CN105219473A - 机制炭烟气发电方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机制炭烟气发电方法，包括如下步骤：S1)筛选；S2)烘干；S3)冷却，将烘干后的原料冷却；S4)制棒，通过制棒机将原料挤压成有机棒；S5)炭化，将机制棒在炭化炉内炭化；S6)气体收集，将有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体进行收集，收集后的气体用于发电；有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体依次经过S6.1)净化池净化、S6.2)高压静电除焦、S6.3)液相分离、S6.4)活性炭净化和S6.5)增压后再进行收集。本发明在将生物质炭化的同时，将炭化中的烟气进行净化收集并用于燃气发电。

Description

机制炭烟气发电方法及系统

技术领域

本发明是一种机制炭烟气发电方法及系统，属于发电工程领域。

背景技术

我国的生物质如稻壳、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米杆、高粱杆等资源丰富，利用生物质进行发电，不仅可以解决秸秆浪费和由于秸秆焚烧引起的环境污染问题，还可以实现节能减排。

生物质发电技术主要为生物质焚烧发电，如申请号为201510061433.2公开了一种生物质发电装置及方法，通过将生物质原粒粉碎、成型后再进行燃烧，将燃烧过程中产生的烟气进行处理后收集，收集后的气体用以发电。存在的问题是，生物质燃烧发电过程中生物质被充分燃烧成灰，生物质利用效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种机制炭烟气发电方法及系统，能够将生物质用来发电的同时可以生物质充分利用。

就发电方法而言，本发明的机制炭烟气发电方法包括如下步骤：

S1)筛选，对生物质原料通过筛分装置进行筛选；

S2)烘干，通过烘干炉将原料中多余的水分去除；

S3)冷却，将烘干后的原料冷却；

S4)制棒，通过制棒机将原料挤压成有机棒；

S5)炭化，将机制棒在炭化炉内炭化；

S6)气体收集，将有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体进行收集，收集后的气体用于发电；

所述有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体依次经过S6.1)净化池净化、S6.2)高压静电除焦、S6.3)液相分离、S6.4)活性炭净化和S6.5)增压后再进行收集。

该工艺将生物质炭化过程中产生的烟气通过除尘、除焦等步骤净化后用于发电，与此同时，由生物质原料制成的炭化产品，可以用于其他燃料用，生物质原料能源被充分利用。

进一步地，所述S5)炭化分为三个阶段，依次为：S5.1)干燥阶段，从点火开始，至炉温上升到160℃，机制棒所含的水分主要依靠外加热量和本身燃烧所产生的热量进行蒸发，机制棒的化学组成几乎没变。

S5.2)炭化初始阶段，此阶段主要靠棒自身的燃烧产生热量，使炉温上升到160～280℃之间，此时，木质材料发生热分解反应，其组成开始发生了变化。

S5.3)全面炭化阶段，此阶段的温度为300～650℃，木质材料急剧地进行热分解，同时生成了醋酸、甲醇和木焦油等液体产物和可燃性气体，可燃性气体在炉内燃烧，木质材料的热分解和可燃性气体燃烧产生的热量使炉温升高，木质材料在此高温下干馏成炭。

进一步地，所述S2)烘干温度为70℃～100℃，烘干后的原料含水量小于10％。

就发电系统而言，本发明的机制炭烟气发电系统包括依次连接的筛选机、烘干机、冷却器、制棒机、炭化炉和储气罐，还包括位于炭化炉与储气罐之间的依次连接的粗脱焦装置、高压静电除焦器、液相分离器、活性炭净化塔、和压缩机。

进一步地，所述烘干机包括同轴套设的内炉体和外炉体，所述内炉体的内部空间为燃烧室，所述内炉体与外炉体之间的空间为烘干室，所述烘干室设有由下至上设有第一盘管和第二盘管，所述第一盘管与第二盘管均为圆柱螺旋线状,所述第一盘管的上端与筛选机的出口连通，所述第一盘管的下端通过第一风机与第一排湿桶的入口连通，所述第二盘管的下端与第一排湿桶的出口连接，所述第二盘管的上端通过第二风机与第二排湿桶连接，第一、二风机、分别将物料吸入第一、二排湿桶、内。

进一步地，所述烘干室内还设有位于第二盘管上方呈圆柱螺旋线状的第三盘管，所述第三盘管的下端与第二排湿桶的出口与连通，所述第三盘管的上端通过第三风机与第三排湿桶连接，所述第三风机将第三盘管内的物料引入第三排湿桶内。

