CN107022364A - 生物质热解气化发电联产活性炭工艺及关键设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质能热转化利用技术领域，具体涉及一种生物质热解气化发电联产活性炭工艺及关键设备,该方法包括以下步骤:先将活化炉中产生的高温烟气通入生物质外热式热解炉中，利用高温烟气加热生物质，生物质分解产生可燃气和生物质炭，将可燃气通入燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通过蒸汽透平机组发电并产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中，该冷凝水通入余热锅炉，再将使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水，将加热后的冷凝水通入燃气锅炉里再次加热，将热解后的生物质炭通入活化炉内，本发明系统运行稳定、环保、产品多样、经济效益好。

Description

生物质热解气化发电联产活性炭工艺及关键设备
技术领域
本发明属于生物质能热转化利用技术领域，具体涉及一种生物质热解气化发电联产活性炭工艺及关键设备。
背景技术
随着世界经济的飞速发展，能源消耗不断加快，不可再生资源日益枯竭，可再生能源的开发受到国内外的重视，成为世界各国的重要研究方向，生物质其资源丰富，运输便利，被广泛的应用，并且生物质是可再生的炭源，能产出大量的活性炭被应用于各个领域。
生物质热解气化可将生物质原料转化为以CO和H2为主的气体燃料，可直接转换实现燃气、热能和电能的供给，现有的生物质热解气化装备系统主要包括气化炉、燃气净化系统和终端利用系统三部分， 气化炉是生物质热解气化的主要设备，原料在气化炉内与气化剂发生不完全燃烧反应，过程大体可以分为裂解反应，氧化反应和还原反应，借助氧化反应产生的热能，气化炉的热分解层的温度保持在400-600℃，大分子链生物质原料断裂，是生物质焦油产生的阶段，然而产生的焦油会造成对环境的二次污染，因此，现有的生物质热解气化的方法需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供系统运行稳定、环保 、产品多样、经济效益好的生物质热解气化发电联产活性炭工艺及关键设备。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，包括外热式热解炉，该外热式热解炉包括进料口、滚筒和出料口，所述的滚筒包括两层，外层为隔热层，内层由数个烟气管道围合成圆筒状通道；
该进料口包括第一管道，第一管道上设有进料装置，该第一管道的一端与圆筒状通道的一端连通，第一管道的另一端为密封结构，第一管道外套接第一环状空腔，该第一环状空腔左侧为滑动连接的固定板，烟气管道的一端固定于固定板且与第一环状空腔连通，该第一环状空腔连接第二管道，该第二管道连通活化炉；
该出料口包括第三管道，第三管道的一端与圆筒状通道的另一端连通，第三管道的另一端为密封结构，第三管道上设有供可燃气通过的第四管道，第三管道通过第四管道连通燃气锅炉，第三管道还设有供生物质炭通过的第五管道，第三管道通过第五管道与活化炉连通，第三管道的外壁套接第二环状空腔，该第二环状空腔右侧为滑动连接的固定板，烟气管道的另一端固定于固定板且与第二环状空腔连通，该第二环状空腔上设有第六管道，第六管道连通余热锅炉；
所述的燃气锅炉还连接供高温水蒸气通过的第七管道，第七管道与蒸汽透平机连通，蒸汽透平机上设有供低温水蒸气通过的第八管道，第八管道与活化炉连通，蒸汽透平机上还设有供冷凝水通过的第九管道，第九管道与余热锅炉连通，余热锅炉连接供加热后的冷凝水通过的第十管道，第十管道与燃气锅炉连通。
进一步的，所述的滚筒两端分别通过回转窑密封板与进料口和出料口连接，滚筒外侧壁环绕同步带，同步带的两端连接电机。
进一步的，所述的第二管道上沿第一管道到活化炉的方向依次设有鼓风机和引风机；第四管道上沿第三管道到燃气锅炉的方向依次设有引风机和鼓风机；第六管道上设有引风机；第八管道上设有鼓风机。
进一步的，所述的进料装置包括进料蛟龙和料斗，该进料蛟龙设置于第一管道的内部，该料斗位于第一管道的上侧。
所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将活化炉中产生的高温烟气通入外热式热解炉中直至炉内温度升高至450-550℃，然后向外热式热解炉内加入生物质，利用高温烟气的热量加热生物质，生物质分解后产生可燃气和生物质炭；
