一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备及工艺的制作方法

本发明涉及生物质能源利用技术领域，特别是涉及一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备及工艺。

背景技术：

随着世界能源需求的日益增长，作为能源主要来源的化石燃料却迅速的减少。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的气态、液态和固态燃料。由于生物质具有水分含量高、亲水性强、能量密度低、不易储存、产量的季节性关系以及产地分散等特点，不适合大规模利用。如何使得低品位的生物质能转化为高品质的能源，就成了人们研究的重点。生物质热解是将生物质热解转换成可燃气体，具有能量转化率高、便于输送、易于工业化利用的优点，但在转化过程致使气体产物中大分子焦油的存在难以避免。不但会造成能源的浪费还会严重污染环境危害工艺设备。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，使能源利用率高，设备损害小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备，包括气化炉，原料粉碎机，原料旋流干燥器，第二旋风除尘器，气液分离器，吸附净化器，燃气引风机，水洗净化器，射流器，调节阀，鼓风机，双层螺旋滚筒低温热解炉，颗粒燃料压块机组成。气化炉上部螺旋加料器，中部设有热解室，外部设有保温层，下部设有炉排，下部还设有集灰室和螺旋除灰器，气化炉第二气体出口通过管道与第一旋风除尘器的第一气体进口相连，第一旋风除尘器下部设有第一水封泄压器，第一水封泄压器上部右侧设有第一止回阀，下部设有第一排污阀，第一旋风除尘器上部第一气体出口通过管道经第二气体调节阀与混合器和加热夹套第二气体进口相连，双层螺旋滚筒低温热解炉的第六气体出口通过管道与第二旋风除尘器第三气体进口相连，第二旋风除尘器第四气体出口经第一气体调节阀与混合器和加热夹套第二气体进口相连，第二旋风除尘器下部设有第二水封泄压器，第二水封泄压器上部右侧设有第二止回阀，下部设有第二排污阀，原料粉碎机与原料旋风干燥器原料进口相连，原料旋流干燥器上部水蒸气出口通过水蒸气调节阀与热解室水蒸气进口相连，加热夹套第三气体出口与气液分离器第四气体进口相连，气液分离器第五气体出口与催化吸附净化器的第一燃气进口相连，第一燃气出口与燃气引风机进口相连，出口与水封水洗净化器的第二燃气进口相连，第二燃气出口经三通分别与第三止回阀和射流器的燃气吸入口相连，第三止回阀末端连接有火炬，射流器的第三燃气出口通过管道与各温控燃气炉头相连，水封水洗净化器底部还设有第三排污阀，旋风干燥器下部卸料器通过进料斗和水平螺旋加料器与双层螺旋滚筒低温热解炉的内层螺旋滚筒相通，双层螺旋滚筒低温热解炉固定于支架上；内层螺旋滚筒又与外层螺旋滚筒相通，外层螺旋滚筒与低温热解物料出口旋转密封嵌接，低温热解物料出口设置于密封出料口支架上，外层螺旋滚筒外部右侧设有滚圈支架，双层螺旋滚筒低温热解炉右端设有滑动温度传感器，双层螺旋滚筒低温热解炉外部设有燃烧室，滚圈支架下部设有从动滚轮，下部设有驱动齿轮，驱动齿轮设置于齿圈支架上，左侧连有减速电机，低温热解物料出口经螺旋输送机与颗粒燃料压块机相连，颗粒燃料压块机底部出料口设有颗粒燃料输送带，每个燃烧室上部都设有尾气管道，与尾气催化净化器左侧进气口相连，右侧设有出气口，气液分离器上部左侧设有冷却水出口，下部右侧设有冷却水进口底部连有生物醋液接收罐，生物醋液接收罐底部设有导出阀。

