CN106753505B - 一种倾斜式生物质热裂解反应装置 - Google Patents

一种倾斜式生物质热裂解反应装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种倾斜式生物质热裂解反应装置包括倾斜式裂解炉，生物灰储罐，斗式提升机，填料进料装置。本发明生物质裂解炉采用倾斜式，可将生物质原料与热载体较好的混合在一起，增加物料相互之间的接触时间和热解停留时间，提高热解效率；生物灰储罐内部设有筛网，可对热解固态产物和热载体进行有效分离；本发明有效降低螺旋进料器出口物料的温度，防止生物质原料在出口端受热解聚积碳而堵塞管道。传热效果好，生物质热裂解效率高，且可有效避免过度裂解的进行，热载体与生物质气、灰易于分离。

Description

一种倾斜式生物质热裂解反应装置
技术领域
本发明属于生物质热解制取液体燃料领域，尤其涉及一种倾斜式生物质热裂解反应装置。
背景技术
能源是现代社会赖以生存和发展的基础，清洁燃料的供给能力关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。生物质是可再生能源中唯一可以转化为液体燃料的碳资源，可从规模上弥补石油资源的短缺。利用生物质制取液体燃料，不仅可以减轻对化石能源的依赖，而且能源降低大气污染和温室气体的排放。
生物质能的利用方式多种多样，其中生物质热解液化是制取液体燃料的主要方式之一，是指生物质在400-600 oC条件下经过快速加热生成生物质气、生物质油和生物质碳等产物。为了改善生物质热解产物品质，提高生物质热解效率，目前已开发出了多种热解反应器，包括移动床反应器、固定床反应器、旋转锥反应器、流化床反应器等。但是，现有的生物质热解技术存在生物质原料与热载体混合接触不均匀，造成热解传递速率较低，热解效率差以及生物质热解产物蒸汽与焦炭、灰分分离困难等问题，难以实现生物质资源的高品质利用。因此，高效、低成本的生物质热解技术的开发是实现高品质生物质燃气、油、碳多联产的关键。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种能够有效增强生物质原料与热载体之间的混合效果，增加两者相互之间的停留时间以提高生物质热裂解的效率，以及热解蒸汽与热载体和灰分快速分离的倾斜式生物质热裂解反应装置。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种倾斜式生物质热裂解反应装置，包括倾斜式裂解炉，生物灰储罐，斗式提升机填料进料装置；
所述倾斜式裂解炉为圆筒状，包括内层热解炉管道和外层陶瓷保温层，所述内层热解炉管道和外层陶瓷保温层之间设置有加热通道；所述热解炉管道顶端封闭、上端设置有热解炉出口；所述陶瓷保温层）下端设置有与加热通道相通的烟气进口，陶瓷保温层上端设置有与加热通道相通的烟气出口；
作为优选项：所述生物灰储罐顶端与热解炉管道底端连通；生物灰储罐一侧设置有物料出口，与物料出口相对一侧的下部设有排灰口；
作为优选项：所述斗式提升机包括的下端进料口与生物灰储罐的物料出口密封式相连；
作为优选项：所述填料进样装置包括生物质进料器和热载体进料器；所述生物质进料器和热载体进料器的出料端汇合，形成填料进样装置的出料口，所述填料进样装置的出料口与热解炉管道上端连通；
作为优选项：所述斗式提升机采用链条衔接斗仓传输热解物料，其下端进料口与生物灰储罐物料出口相连，上端出料口通过管道与热载体进料器连通，上述斗式提升机的结构为现有技术，不做过多说明。
作为优选项：所述倾斜式裂解炉上设置有测量加热通道温度的温度计，所述倾斜式裂解炉与水平面倾斜角度范围为60-80 o。
作为优选项：所述热解炉管道的内管径为80-100 mm。
作为优选项：所述陶瓷保温层内壁上均匀分布有隔断片；所述隔断片高度小于加热通道宽度。
作为优选项：所述生物灰储罐内部设置有向物料出口方向倾斜的筛网，所述筛网边缘与生物灰储罐内侧面完全相连，倾斜角度为45 o，且筛网与生物灰储罐物料出口一侧的连接位置与物料出口的下端持平；所述筛网孔径为0.3-0.5 mm。
作为优选项：所述斗式提升机与水平面呈垂直状态，所述斗式提升机在密封状态下运行；所述斗式提升机承受温度为500oC。
