一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统

摘要

本发明涉及生物质能转化利用的技术领域，具体是一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，包括第一生物质粉喂料系统、分段螺旋搅拌式反应器、齿轮系统、炭收集器、加热系统、冷凝系统、阵列式热烟气管路、筒体传热装置，其中分段螺旋搅拌式反应器包括反应器本体和分段螺旋搅拌装置，分段螺旋搅拌装置包括搅拌轴、螺旋叶片和滞留叶片。本发明反应器内的分段螺旋搅拌装置，能够增加生物质粉在反应器内的扰动，令其受热时间更长，受热面更广，提高了热解效率，节约了能耗，同时阵列式热烟气管路实现了多点供热，保证热量的充分供给，避免热量散失造成的传热效率降低，改善了加热效果。

权利要求

1.一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，其特征在于，包括第一生物质粉喂料系统、分段螺旋搅拌式反应器、齿轮系统、炭收集器、加热系统、冷凝系统、阵列式热烟气管路、筒体传热装置，所述分段螺旋搅拌式反应器进料口与第一生物质粉喂料系统出料口连接，分段螺旋搅拌式反应器顶部与齿轮系统连接，分段螺旋搅拌式反应器下部出口与炭收集器连接，分段螺旋搅拌式反应器外部套设筒体传热装置，分段螺旋搅拌式反应器上部出口与冷凝系统连接，冷凝系统通过气体管道与加热系统进口连接，加热系统出口通过阵列式热烟气管路与筒体传热装置连接；

所述冷凝系统包括冷凝管，所述冷凝管是中空环状冷凝管，由柱体和锥体两部分组成；

所述分段螺旋搅拌式反应器包括反应器本体和分段螺旋搅拌装置，所述分段螺旋搅拌装置设于反应器本体内部并与齿轮系统连接，分段螺旋搅拌装置与齿轮系统配合可在反应器本体内部旋转；

所述分段螺旋搅拌装置包括搅拌轴、螺旋叶片和滞留叶片，所述搅拌轴上部环绕连接螺旋叶片，搅拌轴中部环绕连接滞留叶片，搅拌轴下部环绕连接螺旋叶片，搅拌轴顶部伸出反应器本体与齿轮系统连接；

所述滞留叶片采用错落分布的多扇叶形式，且轴向紧密排布；

所述加热系统包括第二生物质粉喂料系统、燃烧炉、换热器、鼓风机、烟气处理装置，所述燃烧炉进料口与第二生物质粉喂料系统出料口连接，燃烧炉出口通过阵列式热烟气管路与筒体传热装置进口连接，冷凝系统通过气体管道与燃烧炉进气口连接，鼓风机与换热器进口连接，换热器出口分别与燃烧炉进气口和烟气处理装置连接，筒体传热装置出口与换热器进口连接；

所述筒体传热装置从上到下平均分为三部分，各部分内部按平均间隔分布扰流板，扰流板之间的间隔从上到下依次减小，共三种扰流板形式，每部分内部扰流板形式相同，且相邻扰流板之间的开孔交错排列。

2.根据权利要求1所述一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，其特征在于，所述炭收集器与分段螺旋搅拌式反应器之间设有穿孔筛，所述穿孔筛包括开孔的上板和没有开孔的完整下板。

3.根据权利要求1所述一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，其特征在于，所述冷凝管为环形构造，冷凝管内部设置有止流板。

4.根据权利要求1所述一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，其特征在于，所述第一生物质粉喂料系统和第二生物质粉喂料系统均为绞龙式进料装置。

说明书

一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统

技术领域

[0001] 本发明涉及生物质能转化利用的技术领域，具体是一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统。

背景技术

[0002] 随着化石能源的开采与利用，造成了化石能源储量的迅速下降，并引起了诸多环境问题。因此，开发一种新的可再生能源对于改善环境与人类社会的进步具有着重要意义。
生物质能是储存在动物、植物及微生物中的能源，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，
是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。而生物质热解技术是一种高值化利
用生物质资源的前沿技术，能够将生物质原料转化为高热值、高品位液体燃料生物油，提高
生物质能与其他能源的竞争力。

[0003] 目前生物质热解工艺中存在的主要问题是传热效果差，物料处理能力较弱，温度分布不均匀等。因此，设计一种自动均匀送料，加热效果好，物料在反应器中受热均匀的生
物质热解系统迫在眉睫。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，通过以下技术方案实现：

