CN104740967A - 一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，包括按热解蒸气流向依次连接的旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器，旋风除尘器外侧设置有第一电加热炉，颗粒层除尘器和金属网除尘器的外侧设置有第二电加热炉，第一电加热炉和第二电加热炉维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及整个前后蒸气管道内热解蒸气温度在400～600℃。本发明的装置中，旋风除尘有效降低后两级除尘负荷，弥补后两级除尘不能连续长期运行的缺点，颗粒层除尘进一步减轻金属网除尘负荷，减轻金属滤网的磨损，而金属网除尘器的存在能稳定过滤大于金属网孔径的小粒径颗粒，为前两级除尘提供保障，保障热解蒸气高效的除尘效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物质资源利用领域，具体地公开了一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置和方法。
背景技术
目前，全球化石燃料资源紧缺，同时化石能源的使用导致温室效应和环境污染日益严重，大力发展可再生清洁能源显得尤为重要。生物质能是唯一一种可以转化为气体、固体以及液体燃料的可再生能源，与现有化石燃料技术具有很大的兼容性。生物质生长过程中吸收的二氧化碳相当于利用时排放的二氧化碳的量，二氧化碳的净排放量近似为零，不会加剧温室效应。大力发展可替代石油基液体燃料与化学品的生物质基高端产品(含氧液体燃料与高价值化学品)，有助于减轻化石燃料带来的环境污染，缓解石油短缺，改善我国能源结构，保障国家能源安全。生物质快速热解制备液体燃料技术以其独特的优势近年来得到了迅速发展。它能以连续的工艺和工厂化生产方式将生物质转化成易储存、易运输、能量密度高的液体燃料——生物质快速热解油(以下简称“生物油”)。生物质快速热解液化技术已受到国内外的广泛关注。
生物质快速热解液化技术是将生物质在一定较高温度下快速热解产生热解蒸气，再将蒸气冷凝形成液体产物。生物质热解反应后的固体产物生物质焦炭有一部分会随着热解蒸气进入后续装置，热解蒸气中的焦炭在冷凝过程中会产生不利影响，如在冷凝管道内集结而堵塞管道。另外，炭能够催化热解蒸气的二次热解，使可冷凝的挥发分裂解成不可冷凝气体，从而降低生物油的产量。炭粒的存在还会给生物油的存储和燃烧带来很多的不利影响，如炭粒在生物油的保存过程中逐渐团聚，并吸附一些生物质裂解物形成沥青状的沉淀物，还以催化剂的形式加速生物油的老化，不利于生物油的长期储存，降低生物油的品质，严重影响生物油的工业应用。在生物油应用于锅炉、燃气轮机等设备时，炭粒的存在会引起喷嘴的积炭、堵塞和腐蚀。因此热解蒸气在冷凝前的净化对整个热解系统的进行和生物油品质的提高具有重要的意义。
旋风分离器的应用已有近百年的历史，因其结构简单，造价低廉，没有活动部件，可用多种材料制造，操作条件范围宽广，分离效率较高，所以至今仍是化工、采矿、冶金、机械、轻工等工业部门里最常用的一种除尘、分离设备。颗粒 层除尘器是利用物理和化学性质非常稳定的固体颗粒组成过滤层，通过惯性碰撞、扩散沉积、重力沉积、直接拦截、静电吸引的过滤机理来实现对含尘气体的过滤，具有耐高温、持久性好等特点。金属网除尘器具有良好的耐温性、抗热性、稳定性，同时能提供孔径极小的金属滤网，有效过滤小粒径颗粒。
现有的生物质热解液化设备大都采用一级旋风分离器或者两级旋风分离器相串联。旋风除尘器的分离机理为离心分离，其机理决定了不适用于分离粒径很小(小于10μm)的颗粒，而且气量的波动对除尘效果及设备阻力影响较大。因此单一的旋风分离除尘方式并不能完全满足生物质快速热解液化中对生物油产物固体颗粒物含量的高要求。
发明内容
发明目的：本发明旨在针对解决生物质热解蒸气采用单一旋风分离除尘方式时，小粒径(小于10μm)颗粒无法有效脱除以及除尘效果受气量波动等因素影响并不稳定的问题，提供一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置和方法。
