PL221100B1

PL221100B1 - Device for the thermal decomposition of biomass in a fluidized bed

Info

Publication number: PL221100B1
Application number: PL397531A
Authority: PL
Inventors: Andrzej Borys
Original assignee: Inst Biotechnologii Przemysłu Rolno Spożywczego Im Prof Wacława Dąbrowskiego
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2016-02-29
Also published as: PL397531A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do termicznego rozkładu biomasy w złożu fluidalnym.The subject of the invention is a device for thermal decomposition of biomass in a fluidized bed.

Bezpośrednia piroliza drewna jest stosowana do wytwarzania dymu wędzarniczego. Znane są urządzenia do wytwarzania dymu zwane dymogeneratorami. Obecnie najszerzej są stosowane dymogeneratory żarowe, w których piroliza drewna przeprowadzana jest na ogrzewanej elektrycznie metalowej płycie, przy czym zrąbki drewna doprowadzane są do znanego urządzenia grawitacyjnie. Szybkość procesu pirolizy drewna w znanym dymogeneratorze jest regulowana ilością powietrza dostarczanego do strefy rozkładu drewna, szybkością usuwania zwęglonych zrębków z ogrzewanej płyty, stopniem rozdrobnienia zrębków oraz ich wilgotnością. Proces pirolizy prowadzony w znanych dymogeneratorach jest trudny do kontrolowania. Produkty wytwarzane za pomocą dymu wytwarzanego w znanych dymogeneratorach żarowych cechuje wprawdzie wysoka jakość sensoryczna, jednakże zawierają one pewne ilości wielocyklicznych węglowodorów aromatycznych, które są kancerogenne. Znane są także, dymogeneratory cierne, w których przeprowadza się pirolizę za pomocą klocka dociskanego ze znaczną siłą do wirującego walca o chropowatej powierzchni.Direct pyrolysis of wood is used to produce smoke. There are known smoke generating devices called smoke generators. At present, incandescent smoke generators are the most widely used, in which the pyrolysis of wood is carried out on an electrically heated metal plate, the wood chips being fed to the known device by gravity. The speed of the wood pyrolysis process in the known smoke generator is regulated by the amount of air supplied to the wood decomposition zone, the rate of removal of charred chips from the heated board, the degree of fragmentation of the chips and their humidity. The pyrolysis process carried out in known smoke generators is difficult to control. Although the products produced by the smoke produced in known incandescent smoke generators are of high sensory quality, they contain certain amounts of polycyclic aromatic hydrocarbons which are carcinogenic. Frictional smoke generators are also known, in which pyrolysis is carried out by means of a block pressed with considerable force against a rotating roller with a rough surface.

Z opisu patentowego RP nr P. 387641 znany jest gazogenerator do zgazowania paliwa stałego o niskiej kaloryczności wyposażony w zgazowującą komorę umieszczoną wewnątrz zewnętrznej komory, w której wnętrzu jest wbudowany osiowo szczelinowy ruszt o kształcie ściętego stożka. Kąt nachylenia ściany stożka w stosunku do poziomu wynosi od 20 do 80°. Dolna część komory zewnętrznej znanego urządzenia stanowi skrzynię powietrza, zaś pod rusztem znajduje się skrzynia odbioru popiołu. Ponadto, na powierzchni ściany rury komory pizolitycznej znanego urządzenia znajdują się dysze czynnika zgazowującego.From the Polish patent description No. 387641 there is known a low calorific solid fuel gasification gasifier equipped with a gasifying chamber located inside the outer chamber, inside which an axially slotted grate in the shape of a truncated cone is built inside. The angle of inclination of the cone wall in relation to the horizontal is from 20 to 80 °. The lower part of the outer chamber of the known device is an air box, and an ash collection box is located under the grate. Moreover, nozzles of the gasifying agent are provided on the surface of the pipe wall of the insulating chamber of the known device.

