一种生物质连续热解炭化装置的制作方法

本实用新型属于生物质热解技术领域，具体涉及一种生物质连续热解炭化装置。

背景技术：

我国是秸秆产出大国，农作物秸秆的污染问题一直是困扰农业发展的瓶颈。根据生物质转化途径，目前生物质能源化利用技术包括物理转化、生物转化和化学转化。物理转化主要为物理压缩、压块处理，制备生物质固体成型燃料；生物转化主要是厌氧消化制沼气和发酵生产乙醇；化学转化包括液化、气化、炭化等，是目前国内外研究的重点，主要集中在生物质液化和气化方面的研究，对于生物质炭化制备生物质炭燃料的研究较少，且目前的生物质热解炭化技术一般采用间歇工艺在中温(400℃-700℃)或高温(≥700℃)下进行，成本高、大多停留在实验室研究阶段。

生物质热解是指生物质在无氧或低氧的条件下，通过热化学反应将生物质大分子物质(木质素、纤维素和半纤维素)分解成较小分子的燃料物质(固态炭、可燃气、生物油)的热化学转化技术方法。

现有技术中，CN102703099A公开了一种垂直移动床稻壳碳化炉，该垂直移动床稻壳碳化炉包括颗粒系统、燃气系统、操作气系统和控制系统，颗粒系统形成稻壳下落的垂直移动床，所述操作气系统为产生操作气的工作部，所述稻壳在垂直移动床内与操作气发生逆流热交换；所述燃气系统包括冷凝器、燃气风机和副燃气风机，所述燃气风机和副燃气风机利用管道连接颗粒系统中上炉体的排气口，所述冷凝器设置于所述管道上；所述操作气系统包括设置有主燃烧器和点火燃烧器的燃烧室，所述主燃烧器连接送风机和所述副燃气风机。该碳化炉在运行时，稻壳从垂直移动床的上部进料，在其内部依靠重力实现自流，稻壳在碳化炉内发生热解反应，反应的气相产物经过冷凝器分离为两相：气相产物为可燃气体，液相产物为粘度很低的轻质木焦油，可燃气体由燃气风机驱动，送至燃气用户；燃气风机送出的可燃气体分出一路，由副燃气风机升压后送入燃烧器，可燃气体与空气在燃烧室内燃烧，生成高温烟气，经过喷水减温器后，烟气温度被精确调制到指定温度，作为碳化炉的操作气使用。

上述垂直移动床稻壳碳化炉在生产规模上实现了稻壳的控温连续碳化，产品为活性碳化稻壳、轻质木焦油和可燃气体，无废水排放。但是，碳化炉产生的可燃气体不可避免的会携带出部分的碳颗粒和粉尘，如直接进入冷凝器及后续的循环燃烧系统，会在冷凝器内部结垢，影响换热效率，且收集的液体产物含杂质过多，品质不高；同时，固体粉尘随可燃气体进入燃烧器，会造成燃烧器堵塞、气体燃烧不均匀，甚至爆燃的现象，影响进入碳化炉的操作气温度的可控性及系统运行的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种生物质连续热解炭化装置，解决现有碳化炉产生的可燃气体携带碳颗粒和粉尘进入燃气循环系统，造成的系统结垢、液体含杂质过多及燃烧不均匀的问题。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种生物质连续热解炭化装置，包括移动床热解系统和燃气循环系统，所述移动床热解系统包括移动床热解炭化炉，所述燃气循环系统包括除尘器、冷凝器和回流加热器，所述除尘器的气体进口与移动床热解炭化炉的热解气出口相连接，除尘器的气体出口与所述冷凝器的气体进口相连接，冷凝器的气体出口与所述回流加热器的燃气进口相连接，回流加热器的热气流出口与移动床热解炭化炉的热气流进口相连接。

所述除尘器为旋风除尘器。

所述燃气循环系统还包括设置在冷凝器与回流加热器之间的吸附器，所述吸附器的气体进口与冷凝器的气体出口相连接，吸附器的气体出口与回流加热器的燃气进口相连接。

所述回流加热器上还设有助燃气体进口和氮气进口，用于向回流加热器供助燃气体和/或氮气。

所述回流加热器还设有辅助加热系统，所述辅助加热系统为设置在回流加热器上的补充燃料进口或设置在回流加热器内部的电加热器，用于补充燃料或补充自循环能量的不足。优选的，所述补充燃料为天然气。

所述回流加热器上连接有尾气排放管道；或者，回流加热器的热气流出口与移动床热解炭化炉的热气流进口相连接的管道上连接有尾气排放管道。

所述移动床热解炭化炉的顶部设有进料口、底部设有出料口，所述进料口、出料口连接的管道上均依次串联设置有2～3个阀门，通过上、下阀门的交错开闭实现进料和/或排料时设备的密闭。

所述移动床热解炭化炉内部还设有物料层料位探测器，用于探测物料层料位并反馈给PLC自动化控制系统，通过PLC自动化控制系统控制进料口、出料口处的阀门实现自动进料和/或自动出料。