可选的，所述的气化炉可选用上吸式，下吸式和横吸式，所述的蒸汽进口处热解室内设置蒸汽分布器，所述的热解室内设置的催化剂为天然矿石为白云石、石灰石或橄榄石，所述的水蒸气通过水蒸气调节阀控制流量经水蒸气进口进入热解室内与可燃气体充分混合，在催化剂作用下可使碳氢化合物发生裂解反应生成h2和co，可使co2发生还原反应还原成h2和co，可使可燃气体夹带的焦油发生裂解反应合成h2和ch4，整个反应过程水蒸气流量控制在0.2-2m³/h，反应温度为800-1000℃，生物碳有效转化率达到98％，可燃气体焦油含量在5-8mg/m³，可燃气体h2、co和ch4的成分含量分别达到30-33％、25-28％和2-5％，可燃气体燃烧热值达到11000-15000kj/kg。生物碳的有效转化率达到98％，所述的气化炉其原料为农林废弃物及生活垃圾等有机物，粒径为0.5-50mm，所述的热解室设有点火口3-18个，直径10-100mm，都设有密闭盖，可用燃气喷枪点火，也可用电热棒点火，所述的炉排设有减速电机定时定速智能控制排灰。

可选的，所述的粉碎机原料为农林废弃物，粉碎粒径为0.5-10mm，

可选的，所述的原料旋流干燥器内径200-2000mm，筒高2000-8000mm，设有除静电装置，加热夹套306内径300-3000mm，筒高1800-7800mm，在水蒸气出口与水蒸气调节阀之间可设置过滤器或旋风除尘器，原料旋风干燥器和加热夹套及相应的管道都要设置保温层，所述的混合器内径100-1000mm，筒高500-1000mm。

可选的，所述的气液分离器可设置水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式，其结构可为列管式、盘管式和板式，设置换热面积为1-100m²,所述的生物醋液接收罐可设置两个罐通过管道阀门连接切换交替使用，所述的生物醋液接收罐分离出来的生物醋液为不含焦油的纯天然生物醋液。

可选的，所述的催化吸附净化器内填充矿石催化剂和活性炭吸附剂。

可选的，所述的水封水洗净化器设有气体分布器浸于调配后的生物醋液内。

可选的，所述的射流器的第三燃气出口设有阻火装置。

可选的，所述的双层螺旋滚筒低温热解炉外层螺旋滚筒直径500-5000mm，长3000-10000mm,内层螺旋滚筒直径300-3000mm，长3000-10000mm，所述的双层螺旋滚筒低温热解炉也可设置为三层或多层，所有内部件采用特种耐高温贵重金属钢制成，坚固耐用，不变形，不氧化，保温性能好，所述的尾气催化净化器内设置uv光解催化器、等离子净化器和活性炭净化器，可实现co2和so2零排放，nox微量排放，烟尘排放量低于46mg/m³，所述的双层螺旋滚筒低温热解炉可设置燃气加热或电加热，所述的滑动温度传感器可分别在内层螺旋滚筒和外层螺旋滚筒设置，每层可设置3-6个温度传感器，温度控制范围为250-350℃，所述的低温热解物料出口出来的粉体颗粒燃料粒径为0.2-10mm，外观为棕褐色，容重30-50kg/m³，燃烧热值可达4300-4800kca/kg，可直接做粉体燃料燃烧，所述的第六气体出口为低温热解分离出来的无焦油混合气体，其温度为250-350℃。

可选的，所述的颗粒燃料压块机可设置圆柱状压块机，成品颗粒直径为0.5-50mm,长10-100mm，也可设置多边形柱状压块机，成品颗粒截面积为400-600mm²,长10-100mm，容重800-1300kg/m³，燃烧热值可达4500-5000kca/kg。

本发明在上述设备基础上，还公开一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产工艺，包括如下步骤：

步骤一；启动螺旋加料器，将农林废弃物投入气化炉内，打开燃气引风机和鼓风机，使气体由气化炉第二气体出口出来经第一旋风除尘器除尘后，通过混合器进入旋流干燥器加热夹套，经第三气体出口进入气液分离器，进行气液分离收集生物醋液；

