CN105861079B - 一种生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统，该装置包括第一除焦室、第二除焦室、废液收集器、进气口、出气口和第一排液口。第一除焦室内设置有第一吸附填料，第二除焦室内设置有第二吸附填料；进气口设置在第一除焦室下方；出气口设置在第二除焦室上方；第一排液口设置在装置底部。废液收集器的集液口设置在第一除焦室和第二除焦室之间。第一除焦室的出气端和第二除焦室的进气端连通。该系统由炭化炉、第一分离单元、碰撞分离器、冷凝单元、生物质燃气除焦装置、风机、第二分离单元、混合气罐、水封、干燥器及储气柜串接而成。本发明提供的生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统，除焦效果佳、无废水产生，设备无堵塞风险。

Description

一种生物质燃气除焦装置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，特别涉及一种生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统。

背景技术

生物质是地球上绿色植物通过光合作用获得的各种有机物质，它是以化学方式储存太阳能，也是以可再生形式储存在生物圈的碳，主要包括林业生物质、农业废弃物、水生植物、能源作物、城市有机垃圾和人、畜粪便等。据统计，世界每年生物质产量约1460亿吨，其中农村每年的生物质产量就有300亿吨，而生物质的利用却仅占世界能源消耗总量的14％，发达国家占3％，发展中国家占35％，是继石油、煤炭、天然气等化石能源之后，当今全球第四大能源。生物质能源是可再生能源的重要组成部分，有丰富的资源和低污染的特点，它的开发与利用已成为21世纪研究的重要课题。生物质是一种清洁的可再生能源，生物质热裂解技术是生物质利用的重要途径，生物质热解是利用热能打断大分子量有机物，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程，通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。由于生物质在热解的过程中会产生大量灰尘、焦油等，焦油是造成输气管道堵塞的主要成分，同时焦油也会影响燃气设备的运行，甚至损坏用气设备。现有技术中，生物质燃气的净化包括湿式、干式和催化裂解等方法。干式法净化一般采用玉米秸秆、玉米芯或过滤网，此种除焦方式除焦效果差、易堵塞。干式法净化在催化裂解过程中催化剂易失活，工业上难以长时间使用。现有技术中，生物质除焦系统在长时间工作时，由于焦油量大、冷凝内温度过低以及焦油粘性高会造成堵塞，同时后续利用水洗装置冲洗焦油会产生大量的废水，导致废水处理困难。

发明内容

本发明通过提供一种生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统，解决了现有技术中生物质燃气的除焦效果差、除焦装置及除焦系统易堵塞的技术问题，提高了生物质燃气的除焦效果，可防止除焦装置及除焦系统堵塞，以及避免在除焦系统中产生废水。

本发明提供了一种生物质燃气除焦装置，所述装置包括：自下而上依次设置的第一除焦室和第二除焦室，以及废液收集器、进气口、出气口和第一排液口，其中：

所述第一除焦室内设置有第一吸附填料；

所述第二除焦室内设置有第二吸附填料；

所述进气口设置在所述第一除焦室的下方；

所述出气口设置在所述第二除焦室的上方；

所述第一排液口设置在所述装置的底部；

所述废液收集器的集液口设置在所述第一除焦室和第二除焦室之间，能够完全接收所述第二除焦室排出的废液；所述废液收集器具有第二排液口，所述集液口收集的废液经第二排液口排出；所述第一除焦室的出气端和第二除焦室的进气端连通。

进一步地，所述装置还包括，至少一个气流通道，所述气流通道的一端连通至第一除焦室与集液口之间的装置侧壁上，所述气流通道的另一端连通至第二除焦室与集液口之间的装置侧壁上。

进一步地，所述废液收集器为漏斗结构，所述集液口为所述漏斗结构的大口，所述集液口边缘与所述装置的侧壁密封连接；所述第二排液口为所述漏斗结构的小口，其通过一根延长管连通至所述第一排液口。

进一步地，所述第一吸附填料及所述第二吸附填料为鹅卵石。

进一步地，还包括进气室，所述进气室位于所述第一除焦室与第一排液口之间，所述进气口开设在所述进气室上。

进一步地，还包括水封集焦箱，所述水封集焦箱位于所述装置底部，所述第一排液口插入所述水封集焦箱内部液体内。

本发明还提供了一种生物质综合利用系统，所述系统包括：生物质燃气除焦装置以及炭化炉、第一分离单元、碰撞分离器、冷凝单元、风机、第二分离单元、混合气罐、水封、干燥器及储气柜；

所述炭化炉通过所述第一分离单元与所述碰撞分离器连接；所述碰撞分离器通过所述冷凝单元与所述生物质燃气除焦装置连接；所述生物质燃气除焦装置通过所述风机与所述第二分离单元连接；所述第二分离单元通过所述混合气罐与所述水封连接；所述水封通过所述干燥器与所述储气柜连接。

