本發明涉及一種用于生物質顆粒燃料的氣化爐及使用該氣化爐的氣化系統和方法。

背景技術：

生物質資源因來源充足、環境友好而得到廣泛應用；通過對生物質資源進行氣化得到燃氣是其中較為高效的利用方式；現有對生物質顆粒燃料進行氣化主要有固定床和流化床氣化爐兩種裝置，前者不能連續工作，傳熱、傳質也不均勻、不易大型化，難以實現工業化、規模化的應用；后者通過在爐內下部設置布風板以形成燃燒時的流化態，與空氣進行氧化燃燒、還原和熱分解等反應，部分原料與空氣中的氧進行燃燒，提供還原和熱分解反應所需要的能量，大部分原料在高溫缺氧狀態下進行熱分解，以獲得氣化燃氣；但由于生物質顆粒燃料的粒度不均勻，大顆粒燃料難以吹起，該方式不能完全氣化；加上如氣化溫度過低，則熱解效率偏低，所獲燃氣的熱值和純度難以滿足要求，造成資源浪費；如氣化溫度過高，則超過灰熔點，在爐內形成較多粘附物，易堵塞布風板及排灰口，造成停爐，影響生產效率；且氣化燃氣中含有較多的焦油，該燃氣如用于內燃機組發電，其中的焦油會嚴重影響發電機組的運行，現多采用專用設備如靜電捕焦器出去焦油，導致成本增加；對于采用垃圾衍生物制作的生物質顆粒燃料，在氣化時還會生成強致癌物二噁英，該方式無法對其進行分解，嚴重污染環境，使得使用受到限制。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的上述不足，提供一種脈沖式循環流化床氣化爐及使用該氣化爐的氣化系統和方法，它不僅氣化效率高，可大幅提高燃氣的熱值和純度，且不易停爐、保證設備長時間的正常運行，還可有效裂解燃氣中的焦油及二噁英，確保后續設備的正常工作及保護環境。

為了達到上述目的，本發明的脈沖式循環流化床氣化爐，包括下端封閉的爐座，其特征在于：還包括交錯相聯的兩個以上的氣化加速管和兩個以上的氣化脈沖管，氣化加速管與爐座固聯，氣化加速管的內徑小于氣化脈沖管的內徑；在爐座上設有氣化劑進管和排渣管，排渣管上設有排渣閥；爐座通過進風管與風機相連，在最下方的氣化加速管上設有點火器，在氣化脈沖管上設有給料機，在最上方的氣化脈沖管上設有等離子槍和排氣管；

作為對本發明脈沖式循環流化床氣化爐的進一步改進，爐座內通過轉軸設有排渣葉輪，轉軸與爐座外的減速電機相聯；便于排出爐座內的干灰；

本發明使用上述脈沖式循環流化床氣化爐的氣化系統，所述排氣管通過一個以上的旋風分離器與燃氣凈化裝置相連，旋風分離器的回料管與其中一氣化加速管相連，燃氣凈化裝置與系統風機相連；系統風機工作，將爐內燃氣經排氣管抽入旋風分離器，分離出的未氣化完全的灰渣被返回氣化加速管內繼續氣化，其余氣化燃氣則經過燃氣凈化裝置、除去粉塵后由系統風機送入后系統；

作為對本發明脈沖式循環流化床氣化系統的進一步改進，旋風分離器通過高溫脫焦裝置與燃氣凈化裝置相連，高溫脫焦裝置包括兩個蓄熱體、置于每個蓄熱體中的數根陶瓷管，兩個蓄熱體的一端通過各自的連接管與同一高溫煙氣進管及旋風分離器的出風管相連，兩個蓄熱體的另一端通過各自的連接管與同一高溫煙氣出管及燃氣凈化裝置的進氣管相連，在旋風分離器出風管與兩個蓄熱體的連接管的連接處、高溫煙氣進管與兩個蓄熱體的連接管的連接處、高溫煙氣出管與兩個蓄熱體的連接管的連接處、燃氣凈化裝置進氣管與兩個蓄熱體的連接管的連接處均設有氣體換向閥；使用時，燃氣通過兩個蓄熱體有效裂解其中的焦油等；

