一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法 |
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| 申请号 | CN201510974348.5 | 申请日 | 2015-12-24 | 公开(公告)号 | CN105567329A | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | 华北电力大学(保定); | 发明人 | 阎维平; 屈柯楠; 孟岩; 路长; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种移动式固定床秸秆批量 气化 制取焦油与草木灰还田的方法，本发明属于农业资源综合 回收利用 领域。本发明方法由移动车辆装载，在田间地头对收割后产生小麦秸秆直接进行作业，秸秆无需 破碎 ，直接批量投入技术成熟的上吸式固定床气化炉制取焦油，取消给料、气化产气气固分离装置，解决了常规气化因产生大量焦油限制其利用和秸秆 热解 要求复杂、工业实际操作性不强的问题，单台气化炉实现了秸秆产物综合、 能量 多级利用，多台炉并列交替运行，设备共享简化布置，能量可在多台炉内相互回收优化利用，提高秸秆气化效率以及操作功效，本发明方法有效经济的解决了农业秸秆利用回收难题，实现了秸秆综合利用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法，其特征在于，小麦成熟收割时期，在田间地头对收割后产生小麦秸秆采用上吸式固定床气化炉无需破碎直接批量性气化处理。收集气化过程产生的焦油存储出售，气化不可凝气回收利用为反应提供能量，气化固体残余物草木灰撒回田间充当肥料，可多台固定床气化炉之间形成秸秆气化、干燥交替运行。 |
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| 说明书全文 | 一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法 技术领域背景技术[0002] 目前，随着我国农作物产量提高，农作物秸秆产量显著增加，此外，随着农村生活水平提高，因燃用秸秆的炉灶大量减少，导致秸秆大量剩余或被遗弃路边地头或被就地焚烧，给生态环境与生命、财产安全带来了极大的隐患，因此，研究开发秸秆利用方法与技术十分迫切重要。 [0003] 生物质液油产品具有环境友好、能量密度高、存储运输方便等优点，即可精炼用作锅炉、燃气轮机、发动机的燃料，也可作为化工原料具有可观的经济价值。如能针对我们农业秸秆季节性、地域性限制的特点，采用移动式处理方式可就地对秸秆进行处理转换为能量密度高的液体焦油，可避免大量收集和运输的费用，且液态焦油易存储运输市场需求量高，大大提高整体经济性。 [0004] 当前已有很多关于移动式生物质液油生产转化方法的研究，但是大多研究整体装置结构复杂，调试控制性差。中国发明专利(CN200510137113.7)公开了一种移动式生物质液化系统，可以降低原料收集和运输费用，但采用反应器为常规流化床反应器，反应温度难控制，消耗磨损大。中国发明专利(CN200910170228.4)公开了一种小型快速移动式农林生物质快速热裂解装置，中国发明专利(CN201410659408.x)提出了移动式秸秆热解制备燃料油的装置和方法，两种装置都以热解为基础，生物质热解对处理生物质要求高，都需经过前期处理，存在生物质内部传热、热解气固态杂质含量都是难点问题，装置整体结构复杂，技术工序操作多、要求高，实际实现性不强。 [0005] 如何能采用结构简单，操作方便实际可行性强的方式完成移动式秸秆处理成液态焦油，实现生物质就地转化为易运输存储的液态焦油，进行大范围推广，解决农业秸秆问题，实现能源综合高效利用，十分迫切。 发明内容[0006] 本发明提出一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法，避免了生物质秸秆大规模收集运输成本问题，采用上吸式固定床气化炉对联合收割机产生秸秆直接进行批量性处理，收集气化过程产生焦油，气化气回收再利用，气化固体残余物草木灰还田充当肥料。