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分离器连接。

进一步地，所述冷凝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分离器连接，尾端的所述冷凝器与所述生物质燃气除焦装置连接。

进一步地，所述生物质燃气除焦装置至少为一个；所述生物质燃气除焦装置之间串联连接，且首端的所述生物质燃气除焦装置与所述冷凝单元连接，尾端的所述生物质燃气除焦装置与所述风机连接。

进一步地，所述系统还包括：至少一个第一密封水箱及至少一个第二密封水箱；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。

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、本发明提供的生物质燃气除焦装置，分别通过第一吸附填料及第二吸附填料对燃气进行两次除焦，保证了除焦效果。第一吸附填料和第二吸附填料分开设置，不易堵塞除焦装置，便于在工业中长时间使用。本发明提供的生物质燃气除焦装置设置有废液收集器，废液收集器可将第二吸附填料吸附的焦油直接排出，防止第二吸附填料吸附的焦油落入第一吸附填料中，保证了第一吸附填料的除焦效果。

2、本发明提供的生物质燃气除焦装置设置有气流通道，气流通道可将废液收集器的集液口下侧的燃气通入第二除焦室，防止废液收集器的集液口阻碍燃气输送而影响除焦效果。

3、本发明提供的生物质燃气除焦装置，第一吸附填料及第二吸附填料为鹅卵石，鹅卵石保温效果好，可使焦油随燃气进入第一吸附填料和第二吸附填料后，粘结在鹅卵石上，保证了除焦效果。由于鹅卵石的表面较光滑，在重力作用下焦油凝结成液滴后，可快速排入水封集焦箱中，提高了除焦效率。

4、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为本发明一种生物质燃气除焦装置结构示意图；

图2为图1所示生物质燃气除焦装置的又一结构示意图；

图3为本发明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生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统，解决了现有技术中生物质燃气的除焦效果差、除焦装置及综合利用系统易堵塞的技术问题，提高了生物质燃气的除焦效果，防止除焦装置及综合利用系统堵塞，以及避免在综合利用系统中产生废水。

本发明提供了一种生物质燃气除焦装置，参见图1及图2，该装置包括：自下而上依次设置的第一除焦室11和第二除焦室13，以及废液收集器4、进气口7、出气口1和第一排液口9，其中：第一除焦室11内设置有第一吸附填料5；第二除焦室13内设置有第二吸附填料2；进气口7设置在第一除焦室11的下方；出气口1设置在第二除焦室13的上方；第一排液口9设置在装置的底部；废液收集器4的集液口设置在第一除焦室11和第二除焦室13之间，能够完全接收第二除焦室13排出的废液；废液收集器4具有第二排液口，集液口收集的废液经第二排液口排出；第一除焦室11的出气端和第二除焦室13的进气端连通。

该装置还包括至少一个气流通道12，气流通道12的一端连通至第一除焦室11与集液口之间的装置侧壁上，气流通道12的另一端连通至第二除焦室13与集液口之间的装置侧壁上。

废液收集器4为漏斗结构，集液口为漏斗结构的大口，集液口边缘与装置的侧壁密封连接；第二排液口为漏斗结构的小口，其通过一根延长管连通至第一排液口。

第一吸附填料5及第二吸附填料2为鹅卵石。

该装置还包括进气室10，进气室10位于第一除焦室11与第一排液口9之间，进气口7开设在进气室10上。

该装置还包括水封集焦箱8，水封集焦箱8位于装置底部，第一排液口9插入水封集焦箱内部液体内。

本发明还提供了一种生物质综合利用系统，参见图3，系统包括：生物质燃气除焦装置、炭化炉14、第一分离单元、碰撞分离器17、冷凝单元、风机22、第二分离单元、混合气罐24、水封25、干燥器26及储气柜27。炭化炉14通过第一分离单元与碰撞分离器17连接；碰撞分离器17通过冷凝单元与生物质燃气除焦装置连接；生物质燃气除焦装置通过风机22与第二分离单元连接；第二分离单元通过混合气罐24与水封25连接；水封25通过干燥器26与储气柜27连接。

