CN100340637C - 移动式生物质液化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动式生物质液化系统。该系统主要包括生物质气化炉、燃气净化装置、燃气发电机组、生物质热解炉、冷却塔以及生物质预处理设备。系统所需电力由生物质气化发电供给，生物质热解所需热量由气化燃气和热解不凝气燃烧放热提供，同时采用烟气预热空气和干燥原料，系统的所有设备都由汽车运载，所需能量完全自给。本发明针对生物质资源分散难以集中处理的特点，可以直接在生物质产地将其转化为便于运输的生物油，再进行集中加工处理，适用于不同种类和规模的生物质资源的液化处理，具有灵活、方便的特点，并且运行效率高，将大大提高生物质资源利用的经济性，具有广泛的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及生物质液化系统。
背景技术
生物质是能转化为液体燃料的可再生资源，其液体产品具有环境友好、能量密度高、易储存、易运输等优点，既可用作锅炉、燃气轮机、发动机的燃料，又可从中提取具有商业价值的化工产品。
目前已开发出多种不同的生物质热解液化装置，如加拿大Waterloo大学开发的流化床反应器、荷兰Twente大学开发的旋转锥反应器和加拿大Laval大学开发的真空反应器。然而，流化床反应器内生物质和床料横向混合特性不佳，较高的载气物料比导致物料和设备的磨损严重、能量利用率低以及设备体积大；旋转锥反应器内存在机械运动，高温下容易出故障；真空反应器能耗高、体积大、产油率低。
由于生物质资源具有分布不集中，能量密度低的特点，受运输成本的限制，现有的热解装置要么规模不大，经济性不佳，要么只能在生物质原料相对较集中的地方，如大型木材加工厂附近建造大型装置。而实际上像我国这样的农业国家，大量可利用的生物质资源是稻草、棉秆、玉米秸秆、谷壳等农业废弃物，它们只在某一季节，某一地点具有相当的可利用量。在这种情况下，如采用可移动的液化装置就可以先在生物质原料产地将其转化为液体燃料，再进行集中储存和利用，从而大大提高装置的利用率和运行的经济性。移动式液化装置要求能耗尽量小(最好能够自给)、结构紧凑以及适用于各种类型的生物质原料，但现有的设备无法完全满足这些要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提出一种移动式生物质液化系统，该生物质液化系统结构紧凑、可以灵活地直接在各处生物质原料产地将其转化为便于运输的生物油，并且系统运行所需能量完全自给，系统运行效率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：给料机、生物质气化炉、第一旋风分离器、焦油裂解炉、风机、储气罐和燃气发电机组依次相连，料仓、螺旋给料机、生物质热解炉、第二旋风分离器、冷却塔、液槽和油罐依次相连，液槽通过循环泵与换热器相连，换热器与冷却塔相连，冷却塔和储气罐均通过循环风机与预燃室相连，空气预热器与预燃室相连，预燃室与生物质热解炉相连，生物质热解炉与空气预热器相连，空气预热器与生物质气化炉相连，鼓风机与空气预热器相连；生物质热解炉的结构为，在上筒体的底部斜置流化风布风板，流化风布风板与位于下筒体下部的喷流管相接，流化风布风板、喷流管与下筒体之间形成环形流化风室，在下筒体的底部开有进风口，在炉膛的密相区、炉膛外壁布置有壁面夹套，壁面夹套的纵向被多个分流板隔开，分流板的上、下沿与壁面夹套的上、下端面之间留有间隙，所隔开的空间被隔板横向分成上、下两部分，分别与在炉膛的密相区内布置的内埋管的上端口、下端口相通，在壁面夹套的下端开有换热烟气进口，上端开有换热烟气出口，在上筒体的下部开有进料口，上部开有出气口；冷却塔的结构为，在塔体的中部开有进气口，在进气口的上方伸进喷淋管，喷淋管上有多个喷嘴，在塔体的顶部开有出气口，底部开有排液口，在喷淋管和出气口之间装有除雾器。
本发明相比现有技术的优点在于：
1.整个系统的用电和用热都直接来自于生物质，解决了通常热解设备需要电网供能的问题。
2.自带生物质切割、干燥、粉碎的设备，保证适用于不同类型的生物质原料。
