CN113280333B - 一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质溶气热解油燃烧技术领域，尤其涉及一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法。本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，包括以下步骤：将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油；利用热解气作为雾化剂将所述溶气热解油进行雾化燃烧。本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，将热解气和热解油进行加压溶气得到溶气热解油，在气泡的微爆效应下，使油滴二次破碎减小粒径，增加热解油与氧气接触的总表面积，也增加了气相射流的瞬间冲击作用导致的微小液滴的瑞流扰动，从而实现热解油滴快速的蒸发扩散，能够明显改善热解油和空气的混合质量；从而有效改善了热解油的雾化燃烧效果，使热解油能够稳定、充分的进行雾化燃烧。

Description

一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法
技术领域
本发明属于生物质溶气热解油燃烧技术领域，尤其涉及一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法。
背景技术
生物质热解是一种重要的生物质利用方式，对于提高农业综合效益，减少环境污染等均有重要意义。
生物质溶气热解油是一种生物质热解炭化产物，生物质中5～15％的能量在热解过程中转化进入生物质溶气热解油，生物质溶气热解油的热值为 20～30MJ/Kg。热解油在高温下呈气态，部分组分在200℃以下凝结成黑褐色黏稠状的液体，热解油中含有对人体有害物质，例如环戊烯酮、糠醛、糠酮和苯酚等及其衍生物，处理不当会造成土壤和水体污染。因此，有必要采取有效措施转化和利用生物质溶气热解油中能量，以实现生物质能的高效利用，对环境和人体健康的保护。
生物质溶气热解油具有较高的热值和含氧量，是可再生能源技术研究的重要对象之一。中国专利CN107795982A公开了一种生物质溶气热解油和热解气混合燃烧工艺，将生物质溶气热解油进行喷雾雾化后与热解气混合燃烧，但生物质溶气热解油的雾化效果差直接影响了后期燃烧效果，生物质溶气热解油燃烧时容易熄火，燃烧不充分。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，本发明提供雾化燃烧方法对生物质溶气热解油的雾化效果好，雾化燃烧的稳定性高且燃烧燃烧充分，从而实现生物质溶气热解油的高效清洁稳定转化。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，包括以下步骤：
将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油；
利用热解气作为雾化剂将所述溶气热解油进行雾化燃烧。
优选的，所述加压溶气时，所述热解气的压力为4.2～5.5MPa。
优选的，所述加压溶气时，所述热解油的压力为6.5～7MPa。
优选的，所述加压溶气时，热解气的温度为60～80℃；所述热解油的温度为40～60℃。
优选的，所述溶气热解油的溶气量为26～30％。
优选的，利用热解气作为雾化剂进行所述雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气的临界气液流量比为0.4～0.5。
优选的，利用热解气作为雾化剂进行所述雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气混合后的喷射压力为9.2～10.5MPa。
优选的，利用热解气作为雾化剂进行所述雾化燃烧时，所述雾化燃烧用喷嘴的直径为0.25～0.35mm。
优选的，所述热解气的含水率＜1％。
优选的，所述热解油中杂质的粒径＜10μm。
本发明提供了一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，包括以下步骤：将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油；将所述溶气热解油进行雾化燃烧。本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，将热解气和热解油进行加压溶气得到溶气热解油，通过将热解气溶气入热解油中极大的改善了热解油的黏度和表面张力性能；同时，利用闪急沸腾原理，在气泡的＂微爆效应＂下，使油滴二次破碎减小粒径，增加了热解油与氧气接触的总表面积，也增加了气相射流的瞬间冲击作用导致的微小液滴的瑞流扰动，从而实现热解油滴快速的蒸发扩散，能够明显改善热解油和空气的混合质量；将所述溶气热解油以热解气作为雾化剂雾化燃烧，热解气的燃烧可以加速热解油的蒸发燃烧，缩短着火延迟时间，提高火焰温度，增加燃烧效率，从而有效改善了热解油的雾化燃烧效果，使热解油能够稳定、充分的进行雾化燃烧。由实施例的结果表明，本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法得到的雾化液滴相较于纯热解油直接雾化的雾化液滴的索特平均直径SMD在轴向长度70mm处下降了25μm，表明本发明提供的雾化燃烧方法得到的雾化液滴中的小液滴比例明显增加，改善了热解油的喷雾雾化效果；且本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法的最高燃烧温度为1800K，远小于纯热解油雾化燃烧时的最高温度2400K，高温区域也显著地小于纯热解油燃烧的区域。
