TWI586798B - Material Heating System for Continuous Carbonization Process - Google Patents

Description

生質物連續式炭化製程之供熱系統

本發明係關於一種供熱系統，特別係關於一種生質物連續式炭化製程之供熱系統。

生質物因在生成過程中會從大氣中吸收轉化二氧化碳(CO₂)，故使用生質物能源具有碳中和作用。

習知已有使用油棕果纖維為原料經低溫炭化產製生質煤，如中華民國公告專利第I449782號所揭示之「生質煤的製造方法」。而使用生質煤可降低發電鍋爐之燃煤用量。

習知生質物之炭化程序包括預熱段、裂解炭化段及降溫終止炭化三個階段。預熱段需吸收大量熱以升溫至裂解炭化段。裂解炭化段則會產生大量炭化爐氣(或稱溚氣)，而炭化爐氣除具可燃性外，亦具化學毒性，故不能直接排放。然而，如何有效回收處理炭化爐氣，一直是生質物製造業者相當困擾的問題。

因此，有必要提供一創新且具進步性之生質物連續式炭化製程之供熱系統，以解決上述問題。

本發明提供一種生質物連續式炭化製程之供熱系統，包括一後燃爐及一調溫室。該後燃爐係連接一生質物炭化裝置之一炭化爐氣出口，用以將該生質物炭化裝置所排出之一炭化爐氣燃燒轉化成一熱氣流，該後燃爐具有一熱氣流出口。該調溫室係連接該後燃爐之熱氣流 出口，用以調整該熱氣流之溫度，並將調溫後之該熱氣流輸送至該生質物炭化裝置做為熱源。

本發明係可解決生質物炭化爐氣之排放問題，並可大幅降低炭化製程之能源耗費，進而達到減廢及減碳之目的。

為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

10‧‧‧生質物連續式炭化製程之供熱系統

11‧‧‧後燃爐

11P‧‧‧熱氣流出口

11S‧‧‧爐腔

110‧‧‧入口端部

12‧‧‧調溫室

12B‧‧‧底部

13‧‧‧液化石油氣供熱裝置

14‧‧‧供氣風機

15‧‧‧壓力感測器

16‧‧‧抽引風機

17‧‧‧降溫風機

18‧‧‧餘熱排放裝置

20‧‧‧生質物炭化裝置

21‧‧‧炭化爐氣出口

110H‧‧‧通孔

111‧‧‧爐氣導管

111A‧‧‧第一端

111B‧‧‧第二端

112‧‧‧炭化爐氣環形分配室

113‧‧‧爐氣噴管

114‧‧‧高壓蒸氣噴吹管

115‧‧‧蒸氣環形分配管

121‧‧‧溫度感測器

122‧‧‧調溫風機

142‧‧‧溫度感測器

172‧‧‧溫度感測器

181‧‧‧集塵器

182‧‧‧排熱風機

F‧‧‧熱氣流

G‧‧‧炭化爐氣

R‧‧‧高速空氣

圖1顯示本發明生質物連續式炭化製程之供熱系統之架構圖；圖2顯示本發明炭化爐氣環形分配室與爐氣噴管之配置示意圖；及圖3顯示本發明高壓蒸氣噴吹管與爐氣噴管之配置示意圖。

圖1顯示本發明生質物連續式炭化製程之供熱系統之架構圖。圖2顯示本發明炭化爐氣環形分配室與爐氣噴管之配置示意圖。配合參閱圖1及圖2，本發明之生質物連續式炭化製程之供熱系統10包括一後燃爐11及一調溫室12。

該後燃爐11係連接一生質物炭化裝置20之一炭化爐氣出口21，用以將該生質物炭化裝置20所排出之一炭化爐氣G燃燒轉化成一熱氣流F。

在本實施例中，該後燃爐11具有一入口端部110、一爐腔11S、一熱氣流出口11P、一爐氣導管111、一炭化爐氣環形分配室112及複數個爐氣噴管113。

該入口端部110具有複數個通孔110H，該等通孔110H連通該爐腔11S，且該等通孔110H用以輸入一高速空氣R。該炭化爐氣G係於該爐腔11S內燃燒轉化成該熱氣流F。

