CN1814699A - 一种热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉 - Google Patents

Abstract

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)的锅炉是由供料***、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)，同时，该锅炉还具有原料利用率高，不产生二次污染的特点。

Description

一种热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉

技术领域：

本发明涉及锅炉，尤其是热解汽化生物质燃料，可以同时联产生物油、可燃气、活性炭、热能的锅炉。

背景技术：

目前，生物质燃料利用问题引起世界各国的普遍重视，开展各项研究工作，取得一些成果。

太阳能通过光合作用的方式将生物能贮存在生物质中，按生长和赋存条件，生物质有不同的种类，其中有：1.自然生长的陆生植物和水生植物；2.人工种植的农业副产品，如秸秆等；3.加工农产品后的尾产品，如稻壳、糖渣等；4.人类在使用农产品后的尾产品(垃圾)。这些物质，品质稳定，具有很大的能量，可以转换为固态、液态和气态燃料，从而能够满足人类获得热能的需求。

直接燃烧生物质燃料，也可以获得热能，但由于生物质燃料的能量密度低，不便于贮存、输送和使用，不能满足人类现代生活方式和大工业的需求。各国的科研人员都在探讨生物质燃料转换技术，将生物能转换为其它形式，目前，比较成熟的技术是将生物质燃料热解汽化后，用热解汽制造燃料油和可燃气，替代和补充化石燃料，但是目前的成果还没有达到理想的程度。

生物质燃料热解汽化技术的核心技术是加热方式，目前已公开的各种实施方案的主要区别也是加热方式的不同。

现有的生物质燃料热解汽化技术基本上是借鉴煤炭热解汽化技术，最简单的加热方式是利用部分燃料燃烧产生的热量使其余部分燃料热解汽化，由此产生热解汽中有部分是不可燃的烟气成分(CN9021843.3)，由于生物质燃料的组织结构蓬松，比煤炭携带更多的水分和气体，受热后产生的惰性气体也混在热解汽中，所以这种方式产生的热解汽热值很低，一般只能达到3.5～7.8MJ/Nm³(天然气的热值是33～42MJ/Nm³)。

这种加热方式产生的热解汽中由可燃气、携带气(燃料携带的水分和气体产生的惰性气体)、燃烧气(供给燃烧用的空气携带的惰性气体和燃烧产生的烟气)。

为了避免热解汽中空气携带的惰性气体，有的方式是采用氧气燃烧方式(CN97114339.0)。

为避免热解汽中的烟气成分，有的方式是采用间接加热方式：

一种是热载体加热方式(CN02135649.1)(CN0128480.2)，它的工艺路线是：

首先用热源将载体(陶粒或砂粒)加热，然后将热载体与燃料混合后进入汽化室，热载体与燃料换热使燃料升温热解，再将载体与燃料尾渣分离，这种方式工艺流程复杂，能耗大。

另一种加热方式是在汽化室的外部加热(CN66212191.4)，这种方式汽化室中心部位的温度低。

间接加热方式，热解汽中可以避免燃烧气，仍然含有燃料携带的水分和气体产物，热解汽的热值可以达到11～20MJ/Nm³。

综上所述，目前各种生物质燃料汽化装置及汽化技术方案普遍存在的问题有：

1.燃料携带的水分和气体混入到热解汽中，降低了热解汽的品质。

2.很多的方案不能大型化，产量很低，形成不了工业化规模，成本高，无法替代化石燃料。

3.很多的方案不能输出热能，有的方案能在燃烧室外有冷却水套，输出冷却尾水，但是，对于大多数的用户需要的热能(蒸汽)需要另配套燃气锅炉。

发明内容：

为了解决上述的问题，本发明提供了一种热解生物质燃料同时可以联产生物油、可燃气、活性炭、热能的锅炉，该锅炉的供料***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；该锅炉能将制备后的燃料在高温环境中快速热解，汽固分离，产生热解汽，可联产或单产生物油、可燃气、活性炭、热能(蒸汽或热水)，同时，该锅炉还应该：原料利用率高，不产生二次污染。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用下述方法来完成的：

一种热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉是由供料***、外热式热解装置、换热式热解装置、锅炉等组成。

