CN204434572U

CN204434572U - 生物质成型颗粒燃料的制备系统

Info

Publication number: CN204434572U
Application number: CN201520069278.4U
Authority: CN
Inventors: 袁兴中; 蒋龙波; 梁婕; 陈晓红; 肖智华; 冷立健; 王侯; 李辉; 曾光明
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2025-01-30

Abstract

本实用新型公开了一种生物质成型颗粒燃料的制备系统，本实用新型的制备系统包括原料处理系统、成型系统和锅炉系统，锅炉系统通过高温蒸汽管道向原料处理系统提供高温蒸汽，锅炉系统通过高温供气管向烘焙系统提供高温烟气。本实用新型的系统运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型燃料性能好。

Description

生物质成型颗粒燃料的制备系统

技术领域

本实用新型属于生物质能源和固体废弃物再利用领域，具体涉及一种生物质成型颗粒燃料的制备系统。

背景技术

随着国民经济发展对化石燃料需求的增长，化石燃料资源的消耗正以惊人的速度加快，而且使用煤炭会产生严重的环境污染，因此寻找替代能源的任务日益迫切。生物质能源是一种可再生能源，我国农林废物十分丰富，2010年产秸秆7亿吨，产林业三剩物3亿吨。生物质能源利用的方式主要有直燃、致密成型、液化、气化。目前，生物质致密成型技术是生物质利用的有效途径，已实现工业化利用。

生物质成型燃料是一种环保清洁的能源，其优点包括燃烧效率高，灰分、含硫和含氮量较低，以及储运成本不高，适宜成为国内外城市供热的主要清洁燃料。然而，成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳是限制生物质成型技术规模化的主要瓶颈。其中的原因主要是生物质成型原料来源广泛，且种类繁多。常规成型设备通常对原料的种类和尺寸有要求，使用来源不一且外形多样的原料将导致成型能耗过高、设备磨损严重和成型燃料质量不佳等问题。

再者，我国中南和南方地区普遍气候湿热，全年湿度在80％以上。成型燃料生产和使用之间存在的时空差异，使得成型燃料长距离运输和跨季节储存日渐成为产业常态。成型燃料放置于空气湿度较大的环境中，组成成型燃料的生物质(例如木屑)微粒内部的孔隙结构和亲水性基团会因物理和化学吸附而吸水。过高的成型燃料含水率会导致成型燃料燃烧性能降低，体积膨胀，强度降低，容易破碎，甚至发生粉化和霉变，导致仓储中爆炸或自燃事故的发生。因此，制备较高密度和高抗吸水性的成型燃料具有重要意义。

烘焙(torrefaction)又称碳化、低温热解，是一种在常压、无氧的情况下，在200℃～300℃内慢速热解，脱除生物质中的水分和轻质挥发的过程。通过烘焙处理，可以有效的降低生物质的含水量和含氧量，提高生物质能量密度，降低运输和存储成本。虽然烘焙能够提高生物质的能量密度，但烘焙过程中生物质只有很小的收缩，导致烘焙后生物质的体积只有轻微的降低，因此烘焙后生物质的体积能量密度并不高。但目前的研究表明，烘焙生物质直接成型，成型颗粒的强度不高，成型所需的能耗增大。

污泥是污水处理的副产物，含有蛋白质和多糖等粘性有机物，我国每年排放干污泥约5×10⁶t，且每年以10％的速度增长。近年来，国内外也有一些文献和专利报道了污泥与生物质或是原煤混合经过成型加工成固体燃料，名称为一种复合型污泥燃料及其制备方法(申请号：201010221587.0)的专利中采用了重量百分比为20％～50％的煤粉，煤粉的加入虽然能够提高成型燃料热值，但不利于节能减排。也有一些专利采用了污泥与生物质在较高含水率下先成型后干化的工艺，如一种制备污泥成型燃料的方法及装置(申请号：201110123139.1)的专利中将含水率70％～85％的污泥与秸秆混合，再加入化学调质剂后脱水，经造粒机造粒后，自然干燥得到含水率35％左右的固体燃料；还有一些专利采用了污泥与生物质先混合，再脱水干燥至较低含水率，然后将混合物成型得到固体燃料，如名称为一种固型燃料的生产方法(申请号：201010119602.0)的专利中将含水80％以上的城市污泥与生物质粉混合，脱水至含水率20％以下，然后低压成型得固体燃料。

