CN113566264A - 一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，属于可再生能源利用技术领域，其通过气化炉、第一供料机构、第二分离器、燃烧炉、第二供料机构和混料破碎机构等部件的对应设置，能通过生物质材料获得富含碳氢燃料的混合气体，并通过干化污泥和生物质材料的对应处理，准确形成用于燃烧炉燃烧的污泥与生物质材料的混合燃料，利用混合燃料与混合气体在燃烧炉的混合燃烧，完成供热过程。本发明的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其结构简单，设置简便，可以有效实现生物质材料和污泥的综合应用，实现燃烧炉尾端产生烟气的循环使用，实现燃烧供热系统中热量的内循环，避免或者减少高品位热源的使用，满足节能环保的应用需求。

Description

一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统
技术领域
本发明属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统。
背景技术
随着我国经济水平的快速发展，对能源的依赖日益增加，导致传统化石能源的消耗十分巨大。在国家碳达峰、碳中和的战略方针指导下，寻找新型能源以替代化石燃料，降低化石能源消耗显得势在必行。
在众多可再生能源中，生物质材料的碳中和特性尤为明显，使得高效开发利用生物质能的需求日益增加。生物质能是可再生能源的重要组成部分，有效利用生物质能，对解决能源问题和生态环境问题起到十分重要的作用。在生物质能源的利用过程中，利用生物质燃烧发电是生物质能利用的主要方式之一。据不完全统计，2020年全国生物质发电替代约7000万吨标准煤，减排二氧化碳约15000万吨、二氧化硫570万吨、氮氧化物300万吨，极大地降低了不可再生资源的利用，减少了温室气体的排放。
同时，随着我国城镇化进程的推进和污水处理水平的提高，污水处理过程中产生的污泥急剧增加，导致污泥的整治与利用问题开始日益凸显。由于污泥不仅含有大量可再生能源的有机物，还含有重金属、有毒有机物、病原微生物等有害物质,其减量化、无害化处理引起了广泛关注，寻求高效低成本的污泥无害化、减量化、资源化的处理方式迫在眉睫。
目前，污泥的处理和应用通常采用焚烧处理的方式。然而，在实际燃烧应用中，往往存在以下问题：(1)污泥的含水率较高(机械脱水后含水率仍较高)，且热值相对较低，影响燃烧效率和燃烧稳定性；(2)污泥的处理成本较高，处理过程中甚至需要消耗高品位能源；(3)燃烧过程中会产生氮氧化物，存在污染环境的风险。因此，如何无害化、减量化、资源化利用污泥，已经成为了污泥应用过程中的亟需考虑的问题，也相应制约了污泥的利用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，能有效实现污泥的干燥，实现生物质与污泥的协同燃烧，提升生物质和污泥的利用效率，实现可再生能源的高效应用，具有较好的节能环保效应。
为实现上述目的，本发明提供一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其包括气化炉、第一供料机构、第二分离器、燃烧炉、第二供料机构和混料破碎机构；
所述第一供料机构与所述气化炉的供料侧匹配连接，用于向所述气化炉供应生物质材料；且所述气化炉的供料侧还通入有高温气体，使得生物质材料可在该气化炉内发生热解反应，生成富含碳氢燃料的混合气体和生物炭颗粒；
所述第二分离器以管路连通所述气化炉的出口侧，用于实现所述混合气体与所述生物炭颗粒的气固分离；且所述第二分离器的出气侧与所述燃烧炉连通，用于将所述混合气体通入所述燃烧炉中；
所述第二供料机构的一侧匹配所述燃烧炉的供料侧，另一侧匹配所述混料破碎机构，用于混合燃料向所述燃烧炉的送料；所述混合燃料由干化污泥和生物质材料在混料破碎机构破碎、混合、成型而成，并在所述混料破碎机构的一侧对应所述生物质材料的供料设置有第三供料机构。
作为本发明的进一步改进，通入所述气化炉中的高温气体为来自所述燃烧炉尾气侧的高温烟气，并在所述气化炉与所述燃烧炉之间设置有用于去除高温烟气中灰渣的第一分离器。