作为优选项：所述生物质进料器包括串联的一级螺旋进料器和二级螺旋进料器；所述一级螺旋进料器一端上方设有一级螺旋进料器进口，另一端下方设置有一级螺旋进料器出口；所述二级螺旋进料器一端上方设有二级螺旋进料器进口，另一端下方设置有二级螺旋进料器出口；所述一级螺旋进料器和二级螺旋进料器上进料端分别设置有一级螺旋进料器变调器、二级螺旋进料器变调器；所述一级螺旋进料器通过一级螺旋进料器出口与二级螺旋进料器进口连通。
作为优选项： 所述热载体进料器为密封漏斗状，漏斗顶端设置有热载体进料器入口；所述漏斗上设置有透视镜；漏斗结构下端为直管；所述生物质进料器通过二级螺旋进料器出口与漏斗下端的直管连通；所述热载体进料器通过直管与热解炉管道上端连通。
作为优选项：所述在二级螺旋进料器与热载体进料器相连的直管上方设有翻转式阀门。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明的生物质裂解炉采用倾斜式，可将生物质原料与热载体较好的混合在一起，增加物料相互之间的接触时间和热解停留时间，提高热解效率；
（2）生物灰储罐内部设有筛网，可对热解固态产物和热载体进行有效分离；
（3）由一级螺旋进料器和二级螺旋进料器组合而成的复式螺旋进料器可调节生物质原料的进料速率，有效抑制生物质原料在传输过程中的“搭桥”，提高生物质原料的进料效率；
（4）二级螺旋进料器出口与热载体进料器下端直管相连，可避免螺旋进料器与裂解炉直接相连，有效降低螺旋进料器出口物料的温度，防止生物质原料在出口端受热解聚积碳而堵塞管道。
附图说明
图1是本发明倾斜式生物质热裂解反应装置；
其中，1、一级螺旋进料器进口，2、一级螺旋进料器变调器，3、一级螺旋进料器，4、一级螺旋进料器出口，5、二级螺旋进料器进口，6、二级螺旋进料器变调器，7、二级螺旋进料器，8、二级螺旋进料器出口，9、热载体进料器，10、热载体进料器入口，11、透视镜，12、翻转式阀门，13、倾斜式裂解炉，14、热解炉内层，15、热解炉出口，16、加热通道，17、隔断片，18、温度计，19、陶瓷保温层，20、烟气进口，21、烟气出口，22、热解炉出口，23、生物灰储罐，24、筛网，25、排灰口，26、物料出口，27、斗式提升机，28、斗式提升机进料口，29、斗仓，30、斗式提升机出料口，31、链条，32、填料进料装置。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
一种倾斜式生物质热裂解反应装置，包括倾斜式裂解炉13，生物灰储罐23，斗式提升机27，填料进料装置32；
所述倾斜式裂解炉13为圆筒状，包括内层热解炉管道14和外层陶瓷保温层19，所述内层热解炉管道14和外层陶瓷保温层19之间设置有加热通道16；所述热解炉管道14顶端封闭、上端设置有热解炉出口15；所述陶瓷保温层19下端设置有与加热通道16相通的烟气进口20，陶瓷保温层19上端设置有与加热通道16相通的烟气出口21；
作为优选项：所述生物灰储罐23顶端与热解炉管道14底端连通；生物灰储罐23一侧设置有物料出口26，与物料出口26相对一侧的下部设有排灰口25；
本发明中斗式提升机27的下端进料口28与生物灰储罐23的物料出口26密封式相连；本发明中斗式提升机27为现有技术，不做另外说明。
本发明中填料进样装置32包括生物质进料器和热载体进料器9；所述生物质进料器和热载体进料器9的出料端汇合，形成填料进样装置32的出料口，所述填料进样装置32的出料口与热解炉管道14上端连通；
本发明中斗式提升机27的上端出料口30通过管道与热载体进料器9连通。
本发明中倾斜式裂解炉13上设置有测量加热通道16温度的温度计18，所述倾斜式裂解炉13与水平面倾斜角度范围为60 - 80 o。
本发明中热解炉管道14的内管径为80 - 100 mm。
本发明中陶瓷保温层19内壁上均匀分布有隔断片17；所述隔断片17高度小于加热通道16宽度。
本发明中生物灰储罐23内部设置有向物料出口26方向倾斜的筛网24，所述筛网24边缘与生物灰储罐23内侧面完全相连，倾斜角度为45 o，且筛网24与生物灰储罐23物料出口26一侧的连接位置与物料出口26的下端持平；所述筛网孔径为0.3-0.5 mm。
本发明中斗式提升机27与水平面呈垂直状态，所述斗式提升机27在密封状态下运行；所述斗式提升机27承受温度为500 oC。
