CN105854423A - 一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物能源技术领域，特别涉及一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统，碰撞式分离器由排气管、分离器本体、涡轮叶片、进气管、分离装置及排污装置组合而成。生物质综合利用系统由炭化炉、第一分离单元、碰撞式分离器、第二分离单元、第三分离单元、风机、第四分离单元及储气柜组合而成。本发明提供的碰撞式分离器提高了除焦效果，同时可实现焦油与醋酸液的分离，降低了产业成本。本发明提供的生物质综合利用系统的除焦效果佳，在生产过程中无废水产生，设备无堵塞风险，能够实现连续化和自动化生产。

Description

一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统
技术领域
本发明涉及生物能源技术领域，特别涉及一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统。
背景技术
生物质热解技术是生物质能高品位利用的一种主要转换技术，是将生物质原料在缺氧状态下燃烧和还原的能量转换过程，它可以将固态生物质原料转换成生物质炭、焦油、醋酸液和可燃燃气。但生物质在热解过程中产生的焦油会对管道、灶具、燃气透平等造成堵塞、污染和腐蚀，因此须对所产的生物质可燃气进行适当的净化处理。目前的生物质可燃气净化装置投资较大，净化效果不理想，使得净化系统运行寿命短，经济效益差，不宜推广应用。目前，国内外对燃气中焦油尘的净化技术主要有湿式净化、干式净化和裂解净化这三种形式。其中，干式净化是为避免水污染问题且根据生物质燃气中所含杂质的特点，采用多级过滤的净化方法，该方法除焦效果较差，焦油的沉积严重。同时，生物质燃气在净化过程中，往往伴随着焦油和醋酸液的同步净化，烟气经设备净化后，产生的焦油和醋酸液往往混合状态较高，仍需再次分离，浪费了大量的人力及物力。
发明内容
本发明通过提供一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统，解决了现有技术中干式净化除焦效果差以及产生的焦油及醋酸液难以分离的技术问题，提高了除焦效果，实现了焦油与醋酸液的分离，降低了产业成本。
本发明提供了一种碰撞式分离器，所述碰撞式分离器包括排气管、分离器本体、涡轮叶片、进气管、分离装置及排污装置，其中：
所述进气管及所述排气管与所述分离器本体连通，生物质燃气通过所述进气管进入所述分离器本体内部；
所述涡轮叶片设置在所述分离器本体内部，所述生物质燃气经过所述涡轮叶片后从所述排气管排出；
所述排污装置与所述分离器本体的底部连通，所述排污装置排出所述分离器本体底部收集的焦油；
所述分离装置与所述分离器本体连通且连通位置高于所述排污装置的连通位置，所述分离装置排出所述分离器本体内收集的醋酸液。
进一步地，所述碰撞式分离器还包括收集装置，所述收集装置为漏斗状，所述收集装置设置在所述分离器本体内部所述进气管的下方。
进一步地，所述进气管的输入端设置在所述分离器本体的外部；
所述进气管的输出端伸入至所述分离器本体的内部；
所述进气管的输出端开口为倾斜形状，所述输出端开口的倾斜面朝向所述分离器本体的底部。
进一步地，所述进气管与所述分离器本体相切设置。
进一步地，所述排气管的一端设置在所述分离器本体的外部；
所述排气管的另一端伸入至所述分离器本体内部。
进一步地，所述涡轮叶片的数量至少为一个，所述涡轮叶片包括外圈、叶片及内圈，所述内圈设置在所述外圈内侧，所述外圈与所述内圈的中轴线重合；
所述叶片均匀设置在所述外圈与所述内圈之间，所述叶片呈风扇叶片形式分布；
所述叶片的数量为4～60片。
本发明还提供了一种生物质综合利用系统，所述系统包括：碰撞式分离器、炭化炉、第一分离单元、第二分离单元、第三分离单元、风机、第四分离单元及储气柜，其中：
炭化炉，对生物质原料进行炭化，输出生物质燃气；
