CN108546559A - 一种生物质连续热解控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质连续热解控制装置及方法，属于生物质热解领域，以解决现有装置处理生物质废弃物存在处理量不高的问题。包括上料料斗、热解回转炉、换热器，上料料斗连接热解回转炉，它还包括恒温控制装置、热解气净化自动控制装置，热解回转炉连接有温料仓4和旋风除尘器，保温料仓位于热解回转炉的下方，热解气净化自动控制装置包括第一温度传感器和列管换热器温度压力传感器，在第一级列管换热器的前后端以及第二级列管换热器的前后端均设有列管换热器温度压力传感器。本发明大规模利用生物质废弃物资源，并形成完整生产线，实现工程化利用和炭气油清洁联产，炭气油产品能够得到充分利用。
Description
技术领域
本发明属于生物质热解领域，具体涉及一种生物质连续热解控制装置及方法。
背景技术
我国农业林业分布广面积大，在发展产业的同时，也产生了大量的的农林废弃物资源，大量废弃的秸秆在田间地头焚烧，生物质能利用未能全面产业化，造成大量的生物质能源被浪费，并且对环境造成了严重污染。生物质热化学转换技术指在加热条件下采用化学手段将生物质转换成高品质燃料的技术。近年来，生物质热解炭化技术在生物质综合利用方面表现出强大的技术优势。生物炭具有良好微观结构和理化特性，可以制作多种产品，生产出的炭基肥、土壤改良剂和缓释肥等，可以有效提升农田地力；生物质燃气具有较高热值，可作为替代能源，缓解能源需求问题。
目前，生物质热解工程工艺研究已成为世界前沿热点研究之一。如何利用大规模的生物质能源，形成生物质循环利用产业，成为生物质利用的重要问题。生物质连续热解联产工程工艺，指生物质原料在绝氧或低氧环境中加热升温引起分子内部分解形成生物炭和生物质燃气，实现生物质利用工程化，属生物质热化学转化技术的一种。
现有热解炭化工艺采用粗燃气经过高温裂解后，产生的高温燃气作为外部能源，实现生物质连续热解，缺点是产生的粗燃气热值不高还需进一步处理，生物质处理量不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质连续热解控制装置，以解决现有装置处理生物质废弃物存在处理量不高的问题。
本发明的另一个目的是提供一种生物质连续热解控制方法。
本发明技术方案如下：一种生物质连续热解控制装置，包括上料料斗、热解回转炉、换热器，上料料斗连接热解回转炉，它还包括恒温控制装置、热解气净化自动控制装置，热解回转炉连接有温料仓4和旋风除尘器，保温料仓位于热解回转炉的下方，所述换热器包括依次相连的第一级列管换热器和第二级列管换热器，旋风除尘器连接第一级列管换热器；上料料斗中设有料斗上料位计和料斗下料位计；恒温控制装置包括设置在热解回转炉内分布有回转炉温度传感器，热解气净化自动控制装置包括第一温度传感器和列管换热器温度压力传感器，热解回转炉与旋风除尘器之间的管线上设有第一温度传感器，在第一级列管换热器的前后端以及第二级列管换热器的前后端均设有列管换热器温度压力传感器。
作为本发明的进一步改进，所述回转炉温度传感器为18个，分别横向均匀分布于外加热舱上下层各9个。
作为本发明的进一步改进，所述第一级列管换热器和第二级列管换热器的下方分别连接有风冷风机。
作为本发明的进一步改进，所述保温料仓中设料仓上料位计有和料仓下料位计。
作为本发明的进一步改进，所述第二级列管换热器连接醋液储存罐，醋液储存罐连接电捕焦油器，电捕焦油器连接罗兹风机；电捕焦油器上设有第二温度压力传感器，罗兹风机上设有气体组分传感器。
一种生物质连续热解控制方法，包括如下步骤：
（a）自动上料：上料输送机上设有上料输送机控制开关，
将粉碎好的原料通过上料输送机输送到上料料斗中，上料料斗中设有料斗上料位计和料斗下料位计，控制物料输送和停止；料仓内料位平面达到料斗上料位计时，输送螺旋启动，进行出炭；料仓内料位平面达到料斗下料位计时，输送螺旋停止，停止出炭；