步骤二；分离后的气体经第五气体出口进入催化吸附净化器，进行催化反应和吸附净化，净化后的气体经燃气引风机进入水封水洗净化器，进行生物醋液洗涤净化，调节调节阀使燃气经射流器与空气混合通过供气管道进入控温燃气炉头；

步骤三；开启自动点火器点燃可燃气体在燃烧室内燃烧供热；开启双层螺旋滚筒低温热解炉、减速电机，使双层螺旋滚筒低温热解炉匀速旋转，观察温度控制仪表，当外层螺旋滚筒温度达到设定温度时，开启粉碎机，将原料粉碎后通过管道输送至旋流干燥器内，干燥后的物料经卸料器流出，进入进料斗，经水平螺旋加料器匀速进入内层螺旋滚筒内，在螺旋旋转推动下，物料温度逐渐升高至200℃以上进行预热，预热时间为8-10分钟，预热后物料由右侧出口落入外层螺旋滚筒内继续升温并恒定在200-350℃开始热解，热解时间为8-10分钟，热解后物料经热解物料出口流出，经螺旋输送机送至颗粒燃料压块机进行压制颗粒燃料，压制成型的颗粒燃料落入输送带上经筛分、降温后即为产品。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备结构简单，操作方便，利用农林废弃物热解气化，为双层螺旋滚筒低温热解炉供热，即废物利用，又降低运行成本，成本降低85％以上；利用余热干燥原料，即能实现热量交换降低可燃气体温度，又能充分利用热能降低运行成本，成本降低100％；应用蒸汽催化技术促进可燃气体转化率，转化率可达98％；应用低温热解技术，温度控制为250-350℃，将可溶性糖类和半纤维素裂解气化冷凝制备生物醋液，即无二噁英和二氧化硫产出，又得到副产品；剩余纤维素和木质素热解碳化，即可作粉体燃料直接燃烧利用，又可压制成颗粒燃料，发热量比原煤高，燃烧后无焦油、二噁英和二氧化硫产出；智能控制，操作方便；结构流畅，可实现连续生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备结构示意图；

图中：1、气化炉，101、螺旋加料器，102、热解室，103、第一气体出口，104、第二气体出口，105、第一气体进口，106、第一旋风除尘器，107、保温层，108、水蒸气进口，109、水蒸气调节阀，110、第一止回阀，111、第一水封泄压器，112、炉排，113、集灰室，114、第一排污阀，115、螺旋除灰器，2、粉碎机，3、旋流干燥器，301、水蒸气出口，302、原料进口，303、第一气体调节阀，304、混合器，305、第二气体调节阀，306、第二气体进口，307、加热夹套，308、第三气体出口，309、卸料器，4、第二旋风除尘器，401、第四气体出口，402、第三气体进口，403、第二止回阀，404、第二水封泄压器，405、第二排污阀，5、气液分离器，501、第四气体进口，502、第五气体出口，503、冷却水出口，504、冷却水进口，505、生物醋液接收罐，506、导出阀，6、催化吸附净化器，601、第一燃气进口，602、第一燃气出口，7、燃气引风机，8、水封水洗净化器，801、第三排污阀，802、第二燃气出口，803、第二燃气进口，804、三通，805、第三止回阀，806、火炬，9、射流器，901、燃气吸入口，902、第三燃气出口，10、调节阀，11、鼓风机，12、双层螺旋滚筒低温热解炉，1201、进料斗，1202、水平螺旋加料器，1203、第六气体出口，1204、密封出料口支架，1205、热解物料出口，1206、尾气管道，1207、进气口，1208、尾气催化净化器，1209、出气口，1210、外层螺旋滚筒，1211、内层螺旋滚筒，1212、滚筒支架，1213、滑动温度传感器，1214、供气管道，1215、支架，1216、温控燃气炉头，1217、燃烧室，1218、从动辊轮，1219、齿圈支架，1220、驱动齿轮，1221、减速电机，13、颗粒燃料压块机，1301、螺旋输送机，1302、颗粒燃料输送机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备及工艺，以解决上述现有技术存在的问题，使能源利用率高，设备损害小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