取消给料和气化产气气固分离装置，整体结构简单，采用上吸收固定床气化炉技术成熟，无需秸秆再次破碎，批量性进料，实际可操作性强，运行简单，可单台固定床也可多台固定床之间秸秆气化、干燥交替运行，便于大范围推广。气化固体残余物草木灰充当肥料直接还田，实现生物质综合经济利用，本发明是这样实现的： [0007] 一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法，其特征在于，小麦成熟收割时期，在田间地头对联合收割机一次破碎的生物质小麦秸秆进行作业。秸秆无需再破碎直接投入上吸式固定床反应器进行批量性气化反应(500-600℃)；单台炉(多台炉)气化产气中可凝气在喷淋室被喷淋得到焦油由焦油收集器进行收集存储，喷淋液与一级空气预热器换热被冷空气冷却同时预热助燃空气，不可凝气由喷淋室上部出口流出与由风机送入经一、二级空气预热器两次预热的空气在低热值燃烧器进行混合燃烧，一定量高温燃烧产物送入上吸式固定床反应器维持反应温度在500-600℃，富余高温燃烧产气再送入二级空气预热器对一次预热的空气进行二次预热后排出，多台炉并列交替运行时二级空气预热器空气出口引出部分二次预热的空气对其他待气化炉内秸秆进行干燥、预热实现能量综合利用，气化固体残余物草木灰在上吸式固定床反应器底部出口收集[0008] 所述在田间地头对收割后产生小麦秸秆进行作业指借助于车辆装载装置提供动力与充当操作平台实现在各田间地头收集气化处理。 [0009] 所述对收割后产生小麦秸秆进行作业，指所处理秸秆无需破碎，可对当前农村经过联合收割机产生的秸秆、人工收割秸秆直接进行处理转化，无需破碎。 [0010] 所述生物质小麦秸秆直接批量性气化处理指只需人工一次性将一定量秸秆投入上吸式固定床反应器，进行定量、定时批量性反应气化处理，无需连续不断填充，取消给料装置，整体结构简单，操作方便。 [0011] 所述上吸式固定床反应器指采用技术成熟的上吸式固定床气化炉，设备结构简单，无需气固分离设备，投资成本小，控制反应温度在500-600℃保证焦油的最大产率。 [0012] 所述单台炉(多台炉)气化产气中可凝气在喷淋室由喷淋液进行喷淋冷却得到焦油落入喷淋室底部，汇集一定量后由喷淋室底部焦油收集口流入下部焦油收集器收集[0013] 所述焦油水相部分经过喷淋室底部喷淋液出口连接进入循环泵送入一级空气预热器利用冷空气冷却，同时预热助燃空气，经过喷淋管在喷淋室喷淋形成吸、放热循环，实现能量的多级利用和产物的循环利用 [0014] 所述气化固体残余物草木灰由上吸式固定床反应器底部排灰口气化反应完成后进行清灰收集，撒回田间充当肥料。 [0015] 所述不可凝气由喷淋室上部出口与二级空气预热器空气出口两次预热的空气混合接入低热值燃烧器进行混合燃烧，燃烧后定量高温产物进入上吸式固定床反应器保证反应温度维持500-600℃，实现能量回收利用，保证反应能量自我供给 [0016] 所述低热值燃烧器燃烧产物富余高温产气送入二级空气预热器对一次预热空气进行二次预热后排出，实现能量回收利用，保证上吸式固定床反应器内压强温度稳定。 [0017] 所述多台固定床之间秸秆气化、干燥交替运行指，由二级空气预热器空气出口引出部分二次预热的空气送入待气化固定床对炉内秸秆进行预热、干燥实现能量在并列运行炉内的回收利用，提高秸秆气化效率以及操作功效且二次预热的空气含水量少，温度适宜对秸秆预热、干燥优于使用气化不可凝气燃烧烟气 [0018] 本发明的有益效果为： [0019] 1.在田间地头就地对产生小麦秸秆进行收集气化处理，避免了秸秆大规模长距离收集运输成本 [0020] 2.对产生小麦秸秆无需破碎，直接处理，生产工序简单，秸秆处理便捷[0021] 3.秸秆批量性投入固定床反应器气化制焦油，只需人工一次性将一定量秸秆投入气化反应装置，进行定量、定时批量性反应处理，取消给料装置，结构简化，无需连续填充，操作简单 [0022] 4.采用上吸式固定床气化炉为反应器，技术成熟设备结构简单，实际可操作性强，投资成本小。 [0023] 5.采用上吸式固定床气化炉为反应器气化产气固体杂质含量低，无需进行固气分离，简化装置，降低处理步骤 [0024] 6.