作为本发明的进一步改进，对应所述混料破碎机构还设置有含湿污泥干燥机构，用于将含湿污泥干燥成干化污泥并将所述干化污泥输送至所述混料破碎机构。
作为本发明的进一步改进，所述含湿污泥干燥机构以管路连通所述燃烧炉的尾气侧，使得所述含湿污泥的干燥通过所述燃烧炉尾气侧的高温烟气来实现。
作为本发明的进一步改进，对应所述燃烧炉的尾气侧设置有尾气处理组件，用于对燃烧炉尾气侧输出的高温烟气进行处理。
作为本发明的进一步改进，所述尾气处理组件对高温烟气的处理过程依次包括脱硝、热交换、除尘和脱硫；同时，用于通入气化炉中的高温烟气未进入尾气处理组件中进行处理，确保高温烟气的温度处于较高的数值，且通入含湿污泥干燥机构中的高温烟气经过了脱硝处理，烟气的温度有一定程度的下降。
作为本发明的进一步改进，所述第一分离器和/或所述第二分离器为旋风分离器。
作为本发明的进一步改进，所述第一供料机构和/或所述第三供料机构进行供料的生物质材料为成型后的生物质颗粒。
作为本发明的进一步改进，对应所述燃烧炉还设置有发电组件，用于将所述燃烧炉燃烧混合气体和混合燃料产生的热量转换为电能。
作为本发明的进一步改进，所述发电组件包括汽轮机和发电机。
上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
(1)本发明的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其通过气化炉、第一供料机构、第二分离器、燃烧炉、第二供料机构和混料破碎机构等部件的对应设置，能准确实现生物质燃料的热解反应，产生富含碳氢燃料的混合气体，再通过干化污泥和生物质材料在混料破碎机构处的混合、破碎，能准确形成用于燃烧炉燃烧的污泥与生物质材料的混合燃料，利用混合燃料与混合气体在燃烧炉的混合燃烧，完成供热过程，实现可再生能源的准确利用，既处理了污泥等废弃资源，又实现了生物质材料的高效应用，节能环保。
(2)本发明的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其通过第一分离器、含湿污泥干燥机构等结构的对应设置，有效实现了高温烟气的回收再利用，减少了高品位能源的应用，节约了协同燃烧供热系统的应用成本，减少了能源的浪费，进一步提升了生物质材料、污泥等资源的利用效率。
(3)本发明的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其结构简单，设置简便，通过气化炉、燃烧炉、含湿污泥干燥机构、混料破碎机构等设备的对应连通和设置，可以有效实现生物质材料和污泥的综合应用，实现燃烧炉尾端产生烟气的循环使用，实现燃烧供热系统中热量的内循环，避免或者减少高品位热源的使用，满足节能环保的应用需求。
附图说明
图1是本发明实施例中基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统的结构示意图；
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：
1、气化炉；2、第一供料机构；3、第一分离器；4、第二分离器；5、燃烧炉；6、第二供料机构；7、含湿污泥干燥机构；8、第三供料机构；9、混料破碎机构；10、发电组件；11、尾气处理组件；12、烟囱。
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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，而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“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例：
请参阅图1，本发明优选实施例中的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统气化炉1、第一供料机构2、第一分离器3、第二分离器4、燃烧炉5、第二供料机构6、含湿污泥干燥机构7、第三供料机构8和混料破碎机构9。