焦油的能量一般占生物质总能量的5％-15％，焦油的产生控制和形态转化是生物质热解气化技术发展中的关键性问题。生物质木质素的发热量高于原煤发热量，但半纤维素和可溶性糖类发热量低，且含硫较多，如果通过无氧热解技术将可溶性糖类和半纤维素裂解气化冷凝制备生物醋液后即终止热解，余下的碳化生物质即可压缩成型制备成生物质固体颗粒燃料，比照用生物质直接压缩成型制备的生物质固体颗粒燃料，具有发热量比原煤高，无二噁英和二氧化硫随烟气产出排放，可替代二噁英和二氧化硫产出多的原煤，适用于目前我国广泛推广使用的生物质固体燃料蒸汽锅炉使用，既有显著的经济效益，又环境友好。冷凝获得的生物醋液含有大量乙酸，且不含生物焦油，可直接制备成植物源农药广谱用于预防和控制植物病虫害；适当稀释可代替硫酸或盐酸制备成植物源浸种剂；高度稀释后可替代化学合成植物生长促进剂制备成植物源叶面肥。生物醋液ph值低，可替代盐酸、硫酸、草酸等无机酸，有效溶解碱性沉积物而制备成陶瓷和玻璃装修的厨房、厕所及外墙清洁剂；生物醋液中的乙酸，其冰点在-30℃以下，远远低于氯盐类的冰点，可替代氯盐类制备成融雪剂用于融化路面冰雪。

为了达到上述效果，本发明提供一种农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备，如图1所示，包括气化炉1，原料粉碎机2，原料旋流干燥器3，第二旋风除尘器4，气液分离器5，吸附净化器6，燃气引风机7，水洗净化器8，射流器9，调节阀10，鼓风机11，双层螺旋滚筒低温热解炉12，颗粒燃料压块机13组成。气化炉1上部螺旋加料器101，中部设有热解室102，外部设有保温层107，下部设有炉排112，下部还设有集灰室113和螺旋除灰器115，气化炉1第二气体出口104通过管道与第一旋风除尘器106的第一气体进口105相连，第一旋风除尘器106下部设有第一水封泄压器111，第一水封泄压器111上部右侧设有第一止回阀110，下部设有第一排污阀114，第一旋风除尘器106上部第一气体出口103通过管道经第二气体调节阀305与混合器304和加热夹套307第二气体进口306相连，双层螺旋滚筒低温热解炉12的第六气体出口1203通过管道与第二旋风除尘器4第三气体进口402相连，第二旋风除尘器4第四气体出口401经第一气体调节阀303与混合器304和加热夹套307第二气体进口306相连，第二旋风除尘器4下部设有第二水封泄压器404，第二水封泄压器404上部右侧设有第二止回阀403，下部设有第二排污阀405，原料粉碎机2与原料旋风干燥器3原料进口302相连，原料旋流干燥器3上部水蒸气出口301通过水蒸气调节阀109与热解室102水蒸气进口108相连，加热夹套307第三气体出口308与气液分离器5第四气体进口501相连，气液分离器5第五气体出口502与催化吸附净化器6的第一燃气进口601相连，第一燃气出口602与燃气引风机7进口相连，出口与水封水洗净化器8的第二燃气进口803相连，第二燃气出口802经三通804分别与第三止回阀805和射流器9的燃气吸入口901相连，第三止回阀805末端连接有火炬806，射流器9的第三燃气出口902通过管道1214与各温控燃气炉头1216相连，水封水洗净化器8底部还设有第三排污阀801，旋风干燥器3下部卸料器309通过进料斗1201和水平螺旋加料器1202与双层螺旋滚筒低温热解炉12的内层螺旋滚筒1211相通，双层螺旋滚筒低温热解炉12固定于支架1215上；内层螺旋滚筒1211又与外层螺旋滚筒1210相通，外层螺旋滚筒1210与低温热解物料出口1205旋转密封嵌接，低温热解物料出口1205设置于密封出料口支架1204上，外层螺旋滚筒1210外部右侧设有滚圈支架1212，左侧设有齿圈支架1219，双层螺旋滚筒低温热解炉12右端设有滑动温度传感器1213，双层螺旋滚筒低温热解炉12外部设有燃烧室1217，滚圈支架1212下部设有从动滚轮1218，齿圈支架1219下部设有驱动齿轮1220，驱动齿轮1220左侧连有减速电机1221，低温热解物料出口1205经螺旋输送机1301与颗粒燃料压块机13相连，颗粒燃料压块机13底部出料口设有颗粒燃料输送带1302，每个燃烧室217上部都设有尾气管道1206，与尾气催化净化器1208左侧进气口1207相连，右侧设有出气口1209，气液分离器5上部左侧设有冷却水出口503，下部右侧设有冷却水进口504底部连有生物醋液接收罐505，生物醋液接收罐505底部设有导出阀506。

