CN108003907B - 一种生物质气化系统的内循环强化热解筒及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物质气化系统的内循环强化热解筒及其使用方法。该内循环强化热解筒包括热解筒、抽气系统、换热器和进气系统；热解筒包括夹套外筒、绞龙、进气口和内循环抽气口；夹套外筒和绞龙同心焊接；内循环抽气口贯穿绞龙的上壁面和夹套外筒；进气口贯穿绞龙的末端下壁面和夹套外筒；抽气系统包含抽气泵和抽气控制系统；抽气系统的一端通过管路穿设夹套外筒，并与内循环抽气口连接，另一端通过管路与换热器相连进气系统的一端通过管路与换热器相连，另一端通过管路穿设夹套外筒，并与热解筒的进气口连接，进气系统位于热解筒的端部。本发明的内循环强化热解筒提高了热解筒的换热效率、加热效率、热解效率和气化效率，挥发分析出明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及生物质气化领域，具体涉及一种生物质气化系统的内循环强化热解筒及其使用方法。
背景技术
生物质气化技术是一种生物质热化学转化的先进技术，其因原料适应性广、运行灵活、污染少等优点受到广泛关注。随着对生物质综合高效利用的进一步深入研究，生物质分级气化技术被提出。
传统的生物质分级气化技术采用的是干燥段、热解段和气化段三部分，如CN102329651A中提到的一种三段式生物质热解气化制取合成气的气化装置，CN101144022A中的三段式生物质气化炉，以及CN204385144U中的生物质气化系统。
但是现有的生物质分级气化技术的热解段存在供热不足的问题，导致热解过程不充分，挥发分析出不完全，气化段温度不足，热量不够，整体气化效率降低等问题。例如CN101144022A专利中传统气化炉分为热解、炉篦上气化段和炉篦下气化段三部分，然而由于生物质内含水率较高，热解段的热量供应不足，导致生成的热解气中水分含量很高，导致气化段内温度降低，气化强度及气化效率下降，气化气中焦油的含量较高，这不仅加大了下游净化系统负担，造成二次污染，而且降低了能量转化率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服了现有技术中生物质分级气化的热解段的热量供应不足、进而导致生成的热解气中水分含量很高、气化段内温度降低、气化强度及气化效率下降；同时引起气化气中焦油的含量较高，加大了下游净化系统负担，造成二次污染，并且降低了能量转化率等缺陷，提供了一种生物质气化系统的内循环强化热解筒及其使用方法。本发明的热解筒有效的解决了生物质气化过程中热解筒换热不足，导致热解不充分，部分氧化段温度不足，热量提供不足的问题，将一步热量提供分解为多步，强化了生物质气化系统的内循环，较大提高了热量利用率，成功的提高了气化段中部分氧化段的温度，热解效果提高，挥发分析出明显提高。
本发明提供了一种生物质气化系统的内循环强化热解筒，其包括热解筒、抽气系统、换热器和进气系统；
其中，所述热解筒包括夹套外筒、绞龙、进气口和内循环抽气口；所述夹套外筒的直径大于所述绞龙，所述夹套外筒的长度小于所述绞龙，所述夹套外筒和所述绞龙同心焊接；所述内循环抽气口贯穿所述绞龙的上壁面和所述夹套外筒；所述进气口贯穿所述绞龙的末端下壁面和所述夹套外筒；
其中，所述抽气系统包含抽气泵和抽气控制系统；所述抽气系统的一端通过管路穿设所述夹套外筒，并与所述内循环抽气口连接，另一端通过管路与所述换热器相连；
其中，所述进气系统的一端通过管路与所述换热器相连，另一端通过管路穿设所述夹套外筒，并与所述热解筒的进气口连接，所述进气系统位于所述热解筒的端部；
其中，所述进气系统与所述抽气系统配合使用。
本发明中，较佳地，所述夹套外筒与所述绞龙配合使用，所述夹套外筒与所述绞龙的直径比和长度比可根据实际使用进行设置，较佳地，所述夹套外筒与所述绞龙的直径比为1.5-2.5。
本发明中，所述绞龙为本领域常规使用的绞龙，一般为不锈钢绞龙，本领域技术人员知晓所述绞龙用于内部原料输送，以保证物料输送稳定。
本发明中，较佳地，所述夹套外筒的内部采用烟气进行间壁式换热。