作為對本發明脈沖式循環流化床氣化系統的進一步改進，所述數根陶瓷管均為鎳基陶瓷管；鎳基陶瓷管對焦油的裂解可起到催化作用；

本發明使用上述脈沖式循環流化床氣化系統的方法，包括以下步驟：1）啟動系統風機，將生物質顆粒燃料由給料機送入氣化脈沖管內、在其下方通入壓力風及作為氣化劑的蒸汽并點火，控制爐內過量空氣系數范圍為0.2～0.5；2）部分生物質顆粒燃料燃燒，此時爐內溫度低于800℃；其余生物質顆粒燃料受風壓作用、被向上吹起，而氣化加速管中的風速快于氣化脈沖管中的風速，部分顆粒燃料反復上升、下落，形成流化態，可被充分氣化，產生氣化燃氣；3）有氣化燃氣產生時，啟動等離子槍、產生高溫電弧，在最上方的氣化脈沖管內采用等離子體加熱，使得該氣化脈沖管內的區域溫度達1150℃以上，使得燃料進行高溫熱解氣化，也將氣化燃氣中的焦油裂解為燃氣； 4）氣化燃氣進入旋風分離器，分離出的未氣化完全的灰渣被返回氣化加速管內繼續氣化，其余氣化燃氣則經過凈化后由系統風機送入后系統。

本發明通過控制爐內過量空氣系數范圍為0.2～0.5，處于微氧狀態，生物質顆粒燃料不能完全燃燒，爐內溫度控制在800℃以下，低于灰熔點，不會堵塞排渣管及排渣閥，防止停爐、保證設備長時間的正常運行；不同粒徑的顆粒燃料進入氣化脈沖管內，小粒徑的顆粒燃料易被吹起，完全氣化，大粒徑的顆粒燃料和沒完全氣化的顆粒因重量較重，受氣化加速管和氣化脈沖管中不同氣流速度作用，會在爐內反復上升、下落，形成流化態，被充分熱解氣化，可提高物料的氣化效率和產氣量，可大幅提高燃氣的熱值和純度；啟動等離子槍、產生高溫電弧，使得該氣化脈沖管內的區域溫度達1150℃以上，使得燃料被完全熱解氣化，也將氣化燃氣中的焦油裂解為燃氣，可提高燃氣的熱值和降低焦油含量，為后續設備的正常工作提供條件，也進一步提高燃氣純度；作為氣化劑的蒸汽，可提高顆粒燃料與煙氣的換熱效率，同時抑制爐內溫度的上升過高；

作為對本發明脈沖式循環流化床氣化方法的進一步改進，通過控制氣體換向閥由高溫煙氣對兩個蓄熱體內的數根鎳基陶瓷管進行交替加熱，使其溫度達到1250℃-1350℃，從旋風分離器出來的氣化燃氣經過被加熱后的鎳基陶瓷管后再被凈化；氣化燃氣不間斷地分批被兩個蓄熱體內的鎳基陶瓷管加熱到更高溫度，其中的焦油被二次高溫裂解，如有二噁英在此溫度也被分解，可較徹底地裂解焦油，并保護環境。

綜上所述，本發明不僅氣化效率高，可大幅提高燃氣的熱值和純度，且不易停爐、保證設備長時間的正常運行，還可有效裂解燃氣中的焦油及二噁英，確保后續設備的正常工作及保護環境。

附圖說明

圖1為本發明脈沖式循環流化床氣化系統實施例的主視圖。

圖2為圖1中高溫脫焦裝置的放大圖。

圖3為圖2中蓄熱體的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明實施例的脈沖式循環流化床氣化爐，包括下端封閉的爐座1、交錯相聯的三個氣化加速管2和三個氣化脈沖管3，最下方的氣化加速管3與爐座1焊接固聯，氣化加速管3的內徑小于氣化脈沖管3的內徑，氣化脈沖管3的下部均設有錐段作為過渡，利于流化態的形成；在爐座1上設有氣化劑進管4和排渣管5，排渣管5上設有排渣閥6，爐座1內通過轉軸設有排渣葉輪7，轉軸與爐座1外的減速電機相聯（未示出）；爐座1通過進風管與風機8相連，在最下方的氣化加速管2上設有電子點火器9，在最下方的氣化脈沖管3上設有螺旋給料機10，在最上方的氣化脈沖管3上設有等離子槍11和排氣管12；

