CN103710049A - 生物质分质利用炭气热联产装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物质分质利用炭气热联产装置及工作方法，联产装置包括热解气化炉、进风口及投料口，所述进风口和投料口设置在热解气化炉的上部；进一步包括：高温烟气通道，所述高温烟气通道设置在所述热解气化炉内，进口端连通燃烧室，出口端连通第一余热锅炉；燃烧室，所述燃烧室设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部隔离，空气进口和燃料入口设置在所述燃烧室上；燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；出炭口，所述出炭口设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部连通。本发明具有高效利用生物质资源、出产燃气品质高、能源利用率高等优点。

Description

生物质分质利用炭气热联产装置及工作方法
技术领域
本发明涉及生物质利用，特别涉及生物质分质利用的炭气热联产装置及工作方法。
背景技术
随着作为主要能源来源的常规化石燃料在迅速地减少，人类对低热值燃料利用的关注将日益增加，如生物质燃料、煤泥、城市固废等，尤其是生物质燃料，因为它是植物通过光合作用生成的有机物，它的最初来源是太阳能，同时是可再生的、且来源丰富、广泛。
目前，生物质没有做到真正的高效综合利用。如生物质直燃式发电中，秸秆、木片、椰壳类都成为其原料，而产品却只有一个——电；如生物质制备木炭中，原料只能为木片、椰壳类的高品质生物质，并且其热解气化的副产物——可燃气未得到有效利用；此外分布广泛、产量巨大的秸秆、树皮、甘蔗渣等低品质生物质原料通常被露天焚烧，既造成了资源和能源浪费，又加重了环境污染和大气雾霾的产生；
限制当前生物质热解气化可燃气后续利用的主要原因在于燃气中的焦油难以有效去除，如在生物质气化炉中，采用上吸式燃气收集方式，其燃气中焦油含量较高，焦油会腐蚀设备、影响燃气品质、堵塞管道，容易产生二次污染，严重影响可燃气体的后续利用，也降低了气化炉的使用寿命；且采用内热式加热方式制取的生物质燃气，其热值较低。
为此，高效利用高低品质生物质原料生产高附加值的炭和可燃气并能实现能源梯级使用的生物质高效利用技术，是本领域急需解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种高效利用生物质资源、出产燃气品质高、使用寿命长的生物质分质利用炭气热联产装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种生物质分质利用炭气热联产装置，所述炭气热联产装置包括热解气化炉、进风口及投料口，所述进风口和投料口设置在热解气化炉的上部；所述炭气热联产装置进一步包括：
高温烟气通道，所述高温烟气通道设置在所述热解气化炉内，进口端连通燃烧室，出口端连通第一余热锅炉；
燃烧室，所述燃烧室设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部隔离，空气进口和燃料入口设置在所述燃烧室上；
燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；
出炭口，所述出炭口设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部连通。
根据上述的炭气热联产装置，可选地，所述燃气出口连通第二余热锅炉。
根据上述的炭气热联产装置，可选地，所述第二余热锅炉的烟气出口依次连通除尘器、储气罐。
根据上述的炭气热联产装置，可选地，所述第一余热锅炉的烟气出口连通干燥机。
本发明的目的还在于提供了一种高效利用生物质资源、出产燃气品质高的生物质分质利用炭气热联产方法，也即上述炭气热联产装置的工作方法；该发明目的通过以下技术方案的得以实现：
生物质分质利用的炭气热联产装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)低品质生物质以粉末状的形式从燃料入口喷入燃烧室内，和通过空气进口进入的空气混合、燃烧，产生的高温烟气沿着高温烟气通道内上升，提高了热解气化炉内积炭还原层的温度，使得积炭还原层内的温度达到950度或以上；
高品质生物质从投料口进入到热解气化炉内，经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，在热解层产生的焦油下行至积炭还原层内，焦油在炭的催化下发生裂解反应；
(A2)热解气化炉内生产的炭从底部的出炭口排出；
