一种芦竹生产活性炭联产发电的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种芦竹生产活性炭联产发电的系统。该系统包括：预处理系统、热解炉、燃烧室、余热锅炉和发电装置，所述预处理系统包括出料口，所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口，所述燃烧室包括油气进口和烟气出口，所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口，所述发电装置包括过热蒸汽入口。本实用新型的芦竹生产活性炭联产发电的系统，将芦竹预处理后热解，热解结束后保温时进行生物炭的二次活化，制得活性炭；热解产生的高温油气燃烧后经余热锅炉换热后产过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用于蒸汽轮机发电；实现活性炭和电能的联产，减少对外来能源的需求，起到节能减排的效果。
【专利说明】
一种芦竹生产活性炭联产发电的系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于农业资源利用技术领域，尤其涉及一种芦竹生产活性炭联产发电 的系统。
【背景技术】
[0002] 生物质是构成动、植物机体的材料，植物主要是由淀粉纤维素组成的，动物主要是 由脂肪、蛋白质组成的，它们统称为生物质。据估计，作为植物生物质的主要成分木质素和 纤维素每年以约1640亿吨的速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15倍 ~20倍。如果这部分资源能得到利用，人类相当于拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝 库。而且，由于生物质来源于光合作用，燃烧后产生C0 2,不会增加大气中C02的含量，因此生 物质与矿物燃料相比更为清洁。
[0003] 芦竹是一种新型高产农业资源植物，它具备种植成本低、管护简单、产量高、市场 风险小、经济效益高、热值高、脱水性好等优势，成为能源作物种植品种的首选。芦竹的热值 可达4000大卡，相当于普通动力煤的热值，是优质的生物质燃料。
[0004] 生物质热解是指生物质在无氧或缺氧的条件下加热，通过热解反应将生物质大分 子分解成较小分子的燃料物质，最终生成生物炭、生物油和可燃气的过程。近年来，生物质 快速热裂解来制备生物质燃料技术得到了迅猛地发展，即将生物质在高加热速率和短停留 时间的条件下热解，产生生物质燃料。该方法能够将生物质高效转化为易储存、能量密度高 的生物油、可燃气以及生物炭。
[0005] 活性炭是一种由含炭材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸 附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔。活性炭主要用 于除去水中的污染物、脱色、过滤净化液体、气体，还用于对空气的净化处理、废气回收(如 在化工行业里对气体"苯"的回收）、贵重金属的回收及提炼(比如对黄金的吸收），室内空气 中散发的污染气体甲醛、苯、氨、甲苯等挥发气体吸附作用较好。热解生物质产生的生物炭 具有高度发达的孔隙结构和加多的表面负电荷，但是与活性炭的吸附能力相比差距甚远， 作为活性炭使用，需要进一步活化。
[0006] 现有的技术，不能实现生物质制备活性炭并联产发电。 【实用新型内容】
[0007] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，将芦 竹在热解炉热解，热解结束后保温时进行生物炭的二次活化，获得活性炭，热解产生的高温 油气燃烧后经余热锅炉换热，产生过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用于 发电起到节能减排的效果。
[0008] 本实用新型提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，包括:预处理系统、热解 炉、燃烧室、余热锅炉和发电装置，
[0009] 所述预处理系统包括出料口，
[0010] 所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口，
[0011] 所述燃烧室包括油气进口和烟气出口，
[0012] 所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口，
[0013] 所述发电装置包括过热蒸汽入口；
[0014] 所述预处理系统出料口连接所述热解炉进料口，所述热解炉油气出口连接所述燃 烧室油气进口，所述燃烧室烟气出口连接余热锅炉烟气进口，所述余热锅炉过热蒸汽出口 连接所述发电装置过热蒸汽入口。
[0015] 预处理系统用于芦竹的预处理，为后续的芦竹热解做准备。
[0016] 热解炉为反应容器，用于芦竹的烘干和热解，热解后保温。保温时向热解炉通入过 热蒸汽，使产生的生物炭二次活化，获得活性炭。
[0017] 燃烧室用于燃烧热解产生的高温油气，产生高温烟气。
[0018] 余热锅炉用于高温烟气的余热回收。高温烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸 汽。