該爐氣導管111具有一第一端111A及一第二端111B。該第一端111A係連接該炭化爐氣出口21。該第二端111B相對於該第一端111A，且該第二端111B係連接該炭化爐氣環形分配室112。

該炭化爐氣環形分配室112設於該入口端部110，該等爐氣噴管113連接該炭化爐氣環形分配室112，且各該爐氣噴管113之兩端分別連通該炭化爐氣環形分配室112及該爐腔11S。在本實施例中，該炭化爐氣環形分配室112用以均勻分配該炭化爐氣G至各該爐氣噴管113，而該等爐氣噴管113則將該炭化爐氣G分散導入該爐腔11S。

在本實施例中，各該爐氣噴管113穿設於各該通孔110H，且各該爐氣噴管113與各該通孔110H呈同軸配置。如此，可藉由各該通孔110H內之該高速空氣R抽引各該爐氣噴管113內之該炭化爐氣G進入該爐腔11S，而該高速空氣R亦可提供燃燒該炭化爐氣G所需之氧氣。

此外，若各該爐氣噴管113之管徑太小，則該後燃爐11與該生質物炭化裝置20之間壓差大，該炭化爐氣G量大時易造成該生質物炭化裝置20內壓力過大而導致爐氣外洩。若各該爐氣噴管113之管徑太大，該炭化爐氣G量少時火焰易倒退延燒至該爐氣導管111。因此，較佳地，各該爐氣噴管113之管徑為2至4吋。

圖3顯示本發明高壓蒸氣噴吹管與爐氣噴管之配置示意圖。配合參閱圖1及圖3，為避免該炭化爐氣G中所夾帶之溚/細炭粉凝結沈積堵塞該等爐氣噴管113，在本實施例中，該後燃爐11可具有複數個高壓蒸氣噴吹管114，該等高壓蒸氣噴吹管114係連通該炭化爐氣環形分配室112，且各該高壓蒸氣噴吹管114係對準各該爐氣噴管113，用以吹除各該爐氣噴管113中之沈積溚泥。此外，為確保各該爐氣噴管113中之沈積溚泥能被有效去除，較佳地，各該高壓蒸氣噴吹管114內之蒸氣壓力為5至10kg/cm²。

另外，為使吹除用蒸氣能均勻分配至該等高壓蒸氣噴吹管114， 在本實施例中，該後燃爐11可具有一蒸氣環形分配管115，該等高壓蒸氣噴吹管114係連通該蒸氣環形分配管115，故該蒸氣環形分配管115可將吹除用蒸氣均勻分配至各該高壓蒸氣噴吹管114。

再參閱圖1，由於該後燃爐11需要熱源方能起爐，因此，在本實施例中，一液化石油氣供熱裝置13係連接該後燃爐11之該入口端部110，用以提供該後燃爐11起爐時所需熱源。當該炭化爐氣G量大時，因爐熱充足，該液化石油氣供熱裝置13可逐步關閉。當該炭化爐氣G量少時，因爐熱不足，該液化石油氣供熱裝置13可啟動補充爐熱。

此外，因該炭化爐氣G(溚氣)中芳香族雜環成份需高溫才能快速熱裂解，若該後燃爐11之爐溫低於750℃，該熱氣流F會有霧化現象，故該後燃爐11之爐溫應控制在800至850℃。

再參閱圖1及圖2，為使該炭化爐氣G能燃燒完全，必需確保燃燒所需空氣充足，因此，在本實施例中，一供氣風機14係連接該後燃爐11之一入口端部110，用以供應燃燒所需空氣，並控制該後燃爐11前段裂解燃燒溫度。較佳地，該供氣風機14所供應之空氣係經由該等通孔110H進入該爐腔11S。

