng)漏出；再將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)顆料壓制機擠壓成型為顆粒；擠壓成型的顆粒可以為直徑3-50mm、長4-80mm的圓柱體或相似形狀，也可以是邊長為4-80mm的長方體、正方體或相似形狀。
(2)入爐氣化將成型后的生物質(zhì)間歇加料于兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中，將氣化劑空氣-水蒸汽或水蒸汽-氧氣送至兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中的中部氣化段內(nèi)，兩者在800-1000℃進行熱解反應生成的發(fā)生爐煤氣；具體過程是經(jīng)料倉的斗式提升機將成型后的生物質(zhì)原料裝滿后，由卷揚機將裝滿原料的料斗順著導軌，拉至兩段式氣化爐的上方并倒入加料斗1內(nèi)待使用；兩段式秸桿顆粒氣化爐下部為灰倉9，中部為氣化段7，上部為原料低溫干餾段5，干餾段料位高1.5米-4米。將引火料由爐門12放置于爐篦8上，用火種將引火料引燃，關上爐門12由鼓風機鼓風或吹氧由氣化劑入口11送入，將爐內(nèi)引火料引燃后，由加料器2加料，料加至所需位置后，改為間歇加料。由鼓風機經(jīng)爐內(nèi)氣化劑入口11將氣化劑(空氣-蒸汽或蒸汽-氧氣)通過爐篦8送至氣化段7內(nèi)，與原料中的碳發(fā)生反應，熱解溫度800-1000攝氏度，氣化劑由灰層進入碳層后，被預熱的氧氣進入燃料層7-10cm之內(nèi)，就幾乎全部用完，此時，CO2達到最大值，反應在極快的速度下進行，同時此處開始出現(xiàn)CO，直到還原層結束CO繼續(xù)增加。在CO生成后不久，水蒸氣開始分解，約在爐篦8頂端40-50cm處繼續(xù)進行，此時CO2繼續(xù)被還原，煤氣與燃料進行熱交換，即為第一還原層。在第一還原層上面約有40cm高的第二還原層，在這里除繼續(xù)生成少量的CO，H2外，以熱交換為主，CO2還原成CO的速度放慢。以上氣化現(xiàn)象隨著原料的加入以及氣化劑的加入周而復始的進行著。
(3)生成干餾煤氣生物質(zhì)入爐后在兩段式秸桿氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成(熱值較高的)低溫干餾煤氣，兩段式秸桿氣化爐的中部氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部生物質(zhì)的干餾提供熱源；
具體過程是原料入爐后在氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成熱值較高的低溫干餾煤氣，氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部原料的干餾提供熱源由于氣化段與干餾段界限不明顯，熱半焦狀態(tài)的原料落入氣化段氣化，保證了爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，氣化均勻，再者爐內(nèi)的進料與除灰相對保持平衡，熱分解在循環(huán)漸進中進行，從而保證了干餾煤氣的質(zhì)量。
(4)旋風除塵將兩段式秸桿氣化爐中反應生成的含塵煤氣送入旋風除塵器中，除去塵粒；具體過程是含塵煤氣從氣化爐出口3以較高的速度(一般4-10m/s)沿外圓筒的切線方向進入旋風除塵器，氣體進入除塵器后由直線運動變?yōu)閳A周運動，并向上、向下流動，向上的氣流被頂蓋阻擋返回，向下的氣流在內(nèi)外圓筒間的筒體部分和錐體部位，作自上而下的螺旋線運動(外旋流)。含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生很大的離心力，將密度大于氣體的塵粒，甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸后便失去慣性力而靠入口速度的動能和向下的重力沿壁面下落，與氣體離開，經(jīng)錐體排入集灰箱內(nèi)。旋轉(zhuǎn)下降的外旋流氣流在圓錐部分運動時隨圓錐形的收縮而向除塵器中心靠擾，當氣流達到錐體下端某一位置時，便以同樣的旋轉(zhuǎn)方向從旋風除塵器中部，形成一股由下轉(zhuǎn)向上的螺旋線運動(內(nèi)旋流)，并經(jīng)內(nèi)圓筒向除塵器外部排出。
