CN109134151A - 一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法 - Google Patents

一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法，包括：风选装置，所述风选装置分别连接有流化床炭化装置、有机质预处理装置和发酵装置，所述流化床炭化装置后部连接有调配装置和发酵装置；流化床炭化装置一端连接有锅炉，锅炉连接有汽轮发电机组，脱硫装置设有出口与调配装置入口相连；有机质预处理装置出口连接有发酵装置入口，发酵装置出口与调配装置入口相连，发酵装置底部连接至脱硝装置；调配装置一侧连接至成型装置；成型装置出口连接至烘干装置，烘干装置尾部连接有打包装置。本发明仅给入生物质和有机质即可制备炭基有机肥，系统的电力、热力自给自足，适宜于分布式发展。

Description

一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法
技术领域
本发明涉及生物质利用技术领域，具体为一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法。
背景技术
中国是农业大国，以世界7％的土地养活了世界上22％的人口，而其中最重要的一点是化肥应用。化肥不仅能提高土壤肥力，而且也是提高作物单位面积产量的重要措施。化肥是农业生产最基础而且是最重要的物质投入。同时资料表明，中国化肥的利用率不高，如：氮肥利用率仅为35％。据联合国粮食及农业组织的资料显示，1980年至2002年中国的化肥用量增长了61％，而粮食产量只增加了31％。由于过量的施肥也导致较为严重的环境和土壤问题，如：重金属和有毒元素有所增加；微生物活性降低，物质难以转化及降解，土壤综合肥效降低；土壤酸化；水体富营养化严重等等。
在新环保政策的带动下，一些新型肥料逐渐出现用以替代传统的化肥，其中炭基有机肥就是一种非常优质的肥料。其以生物质炭为基质，由于生物质炭良好的空隙结构为土壤微生物提供良好栖息环境，为土壤有益微生物提供保护，特别是菌根真菌，促进了有益微生物繁殖及活性。生物质炭还具有高的吸附能力、阳离子交换量及化学反应性，其作为肥料缓释载体，可延缓肥料养分在土壤中的释放，提高氮、磷、钾等养分利用率。生物质炭的多孔结构、比表面积大等特性，可疏松土壤，改善土壤持水能力。传统的制炭行业和肥料行业属于不同产业，在生产中存在较大的物料和能源浪费。制炭行业常常将低品质的生物质燃气排放，同时伴随有焦油废水的排放；肥料行业往往需要通过燃煤或天然气提供生产所需的热量，许多高品质的能量被用去烘干、低温供热，并伴随着较高的电耗、燃料消耗。
因此，需要一种合理的生物质炭化制备炭基有机肥的方法来提高生物质、有机质的利用效率，优化生产工艺，节能减排。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：风选装置，所述风选装置分别连接有流化床炭化装置、有机质预处理装置和发酵装置，所述流化床炭化装置后部连接有调配装置和发酵装置；流化床炭化装置一端连接有锅炉，锅炉连接有汽轮发电机组，汽轮发电机组的后部同时连接至流化床炭化装置底部、发酵装置、烘干装置；锅炉尾部依次连接脱硝装置、脱硫装置、烟囱；脱硫装置设有出口与调配装置入口相连；有机质预处理装置出口连接有发酵装置入口，发酵装置出口与调配装置入口相连，发酵装置底部连接至脱硝装置；调配装置一侧连接至成型装置；成型装置出口连接至烘干装置，烘干装置尾部连接有打包装置。
进一步地，所述风选装置中部出口连接至流化床炭化装置中部，所述流化床炭化装置底部与风选装置顶部相连。
进一步地，所述烘干装置的底部通过管道连接于流化床炭化装置的底部，发酵装置通过管道连接于流化床炭化装置、烘干装置的底部。
一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)生物质经风选装置分选将含水率＜30％的生物质送入流化床炭化装置；含水率≥30％的生物质与有机质经有机质预处理装置一起混合、破碎并加入菌类后，送入发酵装置发酵；
步骤(2)流化床炭化装置通过水蒸汽控制反应进程，温度控制400-700℃将生物质炭化，生成生物质炭、生物质燃气；
