CN210261649U - 一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，系统包括热解炉；所述热解炉设置有生物质进口、生物质炭出口和生物质气出口；火电厂的电站锅炉产生的烟气为热解炉提供主要热源；还包括有补热装置，所述补热装置用于在热解炉内的温度达不到预设的热解温度时对热解炉进行补充热源。本实用新型系统利用电站锅炉高温烟气直接高温热解生物质，节省了生物质热解的燃料消耗。

Description

一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统

技术领域

本实用新型涉及生物质炭生产技术领域，具体涉及一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统。

背景技术

目前我国土壤存在不同程度的重金属污染，尤其是在一些经济发达地区，农业用地及农产品受重金属污染现象十分严重。据统计，我国的耕地受到镉、砷、铅、铬、汞等重金属污染的耕地近2000万公顷，约占总耕地面积的20％。由于重金属在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，因此治理和恢复的难度大。生物炭是一种高碳固体残渣，主要由芳香烃和单质碳或具有类石墨结构，其不仅能够通过提高土壤的pH值来降低重金属生物有效性，还可以通过阳离子吸附作用降低土壤重金属迁移率，同时生物炭会通过改善和提高土壤肥力降低重金属对于植物的毒害。

另外，生物炭还可以用于生产炭基肥，这是一种以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或/和无机质配制而成的生态环保型肥料。现在行业内又称“碳基肥”。

现在炭基肥也慢慢在市场上流通，许多农户也开始注重给土壤补充炭(碳)，现在市场上主要有：竹炭生物有机肥、竹炭土壤改良剂、竹炭复合微生物肥料、碳能生物菌肥、液态碳肥等产品；产品种类也开始慢慢多样化，但是最终目的都一样，补充植物所需的碳元素，改善土壤的团粒结构，提高土壤保水保肥的能力，提高肥料利用率。

生物炭与土壤锁碳的不同之处在于，生物炭可以稳定地将碳元素锁住长达数百年。其中的碳元素被矿化后很难再分解。更重要的是，除了它所具备的土壤改良功能外，其生产过程中产生的一些副产品更是具有很高的经济吸引力。

传统的活性炭是以煤为原料，原煤通常含有一定量的硅铝氧化物等，灰分含量一般较高，因此煤基活性炭孔结构的生成受到限制，而且煤是一种不可再生资源。生物质活性炭的原料是农林业废弃物，来源丰富，价格低廉，可再生，以生物质为原料制备活性炭还实现了废弃资源的再利用。因此，近年来生物质活性炭的制备和应用受到了广泛的关注。

由于采用传统方法大规模工业化生产炭不切实际，因此研究人员开始将目光投向“高温分解”法——在500℃到600℃的高温下，将有机物质置于缺氧状态下，对其有控制地进行高温分解。除了获得木炭，高温分解还能够生成合成气和液态焦油等副产品，这两种副产品都能用做发电或取暖的燃料。

生物炭的产量取决于高温分解过程的快慢。快速高温分解能够得到20％的生物炭、20％的合成气和60％的生物油。而慢速高温分解可以产生50％的木炭和少量的油。英国管理与可持续发展研究所认为，由于现代高温分解装置能够完全使用合成气运转，产出的能量是所需能源成本的3到9倍。

鉴于生物炭多方面的用途，如何低能耗、清洁地生产生物炭成为关键，目前的“高温分解”法存在能耗高、污染大等问题亟待解决。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，利用电站锅炉高温烟气直接高温热解生物质，有效节省了生物质热解的燃料消耗。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，包括热解炉；所述热解炉设置有生物质进口、生物质炭出口和生物质气出口；火电厂的电站锅炉产生的烟气为热解炉提供主要热源；还包括有补热装置，所述补热装置用于在热解炉内的温度达不到预设的热解温度时对热解炉进行补充热源。

进一步地，所述热解炉设有烟气引入管和烟气排出管；所述烟气引入管用于将火电厂的电站锅炉产生的高温烟气引入所述热解炉内，所述烟气排出管用于将释放热能后的低温烟气排出所述热解炉外。

