CN103242869B - 一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置及其方法 - Google Patents

一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置及其方法，其具体特征是：利用锅炉省煤器处抽取的温度为300-450℃中温烟气，在低温热解炭化炉内采用直接换热和间接换热相结合的方式，使得生物质在缺氧条件下热解炭化。炭化过程中获得的能量密度高、易粉磨、疏水性好的生物质炭，既可以送入锅炉燃烧，也可以经粉磨、成型等工艺制成生物质炭化产品。本发明充分利用了锅炉烟气余热与热解气燃烧热，实现了生物质的连续炭化，具有原料适应性广、质量稳定、炭产率高、运行操作方便、能量综合利用率高、且易于大型化等特点，适用于燃煤电站和生物质电站，其经济效益、环境效益和社会效益显著。

Description

一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置及其方法，属于生物质能利用和锅炉烟气余热利用领域。
背景技术
世界上生物质资源丰富，种类繁多，主要包括农作物、林产植物及其残体、水生植物、畜禽粪便、有机废弃物等。据统计，地球上每年生长的生物质能总量约1400-1800亿吨(干重)，相当于目前世界总能耗的10倍左右。我国是农业大国，生物质资源非常丰富，仅农作物秸秆年产量就达7亿吨左右。然而目前大多数秸秆以田间焚烧方式直接处理,造成了严重的资源浪费和污染环境。由于生物质能源具有低硫、低氮、低灰份、零CO2净排放等的特点，生物质的燃烧、热解、气化和炭化等技术的研究与应用得到世界各国的普遍关注。但因生物质存在的含水量高、不易破碎、能量密度低以及不宜长期贮存与长距离运输等缺陷，严重制约了生物质能的规模化利用。
生物质热解炭化技术是一种很有发展前景的生物质能利用技术，按照热解炭化温度的不同，生物质热解炭化可分为低温热解、中温热解和高温热解三种形式。生物质低温热解炭化(又称烘焙)是指在缺氧、低温(200-300℃)和低加热速率(≤50℃/min)的条件下，以生产生物质炭为主要产品的热化学处理方法。该方法提高了生物质的能量密度，有效地改善了生物质的粉磨性和疏水性，适宜长期储存和长距离运输。近年来，已经开发了土焖炭化、池式炭化和螺旋式炭化等多种炭化方法。根据热解炭化所需能量供给方式的不同，生物质低温热解炭化可分为自热式、外热式和组合式三种形式。发明专利CN200810049186.4提供了一种连续式生物质炭化装置，该装置通过生物质缺氧燃烧提供热解炭化所需的热量(即自热式炭化)，但该方法未将生物质缺氧燃烧和热解炭化过程合理分开，给生产控制带来了一定的难度。CN102226092A和CN102154019A分别公开了一种螺旋式生物质低温热解炭化方法及炭化炉，利用燃气燃烧装置燃烧生物质热解过程中产生的低品质热解气，并结合少量的外部供热(组合式炭化)，来提供生物质热解炭化所需的能量，基本实现了生物质炭化过程的能量自给，但其仍然存在换热效率低、生物质炭质量控制较为困难、装置结构复杂以及炭化炉产量难以大型化等缺陷。因此，为了更好地解决生物质炭化工艺在原料适应性、生物质炭产率、低品位热解气以及烟气余热综合利用等方面存在的问题，提高生物质低温热解炭化炉处理量和生物质炭质量，有必要开发新的生物质低温热解炭化方法和工艺。
发明内容
本发明的目的就是要克服现有生物质低温热解炭化技术存在的缺陷，提供一种利用锅炉烟气，连续生产生物质炭产率高、质量稳定、炭化过程控制方便、能量综合利用率高、且易于大型化的生物质炭化装置及其方法。
本发明的装置采用的技术方案如下：
一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置，包括锅炉炉膛、尾部烟道、省煤器、空气预热器、脱硫装置、袋式除尘器、引风机、烟囱、高温除尘器、高温风机、低温热解炭化炉、生物质料仓、热解气风机、热解气喷口、生物质炭冷却装置、生物质炭粉磨装置、排粉机、生物质炭粉喷口、生物质炭成型与包装装置，省煤器和空气预热器设置在尾部烟道内，尾部烟道与脱硫装置、袋式除尘器、引风机、烟囱依次相连，所述尾部烟道还与高温除尘器、高温风机和低温热解炭化炉依次相连，所述低温热解炭化炉包括干燥室和炭化室；热解气喷口和生物质炭粉喷口设置在锅炉炉膛的上部，并分别通过热解气风机和排粉机与低温热解炭化炉和生物质炭粉磨装置相连；所述低温热解炭化炉的底部出料口与生物质炭冷却装置、生物质炭粉磨装置、生物质炭成型与包装装置依次相连。
