CN102719258A

CN102719258A - 一种生物质连续热解与资源化利用的系统和方法

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Publication number: CN102719258A
Application number: CN2011104396216A
Authority: CN
Inventors: 朱跃钊; 廖传华; 张阔; 陈海军; 郭丹丹; 武一鸣; 杨丽
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明涉及一种生物质连续热解与资源化利用的系统和方法。一种生物质连续热解与资源化利用的系统，该系统由进料器、螺旋进料器、预热器、烟气旋风分离器、热解炉、燃气旋风分离器、焦油催化裂解器、水冷器和过滤器组成；所述进料器的出口通过螺旋进料器和所述预热器的生物质进口连接，所述预热器的生物质出口通过管道和所述热解炉生物质进口连接，所述热解炉燃气出口通过管道连接至所述燃气旋风分离器进口，燃料进料风机通过管道和热解炉燃料进口连接，所述燃气旋风除尘器的出口和所述焦油催化裂解器、水冷器和过滤器依次连接。

Description

一种生物质连续热解与资源化利用的系统和方法

技术领域

本发明涉及到一种废弃生物质的资源化利用领域，更确切地说是涉及一种将废弃生物质在高温条件下连续热解产生可燃气，从而实现资源化利用的系统和方法。

技术背景

我国的化石能源结构是以煤为主、石油和天然气为辅，这是由于各种化石能源的贮藏量的不同而造成的。化石能源在使用过程中会产生大量的二氧化碳、二氧化硫等气体，导致酸雨和温室效应，进而污染环境。因此，积极利用现有废弃资源开发新能源，改变我国当前的能源消费结构，既有效利用资源，又发展洁净能源，实现能源的有效替代并同时解决环境问题，是当前的研究重点和热点。

中国是仅次于美国的全球第二大能源消费大国，也是世界第二大二氧化碳排放国。随着石油、生物质炭等化石资源的日益枯竭，在当前大力发展多元能源的形势下，如何充分利用生物质资源（包括农林废弃物、林产加工废弃物、畜禽粪便、有机污泥等）制取燃气，对实现废弃生物质资源有效利用，改善我国的能源消费结构，解决环境问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种生物质连续热解与资源化利用的系统和方法。

实现上述发明目的的一个技术方案是：

一种生物质连续热解与资源化利用的系统，该系统由进料器、螺旋进料器、预热器、烟气旋风分离器、热解炉、燃气旋风分离器、焦油催化裂解器、水冷器和过滤器组成；

所述进料器的出口通过螺旋进料器和所述预热器的生物质进口连接，所述预热器的生物质出口通过管道和所述热解炉生物质进口连接，所述热解炉燃气出口通过管道连接至所述燃气旋风分离器进口，燃料进料风机通过管道和热解炉燃料进口连接，所述燃气旋风除尘器的出口和所述焦油催化裂解器、水冷器和过滤器依次连接。

所述热解炉的工作过程是：燃烧室内的燃料燃烧，对热解室内的生物质进行热解，生物质在热解室热解后产生的热解灰由螺旋提升机提升至热解室顶部后，通过排灰通道落入热解炉下部的空腔内。热解炉排出的高温燃气先用旋风分离器除尘，经焦油催化裂解器除去焦油后，再用水冷器和过滤器进行净化，供后续使用。

作为本发明的进一步改进，所述热解炉的结构为：热解炉由两层同心钢制圆筒组成，内层筒体由内筒壁、筒底和敞开的筒口组成，内筒壁上设有生物质进口和燃料进口，生物质进口管和燃料进口管伸出外筒壁，内层筒体围成的空腔为热解室，热解室内设有由电机驱动的螺旋提升机，用于提升物料；热解室内还设有点火装置；外层筒体由筒盖、外筒壁和漏斗型的排灰室组成，内、外筒壁之间的空间为排灰通道，热解室内产生的热解灰由排灰通道排至排灰室，外筒壁上设有燃气出口，外筒壁的外表面敷有绝热层。

作为本发明的进一步改进，所述热解炉还设有高温烟气出口，所述高温烟气出口通过管道和所述烟气旋风除尘器烟气进口连接，所述烟气旋风除尘器烟气出口通过管道和所述预热器的加热介质入口连接。