[0019] 发电装置为蒸汽轮机，利用余热锅炉产生的过热蒸汽发电。
[0020] 具体的，所述预处理系统包括浸泡装置，所述浸泡装置包括进料口和出料口，所述 浸泡装置出料口连接所述热解炉进料口。浸泡装置盛有反应液，用于浸泡芦竹，浸泡后的芦 竹进入烘干装置。
[0021] 具体的，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述破碎装置包括出料口，所述破 碎装置出料口连接所述浸泡装置进料口。破碎装置用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0022] 进一步的，所述热解炉包括干燥区和热解区。干燥区温度为100-300°C，热解区温 度为400-800 °C。热解炉的出料采用双螺旋出料机。
[0023]本实用新型中，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述热解炉过热蒸汽入口。余热 锅炉产生的过热蒸汽导入热解炉的热解区，用于生物炭的二次活化。
[0024]本实用新型提供的芦竹生产活性炭联产发电的系统，将芦竹预处理后热解，热解 结束后保温时进行生物炭的二次活化，提高了其吸附性能，制得活性炭;热解产生的高温油 气燃烧后经余热锅炉换热后产过热蒸汽，过热蒸汽一部分用于活化生物炭，一部分用于蒸 汽轮机发电;实现活性炭和电能的联产，减少对外来能源的需求，起到节能减排的效果。
【附图说明】
[0025]图1是本实用新型芦竹生产活性炭联产发电的系统示意图；
[0026]图2是本实用新型的系统处理芦竹的流程图。
[0027]图中：
[0028] 1-预处理系统，2-热解炉，3-燃烧室，4-余热锅炉，5-发电装置，11-破碎装置，12-浸泡装置。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】进行更加详细的说明，以 便能够更好地理解本实用新型的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方 式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。
[0030] 本实用新型提供一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，如图1所示，包括:预处理 系统1、热解炉2、燃烧室3、余热锅炉4和发电装置5。
[0031] 预处理系统1包括出料口。预处理系统1用于芦竹的预处理，为后续的芦竹热解做 准备。
[0032] 热解炉2包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口。热解炉2为反应容 器，热解炉选用蓄热式辐射管旋转床热解炉，用于芦竹的烘干和热解，热解后保温。保温时 向热解炉通入过热蒸汽，使产生的生物炭二次活化，获得活性炭。
[0033] 燃烧室3包括油气进口、烟气出口和助燃空气入口。燃烧室3用于燃烧热解产生的 高温油气，产生高温烟气。
[0034] 余热锅炉4包括烟气入口和过热蒸汽出口。余热锅炉4用于高温烟气的余热回收。 高温烟气在余热锅炉4内与水换热产生过热蒸汽。
[0035] 发电装置5包括过热蒸汽入口。发电装置5为蒸汽轮机，利用余热锅炉4产生的过热 蒸汽发电。发电装置5还包括冷凝水出口，冷凝水出口用于排放过热蒸汽发电产生的冷凝 水。
[0036]预处理系统1出料口连接热解炉2进料口，热解炉2油气出口连接燃烧室3油气进 口，燃烧室3烟气出口连接余热锅炉4烟气进口，余热锅炉4过热蒸汽出口连接发电装置5过 热蒸汽入口。
[0037] 本实用新型实施例中，预处理系统1包括浸泡装置12,浸泡装置12包括进料口和出 料口。浸泡装置12出料口连接热解炉2进料口。浸泡装置12盛有反应液，用于浸泡芦竹，浸泡 后的芦竹进入热解炉2。
[0038]本实用新型实施例中，预处理系1统进一步包括破碎装置11，破碎装置11包括出料 口。破碎装置11出料口连接浸泡装置12进料口。破碎装置11用于粉碎芦竹至4-5cm左右。
[0039] 进一步的，热解炉2包括干燥区和热解区。根据温度沿蓄热式辐射管旋转床热解炉 炉底旋转方向依次分为干燥区（100-300 °C)和热解区(400-800 °C )，蓄热式辐射管旋转床热 解炉的高温油气出口设置在热解炉的热解区炉顶位置，蓄热式辐射管旋转床热解炉的出料 采用双螺旋出料机。
[0040] 本实用新型实施例中，余热锅炉4过热蒸汽出口连接热解炉2过热蒸汽入口。余热 锅炉4产生的过热蒸汽导入热解炉2的热解区，用于生物炭的二次活化。
[0041] 利用本实用新型提供的系统处理芦竹的方法，如图2所示，包括步骤：
[0042] A、将芦竹粉碎至4_5cm;
[0043 ] B、将粉碎后的芦竹在反应液中浸泡，浸泡后水洗；
[0044] C、将水洗后的芦竹送入所述热解炉先烘干后热解，热解温度为400-80(TC，热解时 间为30-60min，产生高温油气，热解结束后保温30min，保温时向热解装置内通入过热蒸汽， 活化芦竹生物炭，产生活性炭；
[0045] D、将热解产生的高温油气导入燃烧室燃烧，燃烧产生的高温烟气导入余热锅炉；
[0046] E、高温烟气在余热锅炉内与水换热产生过热蒸汽，过热蒸汽通入蒸汽轮机进行蒸 汽发电。
[0047]进一步的，步骤B中所述反应液为NaOH和H202组成的混合水溶液，其中NaOH的质量 分数为0.2-2%，H2〇2质量分数为0.10-1.00%。
