CN102249225B - 一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***，其包括活性炭生产子***，该活性炭生产子***包括搅拌装置、烘干装置、炭化装置、第一活化装置；该***还包括生物质热解子***，该生物质热解子***包括：供热装置；生物质热解炉；余热锅炉，其包括第一热交换管路，生物质热解炉通过第一热解气管道将高温生物质热解气通到所述第一热交换管路；余热锅炉通过第二热解气管道将冷却后的生物质热解气通到供热装置之内。本发明通过设置余热锅炉吸收高温生物质热解气的热量，利用热交换将余热锅炉内的水加热为水蒸气，降温后的生物质热解气通回供热装置进行燃烧，充分利用了生物质热解产生的热量及可燃性气体，达到了资源利用的最大化。

Description

一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***

技术领域

本发明涉及生物质利用和活性炭制造，更具体地讲，本发明涉及一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***。

背景技术

生物质能是一种清洁可再生能源，在能源危机和环境问题日益严重的今天，开发利用生物质能源具有很重大的战略意义。我国这样的人口大国、农业大国、能源消耗大国，利用生物质资源改善能源状况，更具现实意义。如何充分利用生物质资源是人们一直在探索和研究的方向。常见的利用方式是对生物质进行裂解。生物质裂解产生高温的裂解气以及残炭，其裂解反应产生的各种产品均有利用价值，例如裂解气可以燃烧，残炭可以用于制造活性炭，但是缺乏一种有效的方式对其进行综合利用。

中国专利200410052663.4公开了由生物质裂解制备液体燃料过程中产生的副产物—生物质裂解残炭的用途：将生物质裂解残炭作为制备活性炭的原料，经化学或物理活化法制成具有良好吸附和脱色性能的活性炭。

中国专利200510009735.1公开了一种热解生物质燃料可以联产生物油、可燃气、活性炭、热能(蒸汽或热水)的锅炉，其由供料***、外热式热解装置、换热式热解装置、锅炉等组成。它的供料***能够将生物质燃料脱水、脱气、升温，使其能量密度达到最大值；外热式热解装置能将制备后的燃料在高温环境中快速热解，产生热解汽，换热式热解装置利用外热式热解装置产生的900℃高温热解汽在无氧的条件下热解生物质材料，产生的半焦可用于制造活性炭，可联产或单产生物油、可燃气、活性炭、热能(蒸汽或热水)。

中国专利200910016053.1公开了一种余能回收式活性炭的制备装置，其热风炉一侧组合式结构制有燃气燃烧器和助燃风机，热风炉另一侧与间壁加热室连通，间壁加热室中心竖向制有炭材室，炭材室底部***式制有炭材室底部连杆机构，间壁加热室四周包制保温材料，间壁加热室中部的炭材室一侧上下留有间距制有两个热电偶，间壁加热室顶端制有顶部端盖用于密封间壁加热室，间壁加热室顶端串过顶部端盖分别连通式制有炭材室气体出口管和加热室烟气出口管；炭材室气体出口管通过三通阀与管式冷凝器顶部连通，管式冷凝器底部与热风炉管式连通，并在连通通道中段串接式制有循环风机。

中国专利201020270840.7公开了一种生物质批量连续制备活性炭的装置,其中:该装置包括螺旋干燥装置、螺旋炭化活化装置、螺旋冷却装置、燃烧炉、余热锅炉、循环风机、送风机、引风机、烟囱、调速电机、喷淋塔、废液循环池、循环水泵;螺旋干燥装置设有加料口、废气出口、干燥后物料出口和盘管、夹套;螺旋炭化活化装置包括炭化段和与其导通的活化段两个部分。

上述技术方案的不足在于，在活性炭制备的过程中，仅仅利用了生物质热解产物的一种，没有对其热解产物进行综合利用，导致了资源的浪费。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***，其能将生物质热解的产物充分利用到活性炭生产的各个环节中。

为了实现上述目的，本发明提供了一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***，其包括活性炭生产子***，该活性炭生产子***包括搅拌装置、烘干装置、炭化装置、第一活化装置；该***还包括生物质热解子***，该生物质热解子***包括：