更进一步地，所述热解炉内设有换热管，所述换热管的一端连通于所述烟气引入管，另一端连通于所述烟气排出管。

进一步地，所述热解炉的补热装置包括电加热单元，所述电加热单元设于所述热解炉内。

更进一步地，所述热解炉的补热装置包括有燃烧室，所述燃烧室的烟气出口连通于所述烟气引入管。

更进一步地，所述烟气排出管连通于火电厂的烟气处理装置。

进一步地，所述热解炉还设有废料排出口，所述废料排出口连通于火电厂的废料处理设施。

进一步地，所述热解炉吊装在所述电站锅炉的炉膛的顶部。

进一步地，所述系统还包括有生物质原料干燥装置，所述生物质原料干燥装置用于利用火电厂的电站锅炉的烟气、汽轮机的主蒸汽、汽轮机的抽汽中的一个或几个作为热源对生物质原料进行干燥，干燥后的生物质原料进入所述热解炉内。

本实用新型的有益效果在于：

1、利用电站锅炉高温烟气直接高温热解生物质，节省了生物质热解的燃料消耗。

2、通过高温烟气热解生物质，电站锅炉负荷得到降低，可以响应电网对火电厂灵活性调峰降负荷的要求。

3、生物质干燥、热解及生物质炭生产过程中产生的废气、废水、废渣可以利用火电厂内的处理设施处理，节省了环保投资。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中烟气挡板的设置示意图；

图3为本实用新型实施例1中第二热解炉的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2的系统结构示意图；

图5为本实用新型实施例3的系统结构示意图；

图6为本实用新型实施例4的系统结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，如图1所示，包括热解炉；所述热解炉设置有生物质进口、生物质炭出口和生物质气出口；火电厂的电站锅炉100产生的烟气为热解炉提供热源；还包括有补热装置，所述补热装置用于在热解炉内的温度达不到预设的热解温度时向其进行补充热源。

上述系统的工作原理在于：从生物质进口往热解炉中加入生物质原料，利用火电厂的电站锅炉产生的高温烟气为热解炉内生物质原料的热解提供主要热源。当在热解炉内的温度达不到预设的热解温度时，启动补热装置，补热装置向热解炉补充热源，以达到所需的热解温度。热解完成后会得到生物质炭和生物质气，生物质炭从生物质炭出口排出，生物质气从生物质气出口排出。生物质气可以用容器存储，用于对外供给或销售。

在本实施例中，所述系统设有第一热解炉101，所述第一热解炉101设有烟气引入管102和烟气排出管103；所述烟气引入管102用于将火电厂的电站锅炉100产生的高温烟气引入所述第一热解炉101内，所述烟气排出管103用于将释放热能后的低温烟气排出所述第一热解炉101外。

在实际应用中，电站锅炉产生的高温烟气可以采用接触式或非接触式的方式对热解炉内的生物质提供热源。接触式的方式是通过烟气引入管直接将高温烟气引入至热解炉内，高温烟气直接接触生物质炭将其进行热解，释放热能后变为低温烟气从烟气排出管中排出。

在本实施例中，高温烟气是采用非接触的方式为热解炉提供热源的。所述第一热解炉101内设有换热管104，所述换热管104的一端连通于所述烟气引入管102，另一端连通于所述烟气排出管103。高温烟气经过烟气引入管进入换热管内，并通过换热管和热解炉中的空气进行热交换，热空气对热解炉内的生物质进行热解。

在本实施例中，所述第一热解炉101的补热装置包括电加热单元105，所述电加热单元105设于所述第一热解炉101内。高温烟气的温度和流量有时会使得热解炉中的温度不足，当热解炉内的温度不够时，电加热单元自动启动并开始进行补充加热，直至达到预设温度为止，电加热单元自动停止。

更进一步地，所述电加热单元所需的电源来自火电厂的调峰富余电力。利用调峰富余电力作为电加热单元的热能可以进一步减少耗能。

在本实施例中，所述第一热解炉101的补热装置还包括有燃烧室111，所述燃烧室111的烟气出口连通于所述烟气引入管102。当热解炉的温度达不到热解温度时，可以通过燃烧室利用燃料或燃油进行燃烧，燃烧得到的高温烟气送入第一热解炉中进行补热。具体地，在本实施例中，燃烧室可以利用热解过程中产生的生物质炭作为燃料进行燃烧。

在本实施例中，所述烟气排出管103连通于火电厂的烟气处理装置。具体地，烟气排出管通过风机106连通于电站锅炉100的烟道，通过烟道进入烟气处理装置中。烟气排出管将低温烟气排出至火电厂的烟气处理装置一并处理，可以节省独立设置烟气处理装置的成本。一般地，烟道内会设置有省煤器109。