第一分离单元，与所述炭化炉连接，用于分离生物质燃气中的大颗粒杂质，并分离部分木焦油；
碰撞式分离器，与所述第一分离单元连接，用于分离生物质燃气中的木焦油及木醋液；
第二分离单元，与所述碰撞式分离器连接，用于分离生物质燃气中的木醋液；
第三分离单元，与所述第二分离单元连接，用于分离生物质燃气中的木焦油；
风机，与所述第三分离单元连接，用于控制所述炭化炉的进风量；
第四分离单元，与所述风机连接，用于生物质燃气的气流稳定以及最终除尘与干燥；
储气柜，与第四分离单元连接，用于生物质燃气的存储。
进一步地，所述第一分离单元包括至少一个旋风分离器；所述旋风分离器之间串联连接，且首端的所述旋风分离器与所述炭化炉连接，尾端的所述旋风分离器与所述碰撞式分离器连接；
所述第二分离单元包括至少一个冷凝器；所述冷凝器之间串联连接，且首端的所述冷凝器与所述碰撞式分离器连接，尾端的所述冷凝器与所述第三分离单元连接。
进一步地，所述第三分离单元包括至少一个除焦器；所述除焦器之间串联连接，且首端的所述除焦器与所述第二分离单元连接，尾端的所述除焦器与所述风机连接；
所述第四分离单元包括依次连接的混合气罐、水封以及干燥器；所述混合气罐与所述风机连接，所述干燥器与所述储气柜连接。
进一步地，所述系统还包括：至少一个第一密封水箱、至少一个第二密封水箱及至少一个第三密封水箱；所述第一密封水箱与所述旋风分离器底部连接；所述第二密封水箱与所述冷凝器底部连接；所述第三密封水箱与所述除焦器底部连接。
本发明提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
1、本发明提供的碰撞式分离器，生物质燃气沿涡轮叶片上升过程中，在重力、离心力和涡轮叶片阻力的作用下，使燃气的流程增大、流速降低，同时由于焦油的粘性较高，燃气中的焦油与涡轮叶片的碰撞过程中凝结成液滴并滴落至分离器本体底部，经过碰撞式分离器的生物质燃气除焦效果佳。随着焦油的不断凝结，焦油会携带部分醋酸液混合落入分离器本体底部，分离器本体底部与分离装置连接，由于醋酸液密度比焦油的密度低，通过长时间静置后，可将部分焦油沉降在底部、醋液分布在焦油上方，醋液可通过分离装置进行分离，焦油通过排污装置排出，实现了焦油与醋液的分离。
2、本发明提供的碰撞式分离器，设置有收集装置，收集装置可收集从涡轮叶片落下的液滴，将液滴收集后倒入分离器本体的底部，可防止液滴污染分离器本体的内壁。
3、本发明提供的碰撞式分离器，输出端开口的倾斜面朝向分离器本体的底部，使得燃气从开口排出后先向下运动，再向上接触涡轮叶片结构，延长了烟气在分离器本体内的滞留时间，保证燃气与涡轮结构充分接触，提高了分离效果。
4、本发明提供的碰撞式分离器，排气管的一端设置在分离器本体的外部，另一端伸入至分离器本体内部，伸入分离器本体内部的排气管与分离器本体之间形成一缓冲区域，增加了燃气在分离器本体内的滞留时间，保证燃气与涡轮结构充分接触，提高了分离效果。
5、本发明提供的生物质综合利用系统，安装布设简单、使用操作简便、除焦效果好，在生产过程中无废水产生，设备无堵塞风险、能够实现连续化和自动化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的碰撞式分离器结构示意图；
图2为图1所示碰撞式分离器的又一结构示意图；
图3为图1所示碰撞式分离器的俯视图；
图4为图1所示碰撞式分离器内涡轮叶片的主视图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为图1所示碰撞式分离器构成的生物质综合利用系统结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种碰撞式分离器及生物质综合利用系统，解决了现有技术中干式净化除焦效果差、产生的焦油及醋酸液难以分离的技术问题，提高了除焦效果，可实现焦油与醋酸液的分离，降低了产业成本。
