CN109370694A - 一种秸秆生物质燃料提质改性的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于秸秆利用技术领域，公开了一种秸秆生物质燃料提质改性的系统及方法，包括：提质处理模块、机械脱水模块、干燥模块、改性模块、供热模块、循环再利用模块；将粉碎后的秸秆、补给水及脱除剂混合后放入提质处理模块，获得改性浆料；将改性浆料传输至机械脱水模块，通过机械方式对其进行脱水处理；将脱水后的改性浆料传输至干燥模块进行干燥处理至改性模块进行低温烘培，提高固定碳的含量获得高品质的燃料和可燃气体。本发明通过对秸秆生物质的脱灰、脱碱金属、提质改性，能够有效降低秸秆生物质废弃物中的灰分、碱金属等有害及无用组分，并提高热值，使其作为燃料能实现更好的利用，可以有效提高热值和燃料品质。

Description

一种秸秆生物质燃料提质改性的系统及方法

技术领域

本发明属秸秆利用技术领域，尤其涉及一种秸秆生物质燃料提质改性的系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

秸秆生物质燃料作为一种可再生能源，并且具有资源分布广、零排放、污染小、易点燃等特点，越来越受到全社会的关注，是可再生能源发展的主要方向之一。我国作为农业大国，具有丰富的农作物秸秆资源，开发利用生物质对我国的能源战略和环境保护有着重要作用。但是，作为燃料使用，秸秆生物质还存在以下问题：

(1)灰分含量高。由于秸秆生物质中的灰分含量通常较高，因此，颗粒燃料的灰分沉积速度一般大大超过煤的燃烧，有的甚至超出煤炭大约一个数量级。此外，积灰中通常存在大量的KCl等氯化物，也是需要注意的一个问题。

(2)结渣现象严重。在秸秆生长过程中，会吸收包含了一定含量的碱金属元素(包括K、Na、Cl、S、Ca、Si、P等)，其以盐或者氧化物的形式存在于生物质机体内部或者灰分等杂质中(包括K、Na、Cl、S、Ca、Si、P等)。当秸秆类生物质固体成型燃料燃烧时达到的温度远远高于灰熔点温度范围，导致炉底的秸秆灰在800～900℃时就开始软化，温度过高时灰分会全部或者部分发生熔化，导致结渣率较高，试验表明玉米秸秆颗粒燃料的结渣率在50％以上。这不仅影响燃烧设备的热性能，甚至会危及燃烧设备的安全。

(3)秸秆生物质燃料与煤等化石燃料相比，固定碳含量少，最高仅50％左右，相当于褐煤中的含碳量，热值较低；另一方面，秸秆生物质具有较高的挥发分含量，一般在76％～86％之间，一般在200～300℃时开始析出。如果此时无法提供足够的助燃空气，则未燃尽的挥发分被气流带出，形成黑烟，加大燃料的化学不完全燃烧损失。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)秸秆生物质中的灰分含量通常较高，颗粒燃料的灰分沉积速度一般大大超过煤的燃烧，积灰中通常存在大量的KCl等氯化物，可直接沉积在生物质锅炉的传热表面，造成各级受热面的积灰、过热器结渣与腐蚀等问题。

(2)秸秆类生物质固体成型燃料燃烧时达到的温度远远高于灰熔点温度范围，导致炉底的秸秆灰在800～900℃时就开始软化，温度过高时灰分会全部或者部分发生熔化，导致结渣率较高，这不仅影响燃烧设备的热性能，甚至会危及燃烧设备的安全。

(3)秸秆生物质燃料固定碳含量少，具有较高的挥发分含量，易形成黑烟，加大燃料的化学不完全燃烧损失。

解决上述技术问题的难度和意义：

通过对秸秆生物质的脱灰、脱碱金属、提质改性，一方面能够有效降低秸秆生物质中的灰分、碱金属等有害及无用组分，可以避免对生物质锅炉换热面造成腐蚀，延长生物质锅炉的使用寿命来弥补，提高燃料灰熔点，结渣现象可得到有效改善，Cl元素减少可以达到降低二噁英和呋喃的目的；另一方面，脱除大部分的水分和低热值轻质挥发分，提高了热值、能量密度和可磨性特性，可改善秸秆等生物质的储运特性和能源品质，使其作为燃料能实现更好的利用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种秸秆生物质燃料提质改性的系统及方法。

本发明是这样实现的，一种秸秆生物质燃料提质改性系统主要包括：提质处理模块、机械脱水模块、干燥模块、改性模块、供热模块、循环再利用模块；

提质处理模块与机械脱水模块相连接，用于将粉碎后的秸秆等生物质和水、脱除剂共同进入提质处理阶段混合后，进行加热、搅拌，获得改性浆料；

机械脱水模块与循环再利用模块和干燥模块连接，用于将提质处理后生物质燃料通过机械方式进行脱水处理，为后期干燥阶段减少能量消耗，所得到处理液和沉淀物，进入循环利用阶段进行再生，然后以循环水的形式送入提质处理阶段，形成循环利用；