作为优选项：所述生物质进料器包括串联的一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7；所述一级螺旋进料器3一端上方设有一级螺旋进料器进口1，另一端下方设置有一级螺旋进料器出口4；所述二级螺旋进料器7一端上方设有二级螺旋进料器进口5，另一端下方设置有二级螺旋进料器出口8；所述一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7上进料端分别设置有一级螺旋进料器变调器2、二级螺旋进料器变调器6；所述一级螺旋进料器3通过一级螺旋进料器出口4与二级螺旋进料器进口5连通。
本发明中热载体进料器9为密封漏斗状，漏斗顶端设置有热载体进料器入口10；所述漏斗上设置有透视镜11；漏斗结构下端为直管；所述生物质进料器通过二级螺旋进料器出口8与漏斗下端的直管连通；所述热载体进料器9通过直管与热解炉管道14上端连通。
本发明中在二级螺旋进料器7与热载体进料器9相连的直管上方设有翻转式阀门12。
本发明中所述的热载体为陶瓷球，粒径为1-3mm。
本实施例中，如图1所示，一种倾斜式生物质热裂解反应装置，由倾斜式裂解炉13，生物灰储罐23，斗式提升机27，填料进料装置32等四部分组成；填料进料装置32包括一级螺旋进料器3，二级螺旋进料器7和热载体进料器9，一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7结合而成复式螺旋进料器，由一级螺旋进料器变调器2和二级螺旋进料器变调器6分别调节生物质原料在两级螺旋进料器中的速率，一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7采用串联形式进行连接，二级螺旋进料器出口8与热载体进料器9垂直相连。热载体进料器9为圆柱形漏斗结构，其下端直管出口与倾斜式裂解炉13上端相连。倾斜式裂解炉13为圆筒形直管结构，其出口22连接有生物灰储罐23。生物灰储罐23为长方体结构，一端侧面物料出口26与斗式提升机进料口28相连，另一端侧面底部设有出灰口25。斗式提升机27采用链条31衔接斗仓29方式传输热解物料，在斗式提升机27下端设有进料口28与生物灰储罐侧面相连，上端出料口30通过直通管道连接有填料进料装置32。
所述的复式螺旋进料器采用一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7复合而成，一级螺旋进料器一边上端设有进口1，另一边下端出口4与二级螺旋进料器进口5相连。
所述的热载体进料器9为圆柱形漏斗结构，在其上端设置有热载体进料器入口10，中部设置有透视镜11。热载体进料器下端为直管形状，在二级螺旋进料器7与热载体进料器9相连接的直管上方设有翻转式阀门12，采用变频调节器控制热载体进入裂解炉的速率。
所述的倾斜式热解炉13为三层结构，最里层为裂解炉内层14，该内层为直通管道，管径为80 - 100 mm，在裂解炉内层14上端设置有热解炉出口15；倾斜式热解炉中间层为加热通道16，该通道为圆筒形，在其下端设置有烟气入口20，上端设置有烟气出口21，在加热通道16内均匀分布有隔断片17，增加烟气停留时间，加热通道外壁采用陶瓷保温层19进行保温，加热通道设置有温度计18进行测温。
所述的倾斜式裂解炉与水平面倾斜角度范围为60 - 80 o。
所述的生物灰储罐23为长方体形状，在其内部装有一层筛网24，筛网与生物灰长方体储罐四个侧面相连，采用倾斜方式填装，倾斜角度为45 o，筛网孔径为0.3-0.5 mm。
所述的斗式提升机27与水平面呈垂直状态放置，其下端进料口28与生物灰储罐侧面物料出口26相连，连通管道保持密封状态，斗式提升机承受温度为500 oC。
本发明装置的使用方法：
（1）陶瓷球热载体通过热载体进料器入口10装填在热载体进料器9中，通过热载体进料器9上的透视镜11观察陶瓷球热载体装填的位置；
（2）干式生物质原料通过一级螺旋进料器进口1装填在一级螺旋进料器3中；
（3）倾斜式裂解炉下端的烟气入口20与燃烧器相连，通过燃烧器产生烟气对裂解炉进行加热，烟气通过裂解炉烟气入口20进入裂解炉13中，从裂解炉烟气出口21排出，加热通道16中的隔断片17可增加烟气在通道中的停留时间；
（4）打开热载体进料器下端的翻转式阀门12，通过变频调节器控制陶瓷球进入裂解炉中的速率；
（5）打开斗式提升机27开关，使陶瓷球在集成系统中进行循环流动；
