CN114989841A - 一种固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法，所述固体燃料热转化高效热感除焦装置，包括，所述除焦罐本体，用于将热解气中大分子焦油进行冷凝，得到的焦油通过底部排出至焦油罐中储存；所述电磁感应加热系统，设置在所述除焦罐本体的外壁面，用于为除焦罐本体外壁面的加热；所述超声振动除焦系统，设置在所述除焦罐本体上，通过超声波使所述除焦罐本体震动，加速焦油流动。本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法，解决了机械式除焦设备功耗大、配置复杂、对管道的磨损性强的问题，大幅减少系统初投资并延长使用寿命，可有效提高系统经济效益。

Description

一种固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法

技术领域

本发明涉及生物质热解除焦技术领域，特别涉及一种固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”的时代背景下，生物质热解多联产工艺已经成为生物热转化技术的重点发展方向，即通过热解联产高价值的油、气、炭和化学品。然而，生物质热解过程中产生的焦油会逐渐冷凝成粘稠状液体，而焦油长时间停留在容器壁面易缩合转变为焦块，其附着在管道内壁上易堵塞管道，对设备造成损害且增加系统运行风险；

因此，在生物质热解生产领域，设备除焦是十分重要的环节之一。目前的除焦工艺主要分为机械法和热化学法两种，机械法主要是在设备中布置机械内构件，通过机械外力强行将附着在壁面的焦块破碎，并通过高压水流清洗排出，对设备易造成的破坏性磨损，缩短系统使用寿命；这种机械式除焦一般需配备大型清洗设备和储焦装置，耗能巨大且清洗过程复杂，严重影响系统连续运行和经济效益；此外，焦油中还含有酚、醛、甲醇以及较高含量的多环芳烃等有毒有害物质，不仅危害人类健康，直接排放还会造成严重的环境污染；热化学法是指在一定的反应条件（如温度、催化剂等）下使焦油发生热化学转化，将焦油进一步分解为更小的气体分子，但这种方法增加了额外的热源消耗，同时也改变了轻质生物油和不凝结气的化学成分，不利于系统的多联产收益；综上，开发一种无机械内构件且高效除焦的装置至关重要。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法，以解决机械式除焦设备功耗大、配置复杂、对管道的磨损性强的问题，大幅减少系统初投资并延长使用寿命，可有效提高系统经济效益。