(5)冷卻凈化除去塵粒后的煤氣送入豎管冷卻塔中，在豎管冷卻塔內(nèi)經(jīng)循環(huán)冷卻水噴淋冷卻；具體過程是自除塵器出口排出的煤氣經(jīng)由豎管冷卻器底部進氣口進入到冷卻塔內(nèi)，冷卻塔上部裝有噴淋水咀，冷卻水來自循環(huán)水池，由離心式水泵將循環(huán)水供給冷卻塔頂部，煤氣由底部進口進入到塔內(nèi)與循環(huán)水相向而行，此時煤氣的流速在1.5-5m/s。煤氣中的粉塵被循環(huán)水帶至循環(huán)水池內(nèi)，煤氣中的焦油由旋風除塵器出口排出時的形式為霧狀，煤氣溫度也在140℃左右，在塔內(nèi)與循環(huán)冷卻水相向而行時，高溫下的霧化焦油馬上凝結成細小球狀顆粒，而與其他粉塵一樣被帶到循環(huán)水池內(nèi)，冷卻后的煤氣溫度為30℃-40℃，由豎管冷卻塔的上部出口排出。
(6)高壓靜電捕焦高壓靜電捕焦器中通有高壓直流電、在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場；將冷卻后的煤氣送入高壓靜電捕焦中，經(jīng)過高壓靜電捕焦的整流板使氣體分布均勻，再進入高壓靜電捕焦的極間，煤氣中的焦油氣泡、粉塵、沉積在集焦極上，使煤氣凈化；具體過程是高壓靜電捕焦器的負高壓靜電由供電裝置供給。將電網(wǎng)的交流電(380V或220V)接入到升壓變壓器，變?yōu)椴督蛊魉璧母邏弘?，高壓靜電捕焦器中電壓為29.5-60kv，經(jīng)過硅整流器將高壓交流電變?yōu)楦邏褐绷麟?，用導線將高壓直流電經(jīng)過負高壓電極22線進入到捕焦器內(nèi)。從豎管冷卻塔出口排出的煤氣，經(jīng)進氣口20進入到捕焦器內(nèi)，此時進口的氣流速度在4-10m/s，經(jīng)過整流板19，使氣體分布均勻，此時氣體以0.5-2m/s的速度進入到集焦極16內(nèi)。此時電捕焦器的負極上通以高壓直流電在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場。煤氣在通過高壓電場進行電離的過程中，使塵粒荷電并在電場力的作用下，使帶電塵顆粒向極性相反的電極運動，在運動過程中將煤氣中的焦油氣泡、粉塵、沉積在集焦極上，并慢慢向下流動，從而將焦油、粉塵從氣體中分離出來，電捕焦器的凈化效率在98％以上，被凈化后的氣體焦油含量在10mg/m3以下。凈化后的氣體自出氣口14排出；(7)洗滌凈化將凈化后的煤氣送入洗滌塔中，經(jīng)循環(huán)水噴淋洗滌；具體過程是洗滌塔是一個筒體，內(nèi)部是用木板做的格子，木格間距25-40mm，木格高度約占總高的 上部有循環(huán)水噴頭及出氣口，下部有進氣口，底部是循環(huán)水出口。凈化后的氣體自下部的進氣口進入到塔內(nèi)，與上部噴淋下的水相間逆行，氣體在木格內(nèi)上行，充分的與循環(huán)水接觸，將殘留在氣體中的焦油及粉塵洗凈，氣體流速在0.5-3m/s，供水量8-12m3/H，凈化后的干凈氣體由上部的出氣口排出。
(8)脫水將洗滌后的帶液氣體送入離心式氣水分離器經(jīng)離心分離，即制得煤氣產(chǎn)品。
具體過程是帶液氣體進入分離器后，首先進行一級分離，經(jīng)旋流發(fā)生器產(chǎn)生離心力，將液滴甩向器壁并在器壁處積聚，液滴在重力作用和氣體向下運動的帶動下，流入一級儲液室，然后氣體沿環(huán)形空間向上流，進入螺道進行一級分離。氣體經(jīng)螺道產(chǎn)生高速旋流，將剩余的液珠有效脫除。分離出來的液珠在器壁處積聚并下流至二級儲液室，液體中夾帶的微量氣體經(jīng)文丘里一伯努利管咀，返回氣體出口管。一級、二級儲液室水經(jīng)管道排到循環(huán)水池中。經(jīng)分離器脫掉煤氣中約99％的水份的煤氣自分離器中部出口排出分離器。
脫水后制得的煤氣產(chǎn)品送入煤氣罐儲存，使用時經(jīng)輸配系統(tǒng)送往用戶，同現(xiàn)有技術，略。
采用本發(fā)明，生物質(zhì)原料在兩段式氣化爐內(nèi)停留時間長(1小時以上)，產(chǎn)氣最大，氣體熱值高，煤氣質(zhì)量穩(wěn)定。
本發(fā)明利用兩段式氣化爐和電捕焦技術將生物質(zhì)氣化分解生成熱值高、焦油含量低的干餾煤氣，其主要技術性能指標如下生成的煤氣熱值10.34-16MJ/m3氣體產(chǎn)率 1.2m3/kg氣化效率 74％生產(chǎn)強度 600-1800m3/h雜質(zhì)含量 15mg/m3秸桿利用率 90％供氣規(guī)模 6000-15000戶/套本發(fā)明不限于上述實施例，本發(fā)明內(nèi)容中所述均可實施，并具有所述良好效果。
權利要求
