CN107976010A - 两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法 - Google Patents

两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法。两级进料干燥装置包括干燥筒、料仓和螺旋输送机，料仓设在干燥筒的一端，干燥筒的内部还同轴环设有中空结构的干燥筒夹套，干燥筒夹套的内壁面围合形成中空输料空间，螺旋输送机横穿料仓的底部、并同轴焊设在中空输料空间中，料仓的底部、顶部分别设有第一高温烟气入口和第一高温烟气出口，干燥筒的远离料仓的一端的下底面、靠近料仓的一端的上顶面还开设有第二高温烟气入口和第二高温烟气出口，第二高温烟气入口和第二高温烟气出口均从干燥筒的外表面贯穿至干燥筒夹套的外壁面。该两级进料干燥装置与气化炉一体化设计，同时实现输料和干燥，降低了能耗，提高了气化燃气品质。

Description

两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法
技术领域
本发明涉及一种两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法。
背景技术
生物质气化是在高温下使燃料与气化剂发生部分氧化反应，将生物质燃料转化为气体燃料的过程。气体燃料易于管道输送、燃烧效率高、燃烧过程易控制、没有颗粒物排放，因此是品味较高的燃料。生物质气化的能源转化效率高，设备和操作简单，是生物质主要转换技术之一。
生物质气化技术适用于固体生物质燃料，包括林业和农业废弃物、加工废弃物等，当选用生物质原料作为系统的输入物料时，由于原料中存在较多的外在水分，致使生物质在气化的过程中，水分蒸发吸收了生物质燃烧所放出的热量，导致喉口区域难以达到较高的温度，过低的喉口燃烧温度，会使得焦油不能得到充分的氧化，从而使产出燃气中的焦油含量偏高，焦油再与水、灰等结合在一起，沉积在设备、管道、阀门中，一段时间运行后，容易出现严重的堵塞和磨损问题。气化系统进料原料中的水分波动会在一定程度上影响气化炉的稳定运行，当原料中的水分过高时，会影响燃气品质，甚至难以维持气化反应条件。
现有公开文献中，中国专利文献CN206339055U，虽然专门设计了一种干燥装置，但该干燥装置较为独立，与气化炉分离，缺少一体化装置的便携效果，在实际工程应用中需要单独配该套系统，额外占用场地、能源资源较多。同样，中国专利申请CN105861098A，虽然为了提高原料的干燥效果，采用了多级干燥处理方式，但是所需要的动力来源较多，产生的能耗较大，投入设备成本较高。相比于中国专利文献CN104880051B，与前两个专利不同，利用系统废热来干燥生物质，节约了能源，但是该热源主要以液体为主，并没有考虑到高温气体的利用方式，导致使用的余热回收设备也并不匹配高温气体热源。
可见，传统的生物质干燥技术作为独立的一种预处理技术，并没有与生物质气化炉高效的结合在一起，主要由于其使用的干燥处理方法需要配套大量的辅助设备来实现较高的干燥效果，例如配备搅拌装置、振动装置、辐射仓等；而当使用余热回收方法时，又需要配套压缩机、冷凝器、气液分离器等设备，其工艺较为复杂。在干燥预处理生物质的过程中，欠缺一体化设备的设计思路，并没有因地制宜的给出适合生物质气化系统的干燥预处理方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中缺少一种适合生物质气化系统的一体化干燥预处理设备的技术问题，而提供了一种两级进料干燥装置、生物质气化炉及两级进料干燥方法。本发明提供的两级进料干燥装置与气化炉一体化设计，能够在输送生物质的同时达到干燥的效果，且干燥热源可以来自于系统本身的废热，降低了能耗，同时两级干燥方式有效的提高了水分去除效果，从而降低原料中的水分，提高了气化燃气品质。