参见图1，本发明实施例提供了一种碰撞式分离器，该碰撞式分离器包括进气管4、排气管1、分离器本体3、涡轮叶片2、收集装置5、分离装置6及排污装置7。分离器本体3为圆筒结构，进气管4与分离器本体3相连通，进气管1与分离器本体3相切设置。进气管4的输入端设置在分离器本体3的外部，进气管4的输出端伸入至分离器本体3的内部，进气管4的输出端开口为倾斜形状，输出端开口的倾斜面朝向分离器本体3的底部。生物质燃气从进气管4的外端接入，生物质燃气通过进气管4进入分离器本体3内部。排气管1与分离器本体3内部连通，排气管1的一端设置在分离器本体3的外部，排气管1的另一端伸入至分离器本体3内部的上端。参见图1、图4及图5，涡轮叶片2设置在分离器本体内部，分离器本体3内的生物质燃气经过涡轮叶片2后从排气管1排出。涡轮叶片2的数量至少为一个，涡轮叶片2包括外圈2-1、叶片2-2及内圈2-3，内圈2-3设置在外圈2-1内侧，外圈2-1与内圈2-3的中轴线重合，叶片2-2均匀设置在外圈2-1与内圈2-3之间，叶片2-2呈风扇叶片形式分布，叶片2-2的数量为4～60片(如采用30片)，且从主视图方向观察，相邻叶片2-3之间不透光为宜。排污装置7与分离器本体3的底部连通，排污装置7用于排出分离器本体3底部收集的焦油。分离装置6与分离器本体3连通，且连通位置高于排污装置7的连通位置。分离装置6与分离器本体3连接形成U型管结构，分离装置6用于排出分离器本体3内收集的醋酸液。收集装置5为漏斗状，收集装置5设置在分离器本体3内部，且收集装置5设置在进气管4的下方。
在实际应用中，生物质燃气通过进气管4进入分离器本体3内部，进气管4输出端开口的倾斜面朝向分离器本体3的底部，使得燃气从开口排出后先向下运动，再向上接触涡轮叶片2，延长了烟气在分离器本体内的滞留时间。生物质燃气在初始流速及分离器本体3内壁的作用下螺旋上升并进入涡轮叶片2。生物质燃气沿涡轮叶片2上升过程中，在重力、离心力和涡轮叶片2阻力的作用下，使生物质燃气的流程增大、流速降低，同时由于焦油的粘性较高，生物质燃气中的焦油与涡轮叶片2的碰撞过程中凝结成液滴并滴落至分离器本体3底部。随着焦油的不断凝结，焦油会携带部分醋酸液混合落入下分离器本体3底部。由于醋酸液密度比焦油的密度低，通过长时间静置后，焦油沉降在底部、醋液分布在焦油上方。分离器本体3底部与分离装置6连接为U型管，分离装置6与分离器本体3的连通口根据焦油与醋酸液的比例设计，该连通口设置在醋酸液层的底部，通过分离装置6排出醋酸液，再通过排污装置7排出焦油。若焦油层高于分离装置6与分离器本体3的连通口，可先关闭分离装置6，打开排污装置7，当醋酸液层下落至分离装置6与分离器本体3的连通口位置时，关闭排污装置7，打开分离装置6排出醋酸液，待醋酸液排放干净后再打开排污装置7继续排出焦油，实现焦油与醋液的分离。
参见图6，本发明实施例还提供了一种生物质综合利用系统，该系统包括炭化炉14、第一分离单元(包括第一旋风分离器15及第二旋风分离器16)、碰撞式分离器17、第二分离单元(包括第一冷凝器18及第二冷凝器19)、第三分离单元(包括第一除焦器20及第二除焦器21)、风机22、第三旋风分离器23、第四分离单元(包括混合气罐24、水封25及干燥器26)、储气柜27、第一密封水箱、第二密封水箱及第三密封水箱。炭化炉14为内热式炭化炉14(如敞口式炭化炉或密封式炭化炉)，利用炭化炉14内生物质部分燃烧产生的热量使生物质发生热解反应，不需外部加热减少了对煤等化石能源的利用和电能等二次能源的使用。炭化炉14通过第一旋风分离器15与第二旋风分离器16连接，第一旋风分离器15将炭化炉14内炭化产生的烟气携带的大颗粒物质进行分离脱除，旋风除尘的过程中一般会将部分焦油同时脱除；第二旋风分离器16再次对混合烟气大颗粒物质进行离心分离除尘，使得燃气更纯净。碰撞式分离器17与第二旋风分离器16连接，碰撞式分离器17依次通过第一冷凝器18、第二冷凝器19与第一除焦器20连接。