CN104560216B - 生物质成型燃料的制备系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质成型燃料的制备系统及方法，制备系统包括原料预处理系统、低温热解系统、高温气化系统、致密成型系统和锅炉系统。制备方法包括将干燥粉碎后的生物质进行低温热解和高温气化，所得残渣与干燥粉碎后的污泥、辅助原料混合挤压成型，得到生物质成型燃料。本发明的制备系统整合了生物质气化和生物质成型技术，整个系统紧密相连，相辅相成，运行维护成本低，所得成型燃料性能好，制备方法将生物质两级气化，气化品质和效率高，气化残渣得到综合利用，能够最大限度地实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化。

Description

生物质成型燃料的制备系统及方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物再利用领域，尤其涉及一种生物质成型燃料的制备系统及方法。
背景技术
进入21世纪以来，能源和环境问题一直是当今世界各国都面临的关系到国家经济可持续发展的中心议题。为了缓解和逐步解决这个问题，世界各国都在积极开发可再生新能源。
我国农林废物十分丰富，2010年产秸秆7亿吨，产林业三剩物3亿吨。自古以来，柴草、秸秆等农林废物是我国农村最主要的燃料，但随着人们生活水平的提高，越来越多的人选择使用化石能源，农林废物就被废弃或露天焚烧。但是废弃的农林废物一般自然堆放，不仅需要占用大量土地，而且会加重作物的病虫害，甚至有可能引起森林火灾；农林废物直接露天焚烧的危害更大，主要有损伤地力、污染大气、影响交通和资源浪费等，还会影响地表微生物活动，进而影响作物生长。在城市“热岛效应”的作用下，城郊四周因露天焚烧农林废物而造成的大气污染物会向市区流动，造成严重的大气污染。
其实，农林废物中不仅含有大量纤维素、木质素，还含有一定量的粗蛋白、粗脂肪、磷、钾等营养成分和许多微量元素。因此，农林废物既可以作为燃料，又可以作为肥料使用，是一种很好的资源，但目前我国的农林废物并未得到合理利用，造成了资源的极大浪费。
我国每年排放干污泥约5×106t，并且每年以10％的速度增长。污泥与其他废弃物的处理一样，无害化、减量化、稳定化、资源化和能源化是污泥处理的发展趋势。国内外对污泥的处置多采用填埋、堆肥和焚烧。我国主要采用填埋的方法，但填埋需要占用大量的土地以及需要大量的资金，而且不能根本治理，容易造成地下水污染，填埋在国际上已逐渐成为被淘汰的污泥处理方法。堆肥是污泥资源化利用的有效方式，堆肥产品用作农用肥料可以利用污泥中的N、P、K等营养元素以及植物中必需的微量元素Fe、Ca、Mg等。但由于污泥中含有致病菌、病原体等对环境有害的微生物和不同程度的重金属离子，用作农用肥料时可能导致土壤污染，致使污泥作为肥料利用时受到一定的限制。焚烧不仅使污泥得到最大限度的减量化处理，而且充分利用了污泥的固有热值。在美国、欧洲、日本等发达国家，污泥焚烧技术日渐成熟且得到广泛的使用，污泥焚烧被认为是污泥处理中最具发展前景的实用技术之一。
目前，农林废物的热解产气是农林废物利用的主要方式，但普遍存在热解气焦油含量高，热解效率低，热解气品质不高，气化设备腐蚀，输气管道堵塞，危害燃烧设备等问题。此外，在气化过程中，只将部分原料进行气化利用，而未气化的含有可燃性成分的固体残渣当做废物进行处理，燃料不能得到完全利用。而污泥的直接焚烧由于污泥含水率高且不稳定、密度小、热值较低、挥发份含量高、固定碳含量低，导致污泥直接焚烧存在不易着火、燃烧不稳定等问题。另外，污泥直接焚烧还存在设备投资和运行费用高等问题，经济投入太大，更无效益可言。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种生物质两级气化、气化气焦油含量少、气化气品质高、气化效率高、气化残渣综合利用、运行维护成本低、能够最大限度地实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化的生物质成型燃料的制备系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种生物质成型燃料的制备系统，所述制备系统包括原料预处理系统、低温热解系统、高温气化系统、致密成型系统和锅炉系统，所述原料预处理系统包括生物质处理系统和污泥处理系统，所述生物质处理系统包括相连接的生物质干燥温室和生物质粉碎机，所述污泥处理系统包括依次连接的污泥干燥温室、污泥干化粉碎一体机和污泥原料仓，所述生物质干燥温室和污泥干燥温室连接；
所述低温热解系统包括低温热解炉、第一燃气净化器、热解气管道，所述第一燃气净化器装设于热解气管道上，所述低温热解炉与生物质粉碎机连接，所述低温热解炉产生的低温热解焦通过一螺旋输送机送至高温气化系统，所述低温热解炉产生的低温热解气通过热解气管道输送至高温气化系统；
所述高温气化系统包括依次连接的高温气化炉、二级旋风分离器、换热器、余热锅炉、第二燃气净化器、残渣仓和储气罐，所述低温热解炉产生的低温热解焦和低温热解气分别通过所述螺旋输送机和热解气管道送至所述高温气化炉，所述换热器通过一输气管道与高温气化炉连接，所述高温气化炉、第一燃气净化器、第二燃气净化器和二级旋风分离器均与所述残渣仓连接；
