CN102816581B - 一种竖行式移动床生物质连续热解装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型竖管式移动床生物质连续热解装置，该装置主要包括燃烧加热炉、热解供热烟道、竖管式热解移动床、焦炭空冷管、旋转进出料阀、出料绞龙等部件。本发明采用高温烟气冲刷移动床热解竖管排的方式强化外部热源对热解设备的传热效果，生物质原料在长径比很大的热解管依次受热分解；利用焦炭冷却释放的热量实现加热空气的预热，使能量得到充分利用；利用旋转进出料阀的调节，与物料自身重力实现热解过程的连续式生产。

Description

一种竖行式移动床生物质连续热解装置

技术领域

本发明涉及生物质热解装置，是一种连续的对生物质进行间接加热的热解装置，生物质在本装置内依次经历脱水、脱挥发份、缩聚成炭、冷却等过程而成为优质生物质焦炭。

背景技术

热解是一种高效转化方式，采用热解技术可迅速地将生物质转化为炭、气、油三种有利用价值的产品。目前，生物质热解的研发与应用更多的是关注其中单一产品的利用，而对其它产物缺乏足够的重视，不仅经济性难以保证，还有二次污染的隐患。发展基于热解的炭、气、油多联产技术生产多种高附加值产品，可有效实现整个转化过程的经济与环境效益最大化，是热解技术发展的重要方向。

目前实际应用的生物质热解技术多采用固定床反应器，根据热解过程中热量提供方式，分为绝氧的外热式、缺氧的自热式两种。

外热式固定床热解技术是将物料封闭在一个大容积的反应釜内，然后通过外部加热使釜内物料经过热解、冷却而形成炭产品。此技术可获得较高热值的燃料炭与燃气，市场认可度较高，具有较好的经济效益。但由于技术本身的缺陷，其设备体积大、间歇式生产，致使生产能效低；产物品质不高、成品率低且难以调控；热量未综合利用，致使能源转换与利用率低、能耗高；尚存在气液固二次污染等弊端。

自热式固定床热解技术是在一定容积的物料内通入少量氧气，致使少部分物料燃烧放热，而其他物料吸热热解，再经过冷却而获得炭产品。此技术热量利用率比外热式技术相对较高、可实现连续式生产、投资相对较低，因此该技术被认为适用于小型规模甚至是户用型。然而该技术炭的收率与品位降低，品质调控更难操作；气体产物中CO含量大幅增高而超标，液体产物有效成分降低；致使使用者会选择直接对空排放气液产物，一旦大面积推广，潜在的环保风险非常大。

发明内容

本发明提出一种竖行式移动床生物质连续热解装置，通过优化生物质热解时的传热过程，缩短热解所需时间，从而实现生物质热解过程的连续式生产。

一种竖行式移动床生物质连续热解装置，包括依次相接的物料提升机、物料输送滑板、料仓、进料旋转阀、热解气导出箱、竖管式热解移动床、焦炭空冷管、出料旋转阀、出料绞龙；焦炭空冷管、竖管式热解移动床和物料提升机的外部分别套有焦炭空冷箱、热解供热烟箱和提升机加热烟箱；焦炭空冷箱分别管道连接鼓风机和燃烧喷头，燃烧喷头连接加热炉；热解供热烟箱分别管道连接加热炉和提升机加热烟箱；提升机加热烟箱管道连接烟气引风机。

进一步地，所述竖管式热解移动床包括轴向与烟气冲刷方向垂直的多排移动床热解管和热解气导出箱，在烟气冲刷方向上的相邻移动床热解管以错位方式排列；移动床热解管的顶端开设热解气溢出口，热解气溢出口布置在热解气导出箱内，热解气导出箱不与热解气溢出口接触。

进一步地，其特征在于，所述热解移动床竖管受热区长度与物料传热截面积的当量直径比控制在10~15之间。

进一步地，所述热解供热烟箱包括由多个烟气折向箱上下相接形成的烟道腔体；移动床热解管的顶端以外的部分置于烟道腔体内，在烟道腔体的底部设有热烟气进口，并在进气口的内部布置烟气导流板，烟道腔体的顶部布置烟气出口；相邻烟气折向箱之间设有烟道隔板，多个烟道隔板形成往复折返结构以对烟气导向，烟道隔板上开设确保移动床热解管穿过的孔洞，移动床热解管外壁不与烟道隔板直接接触。