此外，為避免該供氣風機14所供應之空氣量過多而造成火焰溫度偏低，以致無法迅速裂解溚氣成份。在本實施例中，該供氣風機14可配置一溫度感測器142，該溫度感測器142可即時偵測該後燃爐11之爐溫，而該供氣風機14可依據該溫度感測器142所測得之爐溫機動調整所供應之空氣量，以維持裂解燃燒溫度在800℃以上。

另外，該後燃爐11之爐壓亦需維持穩定，因為爐壓過低(<-5mm水柱)則火焰過長，爐溫難以控制，而爐壓過高(>-1mm水柱)，該炭化爐氣G量少時易回火。因此，為維持該後燃爐11之爐壓穩定，在本實施例中，一壓力感測器15係用以偵測該後燃爐11之爐壓，一抽引 風機16係依據該壓力感測器15所回饋之壓力值調整該後燃爐11之爐壓。較佳地，該後燃爐11之爐壓為-2mm至-4mm水柱間。

再者，該後燃爐11若直接排出800℃以上之該熱氣流F，會增加後段處理管線之造價成本，且太高溫之該熱氣流F亦難以被直接利用。因此，在本實施例中，一降溫風機17係鄰設於該後燃爐11之熱氣流出口11P，用以降低出口熱氣流溫度。較佳地，該降溫風機17係降低出口熱氣流溫度至600℃以下。此外，該降溫風機17亦可配置一溫度感測器172，用以偵測出口熱氣流溫度。

該調溫室12係連接該後燃爐11之熱氣流出口11P，用以調整該熱氣流F之溫度，並將調溫後之該熱氣流F輸送至該生質物炭化裝置20做為熱源。在本實施例中，該調溫室12可調降該熱氣流F之溫度至250-550℃，以使該熱氣流F可直接做為該生質物炭化裝置20之熱源。

此外，該調溫室12具有一溫度感測器121及一調溫風機122。該溫度感測器121用以偵測該調溫室12內之熱氣流溫度。該調溫風機122係依據該溫度感測器121所測得之熱氣流溫度調整輸入至該調溫室12內之冷氣流量，進而調整該熱氣流F之溫度。較佳地，該調溫室12採圓錐型設計，且該熱氣流F與該調溫風機122之冷氣流分別以對角切線方位導入該調溫室12，除有助於氣流混溫外，亦可攔截該熱氣流F中之飛灰。較佳地，該調溫室12之一底部12B係呈漏斗狀，以利定期排出飛灰。

在本實施例中，當供熱系統有多餘熱量時，係可以一餘熱排放裝置18連接該調溫室12及該生質物炭化裝置20，用以排放多餘氣流熱量。

該餘熱排放裝置18包括一集塵器181及一排熱風機182。該集塵器181係連接該調溫室12及該生質物炭化裝置20，用以收集排放熱氣流中之粉塵，避免造成空氣污染。該排熱風機182係連接該集塵器 181，用以將去除粉塵之熱氣流排出。較佳地，該熱氣流係可排放至一生質物預熱系統，用以預熱生質物。

藉由上述供熱系統配置，本發明可解決生質物炭化爐氣之排放問題，並可大幅降低炭化製程之能源耗費，進而達到減廢及減碳之目的。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

10‧‧‧生質物連續式炭化製程之供熱系統

11‧‧‧後燃爐

11P‧‧‧熱氣流出口

11S‧‧‧爐腔

12‧‧‧調溫室

12B‧‧‧底部

13‧‧‧液化石油氣供熱裝置

14‧‧‧供氣風機

15‧‧‧壓力感測器

16‧‧‧抽引風機

17‧‧‧降溫風機

18‧‧‧餘熱排放裝置

20‧‧‧生質物炭化裝置

21‧‧‧炭化爐氣出口

110‧‧‧入口端部

110H‧‧‧通孔

111‧‧‧爐氣導管

111A‧‧‧第一端

111B‧‧‧第二端

112‧‧‧炭化爐氣環形分配室

113‧‧‧爐氣噴管

114‧‧‧高壓蒸氣噴吹管

115‧‧‧蒸氣環形分配管

121‧‧‧溫度感測器

122‧‧‧調溫風機

142‧‧‧溫度感測器

172‧‧‧溫度感測器

181‧‧‧集塵器

182‧‧‧排熱風機

F‧‧‧熱氣流

G‧‧‧炭化爐氣

Claims (23)