碰撞式分离器17由筒体及涡轮风扇构成，碰撞式分离器17底部利用阀门连接，筒体侧面设有进气孔，涡轮风扇设置在筒体内部并与筒体焊接固定，筒体内设置有至少两个涡轮风扇，燃气盘旋上升过程中需克服重力和涡轮风扇的影响，降低了筒体中燃气的流速，同时燃气与筒体内的涡轮风扇发生剧烈碰撞，可分离出燃气中的木焦油和木醋液。第一冷凝器18及第二冷凝器19采用循环水冷却，用于对燃气进行降温处理。第一除焦器20通过第二除焦器21与风机22连接。风机22通过第三旋风分离器23与混合气罐24连接，风机22为变频风机或采用风机与变频器连接的形式，风机22起引风作用，设定频率后即可实现对风机22的风量进行控制，取代传统利用阀门控制风量的方式，控制效果更加精确，炭化效果更佳。第三旋风分离器23对燃气进入到储气柜27前做最终的除尘处理，第三旋风分离器23底部利用阀门连接，可在运行一段时间停机后打开阀门放出焦油。混合气罐24通过水封25与干燥器26连接，混合气罐24用于稳定气流，同时也有除焦的作用，该混合气罐24底部利用阀门连接，可在运行一段时间停机后打开阀门放出焦油。水封25用于防止生物质燃气回流，水封25底部利用阀门连接，可在运行一段时间停机后打开阀门放出焦油。干燥器26底部利用阀门连接，干燥器26内采用炭块填料，干燥器26用于对于生物质燃气中的水进行干燥处理，干燥器26内填充物采用炭块，炭化过程中即产生，且避免了采用生石灰会堵塞设备的情况。干燥器26与储气柜27连接，储气柜27用于储存生物质燃气，燃气可用于发电、供暖以及炊事等。第一密封水箱与第一旋风分离器15及第二旋风分离器16底部连接，第二密封水箱分别与第一冷凝器18及第二冷凝器19底部连接，第三冷凝器分别与第一除焦器20及第二除焦器21底部连接。
本发明实施例提供的生物质综合利用系统的使用方法及工作原理如下：参见图6，将生物质燃料放入炭化炉14中，打开第一冷凝器18和第二冷凝器19的循环水泵，使第一冷凝器18和第二冷凝器19达到所需冷却温度。调节风机22的频率并开启风机22。在炭化炉14内对生物质原料进行点燃，点燃后进行密封，厌氧炭化。通过调节风机22的频率来调节风量，控制进氧量以及炉内温度。在炭化开始的时候，炉内温度上升，此时由于没有达到炭化温度，产生的生物质燃气不可燃，并且不会污染，进行放空处理。随着炭化温度的上升，炭化面很快形成并达到炭化温度，此时产生的生物质燃气可燃，经过后续净化设备净化后储存到储气柜27中。随着炭化的进行，对燃气进行净化的同时产生的木醋液和木焦油自动收集到第一密封水箱、第二密封水箱及水封集焦箱中，然后进入总收集池，做后续的应用处理。炭化结束后，对炉内生物质原料进行灭火、冷却得到生物质炭。
本发明实施例提供的除焦器，至少具备以下有益效果：
一、本发明实施例提供的碰撞式分离器，生物质燃气沿涡轮叶片上升过程中，在重力、离心力和涡轮叶片阻力的作用下，使燃气的流程增大、流速降低，同时由于焦油的粘性较高，燃气中的焦油与涡轮叶片的碰撞过程中凝结成液滴并滴落至分离器本体底部，经过碰撞式分离器的生物质燃气除焦效果佳。随着焦油的不断凝结，焦油会携带部分醋酸液混合落入分离器本体底部，分离器本体底部与分离装置连接，由于醋酸液密度比焦油的密度低，通过长时间静置后，可将部分焦油沉降在底部、醋液分布在焦油上方，醋液可通过分离装置进行分离，焦油通过排污装置排出，实现了焦油与醋液的分离。
二、本发明实施例提供的碰撞式分离器，设置有收集装置，收集装置可收集从涡轮叶片落下的液滴，将液滴收集后倒入分离器本体的底部，可防止液滴污染分离器本体的内壁。
三、本发明实施例提供的碰撞式分离器，输出端开口的倾斜面朝向分离器本体的底部，使得燃气从开口排出后先向下运动，再向上接触涡轮叶片结构，延长了烟气在分离器本体内的滞留时间，保证燃气与涡轮结构充分接触，提高了分离效果。
四、本发明实施例提供的碰撞式分离器，排气管的一端设置在分离器本体的外部，另一端伸入至分离器本体内部，伸入分离器本体内部的排气管与分离器本体之间形成一缓冲区域，增加了燃气在分离器本体内的滞留时间，保证燃气与涡轮结构充分接触，提高了分离效果。