进一步地，所述粗脱焦装置包括脱焦塔和冷凝塔，所述脱焦塔包括冷凝箱和位于冷凝箱内的两列上下错开的凝焦板，两列凝焦板分别位于冷凝箱的竖向中心面的两侧，每个凝焦板均由冷凝箱的内壁至竖向中心面向下倾斜，所述冷凝箱的底部为排焦口，所述冷凝箱侧壁上靠近底部位置设有气体出口，所述气体出口通过支管与炭化炉的燃烧室连通。

进一步地，所述冷凝塔包括脱焦室，所述脱焦室内设有一组进气管和一组出气管，所述进气管和出气管内为冷却循环水，所述脱焦室的顶部对应进气管和出气管的上方分别设有进气口和出气口，所述脱焦室的底部为焦油排出口，所述焦油排出口上设有闸门所述闸门通过销轴与焦油排出口铰接，所述销轴外套设有扭簧，所述扭簧两端分别与闸门和焦油排出口连接，自然状态下，在扭簧作用下闸门处于关闭状态，当闸门上的焦油重量达到设定值时，闸门克服扭簧阻力向下摆动以使焦油排出口打开。

附图说明

图1为本发明的机制炭烟气发电系统的总图；

图2为本发明的机制炭烟气发电系统中的烘干机2的结构示意图；

图3为本发明的机制炭烟气发电系统中的炭化炉5和粗脱焦装置6的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种机制炭烟气发电方法，包括如下步骤：

S1)筛选，对生物质原料通过筛分装置进行筛选，筛选出颗粒大小符合的粉料；

S2)烘干，通过烘干炉将原料中多余的水分去除；

S3)冷却，将烘干后的原料冷却；

S4)制棒，通过制棒机将原料挤压成有机棒；

S5)炭化，将机制棒在炭化炉内炭化；

S6)气体收集，将有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体进行收集，收集后的气体用于发电；

所述有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体依次经过S6.1)净化池净化、S6.2)高压静电除焦、S6.3)液相分离、S6.4)活性炭净化和S6.5)增压后再进行收集。S5)炭化过程中产生的烟气经过S6.1)-S6.9)后烟气中的粉尘、硫化物、焦油等有害物质被去除，净化后的气体可以用于燃气发电。

S5)炭化分为三个阶段，依次为：S5.1)干燥阶段，从点火开始，至炉温上升到160℃，机制棒所含的水分主要依靠外加热量和本身燃烧所产生的热量进行蒸发，机制棒的化学组成几乎没变。

S5.2)炭化初始阶段，此阶段主要靠棒自身的燃烧产生热量，使炉温上升到160～280℃之间，此时，木质材料发生热分解反应，其组成开始发生了变化。

S5.3)全面炭化阶段，此阶段的温度为300～650℃，木质材料急剧地进行热分解，同时生成了醋酸、甲醇和木焦油等液体产物和可燃性气体，可燃性气体在炉内燃烧，木质材料的热分解和可燃性气体燃烧产生的热量使炉温升高，木质材料在此高温下干馏成炭。

所述S2)烘干温度为70℃～100℃，烘干后的原料含水量小于10％，便于后续制棒。

实施例2

一种机制炭烟气发电系统，如图1所示，包括依次连接的筛选机1、烘干机2、冷却器3、制棒机4、炭化炉5和储气罐11，还包括位于炭化炉与储气罐之间的依次连接的粗脱焦装置6、高压静电除焦器7、液相分离器8、活性炭净化塔9和压缩机10。图1中的实心箭头为生物质物料的物流方向，线型箭头为烟气的物流方向。生物质粉料经筛选机1筛选、烘干机2烘干、冷却器3冷却后进入制棒机4，由制棒机4制成棒材，然后将棒材送入炭化炉5内炭化，炭化后的棒材可以用于燃料。棒材在炭化炉5内炭化过程产生的烟气经粗脱焦装置6粗除尘除焦、高压静电除焦塔7精除尘除焦、液相分离器8分离液体、活性炭净化塔9吸附有害物质，最后经压缩机10增压后达到发电要求并储存在储气罐11内，储气罐11内的气体通入燃气发电机内进行发电。

