CN101693840A - 生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法涉及生物质的热化学技术领域。热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组在热解炉上部沿轴向分散布置，每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，炉内燃烧区域最高温度在1600℃以下；为热解炉供热的燃料与氧化剂在进入热解炉前是分隔开的，在炉内为非预混燃烧；热解炉为外壳固定的卧式布置，以带搅拌杆的搅拌轴旋转对炉内生物质进行搅拌；运行中可通过调整外部提供的燃料量和/或氧化剂中的惰性组分含量和/或通过调整带搅拌杆的搅拌轴转速来调节燃烧区域的最高温度。用于生物质热解处理。以“直接燃烧分散供热”技术满足生物质原料的中温快速热解及后续气流床气化的工程应用需求。
Description
技术领域
本发明的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，涉及能源化工技术领域；特别涉及生物质的热化学技术领域；尤其涉及为了实现生物质的气流床气化而对生物质进行中温快速热解处理的技术领域；具体涉及生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法的技术领域。
背景技术
生物质是通过光合作用吸收空气中二氧化碳生成的有机物质，其分布广泛、可利用量大、并且是唯一可再生的含有碳氢组分和热能的、可储存的自然原料；利用生物质进行能源利用和化工生产，具有CO2零排放的特征。随着传统化石能源储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，重视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。通过热化学、生物化学等方法，能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料，生产合成柴油/汽油、化工产品以及满足电力需求等等，具有全面替代化石能源的潜力，成为世界各国优先发展的新能源。
将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，在这其中，生物质高温气流床气化技术与其它技术相比能够适应所有的生物质种类，其气化温度较高，炉内温度比较均匀，焦油在气流床中全部裂解，CH4含量较少，气化得到精制合成气；同时气流床具有很好的放大特性，特别适用于大型工业化的应用。而精制合成气指的是：气化直接得到的合成气中，CO和H2为主要组分，无焦油，CH4含量＜0.5％。精制合成气主要用于生产合成柴油/汽油、烯烃、烷烃、石脑油、润滑油，以及作为燃料电池原料等等，适用于生产各种化工产品、以及各种超清洁油品的新能源利用；特别在可再生的生物质能源利用领域，它是生物质化工产业、生物质合成油新能源产业的关键技术。但是，气流床气化对原料的粒径有着严格的限制，进入气流床的原料需要磨成超细的微米级的颗粒，然而按照现有的破碎或制粉技术，无法将含纤维较多的生物质原料磨制成满足气流床运行所需的粒径，这就导致了无法将生物质原料直接用于气流床气化；最好就是先将生物质进行热解分解成热解气和固态炭，然后将固态炭制粉和热解气一起送入气流床中气化。
为了降低热解炉设备的材料要求，最好的方法就是在400℃～600℃的中等热解温度下(简称中温热解)，对生物质进行中温快速热解处理、将生物质分解成热解气和固态炭(将固态炭研磨成炭粉)后再送入气流床中进行气化。而实现生物质中温快速热解技术的关键就是热解炉的供热方法，它是决定生物质热解的热量利用效率、热解速率、热解产物品质、以及热解炉设备造价和热解炉供热安全运行的核心。
目前对生物质进行热解的供热方法主要分为两类，一是间接换热热解，另一是直接换热热解。
间接换热热解是先将热量传递到热解炉的加热部件，然后再由加热部件将热量传递给需热解的生物质，如申请号为2000480005170.3中国专利、申请号为200610124521.3中国专利等，都是典型的间接换热热解的供热装置，可以较好地满足慢速热解的需求，但其缺点就是热解升温速率慢、传热效率低、外供热量大、热量利用率低，特别针对大型工业化的生物质中温快速热解需求，导致外供热量极大、传热效率及热量利用率低、加热部件温度很高或加热部件设备庞大、加热部件材质要求极高且容易损坏，基本不能满足工业化生物质快速热解的需求。
直接换热热解目前有两种方式，一是将热介质(如外部高温烟气等)直接输入到热解炉中；另一是在热解炉中通入氧化剂和/或外部燃料直接燃烧供热，与需热解的生物质直接混合。其共同特点是传热效率高、热量利用率可达到100％，但在工业化的应用中如果供热方法不当将存在极大的运行安全隐患。
