CN102226092A

CN102226092A - 连续式生物质低温热解炭化方法及其炭化炉

Info

Publication number: CN102226092A
Application number: CN2011101409619A
Authority: CN
Inventors: 常烜宇; 张宇飞; 成佳丽; 陆凝霞; 程凤凤; 卢平
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2011-10-26

Abstract

本发明公开了一种农林废弃物低温热解炭化方法及其炭化炉装置，属于生物质炭化及其能源化利用领域。本发明炭化炉的炉体采用螺旋推进式送料，动力来源于电机的驱动；炉体内加热筒的外部套有外加热筒，内外筒之间有一定间距，且套筒间的内部烟道为迷宫式走向，保证热烟气充分给热解反应供热，均匀加热生物质原料；炭化时产生烟气经过燃烧室燃烧给反应筒提供热量，热烟气流经套筒后进入换热装置烘干原料。本发明通过螺旋式推进实现低温热解炭化反应的连续运行，实现了生物质在炭化炉内停留时间的精确控制；炉体采用套筒结构，充分利用了炭化烟气余热，反应筒采用内部与外壁配合加热，强化了反应筒内温度的均匀特性，延长了绞龙轴的使用寿命。

Description

连续式生物质低温热解炭化方法及其炭化炉

技术领域

本发明涉及一种连续式生物质低温热解炭化方法及其炭化炉，属于生物质炭化及其能源化利用领域。

背景技术

世界上生物资源丰富，形式多样，主要有薪柴、农林作物、水生植物、禽畜粪便等。地球上每年生长的生物质能总量约1400亿吨~1800亿吨（干重），相当于目前世界总能耗10倍左右。

生物质热解炭化技术是一种很有开发前景的生物质能源化利用技术，它是以通过热解技术将生物质分解成生物质炭、热解气和焦油等三种产品。根据操作温度的不同，该技术可分低温炭化、中温炭化和高温热解炭化等工艺，其中生物质低温热解炭化工艺是很有前景的能源化产业化利用路线之一。目前开发利用的诸如土焖炭化炉、池式炭化炉等，普遍存在原料适应性差、能耗高、炭化时间长、炭化生产效率低、质量难以控制、作业环境差和不能连续化生产等缺陷。近年来，在传统炭化炉的基础上，在炭化炉本体、热解气回收和余热利用等方面进行一些改进，并设计开发了结构形式的炭化炉，以提高炭化效率，降低装置的系统耗能。中国专利CN101220283A公开了一种连续式生物质炭化装置，但由于该方法未将生物质缺氧燃烧和炭化过程合理分开，给生产控制带来了一定的难度。上述生物质炭化装置的缺陷也在一定程度上限制了生物质能源化产业化的发展。因此，如何优化生物质低温热解炭化工艺，提高炭化效率和生物质炭产品得率，实现炭化炉炭化热量自给是生物质热解炭化技术亟须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有生物质热解炭化技术中存在的缺陷，基于低温热解技术原理，提供一种能够连续生产，炭化产品得率较高、质量稳定，且炭化过程能实现热量自给的生物质低温热解炭化方法和炭化炉。

为了实现上述目的，本发明的生物质低温热解炭化方法采用如下技术方案：

连续式生物质低温热解炭化方法，包括以下步骤：

1）经过预处理的生物质原料送入干燥装置进行干燥处理，在外加热量的间接加热条件下，将生物质中的大部分水分独立排出；

2）将干燥后的生物质输送进入生物质热解炭化装置，同时通入N₂，逐步完成生物质低温热解炭化过程，并生成热解气、生物质焦油和生物质炭；

3）产生的生物质热解气和焦油经分段收集后直接送入燃烧室，并与部分补燃燃料一起燃烧，燃烧产生的高温烟气通过管道直接送入热解炭化装置或将部分烟气送入干燥装置，通过间接加热方式将热量传递给生物质，换热后的烟气再进入干燥区，最终完成对生物质的热解炭化和干燥过程；所述充分换热后的烟气经净化后排空；