供料***由烘干风机、粉碎机、缓冲料仓、给料机、烘干(提升)塔、料仓、螺旋输送装置、压滤装置、燃料通道等组成；粉碎机将生物质燃料粉碎后送入缓冲料仓；启动烘干风机，鼓入烘干风(调温后的烟气)，启动给料机，将燃料送入烘干塔，烘干风将燃料送入料仓的同时与燃料换热，使燃料干燥；烘干塔的出口、烘干风出口、料仓三者组成旋风式分离器；烘干风由烘干风出口排出；燃料落入料仓底部，启动螺旋输送装置，同时由介质油入口送入介质油，将介质油与燃料混合并同时推入压滤装置，压滤装置的内腔形状是一个截面渐缩的管道，管壁上有筛孔，外面是封闭的壳体，上部有压滤气通道，下部有压滤尾油通道；介质油的温度大约200℃，可以使用本锅炉的配套设备炼油装置产生的渣油。介质油浸入燃料的结构组织内部同时将燃料升温到接近热解反应的临界温度，形成由燃料、气体和介质油组成的混合物，在推进的过程中，由于压滤装置的内截面是逐渐收缩的，燃料被压缩，气体由筛孔排出后由压滤气通道进入料仓，过量的介质油由筛孔排出，由压滤尾油通道排出，通过料仓上的尾渣入口，泵入料仓。燃料在通过压滤装置后，携带的水分和气体全部被排除，并升温到接近热解反应的临界温度，能量密度达到最大值，通过燃料通道被挤入锅炉炉体内的热解筒内。

外热式热解装置由热解筒、拨散装置、热解炉排、高温热解汽通道、低温热解汽通道、棚料罩等组成，热解筒置于炉体内的前气体燃烧室内，用火焰对热解筒加热，使其内部的燃料热解汽化；热解筒中部的横截面是栅格形，增大容量不改变燃料的受热距离；在热解筒内的上、下部，各有一个倒“V”形的用筛板制成的棚料罩，形成两个汽固分离面和储汽空间，上部的储汽空间的温度控制在大约500℃，排出的热解汽含有焦油，送入油/汽分离装置、炼油装置可提炼燃料油，下部的储汽空间的温度大约900℃，热解汽中焦油全部被汽化，经过热解汽净化装置处理后，成为可燃气。热解炉排的横截面是菱形，可以旋转改变间隙，它的作用是托载燃料，与燃料拨散装置配合控制燃料的下落流量；与推料装置配合在主炉排前部形成松散的燃烧空间。

锅炉由炉体、换热器、主炉排等组成，炉体内有前拱和后拱，前拱、后拱和热解筒下边沿的上部是气体燃烧室，中间有隔墙将其分成前燃烧室和后燃烧室，热解筒置于前燃烧室内，换热器置于后燃烧室；主炉排上面是固体燃烧区，由热解炉排落下的燃料已经是高温半焦，遇到氧气后着火，迅速达到炽热燃烧状态，由水蒸气入口送入水蒸气，水蒸气与炽热炭火反应产生水煤气，和剩余的热解汽通过前拱在前后拱之间着火后进入气体燃烧室内燃烧，释放能量，这些能量一部分被烟气和炉体散热损失；700℃以上给热解筒加热，700℃以下给换热器加热，可根据用户的要求，设计各种形式的换热器，输出各种工质参数的热能。前拱的下边沿是梳齿形的形成一个汽固分离面，用推料装置逐渐将炭火向主炉排的后部推动，燃尽后，被下次的来料推入到出渣机，用出渣机装入编织袋，沥干水分后，是优良的生态肥料。

换热式热解装置由热解塔、分离罐、出渣机等组成；热解塔的下部有燃料入口和高温热解汽入口；分离罐的上部有热解汽出口，与罐体和热解塔的出口形成旋风式分离器；分离罐的中部有隔板和泄料阀门和泄料管，隔板和泄料阀门将分离罐分成上下两部分，上部是半焦仓，下部是冷却室，在冷却室的上部有水蒸气出口，分离罐的下部有半焦出渣机，还有半焦干燥装置。将燃料(材质适合制造活性炭，用上述方法制备)由燃料入口送入热解塔，同时由高温热解汽入口送入高温热解汽，使燃料热解、汽化后悬浮进入分离罐，热解汽由热解汽出口送入油/汽分离装置，半焦落入半焦仓底部，冷却室下部有水，泄料管的下部在水中，用泄料阀门控制半焦的下落流量，使其落入水中快速冷却，水蒸气由水蒸气出口排出，冷却后的半焦用半焦出渣机排入半焦干燥装置，干燥后，成为制造活性炭的原料。

换热式热解装置也可以热解普通的生物质燃料，方法是：将分离罐中的隔板用筛板制成，取消泄料管，用泄料阀门控制半焦的下落流量，使其落入水中产生水蒸气，水蒸气穿过筛板与高温半焦进行热化学反应，产生水煤气，与热解汽混合后，由热解汽出口排出。

与本发明的锅炉配套的设备有油/汽分离装置、炼油装置、热解汽净化装置、半焦干燥装置，这些装置可以采用现有技术和设备；本发明涉及的其它相关的结构、部件和技术，也采用标准结构、标准部件和通用技术设计制造。