为解决上述问题，本发明提供了一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述装置包括按热解蒸气流向依次连接的旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器，所述的旋风除尘器外侧设置有第一电加热炉，所述的颗粒层除尘器和金属网除尘器的外侧设置有第二电加热炉，所述第一电加热炉和第二电加热炉维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及整个前后蒸气管道内热解蒸气温度在400～600℃；其中，所述的颗粒层除尘器的过滤粒径为0.2～2mm，所述的金属网除尘器的过滤粒径为1～50μm。
具体地，所述的旋风除尘器包括分离室，所述分离室的侧壁设置有热解蒸气入口；所述分离室的顶部设置有热解蒸气出口管道，所述热解蒸气出口管道的另一端与所述颗粒层除尘器相连；所述分离室的下方设置有锥形的落灰室，所述落灰室的底部设置有卸灰阀。
所述的颗粒层除尘器包括按热解蒸气流向依次连接的第一集灰室、颗粒层前挡网、颗粒层和颗粒层后挡网，所述颗粒层前挡网和颗粒层后挡网通过不锈钢卡簧紧压在第一集灰室的壁面上，所述不锈钢卡簧与壁面内壁径向采用过盈配合。
优选地，所述颗粒层的填料为石英砂，所述石英砂粒径为0.2～2mm；颗粒层前挡网和颗粒层后挡网均采用不锈钢金属网，所述颗粒层前挡网和颗粒层后挡网的孔径小于所述颗粒层填料中最小颗粒粒径。
所述的金属网除尘器包括按热解蒸气流向依次连接的第二集灰室、金属滤网和热解蒸气出口；其中，所述的金属滤网通过不锈钢卡簧紧压在第二集灰室的壁面上，所述不锈钢卡簧与壁面内壁径向采用过盈配合。
优选地，所述的金属网除尘器中的金属滤网采用不锈钢金属网，其孔径为1～50μm。
优选地，所述的旋风除尘器与颗粒层除尘器之间、颗粒层除尘器与金属网除尘器之间，均采用螺栓、法兰盘和石墨密封垫圈紧密密封连接。
所述的第一电加热炉和第二电加热炉由加热组件、保温层和不锈钢外壳等组成，所述第一电加热炉和第二电加热炉通过温控系统维持旋风除尘器、颗粒层除尘器、金属网除尘器以及装置前后蒸气管道内热解蒸气温度接近反应器内热解温度。
本发明进一步提出了利用上述装置进行生物质快速热解蒸气高效除尘的方法，包括如下步骤：使生物质快速热解反应器中产生的高温热解蒸气直接通入旋风除尘器中进行初步除尘，再依次经过颗粒层除尘器和金属网除尘器进行二级、三级过滤，过滤后的热解蒸气直接送入冷凝装置中；利用第一电加热炉和第二电加热炉维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及除尘装置前后蒸气管道内热解蒸气温度接近反应器内热解温度，即400～600℃。
本发明的工作原理为：从热解反应器出来的高温热解蒸气由热解蒸气入口进入旋风除尘器，在分离室中发生气固分离，分离的固体颗粒物逐渐下落，可通过落灰室和卸灰阀排出旋风除尘器，一级除尘后的热解蒸气通过旋风分离热解蒸气出口管道进入颗粒层除尘器，热解蒸气中部分较大颗粒物被颗粒层阻挡无法进入，而落入第一集灰室中，小颗粒随热解蒸气进入颗粒层，一部分被阻挡留在颗粒层空隙内，一部分微小颗粒穿透颗粒层进入金属网除尘器中，其中粒径大于金属滤网孔径的颗粒物被金属滤网阻挡，落入第二集灰室中，通过金属滤网的热解蒸气由热解蒸气出口排出除尘装置；第一电加热炉包裹旋风除尘器，第二电加热炉包裹颗粒层除尘器和金属网除尘器，通过温控系统维持除尘装置及其前后蒸气管道温度接近反应器内热解温度，保证热解蒸气不在此发生冷凝。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的特色及优点：
(1)旋风除尘、颗粒层除尘、金属网除尘复合式除尘装置结构简单，除尘效率高，除尘效果稳定；
(2)旋风除尘有效降低后两级除尘负荷，弥补后两级除尘不能连续长期运行的缺点，颗粒层除尘是为了进一步减轻金属网除尘负荷，减轻金属滤网的磨损，而金属网除尘器的存在能稳定过滤大于金属网孔径的小粒径颗粒，为前两级除尘提供保障，保障热解蒸气高效的除尘效果；
