CN106590714A - 一种秸秆气化综合利用工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种秸秆气化综合利用工艺及设备,秸秆气化综合利用工艺方法包括秸秆预处理、秸秆进料、低温热解、高温裂解、余热利用、发电和制肥及还田等过程,秸秆气化综合利用设备包括依次连接的原料仓储转运系统、预处理系统、粉碎机、中间仓储室、进料系统、热解炉、降尘装置、裂解炉、余热利用系统、洗净设备、除湿设备和发电系统。本发明最大化的利用了高温燃气的显热,减少了系统对外部能源的需求,还能将秸秆所含的能量转化为电能,热解效果好、能耗减少,将有害物质裂解,实现了气体的热净,保证了秸秆气化发电工艺运行的稳定性,同时产生的秸秆热解碳用于炭基肥料的生产,最终实现卫生还田的目的,并且本发明中的设备可连续工作。

Description

一种秸秆气化综合利用工艺及设备
技术领域
本发明属于秸秆气化处理技术领域,具体涉及一种秸秆气化综合利用工艺及设备。
背景技术
随着人们对煤炭资源有限性和燃煤对环境污染的认识越来越高,开发利用农林和人类生活生物质废弃物如秸秆等气化做饭、取暖、烤烟、发电等工作,既节省了地下资源又优化了环境。秸秆气化是指秸秆原料在高温下部分氧化的转化过程,该过程直接向秸秆通气化剂,秸秆在缺氧的条件下转变为小分子可燃气体,所用的气化剂不同,得到的气体燃气也不同。目前,应用最广的是用空气作为气化剂,由于气化剂中含78%的氮气,产生的气体热值仅仅接近0.5J/m3
随着秸秆气化技术的深入发展,秸秆燃气虽然悄然进入千家万户,但气化后的燃气热值的缺陷暴露的越来越明显,而且燃气焦油含量大,对输气管道和发电机带来了潜在性的堵塞隐患。人们采用反应釜、立窑等固定装置对秸秆进行热解,秸秆原料经过热解,使其中的碳、氢元素转化成氢气、甲烷、一氧化碳等可燃气体,热值可达到15J/m3,对热解后的燃气再进行洗涤,燃气不但热值高而且气质纯净,并且能带来两种高附加值产品:秸秆燃气和秸秆热解炭。然而,目前的单体反应釜、轮窑等固定热解装置都是从热解室顶部投料、底部出炭、热解室内的秸秆原料只能从上而下跌落式的进行热化学反应,秸秆原料含水量和颗粒度稍有差异,由于不流动,燃料必然在热解室内受热后团聚结块影响秸秆原料的热解效果,而且现有的固定式热解装置仅能满足间歇性的生产,不能在进出料的同时连续生产。同时,目前的热解工艺只是获取秸秆热解炭,产生的秸秆热解气作为低级能源用于燃烧。因此,市场需要一种将秸秆原料制造成高级能源的工艺,将秸秆热解炭加以合理利用的现代化工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种将秸秆气化、可用于发电、还田且能量利用率高的秸秆气化综合利用工艺及设备来满足市场需求,以解决现有秸秆气化处理技术能耗高、环境污染严重、不能合理还田等问题。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种秸秆气化综合利用工艺,包括以下步骤:
a.秸秆预处理:检测秸秆原料的含水量,将含水量≤30%的秸秆原料送入粉碎机粉碎成秸秆长度<150mm的条状,将含水量>30%的秸秆原料经烘干处理至含水量≤30%后再进行粉碎;
b.秸秆进料:将步骤a中粉碎后的秸秆经输送系统输送至中间仓储室内暂存,再经过进料系统送入热解炉中;
c.低温热解:将步骤b中的秸秆在与空气隔绝、温度为450℃-600℃的热解炉中进行热解,热解产生秸秆燃气和热解炭;
d.高温裂解:将步骤c中的秸秆燃气在裂解温度≥1000℃的裂解炉中进行裂解;
e.余热利用:通过余热利用系统置换步骤c和步骤d中秸秆燃气的热量,用于提供步骤b和步骤c中所需的热能,秸秆燃气热量经置换后温度降至180℃-220℃;
f.发电:将步骤e中余热利用后的秸秆燃气经净化降温至30℃-40℃,再进行除湿后通入发电系统中进行发电。
