一种中药残渣气化燃烧供热装置及方法与流程

本发明涉及生物质废弃物处理技术领域，具体涉及一种中药残渣气化燃烧供热装置及方法。

背景技术：
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随着社会对能源需求的日益增长，作为主要能源来源的化石燃料却迅速地减少。我国的常规能源供应紧张已严重影响了社会经济的快速发展，而且化石能源大规模的集中使用，释放出大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，给人类的生存环境造成了危害。近几年随着低碳经济的兴起，由生物质替代煤炭、天然气和石油等化石能源已成为新能源领域的研究热点，具有重要的战略意义，世界各国都给予足够的重视。其中，生物质气化技术是当下发展较快且较为成熟的工程技术之一，近年来受到越来越多的关注。

生物质气化技术是将低品位生物质能快速转化成为高品位可燃气体的一种新能源技术，将生物质燃料通过气化装置在高温条件下发生链裂解变成CO、H₂、CH₄等可燃性气体，气化技术的主要优点是生物质转化为可燃气体后，利用效率较高且气化成本较低，同时生物质燃气的用途广泛，可用作民用燃气、发电、区域供热以及工业用燃料等。

中药残渣是一种特殊的低品位生物质原料，大多是中草药材经过浸泡和煎煮后剩余的植物残渣。目前，我国每年排放中药残渣约为0.12亿吨，具有产量大、排放集中等特点。但由于药渣自身存在含水量较大(含水量大于80％)、种类繁杂、氮含量高、热值低、易腐烂、难降解和气味刺鼻等不利特性，采用传统的填埋堆肥和焚烧供热等技术，存在处理成本高、能源利用效率低和污染排放超标等诸多问题。目前仍缺乏有效的处理和利用方式，中药残渣已成为一种环境污染源，如处理不当，极易对社会环境生产严重的负面影响。例如，广东省是我国著名的凉茶之都和南药基地，拥有加多宝集团、丽珠集团和广药集团等众多国内知名企业；但这些企业正面临着非常棘手的药渣处理难题和企业供热成本逐年递增的困扰。因而，如何实现药渣的高效能源化利用是当下亟待解决的共性社会问题，拥有巨大的潜在经济效益和市场空间。

近年来，国内在药渣制备畜禽饲料、堆肥发酵等方面进行了一些尝试，但面临药渣发酵周期长、成分复杂、分离困难且可能含有毒性物质等问题，目前药渣的大量处理方式是焚烧、填埋和固定区域堆放，易造成资源浪费和环境污染。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种中药残渣气化燃烧供热装置及方法，在高效处理高含水量中药残渣的同时，对现有各种燃煤/燃油/燃气供热系统进行节能减排技术改造，高效、低成本、无污染，通过提高系统效率和降低设备投资成本，不仅可达到环保要求，同时也会降低企业的生产成本和能耗，解决了现有药渣处理技术的处理成本高、资源浪费和环境污染问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种中药残渣气化燃烧供热装置，该装置包括相连接的药渣预处理系统和药渣气化燃烧系统；所述药渣预处理系统用于制备药渣成型燃料，包括依次连接的高湿物料粉碎机、机械脱水设备、半湿物料粉碎机、板框过滤机、烟气烘干设备和压块成型设备；所述药渣气化燃烧系统用于药渣成型燃料的气化燃烧，包括依次连接的储料仓、上料装置、固定床气化炉、高温净化器、高温风机和供热设备；所述压块成型设备经输送机跟储料仓连接；所述固定床气化炉连接有排渣装置，气化残渣通过自动排渣装置输送至灰渣存储仓，再由上料装置将灰渣加入烟气烘干设备，所述烟气烘干设备连接有多管旋风除尘设备和余热回收装置连接；所述余热回收装置还跟污水处理装置连接；所述固定床气化炉产生的燃气通过高温净化器除尘除焦后，由高温风机将清洁燃气送至系统的燃气管道经高温调节阀分别与燃气供热设备和烟气烘干设备相连接；所示供热设备后端还设有余热回收装置；所述余热回收装置经引风机连通固定床气化炉；所述机械脱水设备选自双螺旋压榨或带式多级压滤设备；所述高湿物料粉碎机、机械脱水设备、半湿物料粉碎机、板框过滤机连接有污水处理装置；所述旋风除尘设备经输送装置跟压块成型设备连接。

