CN107955636A - 大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法，由炉腔压力、温度传感器，抽排口压力、温度传感器和管道末端压力、温度传感器分别检测大功率微波热解生物质全过程各工况变化值的实时数据，各个检测点所测实时的压力及温度信号分别送到修正模块，控制模块进行计算，计算后所得的控制参数输入总控台，总控台根据恒压变流量控制原理，发出实时工况所需的抽排流量控制信号，操控真空泵或罗茨风机抽排热解烟气。本发明克服了现有技术中热解烟气抽排的缺陷，提出了一种大功率微波热解生物质工业生产中热解烟气抽排的控制方法，实现了密闭炉腔内热解烟气抽排全过程各工况的自动和量化控制，运行安全可靠，节能高效，控制精准。

Description

大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法

技术领域

本发明涉及一种利用大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法。

技术背景

目前广泛使用且能连续地热解生物质的工业化生产装置主要为固定床、流化床、夹带流、多炉装置、旋转炉、旋转锥反应器、螺旋式热解反应器等，这类装置采用燃烧生物质或通过由外到内的热传导方式加热生物质，热能损失大；生物质原料预处理的能耗大且成本高；系统复杂，装备庞大，生产环境恶劣；仅能将生物质进行气化或者液化，产品单一，质量及后续利用率差；生物质资源的有效使用率大幅降低，经济效益也因此降低，大量排放残余物，不利于清洁生产和环境保护，这些因素都造成生物质资源利用、技术进步、市场化推广和应用举步维艰。

微波加热不需由表及里的热传导，而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料，可有效地减少物料内部的温度梯度，同时，微波加热具有选择性加热、升温速率快、易于实现自动控制及可降低化学反应温度等特点及优势，故微波加热在工业上的应用日益广泛。目前微波加热设备主要集中在低温加热应用方面，如食品脱水处理、木材干燥、橡胶硫化等。微波高温加热是指利用微波能量将物料加热到至少300℃以上，并对物料进行烧结、合成、热解、改性或者热处理的一种技术。由于微波发生器的功率有限，高温微波反应器腔体体积和物料容量有限，加上大型化的微波屏蔽、炉腔透波与保温难以同时实现，故而无法使炉腔及其均温区大型化，只能进行炉腔尺寸和物料处理量较小的高温微波加热。

CN104357071A公开了一种利用微波催化热解生物质定向生产生物质炭、生物质油和生物质气的方法，CN105524662A公开“一种生物质微波热解气化制成合成气的方法”，该申请得到的产品仅为合成气，CN106221719A公开“一种利用生物质微波热解制备生物油的方法”，这些技术方案仍处于小型的实验研究阶段，生物质资源的综合利用不好，没有工业化生产的实践和应用，特别是对利用大功率微波（微波输出总功率200～4000KW）进行连续地、大规模地热解生物质，工业化生产中如何有效控制热解烟气的抽排并未涉及。

利用大功率微波热解生物质工业生产的过程中，由于微波场干扰，随着热解温度的升降以及生物质热解进度的变化，炉腔内均会持续产生压力、温度、组分不同，量级巨大的热解烟气。如沿用传统风机等抽排系统进行定量或不定量的强制抽排，因无法确定密闭炉腔内温度和压力变化而导致的烟气体积变化，势必而造成过度抽排或抽排不足，炉腔内压增高，炉腔热量损失，烟气流速过快，吸入过量空气都破坏炉腔内的反应氛围，生产工艺条件恶化甚至丧失；而对于生物质热解这样热解烟气的产出量、产出温度以及产出组分都没有规律可循的生产工艺，如不能合理有效地量化控制指标或控制参数，将无法建立可靠的自动化控制；这些都不利于烟气冷却和烟气组分的分离等后续工艺或装置无法正常工作、造成能耗增大以及最终尾气超标排空等不良后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法（本发明所涉及的生产装置和工艺及技术，已分别以“一种利用大功率微波热解生物质的工业化生产装置”和“一种大功率微波热解生物质的生产工艺及技术”作另案申请），其将生物质原料经加破碎，成型，干燥后，置入微波炉腔体中，向微波炉腔体中馈入微波能，由多组温度和压力传感器检测大功率微波热解生物质全程各工况变化值的实时数据，将所测温度及压力的实时数据信号分别送到修正模块，控制模块进行计算，经计算后所得的控制参数输入总控台，总控台根据恒压变流量控制原理，发出实时工况所需的抽排流量控制信号，操控真空泵或罗茨风机抽排热解烟气。该控制方法克服了现有技术中热解烟气抽排的缺陷，提出了一种新的技术方案。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法，其与现有技术的突出区别在于：

① 将生物质原料经加破碎，成型，干燥后，置入微波炉腔体中，保持密闭的微波炉腔体的炉腔系统压力修正模块压力值为0～－1kpa，向微波炉腔体中馈入微波能，微波功率密度范围为10～120Kw/m³，使微波炉腔体内的生物质原料升温至300～1250℃，经过60～360min，微波炉腔体内的生物质完成碳化；

② 由炉腔温度传感器、炉腔压力传感器、抽排口压力传感器、抽排口温度传感器、管道末端压力传感器、管道末端温度传感器检测大功率微波热解生物质全程各工况变化值的实时数据，将各个检测点所测的实时压力及温度信号分别送到炉腔压力修正模块、抽排口压力修正模块、管道末端压力修正模块进行修正，再将经修正后的炉腔压力、抽排口压力、管道末端压力输入炉腔系统压力修正模块汇总，经计算得到的压力值即为系统控制的压力采集信号，此压力采集信号与对炉腔进行温度检测的温度传感器的信号同时输入工况控制模块进行计算，根据压力采集信号及当时的炉温条件，将计算后所得的控制参数输入总控台，采用恒压变流量控制原理，总控台据此向定量及变量真空泵或罗茨风机发出当时炉温状况下所需要的抽排流量信号，使抽排流量根据不同炉温及炉腔压力处于最大烟气产生量的0～100%之间，控制腔内压力处于0～－1kpa范围之内；