所述致密成型系统包括依次连接的辅助原料仓、混合器、成型机和冷却塔，所述污泥原料仓和所述残渣仓均与所述混合器连接；
所述锅炉系统包括生物质锅炉，还包括高温蒸汽管道，所述高温蒸汽管道一端与生物质锅炉连接，另一端与所述生物质干燥温室和/或污泥干燥温室连接；所述锅炉系统还包括烟气输送管道，所述烟气输送管道上设有高温除尘器，所述烟气输送管道一端与生物质锅炉连接，另一端与所述低温热解炉连接。
上述制备系统中，优选地，所述制备系统还包括一分配系统，所述分配系统包括成品仓以及用于将生物质成型燃料分配至所述成品仓和生物质锅炉的分配器，所述分配器与所述成品仓之间设置有用于将生物质成型燃料进行称量和包装的打包秤。
上述制备系统中，优选地，所述生物质干燥温室和污泥干燥温室为太阳能密封温室。
上述制备系统中，优选地，所述污泥干化粉碎一体机为桨叶式蒸汽干化机，所述高温蒸汽管道分设有第一高温蒸汽支管和第二高温蒸汽支管，所述第一高温蒸汽支管与污泥干化粉碎一体机连接，所述第二高温蒸汽支管与高温气化炉连接。
上述制备系统中，优选地，所述残渣仓入口处设有用于粉碎残渣的残渣粉碎机。
上述制备系统中，优选地，所述高温气化炉为下吸式气化炉、流化床气化炉、上吸式气化炉中的一种，所述成型机为环模成型机、平模成型机、辊轴成型机、液压成型机中的一种。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种采用上述的生物质成型燃料的制备系统实现的生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
1)干燥：用160℃～200℃的高温蒸汽将生物质和污泥分别干燥，至生物质的含水率≤20％，污泥含水率≤45％；
2)粉碎：对干燥后的生物质进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm，对干燥后的污泥进行粉碎干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为25％～35％，粒径≤3mm；
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉中，抽取由生物质锅炉产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，所述低温热解的温度为200℃～280℃，停留时间为10min～40min，得到低温热解气和低温热解焦；
4)气化：将低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉，将生物质锅炉产生的蒸汽通入高温气化炉中，并控制高温气化温度为750℃～900℃，气化介质为水蒸气或空气-水蒸气，所述气化介质为水蒸气时，水蒸气与生物质的质量之比为0.7～2.1；所述气化介质为空气-水蒸气时，空气当量比ER为0.22～0.28，水蒸气与生物质的质量之比为1.2～1.8，高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓；
5)成型：将粉碎干燥后的污泥、辅助原料、残渣和除臭脱硫剂混合，然后在成型机中挤压成型，得到生物质成型燃料。
上述制备方法中，优选地，所述步骤5)中，粉碎干燥后的污泥、辅助原料以及残渣的质量比为：50％～60％∶20％～40％∶10％～30％，所述除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的1％～4％。
上述制备方法中，优选地，所述步骤5)中，所述辅助原料为煤粉，所述煤粉的粒径≤1mm；所述除臭脱硫剂包括生石灰、硫酸锰、硫酸亚铁和低温热解焦，按质量分数计，生石灰85％～90％，硫酸锰1％～8％，硫酸亚铁1％～6％，低温热解焦3％～6％。
上述制备方法中，优选地，所述步骤4)中高温气化后的残渣经过粉碎后储存于残渣仓(15)，粉碎后粒径≤2mm。
本发明中，挤压成型方法可采用常规方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用高温烟气对干燥后的生物质进行低温热解产生低温热解焦，再对低温热解焦在高温下进行气化，并利用高温气化残渣对气化气进行净化，产生的气化气无焦油无污染，热解效率高。
2、本发明将热解和气化过程相对分开进行，质地疏松、外形杂乱的生物质在机械力的作用下通过热解气，克服了以往固定床气化炉易产生架桥、空洞、反应不稳定的缺点，从而保证了热解反应的顺利进行。生物质经过热解以后，形成的碳的堆积密度和流动性比生料有较大改观，热解产物可以很容易地通过燃烧区进入还原段，形成均匀稳定的高温燃烧环境，保证了焦油的充分裂解，避免了因反应不均而造成的局部结焦现象。
3、本发明采用水蒸气或空气-水蒸气为介质，利用自身锅炉系统产生的高温蒸汽为气化介质，有效降低气化成本，有效提高气化气中H2和CO的含量，提高气化气的热值。