如图2所示，烘干机2包括同轴套设的内炉体21和外炉体22，所述内炉体21的内部空间为燃烧室23，所述内炉体21与外炉体22之间的空间为烘干室24，所述烘干室24设有由下至上设有第一盘管25和第二盘管26，所述第一盘管25与第二盘管26均为圆柱螺旋线状,所述第一盘管25的上端与筛选机1的出口连通，所述第一盘管25的下端通过第一风机27与第一排湿桶28的入口连通，所述第二盘管26的下端与第一排湿桶28的出口连接，所述第二盘管26的上端通过第二风机29与第二排湿桶210连接，第一、二风机27、29分别将物料吸入第一、二排湿桶28、210内。燃烧室23内产生的热量经内炉体21传递至烘干室24内，从而对第一、二盘管内的物料即生物质粉末进行加热烘干。物料经筛选机1进入第一盘管25的顶端，第一风机25产生的吸风力使物料在第一盘管25内内螺旋向下运行，运行阻力相比由下至上运行时要小，在第一盘管内的运行过程中物料被一次烘干，一次烘干后的物料进入第一排湿桶28，随物料进入第一排湿桶28内的湿气由下至上经第一排湿桶28顶部的第一排湿管排出第一排湿桶28，而物料则从第一排湿桶28底部的出口进入第二盘管26的底部，此时，物料经过一次烘干后，湿气减少，然后第二风机29的吸风力使物料进入第二盘管26并沿第二盘管26由下至上螺旋上升，由下至上螺旋上升相比由上至下运行可使物料与第二盘管的接触时间增加，且运行阻力相比物料第一次进入烘干室直接由下至上运行时的阻力要小。物料经第二风机29进入第二排湿桶210后，湿气由下至上经第二排湿桶210顶部的第二排湿管排出第二排湿桶210，而物料则从第二排湿桶210的底部出口排出。物料在第一盘管由上至下、在第二盘管由下至上的运行方式，既保证了物料的运行时间、同时又保证了物料的烘干效果，也就是保证了物料的烘干效率。燃烧室23内产生的烟气一部分通入烘干机2内进行热量回收利用，另一部则通入粗脱焦装置6内并进行后续处理，直至存入储存罐11内用于发电。

所述烘干室24内还设有位于第二盘管上方呈圆柱螺旋线状的第三盘管211，所述第三盘管211的下端与第二排湿桶210的出口与连通，所述第三盘管211的上端通过第三风机212与第三排湿桶213连接，所述第三风机212将第三盘管内的物料引入第三排湿桶213内。同理，物料由第三风机212进入第三盘管211，使物料第三次被烘干，烘干效果更佳，物料内的湿气同理由第三排湿桶213内的第三排湿管排出，物料则从第三排湿桶213底部的出口排出进入冷却器3。

所述第一盘管25的上端与进料装置之间设有流量调节阀，所述第三排湿桶213的出口设有检测物料温度的温度传感器。流量调节阀调节物料的流量，而温度传感器则测量成品物料的温度，通过流量调节阀调节流量，以满足物料出口的温度需求，或者说根据物料的温度来改变流量调节阀的流量，使得进入烘干室的物料的流量与烘干后物料的温度相匹配，控制更加精准。

所述内炉体21内部设有围板215，所述围板215与内炉体21之间形成顶部开口的燃烧腔216，内炉体21对应燃烧腔217以外的部分为集热室218，所述燃烧腔216内设有两端分别与围板和内炉体接触的导热片217。燃料在燃烧腔216内燃烧并将热量集中起来并通过导热片217将热量传递至烘干室24，提高物料烘干效率。

还包括第一U型管219和第二U型管220。第一U型管219的两端分别与第二盘管26的下端和集热室218连通，所述第一排湿桶28的出口与第一U型管219的中段连通。第一排湿桶28的出口物料和集热室218内的热量均一同进入第一U型管内后再进入第二盘管26，使得物料在第二盘管26内的热交换更快，也就是集热室218内的热气直接进入第二盘管26对物料进行烘干，烘干效果更好。所述第二U型管220的两端分别与第三盘管的下端和燃烧室连通，所述第二排湿桶210的出口与第二U型管220的中段连通，第二U型管220的作用与第一U型管相同。同理，第二U型管220同时将集热室218的热气和物料送入第三盘管211内，加快物料在第三盘管211内的烘干速度。

所述第二U型管220上设有可加入新物料的进料口214，经第二盘管烘干后的物料与经进料口214加入的新物料混合后送入第三盘管211内。由于从筛选机1出来的物料依次经过第一、二盘管后被两次加热烘干，此时物料的温度已经较高，通过进料口214加入新的需要烘干的物料与两次烘干后的物料混合，混合后的物料再经过第三盘管211烘干就可以直接满足烘干效果，使得经过进料口214加入的物料无需通过第一、二盘管就完成烘干，大大提高了烘干效率，并节约了能源。