（2）将步骤（1）中的可燃气通过燃烧器燃烧加热燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通入蒸汽透平机组发电，蒸汽透平机发电过程中产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中作为活化剂使用，该冷凝水通入余热锅炉；
（3）将步骤（1）中使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水至60-70℃，将加热后的冷凝水通入步骤（2）中的燃气锅炉里再次加热；
（4）将热解后的生物质炭通入步骤（1）中的活化炉内活化。
进一步的，所述的生物质的含水率小于20%。
本发明将活化炉内产生的高温烟气通入外热式热解炉用于生物质热分解，分解产生的可燃气、焦油和生物炭，节省能源的消耗，高温下焦油气化，与可燃气同时进入燃气锅炉中燃烧，防止生物质热分解过程中，焦油堵塞设备，减少设备的寿命，也减少焦油由于随意排放造成的环境污染，本发明还使用将焦油和可燃气燃烧热量加热燃气锅炉产生高温水蒸气，利用高温水蒸气通入蒸汽透平机内发电，并将发电后产生的冷凝水和低温水蒸气充分利用，低温水蒸气重新通过活化炉作为活化剂使用，充分利用资源避免浪费，冷凝水通入余热锅炉内，同时，在生物质热分解过程中，高温烟气分解过生物质后，继而进入余热锅炉用于加热冷凝水，充分利用热量高，加热后的冷凝水再次入燃气锅炉加热，循环使用，本发明利用生物质不但产生活性炭，还可以发电，资源利用合理，最大化的产生经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中固定板与烟气管道的连接示意图；
图3为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1-2所示，一种生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，包括外热式热解炉，该外热式热解炉包括进料口、滚筒1和出料口，所述的滚筒1两端分别通过回转窑密封板10与进料口和出料口连接，滚筒1中段的外侧壁环绕同步带2，同步带2的两端连接调速电机3，形成滚筒1随同步带2同步转动的结构，所述的滚筒1包括两层，外层为隔热层，该隔热层包括金属外壳101，金属外壳101的内部铺设隔热砖102，内层由数个烟气管道103围合成圆筒状通道104，该烟气管道103的长度方向与滚筒1的长度方向相同且均匀等间距分布；
该进料口包括第一管道4，第一管道4内部设有进料蛟龙5，该第一管道4的一端与圆筒状通道104的一端连通且第一管道4沿滚筒1的长度方向设置，第一管道4的另一端为密封结构，与密封结构相邻的一端的第一管道4上侧连通料斗6，第一管道4外套接第一环状空腔7，该第一环状空腔7左侧的环状底面为固定板701，第一环状空腔7与固定板701滑动连接，烟气管道103的一端固定于固定板701且与第一环状空腔7连通，该第一环状空腔7的上侧还设有第二管道8，该第二管道8连通活化炉9，第二管道8上沿第一管道4到活化炉9的方向依次设有鼓风机和引风机，第二管道8与滚筒1之间的第一环状空腔7外侧壁包围回转窑密封板10；
该出料口包括第三管道11，第三管道11的一端与圆筒状通道104的另一端连通且第三管道11沿滚筒1的长度方向设置，第三管道11的另一端为密封结构，与密封结构相邻的一端的第三管道11上侧设有供可燃气通过的第四管道12，第三管道11通过第四管道12连通燃气锅炉13，燃气锅炉13包括燃烧器和锅炉，第四管道12上沿第三管道11到燃气锅炉13的方向依次设有引风机和鼓风机，与密封结构相邻的一端的第三管道11下侧设有供生物质炭通过的第五管道14，第三管道11通过第五管道14与活化炉9连通，第三管道11的外壁套接第二环状空腔15，该第二环状空腔15右侧的环状底面为固定板701，环状空腔与固定板701滑动连接，烟气管道103的另一端固定于固定板701且与第二环状空腔15连通，该第二环状空腔15的上侧设有第六管道16，该第六管道16连通余热锅炉17，第六管道16上设有引风机，第六管道16与滚筒1之间的第二环状空腔15的外侧壁包围回转窑密封板10；
所述的燃气锅炉13上侧还连接供高温水蒸气通过的第七管道18，第七管道18与蒸汽透平机19连通，蒸汽透平机19上设有供低温水蒸气通过的第八管道20，第八管道20与活化炉9连通，第八管道20上设有鼓风机，蒸汽透平机19的下侧设有供冷凝水通过的第九管道21，第九管道21与余热锅炉17连通，余热锅炉17连接供加热后的冷凝水通过的第十管道22，第十管道22与燃气锅炉13连通。