供热装置，其通过燃烧生物质或生物质热解气对生物质热解炉进行供热；

生物质热解炉，其利用供热装置提供的热量对生物质进行热解，生成高温生物质热解气；

余热锅炉，其包括第一热交换管路，所述第一热交换管路具有第一气体入口和第一气体出口；所述生物质热解炉通过第一热解气管道将高温生物质热解气通到所述第一气体入口；所述第一气体出口连接第二热解气管道，所述余热锅炉通过所述第二热解气管道将冷却后的生物质热解气通到所述供热装置之内。

本发明的工作流程如下：

1、供热装置燃烧生物质，为生物质热解炉提供热量，使生物质热解炉内的生物质热解，产生高温（500°C-600°C）的生物质热解气；

2、高温的生物质热解气被输送到余热锅炉中，通过热交换对余热锅炉内的水进行加热，生成水蒸气，同时生物质热解气降温到180°C-250°C；

3、降温后的生物质热解气被输送到供热装置中，供热装置燃烧生物质热解气为生物质热解炉提供热量，使生物质热解炉内的生物质热解，产生高温的生物质热解气；

4、重复步骤2-3。

本发明通过设置余热锅炉吸收高温生物质热解气的热量，利用热交换将余热锅炉内的水加热为水蒸气，降温后的生物质热解气通回供热装置进行燃烧，充分利用了生物质热解产生的热量及可燃性气体，达到了资源利用的最大化。

根据本发明的一实施方式，余热锅炉还包括第二热交换管路，所述第二热交换管路具有第二气体入口和第二气体出口；供热装置通过第一烟气管道将燃烧产生的烟气通到第二气体入口。通过这样的设置，供热装置燃烧产生的烟气也可通入余热锅炉，通过热交换对余热锅炉内的水进行加热。

根据本发明的另一实施方式，供热装置通过第二烟气管道将燃烧产生的烟气通向烘干装置。即利用烟气的高温对搅拌成型后的、待炭化的物料进行烘干。

根据本发明的另一实施方式，生物质热解子***还包括第二活化装置，用于对生物质热解炉热解产生的生物质残炭进行活化。这样，本发明的***有两条活性炭生产线：一条是常规的活性炭生产线，其可利用低端原料例如粉煤灰浮选得到的碳粉制造低品位的第一活性炭；另一条以生物质热解炉热解产生的生物质残炭为原料，制造高品位的第二活性炭（例如用作食品添加剂的活性炭）。制造用作食品添加剂的活性炭必须使用物理活化法，利用水蒸气进行活化。在该实施方式中，余热锅炉产生的水蒸气通过第一水蒸气管道通到第二活化装置之内，从而利用余热锅炉产生的水蒸气对生物质残炭进行活化。另外，供热装置内的燃烧灰烬中，也含有少量生物质残炭，这部分生物质残炭也可以作为制造第二活性炭的原料。

活性炭生产子***的活性炭活化可以采用物理活化法。根据本发明的另一实施方式，余热锅炉产生的水蒸气通过第二水蒸气管道通到第一活化装置之内，从而利用余热锅炉产生的水蒸气对第一活化装置内的物料进行活化，以充分利用资源，节省化学制剂的使用。

根据本发明的另一实施方式，余热锅炉产生的水蒸气通过第三水蒸气管道通到所述搅拌装置的外壁，以利用水蒸气的高温对搅拌装置进行加热，进而达到更好的搅拌效果。

根据本发明的另一实施方式，炭化装置包括：

燃烧装置，其具有进气口及出气口；

双筒旋转炭化炉，其包括可旋转的内筒及可旋转的外筒、位于内筒内的加热装置、驱动内筒及外筒旋转的驱动装置，外筒套在内筒之外；

燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料，其包括位于炭化炉的多个开口及连接于炭化炉和燃烧装置之间的气体管道。

本发明中所称的“炭粉原料”特指在炭化炉内炭化的原料，其可为颗粒状含碳物料，例如由粉煤灰浮选制得的含碳颗粒。

本发明中所称的“燃气”特指炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体，其可包括CO、H₂、CH₄、烷烃、烯烃、煤焦油等各种挥发物组分；所称的“烟气”为燃气在燃烧装置中燃烧后所产生的气体。