本发明的特点是首先将生物质燃料脱水、脱气、升温，使能量密度达到最大值；然后用高温火焰或高温热解汽给燃料加热，使其快速热解汽化；在热解流程内有高温和低温热解汽通道，可提取不同温度的热解汽；热解后的半焦可以在炉内完全燃尽，也可以用于制造活性炭的原料。

由于采用上述方案，本发明与现有技术和产品相比，其优点是：

1.热解前将生物质燃料携带的水分和气体排出，降低热解能耗，提高热解汽的品质。

2.工艺流程简单，可联产、单产生物油、可燃气、活性炭和热能。

3.热解筒中部横截面是栅格形，容量大、换热面积大、热解温度高。

附图说明：

图1是一种热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉的工作原理图

图2是图1的A-A剖视图(拨散装置工作原理图)

图3是图1的B-B剖视图

图4是图1的C-C剖视图

图5是换热式热解装置的工作原理图

图中：

1.料仓、2.烘干风出口、3.压滤气通道、4.低温热解汽通道、5.上部棚料罩、6.热解筒、7.换热器、8.尾渣入口、9.介质油入口、10.烘干(提升)塔、11.缓冲料仓、12.粉碎机、13.给料机、14.烘干风机、15.螺旋输送装置、16.压滤尾油通道、17.压滤装置、18.燃料通道、19.高温热解汽通道、20.水蒸气入口、21.下部棚料罩、22.拨散装置、23.热解炉排、24.推料装置、25.炉排、26.前拱、27.隔墙、28.后拱、29.出渣机、30.编织袋、31.沥水池、32.热解塔、33.分离罐、34.隔板、35.泄料阀门、36.泄料管、37.高温热解汽入口、38.燃料入口、39.热解汽出口、40.半焦仓、41.水蒸气出口、42.冷却室、43.半焦出渣机、44.半焦干燥装置

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例：

用粉碎机12将生物质燃料粉碎后送入缓冲料仓11，启动烘干风机14，鼓入烘干风(将烟气调整到150℃)，启动给料机13，将燃料送入烘干(提升)塔10，烘干风将燃料送入料仓1，同时，与燃料换热，使燃料干燥，烘干风由烘干风出口2排出，燃料落入料仓底部，启动螺旋输送装置15，同时由介质油入口9送入温度大约200℃的介质油，将介质油与燃料混合，并推入压滤装置17，介质油浸入燃料的结构组织内部同时将燃料升温到接近热解反应的临界温度，形成由燃料、气体和介质油组成的混合物，在推进的过程中，气体由筛孔排出，由压滤气通道3进入料仓，过量的介质油由筛孔排出，由压滤尾油通道16排出，通过料仓上的尾渣入口8，泵入料仓。燃料在通过压滤装置后，携带的水分和气体全部被排除，并升温到接近热解反应的临界温度，能量密度达到最大值，通过燃料通道18被挤入锅炉炉体内的热解筒6内。

燃料在热解筒内逐渐升温，热解汽化，在上部棚料罩处5分离出温度约500℃的气体，通过低温热解汽通道4排入油/汽分离装置，分离出来的焦油进入炼油装置，渣油经调温后可以用作介质油，分离出来的气体进入热解汽净化装置；在下部棚料罩处21分离出温度约900℃的气体，这些气体不含有焦油，通过高温热解汽通道19排入热解汽净化装置，热解汽净化装置将热解汽制成可燃气，分离出的尾渣由料仓上的尾渣入口8送入料仓。

旋转热解炉排23，与拨散装置22配合将热解后的半焦落到主炉排25上，控制下落的流量，在热解炉排和主炉排之间形成松散的燃烧空间，高温的半焦遇氧迅速着火达到炽热的燃烧状态；由水蒸气入口20送入水蒸气，水蒸气与炽热炭火反应产生水煤气，和剩余的热解汽通过前拱26在前、后拱28之间与空气混合，着火后沿隔墙27进入前气体燃烧室内燃烧，并给热解筒6加热，然后进入后燃烧室给换热器7加热。为保证热解效果，前燃烧室的温度不低于700℃。

用推料装置24逐渐将炭火向主炉排的后部推动，燃尽后的灰渣，被下次的来料推入到出渣机29，用出渣机提升装入编织袋30内，沥干水分，沥出的水由沥水池31汇集，回流入出渣机。

将材质适合制造活性炭的生物质燃料用上述方法制备后，由热解塔32下部的燃料入口38送入热解塔，同时由高温热解汽入口37送入高温热解汽，使燃料热解、汽化后悬浮进入分离罐33，热解汽由热解汽出口39送入油/汽分离装置，半焦落入半焦仓40底部，冷却室42下部有水，泄料管36的下部在水中，用泄料阀门35控制半焦的下落流量，使其落入水中快速冷却，水蒸气由水蒸气出口41排出，冷却后的半焦用半焦出渣机43排入半焦干燥装置44，干燥后，成为制造活性炭的原料。