将外部高温烟气直接输入到热解炉中的方法会导致外部进入的烟气温度很高、烟气量极大、烟道材料要求极高，热解炉气量大，并导致后面的气流床气化效率低下，这种直接换热热解方法显然并不适合在工业化中应用。目前，直接换热热解一般都采用在热解炉中通入氧化剂和/或外部燃料直接燃烧供热。如德国科林公司的Carbon-V工艺中的热解炉燃烧供热，在其对外公开宣传的材料中，其氧化剂为氧气或空气，布置在热解炉下部，用烧结板将氧化剂进口与木炭分隔开，氧化剂与热解炉中自产的木炭和热解气进行燃烧反应供热；其烧结板温度极高，并且在热解炉的搅拌状态下燃烧存在较大的安全隐患。又如申请号为200810236614.4中国专利中提出了利用外供的可燃气体和氧气在热解炉内发生直接燃烧反应，反应放出的热量直接用于提供生物质热解所需的热量，但并没有说明如何进行燃烧组织，只是提到通过控制氧化剂量来控制热解炉的平均温度，但没有说明如何在热解炉中进行燃烧组织供热。而热解炉直接燃烧供热的技术关键是如何进行燃烧组织、如何控制燃烧区域的最高温度，这是热解炉安全稳定运行的关键，也是决定热解炉设备材料要求的核心。
为了满足生物质中温快速热解的各方面需求，采用直接换热热解为较好的方式，而可以工程化实施的最佳方法就是采用直接燃烧供热热解。但从上面的介绍可看出，目前所有已知的直接燃烧供热热解方法都存在各种不足和安全隐患，都不能同时满足高传热效率、高热量利用效率、燃烧供热安全、运行安全稳定、热解炉设备低投资等工业化实施要求。
本发明的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，是生物质可再生固体燃料的中温快速热解技术中必须优先解决的关键技术。
基于发明人的专业知识底蕴与多年丰富的实践经验及对事业精益求精的不懈追求，在认真而充分的调查、了解、分析、总结上述已有公知技术和现状基础上，根据生物质气流床气化的要求，在生物质的热解处理过程中满足“生物质的中温快速热解及热解气多次裂解”的技术要求前提下，对卧式热解炉采取“直接燃烧分散供热”关键技术，研制成功了“生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法”，可高效、燃烧供热安全、运行安全稳定、热解炉设备低投资地满足生物质的精制合成气的原料预处理要求，具有非常重要的现实意义与深远的战略意义。
发明内容
本发明的生物质热解炉采取“直接燃烧分散供热”关键技术，热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下；为热解炉供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在热解炉内为非预混燃烧；热解炉为卧式布置，并且外壳固定，热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌；根据进入热解炉的生物质原料的热解温度要求，可以通过调整氧化剂量来控制热解炉内的平均温度；热解炉在运行过程中，可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度，同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度。
通过本发明达到的目的是：①、为应用气流床对生物质气化创造前提技术条件；②、使自然生成、数量大、分布广、可再生的“生物质”新原料得到充分利用，变废为宝并有效地保护环境；③、应用采用卧式热解炉，在满足“生物质的中温快速热解”的技术要求前提下，以“直接燃烧分散供热”关键技术、提供“生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法”，实现了生物质热解炉的高效、燃烧供热安全、运行安全稳定、设备低投资的技术要求；④、为生物质化工产业及合成油新能源产业的开拓奠定坚实的技术依托；⑤、有效保护环境、提高综合经济效益。
本发明可达到预期目的。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，为所述热解炉燃烧供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在所述热解炉内为非预混燃烧。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉为卧式布置，并且所述热解炉的炉体外壳固定，所述热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述生物质为植物的根/茎/叶/花/果、动物尸体、粪便、废旧橡胶、煤和碳水化合物的垃圾。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述燃料分为外部提供的燃料，以及所述热解炉内部生物质热解产生的热解气中一部分，而外部提供的燃料为可燃气体、燃油中的一种；所述氧化剂为氧气、空气、氧气与二氧化碳气的混合气、氧气与氮气的混合气中的一种。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉在运行过程中，可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉在运行过程中，同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，根据进入所述热解炉的生物质原料的热解温度要求，可以通过调整氧化剂量来控制热解炉内的平均温度。