为实现上述目的，本发明提供的固体燃料热转化高效热感除焦装置，包括，除焦罐本体、电磁感应加热系统，以及超声振动除焦系统，其中，

所述除焦罐本体，用于将热解气中大分子焦油进行冷凝，得到的焦油通过底部排出至焦油罐中储存；

所述电磁感应加热系统，设置在所述除焦罐本体的外壁面，用于为除焦罐本体外壁面的加热；

所述超声振动除焦系统，设置在所述除焦罐本体上，通过超声波使所述除焦罐本体震动，加速焦油流动。

进一步地，所述电磁感应加热系统，还包括，测温装置、电磁感应主机、感应线圈和线圈支架，其中，

所述测温装置，用于测量所述除焦罐本体外壁面温度并传递给所述电磁感应主机；

所述电磁感应主机，通过导线与所述感应线圈相连，用于控制所述感应线圈工作时间和功率；

所述感应线圈，通过所述线圈支架均匀固定在所述除焦罐本体外侧，用于感应线圈中高频交流电通过除焦罐保温材料作用于金属壁面，电磁加热使金属壁面自身升温。

进一步地，所述超声振动除焦系统，包括，超声单元和超声控制器，其中，

所述超声单元，均匀固定在所述除焦罐本体顶部和底部，所述超声单元与所述超声控制器相连接；

所述超声控制器，用于控制所述超声单元工作时间和超声功率。

更进一步地，所述超声单元，还包括，换能器、波导和导线，其中，

所述换能器，通过导线与所述超声控制器相连，所述波导通过焊接固定在所述除焦罐壁面，用于通过超声波对壁面的机械作用加速焦油流动。

为实现上述目的，本发明还提供一种固体燃料热转化耦合除焦系统，包括，

固体燃料热转化高效热感除焦装置，分别与生物质热解反应器和二级冷凝器通过管道相连；

所述生物质热解反应器，用于对生物质原料进行热解，并将热解完成后的生物质炭由反应器底部排出，热解气经顶端输送到所述固体燃料热转化高效热感除焦装置中；

所述固体燃料热转化高效热感除焦装置，对来自所述生物质热解反应器的热解气进行除焦后，将除焦气输送给所述二级冷凝器；

原料输送机，将来自进料仓的生物质原料送入所述生物质热解反应器；

螺旋输送机，位于生物质热解反应器底部，将生物质热解反应器底部排出的生物质炭输送到系统外部。

进一步地，所述生物质热解反应器，包括，反应器主体、搅拌桨、主轴和驱动电机，其中，

所述搅拌桨，固定在所述主轴上并由所述电机驱动旋转，所述电机位于所述反应器主体顶部，所述搅拌桨位于所述反应器主体内部；

所述搅拌桨，用于搅拌生物质热解反应器中的生物质原料使均匀受热。

进一步地，，所述二级冷凝器，包括，冷凝罐、喷淋装置和储油罐，其中，

所述喷淋装置，位于所述冷凝罐上方，所述储油罐位于所述冷凝罐下方；

所述喷淋装置，用于对所述冷凝罐内热解气进行冷凝；

所述冷凝罐，用于将冷凝后的轻质油由冷凝罐下部排出至所述储油罐。

进一步地，所述二级冷凝器，还包括，冷凝管道、水泵、冷却水箱、水箱阀门和油罐阀门，其中，

所述喷淋装置通过所述冷凝管道与所述水泵连接，所述水泵与所述水箱阀门连接，所述水箱阀门设置在所述冷却水箱两端，所述油罐阀门设置在所述储油罐两端；

所述水泵将所述冷却水箱内的冷却水输送至喷淋装置。

更进一步地，还包括，气箱，所述气箱与所述二级冷凝器连接，用于接收不冷凝气体并进行净化处理。

为实现上述目的，本发明还提供一种固体燃料热转化高效热感除焦方法，采用如上所述的固体燃料热转化高效热感除焦装置，包括：

根据除焦罐本体外壁面温度，控制除焦罐本体外壁面温度和加热时间；

通过超声波使除焦罐本体壁面产生超声震动，加速焦油流动。

本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置及方法，与现有技术相比较具有以下有益效果：

1）通过电磁加热使金属壁面自身升温，使焦油软化易于流动，防止长时间停留在壁面上发生缩合并沉积成焦块，热感涡流和高频声场的耦合作用可有效促进焦油流动并提高除焦效率。

2）本发明的感应热系统和超声系统的运行时间和功率可根据结焦情况及时调节，在焦油结块前实现物理脱除，焦油从除焦罐底部完全排出并收集，有效提高热解系统的连续运行时间。

3）本发明的除焦装置均布置在设备外侧，解决了机械式除焦设备功耗大、配置复杂、对管道的磨损性强的问题，大幅减少系统初投资并延长使用寿命，可有效提高系统经济效益。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的固体燃料热转化耦合除焦系统结构示意图；

图2为根据本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置结构示意图；

图3为根据本发明的超声单元结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1为根据本发明的固体燃料热转化耦合除焦系统结构示意图，如图1所示，本发明的固体燃料热转化耦合除焦系统，包括，进料仓1、原料输送机2、生物质热解反应器主体3、搅拌桨4、主轴5、驱动电机6、螺旋输送机7、固体燃料热转化高效热感除焦装置8、管道9、冷凝罐10、喷淋装置12、冷凝管道13、气箱14、热解气进口15、焦油罐16、储油罐17、冷却水箱18、油箱阀门19、水箱阀门21、水泵23，其中，

固体燃料热转化高效热感除焦装置8，分别与生物质热解反应器4和二级冷凝器10通过管道相连，其下端设置有热解气进口15，上端设置有除焦气出口9，固体燃料热转化高效热感除焦装置8将热解气中凝点较高的大分子焦油进行冷凝，得到的焦油通过除焦罐底部排出至焦油罐16中储存。