所述的生物质连续热解炭化装置，还包括进料系统，所述进料系统包括原料仓，所述原料仓的排料口与设置在移动床热解炭化炉顶部的进料口相连接。

所述原料仓的排料口与移动床热解炭化炉的进料口通过螺旋输送机相连接。

所述的生物质连续热解炭化装置，还包括出料系统，所述出料系统包括成品储罐，所述成品储罐的进口与设置在移动床热解炭化炉底部的出料口通过带有冷却系统的螺旋输送机相连接。

本实用新型的生物质连续热解炭化装置是一个连续式的反应系统，运行时，原料颗粒进入移动床热解炭化炉，在其内部依靠重力从炭化炉顶部下降到底部；来自回流加热器的热气流从炭化炉的底部上升至顶部，两股物料在垂直面以相反方向移动并形成持续反应区域；炉内维持着温度梯度，原料颗粒从炉顶移动到炉底的过程中，首先失去水分被干燥，原料颗粒持续下降，逐渐通过温度更高区域，此时会有部分生物质发生热解反应，释放出CO、CO₂及轻组分有机物等，底部热解完成后在炉底得到所需生物质炭燃料；热解出的含有机物的气体经热解气出口进入燃气循环系统，依次经除尘器除尘、冷凝器冷凝后，经回流加热器燃烧，产生热气流进入移动床热解炭化炉作为热源，实现能量循环利用。

其中，移动床热解炭化炉产生的可燃气体先经过除尘器除尘再进入冷凝器；除尘器除去了可燃气体携带的大部分碳颗粒和粉尘，极大的减少了进入冷凝器气体中固体杂质的含量，避免了冷凝器内部结垢的现象，减少了冷凝液体中固体杂质的含量，提高了冷凝产品的品质；经过除尘的可燃气体进入回流加热器，极大的避免了回流加热器堵塞、气体燃烧不均匀、燃烧效率不高，甚至爆燃的现象，使进入炭化炉的热气流温度易于控制，提高了系统运行的稳定性。

进一步的，该生物质连续热解炭化装置，根据移动床热解炭化炉内部的物料层料位探测器探测信号，一旦探测料位不足，通过PLC自动化控制系统启动螺旋输送机和阀门，原料颗粒定量进入两阀门之间，然后根据时间连锁装置，关闭上部阀门，打开下部阀门，自动加料；底部热解完成，启动上部阀门，产物定量进入两阀门之间，然后根据时间连锁装置，关闭上部阀门，打开下部阀门，自动出料。通过PLC自动化控制系统控制自动进料和自动出料实现设备运行的连续性。

进一步的，该生物质连续热解炭化装置中，回流加热器上还设有助燃气体进口和氮气进口，用于向回流加热器供助燃气体和/或氮气。回流加热器上还设有辅助加热系统，可以补充燃料或电加热，补充燃料是天然气，用于补充自循环能量的不足。助燃气体进口、氮气进口和补充燃料进口都采用切向进料，助燃气体的加入量是依据热解气的流量信号自动控制，以保证燃烧的正常进行。移动床热解炭化炉的反应温度是依据温度信号，辅助加热或在回流加热器燃烧段后部加入一定流量的氮气，以保证炭化炉的温度稳定。

附图说明

图1为实施例1的生物质连续热解炭化装置的结构示意图；

图2为实施例2的生物质连续热解炭化装置的结构示意图；

图3为实施例3的生物质连续热解炭化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实施例的生物质连续热解炭化装置，如图1所示，包括移动床热解系统、进料系统、出料系统和燃气循环系统，所述移动床热解系统包括移动床热解炭化炉1，所述移动床热解炭化炉1的顶部设有进料口1-3、底部设有出料口1-4；所述进料系统包括原料仓6，所述原料仓6的排料口通过第一管道与设置在移动床热解炭化炉1顶部的进料口1-3相连接，所述第一管路上还设有螺旋输送机，用于将原料仓6的原料送入移动床热解炭化炉1；所述出料系统包括成品储罐7，所述成品储罐7的进口通过第二管路与设置在移动床热解炭化炉1底部的出料口1-4相连接；所述第二管路上还设有带有冷却系统的螺旋输送机。

本实施例的生物质连续热解炭化装置是一个密闭的内循环反应系统，所述第一管路靠近进料口1-3处设有阀门组8，阀门组8包括依次设置的2个自动阀门8-1、8-2，第二管路靠近出料口1-4处设有阀门组9，阀门组9包括依次设置的2个自动阀门9-1、9-2，通过上、下阀门的交错开闭实现运行时设备的密闭；所述移动床热解炭化炉1内部还设有物料层料位探测器(料位激光探头，图中未画出)，用于探测物料层料位并反馈给PLC自动化控制系统，通过PLC自动化控制系统控制进料口、出料口处的自动阀门组8、9实现自动进料和/或自动出料。