（b）连续热解炭化：上料料斗内物料通过螺旋输送到热解回转炉中，经过传动输送，在热解回转炉内热解炭化，通过外加热方式，进行连续热解炭化，生成热解气与生物炭；热解回转炉内分布的回转炉温度传感器，实时监控回转炉炉膛内温度，控制炉内热解温度在450-650℃；
（c）保温出炭：热解的热解炭落入热解回转炉下方的保温料仓里，进行保温熟化，热解炭进行进一步炭化；使热解炭中焦油组分挥发，提升热解炭品质，实现清洁生产。
（d）热解气净化：热解气从热解回转炉出来后，依次进入旋风除尘器、第一级列管换热器、第二级列管换热器、电捕焦油器，最后由罗兹风机抽入热解气储气气罐中；第一级列管换热器和第二级列管换热器之间设有焦油储存罐；在旋风除尘器的前端，第一级列管换热器的前后端，第二级列管换热器的前后端以及罗兹风机的前端进行温度与压力控制。
作为本发明的进一步改进，它还包括热解气与焦油储存及回用燃烧步骤，经过所述步骤（d）净化后的热解气通入热解气储气气罐中储存，其中部分进行回用燃烧，给热解回转炉供能；分离出的焦油经过静置，分离出其中的水分，焦油经过集中储存至焦油桶，储油桶满后使用重油燃烧器燃烧，为热解回转炉供能。
作为本发明的进一步改进，所述步骤（b）中物料在热解回转炉内的停留时间为30min。
本发明大规模利用生物质废弃物资源，并形成完整生产线，实现工程化利用和炭气油清洁联产，炭气油产品能够得到充分利用。
本发明的优点如下：
（1）通过上料自动反馈控制，实现生物质原料从料仓到上料料斗自动上料，减少人工操作和操作强度，原料处理能力达到300-500kg/h。
（2）热解炉温反馈控制，实现生物质原料在热解回转炉内保持在目标温度下进行热解炭化，有效提高炭气联产产品品质，提高了生产系统的经济性。燃气热值达到18MJ/m3，燃气中焦油含量达到2.4mg/m3，能量转化效率达到74.6%，生物炭得率在30%左右，热解油产率1-4%，木醋液产率10-25%，木醋液澄清无杂质。
（3）出炭自动反馈控制，实现热解炭在经过保温熟化后，炭中焦油组分基本去除，有效提高生物炭品质，实现清洁生产。
（4）气体净化压力反馈控制，系统通过多级净化分离，有效分离出热解气中灰渣、焦油、木醋液组分，这些产品可用作化工原料，达到清洁生产的目的。
附图说明
图1是一种生物质连续热解控制装置的结构示意图；
图2是本发明方法与现有方法得到的产品的质量对比图。
附图标记含义如下：1.上料输送机；2.上料料斗；3.热解回转炉；4.保温料仓；5.旋风除尘器；6.第一级列管换热器；7.焦油储存罐；8.第二级列管换热器；9.醋液储存罐；10.电捕焦油器；11.罗兹风机；12.热解气储气气罐；13.料斗上料位计；14.料斗下料位计；17.焦油桶；19.料仓上料位计；20.料仓下料位计；102.上料输送机控制开关；104.回转炉温度传感器；105.燃烧机；107.出炭螺旋输送机；108.列管换热器温度压力传感器；第一温度传感器106；第二温度压力传感器109；110.风冷风机；112.气体组分传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
一种生物质连续热解控制装置，包括上料料斗2、热解回转炉3、换热器，上料料斗2连接热解回转炉3，它还包括恒温控制装置、热解气净化自动控制装置，热解回转炉3连接有温料仓4和旋风除尘器5，保温料仓4位于热解回转炉3的下方，换热器包括依次相连的第一级列管换热器6和第二级列管换热器8，旋风除尘器5连接第一级列管换热器；上料料斗2中设有料斗上料位计13和料斗下料位计14；恒温控制装置包括设置在热解回转炉3内分布有回转炉温度传感器104，热解气净化自动控制装置包括第一温度传感器106和列管换热器温度压力传感器108，热解回转炉3与旋风除尘器5之间的管线上设有第一温度传感器106，在第一级列管换热器6的前后端以及第二级列管换热器8的前后端均设有列管换热器温度压力传感器108。第一级列管换热器6和第二级列管换热器8的下方分别连接有风冷风机110。
保温料仓4中设料仓上料位计有19和料仓下料位计20。第二级列管换热器8连接醋液储存罐9，醋液储存罐9连接电捕焦油器10，电捕焦油器10连接罗兹风机11；电捕焦油器10上设有第二温度压力传感器109，罗兹风机11上设有气体组分传感器112。