特别地，所述半湿物料粉碎机为水磨粉碎机。

所述污水处理装置包括依次连接的污水沉淀池、板框式压滤机和污水净化系统。

所述烟气烘干设备为多级滚筒式烟气烘干设备。

所述余热回收装置为常温软水系统。

所示高温调节阀为盘阀。

所述供热设备为通过燃烧生物质燃气产生热量的生产设备，包括但不局限于锅炉、窑炉和导热油炉等供热设备。

本发明还保护一种中药残渣气化燃烧供热方法，利用上述装置，包括以下步骤：

1)药渣粉碎脱水：含水量为80％以上的中药残渣经高湿物料粉碎机粉碎至平均尺寸为5-10cm，再经机械脱水设备脱水至含水量为65-75％，最后利用半湿物料粉碎机粉碎至平均尺寸为0.1-2.5mm的浆料液；浆料液经过板框过滤机过滤后，得到含水量为50-55％半湿药渣；中药残渣粉碎脱水产生的废液，集中收集后进入污水处理装置；

2)药渣烟气烘干：步骤1)得到的半湿药渣经输送机进入烟气烘干设备在温度为400-600℃的高温烟气进行烘干得到含水量为35％-45％的半干药渣；所述烟气烘干设备的尾气经多管旋风除尘设备后，进入余热回收装置进行换热冷凝，得到的冷凝水进入污水处理装置，产生的不可凝气体通过引风机送至固定床气化炉内参与反应；

3)药渣混合成型：步骤2)得到的含水量为35％-45％的半干药渣先经输送机进入原料预混设备，添加含水量≤15％，粒径<1cm的生物质原料并充分混合后，再经输送机进入压块成型设备，制备成含水量为20％-30％的药渣成型燃料；

4)药渣气化：步骤3)得到的药渣成型燃料和含水量≤25％的生物质原料，先由输送机送入储料仓，再由上料装置送入生物质固定床气化炉内；采用鼓风机为固定床气化炉提供气化介质(空气)，气化形成温度为300-600℃的高温生物质燃气；通过高温净化器除尘除焦后，由高温引风机将清洁燃气送至系统的燃气管道，通过高温调节阀分成两路使用：一路为主燃气管道连接供热设备，供热后经余热回收装置进行换热冷凝，得到的冷凝水排入污水处理装置，不可凝烟气达标可直接排放；不可凝烟气不达标则通过引风机送至气化炉内参与反应；一路为副燃气管道连接烟气烘干设备；气化炉产生的气化残渣通过自动排渣装置输送至灰渣存储仓，再由上料装置按需加入烟气烘干设备产生高温烟气。

特别地，所述烟气烘干设备以步骤2)得到半干药渣为主要燃料，以步骤4)得到的300-600℃的高温生物质气化燃气为助燃燃料，同时添加少量的步骤4)得到的气化残渣，三者充分燃烧后，形成温度为400-600℃的高温烟气用于烘干粉碎脱水后的半湿药渣，燃烧后得到的灰烬富含多种无机矿物质，可直接用于复合化肥添加剂。

所述旋风除尘设备回收的粉尘，经输送设备送至压块成型设备，用于制备药渣成型燃料。

特别地，所述半湿物料粉碎机为水磨粉碎机。

所述污水处理装置包括依次连接的污水沉淀池、板框式压滤机和污水净化系统，污水沉淀池中的污水，先经过板框式压滤机过滤后，再进入污水净化系统净化；所述板框式压滤机的过滤残渣，经输送机进入到烟气烘干设备进行烘干再利用。

本发明的有益效果如下：

1.应用独特的机械粉碎脱水设备和污水处理技术，将中药残渣的含水量控制在55％以下，且污水排放达到国家制药工业水污染物排放标准(中药类)。

2.采用烘干混合成型技术，既可有效脱除中药残渣中少量的氮/硫/氯等污染物，又能充分利用中药残渣自身的热值将其制备成药渣成型燃料(含水量≤30％)。由于药渣成型燃料的能量密度和质量密度都较大，容易实现气化过程中的稳定连续供料和有效密封。

3.通过高效复合气化技术和高温燃气净化技术，将中药残渣转化为类似天然气的清洁燃气，且转化效率不低于85％。所有生物质固定床气化炉运行工况稳定，生物质燃气质量稳定，热值高，产能大，污染物含量极低。

4.在投资和运行成本方面，生物质气化炉的设备成本仅为同等中药残渣处理规模直燃焚烧炉造价的15％-20％；且所制备的生物质燃气不仅可以灵活供给工业锅炉的生产需要，而且可以充分满足中药残渣烘干系统的能耗需求。

