CN111396887B - 一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统及方法，生物质能源设备领域。自动进料口、固体燃料热分解室和多孔介质高温裂解室顺序连接，固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室以及两者之间的连通段底部从上到下依次设有滤灰层和储灰仓；空气/O₂输送管给所述固体燃料分解室补充氧气，所述多孔介质高温裂解室顶部设有高温烟气输送管，所述高温烟气输送管分别连通固体燃料分解室顶部和高温烟气处理室。本发明燃烧系统装置简单，体积小，安全，无焦油、废水等各种废弃物排放，燃烧稳定，只需要普通的一次点火即可进行一系列的反应，烟气余热再次利用，实现生物质燃料的充分燃烧，杜绝浪费，节约能源，满足国家对于能源环保的要求。

Description

一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统及方法

技术领域

本发明涉及一种生物质能源技术领域，具体而言，涉及一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统及方法。

背景技术

相对于石化能源，生物质燃料具有许多特有的环境价值。它能减少气候变化，土壤侵蚀、水污染和垃圾堆积的压力、提供野生生物居住。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质颗粒是由锯末，木屑，经过加工产生的块状环保新能源，生物质颗粒发热量大，发热量在4000-4300大卡左右；生物质颗粒纯度高，不含硫磷等有害物质，不腐蚀燃烧器，延长燃烧器的使用寿命，燃烧时不产生有害气体。因此生物质燃料的高效利用已经成为了当今社会重点研究课题。

目前的生物质燃料燃烧装置还存在加热成本高，焦油燃烧不充分，火焰外漏，余热利用不充分，占地面积过大，蓄热能力差等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状问题，旨在提供一种多孔介质燃烧与固体自由空间内燃烧相结合的生物质反应系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于:包括自动进料口、固体燃料热分解室、多孔介质高温裂解室；

所述自动进料口、固体燃料热分解室和多孔介质高温裂解室顺序连接，固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室以及两者之间的连通段底部从上到下依次设有滤灰层和储灰仓；

空气/O₂输送管给所述固体燃料分解室补充氧气，所述多孔介质高温裂解室顶部设有高温烟气输送管，所述高温烟气输送管分别连通固体燃料分解室顶部和高温烟气处理室。

进一步，所述固体燃料热分解室内设有第一自动点火装置，生物质燃料通过所述自动进料口输送至所述固体燃料热分解室中，所述第一自动点火装置点燃所述生物质燃料，固体燃料热分解室内还设有旋风搅流装置，所述旋风搅流装置对所述固体燃料热分解室中的气流进行搅动。

进一步，所述自动进料口和所述固体燃料热分解室之间设有螺旋传送管，所述螺旋传送管一端连接风机1供风，另一端连接至固体燃料热分解室。

进一步，所述固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室以及两者之间的连通段中依次设有高温陶瓷过滤膜和干燥层，所述固体燃料分解室的产物依次通过高温陶瓷过滤膜和干燥层后进入多孔介质高温裂解室。

进一步，所述储灰仓内设有吸灰机，下部分分别连接至烟灰输送管道和二氧化碳滤气层，所述二氧化碳滤气层连接二氧化碳处理室，经过所述二氧化碳处理室处理后纯二氧化碳可通过二氧化碳输送管输送至所述多孔介质高温裂解室为该系统提供保护气，所述的烟灰输送管道内设有抽灰动力装置。

进一步，所述多孔介质高温裂解室内设有双层式多孔介质层、第二自动点火装置以及旋转搅动器，所述旋转搅动器设置在所述多孔介质高温裂解室底部位于所述滤灰层上方，所述的多孔介质高温裂解室内有温度检测装置和气体浓度检测装置。

进一步，所述双层式多孔介质包括上部的泡沫陶瓷层和下部的氧化锆小球层，所述氧化锆小球层与氧化锆泡沫陶瓷层高度比例为1：1，所述旋转搅动器与氧化锆小球层接触，带动氧化锆小球层的小球360°旋转。

进一步，所述泡沫陶瓷层采用的是10PPI的氧化锆泡沫陶瓷，所述氧化锆小球层的氧化锆小球直径为3-5mm。

本发明还提供一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1.将生物质燃料投放到自动进料口，通过螺旋传送管进入固体燃料热分解室，第一自动点火器点燃燃料；

