CN201804236U - 一种用于流化床式生物质快速热解设备的监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于流化床式生物质快速热解设备的监控系统，属于能源化工技术领域。本实用新型提出的监控系统具体包括数据采集装置、数据传导装置、计算机监控装置、执行机构四部分构成；数据采集装置输入接口与流化床生物质快速热解设备连接，输出接口与数据传导装置连接，数据传导装置输出接口与计算机监控系统连接，计算机监控系统的反馈信号输入到执行机构。本实用新型的具体技术方案包括温度、压力及流量等三方面的监控。本实用新型的监控系统控制精确，操作方便、人性化，有利于流化床式快速热解设备生产运行连续稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于流化床式生物质快速热解设备的监控系统，属于能源化工技术领域。
背景技术
随着化石能源的日趋匮乏以及过度利用所导致的环境污染问题日益严重，开发利用绿色能源、绿色化工原料、生态环境材料、绿色加工技术，实现人类社会的可持续发展已经成为世界各国的重要发展战略。我国林木生物质资源丰富，储量大，能量密度高，是实现大规模产业化的理想生物质资源。快速热解技术可以将低能量密度的木质生物质转换为高品位的生物油和其他能源产品，以制取燃料或化工产品，被认为是最具发展潜力的生物质能利用技术之一。
快速热解液化是指生物质处于无氧或少量有限供氧的环境中，在中等反应温度(475-625℃)、高升温速率(103-105℃/s)和极短气相停留时间(小于2s)的条件下，将其直接加热分解，然后使中间液态产物分子在进一步断裂生成小分子气体之前被快速冷凝，从而得到高产量生物油、炭和清洁燃气(不可冷凝气体)的过程。生物质快速热解所得的产物具有广泛的用途，生物油是一种主要含有水分和复杂含氧有机物的混合物，不仅可以作为燃料使用，而且还可以直接或提炼和精制成化工原料作为化石能源的替代物；热解炭可作为冶金工业的表面助熔化剂、渗碳剂和活性炭的良好原料；不凝结气体可作为清洁燃气，用作民用或者工业用燃气。
目前，快速热解设备的类型较多，依据主反应器内的传热传质原理可以分为喷动床、流化床、旋转锥、循环流化床、引流床、烧蚀反应器、真空移动床等。这些设备类型中，流化床式快速热解装置是在国内外研究较早、较多的反应器类型，具有结构简单、处理量大、物料适用范围广等优点，被认为具有良好的工业化应用前景。
然而，直到目前为止，流化床式快速热解技术仍没有获得大规模的商业化应用，其中的一个重要原因就是设备的设计和运行问题，尤其是监控系统。监控系统性能的好坏，在很大程度上影响着生物质快速热解液化反应过程的能耗，决定着产物的分布和性能，是生物质快速热解液化技术的基础和关键。目前，对于流化床式快速热解设备而言，在控制方面存在的主要问题是：温度、压力和流量等参数的控制不够精准，控制系统的操作界面不够人性化等。这些问题阻碍了流化床式快速热解技术的产业化应用，已经成为一个摆在生物质能源工作者面前的科技难题。而且，对于这些问题的解决方案，在国内外鲜见相关报道。
发明内容
本发明针对目前流化床式快速热解设备运行过程中存在的监控方面的问题，提出一种用于流化床式快速热解设备的监控系统，以解决目前存在的问题。
本发明提出的一种用于流化床式快速热解设备的监控系统具体包括数据采集装置、数据传导装置、计算机监控装置、执行机构四部分构成；数据采集装置输入接口与流化床生物质快速热解设备连接，输出接口与数据传导装置连接，数据传导装置输出接口与计算机监控系统连接，计算机监控系统的反馈信号输入到执行机构。
1.数据采集装置用于对设备中各处流量、压力、温度参数进行测量和采集，主要包括流量计、热电偶、湿度计、压力计等。
2.数据传导装置用于将数据采集系统采集到的信息转换为可传导信号后传给计算机监控系统，包括电阻式温度传感器、电阻式流量传感器、数字式压力传感器等。
3.计算机监控装置用于将接受到的信号显示、记录和存储到计算机上，包括数据存储模块、数据显示模块、数据导出模块和控制模块。
4.执行机构是将计算机系统软件显示出来的反馈信号执行的机构，包括自动执行机构和手动执行机构，前者如流量阀、接触调压器等，后者如可控硅整流器、电磁流量阀等。
本发明与现有的技术相比，具有的优点及突出进步在于：有效地提高了反应过程中温度、压力和流量等参数的控制精度，一定程度上降低了热解过程中的能耗，使得流化床式快速热解设备的生产运行连续稳定，操作方便、人性化，有效提高了主产物——生物油的产率。
附图说明
图1为本发明的用于流化床式生物质快速热解液化设备的控制系统流程图。