4）卸料仓上装有冷凝装置，向冷凝装置中通入空气，经过换热冷却得到的产物,得到的热空气通向燃烧室与热解气一起燃烧。

本发明实现连续式生物质低温热解炭化方法的炭化炉采用如下技术方案：

炭化炉包含加料仓、干燥装置、热解炭化装置、冷却装置、燃烧室、连接管道和温度控制系统等；加料仓上设有换热管，换热管末端连接风机；加料仓底部设有星型加料器并连接干燥装置，干燥装置的出料口底部设有星型加料器并连接热解炭化装置，热解炭化装置的出料口上设置有锁气阀和星型加料器，星型加料器尾部连接卸料仓，卸料仓包括星型加料器和冷却装置，冷却装置尾端连接燃烧室；

所述干燥装置和热解炭化装置各包括一套套设在一起的内加热筒和外加热筒，外加热筒内壁与内加热筒外壁上都设置有迷宫式导流隔板，且两个装置的筒内都穿设有一个输料螺杆，所述输料螺杆通过联轴器与电机连接；

所述干燥装置的内加热筒末端穿出外加热筒并设置有水蒸气出口，所述干燥装置的外加热筒上设有烟气进口和烟气出口；

所述热解炭化装置的内加热筒端穿出外加热筒并设有热解气出口，热解气出口与燃烧室相连接；所述热解炭化装置的内加热筒上还设有N₂输入口，所述热解炭化装置的外加热筒上设置有高温烟气进口及高温烟气出口，高温烟气出口与所述干燥装置外加热筒上的烟气进口相连；

所述燃烧室上设置有补充燃料进口及助燃气体进口，燃烧室尾部连接热解炭化装置外加热筒上的高温烟气进口。

本发明相对现有技术具有的优点：1）将生物质干燥、热解炭化和冷却等过程进行合理划分和集成，提高了炭化炉的原料适应性，实现了生物质的连续炭化生产。2）采用热解气燃烧装置、迷宫式套筒结构和分区换热等技术，摒弃了传统的外置换热器和中间换热介质的组合方式，充分利用了热解气能源和烟气余热，基本实现了生物质热解炭化过程的能量自给。3）水平螺旋推进的输送方式，不仅可以根据要求合理控制生物质在炭化炉内停留时间，而且强化了炭化炉内部物料的混合，提高了生物质炭化产品质量和炭化效率。4）模块式的一体化化设计，结构简单，运行操作方便，易于大型化。

附图说明

图1 是本发明连续式生物质低温热解炭化方法的工艺流程示意图。

图2 是本发明实现连续式生物质低温热解炭化方法的炭化炉结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

本发明在缺氧或无氧条件下，利用生物质热解气燃烧产生的热量间接生物质原料，使其热解炭化，从而获得能量密度高、疏水性好的生物质炭。

生物质热解炭化主要包括干燥、热解炭化和冷却三个过程，并相对应地构建包含生物质干燥、热解炭化和冷却三个区段的炭化炉，同时在生物质炭化过程中通入N₂以确保形成缺氧或无氧的环境。炭化炉中不同区段的温度可根据生物质原料加料量和生物质热解气燃烧产生的高温烟气流量来控制，其中干燥段温度小于120℃，热解炭化段温度在200-300℃之间，冷却段出口温度小于65℃，根据生物质原料的不同，其在炭化炉内的停留时间为5-30 min。生物质低温热解炭化的工艺流程如图1所示。

如图2所示，本发明低温热解炭化炉包括：加料仓1，加料仓1上设有换热管101，换热管101末端连接风机102，加料仓1底部设置星型加料器103，加料仓1末端连接干燥器2。

干燥器2包括套设在一起的内加热筒201和外加热筒202，内加热筒201末端穿出外加热筒202，且在穿出的末端设置有水蒸气出口203，同时出料口3设置在内加热筒201尾部，外加热筒202上设有烟气进口205及烟气出口206，外加热筒202内壁与内加热筒201外壁上设置有迷宫式导流隔板207，干燥器2的内筒内穿设有一个输料螺杆204，输料螺杆204通过联轴器208与电机209连接。

出料口3底部设有星型加料器301，出料口3末端连接炉体4。炉体4包括套设在一起的内加热筒401和外加热筒402，内加热筒401末端穿出外加热筒402，内加热筒401上设有热解气出口403，热解气出口403与燃烧室5相连接，在内加热筒401左端还设有N₂输入口410，出料口6设置在内加热筒401尾部，外加热筒402上设置有高温烟气进口404及高温烟气出口405，高温烟气出口405与干燥器外加热筒上的烟气进口205相通，外加热筒402内壁与内加热筒401外壁上设置有迷宫式导流隔板406，炉体4的内筒内穿设有一个输料螺杆407，输料螺杆407通过联轴器408与电机409连接。