因此，本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法燃烧时间更长，燃烧火焰更明亮稳定，从而实现生物质溶气热解油的高效清洁稳定转化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，包括以下步骤：
将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油；
利用热解气作为雾化剂将所述溶气热解油进行雾化燃烧。
本发明将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油。
在本发明中，所述热解油和热解气优选通过生物质材料热解得到，本发明对所述生物质材料的来源和种类没有特殊要求，本发明对所述生物质材料热解的具体实施方式没有特殊要求。
本发明优选对所述热解气进行预处理，在本发明中，所述预处理优选包括：依次进行保温和净化；本发明对的所述保温的具体实施过程没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述保温优选通过保温装置对所述热解气进行保温；本发明中，所述热解气的温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃；在本发明中，所述净化优选包括：依次进行去除杂质和干燥，所述去除杂质优选为去除所述热解气中的夹杂的残碳颗粒，本发明对所述去除杂质的具体实施过程没有特殊要求；在本发明中，所述干燥优选为利用干燥剂进行干燥，在本发明中，所述干燥剂优选为硅胶干燥剂，本发明对所述干燥的具体实施过程没有特殊要求；在本发明中，所述热解气的含水率优选＜1％，更优选＜0.5％。
本发明优选对所述热解油进行预处理，在本发明中，所述预处理优选包括：依次进行净化和降温；在本发明中，所述净化优选将所述热解油中的大颗粒杂质成分除去，本发明对所述净化的具体实施过程没有特殊要求；在本本发明中，所述热解油中杂质的粒径优选＜10μm，更优选＜8μm；本发明将所述热解油中杂质的颗粒的粒径控制为小于10μm有助于所述加压溶气时气泡的产生。在本发明中，所述降温优选为静置降温，本发明降温后所述热解油的温度优选为40～60℃，更优选为45～55℃。
在本发明中，所述加压溶气优选为喷射式加压溶气，所述加压溶气优选在压力溶气罐中进行，本发明优选将所述热解油置于所述压力溶气罐中，所述热解油在所述压力溶气罐中的高度优选≥所述压力溶气罐空间高度的1/3，且≤所述压力溶气罐空间高度的2/3；本发明控制所述热解油在所述压力溶气罐中的高度有利于控制所述热解油进行加压溶气时的压力。在本发明中，所述压力溶气罐的顶部优选设置压力表和气压稳定装置，所述气压稳定装置用于对所述压力溶气罐内的液体进行加压；在本发明中，进行所述加压溶气时，所述热解油的压力优选为6.5～7MPa。
在本发明中，所述压力溶气罐的底部设置有溶气喷孔，本发明优选通过设置于所述溶气喷孔将所述热解气喷射入所述热解油内部进行加压溶气，本发明优选通过空气压缩机控制所述热解气进行加压溶气时的压力，在本发明中，进行所述加压溶气时，所述热解气的压力优选为4.2～5.5MPa，更优选为 4.5～5MPa。
本发明对所述加压溶气的时间没有特殊要求要求，在本发明中，所述溶气热解油的溶气量优选为26～30％，更优选为27.5～29％。
得到溶气热解油后，本发明利用热解气作为雾化剂将所述溶气热解油进行雾化燃烧。
在本发明中，所述雾化燃烧优选为外混式气力雾化燃烧。
在本发明中，进行雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气的临界气液流量比(GLR)优选为0.4～0.5，更优选为0.42～0.45。
在本发明中，进行雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气混合后的喷射压力优选为9.2～10.5MPa，更优选为9.5～10MPa。
在本发明中，雾化燃烧优选为：所述溶气热解油和热解气混合后喷射至燃烧室进行燃烧，所述燃烧室的压力优选为大气压。
在本发明中，进行雾化燃烧时，所述雾化燃烧的喷嘴的直径优选为 0.25～0.35mm，更优选为0.3mm。
在本发明中，所述雾化燃烧优选通过外混双流体喷嘴将溶气热解油和热解气混合后喷射至燃烧室。
本发明对所述燃烧室中的燃烧过程没有特殊要求。
本发明优选将所述混合雾化燃烧产生的热量优选用于生物质热解供热，以节省生物质热解过程所需能源，提高热量利用效率。
本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，通过将热解气和热解油进行加压溶气得到溶气热解油，通过将热解气混合入热解油中极大的改善了热解油的黏度和表面张力性能；然后利用热解气作为雾化剂将溶气进行雾化燃烧，再次对热解油的黏度和密度进行改性，从而有效改善了热解油的雾化燃烧效果，本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法燃烧时间更长，燃烧火焰更明亮稳定，降低污染物排放，从而实现生物质溶气热解油的高效清洁稳定转化。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解气进行预处理，通过保温装置对热解气进行保温至65℃，除去热解气夹杂的残碳颗粒后，采用硅胶干燥剂将热解气干燥至含水率为0.5％；