本发明中，炭化炉的内筒及外筒的旋转方向可相同，也可相反。优选地，外筒的轴线与内筒的轴线重合。

外筒和内筒的轴线可水平，也可与水平面有微小的夹角，例如5°-8°。外筒和内筒在驱动装置的驱动下旋转，使位于其内的炭粉原料加热得更均匀更充分。

燃烧装置（例如燃烧炉）位于炭化炉之外，其通过气体管道与炭化炉相连通。气体管道中间可设置有气体泵。这样，在气体泵的抽送下，炭化炉内的炭粉原料炭化分解时产生的燃气通过气体管道进入燃烧装置的进气口，在燃烧装置内进行燃烧。燃烧后产生的高温烟气通过气体管道通入炭化炉内。此时关闭加热装置，依靠炭化炉内的高温烟气对炭化炉内的炭粉原料进行加热并炭化。炭化产生的燃气又被泵回燃烧装置内燃烧并产生高温烟气，如此循环。

由于设置了燃气-烟气回路结构，炭化过程中产生的可燃性气体从该回路结构进入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气从该回路结构中进入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

根据本发明的另一实施方式，燃气-烟气回路结构包括位于内筒首部的第一开口、位于内筒尾部的第二开口、位于外筒尾部的第三开口；第二开口套在外筒之内。

第二开口的数目可以有多个，例如位于与内筒的尾端距离相等的同一纵截面上，外筒将所有第二开口均套于其内。

炭粉原料从内筒的第一开口处进入，在内筒旋转的作用下，流向第二开口，并经第二开口进入外筒，同样在外筒的旋转作用下，流向第三开口。燃气-烟气与炭粉原料可为顺流接触，也可为逆流接触。当顺流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第三开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第一开口进入炭化炉，并经第二开口流向第三开口。当逆流接触，炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体从第一开口流出炭化炉，进入燃烧装置进行燃烧；可燃性气体燃烧产生的高温烟气从第三开口进入炭化炉，并经第二开口流向第一开口。本发明优选为顺流接触。

根据本发明的另一实施方式，气体管道包括与第一开口连通的第一气体管道、与第三开口连通的第二气体管道，第一气体管道的另一端通向燃烧装置的进气口或出气口，第二气体管道的另一端通向燃烧装置的出气口或进气口。

本发明中，活化装置可以为斯利普活化装置，其适用于对炭化后的炭粉或生物质炭粉进行活化；其中，对于炭化后的炭粉而言，活化装置内的水蒸气压力一般可控制在1-3个表头气压，温度控制在950-1050℃，而对于生物质炭粉，活化装置内的水蒸气压力一般可控制在1-3个表头气压，温度控制在750-850℃。另外，对于未经炭化的炭粉，可以选用耙式活化装置。当然，也可以选用其它类型的活化装置，其具体的工艺条件与活化装置的类型、原料情况等相关。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、利用生物质进行自供热，不需要外加燃料；

2、生物质燃烧及热解产生的各种产物均得到有效利用，其中

①烟气可用于烘干和加热余热锅炉；

②高温的热解气用于加热余热锅炉；

③冷却后的低温的热解气用于燃烧；

④余热锅炉产生的水蒸气用作两种活化装置的物理活化剂；

⑤生物质燃烧及热解产生的残炭用于制造活性炭；

3、在原有产品的基础上增加一种高品位的活性炭产品。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明一实施方式的结构示意图；

图2是本发明另一实施方式中的炭化装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明的实施例1包括活性炭生产子***和生物质热解子***。

其中，活性炭生产子***包括搅拌装置11、烘干装置12、炭化装置（图中未示）、第一活化装置13。

生物质热解子***包括供热装置21、生物质热解炉22、余热锅炉23、残炭收集装置24、第二活化装置25。

供热装置21具有燃气进口211、烟气出口212、固体燃料进口213、第一尾灰出口214，其通过燃烧生物质或生物质热解气对生物质热解炉22进行供热。其烟气出口212连接第二烟气管道402，第二烟气管道402通向烘干装置12。其第一尾灰出口214连接有通向残炭收集装置24的第一尾灰管道601。

生物质热解炉22具有热解气出口221、第二尾灰出口222、进料口223，其利用供热装置21提供的热量对生物质进行热解，生成高温生物质热解气。热解气出口221连接有第一热解气管道301，第一热解气管道301的另一端连接到余热锅炉23的第一气体入口231。第二尾灰出口222连接有通向残炭收集装置24的第二尾灰管道602。