目前，生物质成型燃料大多存在储存困难，储存成本高，成型燃料易发霉、破裂、体积膨胀、强度降低，严重的可导致仓库爆炸或自燃事故的发生。生物质成型所需的温度和压强较大，设备损耗严重，成型易损件寿命短是生物质成型技术规模化的主要瓶颈。生物质成型原料的不足、原料的季节性变化和原料物理化学性质的差异也限制了生物质成型产业的发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种运行成本低、成型条件温和、成型设备损耗小、热能利用率高、所得成型颗粒燃料性能好的生物质成型颗粒燃料的制备系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种生物质成型颗粒燃料的制备系统，所述制备系统包括原料处理系统、成型系统和锅炉系统，所述原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统，所述生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置、生物质粗粉装置、生物质烘焙装置、生物质细粉装置和生物质料仓，所述污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置、污泥粉碎装置和污泥料仓，所述生物质干燥装置和污泥干燥装置连接；

所述成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓、混合装置、颗粒成型机和冷却装置，所述污泥料仓和生物质料仓与混合装置连接；

所述锅炉系统包括生物质锅炉，还包括用于提供干燥所需高温蒸汽的高温蒸汽管道，所述高温蒸汽管道一端与生物质锅炉连接，另一端与所述生物质干燥装置和/或污泥干燥装置连接；所述锅炉系统还包括用于提供烘焙所需高温烟气的高温供气管，所述高温供气管上设有高温除尘器和高温风机，所述高温供气管一端与生物质锅炉连接，另一端与所述生物质烘焙装置连接；所述锅炉系统还包括排气系统。

上述制备系统中，优选地，所述排气系统包括排气管以及烟囱，所述排气管一端与生物质锅炉连接，另一端与烟囱连通，所述排气管上设有袋式除尘器和脱硫装置，所述生物质锅炉排出的烟气通过所述排气管经袋式除尘器和脱硫装置从烟囱排出。

上述制备系统中，优选地，所述锅炉系统还包括热气管，所述热气管一端与所述生物质锅炉连接，另一端与所述生物质烘焙装置连接，所述生物质烘焙装置产生的热解气和经过换热后的烟气通过热气管输送到生物质锅炉燃烧。

上述制备系统中，优选地，所述制备系统还包括一分配系统，所述分配系统包括成型燃料仓以及用于将生物质成型颗粒燃料分配至成型燃料仓和生物质锅炉的分配器，所述分配器与所述成型燃料仓之间设置有用于将生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤。

上述制备系统中，优选地，所述生物质烘焙装置为循环流化床。

上述制备系统中，优选地，所述颗粒成型机包括环模颗粒机或平模颗粒机。

本实用新型中，经检测，制备的生物质成型颗粒燃料吸水速率≤0.004min^-1，48h平衡含水率8％～10％，吸水后长度增加率2％～7％，吸水后直径增加率0.1％～1.0％，热值为3500kcal/kg～5400kcal/kg，含水率≤12％，Meyer强度≥6，固体成型燃料密度≥1000kg/m³，成型率≥95％，破碎率≤5％，烟尘排放浓度＜30mg/m³，SO₂排放浓度为30mg/m³～60mg/m³，NO_X排放浓度为60mg/m³～150mg/m³，烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒，没有经过烘焙处理，成型条件与本实用新型相同)吸水速率为0.008min^-1～0.018min^-1，48h平衡含水率15％～25％，吸水后长度增加率10％～24％，吸水后直径增加率1.0％～3.0％。

本实用新型中，颗粒吸水性测试是根据薄层干燥模型，首先将成型颗粒在105℃下烘至干基，然后将成型颗粒置于30℃，相对湿度90％的恒温恒湿箱中，前4个小时每20min测一次重量，之后每一个小时测一次重量直到48h。计算公式如下：(M-Me)/(Mi-Me)＝e^-kt，M指瞬时含水率(％)，Me指平衡含水率(％)，Mi指初始含水率(％)，k指吸水速率(min^-1)，t指暴露时间(min)。