5.在能效方面，药成型燃料的平均热值为3000～3500kcal/kg，在相同的条件下，每吨药渣成型燃料大约相当于350Nm³天然气，可将企业蒸汽生产成本降至<350元/吨蒸(天然气锅炉的蒸汽成本约为450元/吨蒸)。

6.从环保角度来看，采用药渣成型燃料气化燃烧工艺，以年处理5万吨药渣(含水量80％)计算，可替代化石燃料约合标准煤5000吨/年，减排SO₂约120吨/年，减排CO₂约1.3万吨/年，减排NO_x约35吨/年，减排烟尘约80吨/年。

总之，本发明在高效处理高含水量中药残渣的同时，对现有各种燃煤/燃油/燃气供热系统进行节能减排技术改造，高效、低成本、无污染，通过提高系统效率和降低设备投资成本，不仅可达到环保要求，同时也会降低企业的生产成本和能耗，拥有巨大的潜在经济效益和市场空间，解决了现有中药残渣处理技术的处理成本高、资源浪费和环境污染问题。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程示意图；

图2为本发明的药渣气化和燃气供热的工艺流程图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

如图1和图2所示的一种中药残渣气化燃烧供热装置，该装置包括相连接的药渣预处理系统和药渣气化燃烧系统；所述药渣预处理系统用于制备药渣成型燃料，包括依次连接的高湿物料粉碎机、螺旋压榨设备、半湿物料粉碎机、板框过滤机、滚筒烘干设备和压块成型设备；所述药渣气化燃烧系统用于药渣成型燃料的气化燃烧，包括依次连接的储料仓、上料装置、固定床气化炉、高温净化器、高温风机和供热设备；所述压块成型设备经输送机跟储料仓连接；所述固定床气化炉连接有排渣装置，气化残渣通过自动排渣装置输送至灰渣存储仓，再由上料装置将灰渣加入烟气烘干设备，所述烟气烘干设备连接有多管旋风除尘设备和余热回收装置连接；所述余热回收装置还跟污水处理装置连接；所述固定床气化炉产生的燃气通过高温净化器除尘除焦后，由高温风机将清洁燃气送至系统的燃气管道分别经盘阀与燃气供热设备和烟气烘干设备相连接；所示供热设备后端还设有余热回收装置；所述余热回收装置经引风机连通固定床气化炉。所述高湿物料粉碎机、机械脱水设备、半湿物料粉碎机、板框过滤机连接有污水处理装置。所述污水处理装置包括依次连接的污水沉淀池、板框式压滤机和污水净化系统。所述旋风除尘设备经输送装置跟压块成型设备连接。

所述螺旋压榨设备选自双螺旋压榨设备。

所述半湿物料粉碎机为水磨粉碎机。

所述滚筒烘干设备为多级滚筒式烟气烘干设备。

所述余热回收装置为常温软水系统。

所述供热设备为锅炉、窑炉和导热油炉等供热设备。

下面以每小时处理10吨含水量为80％的凉茶药渣为例，具体说明中药残渣气化燃烧给蒸汽锅炉供热的方法，利用图1-2所述装置，包括以下步骤：

1)药渣粉碎脱水：10h/t的凉茶药渣原料(平均含水量为80％)先经过高湿物料粉碎机将其粉碎至平均尺寸为5-10cm的湿药渣，再采用双螺旋压榨设备将粉碎后的湿药渣机械挤压脱水至含水量为70％，最后利用水磨粉碎机将脱水药渣粉碎至平均尺寸为0.1-2.5mm的浆料液，浆料液经过板框过滤机过滤后，得到含水量为55％的半湿药渣；凉茶药渣粉碎脱水产生的废液，集中收集后排入污水处理装置中的污水沉淀池，先经过板框式压滤机过滤后再进入标准中药污水处理系统净化，板框式压滤机过滤得到含水量为52％的过滤残渣。

2)药渣烟气烘干：步骤1)得到的6.67h/t的平均含水量为55％半湿药渣和0.55h/t的板框式压滤机过滤得到平均含水量为52％的过滤残渣，经输送机进入多级滚筒式烟气烘干设备在温度为400-600℃的高温烟气进行中高温烘干，形成连续的烘干流程，上端不断加料烘干，下端不停地输出烘干至含水量为40％的半干药渣，其平均产量为3.5h/t。所述烟气烘干设备的尾气排放温度为130℃，尾气通过多管旋风除尘设备后，进入余热回收装置常温软水系统进行换热冷凝，得到的冷凝水排入污水处理装置中的污水沉淀池，产生的不可凝气体通过引风机送至固定床气化炉内参与反应。