步骤S2.燃料在固体燃料热分解室内燃烧，风机1供风，空气/O₂输送管根据需要补充氧气，旋风搅流装置搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分；

步骤S3.挥发性气体和挥发性焦油通过高温陶瓷过滤膜，干燥层进入多孔介质高温裂解室内，旋转搅动气搅动氧化锆小球，在多孔介质中燃烧产生的高温烟气一部分通过高温烟气输送管进入固体燃料热分解室，另一部分通过高温烟气输送管进入高温烟气处理室转化为热能进行发电供暖制冷等；

步骤S4.固体燃料热分解室中燃烧中产生的小分子颗粒烟灰通过滤灰层进入储灰仓，接着通过烟灰输送管道运至肥料储存室；

步骤S5.二氧化碳气体通过二氧化碳滤气层进入二氧化碳处理室，可通过二氧化碳输送管为该系统提供保护气。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

1.本发明的燃烧系统装置简单，体积小，使用方便，安全，能够根据内部燃料的燃烧状况自动加料，无焦油、废水等各种废弃物排放:采用多孔介质高温裂解燃烧技术，焦油等以气态的形式直接燃烧，解决生物质气化焦油含量高的技术难题，避免了水洗焦油带来的水质二次污染。燃烧稳定，加热温度高火焰稳定,高温段温度可达1500℃，多孔介质蓄热的方式，事先不需要提供特殊的高温环境，无复杂的工艺，加热成本低，只需要普通的一次点火即可进行一系列的反应。多孔介质高温裂解室产生的高温烟气可以再次利用，为固体燃料热分解室提供热量，促进其内部的物质进一步燃烧，为燃料来源广，以木质、木胃颗粒为原料，热值高，且避免了秸秆颗粒容易发生结焦现象的发生。实现生物质燃料的充分燃烧，杜绝浪费，节约能源，满足国家对于能源环保的要求。

2.所述的双层多孔介质燃烧可实现驻定燃烧，火焰可稳定在多孔介质高温裂解室内的氧化锆小球和氧化锆泡沫陶瓷的交接处不会会造成火焰外漏的情况，且采用氧化锆材料，其蓄热效果好、耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化性、耐磨、热膨胀系数大。

3.旋转搅动器可在燃烧时带动小球转动，促进气流在多孔介质燃烧体内的流动，使燃烧更加的充分，且小球不停的转动的同时会抖落燃烧积累的炭灰，以防堵塞，在燃烧结束后的风机1送风清洁燃烧系统的过程中也可发挥作用，使得系统清洁更加全面，干净。

4.生物质燃烧系统产生二氧化碳产物经过处理可以加以利用作为系统的保护气体，当多孔介质高温裂解室内有温度检测装置和气体浓度检测装置检测到异常时，二氧化碳通过二氧化碳输送管至多孔介质高温裂解室，抑制即将发生的爆炸等安全事故。

附图说明

图1为本发明的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统的结构图

图中1-风机；2-自动进料口；3-空气/O₂输送管；4-固体燃料热分解室；5-第一自动点火装置；6-螺旋传送管；7-旋风搅流装置；8-储灰仓；9-滤灰层；10-吸灰机；11-烟灰输送管道；12-二氧化碳滤气层；13-高温陶瓷过滤膜；14-干燥层；15-多孔介质高温裂解室；16-二氧化碳处理室；17-高温烟气输送管；18-第二自动点火装置；19-泡沫陶瓷层；20-氧化锆小球层；21-旋转搅动器；22-二氧化碳输送管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，本申请提供一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，包括自动进料口2、固体燃料热分解室4、多孔介质高温裂解室15；

所述自动进料口2、固体燃料热分解室4和多孔介质高温裂解室15顺序连接，固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室15以及两者之间的连通段底部从上到下依次设有滤灰层9和储灰仓8；

空气/O₂输送管3给所述固体燃料分解室补充氧气，所述多孔介质高温裂解室15顶部设有高温烟气输送管17，所述高温烟气输送管17分别连通固体燃料分解室顶部和高温烟气处理室。

