CN102212377A - 带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器 - Google Patents

带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器 Download PDF

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朱锡锋
宣宏
童明
李丽
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Abstract

本发明涉及带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器。该反应器的螺旋进料器的出料口连通着直立的烘干提升筒下部一侧；烘干提升筒的底部连通着引风机的出风口、顶部通过旋风分离器连通着螺旋式热解反应器的进料口；螺旋式热解反应器的另一端设有热解炭出口和热解气出口；螺旋式热解反应器的输入端连接着调速电机，螺旋式热解反应器的中部位于燃烧加热室内；燃烧加热室的顶端中部设有烟气出口，并通过管道连通着引风机的进风口。本发明通过调节螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度和螺杆转速来热解反应温度和热解反应时间，从而对生物质实现热解气化、热解液化或和热解炭化；且能够利用加热热解反应器产生的高温烟气对生物质物料进行烘干。

Description

带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器
技术领域
本发明属于生物质热解气化、热解液化和热解炭化技术领域，具体涉及生物质热解气化、热解液化和热解炭化的反应装置。
背景技术
生物质在隔绝空气或有限供给空气的条件下可热解获得气体、液体和固体三种产物，且三种产物的产率与加热温度和加热速率有关：高温（700~900℃或更高）条件下的热解产物主要为气体，故称热解气化（又称干馏气化）；中温（450~550℃）和快速加热条件下的热解产物主要为液体，故称热解液化；中温（400~500℃）和慢速加热条件下的热解产物主要为固体，故称热解炭化。不论何种条件下热解，三种产物既可作为燃料使用，又可作为化工原料使用。
国内外现已研究开发出的生物质热解反应器主要可以分为两类：一类是需要载气的反应器，如流化床热解反应器等；另一类是不需要载气的反应器，如固定床热解反应器等。但现有这些热解反应器的通用性能均不好，并都存在着各自的不足。如流化床热解反应器，它比较适合于生物质的热解气化和热解液化，不太适合于生物质的热解炭化，且作为流化载气的惰性气体的加入，势必会稀释热解气中的有效组分的浓度，从而给热解气的冷却、净化和应用带来难度。又如固定床热解反应器，它比较适合于生物质的热解气化和热解炭化，但不太适合于生物质的热解液化，且由于固定床层中的生物质物料的相对稳定和导热性能不好，势必会造成床层热解不均匀等问题出现，从而限制了固定床热解反应器在隔绝空气条件下的热解能力。
发明内容
为了提高在隔绝空气或有限供给空气的条件下对生物质进行热解气化、热解液化和热解炭化的能力问题，本发明提供一种带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器。
具体的技术解决方案如下：
带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器，包括料筒、第一调速电机和螺旋进料器，所述料筒位于螺旋进料器的进料口处；所述螺旋进料器的出料口连通着直立的烘干提升筒下部一侧；烘干提升筒的底部连通着引风机的出风口，烘干提升筒的顶部连通着旋风分离器的进口，旋风分离器的出料口连通着螺旋式热解反应器的进料口，且旋风分离器位于螺旋式热解反应器进料口的上方；所述螺旋式热解反应器的另一端分别设有下出口和上出口，其中下出口为热解炭出口，上出口为热解气出口；所述螺旋式热解反应器的中部位于燃烧加热室内，螺旋式热解反应器的输入端连接着第二调速电机；所述燃烧加热室的顶端中部设有烟气出口，烟气出口通过管道连通着引风机的进风口；
所述直立的烘干提升筒和旋风分离器构成气流式烘干器；
所述螺旋式热解反应器为单螺杆的螺旋推进式机构或双螺杆组成的螺旋推进式机构或三螺杆组成的螺旋推进式机构。
所述烘干提升筒的直径为60-200毫米，高度为1000-30000毫米。
所述螺旋式热解反应器中的螺杆长度为800－2500毫米、螺杆螺牙的大直径为50－200毫米、螺杆螺牙的小直径为50－200毫米，螺杆螺牙的螺距为30－80毫米。
本发明热解反应器工作时不需要通入流化载气，而是通过螺杆的旋转运动使生物质物料沿着高温反应器的内壁作螺旋式机械位移，且可以通过改变反应器壁面外侧的加热温度和螺杆的转速来调节生物质物料的受热温度和受热时间，从而使生物质物料实现有选择性的热解转化，如热解液化、热解气化或热解炭化。因此，这种热解反应器具有结构简单、工作可靠和通用性强等特点。
本发明的结构特点在于：将热解反应器设计成螺旋式的封闭结构，并放置在燃烧加热室内，螺旋式热解反应器的外壁为受热面；来自气流式烘干器的生物质物料由旋风分离器分离后依靠自身重力落入螺旋式热解反应器；通过调节螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度和螺杆转速，即可调节生物质物料的热解反应温度和热解反应时间，从而有选择性地实现热解气化、热解液化或热解炭化；螺旋式热解反应器放置在一个燃烧加热室内，燃烧加热室顶端中部的烟气出口通过管道连通着引风机的进风口，高温烟气通过引风机的抽吸和增压被送入气流式烘干器，从而利用其高温余热对生物质物料进行烘干；这种螺旋式热解反应器可以采用单螺杆式的结构，也可以采用多螺杆并列式的结构，从而增加热解处理生物质物料的能力；对于多螺杆构成的螺旋式热解反应器，其输入端的螺杆外伸轴颈可以通过齿轮联结由一台调速电机驱动，故而结构紧凑。