本发明中，较佳地，所述抽气系统采用内部抽气，经换热之后，内部供气的方式保证整个热解筒的高温区域稳定持续；所述抽气控制系统通过模拟数据的结果控制抽气量。
本发明中，本领域技术人员知晓，所述内循环抽气口的位置和个数需根据实际使用的状况进行设计，较佳地，所述内循环抽气口的位置设置于相对所述热解筒的中部，所述内循环抽气口的个数为3个，两个所述内循环抽气口的间隔距离较佳地为0.1-1m。
本发明中，较佳地，所述进气系统通过逻辑运算与抽风系统进行匹配，保证进风均匀性，温度场的稳定，同时保证抽气系统能够稳定运行。
本发明中，本领域技术人员知晓，所述抽气泵的作用是为抽气提供动力，同时为进气提供动力，保证循环气足够的动力源。
本发明中，较佳地，所述抽气控制系统选择采用严密的逻辑运算，可通过数值模拟与实验验证的方法，计算出抽气量与抽气位置，保证抽气温度与换热效率，进而保证整个热解筒的效率最优。
本发明中，所述换热器为本领域常规使用的换热器，例如管壳式换热器。
本发明还提供了一种如上所述的内循环强化热解筒的使用方法，其包括下述步骤：
生物质原料在绞龙输送下在热解筒中进行热解，抽气泵将绞龙中的热解气经内循环抽气口抽出，经换热器加热后经进气系统进入内筒，进行循环直接换热，实现气化。
本发明中，所述生物质原料为本领域常规的生物质原料，一般来说，包括秸秆、木屑、花生壳、麦秆、椰壳等；本领域技术人员知晓在热解前需将所述生物质原料进行干燥。
本发明中，本领域技术人员知晓所述热解的温度根据所述生物质原料的种类来确定，例如，所述热解的温度为400℃-700℃；所述热解的时间也需要根据所述生物质原料的种类来确定，例如，所述热解的时间为10min-50min。
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。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的内循环强化热解筒有效的解决了生物质气化过程中热解筒换热不足，导致热解不充分，部分氧化段温度不足，热量提供不足的问题，将一步热量提供分解为多步，强化了生物质气化系统的内循环，较大提高了热量利用率，成功的提高了气化段中部分氧化段的温度，提高热解筒的换热效率，成功提高了气化系统中最大的吸热源热解过程的加热效率，提高整个热解筒的热解效率，气化效率随之提高，整个系统的效率实现了大幅提升，挥发分析出明显提高。
附图说明
图1为本发明实施例1中的内循环强化热解筒的结构示意图。
附图标记
热解筒1
抽气泵2
换热器3
进气系统4
夹套外筒11
绞龙12
进气口13
内循环抽气口14
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。
实施例1
本发明生物质气化系统内循环强化热解筒如图1所示，其包括热解筒1、抽气系统、换热器3和进气系统4。
其中，热解筒1包括夹套外筒11、绞龙12、进气口13和内循环抽气口14；夹套外筒11的直径大于绞龙12，夹套外筒11的长度小于绞龙12，夹套外筒11和绞龙12同心焊接；内循环抽气口14贯穿绞龙12的上壁面和夹套外筒11；进气口13贯穿绞龙12的末端下壁面和夹套外筒11。
其中，抽气系统包含抽气泵2和抽气控制系统；抽气系统的一端通过管路穿设夹套外筒11，并与内循环抽气口14连接，另一端通过管路与换热器2相连。
其中，进气系统4的一端通过管路与换热器2相连，另一端通过管路穿设夹套外筒11，并与热解筒1的进气口13连接，进气系统4位于热解筒1的端部。
其中，进气系统4与抽气系统配合使用。
其中，夹套外筒11与绞龙12的直径比为1.5。
其中，绞龙12为不锈钢绞龙，用于内部原料输送，以保证物料输送稳定。
其中，夹套外筒11的内部采用烟气进行间壁式换热。
其中，抽气系统采用内部抽气，经换热之后，内部供气的方式保证整个热解筒的高温区域稳定持续；抽气控制系统通过模拟数据的结果控制抽气量。
其中，内循环抽气口14的位置设置于相对热解筒1的中部，内循环抽气口14的个数为3个，两个内循环抽气口14的间隔距离为1m。