优选地，生物质热解反应器由反应器主体3、搅拌桨4、主轴5和驱动电机6组成，搅拌桨4固定在主轴5上并由电机6驱动旋转，生物质原料通过进料仓1落入原料输送机2，经反应器3顶部进入发生热解反应器，物料在搅拌桨4的作用下均匀受热，热解完成后的生物质炭由反应器底部排出至螺旋输送机7，热解气经反应器顶端排出。

优选地，二级冷凝器由冷凝罐本体10、喷淋装置12和储油罐17组成；喷淋装置12通过冷凝管道13与水泵23连接，水泵23将冷却水箱18内的冷却水输送至喷淋装置对冷凝罐内热解气进行冷凝，冷凝后的轻质油由冷凝罐下部排出至轻质油箱；冷却水箱内的水可经两侧阀门排出，油箱内的轻质油也可经两侧阀门排出，不冷凝气则进入气箱14进行净化处理后入网供用户使用。

图2为根据本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置结构示意图，如图2所示，本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置8，包括，除焦罐本体、电磁感应加热系统，以及超声振动除焦系统，其中，

电磁感应加热系统，包括测温装置24、电磁感应主机26、感应线圈25和线圈支架27，其中，测温装置24用于测量除焦罐外壁面温度并实时传递给电磁感应主机26，电磁感应主机26通过导线与感应线圈25相连，用于控制感应线圈25工作时间和功率。

本发明实施例中，感应线圈25通过线圈支架27均匀固定在除焦罐外侧，感应线圈25中高频交流电通过除焦罐保温材料作用于金属壁面，电磁加热使金属壁面自身升温。

超声振动除焦系统，包括，多个超声单元28和超声控制器34，多个超声单元28通过焊接均匀固定在除焦罐本体顶部和底部。

本发明实施例中，如图2所示，多个超声单元28通过导线与超声控制器34相连接；所述超声控制器34用于控制超声单元28工作时间和超声功率。

优选地，如图3所示，超声单元28的每个单元分别由换能器35、波导36和导线37组成，超声单元28通过导线与超声控制器34相连，波导通过焊接固定在除焦罐壁面，实现超声波对管壁的机械作用。

本发明实施例中，电磁感应加热系统和超声振动除焦系统耦合可独立工作也可同时工作，两个系统同时工作时热感涡流和高频声场发生耦合作用，可提高焦油流动和去除效率。

本发明的固体燃料热转化高效热感除焦装置，用于进行电磁感应加热和超声振动除焦，工作过程如下：

热解气从下端进入除焦罐本体，测温装置用于测量除焦罐外壁面温度并实时传递给电磁感应主机，电磁感应主机通过导线与感应线圈相连，用于控制感应线圈工作时间和功率；感应线圈中高频交流电通过电磁加热使金属壁面自身升温，进而控制壁面加热功率和加热时间；通过加热使凝结在壁面上的焦油软化易于流动，防止长时间停留在壁面上发生缩合并沉积成焦块；

超声振动除焦系统由各个超声单元和主机组成，超声主机控制各个超声单元工作时间和超声功率，超声单元由换能器和波导组成，波导焊接在壳体上并通过超声波对壁面的机械作用加速焦油流动；此外，电磁感应加热系统和超声振动除焦系统耦合可独立工作也可同时工作，两个系统同时工作时热感涡流和高频声场发生耦合作用，可提高焦油流动和去除效率。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体燃料热转化高效热感除焦装置，其特征在于，包括，除焦罐本体、电磁感应加热系统，以及超声振动除焦系统，其中，