本发明所涉及的利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的方法是：从燃煤或燃烧生物质锅炉的尾部烟道(省煤器)中抽取中温烟气(烟气温度为300-450℃、烟气量约占锅炉总烟气量的5％-20％)，经过预除尘器除去绝大部分飞灰，再分成两部分送入生物质低温热解炭化炉内，分别通过间接换热和直接换热两种方式将中温烟气中的热量传递给生物质原料，使得生物质在缺氧条件下热解并生成生物质炭、热解气和焦油三种产物。生物质炭既可以经冷却和粉磨后直接送入锅炉燃烧，也可以经过冷却、粉磨、成型与包装等工艺生产各种形式的生物质炭化产品。一部分参与直接炭化并含热解气与焦油等组分的烟气(150-300℃)经专用管道直接送入锅炉炉膛内燃烧，另一部分参与生物质干燥或间接换热后的烟气(100-250℃)再回送至锅炉尾部烟道(空气预热器上游或脱硫装置入口)经换热和净化后排放。
本发明的优点在于：
1)热解炭化过程中产生的可燃性气体(如CO,H2,VOC等)和生物质炭可直接进入锅炉燃烧，有效降低了生物质直接燃烧所产生的烟气流量，减小了生物质锅炉燃烧和尾部换热系统的结构尺寸，在大幅提高了生物质锅炉热效率的同时，有效降低了锅炉系统的造价。
2)采用直接换热和间接换热相结合的方式，可将热解炭化过程中产生可燃气体和水蒸汽分开收集，大大提高了生物质炭化炉以及锅炉系统的热效率。
3)直接利用锅炉尾部中温烟气来热解炭化生物质原料，有效避免了生物质炭的复燃现象。
4)生物质原料不需要进行复杂的粉碎、烘干和成型等预处理，与其他生物质炭化技术相比，具有原料适应性广、炭产率高、质量稳定、炭化过程控制方便、易于大型化以及可连续性生产的特点，节约了大量的人工和电费成本。
5)低温热解过程所产生的生物质炭不仅可以直接送入锅炉燃烧，也可以经粉磨和成型等工艺制成其他生物质炭化产品。
附图说明
图1一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合图1和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明根据生物质原料种类以及抽取烟气量与烟气温度的不同，生物质在低温热解炭化炭化炉内的停留时间以及直接换热烟气量占抽取烟气量的百分比分别控制在10-30min和60％-90％，以提高生物质炭化综合热效率，保证生物质炭产率与生物质炭品质。
利用锅炉烟气炭化生物质的工艺流程如图1所示。装置主要包括：锅炉炉膛1、尾部烟道2、省煤器3、空气预热器4、脱硫装置5、袋式除尘器6、引风机7、烟囱8、高温除尘器9、高温风机10、低温热解炭化炉11、生物质料仓12、热解气风机13、热解气喷口14、生物质炭冷却装置15、生物质炭粉磨装置16、排粉机17、生物质炭粉喷口18、生物质炭成型与包装装置19等。
燃料(煤粉或生物质)在锅炉炉膛1内燃烧产生高温烟气，经设置在尾部烟道2内的省煤器3和空气预热器4换热后进入脱硫装置5，再经袋式除尘器6除尘净化，最后在引风机7的作用下由烟囱排出。在锅炉省煤器3所在的尾部烟道3内抽取温度为300-450℃的中温烟气，经高温除尘器9除去大部分粉尘后，经高温风机10分成两路分别送入低温热解炭化炉11的干燥室1101和炭化室1102，高温除尘器9收集的粉尘直接送入脱硫装置的入口烟道501内。
与此同时，储存在生物质料仓12中的生物质原料(含水量15％左右)由给料装置1201送入低温热解炭化炉11内，在中温烟气作用下分别完成生物质的干燥和低温热解炭化。生物质干燥过程中产生的含有大量水蒸汽的烟气由低温热解炭化炉11的顶部排出，并被回送至空气预热器4上游或脱硫装置入口烟道501内。生物质低温热解过程产生的可燃性气体(如CO、H2、VOC等)与换热后的烟气由热解气风机13送至锅炉炉膛上部的热解气喷口14，再喷入炉膛燃烧。生物质低温热解所生成的生物质炭由炭化炉的底部出料口1103排出，进入生物质炭冷却装置15，冷却后的生物质炭再经生物质炭粉磨装置16粉磨成粒径小于0.5mm生物质炭粉。生物质炭粉一方面可以通过排粉机17直接送至生物质炭粉喷口18，再进入锅炉炉膛内燃烧，另一面也可以利用成型与包装装置19制成不同形式的生物质炭化产品。