4、本发明的系统整合了生物质气化和生物质成型技术，将污泥与热解残渣添加少量辅助燃料混合成型制备固体燃料，实现了对生物质热解气化过程中副产品的综合利用，显著提高了能量利用率；同时，利用成型燃料燃烧产生的高温蒸汽对生物质进行气化，有效降低气化成本，整个系统紧密相连，相辅相成。
5、本发明利用污泥自身蛋白质、多糖含量高的特性，利用其固有的粘结性与热解残渣及煤混合制备成型燃料，无需添加额外的粘结剂，制备成本低，制备的成型燃料热值高，密度强度高，能有效解决污泥的处理处置问题。
6、本发明中污泥的含水率只需要控制在25％～35％，较高的含水率能有效降低污泥干燥的能耗和成本，提高污泥成型燃料化的可操作性。
7、本发明使用了多种蓄热回收装置，充分利用了反应中的产热和余热，满足了生物质干燥、污泥干燥、低温热解的能量需求。
8、本发明利用系统本身产生的热解残渣和低温热解焦吸附能力强、多孔性等特性，将其作为气化气净化和污泥除臭的主要载体，效果显著，价格低廉，能有效吸附气化气中的焦油及污泥中的臭味。
9、本发明将气化过程中产生的焦油加入到致密成型过程中，能有效提高颗粒燃料耐久性及疏水性。
10、本发明利用太阳能温室对生物质原料及污泥原料进行干燥，绿色、节能、环保，并利用生物质锅炉产生的高温蒸汽进行辅助干燥及降低阴雨天对系统的影响，提高系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中生物质成型燃料制备系统的结构示意图。
图例说明∶
1、生物质干燥温室；2、生物质粉碎机；3、污泥干燥温室；4、污泥干化粉碎一体机；5、污泥原料仓；6、热解气管道；7、螺旋输送机；8、低温热解炉；9、高温气化炉；10、第一燃气管道；11、换热器；12、余热锅炉；13、第二燃气净化器；14、二级旋风分离器；15、残渣仓；16、储气罐；17、输气管道；18、辅助原料仓；19、混合器；20、成型机；21、冷却塔；22、生物质锅炉；23、高温蒸汽管道；24、烟气输送管道；25、高温除尘器；26、成品仓；27、分配器；28、打包秤；29、第一高温蒸汽支管；30、残渣粉碎机；31、风机；32、第一提升器；33、磅秤；34、控制阀；35、第二高温蒸汽支管；36、第二提升器；37、第二燃气管道；38、第一燃气净化器；39、外运装置。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
图1示出了本发明的生物质成型燃料的制备系统的一种实施方式，该系统包括原料预处理系统、低温热解系统、高温气化系统、致密成型系统、锅炉系统和分配系统。
原料预处理系统包括生物质处理系统和污泥处理系统，生物质处理系统包括相连接的生物质干燥温室1和生物质粉碎机2，污泥处理系统包括依次连接的污泥干燥温室3、污泥干化粉碎一体机4和污泥原料仓5，相邻工序之间通过螺旋输送机7连接输送，生物质干燥温室1和污泥干燥温室3连接。本实施例中，生物质干燥温室1和污泥干燥温室3为太阳能密封温室，污泥干化粉碎一体机4为桨叶式蒸汽干化机。
低温热解系统包括低温热解炉8、第一燃气净化器38和热解气管道6，第一燃气净化器38装设于热解气管道6上，低温热解炉8产生的低温热解焦通过螺旋输送机7送至高温气化系统，低温热解炉8产生的低温热解气通过热解气管道6输送至高温气化系统。
高温气化系统包括依次连接的高温气化炉9、二级旋风分离器14、换热器11、余热锅炉12、第二燃气净化器13、残渣仓15和储气罐16，低温热解炉8产生的低温热解焦通过螺旋输送机7送至高温气化炉9，低温热解炉8产生的低温热解气通过热解气管道6输送至高温气化炉9。。换热器11通过一输气管道17与高温气化炉9连接，换热器11的空气入口处设有风机31，通过风机31鼓吹空气经由换热器11加热后由输气管道17输送至高温气化炉9。本实施例中，高温气化炉9为下吸式气化炉(其它实施例中可以为流化床气化炉或者上吸式气化炉)。高温气化炉9、第一燃气净化器38、第二燃气净化器13和二级旋风分离器14均与残渣仓15连接。残渣仓15入口处设有残渣粉碎机30，所有残渣经残渣粉碎机30粉碎后储存至残渣仓15。二级旋风分离器14分离出来的残渣送入残渣仓15，分离出来的高温气化气通过第一燃气管道10经过换热器11换热、余热锅炉12余热利用、第二燃气净化器13净化后，通过第二燃气管道37进入储气罐16备用或转化为液体燃料。第二燃气管道37上设有一风机31。
本实施例中，第一燃气净化器38和第二燃气净化器13内含有作为介质的热解残渣，作为介质的热解残渣粒径≤0.125mm，用于净化气体。
致密成型系统包括依次连接的辅助原料仓18、混合器19、成型机20和冷却塔21，污泥原料仓5和残渣仓15均与混合器19连接，由混合装置19混合的原料通过一第一提升器32送至成型机20。污泥原料仓5、残渣仓15和辅助原料仓18的出料口处分别设有磅秤33。成型机20为环模成型机(也可选用平模成型机、辊轴成型机或液压成型机)。