干燥模块与循环再利用模块和改性模块连接，用于对改性的湿性燃料进行干燥处理，得到含水率低于10％的秸秆生物质燃料，为进一步处理做准备；

改性模块与供热模块相互连接，用于通过对按照后的秸秆生物质燃料进行低温烘焙，进一步除去燃料挥发分，提高固定碳的含量，以提高燃料热值，获得高品质的燃料和可燃气；

供热模块与改性模块和干燥模块连接，用于将改性阶段产生的可燃气进入供热系统与助燃空气混合，进行燃烧，产生的高温烟气分别进入干燥阶段和改性阶段作为热源。

再循环利用模块与提质处理模块连接，用于将干燥阶段、改性阶段产生的废气分别进入循环再利用阶段，进行冷凝，产生的废水，与机械脱水阶段所产生的废水进行混合，脱除剂再生后，以循环水的形式进入提质处理阶段在利用。

本发明的另一目的在于提供秸秆生物质燃料提质改性的方法，该方法为：

步骤一：将粉碎后的秸秆、补给水及脱除剂混合后放入提质处理模块，通过提质处理模块进行加热、搅拌，获得改性浆料；

步骤二：将改性浆料传输至机械脱水模块，通过机械方式对其进行脱水处理，将脱水后得到的废液和沉淀物传输至循环再利用模块进行再生，再生后以循环水的形式传输至提质处理模块进行循环利用；

步骤三：将脱水后的改性浆料传输至干燥模块进行干燥处理，干燥的尾气经冷凝后产生的废水传输至循环再利用模块，处理后的固体生物质传输至改性模块，对浆料进行低温烘焙，去除燃料挥发分。

进一步，所述添加脱包括乙酸、木醋液、硫酸亚铁、酒石酸等，可对秸秆燃烧中的Cl、Si、K和N等元素进行有效脱出，液料比为1:5～1:10，温度控制在40℃～80℃，处理时间为30～60min，可以脱出大部分的灰分和碱金属，单位热值提高2％～7％；秸秆粉碎后的粒度小于10mm。

进一步，所述机械脱水阶段可采用离心脱水方式或板框压滤方式等形式，改性湿燃料的含水率为40％～50％。

进一步，所述干燥阶段温度控制在90℃～110℃，干燥处理时间为10～30min。

进一步，所述改性模块的换热方式为间接换热，烟气温度大约300℃，烘培温度为230℃～290℃，滞留时间为30min。所得到秸秆生物质热值提高15％～25％，挥发分含量低于5％。

进一步，产生的废渣和冷凝、净化后烟气，无害化处理后对外排放，冷凝产生的热量用于脱除剂再生。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明通过对秸秆生物质的脱灰、脱碱金属、提质改性，一方面能够有效降低秸秆生物质中的灰分、碱金属等有害及无用组分，灰分含量可降低30％，钾、钠等碱金属元素脱除率达95％以上，可以避免对生物质锅炉换热面造成腐蚀，延长生物质锅炉的使用寿命来弥补，提高燃料灰熔点从820℃到1400℃以上，结渣现象可得到有效改善，脱除了Cl元素90％以上，可以达到降低二噁英和呋喃的目的；另一方面，改性脱除大部分的水分和低热值轻质挥发分，提高了热值、能量密度和可磨性特性，秸秆生物质热值提高15％～25％，挥发分含量低于5％，可改善秸秆等生物质的储运特性和能源品质，使其作为燃料能实现更好的利用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的秸秆生物质燃料提质改性方法流程图。

图2是本发明实施例提供的秸秆生物质燃料提质改性工艺流程示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理做详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的秸秆生物质燃料提质改性的方法为：

S101：将粉碎后的秸秆、补给水及脱除剂混合后放入提质处理模块，通过提质处理模块进行加热、搅拌，获得改性浆料；

S102：将改性浆料传输至机械脱水模块，通过机械方式对其进行脱水处理，将脱水后得到的废液和沉淀物传输至循环再利用模块进行再生，再生后以循环水的形式传输至提质处理模块进行循环利用；

S103：将脱水后的改性浆料传输至干燥模块进行干燥处理，干燥的尾气经冷凝后产生的废水传输至循环再利用模块，处理后的固体生物质传输至改性模块，对浆料进行低温烘焙，去除燃料挥发分。

本发明实施例提供的添加脱包括乙酸、木醋液、硫酸亚铁、酒石酸等，可对秸秆燃烧中的Cl、Si、K和N等元素进行有效脱出，液料比为1:5～1:10，温度控制在40℃～80℃，处理时间为30～60min，可以脱出大部分的灰分和碱金属，单位热值提高2％～7％；秸秆粉碎后的粒度小于10mm。

本发明实施例提供的机械脱水阶段可采用离心脱水方式或板框压滤方式等形式，改性湿燃料的含水率为40％～50％。

本发明实施例提供的干燥阶段温度控制在90℃～110℃，干燥处理时间为10～30min。

本发明实施例提供的改性模块的换热方式为间接换热，烟气温度大约300℃，烘培温度为230℃～290℃，滞留时间为30min。所得到秸秆生物质热值提高15％～25％，挥发分含量低于5％。