3)药渣混合成型：步骤2)得到的半干药渣(平均含水量为40％)和旋风除尘设备回收的粉尘，先经输送机进入原料预混设备，添加1.0h/t的木粉原料(平均含水量为12％，粒径<1cm)并充分混合后，再经输送机进入压块成型设备，连续生产出3.0t/h含水量为30％的药渣成型燃料，其热值为3100kcal/kg。

4)药渣气化：步骤3)得到的3.0t/h药渣成型燃料(平均含水量为30％)和0.5t/h的干木片(平均含水量为20％)，先由输送机送入储料仓，再由上料装置将药渣成型燃料和生物质原料干木片经螺旋进料器一起送入生物质固定床气化炉内；采用鼓风机为固定床气化炉提供气化介质(空气)，气化形成温度为300-600℃的高温生物质燃气，通过高温净化器除尘除焦后，由高温引风机将清洁燃气送至系统的燃气管道，通过高温调节阀盘阀分成两路使用：一路为主燃气管道连接供热设备水煤浆锅炉供热系统，其供气量约为6500Nm³/h，供热后经余热回收装置常温软水系统进行换热冷凝，得到的冷凝水排入污水处理装置，不可凝烟气达标可直接排放；不可凝烟气不达标则通过引风机送至气化炉内参与反应；一路为副燃气管道连接多级滚筒式烟气烘干设备；其供气量约为1000Nm³/h。在实际生产过程中，可根据企业蒸汽需求量，灵活调节燃气用量；多余的生物质燃气可用于药渣的深度烘干，并生产含水量≤25％的药渣成型燃料副产品。所述气化炉产生的气化残渣通过自动排渣装置输送至灰渣存储仓，再由上料装置将气化残渣渣按需加入多级滚筒式烟气烘干设备产生高温烟气。对企业原有15t/h的水煤浆锅炉供热系统进行节能减排技术改造后，可直接将上述高温生物质燃气作为原有锅炉供热系统的清洁燃料。生物质燃气经充分燃烧后，释放大量热量，可产生5-12t/h的工业用蒸汽(蒸汽压力：10atm)。改造后锅炉后端排放的高温烟气和常温软水系统进行换热冷凝，最终排烟温度<80℃，冷凝水排入污水处理装置中的污水沉淀池，产生的不可凝烟气可直接达标排放。

所述多级滚筒式烟气烘干设备以步骤2)得到半干药渣(平均含水量为40％)为主要燃料，以步骤4)得到的300-600℃的高温生物质气化燃气为助燃燃料，同时添加少量的步骤4)得到的气化残渣，三者充分燃烧后，形成温度为400-600℃的高温烟气，用于烘干粉碎脱水后的半湿药渣，这三种燃料的稳态操作条件为：半干药渣1.5t/h、生物质燃气1000Nm3/h和气化残渣0.25t/h。燃烧后得到的灰烬富含多种无机矿物质，可直接用于复合化肥添加剂。

整套凉茶残渣气化燃烧供热装置会产生一定量的废液、废气和废渣，但该三废产物均可在场内实现无害化处理。所述废液为步骤1)中的药渣粉碎脱水污水，以及步骤2)和步骤4)中的烟气冷凝污水，这三者均被集中收集后，排入污水处理装置中的污水沉淀池，先经过板框式压滤机过滤后再进入污水净化系统企业原有的标准化中药污水处理系统净化；板框式压滤机过滤得到的过滤残渣，经输送机进入到多级滚筒式烟气烘干设备进行再利用。所述废气为步骤2)和步骤4)中排烟尾气冷凝后生产的不可凝气体，其中步骤4)中的达标不可凝气体直接排放处理，步骤2)中的不达标不可凝气体则通过引风机送至气化炉内参与反应。所述废渣为步骤2)中多级滚筒式烟气烘干设备在燃料充分燃烧产生高温烟气时，因生物质原料充分燃烧而形成的燃烧灰烬；该灰烬富含多种无机矿物质，可直接作为复合化肥的添加剂使用。

综上所述，本发明公开的中药残渣气化燃烧供热装置可在高效处理高含水量中药残渣(含水量≥80％)的同时，对现有各种燃煤(油)供热系统进行节能减排技术改造。由于中药残渣类生物质原料具有可再生、硫和灰分含量低、以及CO₂可循环等特点，因此改造后原供热系统的有害气体和温室气体的排放将大幅降低。本发明高效、低成本、无污染，通过提高系统效率和降低设备投资成本，不仅可达到国家最新环保标准，同时也可降低企业的生产成本和能耗；因而，拥有巨大的潜在经济效益和市场空间。