1.一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，包括(1)將生物質(zhì)粉碎；其特征是還包括下列步驟(2)入爐氣化將生物質(zhì)間歇加料于兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中，將氣化劑空氣、空氣—水蒸汽或水蒸汽—氧氣送至兩段式秸桿氣化發(fā)生爐中的中部氣化段內(nèi)，兩者在800-1000℃進行熱解反應生成發(fā)生爐煤氣；(3)生成干餾煤氣生物質(zhì)入爐后在兩段式秸桿氣化爐的上段進行低溫干餾反應生成(熱值較高的)低溫干餾煤氣，兩段式秸桿氣化爐中部氣化段反應生成的發(fā)生爐煤氣為上部生物質(zhì)的干餾提供熱源；(4)旋風除塵將兩段式秸桿氣化爐中反應生成的含塵煤氣送入旋風除塵器中，除去塵粒；(5)冷卻凈化除去塵粒后的煤氣送入豎管冷卻塔中，在豎管冷卻塔內(nèi)經(jīng)循環(huán)冷卻水噴淋冷卻；(6)高壓靜電捕焦高壓靜電捕焦器中通有高壓直流電、在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場；將冷卻后的煤氣送入高壓靜電捕焦中，經(jīng)過高壓靜電捕焦的整流板使氣體分布均勻，再進入高壓靜電捕焦的集焦極內(nèi)，煤氣中的焦油氣泡、粉塵沉積在電極上，使煤氣凈化；(7)洗滌凈化將凈化后的煤氣送入洗滌塔中，經(jīng)循環(huán)水噴淋洗滌；(8)脫水將洗滌后的帶液氣體送入離心式氣水分離器經(jīng)離心分離，即制得煤氣產(chǎn)品。
2.按權利要求1所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述步驟(1)與步驟(2)之間還有下列步驟將粉碎后的生物質(zhì)經(jīng)顆料壓制機擠壓成型為顆粒。
3.按權利要求2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述擠壓成型的顆粒為直徑3-50mm、長4-80mm的圓柱體或相似形狀，或邊長為4-80mm的長方體、正方體或相似形狀。
4.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述生物質(zhì)是麥草、稻草、玉米秸桿、油菜秸桿、蘆葦、藤條、竹子、草本類或其它含纖維素物料中的一種或多種的混合物。
5.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述含塵煤氣送入旋風除塵器中的速度為4-10m/s。
6.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述煤氣送入冷卻塔中的煤氣速度為1.5-5m/s，冷卻后的煤氣溫度為30℃-40℃。
7.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述煤氣在捕焦器內(nèi)以4-10m/s的速度整流板，以0.5-2m/s的速度進入到集焦極內(nèi)。
8.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述煤氣在洗滌塔中的氣體流速為0.5-3m/s，噴淋循環(huán)水的供水量為8-12m3/H。
9.按權利要求1或2所述的生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，其特征是所述高壓電捕焦器的高壓直流電電壓為29.5-60kv。
全文摘要
一種生物質(zhì)熱解氣化、凈化方法，包括將生物質(zhì)粉碎；其特征是還包括下列步驟入爐氣化；生成干餾煤氣；旋風除塵；冷卻凈化；高壓靜電捕焦，即在高壓電捕焦器中通有高壓直流電、在正負兩極間維持一個足以使氣體與雜質(zhì)分離的靜電場，將冷卻后的煤氣送入高壓靜電捕焦中，經(jīng)過高壓靜電捕焦的整流板使氣體分布均勻，再進入高壓靜電捕焦極間，使煤氣中的焦油氣泡、粉塵沉積在集焦極上，使煤氣凈化；洗滌凈化；脫水等。采用本發(fā)明，氣體凈化效果好、雜質(zhì)含量低、熱值高、氣體質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號C10K1/00GK1730609SQ20051002151
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月24日 優(yōu)先權日2005年8月24日
發(fā)明者王華峰 申請人:王華峰