Z opisu patentowego RP nr P. 383845 znany jest reaktor do zwęglania biomasy, który posiada zasypowy lej przytwierdzony do wstępnej komory połączonej z wlotem górnej retorty. Wylot górnej retorty znanego urządzenia przylega do przesypowej komory, do której również przylega wlot dolnej retorty. Wylot dolnej retorty znanego urządzenia połączony jest z separatorem wyposażonym w wylot gazów oraz wylot zwęglonej biomasy. Przez komorę wstępną obie retorty, komorę przesypową oraz separator znanego urządzenia przechodzi wspólny przenośnik, zaś obie retorty umieszczone są w komorze grzewczej. Znane są ponadto, urządzenia do szybkiej pirolizy drewna w złożu fluidalnym z piaskiem kwarcowym, utrzymywanym w temperaturze około 500° C, do którego wprowadza się drobiny drewna.From the Polish patent description No. 383845 there is known a reactor for biomass charring, which has a hopper attached to the preliminary chamber connected to the inlet of the upper retort. The outlet of the upper retort of the known device adjoins the transfer chamber, which also adjoins the inlet of the lower retort. The outlet of the lower retort of the known device is connected to a separator equipped with a gas outlet and an outlet of charred biomass. A common conveyor passes through the preliminary chamber, the two retorts, the transfer chamber and the separator of the known device, while both retorts are placed in the heating chamber. There are also known devices for the rapid pyrolysis of wood in a fluidized bed with quartz sand kept at a temperature of about 500 ° C, into which wood particles are introduced.

W górnej części znanego urządzenia znajduje się odbiorczy cyklon przeznaczony do separacji produktów pirolizy. Znane urządzenie wyposażone jest w kolumnę z wypełnieniem zraszanym ochłodzonym pirolizatem przeznaczoną do schładzania ciekłych produktów pirolizy.At the top of the known device there is a receiving cyclone for the separation of pyrolysis products. The known device is equipped with a column packed with cooled pyrolysate sprayed for cooling the liquid pyrolysis products.

Urządzenie według wynalazku ma korpus wykonany z dwóch współcentrycznie ustawionych prostopadłościanów tworzących szczelne komory: wewnętrzną ze złożem fluidalnym, składającą się ze strefy ogrzewania i strefy termicznego rozkładu biomasy i zewnętrzną - z komorą spalania i komorą cyrkulacji spalin. W strefie ogrzewania złoża zewnętrznej komory znajdują się rury kotłowe umożliwiające skuteczną wymianę ciepła pomiędzy spalinami a złożem. Urządzenie według wynalazku wyposażone jest w szereg króćców technologicznych: króćce do wprowadzenia biomasy i wyprowadzania produktów termicznego rozkładu biomasy, króciec doprowadzający gazy recyrkulujące utrzymujące złoże w stanie fluidalnym oraz króćce: zasypowy i zrzutowy złoża.The device according to the invention has a body made of two concentrically arranged cuboids forming tight chambers: the inner one with the fluidized bed, consisting of the heating zone and the zone of thermal biomass decomposition, and the outer one - with the combustion chamber and the exhaust gas circulation chamber. In the bed heating zone of the outer chamber there are boiler tubes enabling effective heat exchange between the flue gases and the bed. The device according to the invention is equipped with a number of technological nozzles: nozzles for introducing biomass and discharging products of thermal biomass decomposition, recirculating gas supply stub keeping the bed in a fluidized state and nozzles: charging and discharging the bed.

Urządzenie dzieli się na dwie strefy:The device is divided into two zones:

- dolną gdzie złoże fluidalne jest ogrzewane do pożądanej temperatury od 300 do 800°C,- the lower one, where the fluidized bed is heated to the desired temperature from 300 to 800 ° C,