步骤(3)生物质燃气被送入锅炉燃烧产生高压过热蒸汽，高压过热蒸汽经汽轮发电机组发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的低压蒸汽供流化床炭化装置、发酵装置、烘干装置使用，烟气经脱硝装置、脱硫装置净化后，从烟囱排放；
步骤(4)生物质炭一部分被送入发酵装置中与有机物共同由低压蒸汽加热，保证发酵温度稳定维持40～80℃，经12～96小时发酵完成的发酵产物与生物质炭和脱硫副产物硫酸铵经调配装置均质后，送入成型装置进行造粒，造粒后的炭基有机肥经烘干装置将水分干燥并打包贮存。
进一步地，所述生物质包括秸秆、稻壳、木竹屑、木竹块。
进一步地，所述有机质包括禽畜粪便、生活垃圾、城市污泥、工业废料。
进一步地，所述发酵装置8产生的含CH4、H2的发酵气充当分选风送入风选装置，后被送入流化床炭化装置作为流化介质。
进一步地，所述脱硝装置使用发酵装置产生的发酵液作为吸收剂，吸收后多余的NH3进入脱硫装置，生成硫酸铵供调配装置使用。
进一步地，所述生物质炭与有机质分层送入发酵装置共同发酵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用发酵气作为分选介质，将含水率≥30％的生物质参与有机质的发酵，避免了对进入炭化设备生物质原料的烘干，而发酵工艺本需要较多水分供菌类分解所需；同时含水率＜30％的生物质进入流化床炭化设备反应，提高生物质燃气热值，有利于后续工艺提高参数和效率，资源合理分配利用。
(2)发明将发酵产生的发酵气最终送入流化床炭化设备，一方面将废气回收，另一方面由于废气中含CH4、H2等气体具有一定的热值，相比空气作为气化剂能够提高流化床炭化设备生成的生物质燃气热值。
(3)发明将高压过热蒸汽推动汽轮机发电，做功后的低压蒸汽送至烘干、发酵或流化床炭化工序使用实现了蒸汽焓的高效利用。同时蒸汽作为气化剂提高了生物质炭的活性。
(4)发明利用发酵液含有大量的NH4-根进行脱硝和脱硫，脱硫产生硫酸铵是肥效优良的化肥，混入炭基有机肥中能提高肥效。
(5)发明中将生物质炭分层布置于发酵装置内，生物质炭较大的比表面积为微生物繁殖提供了良好的基质；同时生物质炭具有良好的保温性，进一步减小反应温度的波动，提高了发酵效率；其良好的保水性，避免了生物质反应过程中局部的缺水而降低反应效率。
(6)发明仅给入生物质和有机质即可制备炭基有机肥，系统的电力、热力自给自足，适宜于分布式发展。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。
如图1所示，一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：风选装置1，所述风选装置1分别连接有流化床炭化装置2、有机质预处理装置7和发酵装置8，所述流化床炭化装置2后部连接有调配装置9和发酵装置8；流化床炭化装置2一端连接有锅炉3，锅炉3连接有汽轮发电机组11，汽轮发电机组11的后部同时连接至流化床炭化装置2底部、发酵装置8、烘干装置12；锅炉3尾部依次连接脱硝装置4、脱硫装置5、烟囱6；脱硫装置5设有出口与调配装置9入口相连；有机质预处理装置7出口连接有发酵装置8入口，发酵装置8出口与调配装置9入口相连，发酵装置8底部连接至脱硝装置4；调配装置9一侧连接至成型装置10；成型装置10出口连接至烘干装置12，烘干装置12尾部连接有打包装置13。
所述风选装置1中部出口连接至流化床炭化装置2中部，所述流化床炭化装置2底部与风选装置1顶部相连。
所述烘干装置12的底部通过管道连接于流化床炭化装置2的底部，发酵装置8通过管道连接于流化床炭化装置2、烘干装置12的底部。
一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，包括以下步骤：
步骤(1)生物质经风选装置1分选将含水率＜30％的生物质送入流化床炭化装置2；含水率≥30％的生物质与有机质经有机质预处理装置7一起混合、破碎并加入菌类后，送入发酵装置8发酵；
步骤(2)流化床炭化装置2通过水蒸汽控制反应进程，温度控制400-700℃将生物质炭化，生成生物质炭、生物质燃气；