使用时，打开同步带2的电机，滚筒1开始转动，由于烟气管道103固定于固定板701上，固定板701与第一环状空腔7和第二环状空腔15滑动连接，固定板701随烟气管道103转动，第一环状空腔7上侧还设有第二管道8，第二管道8连接活化炉9，活化炉9通过第二管道8上引风机将活化中的高温烟气抽出，第二管道8上的鼓风机向第二管道8内通入空气，使烟气管道内的高温烟气稳定在450-550℃，操作者向料斗6中加入成型的生物质，打开进料蛟龙5的开关，进料蛟龙5转动，生物质通过第一管道4进入圆筒状通道104内部，进入圆筒状通道104内部的生物质与烟气管道103接触，被热分解成可燃气、生物质炭和焦油，由于焦油的温度在450-550℃时为气态，因此随可燃气一同通过圆筒状通道104进入第三通道，继而进入第四通道，该第四通道通过引风机将可燃气抽出，鼓风机向抽出的可燃气中通入空气，进入燃气锅炉13内的燃烧器，将可燃气和焦油一同燃烧，并加热锅炉中的水，产生高温水蒸气，高温水蒸气通过第七管道18进入蒸汽透平机19，蒸汽透平机19利用高温水蒸气发电，发电后蒸汽透平机19产生低温水蒸气和冷凝水，该低温水蒸气通过第八管道20进入活化炉9，第八管道20上的引风机将低温水蒸气送入活化炉9，活化炉9利用低温水蒸气作为活化过程中的活化剂，蒸汽透平机19产生冷凝水的通过第九管道21流入余热锅炉17加热，所述的余热锅炉17通过第六管道16与第二环状空腔15连通，烟气管道103中热解过生物质的高温烟气进入第二环状空腔15内部，继而通过第六管道16进入余热锅炉17，余热锅炉17加热冷凝水至60-70℃，加热后的冷凝水通过第十管道22进入燃气锅炉13，燃气锅炉13再加热冷凝水产生高温水蒸气进入蒸汽透平机19组，循环使用；
被热分解后的生物质产生生物质炭通过第五管道14，进入活化炉9中，进行活化，产生活性炭。
如图3所示，生物质热解气化发电联产活性炭关键设备的工艺，包括以下步骤：
（1）将活化炉中产生的高温烟气通入外热式热解炉中直至炉内温度升高至450℃，以2t的树枝等林业剩余物为原料，将其经削片处理后可得到厚度为4mm木片，然后经滚筒烘干机干燥至含水率为20%木片，木片进入外热式连续热解炉开始热解1h，热解完成后产生0.6t的生物质炭和可燃气；
（2）将可燃气通过燃烧器燃烧加热燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通入蒸汽透平机组发电，蒸汽透平机发电过程中产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中作为活化剂使用，该冷凝水通入余热锅炉；
（3）使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水至60℃，将加热后的冷凝水通入燃气锅炉里再次加热成高温水蒸气供蒸汽透平机发电；
（4）将热解后的生物质炭在低温水蒸气和空气中以950℃的温度，活化时间1.8小时，可生产活性炭200kg。
实施例2：
本实施例与实施例1中的不同在于，所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备的工艺，包括以下步骤：
（1）将活化炉中产生的高温烟气通入外热式热解炉中直至炉内温度升高至500℃，以3t的木材加工后的剩余木屑为原料，经滚筒烘干机干燥至含水率为18%木屑，木屑进入外热式连续热解炉开始热解1h，热解完成后产生0.9t的生物质炭和可燃气；
（2）将可燃气通过燃烧器燃烧加热燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通入蒸汽透平机组发电，蒸汽透平机发电过程中产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中作为活化剂使用，该冷凝水通入余热锅炉；
（3）使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水至65℃，将加热后的冷凝水通入燃气锅炉里再次加热成高温水蒸气供蒸汽透平机发电；
（4）将热解后的生物质炭在低温水蒸气和空气中以950℃的温度，活化时间1小时，可生产活性炭300kg。
实施例3：
本实施例与实施例1中的不同在于，所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备的工艺，包括以下步骤：