Meyer强度用DWD-10型电子式万能试验机测定(Meyer强度的定义是作用力除以投影的压痕面积，Meyer强度的计算公式如下：H_m＝F/[π(Dh-h²)]，其中，H_m为Meyer强度(N/mm²)；F为压制棒的最大压力(N)；D为压制棒的直径(mm)；h为压制棒运行的距离(mm))。

其他所有测定参照《生物质固体成型燃料技术条件》(NY/T1878-2010)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)中的方法。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的制备系统设计了多种余热利用方式，充分利用了反应中的产热和余热，设计结构合理，能量利用率高，成型条件温和，成型设备损耗小，运行成本低，成型燃料高度疏水，储存成本大大降低。

2、本实用新型将生物质原料产生的热解气通入锅炉中燃烧，充分利用了生物质能源，节能环保。

附图说明

图1是本实用新型实施例的生物质成型颗粒燃料制备系统的结构示意图。

图例说明：

1、生物质干燥装置；2、污泥干燥装置；3、热气管；4、生物质粗粉装置；5、高温供气管；6、生物质烘焙装置；7、热解气风机；8、生物质细粉装置；9、排气管；10、引风机；11、污泥粉碎装置；12、高温蒸汽管道；13、污泥料仓；14、污泥添加剂料仓；15、生物质料仓；16、磅秤；17、第一控制阀；18、烟囱；19、混合装置；20、第一提升器；21、颗粒成型机；22、冷却装置；23、第二提升器；24、分配器；25、打包秤；26、成型燃料仓；27、外运装置；28、绞龙；29、生物质锅炉；30、省煤器；31、空气预热器；32、高温除尘器；33、高温风机；34、袋式除尘器；35、脱硫装置。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

实施例1：

图1示出了本实用新型的生物质成型颗粒燃料的制备系统的一种实施方式，该系统包括原料处理系统、成型系统、锅炉系统和分配系统。

原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统，生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置1、生物质粗粉装置4、生物质烘焙装置6、生物质细粉装置8和生物质料仓15，相邻工序之间通过绞龙28连接输送生物质原料。污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置2、污泥粉碎装置11和污泥料仓13，相邻工序之间通过绞龙28连接输送污泥原料。生物质干燥装置1和污泥干燥装置2连接。本实施例中，生物质烘焙装置6为循环流化床。

成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓14、混合装置19、颗粒成型机21和冷却装置22，污泥料仓13和生物质料仓15与混合装置19连接，由混合装置19混合的原料通过一第一提升器20送至颗粒成型机21。污泥添加剂料仓14、污泥料仓13和生物质料仓15的出料口处分别设有磅秤16。颗粒成型机21为环模颗粒机(也可选用平模颗粒机)。

锅炉系统包括生物质锅炉29，还包括与生物质锅炉29连接的蒸汽系统、供烟气系统、回烟气系统和排气系统。生物质锅炉29的烟道处设有省煤器30、空气预热器31。蒸汽系统包括高温蒸汽管道12，高温蒸汽管道12一端与生物质锅炉29连接，另一端与污泥干燥装置2连接(也可与生物质干燥装置1或者同时与二者连接)，高温蒸汽管道12上设有第一控制阀17。生物质干燥装置1和污泥干燥装置2所需的高温蒸汽由生物质锅炉29产生，并通过高温蒸汽管道12输送。供烟气系统包括高温供气管5、高温除尘器32和高温风机33，高温供气管5一端与生物质锅炉29连接，另一端与生物质烘焙装置6连接，高温除尘器32和高温风机33设于高温供气管5上。生物质烘焙装置6所需的高温烟气抽取于生物质锅炉29烟道内省煤器30处的高温烟气，通过高温供气管5经高温除尘器32以及高温风机33输送至生物质烘焙装置6。排气系统包括排气管9以及烟囱18，排气管9一端与生物质锅炉29连接，另一端与烟囱18连通，排气管9设有袋式除尘器34、脱硫装置35和引风机10，生物质锅炉29排出的烟气通过排气管9经袋式除尘器34和脱硫装置35进行脱硫除尘处理后，经过引风机10从烟囱18排出。回烟气系统包括用于回收烟气和热解气的热气管3，热气管3一端与生物质锅炉29连接，另一端与生物质烘焙装置6连接，热气管3上设有热解气风机7，生物质烘焙装置6产生的热解气和经过与生物质原料换热后的烟气通过热气管3输送到生物质锅炉29燃烧，充分利用生物质能源，节能环保。