作为本发明的进一步改进，所述热解炉的结构为：热解炉由三层同心钢制圆筒组成，三层同心钢制圆筒的筒壁将热解炉内的空间分成三个功能区，由内向外依次为热解室、燃烧室和排灰通道；所述热解室为圆筒形，由热解室外壁、筒底和敞开的筒口组成，热解室外壁设有生物质进口管道，所述生物质进口管道伸出排灰通道外壁，热解室内设有由电机驱动的螺旋提升机，用于提升物料，所述电机设在热解炉的外部；所述燃烧室环绕于热解室外壁，具有密封的顶部和底部，燃烧室内设有点火装置，燃烧室外壁的上部设有高温烟气出口，燃烧室外壁的下部设有燃料进口；最外层为排灰通道，由顶盖、排灰通道外壁和底部漏斗型的排灰室组成，所述顶盖设有热解产物燃气的出口，热解室内产生的热解灰排至排灰通道，并从底部排灰室排出；所述高温烟气出口通过管道和所述烟气旋风除尘器烟气进口连接，所述烟气旋风除尘器烟气出口通过管道和所述预热器的加热介质入口连接。

作为本发明的进一步改进，所述生物质进口管道内设置螺旋进料器，以实现生物质的连续进料，以保证热解系统的连续进行。

作为本发明的进一步改进，在排灰室的排灰口处设置一个螺旋排灰器，实现热解灰分的连续排出，进一步保证热解系统的操作连续性。

本发明利用热解炉将生物质连续热解，热解炉热解室产生的高温燃气经旋风分离器除尘，经焦油催化裂解器除去焦油后，再用水冷器和过滤器进行净化，供后续使用，实现了生物质连续热解与资源化利用。进一步的，本发明将热解炉燃烧室中产生的高温烟气经烟气旋风分离器除去粉尘后，用管道连输送至预热器，用于生物质的预热，

实现本发明目的的另一技术方案是：

一种生物质连续热解与资源化利用的方法，包含以下步骤：

（1）将生物质搅拌均匀后加入进料器；

（2）启动螺旋进料器，向预热器内输送生物质，然后暂时停止进料；

（3）启动风机将燃料输送到燃烧室，由点火装置在燃烧室内点燃燃料，通过调节燃料的进料速率，改变燃烧温度，燃烧产生的约600~1200℃的高温烟气经燃烧室顶部的排烟管排出；

（4）启动螺旋进料器，将生物质连续输送到热解室，将预热后的混合原料输送到热解炉热解；通过调节燃烧室温度，来调节热解温度，维持热解炉温度在600~1000℃之间，产生的燃气由炉顶燃气出口排出，热解后的产物由炉底排出；

（5）调节螺旋进料器的转速改变生物质的进料速率，使产气量和产气成分达到最佳；

（6）将由热解炉排出的高温燃气先用旋风分离器除尘，经焦油催化裂解器除去焦油后，再用水冷器和过滤器进行净化，供后续使用。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）之后还包括下列步骤：

（7）热解炉燃烧室排出的高温烟气，经旋风分离器除尘后的送至预热器和螺旋进料器，对生物质进行预热，以降低能耗，提高系统的效率。

所述步骤（1）中的生物质可以是单一的生物质原料，如农林废弃物、林产加工废弃物、禽畜粪便、有机污泥等，也可是其中两种或多种生物质的混合物。

所述步骤（2）中的燃料可以是煤气、高炉煤气、天然气等气态燃料，也可以是煤粉、微粉生物质燃料等易流化输送的固态燃料。

采用本发明的系统可利用生物质制取高热值的可燃气体，在实现生物质处理的同时得到了高热值的清洁能源，为环境保护和温室气体减排做出了贡献，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。本发明的方法通过调节操作过程中的污泥进料速率、预热温度、污泥加热速率、热解温度等工艺条件，可调节可燃气的产量与组成，并视情况决定是否外加污泥干燥热源及添加催化剂。