如图3所示，所述炭化炉5包括炉体，所述炉体包括同轴套设的内筒体511和外筒体512，所述内筒体511与外筒体512之间为封闭的燃烧室513，所述内筒体51的内部为放置物料的炭化室514。生物质的粉末或棒材吊装至炭化室514内，燃烧室513内燃料燃烧产生的热量进入通过热传导进入炭化室514内，使物料被高温炭化。炭化炉内产生的主要烟气进入粗脱焦装置进行脱焦及后续处理，小部分烟气通入烘干炉2内以提高烘干炉2内的热量。

需要特别说明的是烘干机2中的燃烧室23的结构与炭化炉5中的结构相似，特别是燃烧室23中的集热室218与炭化炉5中的炭化室514的结构相同，并都是起收集热量的作用，只是根据工艺需要集热室218内的温度要低于炭化室514，制棒机4制成的棒材向放入热解釜内，再将热解釜吊装至入集热室218内，棒材在集热室进行炭化，虽然在棒材集热室218内的炭化速度要低于炭化炉5，但是可以充分将燃烧室23内的热量进行利用，避免能源浪费。

所述粗脱焦装置6包括脱焦塔61和冷凝塔62，所述脱焦塔61包括冷凝箱611和位于冷凝箱内的两列上下错开的凝焦板612，两列凝焦板分别位于冷凝箱的竖向中心面的两侧，每个凝焦板均由冷凝箱的内壁至竖向中心面向下倾斜，所述冷凝箱611的底部为排焦口613，所述冷凝箱611侧壁上靠近底部位置设有气体出口614，所述气体出口613通过支管615与炭化炉5的燃烧室连通。炭化炉5内产生的热烟气进入冷凝箱611内后遇到凝焦板612，热气中的有害物质遇到凝焦板612后凝结成焦油，并从排焦口613排出，除焦后的热气则进入冷凝塔22。两列凝焦板612交错布置使得，热气局部形成涡流，与凝焦板612接触更加充分，凝焦效果更好。支管615将气体出口613的部分气体热量进行回收至燃烧室113内，提高燃烧室113内温度。

所述冷凝塔62包括脱焦室621，所述脱焦室621内设有一组进气管622和一组出气管623，所述进气管622和出气管623内为冷却循环水，所述脱焦室621的顶部对应进气管和出气管的上方分别设有进气口624和出气口625，所述脱焦室621的底部为焦油排出口626。炭化炉5和烘干炉2产生的烟气依次从上至下通过进气口624和进气管622，再从下至上通过出气管623和出气口625，烟气内可结焦的成分在进气管622和出气管625内被冷却循环水冷却后变成液态焦油，液态焦油从焦油排出口626排出，从而避免了烟气内可结焦成分在高温情况下结成固态焦而堵塞管道或相关设备。所述焦油排出口626上设有闸门627所述闸门627通过销轴628与焦油排出口626铰接，所述销轴外套设有扭簧629，所述扭簧629两端分别与闸门627和焦油排出口626连接，自然状态下，在扭簧作用下闸门627处于关闭状态，当闸门627上的焦油重量达到设定值时，闸门627克服扭簧629阻力向下摆动以使焦油排出口626打开。当焦油重量达到设定值时，闸门打开，这样集中收集焦油的控制方式，相比焦油逐渐滴落的收集方式，可以避免焦油在长时间滴落过程中污染空气，同时，收集处理效率高。

炭化炉5与脱焦塔61之间的管道、脱焦塔61与冷凝塔62之间的管道、支管615以及冷凝箱611外均套有冷却水套616，冷却水套616内通入循环冷却水，通过冷却水对冷却水套内相应的管道、支管615和冷凝箱611内的烟气进行冷却，防止烟气在高温结成固态焦而堵塞管道、支管615和冷凝箱611。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种机制炭烟气发电方法，包括如下步骤：

S1)筛选，对生物质原料通过筛分装置进行筛选；

S2)烘干，通过烘干炉将原料中多余的水分去除；

S3)冷却，将烘干后的原料冷却；

S4)制棒，通过制棒机将原料挤压成有机棒；

S5)炭化，将机制棒在炭化炉内炭化；

S6)气体收集，将有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体进行收集，收集后的气体用于发电；

其特征在于：所述有机棒在炭化炉内炭化过程中产生的气体依次经过S6.1)净化池净化、S6.2)高压静电除焦、S6.3)液相分离、S6.4)活性炭净化和S6.5)增压后再进行收集。