分配系统包括成型燃料仓26以及用于将88％～92％合格生物质成型颗粒燃料分配至成型燃料仓26和8％～12％合格生物质成型颗粒燃料及全部不合格生物质成型颗粒燃料分配至生物质锅炉29的分配器24，分配器24与成型燃料仓26之间设置有用于将合格生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤25。冷却装置22冷却后的生物质成型颗粒燃料通过第二提升器23送至分配器24处进行分配。分配器24分配后的8％～12％合格生物质成型颗粒燃料和全部不合格生物质成型颗粒燃料通过绞龙28输送至生物质锅炉29焚烧。

以下是一种生物质成型颗粒燃料的制备方法，该方法通过上述本实施例的生物质成型颗粒燃料的制备系统实现，本实施例中的生物质原料采用黧蒴栲木木屑，污泥原料为一般的城市污泥，具体包括以下步骤：

1)干燥：将生物质原料(黧蒴栲木木屑)和污泥原料(城市污泥)分别送入生物质干燥装置1和污泥干燥装置2内，用生物质锅炉29产生的160℃～200℃的高温蒸汽对黧蒴栲木木屑和污泥原料分别干燥，至黧蒴栲木木屑的含水率为9％，污泥原料含水率30％，干燥后的黧蒴栲木木屑通过绞龙28送至生物质粗粉装置4，干燥后的污泥原料通过绞龙28送至污泥粉碎装置11。

2)粉碎：将干燥后的黧蒴栲木木屑在生物质粗粉装置4中进行粗粉，粗粉后黧蒴栲木木屑的粒径为5mm～20mm；将干燥后的污泥原料在污泥粉碎装置11中进行粉碎，粉碎后污泥原料的粒径≤4mm，粉碎后的污泥原料送入污泥料仓13。

3)烘焙：将步骤2)干燥后的黧蒴栲木木屑输送至生物质烘焙装置6中进行烘焙，用抽取于生物质锅炉29烟道内省煤器30处的220℃～300℃的高温烟气控制生物质烘焙装置6入口温度为200℃～280℃，出口温度为150℃～200℃，可采用直接供热的方式，使高温烟气直接与生物质接触传热，并控制出入口温度，黧蒴栲木木屑在生物质烘焙装置6中缺氧条件下烘焙30min，烘焙产生的热解气从热气管3输送到生物质锅炉29燃烧，烘焙完成后冷却至室温。

4)细粉：将步骤3)中烘焙冷却后的黧蒴栲木木屑输送至生物质细粉装置8进行细粉，至生物质原料的粒径≤3mm，细粉后的黧蒴栲木木屑送至生物质料仓15。

5)成型：将步骤2)中粉碎后的污泥原料、步骤4)中细粉后的黧蒴栲木木屑和污泥添加剂料仓14中的污泥添加剂分别用磅秤16称重后加入至混合装置19内混合均匀，污泥原料与黧蒴栲木木屑的干基质量比为50∶50，混合原料的含水率为15％，污泥添加剂占污泥原料干基质量的2％，污泥添加剂的成分以及各成分质量比为生石灰90％，硫酸锰3％，碳酸镁2％，硫酸亚铁3％，活性炭2％。混合均匀后的原料通过第一提升器20送至颗粒成型机21(具体为环模颗粒机)中挤压成型，成型压强为90MPa，成型温度为130℃，得到生物质成型颗粒燃料。

6)分配：成型后的生物质成型颗粒燃料通过第二提升器23送至分配器24进行分配，10％合格成型颗粒燃料和全部不合格成型颗粒燃料输送至生物质锅炉29焚烧，其它成型颗粒燃料打包，通过外运装置27运走。

经检测，本实施例制备的成型颗粒燃料吸水速率为0.0035min^-1，48小时平衡含水率8.9％，吸水后长度增加率5％，吸水后直径增加率0.3％，热值为4315kcal/kg，含水率为10.2％，Meyer强度为7.2，固体成型颗粒燃料密度为1121kg/m³，成型率为97.5％，破碎率为3.5％，烟尘排放浓度为18mg/m³，SO₂排放浓度为48mg/m³，NO_X排放浓度为76mg/m³，烟气黑度(林格曼黑度)≤0.5级。参照成型颗粒燃料(具体指污泥与生物质成型颗粒，没有经过烘焙处理，成型条件与本实施例相同)吸水速率为0.011min^-1，48小时平衡含水率17.4％，吸水后长度增加率16.2％，吸水后直径增加率1.8％。