其中，第一供料机构2与气化炉1匹配设置，用于向气化炉1中进行生物质材料的送料。同时，第一分离器3通过管路与气化炉1的进口侧连通，用于向气化炉1中引入高温烟气，以其实现对输送至气化炉1中的成型生物质颗粒进行作用。在优选实施例中，第一分离器3为旋风分离器，其与燃烧炉5对应连通，可将燃烧炉5尾部引出的部分含CO2的高温烟气(600～700℃)经管路送入气化炉1中，并在第一分离器3中完成高温烟气中灰渣的分离，确保通入气化炉1中高温烟气的含渣量满足实际应用的需求。
可以理解，当通入气化炉1中的高温气体并非为烟气时，第一分离器3是否设置可以根据实际情况具体选择，即若高温气体本身的含渣量较少，则可以直接通入气化炉1中。不过，在优选实施例中，利用第一分离器3的设置，可以有效利用燃烧炉5燃烧时产生的高温烟气，实现烟气热量的回收再利用，避免或者减少高品位热源的使用，节约能源。
进一步地，优选实施例中通过第一供料机构2输入气化炉1的生物质材料为成型的生物质颗粒，其在气化炉1中受高温气体的作用发生热解反应，生成富含碳氢燃料的混合气体以及生物炭颗粒。相应地，对应气化炉1还设置有第二分离器4，其与气化炉1的出口侧通过管路连通，用于实现富含碳氢燃料的混合气体与生物炭颗粒的分离。
实际设置时，第二分离器4也为旋风分离器，可实现混合气体与生物炭颗粒的分离，旋风分离器的顶部通过管路与燃烧炉5的供料侧连通，用于将富含碳氢燃料的混合气体通入到燃烧炉5中；相应地，旋风分离器的底部与生物炭颗粒回收机构连通，用于实现生物炭颗粒的收集，而收集得到的生物炭颗粒可以进一步用于吸附污染物、土壤修复、工艺品制作等，充分实现材料的回收利用。
进一步地，优选实施例中燃烧炉5的供料侧还对应设置有第二供料机构6，用于向燃烧炉5进行污泥与生物质混合燃料的供料，使得污泥与生物质混合燃料可与含碳氢燃料的混合气体在燃烧炉5中充分燃烧，进而产生热量并完成相应的工业加工过程。在优选实施例中，燃烧炉5中产生的热量用于发电。例如图1中所示，对应燃烧炉5设置有发电组件10，其优选包括汽轮机和发电机，通过燃烧炉5的热量供应，实现汽轮机的对应驱动，进而完成发电机的对应驱动，完成发电组件10的发电工作过程。
更详细地，优选实施例中用于混合燃料的污泥通过燃烧炉5的尾气烘干、破碎后得到。具体而言，优选实施例中设置有含湿污泥干燥机构7，其与燃烧炉5的尾气端以管路连通，可将燃烧炉5中的部分烟气(通常为100～180℃)经管路送入含湿污泥干燥机构7中，以其对上料至含湿污泥干燥机构7中的含湿污泥进行干燥，进而得到干化污泥，使得干化污泥的含水率满足实际燃烧应用的标准。
相应地，对应含湿污泥干燥机构7设置有混料破碎机构9，完成干燥的干化污泥可对应送料至混料破碎机构9，并在该混料破碎机构9处完成破碎和混料作业。实际设置时，对应混料破碎机构9还设置有第三供料机构8，用于进行生物质材料的送料，使得生物质材料可与干化污泥在混料破碎机构9处完成混合和破碎，形成可送料至燃烧炉5进行燃烧的混合燃料。在优选实施例中，第三供料机构8进行供料的生物质材料为成型的生物质颗粒。
通过含湿污泥干燥机构7与燃烧炉5之间的管路连通，以及燃烧炉5与混料破碎机构9之间的对应匹配，可以实现含湿污泥的干燥、加工过程，并充分利用燃烧炉5燃烧过程产生的烟气，实现热量的回收利用，节约能源，减少资源的浪费。
如图1中所示，在优选实施例中，对应燃烧炉5设置有尾气处理组件11，用于燃烧炉5中尾气的处理。具体而言，优选实施例中来自燃烧炉5的尾气主要有三种流通工作情形。其中，第一种情形，在进入尾气处理组件11前，通过管路直接输送至第一分离器3，并在完成灰渣分离后进入气化炉1中，进而完成生物质的热解过程；第二种情形，在进入尾气处理组件11并完成脱硝处理后，通入含湿污泥干燥机构7，对含湿污泥进行干燥，得到干化污泥，而干燥污泥后的尾气优选再次通入尾气处理组件11中进行处理；第三种情形，在进入尾气处理组件11后，依次经历脱硝、空气预热器热回收、除尘、脱硫等处理工艺后，经由烟囱12排出。利用上述三个过程，可以充分利用燃烧炉5中产生的尾气，减少能源的浪费，确保尾气排放的清洁性。