实施例1
原料采用果木剪枝，经过粉碎后通过皮带输送进行上料，原料处理量350kg/h。
一、物料流动过程如下：
（a）自动上料：上料输送机（1）上设有上料输送机控制开关102，
将粉碎好的原料通过上料输送机（1）输送到上料料斗2中，上料料斗2中设有料斗上料位计13和料斗下料位计14，控制物料输送和停止；料仓内料位平面达到料斗上料位计13时，输送螺旋启动，进行出炭；料仓内料位平面达到料斗下料位计14时，输送螺旋停止，停止出炭；
（b）连续热解炭化：上料料斗2内物料通过螺旋输送到热解回转炉3中，经过传动输送，在炉内停留30min进行热解炭化，通过外加热方式，进行连续热解炭化，生成热解气与生物炭；
（c）保温出炭：热解的热解炭落入热解回转炉3下方的保温料仓4里，进行保温熟化，生成的热解气进入气体净化装置；热解炭进行进一步炭化，使热解炭中焦油组分挥发，提升热解炭品质，实现清洁生产。
（d）热解气净化：热解气从热解回转炉3出来后，依次进入旋风除尘器5、第一级列管换热器6、第二级列管换热器8、电捕焦油器10，最后由罗兹风机11抽入热解气储气气罐12中。第一级列管换热器6和第二级列管换热器8之间设有焦油储存罐7。
（e）热解气与焦油储存及回用燃烧：经过净化后的热解气通入热解气储气气罐12中储存，其中部分进行回用燃烧，给热解回转炉3供能。分离出的焦油经过静置，分离出其中的水分，焦油经过集中储存至焦油桶17，储油桶满后使用重油燃烧器燃烧，为热解回转炉3供能。
二、自动控制过程如下：
图1中TP表示温度压力传感器。下述回转炉温度传感器104和温度压力传感器分别连接总控制柜。将上料过程、热解炉温、出炭过程和气体净化压力自动反馈给总控制柜进行控制。
（1）连续热解恒温控制：热解回转炉3内分布有18个回转炉温度传感器104，分别分布于外加热舱上下，上层9个，下层9个，实时监控回转炉炉膛内温度，控制炉内热解温度在450-650℃；通过设定控制点温度目标值，在炉内温度达到目标温度后燃烧器停止点火，进行保温；温度下降20℃后燃烧器重新点火加热。在热解回转炉启动初期，视热解气储气气罐12剩余气量，不足时使用汽油进行初期点火加热，待系统连续运行稳定后切换为燃气燃烧器，使用热解气为热解回转炉加热。
（2）保温出炭控制：保温料仓4中设料仓上料位计19和料仓下料位计20，两个控制点位，料仓内料位平面达到料仓上料位计19时，出炭螺旋输送机107启动，进行出炭；料仓内料位平面达到料仓下料位计20时，出炭螺旋输送机107停止，停止出炭。
（3）热解气净化自动控制：在旋风除尘器5的前端，第一级列管换热器6的前后端，第二级列管换热器8的前后端，罗兹风机11的前端进行温度与压力控制，热解气先通过旋风除尘器进行高温除尘，然后通入两级列管换热器，分别在两个换热器后降温到100℃与70℃，分别分离出焦油与木醋液，经过分离净化后的热解气通入电捕焦油器进一步分离气体中焦油组分；两级列管换热器前后端温度控制点温度控制反馈给风冷风机110，风冷风机安装在列管换热器下方，风冷风机采用变频风机。热解气从列管换热器内部的列管中从上向下流动，风冷风机110通过吸入空气从列管外侧流出，使热解气在换热部分进行降温，通过实时调整风机风量使热解气温到目标温度。旋风除尘器5前端控制点压力保持在微正压，针对不同时刻产气流量变化，罗兹风机11实时变频调整风量，保持热解回转炉3的热解气出口处压力恒定。罗兹风机11处设有气体组分传感器112，当可燃气体组分达到70%时，罗兹风机11将净化后热解气输入热解气储气气罐12中，热解气分别进行回用给热解回转炉供能和生活供能。
图2示出了本发明方法与现有技术得到的产品的质量对比图，结果是本发明热解气净化后的燃气焦油含量低，燃气的热值高，能量转化效率高。
Claims (8)