图1中，1是数据采集装置，11是流量计，12是热电偶，13是湿度计，14是压力计；
2是数据传导装置，21是电阻式温度传感器，22是电阻式流量传感器，23是数字式压力传感器；
3是计算机监控系统，31是数据存储模块，32是数据显示模块，33是数据导出模块，34是控制模块(34)；
4是执行机构，41是自动执行机构，411是流量阀，422是接触调压器；42是手动执行机构，421是可控硅整流器，422是电磁流量阀；
5是流化床式生物质快速热解设备。
具体实施方式
本发明的具体技术方案主要包括温度、压力及流量三方面的监测与控制。在温度监控方面，通过对反应器的分段控制，实现快速热解过程中精准的中等温度控制，温度控制范围为475-625℃；在压力监控方面，通过对反应器进出口压差以及反应器中段压力大小的监测与调节，保证其反应器内具有合理的流化状态；在流量监控方面，通过流量计及流量阀对流化气体进行控制，实现反应装置中稳定的流速。
下面结合附图对本发明的具体结构及实施方式作进一步的描述。
实施例1：在5kg/h的流化床式快速热解设备上快速热解处理杨木木材(含水率为10％，粒径为0.45-0.9mm)以制取生物油。依次开启数据采集装置、数据传导装置、计算机监控装置(监控软件)、执行机构，设置目标控制温度为565℃，目标气体流量为6m3/h，目标压力1.0×105帕。通过进料器将杨木木粉加入到反应器内部，之后监控系统通过数据采集、传导、反馈、执行等全自动及部分半自动控制动作，将上述条件的波动范围控制在一定程度内，即温度为565±10℃，气体流量为6±0.4m3/h，压力(1.0±0.1)×105帕。待物料处理完毕、运行结束时，可得杨木生物油产率为65％、热解炭产率为20％、不凝结气体为15％。
实施例2：在10kg/h的流化床式快速热解设备上快速热解处理棉花秸秆(含水率为7％，粒径为0.2-0.45mm)以制取生物油。依次开启数据采集装置、数据传导装置、计算机监控装置(监控软件)、执行机构，设置目标控制温度为535℃，目标气体流量为9m3/h，目标压力0.9×105帕。通过进料器将棉花秸秆粉末加入到反应器内部，之后监控系统通过数据采集、传导、反馈、执行等全自动及部分半自动控制动作，将上述条件的波动范围控制在一定程度内，即温度为535±15℃，气体流量为9±0.6m3/h，压力为(0.9±0.08)×105帕。待物料处理完毕、运行结束时，可得棉花秸秆生物油产率为58％、热解炭产率为22％、不凝结气体为20％。
Claims (1)
1.一种用于流化床式生物质快速热解设备的监控系统，其特征在于：它包括数据采集装置、数据传导装置、计算机监控装置、执行机构四部分构成；所述的数据采集装置输入接口与流化床生物质快速热解设备连接，输出接口与所述的数据传导装置连接，所述的数据传导装置的输出接口与所述的计算机监控系统连接，所述的计算机监控系统的反馈信号输入到所述的执行机构；所述的数据采集装置包括流量计、热电偶、湿度计、压力计；所述的数据传导装置包括电阻式温度传感器、电阻式流量传感器、数字式压力传感器；所述的计算机监控装置包括数据存储模块、数据显示模块、数据导出模块和控制模块；所述的执行机构包括自动执行机构和手动执行机构，所述的自动执行机构包括流量阀、接触调压器，所述的手动执行机构包括可控硅整流器、电磁流量阀。
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| CN103630327A (zh) * | 2013-11-12 | 2014-03-12 | 西安交通大学 | 用于超临界水流化床两相流动及传热特性测试的装置 |
| CN106512868A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-22 | 盐城工学院 | 一种流化床反应器自动控制系统 |
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| CN103630327B (zh) * | 2013-11-12 | 2015-10-28 | 西安交通大学 | 用于超临界水流化床两相流动及传热特性测试的装置 |
| CN106512868A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-03-22 | 盐城工学院 | 一种流化床反应器自动控制系统 |
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