本发明提供了一种两级进料干燥装置，其包括一干燥筒、一料仓和一螺旋输送机，所述料仓设置在所述干燥筒的一端，所述干燥筒的内部还同轴环设有一中空结构的干燥筒夹套，所述干燥筒夹套的内壁面围合形成一中空输料空间，所述螺旋输送机横穿所述料仓的底部、并同轴焊设在所述中空输料空间中，所述料仓的底部、顶部分别设有一第一高温烟气入口和一第一高温烟气出口，所述干燥筒的远离所述料仓的一端的下底面、靠近所述料仓的一端的上顶面还分别开设有一第二高温烟气入口和一第二高温烟气出口，所述第二高温烟气入口和所述第二高温烟气出口均从所述干燥筒的外表面贯穿至所述干燥筒夹套的外壁面。
较佳地，所述两级进料干燥装置还包括一干燥筒排水蒸汽口，所述干燥筒排水蒸汽口穿设在所述干燥筒的远离所述料仓的一端的上顶面上，并经一密封管道垂直穿设所述干燥筒夹套的外壁面、内壁面，直至与所述中空输料空间相连通。从而使生物质原料中被加热蒸发的水蒸气从此出口排出。
如前所述，所述螺旋输送机包括两个部分，一部分横穿在所述料仓的底部，另一部分设置在中空输料空间中。较佳地，在所述料仓的底部，还沿所述螺旋输送机的下部轮廓同轴设置一开口向上的流化风布风板，其横截面为半椭圆形。较佳地，沿所述流化风布风板的横截面依次均匀布置10～40个流化干燥高温烟气入口，所述流化干燥高温烟气入口与所述第一高温烟气入口相连通。更佳地，相邻两个所述流化干燥高温烟气入口的夹角为7.5°。
较佳地，所述干燥筒夹套的内壁面或者外壁面上还均匀垂直环设有若干个换热肋片；较佳地，所述换热肋片设置时，与所述干燥筒夹套的另一壁面之间留有10％以内的间隙。例如，当换热肋片设置在干燥筒夹套的内壁面时，换热肋片的顶端与干燥筒夹套的外壁面之间的垂直距离，小于等于干燥筒夹套的内壁面与外壁面的垂直距离的10％。
较佳地，所述换热肋片为针肋，所述针肋沿所述干燥筒夹套的轴向和横截面均匀布置，某一横截面上的数量较佳地为4～20个。
本发明中，所述干燥筒夹套的内壁面是指以干燥筒的中心轴线为基准，干燥筒夹套中最靠近该中心轴线的壁面，所述干燥筒夹套的外壁面即为干燥筒夹套中远离该中心轴线的壁面。
本发明还提供了一种两级进料干燥方法，其采用所述两级进料干燥装置进行，所述干燥方法包括如下步骤：生物质从料仓进入螺旋输送机，与料仓底部的高温烟气直接接触，实现第一级强化换热；被加热后的生物质再通过螺旋输送机输送至干燥筒的中空输料空间内，并与干燥筒夹套内的高温烟气进行第二级热交换，出料即可。
本发明中，所述的生物质为本领域常规原料，例如第一类以秸秆类的成型颗粒原料，包括棉花秆、稻秆、玉米秆等原料；第二类以稻壳、花生壳类的散料及成型颗粒原料；第三类以木屑、竹屑类的片状、块状、及成型颗粒原料。
具体来说，第一级为料仓底部换热，是指通过高温烟气吹扫的流化风干燥系统，其中流化风布风板位于料仓的底部，高温烟气从底部布风板处向上流动，设定一定的流速大小，使料仓中的物料在热交换的过程中呈现出一种流态化的状态，从而达到强化换热的目的。第二级为干燥筒夹套换热，是指高温烟气进入干燥筒四周的夹套内，由干燥筒后端往前端流动，在流动的过程中将热量传递给筒壁，筒壁再将热量传递给生物质原料，达到了补充换热的效果。另外，本申请还采用了干燥筒绞龙输送方式，是指生物质原料通过螺旋输送机的绞龙叶片的转动从而推动原料的前进，绞龙在转动的过程中，高频繁的翻转原料，从而提高筒壁与原料之间的换热系数。
本发明的方案能实现余热回收，具体是指，用于干燥生物质原料的外部高温热源，来源于生物质气化发电系统尾端内燃机排出的废气，称之为高温烟气，温度可达200℃。该部分高温烟气分为两路，一部分进入料仓的底部，另一部分进入干燥筒夹套。
较佳地，所述第一高温烟气入口和所述第二高温烟气入口进入的烟气温度为150～250℃，更佳地为200℃；较佳地，所述第一高温烟气出口和所述第二高温烟气出口的烟气温度为50～150℃，更佳地为100℃；较佳地，所述螺杆输送机的输送时间为40～80分钟，更佳地为60分钟。
本发明中，较佳地，所述两级进料干燥方法可以将含水量为10％以内的生物质原料干燥至1％以下。
本发明还提供了一种生物质气化炉，其包含所述两级进料干燥装置。