在优选实施例中，通过将高温烟气和生物质颗粒同时通入气化炉1中，使得生物质颗粒在气化炉1中进行热解反应，产生富含碳氢燃料的混合气体，配合破碎混合成型的污泥与生物质材料的混合燃料，共同在燃烧炉5中完成燃烧，产生热量以供应相应的工业过程(例如发电)，而燃烧炉5燃烧产生的烟气又可进一步通入气化炉1和含湿污泥干燥机构7中，分别用于生物质颗粒的热解和含湿污泥的干燥，实现热量的充分利用，在供热系统内部实现热循环，进一步节约能源、保护环境。
本发明中的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其结构简单，设置简便，通过气化炉、燃烧炉、含湿污泥干燥机构、混料破碎机构等设备的对应连通和设置，可以有效实现生物质材料和污泥的综合应用，实现燃烧炉尾端产生烟气的循环使用，实现燃烧供热系统中热量的内循环，避免或者减少高品位热源的使用，满足节能环保的应用需求。
本领域的技术人员容易理解，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 (10)

1.一种基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其特征在于，包括气化炉、第一供料机构、第二分离器、燃烧炉、第二供料机构和混料破碎机构；
所述第一供料机构与所述气化炉的供料侧匹配连接，用于向所述气化炉供应生物质材料；且所述气化炉的供料侧还通入有高温气体，使得生物质材料可在该气化炉内发生热解反应，生成富含碳氢燃料的混合气体和生物炭颗粒；
所述第二分离器以管路连通所述气化炉的出口侧，用于实现所述混合气体与所述生物炭颗粒的气固分离；且所述第二分离器的出气侧与所述燃烧炉连通，用于将所述混合气体通入所述燃烧炉中；
所述第二供料机构的一侧匹配所述燃烧炉的供料侧，另一侧匹配所述混料破碎机构，用于混合燃料向所述燃烧炉的送料；所述混合燃料由干化污泥和生物质材料在混料破碎机构破碎、混合、成型而成，并在所述混料破碎机构的一侧对应所述生物质材料的供料设置有第三供料机构。
2.根据权利要求1所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，通入所述气化炉中的高温气体为来自所述燃烧炉尾气侧的高温烟气，并在所述气化炉与所述燃烧炉之间设置有用于去除高温烟气中灰渣的第一分离器。
3.根据权利要求1所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，对应所述混料破碎机构还设置有含湿污泥干燥机构，用于将含湿污泥干燥成干化污泥并将所述干化污泥输送至所述混料破碎机构。
4.根据权利要求3所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，所述含湿污泥干燥机构以管路连通所述燃烧炉的尾气侧，使得所述含湿污泥的干燥通过所述燃烧炉尾气侧的高温烟气来实现。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，对应所述燃烧炉的尾气侧设置有尾气处理组件，用于对燃烧炉尾气侧输出的高温烟气进行处理。
6.根据权利要求5所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，所述尾气处理组件对高温烟气的处理过程依次包括脱硝、热交换、除尘和脱硫。
7.根据权利要求2所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，所述第一分离器和/或所述第二分离器为旋风分离器。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，所述第一供料机构和/或所述第三供料机构进行供料的生物质材料为成型后的生物质颗粒。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，对应所述燃烧炉还设置有发电组件，用于将所述燃烧炉燃烧混合气体和混合燃料产生的热量转换为电能。
10.根据权利要求9所述的基于生物质和污泥的协同燃烧供热系统，其中，所述发电组件包括汽轮机和发电机。
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