3.生物质热解炉采用特别设计的带有环形流化风室和斜置流化风布风板的喷动床反应器，保证物料接触充分、生物质快速热解，克服了其它热解炉流化不均的问题；在喷动床反应器中，采用热解不凝气和部分气化燃气燃烧产生的高温烟气放热，提供生物质热解所需的热量，避免了现有生物质热解炉完全由载气放热而导致载气量过大的问题。
4.焦油裂解炉可采用以木炭为催化剂的固定床反应器除焦油，避免其它净化设备需要耗水及其带来的污水处理问题；或采用以生物质热解产生的焦炭为催化剂的固定床反应器除焦油，进一步提高了系统的独立性。
5.换热器采用热管换热器降低冷却塔喷淋液的温度，传热效率高，结构紧凑，避免了采用水冷却需要水源及水冷却塔的问题。
6.冷却塔采用本发明设计的冷凝、除雾一体的冷却塔，结构紧凑，克服通常冷却系统复杂、体积庞大的不足。
7.采用空气预热器和干燥箱，利用热烟气预热空气、干燥生物质，充分利用余热，提高系统能量的利用率。
8.本发明所提出的移动式生物质液化系统，所有设备都可由汽车等运输工具运载，所需能量完全由生物质供给，无需生物质外其它能源供应，就可以在生物质产地将其转化为便于运输的生物油，适用于不同种类和规模的生物质资源的液化处理，具有灵活、方便的特点，并且运行效率高。
附图说明
图1是本发明移动式生物质液化系统一种实施例的流程示意图。
图2是图1中生物质热解炉一种实施例的结构示意图。
图3是图2的A-A剖面图。
图4是图2的B-B剖面图。
图5是图3的C-C剖面图。
图6是图1中冷却塔一种实施例的结构示意图。
图7是图6的D-D剖面图。
图8是本发明移动式生物质液化系统另一种实施例的流程示意图。
图9是图8系统车上布置正视图。
图10是图8系统车上布置俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
由图1所示，给料机2、生物质气化炉1、第一旋风分离器3、焦油裂解炉4、风机5、储气罐6和燃气发电机组7依次相连，料仓23、螺旋给料机9、生物质热解炉8、第二旋风分离器10、冷却塔11、液槽12和油罐13依次相连，液槽12通过循环泵14与换热器15相连，换热器15与冷却塔11相连，冷却塔11和储气罐6均通过循环风机16与预燃室17相连，空气预热器19与预燃室17相连，预燃室17与生物质热解炉8相连，生物质热解炉8与空气预热器19相连，空气预热器19与生物质气化炉1相连，鼓风机18与空气预热器19相连。
生物质气化炉1的出气口与第一旋风分离器3的进气口之间，第一旋风分离器3的出气口与焦油裂解炉4的进气口之间，焦油裂解炉4的出气口与风机5的进口之间，风机5的出口与储气罐6之间，储气罐6与燃气发电机组7的进气口之间均用管道连接，管道连接处均密封。
料仓23的出料口与螺旋给料机9的进料口之间，螺旋给料机9的出料口与生物质热解炉8的进料口之间均直接连接，连接处均密封。
生物质热解炉8的出气口与第二旋风分离器10的进气口之间，第二旋风分离器10的出气口与冷却塔11的进气口之间，液槽12与循环泵14的进口之间，循环泵14的出口与换热器15的进口之间，换热器15的出口与冷却塔11的喷淋管之间均用管道连接，管道连接处均密封。
冷却塔11的排液口与液槽12之间，液槽12与油罐13之间均直接连接，连接处均密封。
冷却塔11的出气口与循环风机16的进口之间，储气罐6与循环风机16的进口之间，循环风机16的出口与预燃室17之间，空气预热器19与预燃室17之间，预燃室17与生物质热解炉8的进气口之间，预燃室17与生物质热解炉8的换热气进口之间均用管道连接，管道连接处均密封。
生物质热解炉8的换热气出口与空气预热器19之间，空气预热器19与生物质气化炉1的进气口之间，鼓风机18的出口与空气预热器19之间均用管道连接，管道连接处均密封。
生物质气化炉1可为下吸式固定床气化炉；焦油裂解炉4是固定床催化反应器，可采用以木炭为催化剂的固定床反应器，也可采用以生物质热解焦炭为催化剂的固定床反应器；燃气发电机组7可采用燃气内燃机；换热器15可为热管换热器；空气预热器19可为管式预热器。