在上述实施例中，生物质燃料，如生物质颗粒、木屑、木粉、锯末等有机生物质按照一定的比例从自动进料口2进入固体燃料热分解室4进行燃烧，空气/O₂输送管3给所述固体燃料分解室补充氧气，旋风搅流装置7搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分，在固体燃料分解室中燃烧的不可再分解的小分子颗粒烟灰进入储灰仓8，通过烟灰输送管输送出去可作为肥料，在固体燃料分解室中产生的挥发性气体和挥发性焦油进入多孔介质高温裂解室15内，在多孔介质中燃烧产生了主要成分为H₂O、CO₂的高温烟气，高温烟气一部分通过高温烟气输送管17进入固体燃料热分解室4，给热分解室提供热量，使热分解室内生物质燃料燃烧更加充分，同时进一步促进热分解室内焦炭的反应生成CO₂，生成的另一部分通过高温烟气输送管17进入高温烟气处理室转化为热能进行发电、制热、制冷等。

上述旋风搅流装置7由一种耐高温的铁制扇叶组成，固定在固体燃料热分解室4内，有多种不同的风力档，可根据固体燃料在热分解室燃烧的情况自动调档或关闭。

进一步优选的实施例中，固体燃料热分解室4内设有第一自动点火装置5，生物质燃料通过所述自动进料口2输送至所述固体燃料热分解室4中，所述第一自动点火装置5点燃所述生物质燃料，固体燃料热分解室4内还设有旋风搅流装置7，所述旋风搅流装置7对所述固体燃料热分解室4中的气流进行搅动。自动进料口2和所述固体燃料热分解室4之间设有螺旋传送管6，所述螺旋传送管6一端连接风机1供风，另一端连接至固体燃料热分解室4。

在上述实施例中，第一自动点火装置5点燃燃料，风机1根据固体

在上述实施例中，燃料热分解室的需要变频配风；燃料在固体燃料热分解室4内燃烧，风机1供风，空气/O₂输送管3根据需要补充氧气，旋风搅流装置7搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分。

进一步优选的实施例中，固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室15以及两者之间的连通段中依次设有高温陶瓷过滤膜13和干燥层14，所述固体燃料分解室的产物依次通过高温陶瓷过滤膜和干燥层14后进入多孔介质高温裂解室15。

在上述实施例中，挥发性气体和挥发性焦油通过高温陶瓷过滤膜13和干燥层14进入多孔介质高温裂解室15内，所述的高温陶瓷过滤膜13是纳米级过滤膜，可过滤焦炭，烟灰等颗粒，耐酸、耐碱、耐氧化，耐高温。

进一步优选的实施例中，储灰仓8内设有吸灰机10，下部分分别连接至烟灰输送管道11和二氧化碳滤气层12，所述二氧化碳滤气层12连接二氧化碳处理室16，经过所述二氧化碳处理室16处理后纯二氧化碳可通过二氧化碳输送管22输送至所述多孔介质高温裂解室15为该系统提供保护气，所述的烟灰输送管道11内设有抽灰动力装置。

在上述实施例中，固体燃料热分解室4中燃烧中产生的小分子颗粒烟灰通过滤灰层9进入储灰仓8，接着通过烟灰输送管道11运至肥料储存室，烟灰输送管道11内安装的抽灰动力装置可以为烟灰输送提供动力；二氧化碳气体通过二氧化碳滤气层12进入二氧化碳处理室16，当多孔介质高温裂解室15内的温度或者可燃气体超过安全标准时，经过一系列处理的纯二氧化碳可通过二氧化碳输送管22为该系统提供保护气，将二氧化碳输送到多孔介质高温裂解室15内抑制燃烧反应。

进一步优选的实施例中，所述多孔介质高温裂解室15内设有双层式多孔介质层、第二自动点火装置18以及旋转搅动器21，所述旋转搅动器21设置在所述多孔介质高温裂解室15底部位于所述滤灰层9上方，所述的多孔介质高温裂解室15内有温度检测装置和气体浓度检测装置。

