CN105462599A - 造粒生物质去耦热解方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种造粒生物质去耦热解方法及装置，所述方法的流程包括装料、密封、热解和固体出料等步骤，本发明的热解室与烟气通道是两个互不相通的空间，热解过程中，热解室与外界空气完全隔离，通过精确控制烟气温度，间接加热热解室，使之达到气体挥发份的析出温度，气体挥发份从热解室的上方析出，焦油挥发份和固定碳仍留存在造粒生物质中，从而实现造粒生物质气体挥发份、焦油挥发份、固定碳等三个不同质可燃组份的个性化利用，避免了燃烧室内不同组份可燃物燃烧反应的不良耦合，提高了燃烧效率、保障了设备安全、减少了农林废弃生物质无组织焚烧引起的污染物排放，实现了农林废弃生物质高值资源化利用，具有显著的经济效益和环境效益。

Description

造粒生物质去耦热解方法及装置
技术领域
本发明涉及一种造粒生物质热解的制备方法及装置，特别涉及以农林废弃生物质为原料的造粒生物质的去耦热解方法及装置，属于生物质能利用技术领域。
背景技术
随着石化资源的日益短缺和人们对环保意识的不断增强，我国政府要求禁止无组织焚烧秸秆等农林废弃生物质并实现资源化利用，但由于秸秆体积大、密度小、收集运输成本高，必须寻找可行的降低资源化利用成本的方法。
生物质造粒是近年来农林废弃生物质利用的主要方法之一，造粒生物质的可燃组份包括50％左右的气体挥发份、25％左右的焦油挥发份及部分固定碳，但常规的造粒生物质燃烧技术的直接燃烧是在同一反应空间中完成的，在燃烧过程中，造粒生物质的气体挥发份、焦油挥发份、固定碳及灰份的热解、气化、燃烧、重整等反应混为一体，容易产生各种反应耦合，例如：热解油可能发生重聚或分解，或被氢裂解，热解油、气态CmHn可能与干燥产生的水蒸气、CO2等反应，发生热解油和气态CmHn重整；热解气和外部漏进的O2发生燃烧；H2、CO、CO2、水蒸气还可通过CO发生变换反应，不可燃的灰份(硅、钾、钠的氧化物及盐)因灰熔点低易产生结焦等等，从而造成造粒生物质燃烧效率低、危及设备安全、烟气排放超标等不良后果。
为此，人们开始研究造粒生物质解耦燃烧装置及其燃烧方法(例如：专利申请号200710064531.7)，将造粒生物质的热解和燃烧分别在两个温度不同的区域内进行，减缓了热解速度与燃烧速度不匹配的矛盾，通过重新组织挥发份和半焦的燃烧，解除了不同污染物生成过程的耦合，降低了不完全燃烧损失，减少了CO、NO等污染物的排放量。
不过，上述装置与方法的热解过程，造粒生物质与烟气在炉底是相通的，一旦造粒生物质中的气体挥发份析出，烟气中过氧系数较高，极易发生爆燃，存在很大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种造粒生物质去耦热解方法及装置，热解室与烟气通道是两个互不相通的空间，热解过程中，热解室与外界空气完全隔离，通过精准控制烟气温度，间接加热热解室，使之达到气体挥发份的析出温度，气体挥发份从热解室的上方析出，焦油挥发份和固定碳仍留存在造粒生物质中，从而实现造粒生物质气体挥发份、焦油挥发份、固定碳等三个不同质可燃组份的个性化利用，避免了燃烧室内不同组份可燃物燃烧反应的不良耦合，提高了燃烧效率、保障了设备安全、减少了烟气污染物排放。
本发明的方法与及装置能够将低品位的生物质能转换成高品位的气体和固体燃料，解决现有技术存在的安全隐患及农林废弃生物质高值利用问题。
本发明的技术方案是：
一种造粒生物质去耦热解方法及装置，其特征在于：所述方法的流程包括以下步骤：
(1)装料：关闭热解室10的出料阀门18，将造粒生物质通过进料口25装入热解室10内，使造粒生物质的体积占热解室10内部体积的75％～80％；
(2)密封：造粒生物质装料完毕，将进料阀门24关闭并密封，使外部空气不会进入热解室10；
(3)热解：打开烟气阀门2，烟气通过烟气进口1、底部烟气室22、烟气室3、阵列换热管16后，由烟气出口6送出，烟气的热量通过底部烟气室22、烟气室3、阵列换热管16和散热片5的传热作用对造粒生物质进行加热，通过温度传感器14的测量，调整烟气进口1处的进烟温度，使热解室10的内部温度保持在200℃～400℃的低热状态，造粒生物质在隔绝空气的状态下被间接加热，经过上所述加热20～40分钟后，造粒生物质内的气体挥发份在低热状态下析出，由于上述热解是在无空气的密封低热条件下进行的，热解室10内的造粒生物质中的气体挥发份完全析出，成为生物质气，而焦油挥发份和固定碳仍留存其中，造粒生物质成为生物质炭；