附图说明

图1为本发明实施例1系统结构示意图；

图2为本发明实施例2系统结构示意图；

图3为本发明实施例1热解炉的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例1热解炉的俯视图；

图5为本发明实施例2热解炉的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例2热解炉的俯视图；

图中：1、1a、1b-螺旋进料器；2-燃烧室；3-螺旋提升机；4-热解室；5-电动机； 6-燃气出口；7-烟气出口；8-排灰通道；9-燃料进口管；10-螺旋排灰器；11-顶盖；21-顶部；22-底部；43-筒底；44-筒口；45-热解室外壁；10、10a、10b-热解炉；12-热解室生物质进口管道；13-排灰室；20-进料器； 30-预热器；31-预热器生物质进口；32-预热器生物质出口；预热器燃气进口33；40-烟气旋风除尘器；41-烟气旋风除尘器烟气进口；42-烟气旋风除尘器烟气出口； 43-筒底；44-筒口；45-热解室外壁；50-燃气旋风除尘器；51-燃气旋风分离器进口；52-燃气旋风分离器出口；60-焦油催化裂解器； 62-热水出口；61-冷水进口；63-水冷夹套；70-水冷器；80-过滤器；90-燃料进料风机；A-生物质；B-裂解灰；C-燃料；D-烟气；E-燃气；M-冷水；N-热水。

具体实施方式

下面结合实施例做进一步说明。

实施例1

如图1、3和4所示，一种生物质连续热解与资源化利用的系统，包括进料器20、螺旋进料器1、预热器30、气旋风分离器40、热解炉10、燃气旋风分离器50、焦油催化裂解器60、水冷器70、过滤器80，各部分通过输送管道依次连接。进料器20的出口通过螺旋进料器1a和预热器生物质进口31连接，预热器生物质出口32和热解室生物质进口管道12连接，热解室生物质进口管道12内设有螺旋进料器1b，热解燃气出口6通过管道连接至燃气旋风分离器进口51，燃气旋风分离器出口52连接至预热器燃气进口33，燃料进料风机90和燃烧进口管9连接，燃气旋风除尘器出口52和焦油催化裂解器60、水冷器70和过滤器80依次连接。

如图3和4所示，热解炉10a由两层同心钢制圆筒组成，内层筒体由内筒壁45、筒底43和敞开的筒口44组成，内筒壁45上设有生物质进口管道12和气化剂入口管道46，生物质进口管道12和气化剂入口管道46伸出外筒壁81，内层筒体围成的空腔为热解室4，热解室4内设有由电机5驱动的螺旋提升机3，用于提升物料；热解室内还设有点火装置15；外层筒体由筒盖11、外筒壁81和底部漏斗型的排灰室13组成，内筒壁45和外筒壁81之间的空间为排灰通道8，热解室4内产生的热解灰由排灰通道8排至底部排灰室13，外筒壁81上设有燃气出口6，外筒壁81的外表面敷有水冷夹套63作为绝热层，水冷夹套63上设有冷水进口61和热水出口62。绝热层既杜绝热解炉内的热量散失，以维持热解过程的正常进行，又可以防止因热解炉外表面的高温伤人。

原料A由螺旋进料器1b连续输入至热解室4内，经螺旋提升机3不断提升，气化剂G由气化剂进口46输入热解室4，生物质A在热解室4内热解，产生的燃气E由燃气出口6排出，热解灰B经由电动机5驱动的螺旋提升机3提升至热解室4的上部后，经排灰通道8落入热解炉的下方。

为了实现连续热解操作，在热解室4的下部生物质进口管道内12设有螺旋进料器1b，将生物质A连续输入热解室4；同时在热解炉底部排灰室13出口设有螺旋排灰器14，热解室4内产生的热解灰B由排灰通道8落入热解炉底部的排灰室13后，由螺旋排灰器14连续排出热解炉。

实施例2

如图2、5和6所示，一种生物质连续热解与资源化利用的系统，包括进料器20、螺旋进料器1、预热器30、气旋风分离器40、热解炉10、燃气旋风分离器50、焦油催化裂解器60、水冷器70、过滤器80，各部分通过输送管道依次连接。进料器20的出口通过螺旋进料器1a和预热器生物质进口31连接，预热器生物质出口32和热解室生物质进口管道12连接，热解室生物质进口管道12内设有螺旋进料器1b，热解燃气出口6通过管道连接至燃气旋风分离器进口51，燃气旋风分离器出口52连接至预热器燃气进口33，燃料进料风机90和燃烧进口管9连接，高温烟气出口7通过管道和烟气旋风除尘器烟气进口41连接，烟气旋风除尘器烟气出口42通过管道和预热器燃气进口33连接，燃气旋风除尘器出口52和焦油催化裂解器60、水冷器70和过滤器80依次连接。