第一热解炉101可以设置在火电厂的电站锅炉100旁的空地上。

更进一步地，如图2所示，所述第一热解炉105的烟气引入管102的一端分别通过一个支路112连通于火电厂的两台电站锅炉100，烟气引入管102和两个支路112之间的交叉处设置烟气挡板113，所述烟气挡板113用于挡住烟气引入管102和两个支路112中的任一个之间的通路。通过烟气挡板113在烟气引入管102和两个支路112之间的通路的切换，可以实现切换高温烟气的来源。

在本实施例中，所述系统还设置有第二热解炉107，其具有生物质进口、生物质炭出口和生物质气出口，并且吊装在所述电站锅炉100的炉膛的顶部，电站锅炉100的炉膛辐射、烟气对流及辐射换热为第二热解炉107提供热源。

在本实施例中，如图3所示，所述第二热解炉107内设有与所述电站锅炉100的炉膛相连通的烟气流道114。通过该设置，炉膛内的高温烟气通过烟气流道114在第二热解炉107内进行对流，实现高温热解生物质。

进一步地，同样地，所述第二热解炉107中也设有补热装置，该补热装置采用电加热单元115，当第二热解炉107中的温度达不到预设的热解温度时，电加热单元115自动启动对第二热解炉107内的空气进行补热，直至达到热解温度后自动停止。

进一步地，所述第二热解炉107的底面设置吸热面，用于吸收电站锅炉100的炉膛内的热量并传递至第二热解炉107的内部。

所述系统还包括有生物质原料干燥装置108，所述生物质原料干燥装置108用于利用火电厂的电站锅炉的烟气、汽轮机的主蒸汽、汽轮机的抽汽中的一个或几个作为热源对生物质原料进行干燥，干燥后的生物质原料进入所述热解炉(101或107)内。

所述生物质原料干燥装置可采用容器装置的形式或传动装置的形式。

当采用容器装置的形式时包括生物质容器和设置于生物质容器的内壁或外壁的热源管道及与热源管道相连通的加热面，所述热源管道连通于火电厂的电站锅炉的高温烟气管道，或连通于汽轮机的主蒸汽管道或抽汽管道；所述加热面设于生物质容器的外表面。所述生物质容器的出口连通于所述热解炉的生物质进口。所述生物质原料可以利用火电厂锅炉高温烟气或汽轮机主蒸汽或抽汽作为热源，进行干燥后再送入所述热解炉。

当采用传送装置的形式时，所述生物质原料干燥装置包括传送带管道和与传送带管道位置对应的热源管道。所述热源管道连通于火电厂的电站锅炉的高温烟气管道，或火电厂的汽轮机的主蒸汽管道/抽汽管道。当连通所述高温烟气管道时，可以将高温烟气直接通入传送带管道内对生物质原料进行干燥，如果连通火电厂的汽轮机的主蒸汽管道/抽汽管道，则可以在传送带管道表面设置加热面，并使加热面连通主蒸汽管道/抽汽管道，利用加热面将主蒸汽管道/抽汽管道的蒸汽分散在传送带管道的表面，以对传送带管道内的生物质原料进行干燥。

所述热解炉还设有废料排出口，所述废料排出口连通于火电厂的废料处理设施。所述生物质原料处理过程中产生的废料，包括废水、废液、废渣，可利用火电厂的废料处理设施进行处理。

制备得到的生物质炭能够作为重金属污染土壤修复剂、复合肥料和炭精加工深加工原料使用。生物质气则可以作为燃料使用。

热解炉的热解产物还包括有焦油，所述热解炉设有焦油出口，所述从焦油出口中输出至容器中存储，对外提供或销售。

在实际应用中，系统中还可以设置气体净化分离装置连接在热解炉的生物质气出口，热解产生的生物质气进入到气体净化分离装置中，经过净化分离后得到洁净的生物质气，再进行存储并对外提供或销售。分离出的废气通过引入火电厂的电站锅炉的炉膛或烟道中，最后送入火电厂的烟气处理装置中进行处理。

还可以根据需要设置进一步的分离装置，将洁净的生物质气中的甲烷和/或氢气分离出来。

实施例2

本实施例提供一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，如图4所示，本实施例的系统结构和实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例的系统仅采用和实施例1的第一热解炉设置方式相同的热解炉200，不采用如实施例1中第二热解炉的热解炉设置方式。

实施例3

本实施例提供一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，如图5所示，本实施例的系统结构和实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例的系统仅采用和实施例1的第二热解炉设置方式相同的热解炉300，不采用如实施例1中第一热解炉的热解炉设置方式。