高温烟气通道内的高温烟气通往第一余热锅炉；
热解气化炉内的烟气及由焦油裂解产生的气体从燃气出口排出。
根据上述的工作方法，优选地，所述高品质生物质是木片或椰壳，所述低品质生物质是秸秆或树皮。
根据上述的工作方法，优选地，进入所述燃烧室的低品质生物质呈粉末状。
根据上述的工作方法，可选地，燃气出口排出的烟气通往第二余热锅炉。
根据上述的工作方法，可选地，从所述第二余热锅炉排出的烟气经过除尘后进入储气罐。
根据上述的工作方法，可选地，从所述第一余热锅炉排出后的烟气通往干燥机，干燥所述高品质生物质和／或低品质生物质。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、将秸秆等低品质生物质原料粉碎成粉末状，并喷入燃烧室进行燃烧，能产生1200℃的高温，有助于是热解气化炉内积炭还原层的温度超过950度，达到焦油在炭催化作用下的裂解反应温度；
2、采取外热式加热方式，基本隔绝了高品质生物质与空气的接触，提高了热解产生的燃气热值和品质；
3、采用下吸式燃气收集方式，可以使燃气全部经过积炭还原层，在炭催化与高温同时作用下，能够有效裂解焦油，产生更多可燃气体，有效回收了焦油的能量，避免了焦油对环境造成的二次污染；同时降低了焦油对热解气化炉的不利影响，相应地提高了热解气化炉的使用寿命；
4、分质利用能够使生物质资源得到更加高效、优化的利用。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1为本发明的生物质分质利用炭气热联产装置的结构示意图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的生物质分质利用炭气热联产装置的结构简图，如图1所示，所述炭气热联产装置包括：
热解气化炉11，所述热解气化炉具有进风口、投料口，并分为干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层、燃尽层；所述进风口和投料口设置在热解气化炉的上部；具体结构是本领域的现有技术，在此不再赘述；
高温烟气通道21，所述高温烟气通道21设置在所述热解气化炉11内，进口端连通燃烧室22，出口端连通第一余热锅炉31；为了抵御热解气化炉内的高温及高温烟气通道内烟气的高温，所述高温烟气通道可选用陶瓷材料；
燃烧室22，所述燃烧室22设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部隔离，空气进口和燃料入口221设置在所述燃烧室上；
燃气出口111，所述燃气出口111设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；
出炭口，所述出炭口设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部连通，所述出炭口的设置同于现有技术。
为了提高高品质燃气的利用效率，可选地，所述燃气出口连通第二余热锅炉51。
为了进一步提高高品质燃气的利用效率，可选地，所述第二余热锅炉的烟气出口依次连通除尘器61、储气罐71。
为了提高高温烟气通道内高温烟气的利用效率，可选地，所述第一余热锅炉的烟气出口连通干燥机41。
本实施例还提供了一种高效利用生物质资源、出产燃气品质高的生物质分质利用的炭气热联产方法，也即上述炭气热联产装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)低品质生物质以粉末状的形式从燃料入口喷入燃烧室内，和通过空气进口进入的空气混合、燃烧，产生的烟气沿着高温烟气通道内上升，提高了热解气化炉内积炭还原层的温度，使得积炭还原层内的温度达到950度或以上；
高品质生物质从投料口进入到热解气化炉内，经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，在热解层产生的焦油下行到积炭还原层内，焦油在炭的催化下发生裂解反应；
(A2)热解气化炉内生产的炭从底部的出炭口排出；
高温烟气通道内的烟气通往第一余热锅炉；
热解气化炉内的烟气及由焦油裂解产生的气体从燃气出口排出。
所述高品质生物质选用木片或椰壳，所述低品质生物质是秸秆或树皮。
为了进一步提高低品质生物质的燃烧温度，优选地，进入所述燃烧室的低品质生物质呈粉末状。
为了提高高品质燃气的利用效率，可选地，燃气出口排出的烟气通往第二余热锅炉。
为了进一步提高高品质燃气的利用效率，可选地，从所述第二余热锅炉排出的烟气经过除尘后进入储气罐。
为了提高高温烟气通道内高温烟气的利用效率，可选地，从所述第一余热锅炉排出后的烟气通往干燥机，干燥所述高品质生物质和／或低品质生物质。