本发明的有益技术效果体现在，它能在隔绝空气的条件下，通过调节螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度和螺杆转速，即可调节生物质物料的热解反应温度和热解反应时间，从而有选择性地对生物质实现热解气化、热解液化和热解炭化；且烘干所用的高温热气流为螺旋式热解反应器燃烧加热室的高温烟气，从而既实现了高温余热的利用，又有效降低了生物质物料的水分。这种热解反应器不需要通入惰性载气，具有结构简单、工作可靠和通用性强等特点，且可以采用多个螺杆并列放置的方式实现成倍数地增加生物质物料的热解处理能力。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为单螺杆的螺旋推进式机构简图。
图3为三螺杆组成的螺旋推进式机构简图。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1：
参见图1，带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器包括料筒1、第一调速电机2、螺旋进料器3、烘干提升筒4、旋风分离器5、螺旋式热解反应器6、燃烧加热室7、热解炭出口8、热解气出口9、引风机10和第二调速电机11。
烘干提升筒4的直径为100毫米，高度为2.5米。
螺旋式热解反应器6为单螺杆的螺旋推进式机构（见图2），其中螺杆的长度为1.2毫米、螺杆螺牙的大直径为80毫米、螺杆螺牙的小直径为60毫米，螺距为45毫米。
料筒1位于螺旋进料器3的进料口上方，螺旋进料器3的出料口连通着直立的烘干提升筒4下部一侧；烘干提升筒4的底部连通着引风机10的出风口，烘干提升筒4的顶部连通着旋风分离器5的进口，旋风分离器5的出料口连通着螺旋式热解反应器6的进料口，且旋风分离器5位于螺旋式热解反应器6的进料口的上方；螺旋式热解反应器6的另一端分别设有下出口和上出口，其中下出口为热解炭出口8，上出口为热解气出口9；螺旋式热解反应器6的中部位于燃烧加热室7内；螺旋式热解反应器6的输入端连接着第二调速电机11。燃烧加热室7的顶端中部设有烟气出口，烟气出口通过管道连通着引风机10的进风口；直立的烘干提升筒4和旋风分离器5构成气流式烘干器。
在以玉米秸秆为热解原料、气流式烘干器进料速率均为100kg/h情况下的试验表明：若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为1000℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为50r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解气化的工艺要求，气体产物的质量产率为55%、热值为12MJ/m3；若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为600℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为60r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解液化的工艺要求，液体产物的质量产率为52%、热值为16MJ/kg；若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为500℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为40r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解炭化的工艺要求，固体产物的质量产率为50%、热值为18MJ/kg。
实施例2：
参见图1，带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器包括料筒1、第一调速电机2、螺旋进料器3、烘干提升筒4、旋风分离器5、螺旋式热解反应器6、燃烧加热室7、热解炭出口8、热解气出口9、引风机10和第二调速电机11。
烘干提升筒4的直径为100毫米，高度为2.5米。
螺旋式热解反应器6为三螺杆组成的螺旋推进式机构（见图3），其中螺杆的长度为1.2毫米、螺杆螺牙的大径为80毫米、螺杆螺牙的小径为60毫米，螺距为45毫米。
料筒1位于螺旋进料器3的进料口上方，螺旋进料器3的出料口连通着直立的烘干提升筒4下部一侧；烘干提升筒4的底部连通着引风机10的出风口，烘干提升筒4的顶部连通着旋风分离器5的进口，旋风分离器5的出料口连通着螺旋式热解反应器6的进料口，且旋风分离器5位于螺旋式热解反应器6的进料口的上方；螺旋式热解反应器6的另一端分别设有下出口和上出口，其中下出口为热解炭出口8，上出口为热解气出口9；螺旋式热解反应器6的中部位于燃烧加热室7内；螺旋式热解反应器6的输入端连接着第二调速电机11。燃烧加热室7的顶端中部设有烟气出口，烟气出口通过管道连通着引风机10的进风口；直立的烘干提升筒4和旋风分离器5构成气流式烘干器。
在以玉米秸秆为热解原料、气流式烘干器进料速率均为300kg/h情况下的试验表明：若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为1000℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为50r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解气化的工艺要求，气体产物的质量产率为55%、热值为12MJ/m3；若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为600℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为60r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解液化的工艺要求，液体产物的质量产率为52%、热值为16MJ/kg；若螺旋式热解反应器壁面外侧的加热温度为500℃、螺旋式反应器中的螺杆转速为40r/min，则此种情况可以满足生物质物料热解炭化的工艺要求，固体产物的质量产率为50%、热值为18MJ/kg。