具体而言，本发明相比现有技术的优点在于：

1.本装置采用了长径比很大的移动床，生物质在流通截面更小的移动床热解管内可以更快的吸收热量并热解，大幅缩短了生产所需时间，达到了连续性生产的要求；

2.在热解过程中，主要依靠生物质原料自身的重力移动实现生产的连续，在高温热解区没有复杂的机械运行装置，系统连续运行可靠性高；

3.在温度较低的区域布置可以连续运转的进出料旋转阀，进一步保证装置运行的连续性。

4.采用高温烟气高速冲刷的方式进行外部供热，热量利用效率高；

5.生产规模通过增减移动床热解管的数目即可，技术适用性广，规模易于控制；

6.本装置将焦炭冷却热量用于预热燃烧炉所用空气，有效利用焦炭冷却释放的热量，能源利用率高；

附图说明

图1是本发明竖行式移动床生物质连续热解装置的结构示意图；

图2是热解供热烟箱与竖管式热解移动床的结构示意图；

图3是图2中A-A剖面图；

图4是图2中B-B剖面图；

图5是图3中C-C剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明装置结构为：物料提升机1、物料输送滑板2、料仓3、进料旋转阀4、热解气导出箱5、竖管式热解移动床6、焦炭空冷管14、出料旋转阀11、出料绞龙10依次相接；焦炭空冷管14、竖管式热解移动床6和物料提升机1的外部分别套有焦炭空冷箱13、热解供热烟箱7和提升机加热烟箱16；焦炭空冷箱13分别管道连接鼓风机12和燃烧喷头9，燃烧喷头9连接加热炉8；热解供热烟箱7分别管道连接加热炉8和提升机加热烟箱16；提升机加热烟箱16管道连接烟气引风机15。

料仓3出料口与进料旋转阀4进料口之间，进料旋转阀4出料口与热解气导出箱5进料口之间，热解气导出箱5出料口与竖管式热解移动床6进料口之间，均采用内嵌液体防渗板的方形法兰连接。竖管式热解移动床6出料口与焦炭空冷管14进料口之间，采用内嵌高温耐火棉的方形法兰连接。焦炭空冷管14出料口与出料旋转阀11进料口之间，出料旋转阀11出料口与出料绞龙10进料口之间，均采用敷设保温石英棉的法兰连接。

焦炭空冷箱13出气口与燃烧喷头9进气口之间采用敷设保温层的管道连接，管道连接处保持密封。加热炉8出气口与热解供热烟箱7进气口之间采用耐火材料浇铸的烟气通道连接，通道外壁敷设耐温钢板并采用法兰密封。热解供热烟箱7出气口与提升机加热烟箱16之间，提升机加热烟箱16出气口与烟气引风机15进气口之间，均采用敷设保温层的管道连接，管道连接处保持密封。

竖管式热解移动床6包括轴向与烟气冲刷方向（水平方向）垂直的多排移动床热解管20，在烟气冲刷方向上的相邻移动床热解管以错位方式排列。每根移动床热解管20受热区长度与物料传热截面积的当量直径比控制在10~15之间，并在其顶端开设热解气溢出口22。热解气溢出口22布置在热解气导出箱5内，热解气汇集箱22不与热解气导出箱5接触，并保持足够的空间。生物质原料规整的进入竖管式热解移动床6的各个移动床热解管20中，吸收烟气冲刷传递的热量逐渐分解，并缓慢的从竖管式热解移动床6的顶部移向底部，产生的热解气则在移动床热解管20内自下而上流动，达到移动床热解管20顶部后，从热解气溢出口22进入到竖管式热解移动床6的热解气导出箱5中，最后被导入到后续设备中。

热解供热烟箱7用于为生物质热解过程提供热量，可采用高温烟气辐射、自然对流、导热等间接换热方式，本发明给出了一种优化结构，如图2和4所示，热解供热烟箱7包括由多个烟气折向箱18纵向相连形成的烟道腔体，移动床热解管20的顶端以外的部分置于烟道腔体内，在烟道腔体的底部设有热烟气进口17，并在进气口17的通道内布置烟气导流板23。相邻烟气折向箱18之间设有烟道隔板19，多个烟道隔板19形成往复折返结构以对烟气导向。更具体地讲，烟道隔板19的一端与烟道腔体一侧壁直接连接并密封，另一端与烟道腔体另一侧壁形成足够的间隙，烟道隔板19上开设孔洞确保移动床热解管20可以通过，烟道腔体顶部布置烟气出口21。移动床热解管20的顶端以外的部分与烟道隔板19、烟气折向箱18一起形成热解供热烟箱7，移动床热解管20外壁不与烟道隔板19直接接触，并保持足够小的间隙。热烟气经烟气进气口17中烟气导流板23的导向作用，均匀的冲刷到移动床热解管20上，再经过烟气隔板19和烟气折向箱18的导流作用，多次折返冲刷移动床热解管20，确保热量充分传递给移动床热解管20的生物质物料，并自下而上形成生物质反应的不同温度区间，散热完毕的烟气再汇集到烟气出口21，余热烟气最后送入到物料提升机1中用于预处理物料。