- górną gdzie do złoża wprowadza się biomasę w postaci płynnej poprzez króćce dozowania płynnej biomasy lub w postaci stałej przez króciec dozowania stałej biomasy, przy czym zasilanie poprzez wszystkie króćce sterowane jest automatycznie. W górnej części urządzenia według wynalazku znajduje się króciec zasypowy złoża i króciec odprowadzający produkty termicznego rozkładu biomasy, które, poza urządzeniem według wynalazku, poddawane są frakcjonowanej separacji. Do górnej części zewnętrznej komory przytwierdzony jest króciec odbioru spalin z króćcem pomiarowym, natomiast do dolnej części zewnętrznej komory urządzenia według wynalazku, przytwierdzony nadmuchowy palnik z komorą spalania. Gorące spaliny przepływają trzykrotnie przez dolną część urządzenia zawierającą płaszczowo - rurową strefę ogrzewania złoża, przekazując ciepło spalania złożu poprzez system rur i ściany boczne komory, co zapewnia maksymalny.- the upper one, where the biomass is introduced into the bed in a liquid form through the liquid biomass dosing spigots or in a solid form through the solid biomass dosing spigot, with the supply through all nozzles automatically controlled. In the upper part of the device according to the invention, there is a bed charging port and a port for discharging the products of thermal decomposition of biomass, which, apart from the device according to the invention, are subject to fractional separation. To the upper part of the outer chamber there is a flue gas outlet connection with a measuring socket, and to the lower part of the outer chamber of the device according to the invention, a blow burner with a combustion chamber is attached. The hot exhaust gas flows three times through the lower part of the device containing the shell-and-tube heating zone of the bed, transferring the heat of combustion to the bed through the pipe system and the side walls of the chamber, which ensures maximum.

Stopień wykorzystania ciepła spalania. W ten sposób zapewniono separację strefy ogrzewania złoża od strefy termicznego rozkładu biomasy. Takie rozwiązanie zapewnia, że tworzące się produktyThe degree of utilization of the heat of combustion. This way, the bed heating zone is separated from the biomass thermal decomposition zone. This solution ensures that the formed products

PL 221 100 B1 termicznego rozkładu biomasy nie ulegają dalszej dekompozycji na skutek kontaktu z powierzchnią wymiany ciepła której temperatura jest zazwyczaj wyższa o 100°C lub więcej od średniej temperatury złoża fluidalnego. W dolnej części komory termicznego rozkładu biomasy w złożu fluidalnym urządzenia według wynalazku, usytuowana jest dennica z bełkotkami umożliwiającymi przepływ gazów recyrkulujących utrzymujących pracę złoża w sposób równomierny. Konstrukcja bełkotki umożliwia regulację maksymalnego stopnia jej otwarcia i jednocześnie zapobiega przedostawania się materiału złoża poniżej dennicy w przypadku braku przepływu gazów recyrkulujących przez złoże. Ponadto, nad dennicą z bełkotkami, usytuowany jest króciec zrzutowy złoża, a w pobliżu dna wewnętrznej komory zamocowany jest króciec doprowadzający gazy recyrkulujące utrzymujące złoże w stanie fluidalnym.The thermal decomposition of biomass is not further decomposed by contact with the heat exchange surface, the temperature of which is usually 100 ° C or more higher than the average temperature of the fluidized bed. In the lower part of the chamber for thermal decomposition of biomass in the fluidized bed of the device according to the invention, there is a bottom with bubblers enabling the flow of recirculating gases keeping the bed working in an even manner. The design of the bubbler allows for the regulation of its maximum opening degree and at the same time prevents the bed material from flowing below the bottom in the absence of recirculating gases flowing through the bed. Moreover, above the bottom with bubblers, there is a bed discharge spigot, and near the bottom of the inner chamber, a recirculating gas feed spigot keeps the bed in a fluidized state.

Wyposażenie urządzenia według wynalazku we dwie strefy złoża: strefę ogrzewania i strefę termicznego rozkładu biomasy nie tylko zwiększa sprawność i wydajność urządzenia, ale, również, umożliwia szczegółową kontrolę prowadzonego procesu w urządzeniu. Zdecydowanie korzystny wpływ na wydajność urządzenia według wynalazku ma, przedstawiona wyżej, płaszczowo-rurowa konstrukcja strefy ogrzewania fluidalnego złoża.Equipping the device according to the invention with two bed zones: a heating zone and a biomass thermal decomposition zone not only increases the efficiency and performance of the device, but also enables a detailed control of the process carried out in the device. The above-described shell-and-tube structure of the fluidized bed heating zone has a decisively advantageous effect on the efficiency of the device according to the invention.

Przedmiot wynalazku został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia schematycznie urządzenie - w widoku ogólnym i fig. 2 - urządzenie w widoku z góry.The subject of the invention is explained in more detail in the embodiment in the attached drawing, in which Fig. 1 shows schematically the device in general view and fig. 2 shows the device in plan view.

