本發(fā)明屬于循環(huán)流化床利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效循環(huán)流化床氣化裝置及方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是非常廣泛的一類燃料，在生活生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，流化床由于其結(jié)構(gòu)簡單、高效、燃燒強度高等優(yōu)點被視為是處理生物質(zhì)的優(yōu)良爐型。相比于固定床和移動床，流化床爐型由于床料、燃料在床內(nèi)混合劇烈，所以有較高的效率。
在循環(huán)流化床中按重量計，燃料僅占床料的1～20％，其余是不可燃的固體顆粒。因此，加到循環(huán)流化床中的生物質(zhì)被一個大熱載體的灼熱灰渣顆粒所包圍。這些灼熱的灰渣顆粒把生物質(zhì)加熱到著火溫度而開始燃燒。在這個加熱過程中，所吸收的熱量只占床層總熱容量的千分之幾，因而對床層溫度影響很小，而生物質(zhì)的燃燒，又釋放出熱量，從而能使床層保持一定的溫度水平。
循環(huán)流化床氣化裝置按照某一工況設(shè)計定型后，其空塔速度、等效速度等就被固定下來。由于裝置內(nèi)為氣化工況，空氣的供入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃燒工況，其爐內(nèi)的流場狀態(tài)也大不相同，所以生物質(zhì)流化特性存在改變時，循環(huán)流化床中的密、稀相區(qū)可能會發(fā)生速度不足或過快，導(dǎo)致燃料在密、稀相區(qū)堆積或者燃料被迅速的排出反應(yīng)區(qū)，使得反應(yīng)終止或反應(yīng)效率低下。
因此，需要一種技術(shù)進一步提高循環(huán)流化床氣化裝置對生物質(zhì)適應(yīng)性、提高反應(yīng)效率。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高效循環(huán)流化床氣化裝置及方法，通過對氣化裝置結(jié)構(gòu)的調(diào)整、流場的組織、氣墊區(qū)的調(diào)整，使得燃料的反應(yīng)時間延長，內(nèi)循環(huán)量提高，降低了外循環(huán)量，大大降低了進入旋風(fēng)的半焦的含碳量，提高了系統(tǒng)效率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
本發(fā)明為一種高效循環(huán)流化床氣化裝置，包括提升管和分離器，所述提升管一端管型結(jié)構(gòu)為變徑管；所述提升管另一端氣墊區(qū)；其中，所述變徑管一側(cè)設(shè)置有床料加料口；所述提升管沿軸向周側(cè)設(shè)置有若干加料口；所述提升管上部管路與分離器連接；所述分離器上部設(shè)置有出口管路；所述分離器下部連接有返料器；其中，所述返料器一側(cè)與提升管連接。
進一步地，所述氣化裝置為絕熱式結(jié)構(gòu)。
進一步地，所述提升管底部設(shè)置有風(fēng)帽；所述風(fēng)帽的中心區(qū)域速度為邊緣區(qū)域速度的1.1-1.5倍。
進一步地，所述提升管下部的變徑管為由上而下漸縮，漸縮段錐角10-90°。
進一步地，所述氣墊區(qū)高度為提升管高度的1/50-1/20，所述提升管上部管路與分離器連接處設(shè)置有調(diào)節(jié)擋板，根據(jù)生物質(zhì)的特性控制調(diào)節(jié)擋板的高度。
一種高效循環(huán)流化床氣化方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一，生物質(zhì)通過不同燃料加料口加入提升管中，床料通過床料加料口加入提升管中；
步驟二，生物質(zhì)在提升管中熱解、氣化，生產(chǎn)氣體和半焦粉，一部分半焦粉經(jīng)提升管邊緣返回提升管底部密相區(qū)；另一部分半焦粉經(jīng)過分離器收集，細(xì)粉和氣體從分離器上部輸出，半焦粗粉進入返料器；
步驟三，返料器將半焦粗粉返送回提升管中。
進一步地，所述生物質(zhì)通過各燃料加料口分別加入到提升管中。
進一步地，所述提升管加入床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙、氧化鋁球以及它們的任意混合物。
進一步地，所述返料器的流化風(fēng)及返料風(fēng)使用氣化氣。
本發(fā)明的原理是：
由于生物質(zhì)種類繁多，其燃料硬度、密度、粒度等特性大不相同，所以導(dǎo)致其流化特性的差異性較大。相對硬度小、密度小、粒度小的生物質(zhì)其流化特性好，反之流化特性較差。
