[发明专利]低灰熔点、生物质原料固定床气化防止炉内结渣方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源技术领域的方法，特别是有效防止低灰熔点、生物质原料固定床气化炉内结渣的方法。

背景技术

生物质是一种分布广、资源量丰富的清洁可再生资源，其能源利用过程可实现CO₂零排放。我国拥有十分丰富的生物质资源，发展生物质气化技术可以缓解当前及未来的化石能源紧缺、减少温室气体的排放，同时对解决农村秸秆等利用问题、增加农民收入具有非常重要的意义。固定床气化技术因具有结构简单，工作稳定性好，煤气中焦油含量少，热值较高等优点而得到广泛应用。但固定床技术应用于生物质气化尚存在一些问题。生物质中含有丰富的钠、钾元素，它们会降低生物质灰渣的熔点，进而增加固定床的结渣趋势。结渣一旦发生轻则使传热变差、气化效率降低，重则会导气化炉及其附属设备的停止运行，甚至发生其他更为严重的恶性事件。总之，结渣对气化炉的经济性、安全性都有不利影响。

气化炉内结渣与灰渣的熔融特性及气化炉内的温度密切相关。工业实践中人们一般采用如下两种方法缓解气化炉内的结渣问题，一是向原料中添加高熔点的添加剂以提高灰渣的熔融温度，另一种则是采用水夹套降低气化炉内的温度。但这两种方法都存在一定的缺陷，如中国专利公开号为CN101638602A，该专利公开了一中添加CaO，CuNO₃和蛭石以提高灰渣熔融温度的技术方案。该技术能在一定程度上缓解气化炉内的结渣问题，而且成本较低。但由于向原料中添加了高熔点的矿物，灰渣量会增加，灰渣带出的显热增加，不利于节约环保。中国专利公开号为CN 200946142Y，该专利公开了一种绝热气化无结渣固定床造气炉的技术方案，该专利只在气化炉的灰渣层中设计水夹套。在干燥层、干馏层、气化层炉壁区，里面采用耐高温耐磨防结渣材料，外面采用保温材料。该技术可使造气炉内的气化反应全部处于高温区，克服了水夹套的水冷壁效应，防止挂炉结渣，可大幅度减少造气炉渣残炭量，提高气效率，节约能源。但由于采用了耐高温耐磨防结渣材料和保温材料，大大增加了投资成本，使得该技术的推广存在一定的难度，难以在工业上广泛应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种节能环保、成本低廉，且能有效缓解低灰熔点、生物质燃料固定床气化炉内结渣的方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种有效防止低灰熔点、生物质原料气化炉内结渣的方法，该方法以水蒸汽和空气混合得到的混合气体作为生物质气化的气化剂。

根据本发明的优选技术方案，其中所述的水蒸汽以气化废水为水源，以煤气显热为热源得到。

采用本发明的以混合气化剂作为气化剂能有效降低固定床氧化层的温度，进而有效缓解气化炉内的结渣现象。

根据本发明的优选实施方案，混合气化剂中空气和水蒸气的体积比为1∶1-12∶1，优选3∶1-10∶1，优选4∶1-8∶1；更优选5∶1-6∶1。

采用本发明的气化剂，可以使得气化炉中固定床氧化层的温度低于1160℃，更优选低于1150℃，更优选低于1130℃。

本发明生物质燃料的工作原理如下：

C+1/2O₂＝CO-123kJ/mol    (1)

C+O₂＝CO₂-109kJ/mol      (2)

C+H₂O＝CO+H₂+119kJ/mol   (3)

生物质的部分燃烧反应(1)和完全燃烧反应(2)均为强烈的放热反应，从而导致气化炉内氧化层温度高达1200℃，高于生物质灰渣的熔融温度，造成结渣现象的发生。本发明以空气和水蒸汽混合气体为气化剂，由于碳与水蒸汽的反应(3)是一个强烈的吸热反应，从而导致气化炉氧化层内的温度降低，调节空气与水蒸汽混合气化剂中水蒸气的比率至气化炉氧化层温度低于生物质灰渣的熔融温度时，气化炉内的结渣问题就可以得到有效的缓解。水蒸汽可以以气化废水为水源，以煤气的显热为热源得到，既节能又环保，而且本发明不会产生额外的投资成本，推广前景巨大。