Claims (5)

1.一种热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉，其特征是：它由供料***、外热式热解装置、换热式热解装置、锅炉组成。

2.根据权利要求1所述的热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉，其特征是：供料***由烘干风机、粉碎机、缓冲料仓、给料机、烘干(提升)塔、料仓、螺旋输送装置、压滤装置、燃料通道等组成；粉碎机将生物质燃料粉碎后送入缓冲料仓；启动烘干风机，鼓入烘干风(调温后的烟气)，启动给料机，将燃料送入烘干塔，烘干风将燃料送入料仓的同时与燃料换热，使燃料干燥；烘干塔的出口、烘干风出口、料仓三者组成旋风式分离器；烘干风由烘干风出口排出；燃料落入料仓底部，启动螺旋输送装置，同时由介质油入口送入介质油，将介质油与燃料混合并同时推入压滤装置，压滤装置的内腔形状是一个截面渐缩的管道，管壁上有筛孔，外面是封闭的壳体，上部有压滤气通道，下部有压滤尾油通道；介质油的温度大约200℃，介质油浸入燃料的结构组织内部同时将燃料升温到接近热解反应的临界温度，形成由燃料、气体和介质油组成的混合物，在推进的过程中，由于压滤装置的内截面是逐渐收缩的，燃料被压缩，气体由筛孔排出后由压滤气通道进入料仓，过量的介质油由筛孔排出，由压滤尾油通道排出，通过料仓上的尾渣入口，泵入料仓；燃料在通过压滤装置后，携带的水分和气体全部被排除，并升温到接近热解反应的临界温度，能量密度达到最大值，通过燃料通道被挤入锅炉炉体内的热解筒内。

3.根据权利要求1所述的热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉，其特征是：外热式热解装置由热解筒、拨散装置、热解炉排、高温热解汽通道、低温热解汽通道、棚料罩等组成；热解筒置于炉体内的前气体燃烧室内，用火焰对热解筒加热，使其内部的燃料热解汽化；热解筒中部的横截面是栅格形，增大容量不改变燃料的受热距离；在热解筒内的上、下部，各有一个倒“V”形的用筛板制成的棚料罩，形成两个汽固分离面和储汽空间，上部的储汽空间的温度控制在大约500℃，排出的热解汽含有焦油，送入油/汽分离装置、炼油装置可提炼燃料油，下部的储汽空间的温度大约900，热解汽中焦油全部被汽化，经过热解汽净化装置处理后，成为可燃气。热解炉排的横截面是菱形，可以旋转改变间隙，它的作用是托载燃料，与燃料拨散装置配合控制燃料的下落流量；与推料装置配合在主炉排前部形成松散的燃烧空间。

4.根据权利要求1所述的热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉，其特征是：锅炉由炉体、换热器、主炉排等组成，炉体内有前拱和后拱，前拱、后拱和热解筒下边沿的上部是气体燃烧室，中间有隔墙将其分成前燃烧室和后燃烧室，热解筒置于前燃烧室内，换热器置于后燃烧室；主炉排上面是固体燃烧区，由热解炉排落下的燃料已经是高温半焦，遇到氧气后着火，迅速达到炽热燃烧状态，由水蒸气入口送入水蒸气，水蒸气与炽热炭火反应产生水煤气，和剩余的热解汽通过前拱在前后拱之间着火后沿隔墙进入气体燃烧室内燃烧，释放能量；700℃以上给热解筒加热，700℃以下给换热器加热；前拱的下边沿是梳齿形的，形成一个汽固分离面，用推料装置逐渐将炭火向主炉排的后部推动，燃尽后，被下次的来料推入到出渣机，用出渣机装入编织袋。

5.根据权利要求1所述的热解生物质燃料可以联产油、气、炭、热能的锅炉，其特征是：换热式热解装置由热解塔、分离罐、出渣机等组成；热解塔的下部有燃料入口和高温热解汽入口；分离罐的上部有热解汽出口，与罐体和热解塔的出口形成旋风式分离器；分离罐的中部有隔板和泄料阀门和泄料管，隔板和泄料阀门将分离罐分成上下两部分，上部是半焦仓，下部是冷却室，在冷却室的上部有水蒸气出口，分离罐的下部有半焦出渣机，还有半焦干燥装置。将燃料由燃料入口送入热解塔，同时由高温热解汽入口送入高温热解汽，使燃料热解、汽化后悬浮进入分离罐，热解汽由热解汽出口送入油/汽分离装置，半焦落入半焦仓底部，冷却室下部有水，泄料管的下部浸在水中，用泄料阀门控制半焦的下落流量，使其落入水中快速冷却，水蒸气由水蒸气出口排出，冷却后的半焦用半焦出渣机排入半焦干燥装置。

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