热解完成后，造粒生物质所产生的挥发份由挥发份出口9进行气体输送，作为用气场所的直供气，微量低温焦油由水冷套8冷凝后，通过热解油出口7进行收集，造粒生物质留存在热解室10内；
(4)固体出料：打开进料阀门24，打开出料阀门18，生物质成型炭粒从出料口17放出，放入收料推车20中。
所述的一种造粒生物质去耦热解方法及装置，其装置包括以下部分：
烟气进口1、烟气阀门2、烟气室3、热解室外壳4、散热片5、烟气出口6、热解油出口7、水冷套8、挥发份出口9、热解室10、安全阀11、保温层12、热解室腔壁13、温度传感器14、测温口15、阵列换热管16、出料口17、出料阀门18、热解室支架19、收料推车20、支架脚21、底部烟气室22、底部换热管23、进料阀门24、进料口25。
在热解室腔壁13的内壁的左右两侧分别设置多个垂直的烟气室3，左右两侧的烟气室为上下交错设置，在热解室腔壁13的底部的左右两侧分别设置1个斜角底部烟气室22，左右两侧的斜角底部烟气室呈倒八形，烟气室3的内侧设置用于插入阵列换热管16的圆孔，热解室腔壁13的内壁上设置多层双排阵列换热管16和1根底部换热管23，阵列换热管16的外部设置多个散热片5，临层的阵列换热管16外部的散热片8交错设置，底部换热管23的上面设置多个散热片5；
在热解室腔壁13和热解室外壳4的中间设置保温层12，热解室10的顶部设置安全阀11，热解室10的左侧上部设置挥发份出口9、水冷套8和热解油出口7，热解室10的左侧中部设置烟气出口6，热解室10的左侧底部设置烟气进口1；热解室10的右侧上部设置测温口15，测温口15的中间插入温度传感器14；热解室10的底部设置出料口17，出料口17的外部设置出料阀门18。
本发明的热解室与烟气通道是两个互不相通的空间，热解过程中，热解室与外界空气完全隔离，避免了燃烧室内不同组份可燃物燃烧反应的不良耦合，优化了燃烧工况，减少了CO、NO等污染物的排放，设备结构紧凑，投资费用低。
附图说明
本发明有如下5幅附图：
图1为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的工艺流程图；
图2为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的正视图；
图3为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的剖视图A-A；
图4为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的剖视图B-B；
图5为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的侧视图；
图6为本发明造粒生物质去耦热解方法及装置的烟气流向示意图。
附图标记说明：
1.烟气进口，2.烟气阀门，3.烟气室，4.热解室外壳，5.散热片，6.烟气出口，7.热解油出口，8.水冷套，9.挥发份出口，10.热解室，11.安全阀，12.保温层，13.热解室腔壁，14.温度传感器，15.测温口，16.阵列换热管，17.出料口，18.出料阀门，19.热解室支架，20.收料推车，21.支架脚，22.底部烟气室，23.底部换热管，24.进料阀门，25.进料口，26.烟气流向。
具体实施方式
1.参见图1，本发明的方法的流程包括以下步骤：
(1)装料：关闭热解室10的出料阀门18，将造粒生物质通过进料口25装入热解室10内，使造粒生物质的体积占热解室10内部体积的75％～80％；
(2)密封：造粒生物质装料完毕，将进料阀门24关闭并密封，使外部空气不会进入热解室10；