（1）将活化炉中产生的高温烟气通入外热式热解炉中直至炉内温度升高至550℃，以2t的杏仁壳等果壳剩余物为原料，经滚筒烘干机干燥至含水率为15%，果壳进入外热式连续热解炉开始热解1h，热解完成后产生0.4t的生物质炭和可燃气；
（2）将可燃气通过燃烧器燃烧加热燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通入蒸汽透平机组发电，蒸汽透平机发电过程中产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中作为活化剂使用，该冷凝水通入余热锅炉；
（3）使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水至70℃，将加热后的冷凝水通入燃气锅炉里再次加热成高温水蒸气供蒸汽透平机发电；
（4）将热解后的生物质炭在低温水蒸气和空气中以950℃的温度，活化时间2小时，可生产活性炭80kg。

Claims (6)

1.一种生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，其特征在于，包括外热式热解炉，该外热式热解炉包括进料口、滚筒和出料口，所述的滚筒包括两层，外层为隔热层，内层由数个烟气管道围合成圆筒状通道；
该进料口包括第一管道，第一管道上设有进料装置，该第一管道的一端与圆筒状通道的一端连通，第一管道的另一端为密封结构，第一管道外套接第一环状空腔，该第一环状空腔左侧为滑动连接的固定板，烟气管道的一端固定于固定板且与第一环状空腔连通，该第一环状空腔连接第二管道，该第二管道连通活化炉；
该出料口包括第三管道，第三管道的一端与圆筒状通道的另一端连通，第三管道的另一端为密封结构，第三管道上设有供可燃气通过的第四管道，第三管道通过第四管道连通燃气锅炉，第三管道还设有供生物质炭通过的第五管道，第三管道通过第五管道与活化炉连通，第三管道的外壁套接第二环状空腔，该第二环状空腔右侧为滑动连接的固定板，烟气管道的另一端固定于固定板且与第二环状空腔连通，该第二环状空腔上设有第六管道，第六管道连通余热锅炉；
所述的燃气锅炉还连接供高温水蒸气通过的第七管道，第七管道与蒸汽透平机连通，蒸汽透平机上设有供低温水蒸气通过的第八管道，第八管道与活化炉连通，蒸汽透平机上还设有供冷凝水通过的第九管道，第九管道与余热锅炉连通，余热锅炉连接供加热后的冷凝水通过的第十管道，第十管道与燃气锅炉连通。
2.根据权利要求1所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，其特征在于，所述的滚筒两端分别通过回转窑密封板与进料口和出料口连接，滚筒外侧壁环绕同步带，同步带的两端连接电机。
3.根据权利要求1所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，其特征在于，所述的第二管道上沿第一管道到活化炉的方向依次设有鼓风机和引风机；第四管道上沿第三管道到燃气锅炉的方向依次设有引风机和鼓风机；第六管道上设有引风机；第八管道上设有鼓风机。
4.根据权利要求1所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备，其特征在于，所述的进料装置包括进料蛟龙和料斗，该进料蛟龙设置于第一管道的内部，该料斗位于第一管道的上侧。
5.使用权利要求1-4任一所述的生物质热解气化发电联产活性炭关键设备的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将活化炉中产生的高温烟气通入外热式热解炉中直至炉内温度升高至450-550℃，然后向外热式热解炉内加入生物质，利用高温烟气的热量加热生物质，生物质分解后产生可燃气和生物质炭；
将步骤（1）中的可燃气通过燃烧器燃烧加热燃气锅炉，燃气锅炉产生高温水蒸气，该高温水蒸气通入蒸汽透平机组发电，蒸汽透平机发电过程中产生冷凝水和低温水蒸气，该低温水蒸气通入活化炉中作为活化剂使用，该冷凝水通入余热锅炉；
将步骤（1）中使用过的高温烟气再通入余热锅炉，利用使用过的高温烟气的热量加热余热锅炉中的冷凝水至60-70℃，将加热后的冷凝水通入步骤（2）中的燃气锅炉里再次加热；
将热解后的生物质炭通入步骤（1）中的活化炉内活化。
6.根据权利要求5所述的一种联产的工艺，其特征在于，所述的生物质的含水率小于20%。
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