[0005] 包括第一生物质粉喂料系统、分段螺旋搅拌式反应器、齿轮系统、炭收集器、加热系统、冷凝系统、阵列式热烟气管路、筒体传热装置。

[0006] 分段螺旋搅拌式反应器包括分段螺旋搅拌装置和反应器本体，所述分段螺旋搅拌式反应器包括反应器本体和分段螺旋搅拌装置，所述分段螺旋搅拌装置设于反应器本体内
部并与齿轮系统连接，分段螺旋搅拌装置与齿轮系统配合可在反应器本体内部旋转，分段
螺旋搅拌式反应器进料口与第一生物质粉喂料系统出料口连接，下部出口与炭收集器连
接，上部出口与冷凝系统连接，冷凝系统通过气体管道与加热系统进口连接，分段螺旋搅拌
式反应器外部套设筒体传热装置，加热系统出口通过阵列式热烟气管路与筒体传热装置连
接。。

[0007] 所述分段螺旋搅拌装置包括搅拌轴、螺旋叶片和滞留叶片，反应器本体内设有搅拌轴，搅拌轴上部环绕连接螺旋叶片，中部环绕连接滞留叶片，下部环绕连接螺旋叶片，搅
拌轴顶部伸出反应器本体与齿轮系统连接，齿轮系统带动搅拌轴转动，两种叶片随着搅拌
轴一起转动。第一生物质粉喂料系统中的物料被送入分段螺旋搅拌装置中，物料在螺旋叶
片的带动下向下端移动，之后进入滞留叶片区域，物料在滞留叶片的阻隔下，进行充分的热
解，产生的生物质热解气由右部连接的管道进入冷凝系统，热解固体产物经下部螺旋叶片
区域进入炭收集器。物料在螺旋叶片的搅拌作用下，使得其在分段螺旋搅拌装置中的受热
更加均匀，且滞留叶片增加了物料的受热时间，更有利于物料的完全热解，节省资源，同时
保证热能的充分利用。

[0008] 所述冷凝系统包括冷凝器，第一冷凝器上部连接进水、出水口，右部连接第二冷凝器，第二冷凝器上部连接进水、出水口。冷凝器内部设置冷凝管，反应器右部连接第一冷凝
管，第一冷凝管右部与第二冷凝管连接，第二冷凝管右部连接加热系统，一二级冷凝管下部
均连接生物油收集器。冷凝管为了增加与冷水的接触面积，采用中空环状设计，提高水冷的
效率，并在冷凝管内部设置热解气止流板，增加热解气的停留时间，避免热解气直接从上部
的不可冷凝气体出口流出，提高冷凝效果。

[0009] 所述加热系统包括第二生物质粉喂料系统、燃烧炉换热器、鼓风机、烟气处理装置，所述燃烧炉进料口与第二生物质粉喂料系统出料口连接，燃烧炉出口通过阵列式热烟
气管路与筒体传热装置进口连接，冷凝系统通过气体管道与燃烧炉进气口连接，鼓风机与
换热器进口连接，换热器出口分别与燃烧炉进气口和烟气处理装置连接，筒体传热装置出
口与换热器进口连接。为了达到反应器的所需温度，燃烧炉内同时燃烧生物质热解产生的
不可冷凝可燃气和生物质粉生成高温烟气，将加热的烟气通过阵列式热烟气管路通入筒体
传热装置中，阵列式热烟气管路的设计实现了多点供热，保证热量的充分供给，避免热量散
失造成的传热效率降低，改善了加热效果。而后烟气从筒体传热装置上部引入换热器中，加
热鼓风机引入换热器的外部空气，然后加热后的空气引入燃烧炉内，提供生物质燃烧所需
氧气，换热后的烟气进入烟气处理装置，做到了充分利用生物质、不可冷凝可燃气以及烟气
的能量，节约了整体能耗。

[0010] 第一生物质粉喂料系统和第二生物质粉喂料系统常规选择为绞龙式进料装置。

[0011] 筒体传热装置中设置有扰流板，整体间隔从上到下逐渐变小，共三种扰流板形式，每部分内部扰流板形式相同，各层扰流板上开设有呈一定角度交错排列的通风孔，对加热
烟气进行扰流，增加气体停留时间，实现更好的传热，为了便于除灰，扰流板采用可拆卸结
构，操作简单。筒体传热装置出口连接换热器。

[0012] 为了控制炭收集，所述反应器下部经穿孔筛连接炭收集器，穿孔筛包括具有开孔结构的上板和没有开孔的完整下板两部分组成。生物质热解进行时，穿孔筛上下板重合，炭
收集器不工作，热解完成时将下板拨出，使炭通过上板开孔进入下部炭收集器，属间歇操作
形式。

