一种多功能全自动式的生物质炭化系统及生物质炭化方法转让专利
申请号 : CN202110140506.2
文献号 : CN112899003B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 王云刚 , 白彦渊 , 邹立 , 赵钦新 , 梁志远 , 邵怀爽
申请人 : 西安交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种多功能全自动式的生物质炭化系统,其特征在于:包括生物质粉碎机(1)、由烟气供热的生物质干燥器(2)、炭化炉、生物炭收集装置(19)、风机(9)、第一压力传感器(3)、第二压力传感器(24)、烟气温度传感装置(4)、余热利用装置(6)、烟气脱硫脱硝处理装置(7)、烟囱(8)、油气分离装置(20)、裂解气净化冷却装置(10)、第一阀门(5)、第二阀门(23)、第三阀门(28)、生物质进料口(30)、生物质出料口(31)、焦油收集罐(21)、裂解气储集罐(22)、裂解气成分检测装置(25)和天然气储气罐(26);生物质粉碎机(1)出口与生物质干燥器(2)的生物质进口通过管道相连,生物质干燥器(2)的生物质出口连通炭化炉的生物质进料口(30),炭化炉的生物质出料口(31)连通生物质炭收集装置(19);由生物质干燥器(2)干燥后的生物质进入炭化炉进行炭化,炭化后的生物质进入生物质炭收集装置(19);炭化炉的出口与油气分离装置(20)进口通过管道连接;裂解气净化冷却装置(10)与油气分离装置(20)相连通,油气分离装置(20)下装有焦油收集罐(21),裂解气净化冷却装置(10)净化后的裂解气通向炭化炉的管道装有裂解气储集罐(22)和第二阀门(23),在裂解气储集罐(22)与炭化炉内燃烧器(18)连接的管道上装有裂解气成分检测装置(25)和天然气储气罐(26),天然气储气罐(26)与管道连接处设置第三阀门(28);炭化炉中的烟气夹套(14)出口与余热利用装置(6)烟气入口通过烟道连接,烟道上设置有第一阀门(5),余热利用装置(6)烟气出口连通烟气脱硫脱硝处理装置(7)入口,烟气脱硫脱硝处理装置(7)出口连通烟囱(8);风机(9)出口与余热利用装置(6)的冷空气入口连通,余热利用装置(6)的热空气出口与生物质干燥器(2)的热空气进口连通,风机(9)送风进入余热利用装置(6)进行换热,空气温度升高后进入生物质干燥器(2)对生物质间接加热干燥,然后进入炭化炉中的烟气夹套(14)用作燃烧所用的空气;余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置(7)处理后从烟囱(8)排出;
所述炭化炉由炭化炉本体(13)和设置在炭化炉本体(13)外周圈的烟气夹套(14)组成,炭化炉本体(13)中装有炭化温度传感装置(29)、电加热棒(15)和控制电加热棒(15)功率的温控箱(16),炭化炉本体(13)中心设置有由电动机(11)带动的螺旋推料杆(17),炭化炉本体(13)在与电动机(11)连接处设置轴套密封(12)防止空气泄露;烟气夹套(14)中装有燃烧器(18)、第一压力传感器(3)和烟气温度传感装置(4),烟气夹套(14)上设有空气进口和烟气通道;
所述炭化炉本体(13)包括外壳体和内壳体,外壳体不动用于固定整个炭化炉,内壳体(27)位于外壳内可旋转,并在内壳体内壁设有叶状金属突起,在金属突起内埋有电加热棒(15)用于为生物质炭化供热;炭化过程由烟气夹套(14)和内壳体(27)共同提供热源,通过螺旋推料杆(17)螺旋运动和内壳体(27)的旋转运动推动生物质完成炭化过程,内壳体(27)与螺旋推料杆(17)的运动同向或反向从而改变生物质炭化的速度;整个炭化系统通过控制螺旋推料杆(17)的功率,温控箱(16)控制电加热棒(15)的功率,内壳体(27)的旋转功率调节炭化的速度和温度,对不同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率;
使用油气分离装置(20)将裂解产生的焦油和裂解气进行分离,同时实现除尘的功能,分离后的焦油通过焦油收集罐(21)储存起来,裂解气给烟气夹套(14)供热;
通过油气分离装置(20)后的裂解气通过管道通向裂解气净化冷却装置(10),进行进一步的净化除尘冷却;净化后的裂解气通过管道进入裂解气储集罐(22)储存,最后通向烟气夹套(14)中的燃烧器(18)进行燃烧;
在裂解气储集罐(22)通往燃烧器(18)的管道设置裂解气成分检测装置(25)和天然气储气罐(26),裂解产生的裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求,如果不满足则通过天然气储气罐(26)提供天然气共同供热。