g.制肥及还田:将步骤c中热解产生的热解炭从热解炉的出料系统输出降温至40℃-60℃,再输运至炭基肥加工系统中用于生产炭基肥料,炭基肥料施于农田。
进一步地,在高温裂解过程中,秸秆燃气的停留时间至少为3s。
进一步地,高温裂解过程中所用的催化剂为炭基催化剂。
一种秸秆气化综合利用设备,包括依次连接的原料仓储转运系统、预处理系统、粉碎机、中间仓储室、进料系统、热解炉、降尘装置、裂解炉、余热利用系统、洗净设备、除湿设备和发电系统;热解炉顶部设有热烟气发生器,热烟气循环管A一端连接余热利用系统进气口,另一端连接热解炉出气口,热烟气循环管B一端连接余热利用系统出气口,另一端连接热烟气发生器;热解炉底部设有出料系统,出料系统与炭基肥加工系统连接。
进一步地,热解炉倾斜放置,且其与驱动装置连接,热解炉倾斜为腔内秸秆自然跌落提供了矢量方向;驱动装置为筒内秸秆翻腾受热提供了条件。
进一步地,裂解炉后端安装有2个换热器,其中一个是为秸秆燃气降温,同时利用秸秆燃气的显热,另一个是为裂解炉提供热风。
进一步地,洗净设备包括依次连接的喷淋塔、沉淀池、冷却塔、净化池,喷淋塔、沉淀池、冷却塔、净化池为秸秆燃气净化降温提供循环水。
进一步地,除湿设备包括气水分离器和引风机,气水分离器将燃气中的水落入沉淀池;引风机负压抽取秸秆生成的燃气,正压输出燃气。
进一步地,热解炉、热烟气发生器、出料系统、裂解炉和余热利用系统上均安装有温度传感器和压力传感器,并与DCS控制系统连接,方便个设备数据的观测及控制。
进一步地,发电系统通过燃气管道与热烟气发生器连通,发电系统上连接有烟囱。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.工艺设计合理:不仅保证秸秆气化发电工艺运行的稳定性,而且同时产生的秸秆热解碳用于炭基肥料的生产,最终实现卫生还田的目的,相比于秸秆焚烧还田和秸秆直接还田,具有无危险、无害化、对环境友好、无微生物大量繁殖风险等特点;
2.热解效果好、能耗低:通过检测限定热解前的秸秆含水量,使秸秆热解完全、热解效果好、能耗减少;
3.实现气体的热净:裂解过程是在缺氧、高温条件下进行的,使二噁英、焦油等有害物质产生量最小化,并经一定时间的高温条件,使上述有害物质被裂解,实现了气体的热净;
4.能源利用率高:本发明的换热方式最大化的利用了高温燃气的显热,减少了系统对外部能源的需求,还能将秸秆所含的能量转化为电能。
附图说明
图1为秸秆气化综合利用工艺的流程示意图;
图2为秸秆气化综合利用设备的结构示意图。
图中,1、原料仓储转运系统;2、预处理系统;3、粉碎机;4、中间仓储室;5、进料系统;6、热解炉;7、热烟气发生器;8、降尘装置;9、出料系统;10、裂解炉;11、催化剂添加入口;12、余热利用系统;13、风机;14、洗净设备;15、除湿设备;16、发电系统;17、烟囱;18、热烟气循环管A;19、热烟气循环管B;20、管道;21、炭基肥加工系统;22、燃气管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示,一种秸秆气化综合利用工艺包括如下步骤:
a.秸秆预处理:将秸秆原料经捆包形式运抵后,检测其含水量,将含水量≤30%的秸秆原料通过解包机解包,随后送入粉碎机粉碎,粉碎后的秸秆长度<150mm的条状,将含水量>30%的秸秆原料经烘干处理至含水量≤30%后再进行粉碎,粉碎成秸秆长度<150mm的条状;
b.秸秆进料:将步骤a中粉碎后的秸秆经输送系统输送至中间储仓内暂存,再经过气密的进料系统送入热解炉中,在秸秆原料被送入热解炉的同时,尽可能的减少空气进入量,使后续的热解步骤在隔绝空气的情况下进行;
c.低温热解:将步骤b中的秸秆在空气隔绝、温度为450℃-600℃的条件下进行热解,热解产生秸秆燃气和热解炭;