1. 一種生質物連續式炭化製程之供熱系統，包括：一後燃爐，係連接一生質物炭化裝置之一炭化爐氣出口，用以將該生質物炭化裝置所排出之一炭化爐氣燃燒轉化成一熱氣流，該後燃爐具有一熱氣流出口；及一調溫室，係連接該後燃爐之熱氣流出口，用以調整該熱氣流之溫度，並將調溫後之該熱氣流輸送至該生質物炭化裝置做為熱源。
2. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐具有一爐氣導管，該爐氣導管具有一第一端及一第二端，該第一端係連接該炭化爐氣出口，該第二端相對於該第一端。
3. 如請求項2之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐具有一入口端部及一炭化爐氣環形分配室，該炭化爐氣環形分配室設於該入口端部，該爐氣導管之該第二端係連接該炭化爐氣環形分配室。
4. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐具有一入口端部、一爐腔、一炭化爐氣環形分配室及複數個爐氣噴管，該炭化爐氣環形分配室設於該入口端部，各該爐氣噴管之兩端分別連通該炭化爐氣環形分配室及該爐腔。
5. 如請求項4之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該入口端部具有複數個通孔，該等通孔用以輸入一高速空氣，各該爐氣噴管穿設於各該通孔。
6. 如請求項5之生質物連續式炭化製程之供熱系統， 其中各該爐氣噴管與各該通孔呈同軸配置。
7. 如請求項4之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中各該爐氣噴管之管徑為2至4吋。
8. 如請求項4之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐另具有複數個高壓蒸氣噴吹管，該等高壓蒸氣噴吹管係連通該炭化爐氣環形分配室，且各該高壓蒸氣噴吹管係對準各該爐氣噴管。
9. 如請求項8之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐另具有一蒸氣環形分配管，該等高壓蒸氣噴吹管係連通該蒸氣環形分配管。
10. 如請求項8之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中各該高壓蒸氣噴吹管內之蒸氣壓力為5至10kg/cm²。
11. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐之爐溫為800至850℃。
12. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該調溫室係調降該熱氣流之溫度至250-550℃。
13. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該調溫室具有一溫度感測器及一調溫風機，該溫度感測器用以偵測該調溫室內之熱氣流溫度，該調溫風機係依據該溫度感測器所測得之熱氣流溫度調整輸入至該調溫室內之冷氣流量。
14. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該調溫室之一底部係呈漏斗狀。
15. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，另包括一液化石油氣供熱裝置，該液化石油氣供熱裝置係連接該後燃爐之一入口端部。
16. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，另包括一供氣風機，該供氣風機係連接該後燃爐之一入口端部，用以供應燃燒所需空氣。
17. 如請求項16之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐具有一入口端部及一爐腔，該入口端部具有複數個通孔，該等通孔連通該爐腔，該供氣風機所供應之空氣係經由該等通孔進入該爐腔。
18. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，另包括一降溫風機，該降溫風機係鄰設於該後燃爐之熱氣流出口，用以降低出口熱氣流溫度。
19. 如請求項18之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該降溫風機係降低出口熱氣流溫度至600℃以下。
20. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，另包括一壓力感測器及一抽引風機，該壓力感測器用以偵測該後燃爐之爐壓，該抽引風機係依據該壓力感測器所回饋之壓力值調整該後燃爐之爐壓。
21. 如請求項20之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該後燃爐之爐壓為-2mm至-4mm水柱間。
22. 如請求項1之生質物連續式炭化製程之供熱系統，另包括一餘熱排放裝置，該餘熱排放裝置係連接該調溫室及該生質物炭化裝置，用以排放多餘氣流熱量。
23. 如請求項22之生質物連續式炭化製程之供熱系統，其中該餘熱排放裝置包括一集塵器及一排熱風機，該集塵器係連接該調溫室及該生質物炭化裝置，該排熱風機係連接該集塵器。