2.根据权利要求1所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统,其特征在于:使用送风机(9)提供生物质干燥所需热空气,干燥后的空气送往烟气夹套(14)以供裂解气燃烧;使用余热利用装置(6),将烟气夹套(14)中排出的烟气用于给生物质干燥提供热量,提高整个系统的能源利用率。
3.根据权利要求1所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统,其特征在于:所述油气分离装置(20)采用超声波油气分离装置或洗涤冷却油气分离装置。
4.根据权利要求1所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统,其特征在于:炭化炉加热区涂有防腐蚀材料,烟气夹套(14)和炭化炉本体(13)用保温棉保温;生物质炭收集装置(19)中充满惰性气体保护生成的炭不被氧化。
5.权利要求1至4任一项所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统的生物质炭化方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:先由温控箱(16)控制的电加热棒(15)对内壳体(27)进行加热并启动,使炭化炉温度达到目标温度;然后启动生物质粉碎机(1)、生物质干燥器(2)、电动机(11)和风机(9);
开始送料,生物质原料在经过粉碎干燥后进入炭化炉本体(13)中;在炭化炉本体(13)中螺旋推料杆(17)和可旋转的内壳体(27)的作用下从炭化炉的前端生物质进料口(30)送往炭化炉末端的生物质出料口(31),在运动过程中通过内壳体中的电加热棒(15)对其进行加热完成炭化,炭化后的生物质炭进入生物炭收集装置(19);炭化产生的裂解气和焦油由炭化炉上方的通道进入油气分离装置(20)将焦油进行分离并送入焦油收集罐(21)储存,剩余的裂解气经过裂解气净化冷却装置(10)进入裂解气储集罐(22);
步骤2:在裂解气储集罐(22)达到一定压力后,关闭电加热棒(15),将裂解气通入炭化炉,由裂解气燃烧给整个炭化过程供热,并打开第一阀门(5);裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求,如果不满足则通过天然气储气罐(26)提供天然气共同供热;
步骤3:整个燃烧过程中的所需空气由风机(9)提供,利用烟气余热加热冷空气变成热空气供热,具体的,风机(9)送风进入余热利用装置(6)进行换热,空气温度升高后进入生物质干燥器(2)对生物质间接加热干燥,然后进入炭化炉中的烟气夹套(14)用作燃烧所用的空气;余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置(7)处理后从烟囱(8)排出。
说明书 :
一种多功能全自动式的生物质炭化系统及生物质炭化方法
技术领域
背景技术
法,其主要原理是在低氧条件下对生物质进行高温裂解,将生物质中的油气除掉后,剩下的
就是生物炭。生物炭的应用非常广泛,第一个非常具有前景的方向是生物炭锁碳,将生物质
炭用作肥料放进土壤中,提高农业生产率,减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构
十分容易聚集营养物质和有益微生物,从而使土壤变得肥沃,利于植物生长,实现增产的同
时让农业更具持续性。更妙的是,它把碳锁定在生物群内,而非让它排放到空气中,实现锁
碳的功能。第二个是可用作农村家庭的燃料比寻常化石燃料更加清洁。第三个是可用作超
级电容器的材料,电容炭的价值非常高。目前的生物质炭化系统主要存在的问题主要有:1)
产能太小,难以满足逐渐增加的需求。2)无法实现自动化生产。3)难以对炉内温度进行控
制,难以保证生物质炭的品质。4)对原料要求高,应用范围受到限制。5)能耗大,存在对环境
的污染。
发明内容
装置形成自动化炭化系统。本生物质碳化系统将炭化生成的焦油储存起来,将生成的裂解
气进行燃烧给炭化供热,烟气余热用于干燥器干燥生物质,实现能量的梯级利用。
温度传感装置4、余热利用装置6、烟气脱硫脱硝处理装置7、烟囱8、油气分离装置20、裂解气
净化冷却装置10、第一阀门5、第二阀门23、第三阀门28、生物质进料口30、生物质出料口31、
焦油收集罐21、裂解气储集罐22、裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26;生物质粉碎机