进一步优选的，气化炉1可选用上吸式，下吸式和横吸式，蒸汽进口108处热解室102内设置蒸汽分布器，所述的热解室102内设置的催化剂为天然矿石为白云石、石灰石或橄榄石，所述的水蒸气通过水蒸气调节阀109控制流量经水蒸气进口108进入热解室102内与可燃气体充分混合，在催化剂作用下可使碳氢化合物发生裂解反应生成h2和co，可使co2发生还原反应还原成h2和co，可使可燃气体夹带的焦油发生裂解反应合成h2和ch4，整个反应过程水蒸气流量控制在0.2-2m³/h，反应温度为800-1000℃，生物碳有效转化率达到98％，可燃气体焦油含量在5-8mg/m³，可燃气体h2、co和ch4的成分含量分别达到30-33％、25-28％和2-5％，可燃气体燃烧热值达到11000-15000kj/kg。生物碳的有效转化率达到98％，所述的气化炉1其原料为农林废弃物及生活垃圾等有机物，粒径为0.5-50mm，所述的热解室102设有点火口3-18个，直径10-100mm，都设有密闭盖，可用燃气喷枪点火，也可用电热棒点火，所述的炉排112设有减速电机定时定速智能控制排灰。粉碎机2原料为农林废弃物，粉碎粒径为0.5-10mm，

原料旋流干燥器3内径200-2000mm，筒高2000-8000mm，设有除静电装置，加热夹套306内径300-3000mm，筒高1800-7800mm，在水蒸气出口301与水蒸气调节阀109之间可设置过滤器或旋风除尘器，原料旋风干燥器3和加热夹套306及相应的管道都要设置保温层，所述的混合器304内径100-1000mm，筒高500-1000mm。

气液分离器5可设置水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式，其结构可为列管式、盘管式和板式，设置换热面积为1-100m2,所述的生物醋液接收罐505可设置两个罐通过管道阀门连接切换交替使用，所述的生物醋液接收罐505分离出来的生物醋液为不含焦油的纯天然生物醋液。催化吸附净化器6内填充矿石催化剂和活性炭吸附剂。水封水洗净化器8设有气体分布器浸于调配后的生物醋液内。射流器9的第三燃气出口902设有阻火装置。双层螺旋滚筒低温热解炉12外层螺旋滚筒1210直径500-5000mm，长3000-10000mm,内层螺旋滚筒1211直径300-3000mm，长3000-10000mm，所述的双层螺旋滚筒低温热解炉12也可设置为三层或多层，所有内部件采用特种耐高温贵重金属钢制成，坚固耐用，不变形，不氧化，保温性能好，所述的尾气催化净化器1208内设置uv光解催化器、等离子净化器和活性炭净化器，可实现co2和so2零排放，nox微量排放，烟尘排放量低于46mg/m³，所述的双层螺旋滚筒低温热解炉12可设置燃气加热或电加热，所述的滑动温度传感器1213可分别在内层螺旋滚筒1211和外层螺旋滚筒1210设置，每层可设置3-6个温度传感器，温度控制范围为250-350℃，所述的低温热解物料出口1205出来的粉体颗粒燃料粒径为0.2-10mm,外观为棕褐色，容重30-50kg/m³，燃烧热值可达4300-4800kca/kg，可直接做粉体燃料燃烧，所述的第六气体出口1203为低温热解分离出来的无焦油混合气体，其温度为250-350℃。