所述除焦罐本体，用于将热解气中大分子焦油进行冷凝，得到的焦油通过底部排出至焦油罐中储存；

所述电磁感应加热系统，设置在所述除焦罐本体的外壁面，用于为除焦罐本体外壁面的加热；

所述超声振动除焦系统，设置在所述除焦罐本体上，通过超声波使所述除焦罐本体震动，加速焦油流动。

2.根据权利要求1所述的固体燃料热转化高效热感除焦装置，其特征在于，所述电磁感应加热系统，还包括，测温装置、电磁感应主机、感应线圈和线圈支架，其中，

所述测温装置，用于测量所述除焦罐本体外壁面温度并传递给所述电磁感应主机；

所述电磁感应主机，通过导线与所述感应线圈相连，用于控制所述感应线圈工作时间和功率；

所述感应线圈，通过所述线圈支架均匀固定在所述除焦罐本体外侧，用于感应线圈中高频交流电通过除焦罐保温材料作用于金属壁面，电磁加热使金属壁面自身升温。

3.根据权利要求1所述的固体燃料热转化高效热感除焦装置，其特征在于，所述超声振动除焦系统，包括，超声单元和超声控制器，其中，

所述超声单元，均匀固定在所述除焦罐本体顶部和底部，所述超声单元与所述超声控制器相连接；

所述超声控制器，用于控制所述超声单元工作时间和超声功率。

4.根据权利要求3所述的固体燃料热转化高效热感除焦装置，其特征在于，所述超声单元，还包括，换能器、波导和导线，其中，

所述换能器，通过导线与所述超声控制器相连，所述波导通过焊接固定在所述除焦罐壁面，用于通过超声波对壁面的机械作用加速焦油流动。

5.一种固体燃料热转化耦合除焦系统，其特征在于，包括，

固体燃料热转化高效热感除焦装置，分别与生物质热解反应器和二级冷凝器通过管道相连；

所述生物质热解反应器，用于对生物质原料进行热解，并将热解完成后的生物质炭由反应器底部排出，热解气经顶端输送到所述固体燃料热转化高效热感除焦装置中；

所述固体燃料热转化高效热感除焦装置，对来自所述生物质热解反应器的热解气进行除焦后，将除焦气输送给所述二级冷凝器；

原料输送机，将来自进料仓的生物质原料送入所述生物质热解反应器；

螺旋输送机，位于生物质热解反应器底部，将生物质热解反应器底部排出的生物质炭输送到系统外部。

6.根据权利要求5所述的固体燃料热转化耦合除焦系统，其特征在于，所述生物质热解反应器，包括，反应器主体、搅拌桨、主轴和驱动电机，其中，

所述搅拌桨，固定在所述主轴上并由所述电机驱动旋转，所述电机位于所述反应器主体顶部，所述搅拌桨位于所述反应器主体内部；

所述搅拌桨，用于搅拌生物质热解反应器中的生物质原料使均匀受热。

7.根据权利要求5所述的固体燃料热转化耦合除焦系统，其特征在于，所述二级冷凝器，包括，冷凝罐、喷淋装置和储油罐，其中，

所述喷淋装置，位于所述冷凝罐上方，所述储油罐位于所述冷凝罐下方；

所述喷淋装置，用于对所述冷凝罐内热解气进行冷凝；

所述冷凝罐，用于将冷凝后的轻质油由冷凝罐下部排出至所述储油罐。

8.根据权利要求7所述的固体燃料热转化耦合除焦系统，其特征在于，所述二级冷凝器，还包括，冷凝管道、水泵、冷却水箱、水箱阀门和油罐阀门，其中，

所述喷淋装置通过所述冷凝管道与所述水泵连接，所述水泵与所述水箱阀门连接，所述水箱阀门设置在所述冷却水箱两端，所述油罐阀门设置在所述储油罐两端；

所述水泵将所述冷却水箱内的冷却水输送至喷淋装置。

9.根据权利要求5所述的固体燃料热转化耦合除焦系统，其特征在于，还包括，气箱，所述气箱与所述二级冷凝器连接，用于接收不冷凝气体并进行净化处理。

10.一种固体燃料热转化高效热感除焦方法，采用权利要求1-4任一项所述的固体燃料热转化高效热感除焦装置，其特征在于，包括：

根据除焦罐本体外壁面温度，控制除焦罐本体外壁面温度和加热时间；

通过超声波使除焦罐本体壁面产生超声震动，加速焦油流动。

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