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生物质电磁感应热解液化反应器

申请号 CN200710055364.X 申请日 2007-02-15 公开(公告)号 CN101020833A 公开(公告)日 2007-08-22
申请人 东北电力大学; 发明人 王擎;
摘要 本发明涉及含碳材料的热解领域,是一种生物质电磁感应热解液化反应器,其特点是:它包括在支撑架上设置的螺旋输料器,螺旋输料器由壳体,在壳体上设置的喂料斗、排气管和出渣管,在壳体内设置的螺旋轴组成;在壳体上绕置电感线圈;电感线圈为绕置于壳体圆筒上的至少一层空芯管,空芯管的空芯为冷却液流通道;出渣管的下端口置于水封槽内;螺旋轴与电机的减速器轴连接;在螺旋轴的轴向上设有排气槽口。具有结构简单,操作方便,运行连续,加热均匀、热解速度快、质量好,清洁、环保,成本低,使用寿命长等优点。特别适用于薪柴、农作物秸秆、水生植物等生物质的热解,亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固体燃料的热解。
权利要求

1.一种生物质电磁感应热解液化反应器,其特征是,它包括支 撑架(11),在支撑架(11)上置有螺旋输料器(6),所述螺旋输料 器(6)的结构是,具有壳体(5),在壳体(5)上设有喂料斗(3)、 排气管(7)和出渣管(9),在壳体(5)内置有螺旋轴(14);在所 述螺旋输料器(6)的壳体(5)上绕置电感线圈(12)。

2.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器,其 特征是:所述电感线圈(12)为绕置于壳体(5)圆筒上的至少一层 空芯管,空芯管的空芯为冷却液流通道(4)。

3.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器,其 特征是:所述出渣管(9)的下端口置于水封槽(10)内。

4.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器,其 特征是:所述螺旋输料器(6)的螺旋轴(14)与电机(1)的减速 器轴(15)连接。

5.根据权利要求1所述的生物质电磁感应热解液化反应器,其 特征是:在所述螺旋轴(14)的轴向上设有排气槽口(16)。

说明书全文

技术领域

本发明涉及含碳材料的热解领域,是一种生物质电磁感应热解 液化反应器,特别适用于薪柴、农作物秸秆、水生植物等生物质的 热解,亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固体燃料的热解。

背景技术

生物质能是人类利用最早的能源之一,具有分布广、可再生、 成本低等优点。在全球能源消费中生物质约占15%,仅次于煤炭、 石油和天然气。
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形 式,它直接或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中, 生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源。 生物质在自然界中的分布广泛,在我国种植业发达,每年光合作用 产生可用的生物质能折合标准煤5.12亿吨。这些原料大部分被直接 烧掉,没有很好利用,转化效率仅在10%左右。如果将生物质转化 为液体生物质油则将大大提高了生物质能的利用品质,同时也提高 了能量密度,且易储存运输。
生物质热解液化是生物质在完全缺氧或有限氧供给的情况下受 热后降解为液体产物以及一部分气体产物和固体产物的过程。
生物质热解液化是在中温(500~650℃)、高加热速率(104~105 ℃/s)和极短气体停留时间(小于2s)的条件下,将生物质直接热 解,产物经快速冷却,可使中间液态产物分子在进一步断裂生成气 体前冷凝,从而得到高产量的生物质液体油。生物质热解液化反应 产生的生物油可通过进一步的分离和提取制成燃料油和化工原料; 气体视其热值的高低,可单独或与其他高热值气体混合作为工业或 民用燃气;生物质炭可用作活性剂等。
生物质热解液化系统一般包括原料破碎和干燥设备、进料装置、 液化反应器(热解发生器)、气固分离装置、快速冷却装置和气体输 送设备等,其中,液化反应器是核心部分,它的运行方式决定了液 化技术的种类。目前,快速热裂解法制备生物质油所采用的液化反 应器主要有两大类:一类为有气体载体,通常称为:流化床式反应 器,其特点是生物质颗粒和热载体主要依靠气体运动所产生的曳力 进行碰撞和混合,以实现动量和热量的交换,如流化床式、循环流 化床式和喷动流化床式;另一类为无气体载体,通常称为:非流化 床式反应器,其特点是生物质颗粒和加热载体主要依靠自身的位移 运动进行碰撞和混合,以实现动量和热量的交换,如旋转锥式、真 空移动床式。
流化床式反应器的优点主要不含运动部件,结构较为简单,工 作可靠性大,运行寿命长等;但缺点是需要流化气体的引入及在流 化床内保持一定量的固体热载体。流化气体通常为热解生成的气体 或高温烟气的一部分,而固体热载体通常为沙子。流化气体的引入 一方面提高了系统运行能耗,因为这部分外加气体也要经历加热和 冷却的工艺过程;另一方面,流化气体的引入会稀释热解产生的不 可冷凝气体,使其热值大为降低,应用遇到一定的困难。流化床内 由于要求一定量的热沙子作为固体热载体,且在床内要保持流化状 态,故对床内的磨损严重。
非流化床式反应器与流化床式反应器正好相反,优点是极少或 不需要外加气体,降低了系统的能耗和热解成本,避免了可燃气体 的稀释,但缺点是反应器含有运动部件,对材料的和轴承的耐热性、 耐磨性、密封性等要求相当高。旋转锥式反应器,它由内外两个同 心锥共同组成,内锥不动,外锥绕轴旋转。外旋转锥必须由一旋臂 的外伸支撑作旋转运动,而支撑外伸轴的轴承必须要能够在高温和 高粉尘工况下长时间地工作,困难相当大,此外,旋转锥式反应器 也需要沙子等惰性热载体,而沙子要不停地在两锥壁面之间做间歇 运动,它对高温壁面的磨损也相当严重,因此,旋转锥式反应器存 在着结构复杂、成本高、使用寿命短等不足。
真空移动床式反应器是采用熔盐混合物进行加热生物质实现热 解的,而熔盐混合物的加热需要热解生成的不可冷凝气体再附加的 燃烧室燃烧放出的热量。且由于采用移动床不但摩擦磨损比较严重, 密封也较为困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种 既不需要气体热载体,也不需要固体热载体,结构简单,操作方便, 运行连续,加热均匀、热解速度快、质量好,清洁、环保,成本低, 使用寿命长的生物质电磁感应热解液化反应器。
解决其技术问题所采用的技术方案是:一种生物质电磁感应热 解液化反应器,其特殊之处是,它包括支撑架11,在支撑架11上 置有螺旋输料器6,所述螺旋输料器6的结构是,具有壳体5,在壳 体5上设有喂料斗3、排气管7和出渣管9,在壳体5内置有螺旋轴 14;在所述螺旋输料器6的壳体5上绕置电感线圈12。
所述电感线圈12为绕置于壳体5圆筒上的至少一层空芯管,空 芯管的空芯为冷却液流通道4。
所述出渣管9的下端口置于水封槽10内。
所述螺旋输料器6的螺旋轴14与电机1的减速器轴15连接。
在所述螺旋轴14的轴向上设有排气槽口16。
本发明生物质电磁感应热解液化反应器与现有技术相比,由于 采用了电磁感应加热螺旋输料器送料方式,在加热过程中,螺旋输 料器的螺旋轴在壳体内转动,使生物质颗粒连续沿螺旋间隙翻滚位 移,生物质颗粒均有机会接触螺旋输料器而受热,增强了生物质颗 粒的受热均匀性,同时,热解出的生物质油气很快得到扩散,加快 了热解的速率,热解质量好;热解生物质的处理量可以容易地通过 调节电机的转速以及电源功率来实现;不需要任何的气体或固体热 载体就能够实现在缺氧的条件下使生物质快速热解。具有结构简单, 操作方便,运行连续,加热均匀、热解速度快、质量好,清洁、环 保,成本低,使用寿命长等优点。特别适用于薪柴、农作物秸秆、 水生植物等生物质的热解,亦可适用于煤、油页岩及城市垃圾等固 体燃料的热解。