d.高温裂解:将步骤c中的秸秆燃气在裂解温度≥1000℃的高温条件下实现热净化,将秸秆燃气中有害物质长链分子打开,去除其中的有害成分,秸秆燃气在此过程中的停留时间至少为3秒,有效的将有害物质裂解,实现了气体的热净,此过程优选为在缺氧条件下进行,或是在缺氧及催化剂条件下进行,催化剂为炭基催化剂,裂解后的裂解气温度约为900℃;
e.余热利用:通过换热装置置换步骤c和步骤d中秸秆燃气的预热,用于提供步骤b和步骤c中所需的热能,余热利用后的秸秆燃气温度约为200℃,秸秆燃气热量经置换后温度降至180℃-220℃;
f.发电:将步骤e中余热利用后的秸秆燃气经降温至30℃-40℃,再进行除湿成为发电的清洁燃气,最后通入内燃机发电。
g.制肥及还田:将步骤c中热解后产生的热解炭经气密的出料系统送出后,降温至40℃-60℃,再作为后续生产炭基肥料的原料,并辅以其他辅料用于生产炭基肥料。将以热解炭为原料的炭基肥料施于农田,达到还田的目的,可以促进农作物的生产。
如图2所示,秸秆气化综合利用设备包括依次连接的原料仓储转运系统1、预处理系统2、粉碎机3、中间仓储室4、进料系统5、热解炉6、降尘装置8、裂解炉10、余热利用系统12、洗净设备14、除湿设备15和发电系统16;进料系统5为气密的进料系统,在将秸秆原料送入热解炉的同时,可以隔绝外部空气进入热解炉6中;热解炉6上方设有热烟气发生器7,热烟气循环管A18的一端连接热解炉6出气口,另一端连接余热利用系统12进气口,热烟气循环管B19的一端连接热烟气发生器7,另一端连接余热利用系统12出气口,余热利用系统12的顶部设有风机13,风机13将余热利用系统12中的气体送入热解炉内用来加热;热解炉6底部设密闭出料系统9,用于输出热解炉热解生产的热解炭,出料系统9连接炭基肥加工系统21;裂解炉10顶部设有催化剂添加入口11;发电系统16通过燃气管道22与热烟气发生器7连通,发电系统16上连接有烟囱17;洗净设备14通过管道与燃气管道22连通。
热解炉6倾斜放置,与地面的夹角为2°-7°,热解炉采用间接加热方式且其与空气隔绝,热解炉6在驱动装置的带动下进行轴向旋转,秸秆在热解炉内颠簸流动,秸秆不团聚结块,物料受热均匀、从高到低螺旋翻转位移,热化学反应充分,热效率高,秸秆逐渐被无氧气化,因为没有氧气和明火,产生的秸秆炭不会在高温下燃烧成灰,秸秆燃气不会燃烧,从而产生秸秆燃气和秸秆炭。
本发明的秸秆气化综合利用工艺原理如下:
首先将原料仓储转运系统1中的秸秆原料经预处理系统2及粉碎机3处理成秸秆长度<150mm的条状,送入中间仓储室4,随后,秸秆经气密的秸秆进料系统5被缓慢送入热解炉6中,在450℃-600℃的温度下进行低温热解,秸秆原料在热解炉6中被热解成两种物质:热解燃气和热解炭,秸秆被热解炉处理后,体积大大减少,热解炭从热解炉6的密闭的出料系统9输出至炭基肥加工系统21,热解炭在输送时经降温处理设备处理温度从500℃左右降至50℃左右,热解炭经炭基肥加工系统21加工成炭基肥料,用于后续的还田。热解燃气经过降尘装置8把气体里的粉尘去除后,进入后续的裂解炉10中,从裂解炉10的催化剂添加入口11添加催化剂,催化剂可选择炭基催化剂,并在裂解炉内的温度维持在1000℃以上进行裂解,燃气中所含的二噁英、焦油等有害物质在催化剂表面发生深度裂解,生成小分子的碳氢化合物,并且与水和二氧化碳发生重整反应。
从裂解炉10出来的裂解气温度约为900℃,裂解气进入余热利用系统12内,最大化利用高温燃气的显热,在降低燃气自身温度的同时,加热热解炉6所需的热烟气并供热解炉6内的秸秆热解所用,减少了系统所需的能源耗用量,同时提供部分余热空气供裂解炉使用。通过余热利用系统后的燃气温度降至约200℃时进行气体净化系统的洗净设备14进行净化,去除裂解气中的尘粒,成为干净的燃气,此时,清洁燃气的温度降至约35℃,随后清洁燃气进入除湿设备15中进行气水分离,取出纯净裂解气的水滴,降低燃气的湿度后送入后续的发电系统16的内燃机中进行发电,发电过程中产生的尾气从烟囱17排出。