第一分离单元包括至少一个旋风分离器；旋风分离器之间串联连接，且首端的旋风分离器与炭化炉14连接，尾端的旋风分离器与碰撞分离器17连接。

冷凝单元包括至少一个冷凝器；冷凝器之间串联连接，且首端的冷凝器与碰撞分离器17连接，尾端的冷凝器与生物质燃气除焦装置连接。

生物质燃气除焦装置至少为一个；生物质燃气除焦装置之间串联连接，且首端的生物质燃气除焦装置与冷凝单元连接，尾端的生物质燃气除焦装置与风机22连接。

该系统还包括：至少一个第一密封水箱及至少一个第二密封水箱；第一密封水箱与旋风分离器底部连接；第二密封水箱与冷凝器底部连接。

下面结合具体的实施例对本发明提供的生物质燃气除焦装置及生物质综合利用系统进行说明：

参见图1及图2，本发明实施例提供了一种生物质燃气除焦装置，该装置包括：进气室10、进气口7、第一排液口9、第一除焦室11、第二除焦室13、废液收集器4、气流通道12、出气口1及水封集焦箱8。进气口7开设在进气室10上，进气口7用于向进气室10通入生物质燃气。进气室10的出气端与第一除焦室11相接，生物质热解产生的燃气通过进气室10进入第一除焦室11。第一除焦室内设置有第一吸附填料5，第二除焦室内设置有第二吸附填料2，第一吸附填料5及第二吸附填料2为鹅卵石。第一除焦室11的出气端与第二除焦室13的进气端相接，出气口1设置在第二除焦室13上方，进入第一除焦室11的燃气通过第一吸附填料5进入第二除焦室13，第一吸附填料5对燃气进行初始除焦。进入第二除焦室13的燃气通过第二吸附填料2后从出气口1排出，第二吸附填料2对燃气进行二次除焦。第一排液口9设置在进气室10的底部，水封集焦箱8设置在进气室10的下方，第一排液口9插入水封集焦箱8内部液体内。本发明实施例中，进气室10的底部为球面形状，便于将进气室10收集的焦油汇集后排入水封集焦箱8。第一吸附填料5中粘结的焦油通过进气室10和第一排液口9进入水封集焦箱8。

参见图1及图2，进气室10与第一除焦室11之间通过第一隔板6分隔，第一除焦室11与第二除焦室13之间通过第二隔板3分隔。第一隔板6及第二隔板3上开设有通气孔。第一隔板6及第二隔板3上的通气孔的孔径为φ20-φ30，防止鹅卵石通过通气孔。

参见图1及图2，废液收集器4设计为漏斗结构，废液收集器4具有集液口及第二排液口，废液收集器4的集液口设置在第一除焦室11和第二除焦室13之间，能够完全接收第二除焦室13排出的废液。集液口为漏斗结构的大口，集液口边缘与装置的侧壁密封连接；第二排液口为漏斗结构的小口，其通过一根延长管连通至第一排液口9，集液口收集的废液经第二排液口排出至水封集焦箱8。废液收集器4可将第二吸附填料2吸附的焦油直接排入水封集焦箱8，防止第二吸附填料2吸附的焦油落入第一吸附填料5。参见图1及图2，气流通道12的一端连通至第一除焦室11与集液口之间的装置侧壁上，气流通道12的另一端连通至第二除焦室13与集液口之间的装置侧壁上。气流通道12将废液收集器4的集液口下侧的燃气通入第二吸附填料2，防止废液收集器4的集液口阻碍燃气输送而影响除焦效果。

下面对本发明实施例提供的生物质燃气除焦装置的工作原理进行介绍：参见图1及图2，生物质热解所产生的燃气通过进气口7进入进气室10，进气室10内的燃气穿过第一隔板6上的通气孔进入第一除焦室11。燃气与第一除焦室11内的鹅卵石接触，由于燃气的温度及粘性较高，且含有大量的水、焦油及醋液，焦油与第一除焦室11内的鹅卵石接触后，逐渐粘结在鹅卵石上。随着燃气不断穿过第一除焦室11内的鹅卵石，第一除焦室11内的鹅卵石的温度升高，同时第一除焦室11内的鹅卵石上的焦油附着量越来越大，加之鹅卵石的表面光滑，在重力作用下焦油凝结成液滴后滴落在进气室10的底部，焦油通过第一排液口9进入水封集焦箱8。若炭化结束，由于鹅卵石保温效果较好，不会立即冷却至常温，部分粘结在第一除焦室11内鹅卵石上的焦油仍可继续凝结成液滴流入水封集焦箱8内，可避免因焦油冷却速度过快或除焦材料过于粗糙造成粘结而导致焦油堵塞设备内部，减少了更换填料造成的工人劳动强度。经过第一除焦室11内鹅卵石净化后的燃气穿过第二隔板3上的通气孔进入第二除焦室13，燃气与第二除焦室13内的鹅卵石接触，对燃气进行第二次除焦，第二除焦室13内鹅卵石上粘结的焦油滴落在废液收集器4内，通过废液收集器4直接进入水封集焦箱8，防止第二除焦室13内鹅卵石上粘结的焦油落入第一除焦室11内的鹅卵石上，保证了第一除焦室11内鹅卵石的除焦效果。