锅炉系统包括生物质锅炉22，还包括与生物质锅炉22连接的蒸汽系统和供烟气系统。蒸汽系统包括高温蒸汽管道23，高温蒸汽管道23一端连接太阳能密封温室。高温蒸汽管道23分设有第一高温蒸汽支管29和第二高温蒸汽支管35，第一高温蒸汽支管29与污泥干化粉碎一体机4连接，第二高温蒸汽支管35与高温气化炉9连接。太阳能密封温室和高温气化炉9所需的高温蒸汽由生物质锅炉22提供，高温蒸汽管道23、第一高温蒸汽支管29和第二高温蒸汽支管35的开启或者闭合分别通过设置于其上的控制阀34控制。
供烟气系统包括烟气输送管道24，烟气输送管道24上设有高温除尘器25，烟气输送管道24一端与生物质锅炉22连接，另一端与低温热解炉8连接。低温热解炉8所需的高温烟气抽取于生物质锅炉22，经过除尘后通过烟气输送管道24输送至低温热解炉8，烟气输送管道24上设有控制其开闭的控制阀34。
分配系统包括成品仓26以及用于将生物质成型燃料分配至成品仓26或者生物质锅炉22的分配器27，分配器27与成品仓26之间设置有用于将合格生物质成型燃料进行称量和包装的打包秤28。冷却塔21冷却后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27处进行分配。分配器27分配后12％～18％的合格生物质成型燃料和全部不合格生物质成型燃料通过一螺旋输送机7输送至生物质锅炉22焚烧。
一种本发明的生物质成型燃料的制备方法，该方法通过上述本实施例的生物质成型燃料的制备系统实现，具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为20％，污泥含水率为40％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎和进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为30％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解∶将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为250℃，停留时间为25min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为800℃(可通过在生物质锅炉22中加热蒸汽或者通过高温气化炉9进行加热实现，下同)，气化介质为水蒸气，水蒸气与生物质的质量之比为1.38。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中含生石灰90％，硫酸锰2％，硫酸亚铁3％，残渣5％，污泥、残渣和煤粉的质量比为：55％∶25％∶20％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的4％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20中挤压成型，成型温度为120℃，成型压力为90MPa，混合原料含水率为15％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，16％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
本发明的生物质成型燃料的制备方法，可操作行强，成本低廉，能量利用率高，气化效率高，气化气焦油含量少，气化气热值高，成型燃料密度高，疏水性强，强度高。经过测试表明，得到的气化气热值为9.8MJ/Nm3，焦油含量为50mg/Nm3，成型燃料成型率为96.8％，破碎率为3.2％，热值为16.8MJ/kg，密度为1100kg/m3。
实施例2：
本实施例采用与实施例1相同的制备系统，本实施例的制备方法具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为16％，污泥含水率为35％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎和进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为28％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为250℃，停留时间为30min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为800℃，气化介质为空气-水蒸气，空气当量比ER为0.23，水蒸气与生物质的质量之比为1.45。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中生石灰85％，硫酸锰4％，硫酸亚铁5％，残渣6％，污泥、残渣和煤粉的质量比为：50％∶30％∶20％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的2％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型温度为110℃，成型压力为100MPa，混合原料含水率为14％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，15％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