在本发明的一较佳实施方式中，生物质气化炉包括依次连接的一所述两级进料干燥装置、一锁气器、一热解筒和一气化炉炉体。生物质原料通过两级进料干燥装置干燥之后，通过锁气器进入到热解筒，在热解筒内发生热解反应后生成以CO、CO2、CH4、焦油等为主的热解气和生物质焦，随之通入气化炉炉体内进行下一步气化反应，最后输出可燃性气体。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过两级干燥换热系统，能够有效的降低生物质原料中的水分，从而提高喉口区域的燃烧温度，避免了水在蒸发潜热时所损耗的热量，为焦油的高温转化和炭层的高温气化带来了有利的条件。
进一步地，本发明提供的两级进料干燥装置可以充分回收系统自身产生的余热。
通过基础实验发现，当生物质原料的含水率在10％以内时，通过两级进料干燥装置，可以保证生物质原料中的外在水分脱除至1％以下。
附图说明
图1为实施例1中两级进料干燥装置的结构示意图。
图2为图1中流化风布风板的放大结构示意图。
图3为图1中沿A-A截面的剖视图。
图4为图1中沿B-B截面的剖视图。
图5为实施例5的生物质气化炉的结构示意图。
图1和图4中，1为干燥筒，2为螺旋输送机，3为干燥筒夹套，4为料仓，5为流化风布风板，6为第一高温烟气入口，7为第二高温烟气入口，8为第二高温烟气出口，9为干燥筒排水蒸汽口，10为换热针肋，11为第一高温烟气出口；
图2和图3中，12为流化干燥高温烟气入口；
图5中，13为两级进料干燥装置，14为锁气器，15为热解筒，16为气化炉炉体。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例提供了一种两级进料干燥装置，其具体结构如图1～4所示，其包括一干燥筒1、一料仓4和一螺旋输送机2，料仓4设置在干燥筒1的一端，干燥筒1的内部还同轴环设有一中空结构的干燥筒夹套3，干燥筒夹套3的内壁面围合形成一中空输料空间，螺旋输送机2横穿料仓4的底部、并同轴焊设在中空输料空间中，料仓4的底部、顶部分别设有一第一高温烟气入口6和一第一高温烟气出口11，干燥筒1的远离料仓4的一端的下底面、靠近料仓4的一端的上顶面还分别开设有一第二高温烟气入口7和一第二高温烟气出口8，第二高温烟气入口7和第二高温烟气出口8均从干燥筒1的外表面贯穿至干燥筒夹套3的外壁面。
两级进料干燥装置还包括一干燥筒排水蒸汽口9，干燥筒排水蒸汽口9穿设在干燥筒1的远离料仓4的一端的上顶面上，并经一密封管道垂直穿设干燥筒夹套3的外壁面、内壁面，直至与中空输料空间相连通。生物质原料中被加热蒸发的水蒸汽从干燥筒排水蒸汽口9排出。
在料仓4的底部，还沿螺旋输送机2的下部轮廓同轴设置一开口向上的流化风布风板5，其横截面为半椭圆形。干燥筒1流化风干燥系统采用流化风布风板5引导高温烟气进入料仓4中，在流化风布风板5的半椭圆横截面上每隔7.5°的角度依次均匀布置23个流化干燥高温烟气入口12，流化干燥高温烟气入口12与所述第一高温烟气入口6相连通。
干燥筒夹套3的内壁面上还均匀垂直环设有若干个换热肋片10；换热肋片10设置时，与干燥筒夹套3的外壁面之间留有10％以内的间隙；本实施例中，换热肋片10为针肋，针肋沿干燥筒夹套3的轴向和横截面均匀布置，某一横截面上的数量为12个。
两级进料干燥方法包括如下步骤：生物质原料首先放置于料仓4中，生物质直接掉落在螺旋输送机2上，并与流化风布风板5的高温烟气直接接触，进行第一级换热；在料仓4底部布置的流化风干燥系统，将物料进行加热，去除部分原料中的水分，第一级高温烟气从干燥筒1前端料仓4下方的流化风布风板5从下往上通入，并从料仓4顶部的第一高温烟气出口11排出。被第一级干燥后的生物质原料通过料仓4底部的螺旋输送机2输送至干燥筒1内，在螺旋输送机2的推动作用下向前输送，生物质在输送的过程中，与干燥筒夹套3内的高温烟气再次进行换热，从而进一步去除原料中的水分，第二级高温烟气从干燥筒1后端的第二高温烟气入口7通入，向生物质原料相反的方向流通，至干燥筒1前端的第二高温烟气出口8排出。料仓4底部的高温烟气和所述干燥筒夹套3内的高温烟气，均来源于生物质气化发电系统尾端内燃机排出的废气。其余工艺参数和干燥效果如下表1所示。