1.一种生物质连续热解控制装置，包括上料料斗、热解回转炉、换热器，上料料斗连接热解回转炉，其特征在于：它还包括恒温控制装置、热解气净化自动控制装置，热解回转炉（3）连接有温料仓（4）和旋风除尘器（5），保温料仓（4）位于热解回转炉（3）的下方，所述换热器包括依次相连的第一级列管换热器（6）和第二级列管换热器（8），旋风除尘器（5）连接第一级列管换热器；上料料斗（2）中设有料斗上料位计（13）和料斗下料位计（14）；恒温控制装置包括设置在热解回转炉（3）内分布有回转炉温度传感器（104），热解气净化自动控制装置包括第一温度传感器（106）和列管换热器温度压力传感器（108），热解回转炉（3）与旋风除尘器（5）之间的管线上设有第一温度传感器（106），在第一级列管换热器（6）的前后端以及第二级列管换热器（8）的前后端均设有列管换热器温度压力传感器（108）。
2.根据权利要求1所述的一种生物质连续热解控制装置，其特征在于：所述回转炉温度传感器（104）为18个，分别横向均匀分布于外加热舱上下层各9个。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物质连续热解控制装置，其特征在于：所述第一级列管换热器（6）和第二级列管换热器（8）的下方分别连接有风冷风机（110）。
4.根据权利要求3所述的一种生物质连续热解控制装置，其特征在于：所述保温料仓（4）中设料仓上料位计有（19）和料仓下料位计（20）。
5.根据权利要求4所述的一种生物质连续热解控制装置，其特征在于：所述第二级列管换热器（8）连接醋液储存罐（9），醋液储存罐（9）连接电捕焦油器（10），电捕焦油器（10）连接罗兹风机（11）；电捕焦油器（10）上设有第二温度压力传感器（109），罗兹风机（11）上设有气体组分传感器（112）。
6.一种生物质连续热解控制方法，其特征在于包括如下步骤：
（a）自动上料：上料输送机（1）上设有上料输送机控制开关(102)，
将粉碎好的原料通过上料输送机（1）输送到上料料斗(2)中，上料料斗(2)中设有料斗上料位计(13)和料斗下料位计(14)，控制物料输送和停止；料仓内料位平面达到料斗上料位计(13)时，输送螺旋启动，进行出炭；料仓内料位平面达到料斗下料位计(14)时，输送螺旋停止，停止出炭；
（b）连续热解炭化：上料料斗(2)内物料通过螺旋输送到热解回转炉(3)中，经过传动输送，在热解回转炉(3)内热解炭化，通过外加热方式，进行连续热解炭化，生成热解气与生物炭；
热解回转炉（3）内分布的回转炉温度传感器（104），实时监控回转炉炉膛内温度，控制炉内热解温度在450-650℃；
（c）保温出炭：热解的热解炭落入热解回转炉(3)下方的保温料仓(4)里，进行保温熟化，热解炭进行进一步炭化；
（d）热解气净化：热解气从热解回转炉（3）出来后，依次进入旋风除尘器（5）、第一级列管换热器（6）、第二级列管换热器（8）、电捕焦油器（10），最后由罗兹风机（11）抽入热解气储气气罐（12）中；第一级列管换热器（6）和第二级列管换热器（8）之间设有焦油储存罐（7）；在旋风除尘器（5）的前端，第一级列管换热器（6）的前后端，第二级列管换热器（8）的前后端以及罗兹风机（11)的前端进行温度与压力控制。
7.根据权利要求6所述的一种生物质连续热解控制方法，其特征在于：它还包括热解气与焦油储存及回用燃烧步骤，经过所述步骤（d）净化后的热解气通入热解气储气气罐（12）中储存，其中部分进行回用燃烧，给热解回转炉（3）供能；分离出的焦油经过静置，分离出其中的水分，焦油经过集中储存至焦油桶（17），储油桶满后使用重油燃烧器燃烧，为热解回转炉（3）供能。
8.根据权利要求7所述的一种生物质连续热解控制方法，其特征在于：所述步骤（b）中物料在热解回转炉(3)内的停留时间为30min。
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2018
- 2018-06-21 CN CN201810644204.7A patent/CN108546559A/zh active Pending
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