(3)电加热炉为除尘装置及其前后管道维持较高温度，能有效避免生物质热解蒸气在此除尘阶段部分冷凝，避免因部分冷凝带来的降低除尘效率、堵塞管道等一系列问题，同时，电加热炉保温层效果较好时，除尘装置内热解蒸气温度自身能维持在接近热解温度的状态下，加热组件工作时间不长，不会消耗太多能量。
附图说明
图1为本发明的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置的示意图，其中：
I-旋风除尘器；II-颗粒层除尘器；III-金属网除尘器；1-热解蒸气入口；2-分离室；3-落灰室；4-卸灰阀；5-旋风分离热解蒸气出口管道；6-第一电加热炉；7-法兰盘；8-石墨密封垫圈；9-第一集灰室；10-不锈钢卡簧；11-颗粒层前挡网；12-颗粒层；13-颗粒层后挡网；14-第二集灰室；15-金属滤网；16-热解蒸气出口；17-第二电加热炉。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行说明。
一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，包括按热解蒸气流向依次连接的旋风除尘器I、颗粒层除尘器II和金属网除尘器III，旋风除尘器外侧设置有第一电加热炉，颗粒层除尘器和金属网除尘器的外侧设置有第二电加热炉，第一电加热炉和第二电加热炉维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及整个前后蒸气管道内热解蒸气温度在400～600℃。旋风除尘器与颗粒层除尘器之间、颗粒层除尘器与金属网除尘器之间，均采用螺栓、法兰盘7和石墨密封垫圈8紧密密封连接。第一电加热炉6和第二电加热炉17由加热组件、保温层和不锈钢外壳等组成，第一电加热炉6和第二电加热炉17通过温控系统维持旋风除尘器I、颗粒层除尘器II、金属网除尘器III以及装置前后蒸气管道内热解蒸气温度接近反应器内热解温度。
其中，旋风除尘器I包括分离室2，分离室2的侧壁设置有热解蒸气入口1；分离室2的顶部设置有热解蒸气出口管道5，热解蒸气出口管道5的另一端与颗 粒层除尘器相连；分离室2的下方设置有锥形的落灰室3，落灰室3的底部设置有卸灰阀4。
颗粒层除尘器II包括按热解蒸气流向依次连接的第一集灰室9、颗粒层前挡网11、颗粒层12和颗粒层后挡网13，颗粒层前挡网11和颗粒层后挡网13通过不锈钢卡簧10紧压在第一集灰室9的壁面上，不锈钢卡簧10与壁面内壁径向采用过盈配合。颗粒层11的填料选用石英砂，石英砂粒径为0.2～2mm；颗粒层前挡网11和颗粒层后挡网13均采用不锈钢金属网，颗粒层前挡网11和颗粒层后挡网13的孔径小于颗粒层12填料中最小颗粒粒径。
金属网除尘器III包括按热解蒸气流向依次连接的第二集灰室14、金属滤网15和热解蒸气出口16；其中，金属滤网15通过不锈钢卡簧10紧压在第二集灰室14的壁面上，不锈钢卡簧10与壁面内壁径向采用过盈配合。金属网除尘器中的金属滤网15采用不锈钢金属网，其孔径为1～50μm。
在使用过程中，从热解反应器出来的高温热解蒸气由热解蒸气入口1进入旋风除尘器I，在分离室2中发生气固分离，分离的固体颗粒物逐渐下落，可通过落灰室3和卸灰阀4排出旋风除尘器I，一级除尘后的热解蒸气通过旋风分离热解蒸气出口管道5进入颗粒层除尘器II，热解蒸气中部分较大颗粒物被颗粒层12阻挡无法进入，而落入第一集灰室9中，小颗粒随热解蒸气进入颗粒层12，一部分被阻挡留在颗粒层12空隙内，一部分微小颗粒穿透颗粒层12进入金属网除尘器III中，其中粒径大于金属滤网15孔径的颗粒物被金属滤网15阻挡，落入第二集灰室14中，通过金属滤网15的热解蒸气由热解蒸气出口16排出除尘装置；第一电加热炉6包裹旋风除尘器I，第二电加热炉17包裹颗粒层除尘器II和金属网除尘器III，通过温控系统维持除尘装置及其前后蒸气管道温度接近反应器内热解温度，保证热解蒸气不在此发生冷凝。