经过测试表明，得到的气化气热值为11.2MJ/Nm3，焦油含量为45mg/Nm3，成型燃料成型率为95.5％，破碎率为3.8％，热值为15.4MJ/kg，密度为1152kg/m3。
实施例3：
本实施例采用与实施例1相同的制备系统，本实施例的制备方法具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为15％，污泥含水率为45％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎和进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为32.6％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为280℃，停留时间为15min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为900℃，气化介质为空气-水蒸气，空气当量比ER为0.25，水蒸气与生物质的质量之比为1.33。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中生石灰88％，硫酸锰2％，硫酸亚铁5％，残渣5％，污泥、残渣和煤粉的质量比为：60％∶20％∶20％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的3％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型温度为140℃，成型压力为90MPa，混合原料含水率为17％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，16.5％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
经过测试表明，气化气热值为9.6MJ/Nm3，焦油含量为38mg/Nm3，成型燃料成型率为96.8％，破碎率为2.8％，热值为14.2MJ/kg，密度为1248kg/m3。
实施例4：
本实施例采用与实施例1相同的制备系统，本实施例的制备方法具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为12％，污泥含水率为42％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎和进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为30％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为260℃，停留时间为20min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为900℃，气化介质为水蒸气，水蒸气与生物质的质量之比为1.54。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中生石灰90％，硫酸锰2％，硫酸亚铁3％，残渣5％，污泥、残渣和煤粉的质量比为：55％∶35％∶10％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的2.5％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型温度为100℃，成型压力为110MPa，混合原料含水率为15.5％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，15.6％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
经过测试表明，气化气热值为12.8MJ/Nm3，焦油含量为43mg/Nm3，成型燃料成型率为95.7％，破碎率为3.3％，热值为14.0MJ/kg，密度为1172kg/m3。
实施例5：
本实施例采用与实施例1相同的制备系统，本实施例的制备方法具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为20％，污泥含水率为45％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎和进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为35％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为220℃，停留时间为40min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为850℃，气化介质为空气-水蒸气，空气当量比ER为0.23，水蒸气与生物质的质量之比为1.78。