CN104531226A - 一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，包括以下步骤：a.生物质依次进行热解和气化制备生物质燃气；b.燃烧生物质燃气产生热量为窑炉供热；c.窑炉产生的高温烟气为生物质热解提供热量。燃烧生物质燃气为窑炉供热后产生高温烟气，因为高温烟气中含有大量余热，将高温烟气的热量充分利用于对生物质先强制热解后气化的工艺，降低了生物质燃气中的焦油成分，提高了系统稳定性和热利用效率，使生物质燃气能稳定高效供热于工业窑炉。本发明可应用于生物质燃气对窑炉供热。
Description
技术领域
本发明涉及生物质气化及燃烧领域，特别是一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法。
背景技术
生物质燃气是生物质通过热解气化反应转化的气体，是属于生物质能的高品位利用。相比固体生物质，能量利用形态的改变拓宽了生物质燃气的使用范围，可广泛应用在工业窑炉领域，如熔铝炉、钢材退火炉、玻璃窑炉等。此外，由于生物质能本身的特性，生物质燃气以其洁净、燃烧污染物排放少的优势，可有效替代传统化石燃料应用在工业窑炉领域，满足该领域对燃料的环保要求，有效缓解环保压力。
相比传统气体化石燃料，如天然气、石油液化气等，生物质燃气属于一种中低热值燃气，热值通常可在4～12MJ/Nm3调节。而工业窑炉通常在高温条件下进行熔炼、煅烧、热处理等工序，需要维持的炉膛温度比较高，通常在1000℃以上。一方面，工业窑炉产生的烟气温度非常高，携带相当一部分热量；另一方面，采用中低热值生物质燃气供热于工业窑炉，产生的烟气量大，且传热速率较慢，温度受到一定限制。因此，如何从气化燃烧整个系统层面耦合，充分利用各部分热量，提高生物质燃气在工业窑炉供热过程中的总体热利用效率，使其能稳定高效匹配工业窑炉的工艺要求，是生物质燃气工业窑炉供热研究和应用关注的重点，也是生物质燃气工业窑炉供热大规模推广的必要因素。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，从而提高热利用效率。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，包括以下步骤：
a. 生物质依次进行热解和气化制备生物质燃气；
b. 燃烧生物质燃气产生热量为窑炉供热；
c. 窑炉产生的高温烟气为生物质热解提供热量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤c中，高温烟气除了用于生物质热解供热外，还通过换热的方式加热气体介质，使气体介质升温成高温气体介质，从而作为生物质气化的气化介质。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤a中，生物质热解的产物为热解气和炭，热解气与高温气体介质燃烧后为生物质气化提供热量和燃烧气体，燃烧气体、炭、热量和外部注入的水蒸汽发生还原反应和重整反应，从而生成生物质燃气。
作为上述技术方案的进一步改进，换热后的高温烟气成为中温烟气并回收热量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤c中，高温烟气通过换热的方式为生物质热解提供热量，换热后的烟气汇入中温烟气中并回收热量。
作为上述技术方案的进一步改进，回收的热量用于加热水，从而生成水蒸汽。
作为上述技术方案的进一步改进，高温气体介质同时作为生物质燃气燃烧的助燃气体。
本发明的有益效果是：燃烧生物质燃气为窑炉供热后产生高温烟气，因为高温烟气中含有大量余热，将高温烟气的热量充分利用于对生物质先强制热解后气化的工艺，降低了生物质燃气中的焦油成分，提高了系统稳定性和热利用效率，使生物质燃气能稳定高效供热于工业窑炉。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明工艺所使用的系统的结构示意图；
图2是换热器的示意图。
具体实施方式
如图1所示的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热系统，包括窑炉1、热解器2、气化炉3、换热器4和余热锅炉5。
窑炉1设有烟气出口11和燃烧入口，生物质燃气燃烧后，产生大量的能量供热于窑炉1，窑炉1内产生高温烟气从烟气出口11排出。
热解器2设有加热通道、热解气出口21和物料出口22。加热通道用于通入高温气体，利用高温气体的热量对内部的生物质进行强制热解。加热通道的入口连接窑炉1的烟气出口11，从而直接使用窑炉1的高温烟气作为热源。强制热解产生热解气和炭，热解气从热解气出口21排出，热解气出口21温度控制在450℃以上，炭从物料出口22排出。
气化炉3上设有物料入口、燃气出口，其内部还设有反应区。反应区中主要处理热解器2的产物——热解气和炭，在炉内进行气化反应，产生高温生物质燃气。为此热解器2的热解气出口21通过管道通至反应区，为反应区提供热解气；气化炉3的物料入口通过管道连接热解器2的物料出口22，从热解器2中接收生物质热解后产生的炭；燃气出口通至窑炉1的燃烧入口，为窑炉1提供燃烧用的高温生物质燃气。