本发明实施例提供的产生的废渣和冷凝、净化后烟气，无害化处理后对外排放，冷凝产生的热量用于脱除剂再生。

如图2所示，本发明实施例提供的秸秆生物质燃料提质改性系统主要包括：提质处理模块、机械脱水模块、干燥模块、改性模块、供热模块、循环再利用模块；

提质处理模块与机械脱水模块相连接，用于将粉碎后的秸秆等生物质和水、脱除剂共同进入提质处理阶段混合后，进行加热、搅拌，获得改性浆料；

机械脱水模块与循环再利用模块和干燥模块连接，用于将提质处理后生物质燃料通过机械方式进行脱水处理，为后期干燥阶段减少能量消耗，所得到处理液和沉淀物，进入循环利用阶段进行再生，然后以循环水的形式送入提质处理阶段，形成循环利用；

干燥模块与循环再利用模块和改性模块连接，用于对改性的湿性燃料进行干燥处理，得到含水率低于10％的秸秆生物质燃料，为进一步处理做准备；

改性模块与供热模块相互连接，用于通过对按照后的秸秆生物质燃料进行低温烘焙，进一步除去燃料挥发分，提高固定碳的含量，以提高燃料热值，获得高品质的燃料和可燃气；

供热模块与改性模块和干燥模块连接，用于将改性阶段产生的可燃气进入供热系统与助燃空气混合，进行燃烧，产生的高温烟气分别进入干燥阶段和改性阶段作为热源。

再循环利用模块与提质处理模块连接，用于将干燥阶段、改性阶段产生的废气分别进入循环再利用阶段，进行冷凝，产生的废水，与机械脱水阶段所产生的废水进行混合，脱除剂再生后，以循环水的形式进入提质处理阶段在利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种秸秆生物质燃料提质改性的方法，其特征在于，所述秸秆生物质燃料提质改性的方法为：

步骤一：将粉碎后的秸秆、补给水及脱除剂混合后放入提质处理模块，通过提质处理模块进行加热、搅拌，获得改性浆料；

步骤二：将改性浆料传输至机械脱水模块，通过机械方式对其进行脱水处理，将脱水后得到的废液和沉淀物传输至循环再利用模块进行再生，再生后以循环水的形式传输至提质处理模块进行循环利用；

步骤三：将脱水后的改性浆料传输至干燥模块进行干燥处理，干燥的尾气经冷凝后产生的废水传输至循环再利用模块，处理后的固体生物质传输至改性模块，对浆料进行低温烘焙，去除燃料挥发分。

2.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料提质改性的方法，其特征在于，所述添加脱包括乙酸、木醋液、硫酸亚铁、酒石酸，可对秸秆燃烧中的Cl、Si、K和N等元素进行有效脱出，液料比为1:5～1:10，温度控制在40℃～80℃，处理时间为30～60min，脱出大部分的灰分和碱金属，单位热值提高2％～7％；秸秆粉碎后的粒度小于10mm。

3.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料提质改性的方法，其特征在于，所述机械脱水阶段采用离心脱水方式或板框压滤方式，改性湿燃料的含水率为40％～50％。

4.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料提质改性的方法，其特征在于，所述干燥阶段温度控制在90℃～110℃，干燥处理时间为10～30min。

5.如权利要求1所述的秸秆生物质燃料提质改性的方法，其特征在于，所述改性模块的换热方式为间接换热，烟气温度300℃，烘培温度为230℃～290℃，滞留时间为30min；所得到秸秆生物质热值提高15％～25％，挥发分含量低于5％。

6.一种实现权利要求1所述秸秆生物质燃料提质改性的方法的秸秆生物质燃料提质改性的系统，其特征在于，所述秸秆生物质燃料提质改性系统包括：提质处理模块、机械脱水模块、干燥模块、改性模块、供热模块、循环再利用模块；

提质处理模块与机械脱水模块相连接，用于将粉碎后的秸秆生物质和水、脱除剂共同进入提质处理阶段混合后，进行加热、搅拌，获得改性浆料；

机械脱水模块与循环再利用模块和干燥模块连接，用于将提质处理后生物质燃料通过机械方式进行脱水处理；

干燥模块与循环再利用模块和改性模块连接，用于对改性的湿性燃料进行干燥处理，得到含水率低于10％的秸秆生物质燃料；

改性模块与供热模块相互连接，用于通过对秸秆生物质燃料进行低温烘焙，除去燃料挥发分，提高固定碳的含量；

供热模块与改性模块和干燥模块连接，用于将改性阶段产生的可燃气进入供热系统与助燃空气混合，进行燃烧，产生的高温烟气分别进入干燥阶段和改性阶段作为热源；

再循环利用模块与提质处理模块连接，用于将干燥阶段、改性阶段产生的废气分别进入循环再利用阶段，进行冷凝，产生的废水，与机械脱水阶段所产生的废水进行混合，脱除剂再生后，以循环水的形式进入提质处理阶段再利用。