上述检测中，颗粒吸水性测试是根据薄层干燥模型，首先将成型颗粒在105℃下烘至干基，然后将成型颗粒置于30℃，相对湿度90％的恒温恒湿箱中，前4个小时每20min测一次重量，之后每一个小时测一次重量直到48h。计算公式如下：(M-Me)/(Mi-Me)＝e^-kt，M指瞬时含水率(％)，Me指平衡含水率(％)，Mi指初始含水率(％)，k指吸水速率(min^-1)，t指暴露时间(min)。

上述制备方法利用自身锅炉系统产生的高温蒸汽和高温烟气完成对原料的干燥和烘焙处理，制得的成型颗粒燃料具有防水(抗吸水能力强)、热值高、稳定性好、不易霉变的特点，长期储存物理化学性质不会发生改变，并且便于运输、储藏，使用方便、应用广泛，与煤炭相比，热值相近，碳、氮、硫排放量低很多。

上述制备方法利用污泥自身蛋白质、多糖含量高的特性，利用其固有的粘结性与烘焙生物质混合制备成型燃料，无需添加额外的粘结剂，制备成本低，制备的成型燃料热值高，密度强度高，既能有效缓解生物质原料不足的问题，又能有效解决污泥的处理处置问题。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述制备系统包括原料处理系统、成型系统和锅炉系统，所述原料处理系统包括生物质原料处理系统和污泥原料处理系统，所述生物质原料处理系统包括依次连接的生物质干燥装置(1)、生物质粗粉装置(4)、生物质烘焙装置(6)、生物质细粉装置(8)和生物质料仓(15)，所述污泥原料处理系统包括依次连接的污泥干燥装置(2)、污泥粉碎装置(11)和污泥料仓(13)，所述生物质干燥装置(1)和污泥干燥装置(2)连接；

所述成型系统包括依次连接的污泥添加剂料仓(14)、混合装置(19)、颗粒成型机(21)和冷却装置(22)，所述污泥料仓(13)和生物质料仓(15)与混合装置(19)连接；

所述锅炉系统包括生物质锅炉(29)，还包括用于提供干燥所需高温蒸汽的高温蒸汽管道(12)，所述高温蒸汽管道(12)一端与生物质锅炉(29)连接，另一端与所述生物质干燥装置(1)和/或污泥干燥装置(2)连接；所述锅炉系统还包括用于提供烘焙所需高温烟气的高温供气管(5)，所述高温供气管(5)上设有高温除尘器(32)和高温风机(33)，所述高温供气管(5)一端与生物质锅炉(29)连接，另一端与所述生物质烘焙装置(6)连接；所述锅炉系统还包括排气系统。

2.根据权利要求1所述的生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述排气系统包括排气管(9)以及烟囱(18)，所述排气管(9)一端与生物质锅炉(29)连接，另一端与烟囱(18)连通，所述排气管(9)上设有袋式除尘器(34)和脱硫装置(35)，所述生物质锅炉(29)排出的烟气通过所述排气管(9)经袋式除尘器(34)和脱硫装置(35)从烟囱(18)排出。

3.根据权利要求1所述的生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述锅炉系统还包括热气管(3)，所述热气管(3)一端与所述生物质锅炉(29)连接，另一端与所述生物质烘焙装置(6)连接，所述生物质烘焙装置(6)产生的热解气和经过换热后的烟气通过热气管(3)输送到生物质锅炉(29)燃烧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括一分配系统，所述分配系统包括成型燃料仓(26)以及用于将生物质成型颗粒燃料分配至成型燃料仓(26)和生物质锅炉(29)的分配器(24)，所述分配器(24)与所述成型燃料仓(26)之间设置有用于将生物质成型颗粒燃料进行称量和包装的打包秤(25)。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述生物质烘焙装置(6)为循环流化床。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的生物质成型颗粒燃料的制备系统，其特征在于，所述颗粒成型机(21)包括环模颗粒机或平模颗粒机。