（6）当裂解炉13中温度达到指定温度（300-500 oC）后，打开一级螺旋进料器3和二级螺旋进料器7开关，使生物质原料通过螺旋进料器进入到裂解炉13中，通过一级螺旋进料器变调器2和二级螺旋进料器变调器6调节生物质原料进入的速率；
（7）生物质热解产物中蒸汽状产物通过热解炉出口15排出，固态产物在生物灰储罐23中进行分离。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：包括倾斜式裂解炉（13），生物灰储罐（23），斗式提升机（27），填料进料装置（32）；
所述倾斜式裂解炉（13）为圆筒状，包括内层热解炉管道（14）和外层陶瓷保温层（19），所述内层热解炉管道（14）和外层陶瓷保温层（19）之间设置有加热通道（16）；所述热解炉管道（14）顶端封闭、上端设置有热解炉出口（15）；所述陶瓷保温层（19）下端设置有与加热通道（16）相通的烟气进口（20），陶瓷保温层（19）上端设置有与加热通道（16）相通的烟气出口（21）；
所述生物灰储罐（23）顶端与热解炉管道（14）底端连通；生物灰储罐（23）一侧设置有物料出口（26），与物料出口（26）相对一侧的下部设有排灰口（25）；
所述斗式提升机（27）的下端进料口（28）与生物灰储罐（23）的物料出口（26）密封式相连；
所述填料进样装置（32）包括生物质进料器和热载体进料器（9）；所述生物质进料器和热载体进料器（9）的出料端汇合，形成填料进样装置（32）的出料口，所述填料进样装置（32）的出料口与热解炉管道（14）上端连通；
所述斗式提升机（27）的上端出料口（30）通过管道与热载体进料器（9）连通；
所述生物质进料器包括串联的一级螺旋进料器（3）和二级螺旋进料器（7）；所述一级螺旋进料器（3）一端上方设有一级螺旋进料器进口（1），另一端下方设置有一级螺旋进料器出口（4）；所述二级螺旋进料器（7）一端上方设有二级螺旋进料器进口（5），另一端下方设置有二级螺旋进料器出口（8）；所述一级螺旋进料器（3）和二级螺旋进料器（7）上进料端分别设置有一级螺旋进料器变调器（2）、二级螺旋进料器变调器（6）；所述一级螺旋进料器（3）通过一级螺旋进料器出口（4）与二级螺旋进料器进口（5）连通；
所述热载体进料器（9）为密封漏斗状，漏斗顶端设置有热载体进料器入口（10）；所述漏斗上设置有透视镜（11）；漏斗结构下端为直管；所述生物质进料器通过二级螺旋进料器出口（8）与漏斗下端的直管连通；所述热载体进料器（9）通过直管与热解炉管道（14）上端连通。
2.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：所述倾斜式裂解炉（13）上设置有测量加热通道（16）温度的温度计（18），所述倾斜式裂解炉（13）与水平面倾斜角度范围为60 - 80 o。
3.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：所述热解炉管道（14）的内管径为80 - 100 mm。
4.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：所述陶瓷保温层（19）内壁上均匀分布有隔断片（17）；所述隔断片（17）高度小于加热通道（16）宽度。
5.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：所述生物灰储罐（23）内部设置有向物料出口（26）方向倾斜的筛网（24），所述筛网（24）边缘与生物灰储罐（23）内侧面完全相连，倾斜角度为45 o，且筛网（24）与生物灰储罐（23）物料出口（26）一侧的连接位置与物料出口（26）的下端持平；所述筛网孔径为0.3-0.5 mm。
6.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：所述斗式提升机（27）与水平面呈垂直状态，所述斗式提升机（27）在密封状态下运行；所述斗式提升机（27）承受温度为500 oC。
7.根据权利要求1所述的倾斜式生物质热裂解反应装置，其特征在于：在二级螺旋进料器（7）与热载体进料器（9）相连的直管上方设有翻转式阀门（12）。
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