1出口与生物质干燥器2的生物质进口通过管道相连,生物质干燥器2的生物质出口连通炭
化炉的生物质进料口30,炭化炉的生物质出料口31连通生物质炭收集装置19;由生物质干
燥器2干燥后的生物质进入炭化炉进行炭化,炭化后的生物质进入生物质炭收集装置19;炭
化炉的出口与油气分离装置20进口通过管道连接;裂解气净化冷却装置10与油气分离装置
20相连通,油气分离装置20下装有焦油收集罐21,裂解气净化冷却装置10净化后的裂解气
通向炭化炉的管道装有裂解气储集罐22和第二阀门23,在裂解气储集罐22与炭化炉内燃烧
器18连接的管道上装有裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26,天然气储气罐26与管道
连接处设置第三阀门28;炭化炉中的烟气夹套14出口与余热利用装置6烟气入口通过烟道
连接,烟道上设置有第一阀门5,余热利用装置6烟气出口连通烟气脱硫脱硝处理装置7入
口,烟气脱硫脱硝处理装置7出口连通烟囱8;风机9出口与余热利用装置6的冷空气入口连
通,余热利用装置6的热空气出口与生物质干燥器2的热空气进口连通,风机9送风进入余热
利用装置6进行换热,空气温度升高后进入生物质干燥器2对生物质间接加热干燥,然后进
入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气;余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理
装置7处理后从烟囱8排出。
炭化炉本体13中心设置有由电动机11带动的螺旋推料杆17,炭化炉本体13在与电动机11连
接处设置轴套密封12防止空气泄露;烟气夹套14中装有燃烧器18、第一压力传感器3和烟气
温度传感装置4,烟气夹套14上设有空气进口和烟气通道。
15用于为生物质炭化供热;炭化过程由烟气夹套14和内壳体27共同提供热源,通过螺旋推
料杆17螺旋运动和内壳体27的旋转运动推动生物质完成炭化过程,内壳体27与螺旋推料杆
17的运动同向或反向从而改变生物质炭化的速度;整个炭化系统通过控制螺旋推料杆17的
功率,温控箱16控制电加热棒15的功率,内壳体27的旋转功率调节炭化的速度和温度,对不
同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
提高整个系统的能源利用率。
套14中的燃烧器18进行燃烧。
过天然气储气罐26提供天然气共同供热。
生物质原料在经过粉碎干燥后进入炭化炉本体13中;在炭化炉本体13中螺旋推料杆17和可
旋转的内壳体27的作用下从炭化炉的前端生物质进料口30送往炭化炉末端的生物质出料
口31,在运动过程中通过内壳体中的电加热棒15对其进行加热完成炭化,炭化后的生物质
炭进入生物炭收集装置19;炭化产生的裂解气和焦油由炭化炉上方的通道进入油气分离装
置20将焦油进行分离并送入焦油收集罐21储存,剩余的裂解气经过裂解气净化冷却装置10
进入裂解气储集罐22;
分是否满足供热需求,如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热;
干燥器2对生物质间接加热干燥,然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气;余
热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
过温控箱控制的电加热棒和裂解气燃烧给生物质炭化供热来实现对炭化速率进行控制。本
发明将生物质炭化产生的焦油储存起来,裂解气进行燃烧给炭化供热。和现有技术相比较,
本发明具备如下有益效果:(1)本发明使用速度可以调节的螺旋推料杆,由温控箱控制的埋
在内壳体的电加热棒,可旋转的内壳体调节炭化的速度和温度,对不同成分的生物质采用
不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
面有效解决污染环境问题。
附图说明
具体实施方式
3、第二压力传感器24、烟气温度传感装置4、余热利用装置6、烟气脱硫脱硝处理装置7、烟囱
8、油气分离装置20、裂解气净化冷却装置10、第一阀门5、第二阀门23、第三阀门28、生物质
进料口30、生物质出料口31、焦油收集罐21、裂解气储集罐22、裂解气成分检测装置25和天
然气储气罐26;生物质粉碎机1出口与生物质干燥器2的生物质进口通过管道相连,生物质
干燥器2的生物质出口连通炭化炉的生物质进料口30,炭化炉的生物质出料口31连通生物
质炭收集装置19;由生物质干燥器2干燥后的生物质进入炭化炉进行炭化,炭化后的生物质
