一种生物炭热解装置及其热解方法 |
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| 申请号 | CN202410245403.6 | 申请日 | 2024-03-05 | 公开(公告)号 | CN117965187A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所; | 发明人 | 吕明; 章志斌; 李福利; 褚腊林; 苏航; 张国华; 张慧丹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 生物 质 处理技术，具体是一种 生物炭 热解 装置及其热解方法，该装置包括热解炉，所述热解炉为竖式结构包括有热解段和冷却段，所述热解段由加热器加热升温，所述冷却段处设有废热 锅炉 或/和冷却器，所述冷却器的出气口连通至加热器。该装置能充分利用热解时的热量，节能降耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物炭热解装置，包括热解炉（6），其特征在于：所述热解炉（6）为竖式结构包括有热解段和冷却段，所述热解段由加热器加热升温，所述冷却段处设有废热锅炉（62）或/和冷却器（63），所述冷却器（63）的出气口连通至加热器。 |
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| 说明书全文 | 一种生物炭热解装置及其热解方法技术领域背景技术[0002] 生物质热解是在无氧或缺氧条件下高温加热生物质，通过控制热解温度等工艺参数，最终分解为生物炭、热解气、热解油等贮存性能源产物。由于是缺氧分解，烟气量极大减少，有利于减轻对大气环境的二次污染，并且废物中的硫、重金属等物质被固定在生物炭中。 [0003] 如何整合使用热解产热、（使用）降低能耗、增加产物量是亟待解决的技术问题。 发明内容[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种生物炭热解装置，充分利用热解时的热量，节能降耗。本发明采用的技术方案如下：一种生物炭热解装置，包括热解炉，所述热解炉为竖式结构包括有热解段和冷却段，所述热解段由加热器加热升温，所述冷却段处设有废热锅炉或/和冷却器，所述冷却器的出气口连通至加热器。 [0005] 上述生物炭热解装置，热解炉内热解后产生的热解气输送至热解气处理系统，所述热解气处理系统包括依次连通的旋风分离器Ⅱ和除焦冷却器，旋风分离器Ⅱ的进口与热解炉连通，除焦冷却器的出口连通至贮气柜，所述贮气柜的出口连通至加热器。 [0006] 上述生物炭热解装置，所述热解炉内还包括预热段，所述预热段位于热解段上方。 [0007] 上述生物炭热解装置，还包括依次连通的干燥罐、给料机、输送系统和缓冲罐，所述缓冲罐下端出料口连通至热解炉进料口以供料。 [0008] 上述生物炭热解装置，所述干燥罐内由上到下为存贮缓冲段、料封段和干燥段；所述热解炉预热段一侧设有尾气排放口，该尾气排放口连接至干燥罐的干燥段。 [0010] 上述生物炭热解装置，所述冷却段的下端出料口安装有下料器；所述下料器为偏心回转轴，所述下料器的截面呈星形结构。 [0011] 一种上述生物炭热解装置的热解方法，包括以下步骤：S1)进料：经筛分去除大尺寸物料，保证所需尺寸物料占比≥95%，将其送入干燥罐； S2)干燥：在干燥罐内物料与热气换热实现预干燥，被预干燥的物料经输送系统送至缓冲罐； S3)热解：物料保持90℃±5℃的温度从缓冲罐连续进入到热解炉，热解炉内压力为±50Pa，热解炉的预热段内加热烟气温度为640 650℃，使物料升温至350℃±5℃，并使~ 加热烟气降温至250℃±5℃之后输送至干燥罐中； 物料在热解炉热解段热解为生物炭，并产生热解气，热解气分为两路均输出至热解气处理系统且其中一路由热解炉上方的热解气出口输出、另一路从热解炉的下方侧部的热解气出口输出； S4)冷却：生物炭进入热解炉内冷却段，与废热锅炉和/或冷却器换热冷却至100℃之后排出炉外自然冷却；换热后冷却器内空气温度升高至120℃左右进入加热器，在加热器内空气与热解气处理系统净化后的热解气燃烧产生650℃±10℃烟气进入热解炉热解段作为热源。 [0012] 上述热解方法，所述物料的颗粒尺寸≤50 mm，其中2 50 mm尺寸原料占比≥95%，~ 3水分15%，进料量120 kg/h；热解后得到生物炭35‑60 Kg/h，热解气20 40 m/h。 ~ [0013] 本发明的有益效果为：其一，热解炉内设置空冷和锅炉水冷两种方式，再次利用换热后的热量，极大提高能源再利用，节省成本；以及炉内预热段的尾气再输送至干燥罐进一步节能降耗。 [0016] 图1为本发明实施例的结构示意图。 [0017] 图2为本发明实施例的下料器的正视示意图；图3为本发明实施例的下料器的侧视示意图； 图4为本发明实施例的热解过程示意图。 [0018] 图中：1为干燥罐、2为给料机、3为输送系统、4为缓冲罐、5为上锁气阀、6为热解炉、7为烟气加热炉、8为下锁气阀、9为称重传感器、11为物料桶、12为旋风分离器Ⅰ、13为布袋除尘器、14为旋风分离器Ⅱ、15为除焦冷却器、16为贮气柜、17为引风机、18为气体流量计、61为换热器、62为废热锅炉、63为冷却器、64为集气器、65为下料器、66为热解气口A、67为热解气口B、68为振动器。 具体实施方式[0019] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的解释。 [0020] 本实施例是生物炭热解装置，包括依次连通输送处理生物质的干燥罐1、给料机2、输送系统3、缓冲罐4和热解炉6。 [0021] 干燥罐1顶部为生物质进料口、下部为出料口且连通给料机2，出料口处设有称重传感器9。干燥罐1内由上到下为存贮缓冲段、料封段（防止烘干用的烟气与生物质物料上方的空气过量混合，影响传热效率、增加尾气除尘系统处理负荷）和干燥段，干燥段处设有尾气排放口连接至旋风分离器Ⅰ12、布袋除尘器13经两级除尘后排放。 [0022] 给料机2将烘干后的生物质物料通过输送系统3运送至缓冲罐4内，缓冲罐4下部的出料口设有称重传感器9，出料口经上锁气阀5连通至热解炉6的进料口。 [0023] 热解炉6为竖式结构，在≤600℃条件下热解，采用自产煤气外加热式结构，炉内由上到下为预热段、热解段和冷却段。 [0024] 烟气加热炉7安装在热解炉6（炉外一侧）热解段，加热烟气在热解段自下而上（循环）流动，通过炉壁和布置在炉内的管（板）式换热器对物料传热，先后用于提高热解段、预热段内物料温度，烟气加热炉7内通入煤气与经过空气预热器预热的空气燃烧，煤气可以使用热解炉自身产出的热解气经处理后使用。热解段内设有换热器61，换热器61向上延伸至预热段。烟气加热炉7运行使生物质被预热并热解，同时烟气热量被梯度利用（同时产生的热量向上可实现预热）尾气从预热段上（侧）部输出至干燥罐1的干燥段再利用。 [0025] 冷却段内设有废热锅炉62、另设有冷却器63用于降低热解物料温度。废热锅炉62内通入软化水，与高温物料换热后输出低压蒸汽。 冷却器63内通入过滤后的空气，与高温物料换热后输出热空气，该热空气再输送至烟气加热炉7内进一步参与燃烧。 [0026] 冷却段内的下料口设置有下料器65。所述下料器65为偏心回转轴，其截面呈星形结构，一方面通过偏心旋转可以对上方物料扰动，进一步防止堵塞，另一方面通过对下料器转速调节，可以控制下料速度，使下料器下方形成空腔，有利于下料通畅。 [0027] 热解炉6的上部预热段设有热解气口A66，下部冷却段设有热解气口B67，热解气口A66和热解气口B67两路热解气输出汇合后共同输送至热解气冷却、分离及净化处理系统，经处理后的部分煤气可输送至烟气加热炉7内燃烧产热，形成能量再循环利用。 热解炉6内安装有振动器68，避免下部物料堵塞，保证下料均匀性。热解炉6的下部经下锁气阀8产出生物炭由输送机送至存料处，热解炉6下部同样安装有称重传感器9。 [0028] 本实施例中生物质物料选用木屑颗粒料，物料颗粒尺寸≤50 mm，水分约15%，进料量120 kg/h（折干基102 Kg/h），使用上述热解装置的进行生物炭热解的方法，包含以下步骤：S1)进料：经筛分去除50 mm以上的大尺寸物料，保证2‑50 mm尺寸原料占比≥95%，将物料桶11内的生物质物料送入干燥罐1； S2)干燥：在干燥罐1内，物料与热解炉6 回输的烟气尾气直接换热实现预干燥，之后烟气由旋风分离器Ⅰ12、布袋除尘器13两级除尘后排空，被预干燥的物料经输送系统3送至缓冲罐4； S3)热解：物料从缓冲罐4经上锁气阀5连续进入到热解炉6，上锁气阀5具有密封和计量功能，热解炉6的料位由其下部的称重传感器9监测； 热解炉6的横截面尺寸1000*1000 mm，总容积≥2.5 m³，其中冷却段约0.7 m³，热解炉6内压力控制在±50 Pa，热解段和冷却段炉壁为夹套结构；物料进入热解炉6后的初始温度约90℃左右，经650℃烟气进入夹套及换热器61加热使物料升温至350℃左右，热解段的烟气温度约250℃去干燥罐1作为物料的预干燥热源； 物料在低于350℃的热解温度区间内热解，并产生木醋液和热解气，木醋液和热解气以气态形式从热解炉6的热解气口A66和热解气口B67排出，之后进入气体净化分离系统； 热解后的固态物料即为生物炭；净化分离系统包括旋风分离器Ⅱ14和除焦冷却器15，热解气经净化后输送至贮气柜16中，用鼓风机将净化后热解气输送至烟气加热炉7或其它需要热解气的场所； S4)冷却：生物炭进入冷却段，与冷空气通过冷却器63和废热锅炉62换热冷却至 100℃，经下料器65排出炉外自然冷却。换热后冷却器63内空气温度升高至120℃左右进入烟气加热炉7，在烟气加热炉7内热空气与净化后的热解气燃烧产生约650℃烟气进入热解炉6热解段作为热源。 [0029] 经过该装置热解后得到生物炭35‑60 kg/h，木醋液约10‑35 kg/h，热解气约20‑40 3 3 m/h（热值约3100 kcal/m）。 |
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