根据本发明实施例1达到的益处在于：热解气化炉采用内热方式，使得积炭还原层内的温度不低于950度，从而使得高品质生物质在热解层产生的焦油在积炭还原层内在炭的作用下发生裂解反应，产生更多可燃气体，提高了燃气品质，同时降低了焦油对热解气化炉的诸多不利影响，还充分利用了低品质生物质资源。
实施例2：
根据实施例1的炭气热联产装置和工作方法在木材加工厂中的应用例，木材加工厂在生产过程中产生大量的木片、树皮。
在该应用例中，热解气化炉内的高温烟气通道选用陶瓷材料，出口端连通第一余热锅炉、滚筒干燥机；燃气出口设置在积炭还原层和燃烧层之间，排出的烟气依次连通第二余热锅炉、除尘器和储气罐。
上述炭气热联产装置的工作过程为：
(A1)树皮被磨成粉末，并从燃料入口喷入燃烧室内，和通过空气进口进入的空气混合、燃烧，产生的烟气沿着高温烟气通道内上升，烟气温度可达到1000度，从而提高了热解气化炉内积炭还原层的温度，使得积炭还原层内的温度达到950度或以上；
木片从投料口进入到热解气化炉内高温烟气通道之间区域，依次经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，在热解层产生的焦油下行到积炭还原层内，焦油在炭的催化下发生裂解反应；
(A2)热解气化炉内生产的炭从底部的出炭口排出；
高温烟气通道内的高温烟气通往第一余热锅炉，排出后进入滚筒干燥机，用于干燥木片、树皮；
热解气化炉内的烟气及由焦油裂解产生的气体从燃气出口排出，送往第二余热锅炉，从第二余热锅炉排出的可燃气体经过除尘后进入储气罐内。
上述实施例仅是示例性地给出了处理木片、树皮的应用例，当然还可以根据不同地域处理不同品质的生物质，如在热带地区处理椰壳，秸秆作为低品质生物质。这对于本领域的技术人员来说，实施方案和实施效果是可以预料到的。

Claims (10)

1.一种生物质分质利用炭气热联产装置，所述炭气热联产装置包括热解气化炉、进风口及投料口，所述进风口和投料口设置在热解气化炉的上部；其特征在于：所述炭气热联产装置进一步包括：
高温烟气通道，所述高温烟气通道设置在所述热解气化炉内，进口端连通燃烧室，出口端连通第一余热锅炉；
燃烧室，所述燃烧室设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部隔离，空气进口和燃料入口设置在所述燃烧室上；
燃气出口，所述燃气出口设置在所述热解气化炉的积炭还原层和燃烧层之间；
出炭口，所述出炭口设置在所述热解气化炉的底部并与热解气化炉的内部连通。
2.根据权利要求1所述的炭气热联产装置，其特征在于：所述燃气出口连通第二余热锅炉。
3.根据权利要求2所述的炭气热联产装置，其特征在于：所述第二余热锅炉的可燃气出口依次连通除尘器、储气罐。
4.根据权利要求1所述的炭气热联产装置，其特征在于：所述第一余热锅炉的烟气出口连通干燥机。
5.根据权利要求1所述的炭气热联产装置的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：
(A1)低品质生物质以粉末状的形式从燃料入口喷入燃烧室内，和通过空气进口进入的空气混合、燃烧，产生的高温烟气沿着高温烟气通道内上升，提高了热解气化炉内积炭还原层的温度，使得积炭还原层内的温度达到950度或以上：
高品质生物质从投料口进入到热解气化炉内，经过干燥层、热解层、积炭还原层、燃烧层，在热解层产生的焦油下行至积炭还原层内，焦油在炭的催化作用下发生裂解反应；
(A2)热解气化炉内生产的炭从底部的出炭口排出；
高温烟气通道内的高温烟气通往第一余热锅炉；
热解气化炉内的烟气及由焦油裂解产生的气体从燃气出口排出。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：所述高品质生物质是木片或椰壳，所述低品质生物质是秸秆或树皮。
7.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：进入所述燃烧室的低品质生物质呈粉末状。
8.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：燃气出口排出的烟气通往第二余热锅炉。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于：从所述第二余热锅炉排出的烟气经过除尘后进入储气罐。
10.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于：从所述第一余热锅炉排出后的烟气通往干燥机，干燥所述高品质生物质和／或低品质生物质。
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