进入生物质炭收集装置19;炭化炉的出口与油气分离装置20进口通过管道连接;裂解气净
化冷却装置10与油气分离装置20相连通,油气分离装置20下装有焦油收集罐21,裂解气净
化冷却装置10净化后的裂解气通向炭化炉的管道装有裂解气储集罐22和第二阀门23,在裂
解气储集罐22与炭化炉内燃烧器18连接的管道上装有裂解气成分检测装置25和天然气储
气罐26,天然气储气罐26与管道连接处设置第三阀门28;炭化炉中的烟气夹套14出口与余
热利用装置6烟气入口通过烟道连接,烟道上设置有第一阀门5,余热利用装置6烟气出口连
通烟气脱硫脱硝处理装置7入口,烟气脱硫脱硝处理装置7出口连通烟囱8;风机9出口与余
热利用装置6的冷空气入口连通,余热利用装置6的热空气出口与生物质干燥器2的热空气
进口连通,风机9送风进入余热利用装置6进行换热,空气温度升高后进入生物质干燥器2对
生物质间接加热干燥,然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气;余热利用后
的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
电加热棒15功率的温控箱16,炭化炉本体13中心设置有由电动机11带动的螺旋推料杆17,
炭化炉本体13在与电动机11连接处设置轴套密封12防止空气泄露;烟气夹套14中装有燃烧
器18、第一压力传感器3和烟气温度传感装置4,烟气夹套14上设有空气进口和烟气通道。
状金属突起,在金属突起内埋有电加热棒15用于为生物质炭化供热;炭化过程由烟气夹套
14和内壳体27共同提供热源,通过螺旋推料杆17螺旋运动和内壳体27的旋转运动推动生物
质完成炭化过程,内壳体27与螺旋推料杆17的运动同向或反向从而改变生物质炭化的速
度;整个炭化系统通过控制螺旋推料杆17的功率,温控箱16控制电加热棒15的功率,内壳体
27的旋转功率调节炭化的速度和温度,对不同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来
提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
于给生物质干燥提供热量,提高整个系统的能源利用率。
套14供热。
集罐22储存,最后通向烟气夹套14中的燃烧器18进行燃烧。
供热需求,如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热。
生物质原料在经过粉碎干燥后进入炭化炉本体13中;在炭化炉本体13中螺旋推料杆17和可
旋转的内壳体27的作用下从炭化炉的前端生物质进料口30送往炭化炉末端的生物质出料
口31,在运动过程中通过内壳体中的电加热棒15对其进行加热完成炭化,炭化后的生物质
炭进入生物炭收集装置19;炭化产生的裂解气和焦油由炭化炉上方的通道进入油气分离装
置20将焦油进行分离并送入焦油收集罐21储存,剩余的裂解气经过裂解气净化冷却装置10
进入裂解气储集罐22;
分是否满足供热需求,如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热;
干燥器2对生物质间接加热干燥,然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气;余
热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
炉中进行炭化。玉米秸秆水分8.79%,灰分9.14%,挥发分65.94%,固定碳16.13%;电动机
11启动带动螺旋推料杆17,内壳体开始旋转运动推动生物质进行炭化。炭化完成生成的生
物质炭将会进入位于炭化炉末端用惰性气体保护的生物炭收集装置19。炭化过程生成的裂
解气和焦油将从炭化炉上方的管道进入超声波油气分离装置20,实现焦油与裂解气的分
离,裂解气将进一步的进入裂解气净化冷却装置10,完成净化冷却的裂解气从输气管道进
入裂解气储集罐22储存,后进入烟气夹套14的燃烧器18为生物质炭化供热。当裂解气储集
达到一定压力便可以关掉温控箱16控制的电加热棒15,由裂解气燃烧给炭化过程供热,为
满足裂解的温度需求,在裂解气储集罐22通往燃烧器18的管道上装有裂解气成分检测装置
25和天然气储气罐26,检测裂解气成分是否满足燃烧要求,如果不满足由天然气辅助燃烧,
保证烟气夹套14的温度保持稳定。供热后的烟气从烟气夹套的上方的烟气管道排出,余热
利用后达到180℃的排烟温度后通过烟气脱硫脱硝装置处理后从烟囱中排放。
改进构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围内。