五、本发明实施例提供的生物质综合利用系统，安装布设简单、使用操作简便、除焦效果好，在生产过程中无废水产生，设备无堵塞风险、能够实现连续化和自动化生产。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种碰撞式分离器，其特征在于，所述碰撞式分离器包括排气管、分离器本体、涡轮叶片、进气管、分离装置及排污装置，其中：
所述进气管及所述排气管与所述分离器本体连通，生物质燃气通过所述进气管进入所述分离器本体内部；
所述涡轮叶片设置在所述分离器本体内部，所述生物质燃气经过所述涡轮叶片后从所述排气管排出；
所述排污装置与所述分离器本体的底部连通，所述排污装置排出所述分离器本体底部收集的焦油；
所述分离装置与所述分离器本体连通且连通位置高于所述排污装置的连通位置，所述分离装置排出所述分离器本体内收集的醋酸液。
2.如权利要求1所述的碰撞式分离器，其特征在于，所述碰撞式分离器还包括收集装置，所述收集装置为漏斗状，所述收集装置设置在所述分离器本体内部所述进气管的下方。
3.如权利要求2所述的碰撞式分离器，其特征在于，所述进气管的输入端设置在所述分离器本体的外部；
所述进气管的输出端伸入至所述分离器本体的内部；
所述进气管的输出端开口为倾斜形状，所述输出端开口的倾斜面朝向所述分离器本体的底部。
4.如权利要求3所述的碰撞式分离器，其特征在于，所述进气管与所述分离器本体相切设置。
5.如权利要求1所述的碰撞式分离器，其特征在于，所述排气管的一端设置在所述分离器本体的外部；
所述排气管的另一端伸入至所述分离器本体内部。
6.如权利要求1所述的碰撞式分离器，其特征在于，所述涡轮叶片的数量至少为一个，所述涡轮叶片包括外圈、叶片及内圈，所述内圈设置在所述外圈内侧，所述外圈与所述内圈的中轴线重合；
所述叶片均匀设置在所述外圈与所述内圈之间，所述叶片呈风扇叶片形式分布；
所述叶片的数量为4～60片。
7.一种生物质综合利用系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求1-6任一项所述的碰撞式分离器以及炭化炉、第一分离单元、第二分离单元、第三分离单元、风机、第四分离单元及储气柜，其中：
炭化炉，对生物质原料进行炭化，输出生物质燃气；
第一分离单元，与所述炭化炉连接，用于分离生物质燃气中的大颗粒杂质，并分离部分木焦油；
碰撞式分离器，与所述第一分离单元连接，用于分离生物质燃气中的木焦油及木醋液；
第二分离单元，与所述碰撞式分离器连接，用于分离生物质燃气中的木醋液；
第三分离单元，与所述第二分离单元连接，用于分离生物质燃气中的木焦油；
风机，与所述第三分离单元连接，用于控制所述炭化炉的进风量；
第四分离单元，与所述风机连接，用于生物质燃气的气流稳定以及最终除尘与干燥；
储气柜，与第四分离单元连接，用于生物质燃气的存储。
8.如权利要求7所述的生物质综合利用系统，其特征在于，所述第一分离单元包括至少一个旋风分离器；所述旋风分离器之间串联连接，且首端的所述旋风分离器与所述炭化炉连接，尾端的所述旋风分离器与所述碰撞式分离器连接；
所述第二分离单元包括至少一个冷凝器；所述冷凝器之间串联连接，且首端的所述冷凝器与所述碰撞式分离器连接，尾端的所述冷凝器与所述第三分离单元连接。
9.如权利要求8所述的生物质综合利用系统，其特征在于，所述第三分离单元包括至少一个除焦器；所述除焦器之间串联连接，且首端的所述除焦器与所述第二分离单元连接，尾端的所述除焦器与所述风机连接；
所述第四分离单元包括依次连接的混合气罐、水封以及干燥器；所述混合气罐与所述风机连接，所述干燥器与所述储气柜连接。
10.如权利要求9所述的生物质综合利用系统，其特征在于，所述系统还包括：至少一个第一密封水箱、至少一个第二密封水箱及至少一个第三密封水箱；所述第一密封水箱与所述旋风分离器底部连接；所述第二密封水箱与所述冷凝器底部连接；所述第三密封水箱与所述除焦器底部连接。
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