Claims (3)

1.带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器，包括料筒、第一调速电机和螺旋进料器，所述料筒位于螺旋进料器的进料口处，其特征在于：所述螺旋进料器的出料口连通着直立的烘干提升筒下部一侧；烘干提升筒的底部连通着引风机的出风口，烘干提升筒的顶部连通着旋风分离器的进口，旋风分离器的出料口连通着螺旋式热解反应器的进料口，且旋风分离器位于螺旋式热解反应器进料口的上方；所述螺旋式热解反应器的另一端分别设有下出口和上出口，其中下出口为热解炭出口，上出口为热解气出口；所述螺旋式热解反应器的中部位于燃烧加热室内，螺旋式热解反应器的输入端连接着第二调速电机；所述燃烧加热室的顶端中部设有烟气出口，烟气出口通过管道连通着引风机的进风口；
所述直立的烘干提升筒和旋风分离器构成气流式烘干器；
所述螺旋式热解反应器为单螺杆的螺旋推进式机构或双螺杆组成的螺旋推进式机构或三螺杆组成的螺旋推进式机构。
2.根据权利要求1所述的带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器，其特征在于：所述烘干提升筒的直径为60-200毫米，高度为1000-30000毫米。
3.根据权利要求1所述的带烘干功能的螺旋式生物质热解反应器，其特征在于：所述螺旋式热解反应器中的螺杆长度为800－2500毫米、螺杆螺牙的大直径为50－200毫米、螺杆螺牙的小直径为50－200毫米，螺杆螺牙的螺距为30－80毫米。
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