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中生石灰85％，硫酸锰4％，硫酸亚铁5％，残渣6％，污泥、残渣和煤粉的质量比为∶50％∶20％∶30％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的2％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型温度为130℃，成型压力为100MPa，混合原料含水率为18％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，14％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
经过测试表明，气化气热值为9.3MJ/Nm3，焦油含量为53mg/Nm3，成型燃料成型率为95.4％，破碎率为3.7％，热值为16.6MJ/kg，密度为1052kg/m3。
实施例6：
本实施例采用与实施例1相同的制备系统，本实施例的制备方法具体包括以下步骤：
1)干燥：将生物质和污泥分别送入生物质干燥温室1和污泥干燥温室3内，用生物质锅炉22产生的160℃～200℃高温蒸汽对生物质和污泥分别干燥，至生物质含水率为13％，污泥含水率为40％，干燥后的生物质输送至生物质粉碎机2，干燥后的污泥输送至污泥干化粉碎一体机4。
2)粉碎：将干燥后的生物质在生物质粉碎机2中进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm；将干燥后的污泥在污泥干化粉碎一体机4中进行粉碎进一步干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为32％，粒径≤3mm，粉碎干燥后的污泥送入污泥原料仓5。
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉8中，用抽取于生物质锅炉22产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，低温热解的温度为240℃，停留时间为30min，得到低温热解气和低温热解焦。
4)气化：将步骤3)得到低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉9，抽取生物质锅炉22产生的蒸汽通过第二高温蒸汽支管35输送至高温气化炉9，控制高温气化温度为900℃，气化介质为水蒸气，水蒸气与生物质的质量之比为1.46。高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐16备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓15，其中残渣经过残渣粉碎机30粉碎后再储存，残渣粉碎后粒径≤2mm。
5)成型：将除臭脱硫剂加入污泥原料仓5中，然后将污泥原料仓5中的除臭脱硫剂和污泥、辅助原料仓18中的煤粉、残渣仓15中的残渣分别用磅秤33称重后加入至混合器19内混合，煤粉的粒径≤1mm，按质量分数计，除臭脱硫剂中生石灰90％，硫酸锰3％，硫酸亚铁2％，残渣5％，污泥、残渣和煤粉的质量比为：50％∶25％∶25％，除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的3％。混合均匀后的原料通过第一提升器32送至成型机20(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型温度为110℃，成型压力为120MPa，混合原料含水率为16％，得到的生物质成型燃料在冷却塔21中冷却至室温，打包储存在成品仓26。
6)后续分配：成型后的生物质成型燃料通过第二提升器36送至分配器27进行分配，15.5％合格成型燃料和全部不合格成型燃料输送至生物质锅炉22焚烧，其它成型燃料打包，通过外运装置39运走。
经过测试表明，气化气热值为12.5MJ/Nm3，焦油含量为39mg/Nm3，成型燃料成型率为96.2％，破碎率为3.4％，热值为15.6MJ/kg，密度为1120kg/m3。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括原料预处理系统、低温热解系统、高温气化系统、致密成型系统和锅炉系统，所述原料预处理系统包括生物质处理系统和污泥处理系统，所述生物质处理系统包括相连接的生物质干燥温室(1)和生物质粉碎机(2)，所述污泥处理系统包括依次连接的污泥干燥温室(3)、污泥干化粉碎一体机(4)和污泥原料仓(5)，所述生物质干燥温室(1)和污泥干燥温室(3)连接；
所述低温热解系统包括低温热解炉(8)、第一燃气净化器(38)、热解气管道(6)，所述第一燃气净化器(38)装设于热解气管道(6)上，所述低温热解炉(8)与生物质粉碎机(2)连接，所述低温热解炉(8)产生的低温热解焦通过一螺旋输送机(7)送至高温气化系统，所述低温热解炉(8)产生的低温热解气通过热解气管道(6)输送至高温气化系统；