所述燃气循环系统包括旋风除尘器2、冷凝器3和回流加热器5，所述旋风除尘器2的气体进口2-1与移动床热解炭化炉1的热解气出口1-2相连接，旋风除尘器2的气体出口2-2与所述冷凝器3的气体进口3-1相连接，旋风除尘器2的底部还设有用于排出收集粉尘的集尘出口2-3；冷凝器3的气体出口3-2通过第三管路与所述回流加热器5的燃气进口5-1相连接，冷凝器3的底部还设有用于排出冷凝液体的排液口3-3；所述第三管路上还设有用于燃气循环的循环泵；回流加热器5的热气流出口5-2通过第四管路与移动床热解炭化炉1的热气流进口1-1相连接，所述第四管道上还设有电动三通阀10，该电动三通阀10连接有用于排放尾气的尾气排放管道。

所述回流加热器5上还设有补充燃料进口5-5(辅助加热系统)、助燃气体进口5-3和氮气进口5-4，分别连接天然气管线、空气管线和氮气管线，所述天然气管线、空气管线和氮气管线上分别设有电动阀门13、11、12，用于向回流加热器供天然气和/或空气和/或氮气。

本实施例的生物质连续热解炭化装置是一个连续式的反应系统，运行时，原料仓6中的原料颗粒(如玉米秸秆压缩颗粒)通过螺旋输送机经进料口1-3进入移动床热解炭化炉1，在其内部依靠重力从炭化炉顶部下降到底部；来自回流加热器5的热气流从炭化炉的底部上升至顶部，两股物料在垂直面以相反方向移动并形成持续反应区域；炉内维持着温度梯度，原料颗粒从炉顶移动到炉底的过程中，首先失去水分被干燥，原料颗粒持续下降，逐渐通过温度更高区域，此时生物质发生热解反应，释放出CO、CO₂及轻组分有机物等，底部热解完成后在炉底得到所需生物质炭燃料；热解出的含有机物的气体经热解气出口1-2进入燃气循环系统，依次经旋风除尘器2除尘、冷凝器3冷凝后，经回流加热器5燃烧，产生热气流进入移动床热解炭化炉1作为热源，实现燃气循环利用。

其中，移动床热解炭化炉1产生的可燃气体先经过旋风除尘器2除尘，再进入冷凝器3；除尘器除去了可燃气体携带的碳颗粒和粉尘，极大的减少了进入冷凝器的气体中固体杂质的含量，避免了冷凝器内部结垢的现象，减少了冷凝液体中固体杂质的含量，提高了冷凝产品的品质；经过除尘的可燃气体进入回流加热器，极大的避免了回流加热器堵塞、气体燃烧不均匀、燃烧效率不高，甚至爆燃的现象，使进入炭化炉的热气流温度可控，提高了系统运行的稳定性。

该生物质连续热解炭化装置，根据移动床热解炭化炉1内部的物料层料位探测器探测信号，一旦探测料位不足，通过PLC自动化控制系统启动螺旋输送机和自动阀门组8，原料颗粒定量进入两阀门之间，然后根据时间连锁装置，关闭上部阀门，打开下部阀门，自动加料；热解完成，启动自动阀门组9，产物定量进入两阀门之间，然后根据时间连锁装置，关闭上部阀门，打开下部阀门，自动出料。通过PLC自动化控制系统控制自动进料和自动出料实现设备运行的连续性。

该生物质连续热解炭化装置中，回流加热器5上设有助燃气体进口5-3、氮气进口5-4和补充燃料进口5-5(辅助加热系统)，进口都采用切向进料，助燃气体(空气)的加入量是依据热解气的流量信号自动控制，以保证燃烧的正常进行。移动床热解炭化炉1的反应温度是依据温度信号，在回流加热器5燃烧段后部加入一定流量的氮气或补充燃料，以保证炭化炉的温度稳定。

该生物质连续热解炭化装置的压力由PLC自动化控制系统自动控制，为了维持炉体压力的稳定，排放一部分烟气。

实施例2

本实施例的生物质连续热解炭化装置，如图2所示，与实施例1不同之处在于：所述燃气循环系统还包括设置在冷凝器3与回流加热器5之间的吸附器4，所述吸附器4的气体进口4-1与冷凝器3的气体出口3-2相连接，吸附器4的气体出口4-2与回流加热器5的燃气进口5-1相连接；所述吸附器4的底部还设有用于排出吸附物质的排液口4-3。

所述吸附器4的作用是吸附除去冷凝器3未能处理的、被气流携带出的小液滴，对可燃气体进行进一步的净化，提高后续燃烧的效率和均匀性，进一步提高进入炭化炉的热气流温度的可控性和系统运行的稳定性。

实施例3

本实施例的生物质连续热解炭化装置，如图2所示，与实施例2不同之处在于：辅助加热系统为设置在回流加热器5内部的电加热器5-7。在系统起始阶段或运行过程中自循环能量不足时，启动电加热器5-7为系统补充能量。