如图5和图6所示，热解炉10b主体由三层同心钢制圆筒组成，由内至外依次是热解室4、燃烧室2和排灰通道8，热解炉的顶部设有顶盖11。最内层的热解室4用于生物质A热解产生燃气E，包括和热解室外壁45连接的筒底43和敞开的筒口44，热解室外壁45设有生物质进口，生物质进口管12伸出排灰通道外壁81，生物质进口管12内设有螺旋进料器1b，热解室4上方的顶盖11上设有燃气出口6，热解室4内设有螺旋提升机3，使生物质A在热解室内热解的同时不断提升，螺旋提升机3由设在解热炉顶盖外的电机5带动。电动机5中端装有电机调频器，可通过调节电机转速，控制热解的停留时间和进料速率。热解后的热解灰B由螺旋提升机3提升至热解室上部后，进入排灰通道8，由排灰通道8落入热解炉下部的排灰室13内。热解炉的中间层为燃烧室2，燃烧室2环绕于热解室外壁45，具有顶部21和底部22，其内部设有点火装置（图中未标出），燃烧室外壁23下部设有燃料进口，燃料进料管9伸出排灰通道外壁81。燃料C由燃料进口管9输入燃烧室2内燃烧，以维持热解室4内的温度为600~1000℃。燃料C燃烧产生的高温烟气D经烟气出口7排出热解炉。

为了实现连续热解操作，在热解室4的下部设有螺旋进料器1b，将生物质A连续输入热解室4；同时在热解炉底部设有螺旋排灰器14，热解室4内产生的热解灰B由排灰通道8落入热解炉底部的排灰室13后，由螺旋排灰器14连续排出热解炉。

为了便于温度控制，在燃烧室2的高温烟气出口7和燃料进口管9上均设有温度检测器。

实施例3

如图1、2和3所示，生物质连续热解与资源化利用的方法，包括如下步骤：

（1）将有机污泥20kg与锯木屑10kg的混合物搅拌均匀后加入进料器。

（2）启动螺旋进料器20，向预热器30内输送20kg的上述混合物，然后暂时停止进料。

（3）启动燃料进料风机90，将微米生物质燃料送入热解炉10，在燃烧室内点火，通过控制进料风机90的转速调节燃料进料速率，改变燃烧室的燃烧温度。

（4）启动热解炉10a下端的螺旋进料器11，将预热后的混合原料输送到热解炉10a，开始热解，通过调节燃烧室温度，来调节热解温度，维持热解炉温度在600~1000℃之间；产生的燃气由炉顶燃气出口排出，热解后的产物由炉底排出。

（5）通过调节螺旋进料器1的转速改变原料的进料速率，使产气量和产气成分达到最佳。

（6）热解炉10a产生的高温燃气D从热解炉10a顶部的燃气出口排出，先经燃气旋风分离器除尘，再用焦油催化裂解器60除去其中所含的焦油，并用水冷器70和过滤器80净化，供后续使用。

实施例4

如图4、5和6所示，生物质连续热解与资源化利用的方法，包括如下步骤：

（3）启动燃料进料风机90，将微米生物质燃料送入热解炉10b，在燃烧室内点火，通过控制进料风机90的转速调节燃料进料速率，改变燃烧室的燃烧温度。

（4）启动热解炉10b下端的螺旋进料器11，将预热后的混合原料输送到热解炉10b，开始热解，通过调节燃烧室温度，来调节热解温度，维持热解炉温度在600~1000℃之间；产生的燃气由炉顶燃气出口排出，热解后的产物由炉底排出。

（6）热解炉10b产生的高温燃气D从热解炉10b顶部的燃气出口排出，先经燃气旋风分离器除尘，再用焦油催化裂解器60除去其中所含的焦油，并用水冷器70和过滤器80净化，供后续使用。