[0048] 本实用新型中，步骤B中所述芦竹和反应液的固液比（g/ml) = 1:50-1:10，浸泡时 间4-10小时。
[0049] 具体的，步骤C中所述烘干温度为100-110°c，烘干时间为30-60min。
[0050] 进一步的，将步骤E中所述余热锅产生的部分过热蒸汽导入所述热解炉热解区。
[0051] 本实用新型提供的芦竹生产活性炭联产发电的系统，使用的热解炉为无热载体蓄 热式旋转床，热效率高，达到86%以上;热解炉内的高温绝氧环境，使热解挥发气与高温烟 气隔绝，减少混合二次污染;热解过程中物料相对热解炉床静止，不受压，不翻动，辐射管内 流体与反应炉膛完全隔离，避免了产生飞灰的问题;芦竹热解产生的高温油气燃烧后产生 的高温烟气中通入余热锅炉换热产生过热蒸汽，高效回收高温油气中的热量;余热锅炉产 生的过热蒸汽，通入热解炉热解区内活化生物炭为活性炭，富余的水蒸气通入蒸汽轮机发 电产电能。
[0052] 实施例
[0053]本实施例的芦竹原料来自广西桂林星泰公司，芦竹原料含水率40.3%。本实用新 型芦竹制备活性炭联产发电的方法，其步骤为：
[0054] (1)原料制备:将含水40.3%的芦竹原料粉碎至4-5cm左右。
[0055] (2)芦竹秸杆预处理:将第（1)步得到的芦竹秸杆放入反应液中浸泡预处理，反应 液为NaOH和H 2〇2组成的混合水溶液，其中NaOH的质量分数为1.5%，H2〇2质量分数为0.5% ; 预处理参数为：固液比（g/ml)l:30,处理时间8h，将经预处理后的芦竹秸杆水洗。
[0056] (3)芦竹烘干热解:将第（2)步水洗后的芦竹秸杆送入蓄热式辐射管旋转床热解 炉，其中烘干温度为110°C，烘干时间为30min，热解温度为600°C，热解时间为30min，热解结 束后保温30min，保温时向热解炉内通入过热蒸汽，活化芦竹生物质炭，热解产生的高温油 气经输送管，输送至燃烧室内。
[0057] (4)油气燃烧:将第(3)步过程中产生的高温油气通入燃烧室内，高温油气在燃烧 室内燃烧，产生的高温烟气通入余热锅炉。
[0058] (5)回收余热:燃烧室产生的高温烟气通入余热锅炉与水换热产生过热蒸汽，产生 的过热蒸汽一部分通入热解炉热解区内活化芦竹生物炭，另一部分通入蒸汽轮发电系统。
[0059] (6)蒸汽轮机发电：余热锅炉产生的过热蒸汽通入蒸汽轮机发电系统进行发电产 生电能。
[0060] 将按上述方法制备的芦竹活性炭和未对芦竹进行活化处理(未进行芦竹预处理以 及热解完成后通入过热蒸汽）的芦竹生物炭进行比较分析，结果见表1。
[0061] 表1芦竹活性炭和生物炭的比较
[0062]
[0063] 如表1所示，芦竹生物炭经过预处理和后期过热蒸汽活化之后，成为芦竹活性炭， 其比表面积增加了3倍，灰分减少了80.2%，固定碳增加了 10.1 %。
[0064] 需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限 制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范 围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。 此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别 说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。
【主权项】
1. 一种芦竹生产活性炭联产发电的系统，包括:预处理系统、热解炉、燃烧室、余热锅炉 和发电装置， 所述预处理系统包括出料口， 所述热解炉包括进料口、过热蒸汽入口、活性炭出口和油气出口， 所述燃烧室包括油气进口和烟气出口， 所述余热锅炉包括烟气入口和过热蒸汽出口， 所述发电装置包括过热蒸汽入口； 所述预处理系统出料口连接所述热解炉进料口，所述热解炉油气出口连接所述燃烧室 油气进口，所述燃烧室烟气出口连接余热锅炉烟气进口，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接 所述发电装置过热蒸汽入口。2. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述预处理系统包括浸泡装置，所述浸泡装 置包括进料口和出料口，所述浸泡装置出料口连接所述热解炉进料口。3. 根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述预处理系统进一步包括破碎装置，所述 破碎装置包括出料口，所述破碎装置出料口连接所述浸泡装置进料口。4. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述热解炉包括干燥区和热解区。5. 根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述余热锅炉过热蒸汽出口连接所述热解炉 过热蒸汽入口。
【文档编号】B01J20/20GK205709880SQ201620640045
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】王惠惠, 巴玉鑫, 肖磊, 吴小飞, 任浩华, 房凯, 蔡先明, 吴道洪
【申请人】北京神雾环境能源科技集团股份有限公司