如圖1至圖3所示，本發明實施例的脈沖式循環流化床氣化系統，除包括上述氣化爐，所述排氣管12通過兩個串聯的旋風分離器13、14與高溫脫焦裝置15、燃氣凈化裝置16、系統風機17依次相連，兩旋風分離器13、14的回料管與中部的氣化加速管2相連；高溫脫焦裝置15包括兩個蓄熱體20、21、置于每個蓄熱體中的數根鎳基陶瓷管22，兩個蓄熱體20、21的一端通過各自的連接管23或24與同一高溫煙氣進管25相連，兩個蓄熱體20、21的一端通過各自的連接管26或27與旋風分離器14的出風管相連，兩個蓄熱體20、21的另一端通過各自的連接管28或29與同一高溫煙氣出管30相連，兩個蓄熱體20、21的另一端通過各自的連接管31或32與燃氣凈化裝置16的進氣管均相連，在旋風分離器14出風管與兩連接管26、27的連接處設有氣體換向閥33，在高溫煙氣進管25與兩連接管23、24的連接處設有氣體換向閥34，在高溫煙氣出管30與兩連接管28、29的連接處設有氣體換向閥35，在燃氣凈化裝置16進氣管與兩連接管31、32的連接處設有氣體換向閥36；

燃氣凈化裝置16為迷宮式除塵裝置，可除去燃氣中的粉塵；

本發明使用上述脈沖式循環流化床氣化系統的方法，包括以下步驟：1）啟動系統風機17，將生物質顆粒燃料由螺旋給料機10送入氣化脈沖管3內、在其下方通過風機8通入壓力風及由氣化劑進管4通入作為氣化劑的蒸汽，并由電子點火器9進行點火，控制爐內過量空氣系數范圍為0.2～0.5；2）此時小部分生物質顆粒燃料燃燒，爐內溫度低于800℃；其余生物質顆粒燃料受風壓作用、被向上吹起，而氣化加速管2中的風速快于氣化脈沖管3中的風速，部分顆粒燃料反復上升、下落，形成流化態，可被充分氣化，產生氣化燃氣；3）當有氣化燃氣產生時，啟動等離子槍11、產生高溫電弧，采用等離子體加熱，使得該氣化脈沖管3內的區域溫度達1150℃以上，使得氣化燃氣中的焦油裂解為燃氣；4）氣化燃氣進入旋風分離器13、14，分離出的未氣化完全的灰渣被返回氣化加速管2內繼續氣化；通過控制氣體換向閥34由高溫煙氣對兩個蓄熱體20、21的數根鎳基陶瓷管22進行交替加熱，使其溫度達到1250℃-1350℃，從旋風分離器14出來的氣化燃氣則通過控制氣體換向閥33分批被兩個蓄熱體20、21內的鎳基陶瓷管22加熱，再經過燃氣凈化裝置16凈化、除去粉塵后由系統風機17送入后系統。

本發明通過控制爐內過量空氣系數范圍為0.2～0.5，處于微氧狀態，生物質顆粒燃料不能完全燃燒，爐內溫度控制在800℃以下，低于灰熔點，不會形成粘附物，避免堵塞排渣管5及排渣閥6，防止停爐、保證設備長時間的正常運行；不同粒徑及重量的顆粒燃料進入氣化脈沖管3內，小粒徑的顆粒燃料易被吹起，易于完全氣化，大粒徑的顆粒燃料和沒完全氣化的顆粒因重量較重，受氣化加速管2和氣化脈沖管3因內徑不同而形成的不同氣流速度的作用，會在爐內反復上升、下落，形成流化態，有效延長大顆粒在爐內的停留時間從而達到充分氣化的目的，可提高物料的氣化效率和產氣量，大幅提高燃氣的熱值和純度；啟動等離子槍11、產生高溫電弧，使得該氣化脈沖管內的區域溫度達1150℃以上，使得燃料被充分熱解氣化，實現完全氣化，也將氣化燃氣中的焦油裂解為燃氣，可提高燃氣的熱值和降低焦油含量，為后續設備的正常工作提供條件，也進一步提高燃氣純度；作為氣化劑的蒸汽，因其熱容較大，可提高顆粒燃料與煙氣的換熱效率，加速氣化，同時抑制爐內溫度上升過高，控制爐內溫度低于800℃；通過控制氣體換向閥33、34、35、36，從旋風分離器14出來的氣化燃氣不間斷地分批被兩個蓄熱體20、21內的鎳基陶瓷管22加熱到更高溫度，其中的焦油被二次高溫裂解，如有二噁英在此溫度也被分解，可較徹底地裂解焦油，加上鎳基陶瓷管對焦油的裂解可起到催化作用，焦油脫除率可高達98％～ 99%，并保護環境；通過葉輪7便于排出爐座1內的干灰.

本系統適應物料為生物質顆粒料、秸稈調制成型料、垃圾衍生燃料RDF5和生物質粉狀顆粒料等。