流化床中高于臨界流化速度，床料及燃料才能夠正常流化。本發(fā)明底部采用變截面設(shè)計，提升管上部為某一床料或燃料的臨界流化速度時，底部速度為臨界速度1-2倍。不同截面的速度梯度，滿足了不同原料的流化需要。流化特性好的燃料，從下部加料口加入，延長燃料在提升管中的停留時間；流化特性差的，從上部加料口加入，通過延長燃料的下降時間，延長反應(yīng)時間，同時使得生物質(zhì)在提升管下降過程中利用床料的高溫及沖擊作用，改變生物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，將硬度大、密度大、顆粒大的含碳材料熱解粉碎成為硬度小、密度小、粒度小的流化特性好的生物質(zhì)粉。
本發(fā)明同時改善提升管內(nèi)流場的組織，通過提高中心風(fēng)帽的速度，使得氣體在提升管內(nèi)中心與邊緣呈現(xiàn)更為明顯的速度差，提高系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。為了適應(yīng)各種生物質(zhì)，通過在氣化爐上部設(shè)置氣墊區(qū)，擴充了系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)灰總量，提高了系統(tǒng)內(nèi)單位體積的循環(huán)灰密度，加強了系統(tǒng)的傳熱效率。通過提高系統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)，降低系統(tǒng)進入旋風(fēng)的半焦含碳量，以降低旋風(fēng)出口的灰分的含碳量。返料器的流化風(fēng)及返料風(fēng)使用氣化氣避免氧化放熱，避免了返料器超溫，避免了低灰熔點燃料結(jié)渣。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1.本發(fā)明通過改變了循環(huán)流化床燃料流化特性的單一性。原有循環(huán)流化床使用設(shè)計燃料特性以外的燃料時，流化床的工況會迅速的惡化，而本發(fā)明能夠適應(yīng)流化特性更為寬泛生物質(zhì)。
2.本發(fā)明通過提高循環(huán)流化床氣化效率，通過對氣化裝置結(jié)構(gòu)的調(diào)整、流場的組織、氣墊區(qū)的調(diào)整，使得燃料的反應(yīng)時間延長，內(nèi)循環(huán)量提高，降低了外循環(huán)量，大大降低了進入旋風(fēng)的半焦的含碳量，提高了系統(tǒng)效率。
3.本發(fā)明通過提高循環(huán)流化床氣化效率避免了低灰熔點生物質(zhì)，如秸稈、棉桿的結(jié)渣。
當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的一種高效循環(huán)流化床氣化裝置的示意圖；
附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：
提升管1，床料加料口101，燃料加料口102，氣墊區(qū)103，風(fēng)帽104，調(diào)節(jié)擋板105，分離器2，返料器3。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“開孔”、“上”、“下”、“厚度”、“頂”、“中”、“長度”、“內(nèi)”、“四周”等指示方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的組件或元件必須具有特定的方位，以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
請參閱圖1所示，本發(fā)明為一種高效循環(huán)流化床氣化裝置，包括提升管1和分離器2，
提升管1一端管型結(jié)構(gòu)為變徑管；提升管1另一端氣墊區(qū)103；
其中，變徑管一側(cè)設(shè)置有床料加料口101；
提升管1沿軸向周側(cè)設(shè)置有若干加料口102；提升管1上部管路與分離器2連接；分離器2上部設(shè)置有出口管路；分離器2下部連接有返料器3；
其中，返料器3一側(cè)與提升管1連接。
其中，氣化裝置為絕熱式結(jié)構(gòu)，目的在于：維系系統(tǒng)的能量循環(huán)，提高系統(tǒng)效率。
其中，提升管1底部設(shè)置有風(fēng)帽104；風(fēng)帽104的中心區(qū)域速度為邊緣區(qū)域速度的1.1-1.5倍，目的在于：改變爐內(nèi)流場，增加內(nèi)循環(huán)量。