由于采用了本发明所提供的技术方案。由于本发明的热解炉在满足“生物质的中温快速热解”的技术要求前提下，采用了“直接燃烧分散供热”关键技术。由于本发明热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下；为热解炉供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在热解炉内为非预混燃烧；热解炉为卧式布置，并且外壳固定，热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌；根据进入热解炉的生物质原料的热解温度要求，可以通过调整氧化剂量来控制热解炉内的平均温度；热解炉在运行过程中，可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度，同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度。与已有公知技术相比，获得了如下有益效果：
1、由于本发明的生物质为植物的根/茎/叶/花/果、动物尸体、粪便、煤和碳水化合物的垃圾，并可根据进入热解炉的生物质原料的热解温度要求，通过调整氧化剂量来控制热解炉内的平均温度，从而获得了自然生成原料数量大、分布广、可再生、取材方便、选择余地大、热解平均温度可随原料要求变化进行调整等有益效果。
2、由于本发明的供热燃料既可以是外加燃料如可燃气体和燃油、也可以是热解炉内部生物质热解产生的热解气，氧化剂为空气、氧气、氧气与二氧化碳气的混合气、氧气与氮气的混合气中的一种，从而获得了对燃料及氧化剂的选择余地均大、并且燃烧稳定安全可靠、便于实施的有益效果。
3、由于本发明采用的热解炉为卧式布置，并且外壳固定，热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌，从而获得了“热解炉的直接燃烧分散供热方法”在热解炉的布置设计、工程实施和安装运行的基础，并实现了热解炉内温度均匀，生物质换热效率高等效果
4、由于本发明的热解炉供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下，从而满足了生物质中温快速热解的高效、燃烧供热安全，运行安全稳定、设备低投资的要求，获得了使“生物质热解炉直接燃烧分散供热方法”之实施载体的有益效果。
5、由于本发明为热解炉提供燃烧供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在热解炉内为非预混燃烧；从而获得了热解炉燃烧供热方式的运行过程安全可靠，杜绝了回火等安全隐患，且保障了设备安全稳定运行的有益效果。
6、由于本发明所述的热解炉在运行过程中可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度；同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度，从而获得了对“燃烧区域的最高温度”的调节，具体实施的操作灵活并简单方便且快捷有效、便于工程实施推广应用、降低设备投资的有益效果。
7、由本发明设定的方法科学合理与以上的各条所述及采用了“直接燃烧分散供热”关键技术，从而获得了满足“生物质的中温快速热解”的技术要求，提供“生物质中温快速热解的热解炉直接燃烧分散供热方法”，为生物质的气流床气化技术应用解决了困难、创造了前提技术条件，使自然生成、数量大、分布广、可再生的“生物质”新原料变废为宝而得到充分利用、并有效地保护环境，为生物质化工产业及合成油新能源产业的开拓奠定技术依托、提供技术储备及技术实施方案，效果稳定可靠、综合经济效益佳，摆脱对传统化石能源依赖等有益效果。
附图说明
说明书附图为本发明具体实施方式中“卧式热解炉”的示意图。图中的实线箭头表示经粉碎的生物质原料入口、虚线箭头表示热解气出口、双实线箭头表示炭出口。
图中的标号：1、热解炉的炉体外壳，2、燃烧器组，3、小燃烧器喷嘴(非预混燃烧的小燃烧器喷嘴)，4、搅拌轴，5、搅拌杆。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作详细描述。正如说明书附图所示：
一种生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，为所述热解炉燃烧供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在所述热解炉内为非预混燃烧。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉为卧式布置，并且所述热解炉的炉体外壳固定，所述热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述生物质为植物的根/茎/叶/花/果、动物尸体、粪便、废旧橡胶、煤和碳水化合物的垃圾。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述燃料分为外部提供的燃料，以及所述热解炉内部生物质热解产生的热解气中一部分，而外部提供的燃料为可燃气体、燃油中的一种；所述氧化剂为氧气、空气、氧气与二氧化碳气的混合气、氧气与氮气的混合气中的一种。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉在运行过程中，可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，所述热解炉在运行过程中，同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度。