采用秸秆气化产物焦油水相部分充当喷淋液喷淋收集气化可凝焦油，收集效率高，实现生物质秸秆产物综合利用，避免其它冷却装置冷源问题，同时与一级空气预热器换热，实现能量多级利用 [0025] 7.气化不可凝气与两次预热后的空气送入低热值燃烧器进行燃烧，为反应提供能量，实现秸秆综合利用，降低气化反应所需空气当量比，减少秸秆作为燃烧物消耗量，提高焦油产量。 [0026] 8.富余高温燃烧产气送入二级空气预热器对一次预热空气进行二次预热，实现单台炉内能量多级利用 [0027] 9.多台固定床之间秸秆气化、干燥交替运行使用二次预热的空气对待气化固定床炉内秸秆进行预热、干燥，预热空气含水量较低，温度适宜，预热干燥效果优于水分很高的燃烧烟气，实现能量在并列运行气化炉内综合利用，提高秸秆气化效率以及操作功效。 [0030] 图1是一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法示意图。 [0031] 图中标号： [0032] 1-上吸式固定床反应器；2-喷淋室；3-循环泵；4-一级空气预热器；5-焦油收集室；6-喷淋管；7-低热值燃烧器；8-风机；9-二级空气预热器 具体实施方式[0033] 本发明提供了一种移动式固定床秸秆批量气化制取焦油与草木灰还田的方法如图1所示，上吸式固定床反应器1出口与喷淋室2入口相连，喷淋室2底部喷淋液出口连接循环泵3入口，循环泵3出口连接一级空气预热器4喷淋液入口，一级空气预热器4喷淋液出口与喷淋管6入口相连；风机8出口连接一级空气预热器4空气入口，一级空气预热器4空气出口连接二级空气预热器9空气入口，二级空气预热器9空气出口与喷淋室2气化不可凝气出口相连接入低热值燃烧器7入口，低热值燃烧器7一出口连接上吸式固定床反应器1气体入口，低热值燃烧器7二出口(富余高温燃烧产气出口)连接二级空气预热器9富余高温燃烧产气入口；喷淋室2底部焦油收集口与焦油收集器5入口相连； [0034] 该方法步骤如下：首先，经联合收割机一次破碎的秸秆一次性批量投入上吸式固定床气化炉反应器1，在底部点燃部分秸秆进行点火。待反应稳定生成的气化气体进入喷淋室2由喷淋液进行喷淋(在启动阶段可加入部分水代替焦油水相部分做喷淋液)，可凝气冷却成焦油，不可凝气由喷淋室2上部出口排出，与经过二次预热的热空气进入低热值燃烧器7进行混合燃烧，一定量高温燃烧产物送入上吸式固定床反应器1维持反应温度在500-600℃，富余高温燃烧产气送入二级空气预热器9对一次预热的空气进行二次预热后排出。多台固定床气化炉秸秆气化、干燥并列交替运行时，公用一套气化气冷凝与空气预热系统，在一台或两台固定床以气化方式运行时，另外一台或两台固定床投入秸秆以预热干燥方式运行，利用二级空气预热器9二次预热的空气预热待气化炉内秸秆，降低秸秆水分；在前一台或两台气化炉秸秆完全气化后，后一台或两台固定床转入气化运行方式，而前一台或两台气化炉清灰后投入秸秆进入预热干燥运行方式，如此交替运行，实现能量在并列运行炉内的回收利用，提高秸秆气化效率以及操作功效。气化固体残余物草木灰在上吸式固定床气化炉反应器1底部出口收集撒回田间充当肥料，可凝气冷却产生焦油由喷淋室2底部流入焦油收集室5进行收集 [0035] 该方法包括上吸式固定床气化炉反应器、喷淋室、循环泵、一级空气预热器、二级空气预热器、焦油收集室、喷淋管、风机，低热值燃烧器等装置来实现。 [0036] 按本例，采用技术成熟的上吸式固定床气化炉，气化强度150kg/(m2·h)，秸秆的气化产率3Nm3/kg，气化产气中焦油含量为50-80g/Nm3，气化固体残余物草木灰质量产率为30％，则每公斤秸秆焦油产量为150-240g/kg，草木灰产量为300g/kg。按当前装置汽车车厢尺寸，可一次并列运行3台2*2m上吸式固定床反应器装置，每天工作10小时，则每天可处理亩产小麦500kg、生物质秸秆600kg的土地30亩，每天焦油产量为2.70-4.32t/天，草木灰产量为5.4t/天，按草木灰所含钾元素含量100g/kg相当节约钾肥1.8t。每天所需人工1-2人，风机、循环泵总功率约10kw由装载汽车蓄电池带动。实现移动式简单处理秸秆总结利用，经济效益好，环境效益显著。 |
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