余热锅炉23包括第一热交换管路234，该第一热交换管路234具有第一气体入口231、第二气体出口232、水蒸气出口233。生物质热解炉22通过第一热解气管道301将高温生物质热解气通到余热锅炉23的第一气体入口231；余热锅炉23利用生物质热解气的高温通过第一热交换管路234加热余热锅炉23内的水，生成水蒸气；第一气体出口232连接第二热解气管道302，余热锅炉23通过第二热解气管道302将冷却后的生物质热解气通到供热装置21之内。水蒸气出口233连接水蒸气管道，该水蒸气管道具有三个分支，分别为第一水蒸气管道501、第二水蒸气管道502、第三水蒸气管道503。其中，第一水蒸气管道501通到第二活化装置25之内；第二水蒸气管502道通到第一活化装置13之内，以制造以粉煤灰浮选得到的碳粉为原料的、低品位的第一活性炭；第三水蒸气管道503通到搅拌装置11的外壁。

第一尾灰管道601和第二尾灰管道602分别将供热装置21和生物质热解炉22内生成的残炭输送到残炭收集装置24，并由残炭收集装置24统一输送到第二活化装置25中，以制造以生物质残炭为原料的、高品位的第二活性炭。

实施例2

本发明的实施例2利用供热装置21燃烧产生的高温烟气对余热锅炉23内的水进行加热。其具体实现为，在实施例1的基础上，余热锅炉23上另外设置第二热交换管路，该第二热交换管路具有第二气体入口和第二气体出口。供热装置21燃烧产生的烟气分两路，第一路通过第一烟气管道通到余热锅炉23的第二气体入口，经热交换后从第二气体出口排出；第二路通过第一烟气管道402通到烘干装置12。

实施例3

本实施例的其它部分与实施例1相似，但其进一步包括如图2所示的炭化装置，该炭化装置包括炭化炉和燃烧装置例如燃烧炉77。其中炭化炉包括进料装置71、可旋转的内筒72、可旋转的外筒73、收集装置74、燃气-烟气回路结构75、加热装置76、驱动内筒及外筒旋转的驱动装置（图中未示）。

其中，内筒72为封闭的圆柱，其轴线水平，其内壁上设有多个扬板（图中未示）；内筒72首部的端面上设有第一开口7503；内筒72尾部的侧面设有多个第二开口7504，其均位于与内筒72的尾端距离相等的同一纵截面上。

进料装置71为与第一开口7503连通的进料管道7101；进料管道7101的底端封闭，顶端设有进料口7102；进料管道7101内设有倾斜设置的、指向第一开口7503的挡板7103；进料管道7101的侧壁、第一开口7503的下方设有第五开口7502，该第五开口7502连接通向燃烧装置的第一气体管道7501。

外筒73为封闭的圆台状，其轴线与内筒72的轴线重合，外筒73的侧边与中轴线的夹角为10°；外筒73套在内筒72之外，内筒72的多个第二开口7504被套在外筒73之内；外筒73较细的首部靠近内筒72的尾部，外筒73较粗的尾部靠近内筒72的首部；外筒73的内壁上设有多个扬板（图中未示）。外筒73尾部的侧面设有多个第三开口7505，其均位于与外筒73的尾端距离相等的同一纵截面上。

收集装置74套在外筒73之外，并将所有第三开口7505均套于其内，收集装置74的顶端设有第四开口7506，该第四开口7506连接通向燃烧装置的第二气体管道7507。出料装置74的底端设有出料管道7401。

燃气-烟气回路结构75包括第一气体管道7501、第五开口7502、第一开口7503、第二开口7504、第三开口7505、第四开口7506、第二气体管道7507。

加热装置76为位于内筒72的轴线处的轴状电加热管。

燃烧炉77包括位于燃烧炉内的蓄热砖7701、位于燃烧炉77下方的进气口7702、位于燃烧炉77上方的出气口7703。燃烧炉77的进气口7702与第二气体管道7507的另一端连接，第二气体管道7507中间设有气体泵78。第一气体管道7501的另一端连接到燃烧炉的出气口7703。