(3)热解：打开烟气阀门2，烟气通过烟气进口1、底部烟气室22、烟气室3、阵列换热管16后，由烟气出口6送出，烟气的热量通过底部烟气室22、烟气室3、阵列换热管16和散热片5的传热作用对造粒生物质进行加热，通过温度传感器14的测量，调整烟气进口1处的进烟温度，使热解室10的内部温度保持在200℃～400℃的低热状态，造粒生物质在隔绝空气的状态下被间接加热，经过上所述加热20～40分钟后，造粒生物质内的气体挥发份在低热状态下析出，由于上述热解是在无空气的密封低热条件下进行的，热解室10内的造粒生物质中的气体挥发份完全析出，成为生物质气，而焦油挥发份和固定碳仍留存其中，造粒生物质成为生物质炭；
热解完成后，造粒生物质所产生的挥发份由挥发份出口9进行气体输送，作为用气场所的直供气，微量低温焦油由水冷套8冷凝后，通过热解油出口7进行收集，造粒生物质留存在热解室10内；
(4)固体出料：打开进料阀门24，打开出料阀门18，生物质成型炭粒从出料口17放出，放入收料推车20中。
2.参见图2至图6，本发明的造粒生物质去耦热解装置，包括以下部分：
烟气进口1、烟气阀门2、烟气室3、热解室外壳4、散热片5、烟气出口6、热解油出口7、水冷套8、挥发份出口9、热解室10、安全阀11、保温层12、热解室腔壁13、温度传感器14、测温口15、阵列换热管16、出料口17、出料阀门18、热解室支架19、收料推车20、支架脚21、底部烟气室22、底部换热管23、进料阀门24、进料口25。
3.在所述的热解室腔壁13的内壁的左右两侧分别设置多个垂直的烟气室3，左右两侧的烟气室上下交错安置，在热解室腔壁13的底部的左右两侧分别设置1个斜角底部烟气室22，左右两侧的斜角底部烟气室呈倒八形，烟气室3的内侧设置用于插入阵列换热管16的圆孔，热解室腔壁13的内壁上一共设置多层双排阵列换热管16和1根底部换热管23，阵列换热管16的外部设置多个散热片8，底部换热管23的上面设置多个散热片16。
4.在所述的热解室腔壁13和热解室外壳4的中间设置保温层12，热解室10的顶部设置安全阀12，水冷套管8、热解室10的左侧上部设置挥发份出口9和热解油出口7，热解室10的左侧中部设置烟气出口6，热解室10的左侧底部设置烟气进口1；热解室10的右侧上部设置测温口15，测温口15的中间插入温度传感器14；热解室10的底部设置出料口17，出料口17的外部设置出料阀门18。
5.热解室10是整个系统中的关键设备，装置制造时，烟气进口1、底部烟气室22、烟气室3、阵列换热管16和烟气出口6必须与热解室10完全隔离，不得有漏气现象；热解时，必须密封进料口和出料口，外部空气不得进入热解室。
6.为保证出料阀门18和进料阀门24的密封效果，出料阀门18和进料阀门24使用双门联锁阀。

Claims (3)

1.一种造粒生物质去耦热解方法及装置，所述的方法的流程包括：装料、密封、热解、固体出料等步骤，其特征在于：热解室与加热烟气通道是两个互不相通的空间，热解过程中，热解室与外界空气完全隔离，通过精准控制烟气温度，间接加热热解室，使之达到气体挥发份的析出温度，气体挥发份从热解室的上方析出，焦油挥发份和固定碳仍留存在造粒生物质中，从而实现造粒生物质气体挥发份、焦油挥发份、固定碳等三个不同质可燃组份的个性化利用，避免了不同组份可燃物在燃烧设备的燃烧室内燃烧反应的不良耦合，提高了燃烧效率、保障了燃烧设备安全、减少了燃烧设备烟气污染物排放。
2.根据权利要求1所述的造粒生物质去耦热解方法及装置，所述的装置包括：烟气进口、烟气阀门、烟气室、热解室外壳、散热片、烟气出口、热解油出口、水冷套、挥发份出口、热解室、安全阀、保温层、热解室腔壁、温度传感器、测温口、阵列换热管、出料口、出料阀门、热解室支架、收料推车、支架脚、底部烟气室、底部换热管、进料阀门和进料口部分，所述的热解室其特征在于：热解室腔壁外侧分别设有3～10个垂直烟气室，热解室腔壁底部外侧设有斜角底部烟气室，左右两侧的垂直烟气室为上下交错设置，左右两侧的斜角底部烟气室呈倒八形。
3.根据权利要求1所述的造粒生物质去耦热解方法及装置，其特征在于：在所述的热解过程中热解物造粒生物质与外界空气完全隔离，所述的烟气温度在260℃～520℃，阵列换热管和底部换热管外部有多个散热片，临层的阵列换热管外部的散热片左右交错设置，出料阀门18和进料阀门24使用双门联锁阀。
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