实施例4

本实施例提供一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，如图6所示，本实施例的系统结构和实施例1基本相同，主要区别在于，本实施例的系统中还包括有活化炉110，所述活化炉110连通于所述第一热解炉101的生物质炭出口，并连通于火电厂的汽轮机的主蒸汽管道和/或抽汽管道。通过从火电厂中获得蒸汽作为活化剂，在活化炉内可以将生物质炭进一步活化为活性炭。虽然图6并未示出，但是也可以在第二热解炉107的生物质炭出口同样连接活化炉以制备活性炭。

活性炭的应用领域更为广阔，活性炭主要作为固体吸附剂，应用在化工、医药、环境等方面，用于吸附沸点及临界温度较高的物质及分子量较大的有机物。在空气净化、水处理等领域应用也呈现出应用量增长的趋势，专用高档炭如高比表面积炭、高苯炭、纤维炭已渗透到航天、电子、通讯、能源、生物工程和生命科学等领域。随着现代工业和科学技术的发展，出现了许多活性炭新品种，如炭分子筛、微球炭、活性炭纳米管、活性炭纤维等。

实施例5

本实施例系统和实施例1基本相同，在本实施例中，通过对生物质炭混合农业肥料可制成作为重金属污染土壤修复剂的农业复合肥料使用。

目前国内外生物炭技术在农业方面的应用主要是处理农业废弃物和修复污染的土壤，生物炭可以通过影响土壤中的养分循环起到改良土壤的作用。由于生物炭具有芳香族的结构，使其可溶性较低，熔点和沸点较高。在不同温度条件和设备下，秸秆炭化裂解的过程不同，组成成分、结构及对重金属污染物的吸附能力仍有待研究，在最优化的条件下才能制备生产数量和质量最佳的生物炭产品。目前，已经有一些企业开始探索利用森林和地质储存的生物炭开展经济活动，推广生物炭的应用对于降低土壤中的重金属含量、植物体内的重金属含量是有效途径之一。

本实施例在实施例1的系统的基础上，可以通过控制热解炉内的温度，和采用不用的气化剂或催化剂，实现生物质炭的最佳多孔介质特性和吸附性，从而提高生物质炭对土壤中重金属元素的吸附能力。例如，制备生物炭时的热解温度，将泥炭藓在400～1000℃的温度范围内通过热解30～90min产生生物炭。考虑重量损失比时，在800℃下生产90min的生物炭是去除Pb和Cu最有效的。不同温度下热解的山核桃生物炭，其物理化学性质产生的差异导致对Pb的吸附效果也有很大区别。

经过生物炭修复的污染土壤，提高了肥力和持水能力，也可以提高作物的产量和品质。在重金属污染的土壤中添加生物炭，显著提高了土壤pH、电导率和阳离子交换能力，还降低了可提取的重金属浓度。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，包括热解炉；所述热解炉设置有生物质进口、生物质炭出口和生物质气出口；火电厂的电站锅炉产生的烟气为热解炉提供主要热源；还包括有补热装置，所述补热装置用于在热解炉内的温度达不到预设的热解温度时对热解炉进行补充热源。

2.根据权利要求1所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉设有烟气引入管和烟气排出管；所述烟气引入管用于将火电厂的电站锅炉产生的高温烟气引入所述热解炉内，所述烟气排出管用于将释放热能后的低温烟气排出所述热解炉外。

3.根据权利要求2所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉内设有换热管，所述换热管的一端连通于所述烟气引入管，另一端连通于所述烟气排出管。

4.根据权利要求1所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉的补热装置包括电加热单元，所述电加热单元设于所述热解炉内。

5.根据权利要求2所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉的补热装置包括有燃烧室，所述燃烧室的烟气出口连通于所述烟气引入管。

6.根据权利要求2所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述烟气排出管连通于火电厂的烟气处理装置。

7.根据权利要求1所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉还设有废料排出口，所述废料排出口连通于火电厂的废料处理设施。

8.根据权利要求1所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述热解炉吊装在所述电站锅炉的炉膛的顶部。

9.根据权利要求1所述的利用电站锅炉烟气生产生物质炭的系统，其特征在于，所述系统还包括有生物质原料干燥装置，所述生物质原料干燥装置用于利用火电厂的电站锅炉的烟气、汽轮机的主蒸汽、汽轮机的抽汽中的一个或几个作为热源对生物质原料进行干燥，干燥后的生物质原料进入所述热解炉内。

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