该炭化装置的工作流程如下：

1、炭粉原料。炭粉原料例如由粉煤灰浮选出的碳颗粒从进料口7102进入进料管道7101，被挡板7103阻挡后，从第一开口7503进入内筒72，在驱动装置的驱动下，内筒72及外筒73旋转，带动位于内筒及外筒内壁上的扬板旋转，将炭粉原料向第二开口7504的方向推送。炭粉原料前行的过程中，与位于内筒72的加热装置76或高温烟气接触，并被加热。炭粉原料从第二开口504落入外筒3，并被旋转的扬板向第三开口505的方向推送。在整个移动过程中，炭粉原料被加热、干燥、热解，最终被炭化。炭化后的炭粉原料从第三开口7505落到套在外筒73之外的收集装置74内，并经出料管道7401离开炭化炉。

2、燃气-烟气。该炭化装置中燃气-烟气与炭粉原料为顺流接触。在加热装置76的加热作用下，内筒72内的炭粉原料在热作用下产生可燃性气体，该可燃性气体顺着炭粉原料的流动方向经第二开口7504进入外筒73，并经第三开口7505、第四开口7506、第二气体管道7507进入燃烧炉，在燃烧炉77中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第一气体管道7501、第五开口7502、第一开口7503进入内筒72。内筒72内的炭粉原料在高温烟气的加热作用下，产生可燃性气体，该可燃性气体重复上述流程。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种采用生物质进行供热的、由粉煤灰生产活性炭的***，其包括活性炭生产子***和生物质热解子***；其中：

所述的活性炭生产子***包括搅拌装置、烘干装置、炭化装置及第一活化装置；

所述的生物质热解子***则包括：

供热装置，其通过燃烧生物质或生物质热解气对生物质热解炉进行供热；

生物质热解炉，其利用所述供热装置提供的热量对生物质进行热解，生成高温生物质热解气；

余热锅炉，其包括第一热交换管路，所述第一热交换管路具有第一气体入口和第一气体出口；所述生物质热解炉通过第一热解气管道将高温生物质热解气通到所述第一气体入口；所述第一气体出口连接第二热解气管道，所述余热锅炉通过所述第二热解气管道将冷却后的生物质热解气通到所述供热装置之内；

其中，所述生物质热解子***的余热锅炉产生的水蒸气通过第二水蒸气管道通到所述活性炭生产子***的第一活化装置之内。

2. 如权利要求1所述的***，其中，所述余热锅炉还包括第二热交换管路，所述第二热交换管路具有第二气体入口和第二气体出口；所述供热装置通过第一烟气管道将燃烧产生的烟气通到所述第二气体入口。

3.如权利要求1所述的***，其中，所述供热装置通过第二烟气管道将燃烧产生的烟气通向所述烘干装置。

4.如权利要求1所述的***，其中，所述生物质热解子***还包括第二活化装置，用于对所述生物质热解炉热解产生的生物质残炭进行活化。

5.如权利要求4所述的***，其中，所述余热锅炉产生的水蒸气通过第一水蒸气管道通到所述第二活化装置之内。

6.如权利要求1所述的***，其中，所述余热锅炉产生的水蒸气通过第三水蒸气管道通到所述搅拌装置的外壁。

7.如权利要求1所述的***，其中，所述炭化装置包括：

燃烧装置，其具有进气口及出气口；

双筒旋转炭化炉，其包括可旋转的内筒及可旋转的外筒、位于所述内筒内的加热装置、驱动所述内筒及所述外筒旋转的驱动装置，所述的外筒套在所述的内筒之外；

燃气-烟气回路结构，该回路结构将炭化炉之炭粉原料受热所产生的燃气送入燃烧装置进行燃烧，并将燃气所产生的烟气进一步用于加热炭粉原料，其包括位于所述炭化炉的多个开口及连接于所述炭化炉和所述燃烧装置之间的气体管道。

8.如权利要求7所述的***，其中，所述炭化炉的多个开口包括位于所述炭化炉的内筒首部的第一开口、位于所述炭化炉的内筒尾部的第二开口、位于所述炭化炉的外筒尾部的第三开口；所述第二开口套在所述外筒之内。

9.如权利要求8所述的***，其中，所述气体管道包括与所述第一开口连通的第一气体管道、与所述第三开口连通的第二气体管道，所述第一气体管道的另一端通向所述燃烧装置的进气口或出气口，所述第二气体管道的另一端通向所述燃烧装置的出气口或进气口。

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