换热器4在本实施例中为空气预热器。如图2所示，换热器4设有相互连通的高温入口41、低温出口42，从而构成烟气换热通道；还设有相互连通的低温入口44、高温出口43，从而构成气体介质换热通道。高温入口41连接窑炉1的烟气出口11，低温入口44通过管道连接有鼓风机7，高温出口43通过管道通至反应区中。高温烟气通过高温入口41进入烟气换热通道，气体介质通过低温入口44进入气体介质换热通道，之后高温烟气和气体介质发生热交换，高温烟气温度降低变成温度较低的中温烟气，低温气体介质升温成高温气体介质，并进入反应区。实施例中，气体介质为空气、富氧。气体介质在低温入口44的温度在25～30℃，高温气体介质的温度在600～800℃。
通过上述的结构，生物质燃气的热量用于窑炉1，窑炉1产生高温烟气中的热量合理反馈于热解器2和气化炉3中，系统中的热量被合理利用，有利于提高系统的热利用效率。
如图1所示，在本实施例中，反应区包括自上而下的还原区31和氧化区32，热解气出口21及高温出口43均接至氧化区32。因此，热解气与高温气体介质先在氧化区32燃烧，供热于还原区31。还原区31中通入水蒸汽，水蒸汽、热解后的炭及氧化区32中燃烧产生的气体在还原区31发生还原、重整反应，最终生产高温生物质燃气，温度在350℃以上。
在本实施例中，换热器4的低温出口42接有余热锅炉5，从而充分利用中温烟气的热量。优选的，余热锅炉5设有水进口和蒸汽出口51，软水从水进口进入余热锅炉5，被中温烟气加热后蒸发成水蒸汽，由于蒸汽出口51通过管道连接气化炉3的还原区31，因此余热锅炉5中生成的水蒸汽可直接用于还原区31的重整反应，中温烟气的热量也被合理利用起来。例外，余热锅炉5还外接一引风机8，为整个系统的气体流动提供动力。
优选的，热解器2的加热通道的出口通过管道连接至余热锅炉5的入口。高温烟气对热解器2内的生物质加热后，温度降低，并与换热器4排出的中温烟气汇聚后共同进入余热锅炉5。
实施例中，窑炉1的燃烧入口处设有燃气燃烧器6，燃气燃烧器6连接气化炉3的燃气出口，用以燃烧气化炉3中制备的生物质燃气。燃气燃烧器6设有助燃气体入口61，换热器4的高温出口43通过管道连接助燃气体入口61，高温气体介质中一部分进入氧化区32，另一部分从助燃气体入口61进入燃气燃烧器6，为生物质燃气的燃烧提供助燃气体。
在本实施例中，各种气体输送的管道均采取保温措施，使得表面温度不超过70℃，如高温烟气的管道、高温气体介质的管道等。
本实施例中的系统用于工业窑炉的具体供热方法如下。
热解器2中投入生物质原料，对生物质原料进行加热使其强制热解，热解产生热解气和炭。热解气通入气化炉3的氧化区32中，与高温气体介质燃烧，为还原区31提供热量和燃烧气体。燃烧气体、炭、热量和外部注入的水蒸汽在还原区31发生还原反应和重整反应，从而生成生物质燃气。
将生物质燃气引入燃气燃烧器6中燃烧，产生的热量用于窑炉1，之后窑炉1排出高温烟气，这些高温烟气中一部分引入热解器2中，为热解提供热量，另一部分引入换热器4中，与气体介质换热并降温成中温烟气。气体介质被高温烟气加热后升温成高温气体介质，其中的一部分引入反应炉的氧化区32，与热解气燃烧；另一部分作为助燃气体引入燃气燃烧器6。
用于热解器供热的高温烟气降温后汇入上述的中温烟气中，中温烟气引入余热锅炉5回收热量，这些热量被用于在余热锅炉5中加热水，使之成为水蒸汽，水蒸汽通过管道引入还原区31中加以利用。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 生物质依次进行热解和气化制备生物质燃气；
b. 燃烧生物质燃气产生热量为窑炉供热；
c. 窑炉产生的高温烟气为生物质热解提供热量。
2.根据权利要求1所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：所述步骤c中，高温烟气除了用于生物质热解供热外，还通过换热的方式加热气体介质，使气体介质升温成高温气体介质，从而作为生物质气化的气化介质。
3.根据权利要求2所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：所述步骤a中，生物质热解的产物为热解气和炭，热解气与高温气体介质燃烧后为生物质气化提供热量和燃烧气体，燃烧气体、炭、热量和外部注入的水蒸汽发生还原反应和重整反应，从而生成生物质燃气。
4.根据权利要求3所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：换热后的高温烟气成为中温烟气并回收热量。
5.根据权利要求4所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：所述步骤c中，高温烟气通过换热的方式为生物质热解提供热量，换热后的烟气汇入中温烟气中并回收热量。
6.根据权利要求4或5所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：回收的热量用于加热水，从而生成水蒸汽。
7.根据权利要求2所述的用于工业窑炉的生物质气化燃烧供热方法，其特征在于：高温气体介质同时作为生物质燃气燃烧的助燃气体。
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |