一种生物质连续热解控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物质能源利用领域，更具体地，涉及一种生物质连续热解控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着世界人口的快速增长及经济技术的发展，人们对能源的需求急剧增加，化石燃料的大量使用对环境造成了严重污染。能源短缺和环境不断恶化的问题已一跃成为社会瞩目的一大热点话题。生物质能是继煤炭、石油、天然气等化石能源之后的第四大能源，是当前世界上主要的补充化石燃料资源，其具有来源稳定、产量巨大、可再生、可储存、碳循环等优点，且生物质是唯一可以转化为气、液、固3种能源形态的可再生能源，因此受到全球的广泛关注。
[0003]生物质能利用方式较多，在生物质热化学转换技术中，热解可直接将生物质转化为生物炭、焦油、木醋液和可燃气，这些产物易于形成高品位、高效能、商品化、易运输、使用方便的新能源产品，因而生物质热解技术越来越受到广泛关注。
[0004]现有技术中生物质热解的装置和方法有很多:
如现有技术中公开了一种生物质连续热解装置，该装置主要包括燃烧加热炉、热解供热烟道、竖管式热解移动床、焦炭空冷管、旋转进出料阀、出料绞龙等部件。该装置采用高温烟气冲刷移动床热解竖管排的方式强化外部热源对热解设备的传热效果，生物质原料在长径比很大的热解管依次受热分解；利用焦炭冷却释放的热量实现加热空气的预热，使能量得到充分利用；利用旋转进出料阀的调节，与物料自身重力实现热解过程的连续式生产。
[0005]如现有技术中公开了一种利用微波技术对生物质进行热解的装置及方法，该装置主要包括微波发生器、反应器以及产物分离装置，该装置利用微波体积加热、瞬时加热以及选择性加热的特点，直接对未干燥生物质热解，得到液体生物油、生物燃气和固体焦炭三种产品，装置为连续性操作系统，处理生物质质量约为10_50kg/h。
[0006]如现有技术中还公开了对农林生物质进行连续热解炭化的方法和装置。其首先将生物质原料送至干燥箱进行干燥，然后输入连续热解装置中进行热解，得到热解半焦和热解挥发物，再将热解半焦输送至炭化装置进行炭化，得到生物质炭和半焦炭化后挥发物，随后将热解挥发物和半焦炭化后挥发物排出，冷却，得到焦油、木醋液以及热解气，热解气燃烧得到高温烟气用于热解装置和炭化装置供热，供热后的烟气用于原料干燥。
[0007]现有技术中还公开了一种废物热解的形貌学控制系统及方法，包括图像采集单元、图像分析计算单元、执行控制单元、反应器、观测窗、驱动机构、开关或开度操作机构和加热器功率调节机构组成。当热解过程中物料形貌变化表征达到一定的程度时，通过调节废物热解系统的运行参数来控制热解过程，加快废物朝着所希望的产品方向的热解反应进程，减少异常反应状况，如结焦等现象。该专利提出了一种以热解废物如废塑料、污泥等的固态产物物态形貌特征作为热解反应进程的判断依据。
[0008]虽然目前关于生物质连续热解的方法和装置已有大量研究报道和解决方案，但现有技术中的解决方案还未能实现精准的自动化控制，仍然存在人为操作不当带来的产物品质不一问题，甚至造成生产过程中的安全隐患。
【发明内容】
[0009]本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种能够实现精准的自动化控制的生物质连续热解控制系统。
[0010]本发明还提供一种能够实现精准的自动化控制的生物质连续热解控制方法。
[0011]为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:
一种生物质连续热解控制系统，包括料斗，与料斗连通的连续热解反应器，分别与连续热解反应器连通的炭箱，同时与连续热解反应器、炭箱连通的一级冷凝器，与一级冷凝器连通的二级冷凝器，二级冷凝器连接的储气罐，储气罐与连续热解反应器连通，所述料斗包括其内分别设置有距离传感器的一级料斗和二级料斗，一级料斗的进料口设置有第一阀门，二级料斗与一级料斗连通处设置有第二阀门；所述炭箱包括其内分别设置距离传感器的一级炭箱和二级炭箱，一级冷凝器与一级炭箱连通，一级炭箱与二级炭箱连通处设置有第三阀门，二级炭箱的出料口设置有第四阀门，一级料斗、二级料斗、一级炭箱、二级炭箱上的距离传感器均连接至一控制器，第一至第四阀门均与控制器连接。
[0012]本发明的系统在进料和出料处均设置两级料斗和炭箱，并通过各自的距离传感器来检测料斗和炭箱中物料位置，从而可以通过控制器来控制料斗和炭箱处的阀门动作，实现进出料的精准控制，而且还实现连续进料和排炭，保证出料过程中连续热解反应器不停机。
[0013]上述方案中，一级冷凝器和二级冷凝器通过风机或者水栗进行冷凝，一级冷凝器和二级冷凝器内设置有与控制器连接的温度传感器，风机或者水栗与控制器连接。两级冷凝器中都设置温度传感器，控制器通过温度传感器能够时刻监测两级冷凝器内的温度变化，从而检测冷凝器内的冷凝情况，进而可以控制风机或者水栗的运转速度，实现对冷凝器内的精准控制。
[0014]上述方案中，所述一级冷凝器的出液口连接自带排液阀的焦油收集器，二级冷凝器的出液口连接自带排液阀的木醋液收集器，木醋液收集器和焦油收集器中分别设置有与控制器连接的液位传感器，木醋液收集器和焦油收集器上的排液阀分别与控制器连接。在一级冷凝器中，部分可凝气体凝结成焦油进入焦油收集器，在二级冷凝器中，木醋液被冷凝下来，并进入木醋液收集器。本发明在木醋液收集器和焦油收集器内设置液位传感器，控制器通过液位传感器可以时刻监测木醋液收集器和焦油收集器内液位情况，从而能够准确控制打开对应的排液阀来排出木醋液和/或焦油。
[0015]上述方案中，二级冷凝器与储气罐之间连接有循环除氧系统。设置循环除氧系统可以有效除去热解气中的氧气，使得进入储气罐内的热解气处于安全状态，便于回收利用。
[0016]上述方案中，所述循环除氧系统包括第一电磁换向阀、第二电磁换向阀和除氧炭箱，第一电磁换向阀的进气孔与二级冷凝器连接，第一电磁换向阀的一排气孔与储气罐连通，第一电磁换向阀的另一排气孔与除氧炭箱的进气孔连接，除氧炭箱的排气孔与第二电磁换向阀的进气孔连接，第二电磁换向阀的一排气孔与储气罐连接，第二电磁换向阀的另一排气孔连接至除氧炭箱的进气孔；循环除氧系统的循环回路中设置有氧气浓度检测器，氧气浓度检测器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀分别与控制器连接。
[0017]在循环除氧系统形成的循环回路上放置一个或多个氧气浓度检测器，监测反应装置是否存在泄漏情况和泄漏的位置，如果氧气浓度超出安全范围通过控制器来控制电磁换向阀，将热解气从回炉管道切换接通到除氧管道，使热解气中的氧气与炙热的炭发生反应生成CO或C02，除氧后热解气进入储气罐，保证热解系统安全地运行。
[0018]一种生物质连续热解控制方法，该方法采用权利要求1所述的系统实现，包括进料控制步骤；
进料控制步骤具体为:
51.初始投料时，开启第一阀门和第二阀门，向一级料斗和二级料斗投料，同时执行步骤S2和S3 ；
52.控制器通过二级料斗中的距离传感器检测到二级料斗中原料是否达到设定的上限阈值，若是则控制第二阀门关闭，执行步骤S4 ;
53.控制器通过一级料斗中的距离传感器检测到一级料斗中原料是否达到设定的上限阈值，若是则控制停止进料并关闭第一阀门，否则判定第二阀门关闭后打开第一阀门并添加生物质原料，执行步骤S5 ；
54.控制器通过二级料斗中的距离传感器检测到二级料斗中原料达到设定的下限阈值，此时判断第一阀门是否处于关闭状态，若是则打开第二阀门，否则待第一阀门关闭后再打开第二阀门，执行步骤S5 ;
55.循环进行步骤S2和S3，保持生物质原料持续不断。
[0019]本发明的方法在两级料斗中实现闭环控制，控制器通过其中的距离传感器实时监测料斗中生物质原料的高度，控制一级料斗中第一阀门和二级料斗中第二阀门的开启和关闭，并保证一级料斗中第一阀门和二级料斗中第二阀门始终有一个处于关闭状态，防止空气进入连续热解反应器中，保证系统的安全性。在此过程中，通过检测两级料斗原料投料的实时情况实现进料的精准控制。
[0020]上述方案中，所述方法还包括出料控制步骤；
出料控制步骤具体为:
T0.热解生成的炭进入一级炭箱，第三阀门和第四阀门处于关闭状态；
Tl.控制器通过一级炭箱中的距离传感器检测到一级炭箱中的炭层达到其上限阈值，控制第三阀门打开，向第二炭箱排炭；
T2.控制器通过一级炭箱中的距离传感器检测到一级炭箱中的炭层达到其下限阈值，控制第三阀门关闭，控制第四阀门打开，将二级炭箱中炭排出；
T3.控制器通过二级炭箱中的距离传感器检测到二级炭箱中的炭达到其下限阈值时，控制第四阀门关闭。
[0021]本发明的方法在两级炭箱中实现闭环控制，控制器通过其中的距离传感器实时监测炭箱中炭层的高度，控制一级炭箱中第三阀门和二级炭箱中第四阀门的开启和关闭，并保证第三阀门和二级炭箱中第四阀门始终有一个处于关闭状态，防止空气进入连续热解反应器中，保证系统的安全性。在此过程中，通过监测两级炭箱中的实时情况实现排料的精准控制。
[0022]上述方案中，一级冷凝器和二级冷凝器通过风机或者水栗进行冷凝，一级冷凝器和二级冷凝器内设置有与控制器连接的温度传感器，风机或者水栗与控制器连接；
所述方法还包括冷凝控制步骤；