其中，提升管1下部的變徑管為由上而下漸縮，漸縮段錐角10-90°，目的在于：提供流場的速度梯度，提供有差異的流化速度。
其中，氣墊區(qū)103高度為提升管高度的1/50-1/20，提升管1上部管路與分離器2連接處設(shè)置有調(diào)節(jié)擋板105，根據(jù)生物質(zhì)的特性控制調(diào)節(jié)擋板105的高度，目的在于：根據(jù)原料的不同調(diào)整氣墊區(qū)高度，控制內(nèi)循環(huán)量。
一種高效循環(huán)流化床氣化方法，包括以下步驟：
步驟一，生物質(zhì)通過不同燃料加料口加入提升管中，床料通過床料加料口加入提升管中；
步驟二，生物質(zhì)在提升管中熱解、氣化，生產(chǎn)氣體和半焦粉，一部分半焦粉經(jīng)提升管邊緣返回提升管底部密相區(qū)；另一部分半焦粉經(jīng)過分離器收集，細(xì)粉和氣體從分離器上部輸出，半焦粗粉進入返料器；
步驟三，返料器將半焦粗粉返送回提升管中。
其中，生物質(zhì)通過各燃料加料口分別加入到提升管中，硬度、密度、粒度等不同特性的生物質(zhì)通過高度不同的燃料加料口102加入提升管1中。
其中，提升管加入床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙、氧化鋁球以及它們的任意混合物。
其中，返料器的流化風(fēng)及返料風(fēng)使用氣化氣。
本發(fā)明的原理是：
由于生物質(zhì)種類繁多，其燃料硬度、密度、粒度等特性大不相同，所以導(dǎo)致其流化特性的差異性較大。相對硬度小、密度小、粒度小的生物質(zhì)其流化特性好，反之流化特性較差。
流化床中高于臨界流化速度，床料及燃料才能夠正常流化。本發(fā)明底部采用變截面設(shè)計，提升管上部為某一床料或燃料的臨界流化速度時，底部速度為臨界速度1-2倍。不同截面的速度梯度，滿足了不同原料的流化需要。流化特性好的燃料，從下部加料口加入，延長燃料在提升管中的停留時間；流化特性差的，從上部加料口加入，通過延長燃料的下降時間，延長反應(yīng)時間，同時使得生物質(zhì)在提升管下降過程中利用床料的高溫及沖擊作用，改變生物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，將硬度大、密度大、顆粒大的含碳材料熱解粉碎成為硬度小、密度小、粒度小的流化特性好的生物質(zhì)粉。
實施例一
燃料為生物質(zhì)秸稈壓塊從標(biāo)高4000mm(風(fēng)帽標(biāo)高0mm)加料口加入，床料為石英砂。中心區(qū)域風(fēng)帽速度為邊緣區(qū)域風(fēng)帽速度的1.1倍；提升管下部減縮段錐角10°；氣墊區(qū)高度為提升管有效高度的1/30。穩(wěn)定運行時，系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率95％。將燃料調(diào)整為稻殼，從標(biāo)高2500mm加料口加入，穩(wěn)定運行系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率96％。
實施例二
燃料為生物質(zhì)木塊(顆粒度小于5cm)從標(biāo)高5500mm(風(fēng)帽標(biāo)高0mm)加料口加入，床料為河沙。中心區(qū)域風(fēng)帽速度為邊緣區(qū)域風(fēng)帽速度的1.5倍；提升管下部減縮段錐角90°；氣墊區(qū)高度為提升管有效高度的1/20。穩(wěn)定運行時，系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率99％。將燃料調(diào)整為木屑，從標(biāo)高1500mm加料口加入，穩(wěn)定運行系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率97％。
實施例三
燃料為稻殼從標(biāo)高3500mm(風(fēng)帽標(biāo)高0mm)加料口加入，床料為氧化鋁球。中心區(qū)域風(fēng)帽速度為邊緣區(qū)域風(fēng)帽速度的1.3倍；提升管下部減縮段錐角55°；氣墊區(qū)高度為提升管有效高度的1/50。穩(wěn)定運行時，系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率97％。將燃料調(diào)整為破碎后秸稈，從標(biāo)高1700mm加料口加入，穩(wěn)定運行系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)化效率98％。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。