（7）从热解炉10b顶部排出的烟气温度高达600~1200℃，为充分利用其热量，将其经烟气旋风分离器40除尘后，进入预热器30和螺旋进料器1a，对其中的锯木屑进行预热，以降低能耗，提高系统的效率。

Claims

1.一种生物质连续热解与资源化利用的系统，其特征是，该系统由进料器、螺旋进料器、预热器、烟气旋风分离器、热解炉、燃气旋风分离器、焦油催化裂解器、水冷器和过滤器组成；所述进料器的出口通过螺旋进料器和所述预热器的生物质进口连接，所述预热器的生物质出口通过管道和所述热解炉生物质进口连接，所述热解炉燃气出口通过管道连接至所述燃气旋风分离器进口，燃料进料风机通过管道和热解炉燃料进口连接，所述燃气旋风除尘器的出口和所述焦油催化裂解器、水冷器和过滤器依次连接。

2.根据权利要求1所述的生物质热解装置，其特征是，所述热解炉还设有高温烟气出口，所述高温烟气出口通过管道和所述烟气旋风除尘器烟气进口连接，所述烟气旋风除尘器烟气出口通过管道和所述预热器的加热介质入口连接。

3. 根据权利要求1所述的生物质热解装置，其特征是，所述热解炉由两层同心钢制圆筒组成，内层筒体由内筒壁、筒底和敞开的筒口组成，内筒壁上设有生物质进口和燃料进口，生物质进口管和燃料进口管伸出外筒壁，内层筒体围成的空腔为热解室，热解室内设有由电机驱动的螺旋提升机，用于提升物料；热解室内还设有点火装置；外层筒体由筒盖、外筒壁和漏斗型的排灰室组成，内、外筒壁之间的空间为排灰通道，热解室内产生的热解灰由排灰通道排至排灰室，外筒壁上设有燃气出口，外筒壁的外表面敷有绝热层。

4.根据权利要求1所述的生物质热解装置，其特征是，所述热解炉由三层同心钢制圆筒组成，三层同心钢制圆筒的筒壁将热解炉内的空间分成三个功能区，由内向外依次为热解室、燃烧室和排灰通道；所述热解室为圆筒形，由热解室外壁、筒底和敞开的筒口组成，热解室外壁设有生物质进口管道，所述生物质进口管道伸出排灰通道外壁，热解室内设有由电机驱动的螺旋提升机，用于提升物料，所述电机设在热解炉的外部；所述燃烧室环绕于热解室外壁，具有密封的顶部和底部，燃烧室内设有点火装置，燃烧室外壁的上部设有高温烟气出口，燃烧室外壁的下部设有燃料进口；最外层为排灰通道，由顶盖、排灰通道外壁和底部漏斗型的排灰室组成，所述顶盖设有热解产物燃气的出口，热解室内产生的热解灰排至排灰通道，并从底部排灰室排出；所述高温烟气出口通过管道和所述烟气旋风除尘器烟气进口连接，所述烟气旋风除尘器烟气出口通过管道和所述预热器的加热介质入口连接。

5.根据权利要求3或4所述的生物质热解装置，其特征是，所述热解炉的底面为可拆分的密封结构。

6.根据权利要求3或4所述的生物质热解装置，其特征是，所述燃料进料管管口和燃烧室外壁以相切的方式连接。

7.根据权利要求3或4所述的生物质热解装置，其特征是，在排灰室的排灰口设有螺旋排灰器。

8.根据权利要求3或4所述的生物质热解装置，其特征是，燃烧室的烟气出口和燃料进料管上均设有温度检测器。

9.一种生物质连续热解与资源化利用的方法，其特征是，该方法包含以下步骤：

将生物质搅拌均匀后加入进料器；

启动螺旋进料器，向预热器内输送生物质，然后暂时停止进料；

10.根据权利要求9所述的生物质连续热解与资源化利用的方法，其特征是，所述步骤（5）之后还包括下列步骤：（7）热解炉燃烧室排出的高温烟气，经旋风分离器除尘后的送至预热器和螺旋进料器，对生物质进行预热。