综上所述，本发明以旋风除尘器I作为第一级除尘，除去热解蒸气中绝大部分固体颗粒物，大大减轻后两级除尘器除尘负荷；颗粒层除尘器II作为第二级除尘，进一步减轻金属网除尘器III的除尘负荷；金属网除尘器III作为第三级除尘，在前两级除尘器的作用下，来流的热解蒸气中颗粒物浓度大大降低，有效减轻金属滤网15的磨损，同时其微小的孔径保障热解蒸气高效的除尘效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变 化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述装置包括按热解蒸气流向依次连接的旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器，所述的旋风除尘器外侧设置有第一电加热炉(6)，所述的颗粒层除尘器和金属网除尘器的外侧设置有第二电加热炉(17)，所述第一电加热炉(6)和第二电加热炉(17)维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及整个前后蒸气管道内热解蒸气温度在400～600℃；其中，所述的颗粒层除尘器的过滤粒径为0.2～2mm，所述的金属网除尘器的过滤粒径为1～50μm。
2.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的旋风除尘器包括分离室(2)，所述分离室(2)的侧壁设置有热解蒸气入口(1)；所述分离室(2)的顶部设置有热解蒸气出口管道(5)，所述热解蒸气出口管道(5)的另一端与所述颗粒层除尘器相连；所述分离室(2)的下方设置有锥形的落灰室(3)，所述落灰室(3)的底部设置有卸灰阀(4)。
3.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的颗粒层除尘器包括按热解蒸气流向依次连接的第一集灰室(9)、颗粒层前挡网(11)、颗粒层(12)和颗粒层后挡网(13)，所述颗粒层前挡网(11)和颗粒层后挡网(13)通过不锈钢卡簧(10)紧压在第一集灰室(9)的壁面上，所述不锈钢卡簧(10)与壁面内壁径向采用过盈配合。
4.根据权利要求3所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述颗粒层(11)的填料为石英砂，所述石英砂粒径为0.2～2mm；颗粒层前挡网(11)和颗粒层后挡网(13)均采用不锈钢金属网，所述颗粒层前挡网(11)和颗粒层后挡网(13)的孔径小于所述颗粒层(12)填料中最小颗粒粒径。
5.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的金属网除尘器包括按热解蒸气流向依次连接的第二集灰室(14)、金属滤网(15)和热解蒸气出口(16)；其中，所述的金属滤网(15)通过不锈钢卡簧(10)紧压在第二集灰室(14)的壁面上，所述不锈钢卡簧(10)与壁面内壁径向采用过盈配合。
6.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的金属网除尘器中的金属滤网(15)采用不锈钢金属网，其孔径为1～50μm。
7.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的旋风除尘器与颗粒层除尘器之间、颗粒层除尘器与金属网除尘器之间，均采用螺栓、法兰盘(7)和石墨密封垫圈(8)紧密密封连接。
8.根据权利要求1所述的用于生物质快速热解蒸气高效除尘的装置，其特征在于，所述的第一电加热炉(6)和第二电加热炉(17)由加热组件、保温层和不锈钢外壳组成，所述第一电加热炉(6)和第二电加热炉(17)通过温控系统维持旋风除尘器、颗粒层除尘器、金属网除尘器以及装置前后蒸气管道内热解蒸气温度接近反应器内热解温度。
9.利用权利要求1所述的装置进行生物质快速热解蒸气高效除尘的方法，其特征在于，包括如下步骤：使生物质快速热解反应器中产生的高温热解蒸气直接通入旋风除尘器中进行初步除尘，再依次经过颗粒层除尘器和金属网除尘器进行二级、三级过滤，过滤后的热解蒸气直接送入冷凝装置中；利用第一电加热炉和第二电加热炉维持旋风除尘器、颗粒层除尘器和金属网除尘器以及除尘装置前后蒸气管道内热解蒸气温度接近反应器内热解温度，即400～600℃。
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