在上述工艺中,热解炉启动时,先使用外部能源供能,热解炉正常运行时,其所需热烟气来源于:自身使用过的热烟气从热解炉6内经热烟气循环管A18送入余热利用系统12中,利用燃气的显热加热热烟气,随后热烟气被加热后经热烟气循环管B19输送至热烟气发生器7中,燃烧部分经由燃气管道22输送的少量燃气再次加热热烟气至所需的温度后,热烟气被送入热解炉6用于后续秸秆的热解。裂解炉10通过管道20与热烟气循环管B连通,同样可以利用余热利用系统12中燃气的显热,减少外部的能量输入,达到节能的目的。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或多种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种秸秆气化综合利用工艺,其特征在于,包括以下步骤:
a.秸秆预处理:检测秸秆原料的含水量,将含水量≤30%的秸秆原料送入粉碎机粉碎成秸秆长度<150mm的条状,将含水量>30%的秸秆原料经烘干处理至含水量≤30%后再进行粉碎;
b.秸秆进料:将步骤a中粉碎后的秸秆经输送系统输送至中间仓储室内暂存,再经过进料系统送入热解炉中;
c.低温热解:将步骤b中的秸秆在与空气隔绝、温度为450℃-600℃的热解炉中进行热解,热解产生秸秆燃气和热解炭;
d.高温裂解:将步骤c中的秸秆燃气在裂解温度≥1000℃的裂解炉中进行裂解;
e.余热利用:通过余热利用系统置换步骤c和步骤d中秸秆燃气的热量,用于提供步骤b和步骤c中所需的热能,秸秆燃气热量经置换后温度降至180℃-220℃;
f.发电:将步骤e中余热利用后的秸秆燃气经净化降温至30℃-40℃,再进行除湿后通入发电系统中进行发电。
g.制肥及还田:将步骤c中热解产生的热解炭从热解炉的出料系统输出降温至40℃-60℃,再输运至炭基肥加工系统中用于生产炭基肥料,炭基肥料施于农田。
2.根据权利要求1所述的秸秆气化综合利用工艺,其特征在于,在高温裂解过程中,秸秆燃气的停留时间至少为3s。
3.根据权利要求1所述的秸秆气化综合利用工艺,其特征在于,高温裂解过程中所用的催化剂为炭基催化剂。
4.一种秸秆气化综合利用设备,其特征在于,该设备包括依次连接的原料仓储转运系统(1)、预处理系统(2)、粉碎机(3)、中间仓储室(4)、进料系统(5)、热解炉(6)、降尘装置(8)、裂解炉(10)、余热利用系统(12)、洗净设备(14)、除湿设备(15)和发电系统(16);热解炉顶部设有热烟气发生器(7),热烟气循环管A(18)一端连接热解炉出气口,另一端连接余热利用系统进气口,热烟气循环管B(19)一端连接热烟气发生器,另一端连接余热利用系统出气口;热解炉底部设有出料系统(9),出料系统与炭基肥加工系统(21)连接。
5.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,热解炉倾斜放置,其与驱动装置连接。
6.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,裂解炉后端安装有2个换热器。
7.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,洗净设备包括依次连接的喷淋塔、沉淀池、冷却塔、净化池。
8.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,除湿设备包括气水分离器和引风机。
9.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,热解炉、热烟气发生器、出料系统、裂解炉和余热利用系统(12)上均安装有温度传感器和压力传感器,并与DCS控制系统连接。
10.根据权利要求4所述的秸秆气化综合利用设备,其特征在于,发电系统通过燃气管道(22)与热烟气发生器连通,发电系统上连接有烟囱(17)。
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