附图说明

图1为本发明的生物质电磁感应热解液化反应器结构剖视示意 图。
图2为电感线圈12结构放大示意图。
图3为图2中A-A剖视示意图。
图4为螺旋轴14结构立体放大示意图。
图中:1电机、2轴承、3喂料斗、4冷却液流通道、5壳体、6 螺旋输料器、7出气管、8管座、9出渣管、10水封槽、11支撑架、 12电感线圈、13轴承支座。14螺旋轴、15减速器轴、16排气槽口、 17保护层。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-4,生物质电磁感应热解液化反应器具有支撑架11, 在支撑架11上置有螺旋输料器6。所述螺旋输料器6的结构是,具 有壳体5,在壳体5上设有喂料斗3、排气管7和出渣管9,在壳体 5内置有螺旋轴14。螺旋输料器6的壳体5与支撑架11固连。在所 述螺旋输料器6的壳体5上绕置电感线圈12。所述出渣管9的上端 口处设有管座8,出渣管9的管座8与壳体5的支撑架11固连,出 渣管9的下端口置于水封槽10内。所述螺旋输料器6的螺旋轴14 与电机1的减速器轴15连接。电机1采用调速电机,调速电机和减 速器为市售产品。螺旋轴14上设有轴承支座13,在轴承支座13内 置有与螺旋轴14相配合的轴承2,轴承支座13与支撑架11固连。 在所述螺旋轴14的轴向上设有排气槽口16。所述电感线圈12为绕 置于壳体5圆筒上的至少一层空芯管,空芯管的空芯为冷却液流通 道4。在电感线圈12最外一层设有保护层17。电感线圈12与电源 电路电连接。电源电路为现有技术,可采用可控硅电源或IGBT电 源提供交变电流,在电感线圈12中产生交变磁场使螺旋输料器6 加热到500~650℃,使在螺旋输送器6中的20℃左右的常温生物质 颗粒加热到500~650℃,其功率大小可根据进料量,进料种类进行 连续调整。电感线圈12的空芯管内设有冷却液流通道4和电源电路 等设备中通以冷却水构成冷却循环回路,以保证电感线圈12、电源 电路等设备工作在正常的温度范围内。生物质电磁感应热解液化反 应器还可连接有温度自动监测闭环控制电路,自动监测螺旋输料器 6本身温度,当温度高于设定温度时,自动关闭电源电路并启动保 护电路。螺旋输料器6的壳体5采用强度较高的不导磁耐高温炉衬 或不导磁耐高温陶瓷管。螺旋输料器6的螺旋轴14选用 Cr28Ni20MoW耐热钢、3YC52或Ni-Fe-Cr-Al基高温合金等材料均 可。
使用时,螺旋输料器6的螺旋轴14在壳体5内转动,将生物质 颗粒从壳体5的喂料斗3进入壳体5内,且连续沿螺旋间隙翻滚位 移,生物质颗粒均有机会接触螺旋输料器6,边翻滚边吸收螺旋输 料器6的热量,温度快速升高至500~650℃进行热解,热解后的气 体由出气管7引出,固体半焦由螺旋轴14推入出渣管9。热解过程 是在封闭的壳体5中进行的,热解产物半焦由出渣管9排出,进入 水封槽10内冷却,水封槽10在冷却半焦的同时,也防止空气进入, 热解产物气体由出气管7引出。