工作时，为了充分利用烟气余热，获得良好的生物质热解炭化效果，本发明涉及的主要控制参数如下：生物质原料含水量在20％以内；生物质原料在低温热解炭化炉内停留时间为10-30min；从锅炉烟道中抽取的烟气量占锅炉总烟气量的5％-20％，其中进入低温热解炭化炉内参与直接换热的烟气量占抽取烟气量的百分比为60％-90％，生物质低温热解炭化炉11入口处烟气温度为300-450℃，热解气出口温度为150-300℃，干燥室烟气出口温度为150-250℃。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置，包括锅炉炉膛(1)、尾部烟道(2)、省煤器(3)、空气预热器(4)、脱硫装置(5)、袋式除尘器(6)、引风机(7)、烟囱(8)、高温除尘器(9)、高温风机(10)、低温热解炭化炉(11)、生物质料仓(12)、热解气风机(13)、热解气喷口(14)、生物质炭冷却装置(15)、生物质炭粉磨装置(16)、排粉机(17)、生物质炭粉喷口(18)、生物质炭成型与包装装置(19)，其特征在于，省煤器(3)和空气预热器(4)设置在尾部烟道(2)内，尾部烟道(2)与脱硫装置(5)、袋式除尘器(6)、引风机(7)、烟囱(8)依次相连，所述尾部烟道(2)还与高温除尘器(9)、高温风机(10)和低温热解炭化炉(11)依次相连，所述低温热解炭化炉(11)包括干燥室(1101)和炭化室(1102)；热解气喷口(14)和生物质炭粉喷口(18)设置在锅炉炉膛(1)的上部，并分别通过热解气风机(13)和排粉机(17)与低温热解炭化炉(11)和生物质炭粉磨装置(16)相连；所述低温热解炭化炉(11)的底部出料口与生物质炭冷却装置(15)、生物质炭粉磨装置(16)、生物质炭成型与包装装置(19)依次相连。
2.一种使用如权利要求1所述利用锅炉烟气低温热解炭化生物质的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
燃料在锅炉炉膛(1)内燃烧产生高温烟气，经省煤器(3)和空气预热器(4)换热后进入脱硫装置(5)，再经袋式除尘器(6)除尘净化，最后在引风机(7)的作用下由烟囱(8)排出；在省煤器(3)所在的尾部烟道(2)内抽取温度为300-450℃的中温烟气，经高温除尘器(9)除去大部分粉尘后，经高温风机(10)分成两路分别送入低温热解炭化炉(11)的干燥室(1101)和炭化室(1102)，高温除尘器(9)收集的粉尘直接送入脱硫装置(5)的入口烟道(501)内；
与此同时，储存在生物质料仓(12)中的生物质原料由给料装置(1201)送入低温热解炭化炉(11)内，在中温烟气作用下分别完成生物质的干燥和低温热解炭化；生物质干燥过程中产生的含有大量水蒸汽的烟气由低温热解炭化炉(11)的顶部排出，并被回送至空气预热器(4)上游或脱硫装置(5)的入口烟道(501)内；
生物质低温热解过程产生的可燃性气体与换热后的烟气由热解气风机(13)送至锅炉炉膛(1)上部的热解气喷口(14)，再喷入炉膛燃烧；生物质低温热解所生成的生物质炭由低温热解炭化炉(11)的底部出料口排出，进入生物质炭冷却装置(15)，冷却后的生物质炭再经生物质炭粉磨装置(16)粉磨成粒径小于0.5mm生物质炭粉；生物质炭粉一方面通过排粉机(17)直接送至生物质炭粉喷口(18)，再进入锅炉炉膛(1)内燃烧，另一面利用生物质炭成型与包装装置(19)制成不同形式的生物质炭化产品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，生物质原料含水量在20％以内；生物质原料在低温热解炭化炉(11)内停留时间为10-30min；从尾部烟道(2)中抽取的烟气量占锅炉总烟气量的5％-20％，其中进入低温热解炭化炉(11)内参与直接换热的烟气量占抽取烟气量的百分比为60％-90％；低温热解炭化炉(11)入口处烟气温度为300-450℃，热解气出口温度为150-300℃，干燥室(1101)烟气出口温度为150-250℃。
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