颗粒燃料压块机13可设置圆柱状压块机，成品颗粒直径为0.5-50mm,长10-100mm，也可设置多边形柱状压块机，成品颗粒截面积为400-600mm²,长10-100mm，容重800-1300kg/m³，燃烧热值可达4500-5000kca/kg。

本发明还公开一种采用上述农林废弃物低温热解高热值颗粒燃料生产设备的生产工艺，具体操作如下：

启动螺旋加料器101，将直径不大于100mm的农林废弃物投入气化炉1内，进料高度自动控制在炉排向上垂直距离1200-1400mm范围，打开燃气引风机7和鼓风机11，使气体由气化炉1第二气体出口104出来经第一旋风除尘器106除尘后，通过混合器304进入旋流干燥器3的加热夹套307，经第三气体出口308进入气液分离器5，进行气液分离收集生物醋液，经第五气体出口502进入催化吸附净化器，进行催化反应和吸附净化，经燃气引风机7进入水封水洗净化器8，进行生物醋液洗涤净化，调节调节阀10使燃气经射流器9与空气混合通过供气管道1214进入控温燃气炉头1216，开启自动点火器点燃可燃气体在燃烧室1217内燃烧供热，燃烧尾气经尾气管道1206进入尾气催化净化器1208进行尾气净化处理，最后由净化气体出口排出。物料由旋流干燥器3干燥蒸发出水蒸气经水蒸气出口301通过水蒸气调节阀109和水蒸气进口108进入热解室102促进热解燃烧，充分利用蒸汽，减少气体排放。当燃烧室1217内的各控温燃气炉头1216全部点燃的同时，开启双层螺旋滚筒低温热解炉12和减速电机1221，使双层螺旋滚筒低温热解炉12匀速旋转，观察温度控制仪表，当外层螺旋滚筒1210温度达到设定温度时，开启粉碎机2，将原料粉碎后通过管道输送至旋流干燥器3内，物料含水量为30-35％，物料经旋流干燥器3内壁至上而下旋转受热干燥，干燥时间为10-15秒，水分蒸发为15-20％干燥后的物料经卸料器308流出，进入进料斗1201，经水平螺旋加料器1202匀速进入内层螺旋滚筒1211内，在螺旋旋转推动下，物料温度逐渐升高至200℃以上进行预热，预热时间为8-10分钟，预热后物料由右侧出口落入外层螺旋滚筒1210内继续升温并恒定在200-350℃开始热解。热解时间为8-10分钟，热解后物料经热解物料出口流出，经螺旋输送机送至颗粒燃料压块机13进行压制颗粒燃料，压制成型的颗粒燃料落入输送带上经筛分、降温后即为产品，颗粒燃料可压制圆柱状颗粒燃料，成品颗粒直径为0.5-50mm，长10-100mm，也可压制多边形柱状颗粒燃料，成品颗粒截面积为400-600mm²，长10-100mm，容重800-1300kg/m³，燃烧热值可达4500-5000kca/kg。由双层螺旋滚筒低温热解炉1201热解挥发出来的气体经第六气体出口1203流出，温度为250-350℃，经第一旋风除尘器106除尘后，通过调节阀303进入旋流干燥器3加热夹套306内，与气化炉1产生的气体温度为800-1000℃混合进行物料干燥，两种混合后温度为即利用了余热，又降低燃气温度。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。