由给料机2将经切割和干燥预处理的生物质送至生物质气化炉1，在气化介质预热空气的作用下气化，生物质气化炉1的出口温度一般为900℃，第一旋风分离器3除去气化燃气中的固体颗粒，焦油裂解炉4将气化燃气中的焦油催化裂解，裂解净化后的气化燃气由风机5经储气罐6输送到燃气发电机组7发电，满足整个系统的用电需求。
由螺旋给料机9将经粉碎预处理的粒径小于2mm的生物质原料送到生物质热解炉8，在生物质热解炉8中与炙热的石英砂接触受热分解，产生焦炭、可凝气和不凝气，热解温度可为500℃。焦炭、可凝气和不凝气送到第二旋风分离器10，焦炭被第二旋风分离器10捕集，可凝气在冷却塔11里与低温喷淋液接触冷凝成生物油，生物油经液槽12装入油罐13，生产的生物油用油罐13储存。液槽12上部的生物油水相成分由循环泵14经换热器15降温后，输送到冷却塔11喷雾形成低温喷淋液作为冷却介质。
不凝气经冷却塔11除去所携带的水雾和油雾。来自冷却塔11已除去水雾和油雾的不凝气以及部分来自储气罐6的气化燃气由循环风机16输送到预燃室17，在预燃室17与由鼓风机18输送、经空气预热器19预热的空气混合燃烧，燃烧产生的900℃高温烟气输送到生物质热解炉8。
由图2～图5所示，生物质热解炉8的结构为，在上筒体25的底部斜置流化风布风板32，且流化风布风板32与上筒体25的连接处密封，流化风布风板32与位于下筒体29下部的喷流管30相接，其连接处密封，流化风布风板32、喷流管30与下筒体29之间形成环形流化风室，其连接处密封，在下筒体29的底部开有进风口31，在炉膛的密相区、炉膛外壁布置有壁面夹套27，壁面夹套27的纵向被多个分流板37隔开，分流板37的上、下沿与壁面夹套27的上、下端面之间留有间隙，所隔开的空间被隔板34横向分成上、下两部分，分别与在炉膛的密相区内布置的内埋管35的上端口、下端口相通，在壁面夹套27的下端开有换热烟气进口33，上端开有换热烟气出口26，在上筒体25的下部开有进料口28，上部开有出气口36。
预燃室17中的高温烟气一部分作为流化风经喷流管30和进风口31通入生物质热解炉8直接加热石英砂和生物质，另一部分经过换热烟气进口33和内埋管35的换热面间接放热，它们共同提供生物质热解所需的热量。其中，用于间接换热的烟气降温后，经过空气预热器19预热空气，进一步降温后的烟气排出系统。空气预热器19中的预热空气一部分用于生物质气化炉1作气化介质，一部分用于预燃室17。
由图6、图7所示，冷却塔11的结构为，在塔体38的中部开有进气口39，在进气口39的上方伸进喷淋管42，喷淋管42可不露在壁外，也可露在壁外，喷淋管42与塔体38的连接处密封，喷淋管42上有多个喷嘴43，在塔体38的顶部开有出气口41，底部开有排液口44，在喷淋管42和出气口41之间装有除雾器40。除雾器40可以采用常规的折流板除雾器或旋流板除雾器，也可以采用丝网除雾器、填料除雾器等类型的除雾器，并按通常方式安装。
冷却塔11具有喷淋冷却和除雾双重功能。经第二旋风分离器10除去焦炭后的热解气从进气口39喷入冷却塔11，同时经换热器15冷却后的喷淋液通过喷淋管42及其上面的喷嘴43喷入冷却塔11，两者接触，热解气被冷却，其中的可凝气凝结成生物油，落到冷却塔11下部，并由排液口44排入液槽12，而不凝气则向上流过除雾器40，依靠惯性等作用除去其中携带的水雾和油雾，最后由出气口41流出冷却塔11。
在图1的基础上，在生物质与料仓23之间可接有切割机20、干燥箱21、粉碎机22，或接有其中的二种，或接有其中的一种。
由图8～图10所示，在生物质与料仓23之间接有切割机20、干燥箱21、粉碎机22。空气预热器19与干燥箱21用管道连接，管道连接处密封，进一步降温后的烟气到干燥箱21里干燥生物质。
生物质原料经切割机20切割成段，经干燥箱21干燥后，送到给料机2和粉碎机22，经粉碎机22粉碎，制成生物质颗粒，送到料仓23储存，再由螺旋给料机9输送。
举例：
本发明所有设备都由汽车24运载，所需能量完全由生物质供给。