双层式多孔介质包括上部的泡沫陶瓷层19和下部的氧化锆小球层20，上部的泡沫陶瓷层19和下部的氧化锆小球层20的高度比为1:1，所述旋转搅动器21与氧化锆小球层20接触，带动氧化锆小球层20的小球360°旋转，泡沫陶瓷层19采用的是10PPI的氧化锆泡沫陶瓷，所述氧化锆小球层的氧化锆小球直径为3-5mm。

在上述实施例中，双层多孔介质燃烧可实现驻定燃烧，火焰可稳定在多孔介质高温裂解室15内的氧化锆小球和氧化锆泡沫陶瓷的交接处不会会造成火焰外漏的情况，且采用氧化锆材料，其蓄热效果好、耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化性、耐磨、热膨胀系数大。旋转搅动器21由一种耐高温的氧化铝陶瓷片板构成，中心有旋转动力装置，可带动陶瓷片板旋转，可调节不同的转速，旋转搅动器21可在燃烧时带动小球转动，促进气流在多孔介质燃烧体内的流动，使燃烧更加的充分，且小球不停的转动的同时会抖落燃烧积累的炭灰，以防堵塞。在燃烧结束后的风机1送风清洁燃烧系统的过程中也可发挥作用，使得系统清洁更加全面，干净。

为了更好的实现上述发明的目的，本发明还提供了一种使用上述的系统的多孔燃烧回热循环式生物质热解反应的方法，包括以下步骤：

将生物质燃料，如生物质颗粒、木屑、木粉、锯末等有机生物质按照一定的比例放到自动进料口2，通过螺旋传送管6进入固体燃料热分解室4，自动点火器点燃燃料；燃料在固体燃料热分解室4内燃烧，风机1供风，空气/O₂输送管3根据需要补充氧气，旋风搅流装置7搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分；挥发性气体和挥发性焦油通过高温陶瓷过滤膜13，干燥层14进入多孔介质高温裂解室15内，旋转搅动气搅动氧化锆小球，在多孔介质中燃烧产生的高温烟气一部分通过高温烟气输送管17进入固体燃料热分解室4，另一部分通过高温烟气输送管17进入高温烟气处理室转化为热能进行发电供暖制冷等；固体燃料热分解室4中燃烧中产生的小分子颗粒烟灰通过滤灰层9进入储灰仓8，接着通过烟灰输送管道11运至肥料储存室；二氧化碳气体通过二氧化碳滤气层12进入二氧化碳处理室16，可通过二氧化碳输送管22为该系统提供保护气。

其具体的工作过程如下：生物质燃料，如生物质颗粒、木屑、木粉、锯末等有机生物质按照一定的比例放到自动进料口2，螺旋传送管6自动送料，传送的速度可以调整，燃料送到固体热分解室后，第一自动点火装置5点燃燃料，风机1根据固体燃料热分解室4的需要变频配风；燃料在固体燃料热分解室4内燃烧，风机1供风，空气/O₂输送管3根据需要补充氧气，旋风搅流装置7搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分；高温陶瓷过滤膜13将焦炭和一些烟灰颗粒过滤在固体燃料热分解室4内，挥发性气体和挥发性焦油通过高温陶瓷过滤膜13，干燥层14进入多孔介质高温裂解室15内，高温裂解室内的第二自动点火器点火，旋转搅动器21搅动氧化锆小球，促进气流在多孔介质燃烧体内的流动，使燃烧更加的充分，且小球不停的转动的同时会抖落燃烧积累的炭灰，炭灰通过滤灰层9掉落至储灰仓8，燃烧时火焰可稳定在多孔介质高温裂解室15内的氧化锆小球和氧化锆泡沫陶瓷的交接处，在多孔介质中燃烧产生了主要成分为H₂O、CO₂的高温烟气，高温烟气一部分通过高温烟气输送管17进入固体燃料热分解室4，给热分解室提供热量，使热分解室内生物质燃料燃烧更加充分，同时进一步促进热分解室内焦炭的反应生成CO₂，生成的另一部分通过高温烟气输送管17进入高温烟气处理室转化为热能进行发电、制热、制冷等；固体燃料热分解室4中燃烧中产生的小分子颗粒烟灰通过滤灰层9进入储灰仓8，接着通过烟灰输送管道11运至肥料储存室，烟灰输送管道11内安装的抽灰动力装置可以为烟灰输送提供动力；二氧化碳气体通过二氧化碳滤气层12进入二氧化碳处理室16，当多孔介质高温裂解室15内的温度或者可燃气体超过安全标准时，经过一系列处理的纯二氧化碳可通过二氧化碳输送管22为该系统提供保护气，将二氧化碳输送到多孔介质高温裂解室15内抑制燃烧反应。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于:包括自动进料口、固体燃料热分解室、多孔介质高温裂解室；