[0013] 为了减少烟气对空气造成的污染，所述加热系统换热器出口连接烟气处理装置，对烟气进行处理使其达到国家排放标准。

[0014] 本发明的有益效果是：(1)通过调节生物质粉喂料系统与齿轮系统的转速配比，对生物质粉喂料速度和搅拌速度进行有效调节，使送料与搅拌达到最佳效果，令受热更加均
匀，热解效果更好；(2)反应器内的分段螺旋搅拌装置，能够增加生物质粉在反应器内的扰
动，令其受热时间更长，受热面更广，提高了热解效率，节约了能耗；(3)加热系统的筒体传
热装置中设有阵列式热烟气管路和扰流板，阵列式热烟气管路实现了多点供热，保证热量
的充分供给，避免热量散失造成的传热效率降低，改善了加热效果；各层扰流板上开有呈一
定角度交错排列的通风孔，增加了热烟气与壁面的接触时间，提高了其传热性能；(4)冷凝
系统的冷凝管采用中空环状设计，内部设有止流板，有效增加换热面积和停留时间，且能够
避免热解气从上部的不可冷凝气体出口流出，提高了换热效率，强化冷凝效果；(5)生物质
热解所需能量来源于生物质粉燃烧产生的高温烟气，形成能量自给系统，不另外消耗其他
能源，且有效利用生物质热解产生的不可冷凝气体(主要成分是CH4、CO等)燃烧产生热量，
进一步节省能耗。

附图说明

[0015] 图1是本发明结构图。

[0016] 图2是滞留叶片的结构图。

[0017] 图3是扰流板的结构图。

[0018] 图4是三种通风孔设计的穿孔筛的结构图。

[0019] 图5是冷凝管的结构图。

[0020] 图中，1-1、第一交流电机，1-2、第二交流电机，1-3、第三交流电机，2-1、第一生物质料斗，2-2、第二生物质料斗，3-1、第一生物质粉喂料器，3-2、第二生物质粉喂料器，4-1、
第一阀门，4-2、第二阀门，4-3、第三阀门，4-4、第四阀门，5、齿轮架，6、齿轮系统，7、反应器
本体，8、反应器壳体，9、扰流板，10、筒体传热装置壳体，11、筒体传热装置，12、螺旋叶片，
13、滞留叶片，14、搅拌轴，15、阵列式热烟气管路，16、穿孔筛，17、炭收集器，18、压力表，19-
1、第一冷凝管，19-2、第二冷凝管，20-1、第一冷凝器，20-2、第二冷凝器，21-1、第一生物油
收集器，21-2、第二生物油收集器，22、进出冷水，23、鼓风机，24、换热器，25、燃烧炉，26、烟
气处理装置，27、通风孔A，28、通风孔B，29、通风孔C，30、上板，31、下板，32、热解气止流板。

具体实施方式

[0021] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0022] 实施例：

[0023] 如图所示，一种分段螺旋搅拌式生物质热解液化系统，包括生物质粉喂料系统、分段螺旋搅拌式反应器、齿轮系统、炭收集器、加热系统、冷凝系统、烟气处理装置。所述反应
器本体7进料口与第一生物质粉喂料器3-1出料口连接，反应器本体7内部有搅拌轴14、螺旋
叶片12和滞留叶片13，搅拌轴14上部与齿轮系统6连接，齿轮系统6由设于反应器本体7上部
的齿轮架5固定，并由第二交流电机1-2提供动力，反应器本体7下部出口与炭收集器17经穿
孔筛16相连，反应器本体7外部环套筒体传热装置11，右部通过导管与第一冷凝管19-1相
连。

[0024] 所述反应器本体7内设置有搅拌轴14，搅拌轴14顶部伸出反应器本体7并与齿轮系统6连接，由齿轮系统6带动搅拌轴14进行转动，搅拌轴14分为上中下三部分，上部螺旋安装
有螺旋叶片12，中部螺旋安装滞留叶片13，下部与上部安装相同的螺旋叶片12，由齿轮系统
6带动搅拌轴14转动，螺旋叶片12和滞留叶片13随着搅拌轴14一起转动。生物质粉经第一生
物质粉喂料器3-1被送入反应器本体7中，物料在上部螺旋叶片12的带动下向下端移动，之
后进入中部滞留叶片13区域，物料在滞留叶片13的阻隔下，进行充分的热解，产生的生物质
热解气由右部连接的管道进入冷凝系统，产生的热解固体产物焦炭等进入下部螺旋叶片12
区域，并在下部螺旋12的带动下进入下部连接的炭收集器17。物料在螺旋叶片12和滞留叶
片13的帮助下，在反应器本体7中的受热更加均匀，传热传质效果好，热解效率提高。