所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，根据进入所述热解炉的生物质原料的热解温度要求，可以通过调整氧化剂量来控制热解炉内的平均温度。
在上述的具体实施过程中：采用卧式布置的热解炉，并且热解炉外壳固定，热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌进行了实施；根据生物质热解产量的大小，在所述热解炉上对所述的燃烧器组分散布置，分别以两个以上的各种不同数量进行了实施；同样根据产量的大小，对所述每个燃烧器组的小燃烧器喷嘴也分别以四个以上的各种不同数量进行了实施；对所述的燃料分别以外加燃料的天然气、液化石油气、其他可燃气体、燃油中的一种，和采用了热解炉自身产生的热解气进行了实施；对所述的氧化剂分别以空气、氧气、氧气与二氧化碳气的混合气、氧气与氮气的混合气进行了实施；根据生物质原料的不同，以满足原料热解温度要求为前提，通过调整氧化剂的供量，满足了热解炉平均热解温度的要求；以热解炉内燃烧火焰区域的最高温度为1600℃以下为前提，分别以通过改变燃料的供给量来调节燃烧区域的最高温度并使其处于稳定状态、通过改变氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度并使其处于稳定状态、通过调整所述热解炉的带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度并使其处于稳定状态进行了实施。上述各种方式、各种规模的实施，先后完成了多次原理性试验、小型试验、中型试验、大型试验、生产性试验，均收到了预期的良好效果，充分印证了本发明的可靠性与可操作性。
通过以上的具体实施说明：①、热解炉采用卧式布置，并且外壳固定，热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌的结构简单，提供了实施本发明的载体；②、应用热解炉的直接燃烧分散供热的方法科学合理，满足了“生物质的中温快速热解”的技术要求；③、本发明的燃烧器组分散布置，每个燃烧器组又由多个小燃烧器喷嘴构成，燃料与氧化剂在热解炉内为非预混燃烧，充分体现了本发明的安全性、可靠性、可操作性、降低了热解炉设备的材料要求和造价；④、本发明所述的热解炉在运行过程中既可以通过调整外部提供的燃料量来调节燃烧区域的最高温度、又可以通过调整氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度、同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度，从而实现了热解炉技术中核心的“燃烧区域的最高温度”的调节，并且在具体实施的操作灵活、简单方便、快捷有效、便于工程实施推广应用、降低设备投资的有益效果显著；⑤、适应生物质原料的共有特点，为下一步实施生物质的高效气流床气化解决了技术困难、完成了原料的技术处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员，均可按以上所述和说明书附图所示而顺畅地实施本发明；但凡在不脱离本发明技术方案而作出的更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：热解炉的供热燃烧装置由多个燃烧器组而组成，所有燃烧器组均布置在热解炉的上部，并在热解炉上部沿轴向分散布置，而每个燃烧器组均由多个小燃烧器喷嘴构成，热解炉内燃烧区域的最高温度控制在1600℃以下。
2.根据权利要求1所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：为所述热解炉燃烧供热的燃料与氧化剂在进入热解炉内以前是分隔开的，在所述热解炉内为非预混燃烧。
3.根据权利要求1所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：所述热解炉为卧式布置，并且所述热解炉的炉体外壳固定，所述热解炉内采用带有搅拌杆的搅拌轴旋转来对生物质进行搅拌。
4.根据权利要求1所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：所述生物质为植物的根/茎/叶/花/果、动物尸体、粪便、废旧橡胶、煤和碳水化合物的垃圾。
5.根据权利要求2所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：所述燃料分为外部提供的燃料，以及所述热解炉内部生物质热解产生的热解气中一部分，而外部提供的燃料为可燃气体、燃油中的一种；所述氧化剂为氧气、空气、氧气与二氧化碳气的混合气、氧气与氮气的混合气中的一种。
6.根据权利要求1或2所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：所述热解炉在运行过程中，可以通过调整外部提供的燃料量和氧化剂中的惰性组分含量来调节燃烧区域的最高温度。
7.根据权利要求1或3所述的生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法，其特征在于：所述热解炉在运行过程中，同时也可以通过调整所述带有搅拌杆的搅拌轴的转速来调节燃烧区域的最高温度。
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