所述自动进料口、固体燃料热分解室和多孔介质高温裂解室顺序连接，固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室以及两者之间的连通段底部从上到下依次设有滤灰层和储灰仓；所述多孔介质高温裂解室内设有双层式多孔介质层、第二自动点火装置以及旋转搅动器，所述旋转搅动器设置在所述多孔介质高温裂解室底部位于所述滤灰层上方，所述的多孔介质高温裂解室内有温度检测装置和气体浓度检测装置；双层式多孔介质包括上部的泡沫陶瓷层和下部的氧化锆小球层，所述泡沫陶瓷层和下部的氧化锆小球层和下部的氧化锆小球层的高度比例为1：1，所述旋转搅动器与氧化锆小球层接触，带动氧化锆小球层的小球360°旋转；

空气/O₂输送管给所述固体燃料分解室补充氧气，所述多孔介质高温裂解室顶部设有高温烟气输送管，所述高温烟气输送管分别连通固体燃料分解室顶部和高温烟气处理室。

2.根据权利要求1所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于：所述固体燃料热分解室内设有第一自动点火装置，生物质燃料通过所述自动进料口输送至所述固体燃料热分解室中，所述第一自动点火装置点燃所述生物质燃料，固体燃料热分解室内还设有旋风搅流装置，所述旋风搅流装置对所述固体燃料热分解室中的气流进行搅动。

3.根据权利要求1所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于：所述自动进料口和所述固体燃料热分解室之间设有螺旋传送管，所述螺旋传送管一端连接风机1供风，另一端连接至固体燃料热分解室。

4.根据权利要求1所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于：所述固体燃料分解室和所述多孔介质高温裂解室以及两者之间的连通段中依次设有高温陶瓷过滤膜和干燥层，所述固体燃料分解室的产物依次通过高温陶瓷过滤膜和干燥层后进入多孔介质高温裂解室。

5.根据权利要求1所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于：所述储灰仓内设有吸灰机，下部分分别连接至烟灰输送管道和二氧化碳滤气层，所述二氧化碳滤气层连接二氧化碳处理室，经过所述二氧化碳处理室处理后纯二氧化碳可通过二氧化碳输送管输送至所述多孔介质高温裂解室为该系统提供保护气，所述的烟灰输送管道内设有抽灰动力装置。

6.根据权利要求1所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应系统，其特征在于：所述泡沫陶瓷层采用的是10PPI的氧化锆泡沫陶瓷，所述氧化锆小球层的氧化锆小球直径为3-5mm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种多孔燃烧回热循环式生物质热解反应的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1.将生物质燃料投放到自动进料口，通过螺旋传送管进入固体燃料热分解室，第一自动点火器点燃燃料；

步骤S2.燃料在固体燃料热分解室内燃烧，风机供风，空气/O₂输送管根据需要补充氧气，旋风搅流装置搅动气流，使燃料燃烧更加均匀充分；

步骤S3.挥发性气体和挥发性焦油通过高温陶瓷过滤膜，干燥层进入多孔介质高温裂解室内，旋转搅动器搅动氧化锆小球，在多孔介质中燃烧产生的高温烟气一部分通过高温烟气输送管进入固体燃料热分解室，另一部分通过高温烟气输送管进入高温烟气处理室转化为热能进行发电供暖制冷；

步骤S4.固体燃料热分解室中燃烧中产生的小分子颗粒烟灰通过滤灰层进入储灰仓，接着通过烟灰输送管道运至肥料储存室；

步骤S5.二氧化碳气体通过二氧化碳滤气层进入二氧化碳处理室，可通过二氧化碳输送管为该系统提供保护气。

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