[0025] 所述冷凝系统包括冷凝器，第一冷凝器20-1上部连接进水、出水管道，右部连接第二冷凝器20-2，第二冷凝器20-2上部连接进水、出水管道。冷凝器内部设置冷凝管，反应器
右部连接第一冷凝管19-1，第一冷凝管19-1右部与第二冷凝管19-2连接，第二冷凝管气相
出口连接燃烧炉25。第一冷凝管19-1下部通过第三阀门4-3连接第一生物油收集器21-1，第
二冷凝管19-2下部通过第四阀门4-4连接第二生物油收集器21-2。冷凝管为了增加与冷水
的接触面积，采用中空环状设计，改善水冷的效率，并在冷凝管内部设置热解气止流板32，
增加热解气的停留时间，避免热解气因短路流动而直接从不可冷凝气体出口流出，提高了
冷凝效果。

[0026] 所述加热系统包括燃烧炉25，燃烧炉25与第二冷凝管19-2气相出口连接，目的是为了利用生物质热解中产生的不可冷凝可燃气体能量，第二生物质料斗2-2中的生物质粉
通过第二生物质粉喂料器3-2进入燃烧炉25，为了达到反应器本体7的所需温度，燃烧炉25
内同时进行生物质粉和不可冷凝可燃气的燃烧，产生的高温烟气通过阵列式热烟气管路15
进入筒体传热装置11对反应器本体7壁面进行加热。筒体传热装置11上部余热烟气进入换
热器24与经鼓风机23进入换热器24的环境空气进行换热，目的是充分利用烟气余热提高引
入燃烧炉25的空气温度，换热后的烟气进入烟气处理装置26，经处理后排出，以防污染环
境。

[0027] 筒体传热装置11中设有阵列式热烟气管路15，阵列式热烟气管路15将热烟气从多个均匀分布的位置通入传热筒体，实现了多点供热，保证热量的充分供给，避免热量散失造
成的传热效率降低，改善了加热效果。

[0028] 筒体传热装置11中设置有扰流板9，扰流板9分三种样式，扰流板上分别开设有通风孔，通风孔可以根据不同排列进行设计，如图中所示的通风孔A27、通风孔B 28、通风孔C 
29或其他未列举出的排列方式，增加高温烟气在筒体传热装置11内的停留时间，实现更好
的传热，为了便于除灰，扰流板9采用可拆卸结构，操作简单。

[0029] 为了控制炭收集，所述反应器本体7下部经穿孔筛16连接炭收集器17，穿孔筛16包括具有开孔结构的上板30和没有开孔的完整下板31两部分组成。生物质热解进行时，穿孔
筛16上下板重合，炭收集器17不工作，热解完成时将下板31拨出，使炭通过上板30开孔进入
下部炭收集器17，属间歇操作形式。

[0030] 为了减少烟气对空气造成的污染，所述加热系统换热器24出口连接烟气处理装置26，对烟气进行处理使其达到国家排放标准。

[0031] 利用本发明进行生物质热解液化的反应过程为：

[0032] 第一交流电机1-1启动，将第一生物质料斗2-1中的生物质粉原料经第一生物质粉喂料器3-1进入反应器本体7，第二交流电机启动，带动齿轮系统6转动，从而带动搅拌轴14
转动，螺旋叶片12和滞留叶片13在搅拌轴14的带动下进行转动，起到搅拌物料的作用，在搅
拌的过程中物料被加热，进行热裂解反应，产生的生物质热解气通过管道，经压力表18进入
冷凝系统，压力表与管道之间通过第二阀门4-2控制，热解产生的焦炭经穿孔筛16进入由第
一阀门4-1控制的炭收集器17。

[0033] 生物质热解气进入第一冷凝管19-1，液化成为生物油，进入第一生物油收集器21-1，剩余的气体进入到第二冷凝管19-2液化为生物油进入第二生物油收集器21-2。

[0034] 未被液化的不可冷凝可燃气体流出冷凝系统并经导管进入到燃烧炉25中，同时第三交流电机1-3启动，将第二生物质料斗2-2中的生物质粉由第二生物质粉喂料器3-2进入
燃烧炉25，空气在鼓风机23的作用下，首先进入换热器24与筒体传热装置11内的余热烟气
进行换热，然后进入燃烧炉25提供可燃气与生物质粉燃料燃烧所需空气，燃烧产生的热烟
气经阵列式热烟气管路15进入到筒体传热装置11中，经扰流板9由下到上移动加热反应器
壳体8，提供生物质原料热解所需要的能量，热烟气最后进入换热器24与空气换热，再进入
烟气处理装置26对烟气进行处理，达到国家排放标准。