步骤(3)生物质燃气被送入锅炉3燃烧产生高压过热蒸汽，高压过热蒸汽经汽轮发电机组11发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的低压蒸汽供流化床炭化装置2、发酵装置8、烘干装置12使用，烟气经脱硝装置4、脱硫装置5净化后，从烟囱6排放；
步骤(4)生物质炭一部分被送入发酵装置8中与有机物共同由低压蒸汽加热，保证发酵温度稳定维持40～80℃，经12～96小时发酵完成的发酵产物与生物质炭和脱硫副产物硫酸铵经调配装置9均质后，送入成型装置10进行造粒，造粒后的炭基有机肥经烘干装置12将水分干燥并打包贮存。
所述生物质包括秸秆、稻壳、木竹屑、木竹块。
所述有机质包括禽畜粪便、生活垃圾、城市污泥、工业废料等。目的在于，适应不同微生物、菌落的发酵特性，提高反应活性。
所述发酵装置8产生的含CH4、H2等的发酵气充当分选风送入风选装置1，后被送入流化床炭化装置2作为流化介质。目的在于，提高流化床炭化装置2产生的生物质燃气热值，其热值可提高2～20％。
所述脱硝装置4使用发酵装置8产生的发酵液作为吸收剂，吸收后多余的NH3进入脱硫装置5，生成硫酸铵供调配装置9使用。目的在于，加入N元素，提高炭基有机肥的肥效。
所述生物质炭与有机质分层送入发酵装置8共同发酵。目的在于，提高反应效率，缩短发酵反应时间。
实施例1
生物质秸秆经分选将水分～18％的生物质送入流化床炭化装置，水分～42％的秸秆与有机质主要包括10％鸡粪，12％猪粪、17％牛粪、5％污泥、27％腐烂果蔬、15％木薯渣、2％糖渣一起混合、破碎并加入微生物，预处理后送入发酵装置中发酵。
流化床炭化装置内工作温度控制400℃将秸秆炭化，通入流化床炭化装置发酵气CH4含量～60％、H2含量～2％，同时通入低参数蒸汽与发酵气配比(体积比)1:6。反应生成秸秆炭含碳量～63％、秸秆燃气热值～1620Kcal/Nm3(空气气化热值＜1350Kcal/Nm3)。
秸秆燃气被送入锅炉燃烧，产生5.3Mpa，485℃蒸汽，燃烧产生的烟气经过尾气处理进行脱硫、脱硝，后达标排放并产生硫酸铵。高参数蒸汽经背压式汽轮机组发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的0.6Mpa，176℃低参数蒸汽。
秸秆炭与有机质送入发酵装置中共同发酵，同时低参数蒸汽对发酵装置进行加热并稳定维持80℃。经12小时发酵完成的发酵产物与秸秆炭和硫酸铵经搅拌设备均质调配后，进行造粒。造粒后的炭基有机肥经蒸汽烘干设备烘干，干燥至水分5％并打包贮存。
实施例2
生物质竹屑经分选将水分12-30％的生物质送入流化床炭化装置，水分30-56％的竹屑与有机质主要包括20％猪粪、12％兔粪、35％人粪、6％食用菌渣、15％酒糟、2％糠醛渣一起混合、破碎并加入微生物，预处理后送入发酵装置中发酵。
流化床炭化装置内工作温度控制610℃将竹屑炭化，通入流化床炭化装置发酵气CH4含量～35％、H2含量～1％，同时通入低参数蒸汽与发酵气配比(体积比)1:15。反应生成竹屑炭含碳量～81％、竹屑燃气热值～1520Kcal/Nm3(空气气化热值＜1250Kcal/Nm3)。
竹屑燃气被送入锅炉燃烧，产生3.82Mpa，450℃蒸汽，燃烧产生的烟气经过尾气处理进行脱硫、脱硝，后达标排放并产生硫酸铵。高参数蒸汽经抽凝式汽轮机组发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的1.0Mpa，194℃低参数蒸汽。
竹屑炭与有机质送入发酵装置中共同发酵，同时低参数蒸汽对发酵装置进行加热并稳定维持40℃。经96小时发酵完成的发酵产物与秸秆炭和硫酸铵经搅拌设备均质调配后，进行造粒。造粒后的炭基有机肥经蒸汽烘干设备烘干，干燥至水分2％并打包贮存。
实施例3
生物质木屑经分选将水分21-30％的生物质送入流化床炭化装置，水分30-37％的木屑与有机质主要包括3％羊粪、7％马粪、27％泔水、10％霉变饲料、7％药渣、8％酱油渣一起混合、破碎并加入微生物，预处理后送入发酵装置中发酵。
流化床炭化装置内工作温度控制700℃将木屑炭化，通入流化床炭化装置发酵气CH4含量～1％、H2含量～0.6％，同时通入低参数蒸汽与发酵气配比(体积比)1：10。反应生成木屑炭含碳量～83％、木屑燃气热值～1220Kcal/Nm3(空气气化热值＜1200Kcal/Nm3)。