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解油进行预处理，首先除去热解油中的大颗粒杂质成分，使热解油中杂质的粒径＜10μm 后，采用静置降温，将热解油的温度降至45℃；
对热解油及热解气预处理后，通过空压机将热解气加压至4.2MPa，将热解油置于压力溶气罐内，热解油高度不超过罐内空间高度的2/3，不低于 1/3；通过喷嘴将热解气由罐体下方的溶气喷孔喷射入热解油内部；溶气罐顶部通过压力表及在热解油液面上方加压的气压稳定装置控制罐内热解油压力为6.5MPa，进行加压溶气，得到的溶气量为26％的溶气热解油；
利用油泵输送溶气热解油，利用外混双流体喷嘴，利用热解气作为雾化剂将溶气热解油进行雾化燃烧，其中，喷嘴直径为0.3mm，溶气热解油和热解气混合后的喷射压力为9.5MPa，溶气热解油与热解气雾化燃烧时的GLR 为0.5，将雾化燃烧产生的热量用于生物质热解供热。
采用多普勒粒子分析仪PDPA测量系统对纯热解油喷雾和本发明实施例 1溶气热解油喷雾的粒径分布进行测量和分析。结果表明，本发明实施例1 进行雾化燃烧时的雾化效果与纯热解油的雾化燃烧时的雾化效果相比得到明显改善，本发明实施例1雾化燃烧时得到的雾化液滴的索特平均直径SMD 在轴向长度70mm处相较于纯热解油的雾化燃烧时的雾化液滴下降了 25μm。
通过对雾化燃烧时燃烧室温度的测量得出，本发明实施例1雾化燃烧时溶气热解油的最高燃烧温度为1800K，远小于纯热解油燃烧相应时刻的最高温度2400K，且高温区域也显著地小于纯热解油燃烧的区域，因此，本发明提供的生物质溶气热解油的雾化燃烧方法燃烧时间更长，燃烧火焰更明亮稳定，从而实现生物质溶气热解油的高效清洁稳定转化。
实施例2
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解气进行预处理，通过保温装置对热解气进行保温至80℃，除去热解气夹杂的残碳颗粒后，采用硅胶干燥剂将热解气干燥至含水率为0.2％；
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解油进行预处理，首先除去热解油中的大颗粒杂质成分，使热解油中杂质的粒径＜8μm后，采用静置降温，将热解油的温度降至60℃；
对热解油及热解气预处理后，通过空压机将热解气加压至5MPa，将热解油置于压力溶气罐内，热解油高度不超过罐内空间高度的2/3，不低于1/3；通过喷嘴将热解气由罐体下方的溶气喷孔喷射入热解油内部；溶气罐顶部通过压力表及在热解油液面上方加压的气压稳定装置控制罐内热解油压力为 7MPa，进行加压溶气，得到的溶气量为30％的溶气热解油；
利用油泵输送溶气热解油，利用外混双流体喷嘴，利用热解气作为雾化剂将溶气热解油进行雾化燃烧，其中，喷嘴直径为0.3mm，溶气热解油和热解气混合后的喷射压力为10.5MPa，溶气热解油与热解气雾化燃烧时的GLR 为0.4，将雾化燃烧产生的热量用于生物质热解供热。
实施例2雾化燃烧时的结果与纯热解油雾化燃烧相比较，结果与实施例 1相同。
实施例3
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解气进行预处理，通过保温装置对热解气进行保温至70℃，除去热解气夹杂的残碳颗粒后，采用硅胶干燥剂将热解气干燥至含水率为0.8％；
按照图1所示的工艺流程图，将生物质热解过程产生的热解油进行预处理，首先除去热解油中的大颗粒杂质成分，使热解油中杂质的粒径＜6μm后，采用静置降温，将热解油的温度降至50℃；
对热解油及热解气预处理后，通过空压机将热解气加压至4.5MPa，将热解油置于压力溶气罐内，热解油高度不超过罐内空间高度的2/3，不低于 1/3；通过喷嘴将热解气由罐体下方的溶气喷孔喷射入热解油内部；溶气罐顶部通过压力表及在热解油液面上方加压的气压稳定装置控制罐内热解油压力为6MPa，进行加压溶气，得到的溶气量为28％的溶气热解油；
利用油泵输送溶气热解油，利用外混双流体喷嘴，利用热解气作为雾化剂将溶气热解油进行雾化燃烧，其中，喷嘴直径为0.3mm，溶气热解油和热解气混合后的喷射压力为10MPa，溶气热解油与热解气雾化燃烧时的GLR 为0.4，将混合雾化燃烧产生的热量用于生物质热解供热。
实施例3雾化燃烧时的结果与纯热解油雾化燃烧相比较，结果与实施例 1相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
将热解气和热解油进行加压溶气，得到溶气热解油；所述加压溶气时，所述热解气的压力为4.2~5.5MPa；所述热解油的压力为6.5~7MPa；所述热解气的温度为60~80℃；所述热解油的温度为40~60℃；所述溶气热解油的溶气量为26~30%；
利用热解气作为雾化剂将所述溶气热解油进行雾化燃烧；所述雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气混合后的喷射压力为9.2~10.5MPa；所述雾化燃烧时，所述溶气热解油和热解气的临界气液流量比为0.4~0.5；所述雾化燃烧用喷嘴的直径为0.3mm。
2.根据权利要求1所述生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，其特征在于，所述热解气的含水率＜1%。
3.根据权利要求1所述生物质溶气热解油的雾化燃烧方法，其特征在于，所述热解油中杂质的粒径＜10μm。
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