③ 整个热解过程中产生的烟气，经热解烟气分离及收集系统得到生物质焦油和生物质醋液，最后剩余的烟气经定量及变量真空泵或罗茨风机排出后，进入生物质燃气利用系统。

本发明有效地解决了传统烟气抽排技术及工艺存在的缺陷，实现了密闭炉腔内烟气抽排的量化控制和自动化控制，具有良好可靠的可控性、连续性和安全性，节能效果明显，生产效率较高、生产自动化程度较高。

下面结合附图及具体实施方式，对本发明做进一步说明。

附图说明

图1是本发明的控制方法示意图。

具体实施方式

具体实施方式旨在进一步详细描述和解释本发明，而不是以任何方式限定本发明。本领域普通技术人员对本发明所作的任何简单改进和替换，均应落入本发明的保护范围之内。

一种大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法，

① 将工业生产级数量的木块、竹块、秸秆、蔗渣和烟杆等生物质原料经加破碎，成型，干燥后，置入微波炉腔体1中，在此过程中保持密闭的微波炉腔体1的炉腔系统压力修正模块11压力值为0～－1kpa，向微波炉腔体1中馈入微波能，微波功率密度范围为10～120Kw/m³，使微波炉腔体1内的生物质原料升温至300～1250℃，经过60～360min，微波炉腔体1内的生物质完成碳化；

② 热解过程中生物质原料被加热，发生化学反应，其所产生的热解烟气及其热膨胀造成密闭的微波炉腔体1及贯通全系统的内压力先增后减，其变化值由抽排系统里的炉腔压力传感器3、位于最靠近炉体，烟气抽排管道最高点的抽排口压力传感器4、位于最靠近冷凝系统、烟气抽排管道的最高点的管道末端压力传感器6、实时检测大功率微波热解生物质全程各工况变化值的实时数据，炉腔、抽排口及管道末端的压力值由于沿程压力损失会有所衰减，同时，由于此三个监测点的温度差异极大，而温度的差异对气体的热膨胀率影响同样极大，因而将对所测到的压力值有极大干扰。另由炉腔温度传感器2、位于最靠近炉体，烟气抽排管道最高点的抽排口温度传感器5、位于最靠近冷凝系统、烟气抽排管道的最高点的管道末端温度传感器7同步检测全程各工况变化值的实时数据，将各个检测点所测的实时压力及温度信号分别送到炉腔压力修正模块8、管道末端压力修正模块9、抽排口压力修正模块10进行修正，再将经修正后的炉腔压力、抽排口压力、管道末端压力输入炉腔系统压力修正模块11汇总，经计算得到的压力值即为系统控制的压力采集信号，此压力采集信号与对炉腔进行温度检测的炉腔温度传感器2的信号同时输入工况控制模块13进行计算，根据压力采集信号及当时的炉温条件，将计算后所得的控制参数输入总控台14，采用恒压变流量控制原理，总控台14据此向定量及变量真空泵或罗茨风机15发出当时炉温状况下所需要的抽排流量信号，使抽排流量根据不同炉温及炉腔压力处于最大烟气产生量的0～100%之间，控制腔内压力处于0～－1kpa范围之内；

③ 整个热解过程中产生的烟气，经热解烟气分离及收集系统12得到生物质焦油和生物质醋液，最后剩余的烟气经定量及变量真空泵或罗茨风机15排出后，进入生物质燃气利用系统。

Claims (1)

1.一种大功率微波热解生物质工业生产中烟气抽排的控制方法，其特征在于：

① 将生物质原料经加破碎，成型，干燥后，置入微波炉腔体（1）中，保持密闭的微波炉腔体（1）的炉腔系统压力修正模块（11）压力值为0～－1kpa，向微波炉腔体（1）中馈入微波能，微波功率密度范围为10～120Kw/m³，使微波炉腔体（1）内的生物质原料升温至300～1250℃，经过60～360min，微波炉腔体（1）内的生物质完成碳化；

② 由炉腔温度传感器（2）、炉腔压力传感器（3）、抽排口压力传感器（4）、抽排口温度传感器（5）、管道末端压力传感器（6）、管道末端温度传感器（7）检测大功率微波热解生物质全程各工况变化值的实时数据，将各个检测点所测的实时压力及温度信号分别送到炉腔压力修正模块（8）、抽排口压力修正模块（9）、管道末端压力修正模块（10）进行修正，再将经修正后的炉腔压力、抽排口压力、管道末端压力输入炉腔系统压力修正模块（11）汇总，经计算得到的压力值即为系统控制的压力采集信号，此压力采集信号与对炉腔进行温度检测的炉腔温度传感器（2）的信号同时输入工况控制模块（13）进行计算，根据压力采集信号及当时的炉温条件，将计算后所得的控制参数输入总控台（14），采用恒压变流量控制原理，总控台（14）据此向定量及变量真空泵或罗茨风机（15）发出当时炉温状况下所需要的抽排流量信号，使抽排流量根据不同炉温及炉腔压力处于最大烟气产生量的0～100%之间，控制腔内压力处于0～－1kpa范围之内；

③ 整个热解过程中产生的烟气，经热解烟气分离及收集系统（12）得到生物质焦油和生物质醋液，最后剩余的烟气经定量及变量真空泵或罗茨风机（15）排出后，进入生物质燃气利用系统。