Urządzenie według wynalazku ma korpus wykonany z dwóch współcentrycznie ustawionych prostopadłościanów tworzących szczelne komory: wewnętrzną i zewnętrzną. Wewnętrzna komora urządzenia według wynalazku zawiera złoże fluidalne i składa się ze strefy ogrzewania 1 i strefy termicznego rozkładu biomasy 2. Natomiast, zewnętrzna komora urządzenia według wynalazku ma komorę cyrkulacji spalin 3 połączoną w dolnej części, z komorą spalania 4 wyposażoną w palnik 5. Urządzenie według wynalazku posiada usytuowane w górnej części: króciec wprowadzania biomasy w postaci stałej 6, króćce dozowania płynnej biomasy 7, króciec odprowadzający gazy recyrkulujące i produkty pirolizy 8 i króciec zasypowy złoża 9. Natomiast w górnej części zewnętrznej komory urządzenia zamocowany jest króciec odprowadzenia spalin 10 wraz z pomiarowym króćcem 11. Dolna część wewnętrznej komory zaopatrzona jest w króciec zrzutowy złoża 12 usytuowany nad dennicą z bełkotkami 13, zaś w pobliżu dna wewnętrznej komory urządzenia według wynalazku znajduje się króciec doprowadzający gazy recyrkulujące 14, utrzymujące złoże w stanie fluidalnym. Urządzenie według wynalazku posiada dwie strefy: pierwszą strefę stanowi płaszczowo-rurowa strefa ogrzewania złoża fluidalnego, zaś drugą strefę - stanowi strefa termicznego rozkładu biomasy z króćcami zasilającymi: króćcem wprowadzania biomasy w postaci stałej 6 i króćcami dozowania płynnej biomasy 7. Natomiast do dolnej części zewnętrznej komory urządzenia przytwierdzony jest nadmuchowy palnik 5 z komorą spalania 4.The device according to the invention has a body made of two concentrically arranged cuboids forming tight chambers: internal and external. The inner chamber of the device according to the invention comprises a fluidized bed and consists of a heating zone 1 and a zone for thermal decomposition of biomass 2. On the other hand, the outer chamber of the device according to the invention has an exhaust gas circulation chamber 3 connected in the lower part to a combustion chamber 4 equipped with a burner 5. The device according to the invention The invention has, in its upper part: a solid biomass introduction spout 6, liquid biomass dosing spouts 7, a recirculating gas and pyrolysis product outlet spout 8 and a bed charging spigot 9. In the upper part of the outer chamber of the device, there is a flue gas discharge spigot 10 with measurement port 11. The lower part of the inner chamber is provided with a bed discharge port 12 located above the bubbler head 13, and near the bottom of the internal chamber of the device according to the invention there is a recirculating gas discharge port 14 keeping the bed fluidized. The device according to the invention has two zones: the first zone is the shell-and-tube zone for heating the fluidized bed, and the second zone - the zone of thermal decomposition of biomass with feeding nozzles: stub pipe introducing solid biomass 6 and nozzles for dosing liquid biomass 7. However, to the lower outer part in the chamber of the device, a blower 5 with a combustion chamber 4 is attached.

Claims

Patent claims

1. A device for thermal decomposition of biomass in a fluidized bed, equipped with feeding and receiving systems, a combustion chamber, a bottom and media maintaining the bed in a fluidized state, characterized by the fact that it has a body composed of two concentric cuboids forming sealed chambers: the inner one consists of a zone heating (1) and a zone of thermal decomposition of biomass (2), and an external one with a flue gas circulation chamber (3) and a combustion chamber (4) equipped with a burner (5), with a bottom with bubblers (13) in the lower part of the device.

2. The device according to claim The device as claimed in claim 1, characterized in that in the upper part of the device there are: a solid biomass injection spout (6), a liquid biomass dosing spigot (7), a recirculating gas outlet spigot (8) and a bed charging spigot (9).

3. The device according to claim The flue gas receiving socket (10) with the measuring socket (11) is attached to the upper part of the outer chamber.

4. The device according to claim 1 A bed discharge nozzle (12) is located above the bottom with bubblers, and a recirculating gas feed pipe (14) is located near the bottom of the inner chamber.