物料提升机1用于将物料从地面提升至本装置的进料平台，为一种常用的斗式提升机。为了充分利用烟气余热，将斗式提升机放置在提升机加热烟箱16中，通过余热烟气为斗式提升机提供较高的温度，达到烘干物料的目的。物料提升机1由一般的斗式提升机和包裹斗式提升机的套筒构成，提升机加热烟箱16的内壁即为提升机的套筒，外壁为敷设保温层的套筒，并在内外壁间设置换热翅片。

物料输送滑板2用于将物料提升机1输送的物料输送到料仓3，在本发明中可选用一种倾斜角度为12°至20°V型钢板。

进料旋转阀4与出料旋转阀11，都为一种叶片等分的星形给料机，用于将物料从上一个部件均匀连续的输送到下一个部件。

出料绞龙10用于连续式的输出已经制备好的焦炭，为一种常用的能够输送粉体或颗粒物料的绞龙。

本发明装置的工作过程具体为：由物料提升机1将物料从地面提升至物料输送滑板2，经过物料输送滑板2的输送，原料均匀地落入料仓3内；在进料旋转阀4的搅动下，物料从料仓均匀的落入竖管式热解移动床6各个移动床热解管20内，生物质原料在长径比很大的移动床热解管20内依靠自身的重力从上至下连续移动，热解供热烟箱7通过高温烟气流经折返式烟道时高速冲刷的方式为竖管式热解移动床6内连续移动的物料提供热解所需热量，使物料能够连续进行深度干燥、预炭化、热解等过程。于此同时，热解产生的热解气逆着生物质物料移动方向，自下而上流动，同时将热解过程中释放的热量传递给上端的物料。外部供热的强化和内部热量的充分利用可使生物质在移动床内更快的吸收热量，进而大幅缩短生产所需时间。各个移动床热解管产生的热解气汇集在热解气导出箱5内并被送入后续处理装置。而热解完毕得到的高温焦炭颗粒将进入到焦炭空冷管14内，在焦炭空冷箱13的冷却作用下逐渐降温从而形成最终的焦炭产品，然后再通过出料旋转阀11汇集到出料绞龙10内输出本装置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种竖行式移动床生物质连续热解装置，其特征在于，包括依次相接的物料提升机(1)、物料输送滑板(2)、料仓(3)、进料旋转阀(4)、热解气导出箱(5)、竖管式热解移动床(6)、焦炭空冷管(14)、出料旋转阀(11)、出料绞龙(10)；焦炭空冷管(14)、竖管式热解移动床(6)和物料提升机(1)的外部分别套有焦炭空冷箱(13)、热解供热烟箱(7)和提升机加热烟箱(16)；焦炭空冷箱(13)分别管道连接鼓风机(12)和燃烧喷头(9)，燃烧喷头(9)连接加热炉(8)；热解供热烟箱(7)分别管道连接加热炉(8)和提升机加热烟箱(16)；提升机加热烟箱(16)管道连接烟气引风机(15)；

所述竖管式热解移动床(6)包括轴向与烟气冲刷方向垂直的多排移动床热解管(20)和热解气导出箱(5)，在烟气冲刷方向上的相邻移动床热解管以错位方式排列；移动床热解管(20)的顶端开设热解气溢出口(22)，热解气溢出口(22)布置在热解气导出箱(5)内，热解气导出箱(5)不与热解气溢出口(22)接触；

所述移动床热解管(20)受热区长度与物料传热截面积的当量直径比控制在10～15之间。

2.根据权利要求1所述的一种竖行式移动床生物质连续热解装置，其特征在于，所述热解供热烟箱(7)包括由多个烟气折向箱(18)上下相接形成的烟道腔体；移动床热解管(20)的顶端以外的部分置于烟道腔体内，在烟道腔体的底部设有热烟气进口(17)，并在热烟气进口(17)的内部布置烟气导流板(23)，烟道腔体的顶部布置烟气出口(21)；相邻烟气折向箱(18)之间设有烟道隔板(19)，多个烟道隔板(19)形成往复折返结构以对烟气导向，烟道隔板(19)上开设确保移动床热解管(20)穿过的孔洞，移动床热解管(20)外壁不与烟道隔板(19)直接接触。