木屑燃气被送入锅炉燃烧，产生10.5Mpa，510℃蒸汽，燃烧产生的烟气经过尾气处理进行脱硫、脱硝，后达标排放并产生硫酸铵。高参数蒸汽经抽凝式汽轮机组发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的0.8Mpa，210℃低参数蒸汽。
木屑炭与有机质送入发酵装置中共同发酵，同时低参数蒸汽对发酵装置进行加热并稳定维持65℃。经55小时发酵完成的发酵产物与木屑炭和硫酸铵经搅拌设备均质调配后，进行造粒。造粒后的炭基有机肥经蒸汽烘干设备烘干，干燥至水分7％并打包贮存。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置，包括：风选装置，其特征在于：所述风选装置分别连接有流化床炭化装置、有机质预处理装置和发酵装置，所述流化床炭化装置后部连接有调配装置和发酵装置；流化床炭化装置一端连接有锅炉，锅炉连接有汽轮发电机组，汽轮发电机组的后部同时连接至流化床炭化装置底部、发酵装置、烘干装置；锅炉尾部依次连接脱硝装置、脱硫装置、烟囱；脱硫装置设有出口与调配装置入口相连；有机质预处理装置出口连接有发酵装置入口，发酵装置出口与调配装置入口相连，发酵装置底部连接至脱硝装置；调配装置一侧连接至成型装置；成型装置出口连接至烘干装置，烘干装置尾部连接有打包装置。
2.根据权利要求1所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置，其特征在于：所述风选装置中部出口连接至流化床炭化装置中部，所述流化床炭化装置底部与风选装置顶部相连。
3.权利要求1所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用装置，其特征在于：所述烘干装置的底部通过管道连接于流化床炭化装置的底部，发酵装置通过管道连接于流化床炭化装置、烘干装置的底部。
4.一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)生物质经风选装置分选将含水率＜30％的生物质送入流化床炭化装置；含水率≥30％的生物质与有机质经有机质预处理装置一起混合、破碎并加入菌类后，送入发酵装置发酵；
步骤(2)流化床炭化装置通过水蒸汽控制反应进程，温度控制400-700℃将生物质炭化，生成生物质炭、生物质燃气；
步骤(3)生物质燃气被送入锅炉燃烧产生高压过热蒸汽，高压过热蒸汽经汽轮发电机组发电，电力供全厂设备使用，并输出做功后的低压蒸汽供流化床炭化装置、发酵装置、烘干装置使用，烟气经脱硝装置、脱硫装置净化后，从烟囱排放；
步骤(4)生物质炭一部分被送入发酵装置中与有机物共同由低压蒸汽加热，保证发酵温度稳定维持40～80℃，经12～96小时发酵完成的发酵产物与生物质炭和脱硫副产物硫酸铵经调配装置均质后，送入成型装置进行造粒，造粒后的炭基有机肥经烘干装置将水分干燥并打包贮存。
5.权利要求4所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述生物质包括秸秆、稻壳、木竹屑、木竹块。
6.权利要求4所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述有机质包括禽畜粪便、生活垃圾、城市污泥、工业废料。
7.权利要求4所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述发酵装置产生的含CH4、H2的发酵气充当分选风送入风选装置，后被送入流化床炭化装置作为流化介质。
8.权利要求4所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述脱硝装置使用发酵装置产生的发酵液作为吸收剂，吸收后多余的NH3进入脱硫装置，生成硫酸铵供调配装置使用。
9.权利要求4所述的一种流化床生物质炭化制备炭基有机肥循环利用方法，其特征在于：所述生物质炭与有机质分层送入发酵装置共同发酵。
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