参见图3，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、第一旋风分离器15、第二旋风分离器16、碰撞分离器17、第一冷凝器18、第二冷凝器19、第一生物质燃气除焦装置20、第二生物质燃气除焦装置21、风机22、第二分离单元(采用第三旋风分离器23)、混合气罐24、水封25、干燥器26及储气柜27。参见图3，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。碰撞分离器17与第二旋风分离器16连接，碰撞分离器17依次通过第一冷凝器18、第二冷凝器19与第一生物质燃气除焦装置20连接。参见图3，碰撞分离器17由筒体及涡轮风扇构成，碰撞分离器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。第一生物质燃气除焦装置20通过第二生物质燃气除焦装置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。参见图3，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。第一密封水箱与旋风分离器底部连接，第二密封水箱与冷凝器底部连接。第一密封水箱中的初始水位设置在旋风分离器底部排污管出口上方50～400mm，第二密封水箱中的初始水位设置在冷凝器底部排污管出口上方50～400mm，水封集焦箱8中的初始水位设置在第一排液口9上方50～400mm，以保证密封性。

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3，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生物质燃气除焦装置，至少具备以下有益效果：

一、本发明实施例提供的生物质燃气除焦装置，分别通过第一吸附填料及第二吸附填料对燃气进行两次除焦，保证了除焦效果。第一吸附填料和第二吸附填料分开设置，不易堵塞除焦装置，便于在工业中长时间使用。本发明实施例提供的生物质燃气除焦装置设置有废液收集器，废液收集器可将第二吸附填料吸附的焦油直接排出，防止第二吸附填料吸附的焦油落入第一吸附填料中，保证了第一吸附填料的除焦效果。

二、本发明实施例提供的生物质燃气除焦装置设置有气流通道，气流通道可将废液收集器的集液口下侧的燃气通入第二吸附填料，防止废液收集器的集液口阻碍燃气输送而影响除焦效果。

三、本发明实施例提供的生物质燃气除焦装置，第一吸附填料及第二吸附填料为鹅卵石，鹅卵石保温效果好，可使焦油随燃气进入第一吸附填料和第二吸附填料后，粘结在鹅卵石上，保证了除焦效果。由于鹅卵石的表面较光滑，在重力作用下焦油凝结成液滴后，可快速排入水封集焦箱中，提高了除焦效率。

四、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 (6)

1.一种生物质燃气除焦装置，其特征在于，所述装置包括：自下而上依次设置的第一除焦室和第二除焦室，以及废液收集器、进气口、出气口、第一排液口和至少一个气流通道，其中：

所述第一除焦室内设置有第一吸附填料；

所述第二除焦室内设置有第二吸附填料；

所述进气口设置在所述第一除焦室的下方；

所述出气口设置在所述第二除焦室的上方；

所述第一排液口设置在所述装置的底部；

所述废液收集器的集液口设置在所述第一除焦室和第二除焦室之间，能够完全接收所述第二除焦室排出的废液；所述废液收集器具有第二排液口，所述集液口收集的废液经第二排液口排出；

所述第一除焦室的出气端和第二除焦室的进气端连通；

所述气流通道的一端连通至第一除焦室与集液口之间的装置侧壁上，所述气流通道的另一端连通至第二除焦室与集液口之间的装置侧壁上；

所述废液收集器为漏斗结构，所述集液口为所述漏斗结构的大口，所述集液口边缘与所述装置的侧壁密封连接；所述第二排液口为所述漏斗结构的小口，其通过一根延长管连通至所述第一排液口。

2.如权利要求1所述的生物质燃气除焦装置，其特征在于，所述第一吸附填料及所述第二吸附填料为鹅卵石。

3.根据权利要求1所述的生物质燃气除焦装置，其特征在于，还包括进气室，所述进气室位于所述第一除焦室与第一排液口之间，所述进气口开设在所述进气室上。

4.根据权利要求1所述的生物质燃气除焦装置，其特征在于，还包括水封集焦箱，所述水封集焦箱位于所述装置底部，所述第一排液口插入所述水封集焦箱内部液体内。

5.一种生物质综合利用系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求1-4任一项所述的生物质燃气除焦装置以及炭化炉、第一分离单元、碰撞分离器、冷凝单元、风机、第二分离单元、混合气罐、水封、干燥器及储气柜；

所述炭化炉通过所述第一分离单元与所述碰撞分离器连接；所述碰撞分离器通过所述冷凝单元与所述生物质燃气除焦装置连接；所述生物质燃气除焦装置通过所述风机与所述第二分离单元连接；所述第二分离单元通过所述混合气罐与所述水封连接；所述水封通过所述干燥器与所述储气柜连接；

其中，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分离器连接；

所述冷凝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分离器连接，尾端的所述冷凝器与所述生物质燃气除焦装置连接。

6.如权利要求5所述的生物质综合利用系统，其特征在于，所述生物质燃气除焦装置至少为一个；所述生物质燃气除焦装置之间串联连接，且首端的所述生物质燃气除焦装置与所述冷凝单元连接，尾端的所述生物质燃气除焦装置与所述风机连接。