燃烧室5上设置有补充燃料进口501及助燃气体进口502，燃烧室5尾部连接炉体外加热筒402上的高温烟气进口404。出料口6上设置有锁气阀8和星型加料器601，星型加料器601尾部连接卸料仓7。卸料仓7包括星型加料器701和冷却装置702，冷却装置702尾端连接燃烧室5。在炭化炉的加料仓、出料口、套筒及输料螺杆连接部分都设有密封结构。

经预处理的生物质原料由加料仓1进入生物质干燥装置，在外加热量的间接加热条件下生物质中的大部分水分被独立排出。干燥后的生物质经给料装置输送进入生物质炭化装置，并逐步完成生物质低温热解炭化过程，生成热解气、生物质焦油和生物质炭。在炭化装置内产生的生物质热解气和焦油经分段收集后直接送入燃烧室，与部分补燃燃料一起燃烧，燃烧产生的高温烟气通过管道直接送入热解炭化装置的外套筒内（也可将部分烟气送入干燥区外套筒内），通过间接加热方式将热量传递给生物质，换热后的烟气再进入干燥区的外套筒内，最终完成对生物质的热解炭化和干燥过程。所有外套筒内均设置迷宫式换热装置以提高换热效率，充分换热后的烟气经净化后排空。

另外，低温热解炭化炉启动时所需的高温烟气由天然气燃烧产生。

使用本发明所述的螺旋推进式低温热解炭化炉进行生物质炭化，生物质炭化产品产率能达到0.5~0.7，其能量损失约为10%。因此经过低温热解炭化后，生物质热值和能量密度得到显著提高，约为生物质原料的1.3~2倍。生物质原料适用性广，可满足大部分生物质低温热解炭化要求，对于含水较高的生物质原料（大于15%）热解炭化过程的热量自给率达90%以上，对于含水较低的生物质原料（小于12%）基本不需要外部供给能量，可实现热解炭化过程热量自平衡，最高可以适应40%的含水率。

Claims

1.连续式生物质低温热解炭化方法，包括以下步骤：

4）卸料仓上装有冷凝装置，向冷凝装置中通入空气，经过换热冷却得到产物,得到的热空气通向燃烧室与热解气一起燃烧。

2.根据权利要求1所述的连续式生物质低温热解炭化方法，其特征在于：所述干燥过程的温度小于120℃，热解炭化过程的温度在200-300℃之间，冷凝装置出口的温度小于65℃。

3.实现如权利要求1所述的连续式生物质低温热解炭化方法的炭化炉，包含加料仓、干燥装置、热解炭化装置、冷却装置、燃烧室、连接管道和温度控制系统等；加料仓（1）上设有换热管（101），换热管末端连接风机（102）；加料仓底部设有星型加料器(103)并连接干燥装置（2），干燥装置的出料口（3）底部设有星型加料器（301）并连接热解炭化装置（4），热解炭化装置的出料口（6）上设置有锁气阀（8）和星型加料器（601），星型加料器尾部连接卸料仓（7），卸料仓包括星型加料器（701）和冷却装置（702），冷却装置尾端连接燃烧室（5）；

所述干燥装置的内加热筒（201）末端穿出外加热筒（202）并设置有水蒸气出口（203），所述干燥装置的外加热筒上设有烟气进口（205）及烟气出口（206）；

所述热解炭化装置的内加热筒（401）末端穿出外加热筒（402）并设有热解气出口（403），热解气出口与燃烧室（5）相连接；所述热解炭化装置的内加热筒上还设有N₂输入口（410），所述热解炭化装置的外加热筒上设置有高温烟气进口（404）及高温烟气出口（405），高温烟气出口与所述干燥装置外加热筒上的烟气进口（205）相通；

所述燃烧室（5）上设置有补充燃料进口（501）及助燃气体进口（502），燃烧室尾部连接热解炭化装置外加热筒上的高温烟气进口（404）。