系统启动时，储气罐6内预先储存的气化燃气供燃气发电机组7发电，启动风机5，生物质气化炉1点火，产气后，启动循环风机16、鼓风机18，部分气化燃气引入预燃室17燃烧产生高温烟气加热生物质热解炉8内的床料，当达到热解温度时，启动螺旋给料机9，开始生物质热解制生物油，同时启动循环泵14，液槽12内预先储存的生物油作喷淋液，逐步提高生物质气化炉1和生物质热解炉8的处理量，提高燃气发电机组7的发电量，直至包括预处理设备在内的系统所有设备处于正常连续工作状态。
系统正常运行时，生物质气化炉1给料量为130kg/h，产气量为300Nm3/h，气化燃气热值为5000kJ/Nm3，其中210Nm3/h的气化燃气供40kW内燃机组7发电；生物质热解炉8给料量为100kg/h，热解温度为500℃，流化速度为3m/s；第二旋风分离器10每小时收集焦炭10kg；冷却塔11每小时得到生物油60kg。
250Nm3/h的不凝气和90Nm3/h的气化燃气与100Nm3/h温度为400℃的预热空气在预燃室17混合燃烧产生420Nm3/h温度为900℃的高温烟气，其中230Nm3/h的高温烟气作为流化风直接加热生物质热解炉8内的床料和生物质，余下的高温烟气经过生物质热解炉8的壁面夹套27和内埋管35换热面间接放热提供生物质热解所需的热量，这部分烟气随后经过管式空气预热器19加热200Nm3/h空气到400℃，并最后用于干燥生物质。风机5、循环风机16、鼓风机18、循环泵14总功率约25kW，切割机20、粉碎机22总功率约15kW。
Claims (6)
1.一种移动式生物质液化系统，其特征在于：
给料机(2)、生物质气化炉(1)、第一旋风分离器(3)、焦油裂解炉(4)、风机(5)、储气罐(6)和燃气发电机组(7)依次相连，料仓(23)、螺旋给料机(9)、生物质热解炉(8)、第二旋风分离器(10)、冷却塔(11)、液槽(12)和油罐(13)依次相连，液槽(12)通过循环泵(14)与换热器(15)相连，换热器(15)与冷却塔(11)相连，冷却塔(11)和储气罐(6)均通过循环风机(16)与预燃室(17)相连，空气预热器(19)与预燃室(17)相连，预燃室(17)与生物质热解炉(8)相连，生物质热解炉(8)与空气预热器(19)相连，空气预热器(19)与生物质气化炉(1)相连，鼓风机(18)与空气预热器(19)相连；
生物质热解炉(8)的结构为，在上筒体(25)的底部斜置流化风布风板(32)，流化风布风板(32)与位于下筒体(29)下部的喷流管(30)相接，流化风布风板(32)、喷流管(30)与下筒体(29)之间形成环形流化风室，在下筒体(29)的底部开有进风口(31)，在炉膛的密相区、炉膛外壁布置有壁面夹套(27)，壁面夹套(27)的纵向被多个分流板(37)隔开，分流板(37)的上、下沿与壁面夹套(27)的上、下端面之间留有间隙，所隔开的空间被隔板(34)横向分成上、下两部分，分别与在炉膛的密相区内布置的内埋管(35)的上端口、下端口相通，在壁面夹套(27)的下端开有换热烟气进口(33)，上端开有换热烟气出口(26)，在上筒体(25)的下部开有进料口(28)，上部开有出气口(36)；
冷却塔(11)的结构为，在塔体(38)的中部开有进气口(39)，在进气口(39)的上方伸进喷淋管(42)，喷淋管(42)上有多个喷嘴(43)，在塔体(38)的顶部开有出气口(41)，底部开有排液口(44)，在喷淋管(42)和出气口(41)之间装有除雾器(40)。
2.根据权利要求1所述的移动式生物质液化系统，其特征在于：还接有切割机(20)、干燥箱(21)、粉碎机(22)，或接有其中的二种，或接有其中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的移动式生物质液化系统，其特征在于：生物质气化炉(1)为下吸式固定床气化炉。
4.根据权利要求1或2所述的移动式生物质液化系统，其特征在于：焦油裂解炉(4)是固定床催化反应器。
5.根据权利要求1或2所述的移动式生物质液化系统，其特征在于：换热器(15)为热管换热器。
6.根据权利要求1或2所述的移动式生物质液化系统，其特征在于：空气预热器(19)为管式预热器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20071003 Termination date: 20101231 |