2.根据权利要求1所述的机制炭烟气发电方法，其特征在于：所述S5)炭化分为三个阶段，依次为：S5.1)干燥阶段，从点火开始，至炉温上升到160℃，机制棒所含的水分主要依靠外加热量和本身燃烧所产生的热量进行蒸发，机制棒的化学组成几乎没变。

S5.2)炭化初始阶段，此阶段主要靠棒自身的燃烧产生热量，使炉温上升到160～280℃之间，此时，木质材料发生热分解反应，其组成开始发生了变化。

S5.3)全面炭化阶段，此阶段的温度为300～650℃，木质材料急剧地进行热分解，同时生成了醋酸、甲醇和木焦油等液体产物和可燃性气体，可燃性气体在炉内燃烧，木质材料的热分解和可燃性气体燃烧产生的热量使炉温升高，木质材料在此高温下干馏成炭。

3.根据权利要求2所述的机制炭烟气发电方法，其特征在于：所述S2)烘干温度为70℃～100℃，烘干后的原料含水量小于10％。

4.一种机制炭烟气发电系统，包括依次连接的筛选机(1)、烘干机(2)、冷却器(3)、制棒机(4)、炭化炉(5)和储气罐(11)，其特征在于：还包括位于炭化炉与储气罐之间的依次连接的粗脱焦装置(6)、高压静电除焦器(7)、液相分离器(8)、活性炭净化塔(9)和压缩机(10)。

5.根据权利要求4所述的机制炭烟气发电系统，其特征在于：所述烘干机(2)包括同轴套设的内炉体(21)和外炉体(22)，所述内炉体(21)的内部空间为燃烧室(23)，所述内炉体(21)与外炉体(22)之间的空间为烘干室(24)，所述烘干室(24)设有由下至上设有第一盘管(25)和第二盘管(26)，所述第一盘管(25)与第二盘管(26)均为圆柱螺旋线状,所述第一盘管(25)的上端与筛选机(1)的出口连通，所述第一盘管(25)的下端通过第一风机(27)与第一排湿桶(28)的入口连通，所述第二盘管(26)的下端与第一排湿桶(28)的出口连接，所述第二盘管(26)的上端通过第二风机(29)与第二排湿桶(210)连接，第一、二风机(27、29)分别将物料吸入第一、二排湿桶(28、210)内。

6.根据权利要求5所述的机制炭烟气发电系统，其特征在于：所述烘干室(24)内还设有位于第二盘管上方呈圆柱螺旋线状的第三盘管(211)，所述第三盘管(211)的下端与第二排湿桶(210)的出口与连通，所述第三盘管(211)的上端通过第三风机(212)与第三排湿桶(213)连接，所述第三风机(212)将第三盘管内的物料引入第三排湿桶(213)内。

7.根据权利要求6所述的机制炭烟气发电系统，其特征在于：所述粗脱焦装置(6)包括脱焦塔(61)和冷凝塔(62)，所述脱焦塔(61)包括冷凝箱(611)和位于冷凝箱内的两列上下错开的凝焦板(612)，两列凝焦板分别位于冷凝箱的竖向中心面的两侧，每个凝焦板均由冷凝箱的内壁至竖向中心面向下倾斜，所述冷凝箱(611)的底部为排焦口(613)，所述冷凝箱(611)侧壁上靠近底部位置设有气体出口(614)，所述气体出口(613)通过支管(615)与炭化炉(5)的燃烧室连通。

8.根据权利要求7所述的机制炭烟气发电系统，其特征在于：所述冷凝塔(62)包括脱焦室(621)，所述脱焦室(621)内设有一组进气管(622)和一组出气管(623)，所述进气管(622)和出气管(623)内为冷却循环水，所述脱焦室(621)的顶部对应进气管和出气管的上方分别设有进气口(624)和出气口(625)，所述脱焦室(621)的底部为焦油排出口(626)，所述焦油排出口(626)上设有闸门(627)所述闸门(627)通过销轴(628)与焦油排出口(626)铰接，所述销轴外套设有扭簧(629)，所述扭簧(629)两端分别与闸门(627)和焦油排出口(626)连接，自然状态下，在扭簧作用下闸门(7)处于关闭状态，当闸门(627)上的焦油重量达到设定值时，闸门(7)克服扭簧(629)阻力向下摆动以使焦油排出口(626)打开。