其中，进气系统4通过逻辑运算与抽气系统进行匹配，保证进风均匀性，温度场的稳定，同时保证抽气系统能够稳定运行。
其中，抽气泵2的作用是为抽气提供动力，同时为进气提供动力，保证循环气足够的动力源。
其中，抽气控制系统选择采用严密的逻辑运算，可通过数值模拟与实验验证的方法，计算出抽气量与抽气位置，保证抽气温度与换热效率，进而保证整个热解筒的效率最优。
其中，换热器3为管壳式换热器。
实施例2
实施例1中的生物质气化系统的内循环强化热解筒的使用方法，其包括下述步骤：
生物质原料秸秆在绞龙12输送下在热解筒1中进行热解，抽气泵2将绞龙12中的热解气经内循环抽气口14抽出，经换热器3加热后经进气系统4进入内筒，进行循环直接换热，实现气化。
其中，生物质原料秸秆在热解前需干燥。热解的温度为600℃，热解的时间为50min。
对比例1
对比例1采用普通热解筒进行多段式生物质气化实验。
效果实施例1
采用实施例1的内循环强化热解筒进行多段式生物质气化实验，其与对比例1除了热解筒以外，其他设备与操作参数完全一致。
实验结果见表1。由表1可以看出，实施例1的热解筒温度保持在600℃稳定运行，对比例1的热解筒温度只能保持在500℃左右，并且波动很大。实施例1的热解筒的热解气的量是对比例1的1.5倍左右。实施例1的气化系统的效率比对比例1的气化效率高10％左右。
表1实施例1和对比例1的生物质气化实验结果
| 实施例 | 温度(℃) | 热解气量Nm3/h | 气化效率％ |
| 对比例1 | 500 | 60 | 70 |
| 实施例1 | 600 | 90 | 77 |
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物质气化系统的内循环强化热解筒，其特征在于，其包括热解筒、抽气系统、换热器和进气系统；
其中，所述热解筒包括夹套外筒、绞龙、进气口和内循环抽气口；所述夹套外筒的直径大于所述绞龙，所述夹套外筒的长度小于所述绞龙，所述夹套外筒和所述绞龙同心焊接；所述内循环抽气口贯穿所述绞龙的上壁面和所述夹套外筒；所述进气口贯穿所述绞龙的末端下壁面和所述夹套外筒；
其中，所述抽气系统包含抽气泵和抽气控制系统；所述抽气系统的一端通过管路穿设所述夹套外筒，并与所述内循环抽气口连接，另一端通过管路与所述换热器相连；
其中，所述进气系统的一端通过管路与所述换热器相连，另一端通过管路穿设所述夹套外筒，并与所述热解筒的进气口连接，所述进气系统位于所述热解筒的端部；
其中，所述进气系统与所述抽气系统配合使用。
2.如权利要求1所述的内循环强化热解筒，其特征在于，所述夹套外筒与所述绞龙的直径比为1.5-2.5。
3.如权利要求1所述的内循环强化热解筒，其特征在于，所述绞龙为不锈钢绞龙。
4.如权利要求1所述的内循环强化热解筒，其特征在于，所述抽气系统采用内部抽气。
5.如权利要求1所述的内循环强化热解筒，其特征在于，所述内循环抽气口的位置设置于相对所述热解筒的中部；
所述内循环抽气口的个数为3个；
两个所述内循环抽气口的间隔距离为0.1-1m。
6.如权利要求1所述的内循环强化热解筒，其特征在于，所述换热器为管壳式换热器。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的内循环强化热解筒的使用方法，其包括下述步骤：
生物质原料在绞龙输送下在热解筒中进行热解，抽气泵将绞龙中的热解气经内循环抽气口抽出，热解气经换热器加热后经进气系统进入内筒，进行循环直接换热，实现气化。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述生物质原料为秸秆、木屑、花生壳、麦秆或椰壳。
9.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述热解的温度为400℃-700℃。
10.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述热解的时间为10min-50min。
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