[发明专利]一种高效生物质气化与能源利用系统及生物质气化与能源利用方法

说明书

本发明涉及生物质材料气化与能源利用系统及气化与能源利用方法，具体说是一种由生物质气化反应装置、气化剂发生装置、燃气净化处理装置、加料与闭锁装置、密闭排渣装置、氧化剂输入装置等构成的生物质材料气化与能源利用系统及方法。其独特性包括，气化剂发生装置产生气化所需和温度可根据生物质材料和工艺要求有效控制的乏氧高温气化剂；生物质气化反应装置为生物质材料直接与乏氧高温气化剂进行接触和作用而发生气化反应，提供气化反应的空间结构和反应条件。根据气化和能源利用需要，在维持气化反应和产生燃气同时，乏氧高温气化剂可作为高温热能输出，实现洁净高效气化和能源利用；具有气化与能源效率高、焦油含量低、材料适用范围广等特点。

技术领域

本发明涉及生物质处理高效气化系统和方法，以及生物质清洁能源利用系统和方法，具体说是一种生物质气化系统、一种能源利用系统、以及生物质气化方法与能源利用方法。

背景技术

我国具有比较丰富的生物质资源优势，每年产生数量巨大的如园林修剪废物和农业秸秆等生物质材料是可以清洁高效利用的可再生能源。然而，由于目前技术和经济效益等因素的限制，生物质在我国不仅没有得到有效利用，而且造成当前城市和农村的环境污染，以及秸秆焚烧造成的大气污染。为有效解决我国严重的环境问题和提升能源供给水平，发展生物质清洁高效利用已成为国家能源和资源利用的重大发展方向。生物质气化是实现生物质清洁和高效利用的基础和必要手段。

直接焚烧是生物质利用的最简单方式，具有数千年的历史，也是现代生物质利用的一种最基本方式。然而，由于生物质的材质和物料特性及其变化范围广和热值低等特点，现有生物质焚烧系统具有设备简单、能源效率低、大气污染排放显著等问题，是属于被淘汰的生物质利用方式或技术。利用生物质气化是实现生物质可再生能源清洁高效利用和解决环境问题的有效方法和发展方向。现有生物质气化及其装置和技术在煤气化技术的基础上，已从最初的卢奇炉技术原理和基本装置结构发展出多种生物质气化技术和装置。一般以气化装置压力可分类为，常用气化和加压气化(中压气化、高压气化)；以气化温度可分类为，低温气化、中温气化、高温气化；以加热方式可分类为，内热式气化和外热式气化；以生物质材料在气化炉内的移动状态可分类为，固定床、流化床、气流床；以生物质气化采用的氧化剂可分类为，空气、富氧、纯氧；以气化装置燃气产出位置可分类为，一段式、二段式。由于生物质的材质密度低，现有生物质气化技术要求其经过粉碎以及与添加剂混合并压制成生物质颗粒等预处理后才能使用，因而生物质气化材料的预处理流程长、复杂、成本高。

现有生物质气化技术和装置往往是以上多种分类特点的组合，比如常压固定层间歇式生物质气化技术、常压固定层生物质富氧连续气化技术、鲁奇固定床生物质加压气化技术、流化床生物质气化技术、两段式生物质加压气化技术等。现有各种生物质气化工艺技术和系统各有其特点和优缺点，及适用范围。而且，现有各种生物质气化工艺技术和系统都只完成生物质气化生产，而不能直接利用所产出燃气产生可供不同应用的热能或二次能源，实现燃气的清洁高效利用。

现有生物质气化技术及特点

由于外热式生物质气化技术与本技术发明的内热式气化不同，其气化规模小和效率低，一般用于小规模的燃气和生物质炭生产，其技术特点不在此累述。现有内热式生物质气化技术的核心特征是其气化剂由氧化剂(空气、富氧、或纯氧)和水蒸汽构成，其中氧化剂与生物质材料在生物质气化空间内发生燃烧反应，产生生物质材料气化所需要的热能；通过控制氧化剂量使生物质材料内形成的燃烧层处于燃烧-半燃烧状态，生产维持生物质气化反应所需要的热能。为利于控制和维持生物质材料在气化过程中的燃烧-半燃烧状态，生物质材料需要经过粉碎并与添加剂混合，经专有机械设备压制和干燥制成高材质密度生物质颗粒的复杂预处理过程。现有生物质气化技术特征可以从生物质材料在生物质气化装置内的两种运动方式进行归纳，并综合对比生物质气化装置的功能和作用，特别是气化剂的构成与功能和作用。

1.固定床：