本实施例提出的两级进料干燥装置，以达到充分降低原料中水分的目的，有效地解决了干燥不彻底的问题，并将进料与干燥系统合为一体，既简化了装置结构，又强化了换热效果，同时有效地利用了生物质气化系统所产生的高温烟气作为加热热源，在一定程度上降低了运行成本。
实施例2
本实施例中，两级进料干燥装置的结构同实施例1，其余工艺参数和干燥效果如下表1所示。
实施例3
本实施例中，两级进料干燥装置的结构同实施例1，其余工艺参数和干燥效果如下表1所示。
实施例4
本实施例中，两级进料干燥装置的结构同实施例1，其余工艺参数和干燥效果如下表1所示。
表1 实施例1～4的工艺条件和效果数据
实施例5
本实施例提供了一种余热回收的生物质气化炉，具体如图5所示，其包含包括依次连接的一两级进料干燥装置13(其结构与实施例1相同)、一锁气器14、一热解筒15和一气化炉炉体16。生物质原料通过两级进料干燥装置13干燥之后，通过锁气器14进入到热解筒15，在热解筒15内发生热解反应后生成以CO、CO2、CH4、焦油等为主的热解气和生物质焦，随之通入气化炉炉体16内进行下一步气化反应，最后输出可燃性气体。

Claims (10)

1.一种两级进料干燥装置，其特征在于，其包括一干燥筒、一料仓和一螺旋输送机，所述料仓设置在所述干燥筒的一端，所述干燥筒的内部还同轴环设有一中空结构的干燥筒夹套，所述干燥筒夹套的内壁面围合形成一中空输料空间，所述螺旋输送机横穿所述料仓的底部、并同轴焊设在所述中空输料空间中，所述料仓的底部、顶部分别设有一第一高温烟气入口和一第一高温烟气出口，所述干燥筒的远离所述料仓的一端的下底面、靠近所述料仓的一端的上顶面还分别开设有一第二高温烟气入口和一第二高温烟气出口，所述第二高温烟气入口和所述第二高温烟气出口均从所述干燥筒的外表面贯穿至所述干燥筒夹套的外壁面。
2.如权利要求1所述的两级进料干燥装置，其特征在于，所述两级进料干燥装置还包括一干燥筒排水蒸汽口，所述干燥筒排水蒸汽口穿设在所述干燥筒的远离所述料仓的一端的上顶面上，并经一密封管道垂直穿设所述干燥筒夹套的外壁面、内壁面，直至与所述中空输料空间相连通。
3.如权利要求1所述的两级进料干燥装置，其特征在于，在所述料仓的底部，还沿所述螺旋输送机的下部轮廓同轴设置一开口向上的流化风布风板，其横截面为半椭圆形。
4.如权利要求3所述的两级进料干燥装置，其特征在于，沿所述流化风布风板的横截面依次均匀布置10～40个流化干燥高温烟气入口，所述流化干燥高温烟气入口与所述第一高温烟气入口相连通。
5.如权利要求4所述的两级进料干燥装置，其特征在于，相邻两个所述流化干燥高温烟气入口的夹角为7.5°。
6.如权利要求1所述的两级进料干燥装置，其特征在于，所述干燥筒夹套的内壁面或者外壁面上还均匀垂直环设有若干个换热肋片；较佳地，所述换热肋片设置时，与所述干燥筒夹套的另一壁面之间留有10％以内的间隙；较佳地，所述换热肋片为针肋，所述针肋沿所述干燥筒夹套的轴向和横截面均匀布置，某一横截面上的数量较佳地为4～20个。
7.一种两级进料干燥方法，其特征在于，其采用如权利要求1～6任一项所述的两级进料干燥装置进行，所述干燥方法包括如下步骤：生物质从料仓进入螺旋输送机，与料仓底部的高温烟气直接接触，实现第一级强化换热；被加热后的生物质再通过螺旋输送机输送至干燥筒的中空输料空间内，并与干燥筒夹套内的高温烟气进行第二级热交换，出料即可。
8.如权利要求7所述的两级进料干燥方法，其特征在于，料仓底部的高温烟气和所述干燥筒夹套内的高温烟气，均来源于生物质气化发电系统尾端内燃机排出的废气。
9.如权利要求8所述的两级进料干燥方法，其特征在于，所述第一高温烟气入口和所述第二高温烟气入口进入的烟气温度为150～250℃，较佳地为200℃；所述第一高温烟气出口和所述第二高温烟气出口排出的烟气温度为50～150℃，较佳地为100℃；所述螺杆输送机的输送时间为40～80分钟，较佳地为60分钟。
10.一种生物质气化炉，其特征在于，其包含如权利要求1～6任一项所述的两级进料干燥装置。
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