所述高温气化系统包括依次连接的高温气化炉(9)、二级旋风分离器(14)、换热器(11)、余热锅炉(12)、第二燃气净化器(13)、残渣仓(15)和储气罐(16)，所述低温热解炉(8)产生的低温热解焦和低温热解气分别通过所述螺旋输送机(7)和热解气管道(6)送至所述高温气化炉(9)，所述换热器(11)通过一输气管道(17)与高温气化炉(9)连接，所述高温气化炉(9)、第一燃气净化器(38)、第二燃气净化器(13)和二级旋风分离器(14)均与所述残渣仓(15)连接；
所述致密成型系统包括依次连接的辅助原料仓(18)、混合器(19)、成型机(20)和冷却塔(21)，所述污泥原料仓(5)和所述残渣仓(15)均与所述混合器(19)连接；
所述锅炉系统包括生物质锅炉(22)，还包括高温蒸汽管道(23)，所述高温蒸汽管道(23)一端与生物质锅炉(22)连接，另一端与所述生物质干燥温室(1)和/或污泥干燥温室(3)连接；所述锅炉系统还包括烟气输送管道(24)，所述烟气输送管道(24)上设有高温除尘器(25)，所述烟气输送管道(24)一端与生物质锅炉(22)连接，另一端与所述低温热解炉(8)连接。
2.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括一分配系统，所述分配系统包括成品仓(26)以及用于将生物质成型燃料分配至所述成品仓(26)和生物质锅炉(22)的分配器(27)，所述分配器(27)与所述成品仓(26)之间设置有用于将生物质成型燃料进行称量和包装的打包秤(28)。
3.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述生物质干燥温室(1)和污泥干燥温室(3)为太阳能密封温室。
4.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述污泥干化粉碎一体机(4)为桨叶式蒸汽干化机，所述高温蒸汽管道(23)分设有第一高温蒸汽支管(29)和第二高温蒸汽支管(35)，所述第一高温蒸汽支管(29)与污泥干化粉碎一体机(4)连接，所述第二高温蒸汽支管(35)与高温气化炉(9)连接。
5.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述残渣仓(15)入口处设有用于粉碎残渣的残渣粉碎机(30)。
6.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备系统，其特征在于，所述高温气化炉(9)为下吸式气化炉、流化床气化炉、上吸式气化炉中的一种，所述成型机(20)为环模成型机、平模成型机、辊轴成型机、液压成型机中的一种。
7.一种采用权利要求1～6中任一项所述生物质成型燃料的制备系统实现的生物质成型燃料的制备方法，包括以下步骤：
1)干燥：用160℃～200℃的高温蒸汽将生物质和污泥分别干燥，至生物质的含水率≤20％，污泥含水率≤45％；
2)粉碎：对干燥后的生物质进行粉碎，粉碎后生物质的粒径≤10mm，对干燥后的污泥进行粉碎干燥，粉碎干燥后污泥的含水率为25％～35％，粒径≤3mm；
3)热解：将步骤2)中粉碎后的生物质送入低温热解炉(8)中，抽取由生物质锅炉(22)产生的220℃～300℃高温烟气对生物质进行低温热解，所述低温热解的温度为200℃～280℃，停留时间为10min～40min，得到低温热解气和低温热解焦；
4)气化：将低温热解气和冷却后的低温热解焦输送到高温气化炉(9)，将生物质锅炉(22)产生的蒸汽通入高温气化炉(9)中，并控制高温气化温度为750℃～900℃，气化介质为水蒸气或空气-水蒸气，所述气化介质为水蒸气时，水蒸气与生物质的质量之比为0.7～2.1；所述气化介质为空气-水蒸气时，空气当量比ER为0.22～0.28，水蒸气与生物质的质量之比为1.2～1.8，高温气化气经换热、余热利用、净化后储存于储气罐(16)备用或转化为液体燃料，高温气化后的残渣储存于残渣仓(15)；
5)成型：将粉碎干燥后的污泥、辅助原料、残渣和除臭脱硫剂混合，然后在成型机(20)中挤压成型，得到生物质成型燃料。
8.根据权利要求7所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，粉碎干燥后的污泥、辅助原料以及残渣的质量比为：50％～60％∶20％～40％∶10％～30％，所述除臭脱硫剂的质量为污泥干基质量的1％～4％。
9.根据权利要求7所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述辅助原料为煤粉，所述煤粉的粒径≤1mm；所述除臭脱硫剂包括生石灰、硫酸锰、硫酸亚铁和低温热解焦，按质量分数计，生石灰85％～90％，硫酸锰1％～8％，硫酸亚铁1％～6％，低温热解焦3％～6％。
10.根据权利要求7所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中高温气化后的残渣经过粉碎后储存于残渣仓(15)，粉碎后粒径≤2mm。
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