一种生物质多联产能量梯级利用的装置的制作方法

1.本新型属于生物质发电和活性炭和制备技术领域，具体公开了一种生物质多联产能量梯级利用的装置。


背景技术：

2.活性炭具有发达的多孔结构，是一种优质的碳吸附材料，被广泛应用于环保、食品、医药、化工等领域。我国是活性炭需求大国，且活性炭需求量逐年上升。活性炭生产主要分为炭化和活化两个过程。木质活性炭的炭化过程是将木质原料在缺氧条件和一定温度下发生热解反应，释放出合成气（甲烷、氢气和一氧化碳等）以及芳香烃类大分子物质焦油等。水蒸气活化过程是水与碳进行造孔反应，生成具有一定空隙结构的活性炭。热解反应产生的焦油和可燃混合气热值较高，合理利用将产生较好的经济效益。本专利将活性炭制备与生物质直燃发电相耦合，对木质生物质热解制炭过程中产生的大量能量进行梯级利用，不仅能得到高附加值的活性炭产品，而且将活性炭生产过程中产生的多余可燃气体和燃烧烟气投入生物质直燃发电系统进行焚烧发电和烟气净化，能降低运行成本，提高电厂效益。
3.公布号为cn 207891282 u的中国实用新型专利文献公开了一种农林生物质多联产制备油、气和炭基肥的系统。该专利将农林废弃无热解过程中的产物，通过油气分离得到热解气用于内燃机发电，油水分离得到生物油和木醋液，木醋液与热解炭混合得到生物炭，生物炭与化肥通过挤压造粒制得无机复合肥。其流程复杂，附加产物生物油不能直接售卖，仍存在后处理和能源浪费的。而且其需要内燃机发电，内燃气对可燃气要求较高。


技术实现要素：

4.解决的技术问题：针对上述技术问题，本新型提供一种生物质多联产能量梯级利用的装置，能够将生物质热解制备活性炭过程中产生的焦油、可燃气等混合气体通过不完全燃烧、换热器换热等方式用于供给热解和活化过程所需热量，同时将剩余能量通入生物质炉膛，并利用生物质电厂汽轮机乏汽用于活性炭活化过程，实现能量的梯级利用，提高能量利用率，同时提高了生物质电厂产能，获得高附加值的活性炭产品，全过程环保无污染，具有较高的经济效益。
5.技术方案：一种生物质多联产能量梯级利用的装置，所述生物质多联产能量梯级利用的装置包括活性炭制备装置和生物质直燃发电装置，所述活性炭制备装置包括从上游到下游依次连接的生物质原料、破碎机、烘干炉、炭化炉和活化炉，所述生物质直燃发电装置包括生物质燃烧装置，所述活性炭制备装置还包括空气a、二燃室和换热器a，所述二燃室与炭化炉双向管道连接，炭化炉产生的焦油和可燃混合气进入二燃室不完全燃烧，二燃室中生成的高温焦油、可燃气和烟气混合气通入炭化炉中供给炭化过程所需的热量进行换热，炭化炉中换热后的高温焦油、可燃气和烟气混合气出口与换热器a的热气进口管道连接，空气a与换热器a的冷气进口管道连接，换热器a的热气出口与生物质燃烧装置管道连接，换热器a的冷气出口与烘干炉的进气口连接，换热器a的冷气出气作为换热气体烘干炉
内的生物质原料。
6.作为优选，所述活性炭制备装置还包括空气b和换热器b，换热器b的热气进口与活化炉的可燃混合气出口管道连接，换热器b的热气出口与生物质燃烧装置管道连接，空气b与换热器b的冷气进口管道连接，换热器b的冷气出口与烘干炉的进气口管道连接，换热器b的冷气出气作为换热气体烘干炉内的生物质原料。
7.作为优选，所述活性炭制备装置还包括除铁器，除铁器设于破碎机和烘干炉之间，用于除去生物质原料中的铁磁性杂质。
8.作为优选，所述活性炭制备装置还包括除尘器，所述除尘器进气口与烘干炉出气口管道连接，用于去除烘干炉内换热气体中的尘土，除尘器出气排空。
9.作为优选，所述活性炭制备装置还包括引风机，所述引风机与除尘器出气口连接，用于加速除尘器的出气排空。
10.作为优选，所述活性炭制备装置还包括活性炭破碎磨粉装置，活性炭破碎磨粉装置设于活化炉的下游，用于破碎磨粉活化炉制备的活性炭得成品活性炭。
11.作为优选，所述生物质直燃发电装置还包括烟气净化装置，所述烟气净化装置的烟气进口与生物质燃烧装置的烟气出口管道连接，烟气净化装置用于净化烟气。
12.作为优选，所述生物质直燃发电装置还包括汽轮机，汽轮机利用生物质燃烧装置产生的高温烟气的热量进行发电并产生乏汽，所述汽轮机部分乏汽与活化炉活化水蒸气进口管道连接。
13.有益效果：1、本新型所述生物质多联产能量梯级利用的装置将炭化和活化过程中产生的热量，通过不完全燃烧和换热器换热等方式，在满足炭化、活化和烘干过程所需热量的基础上，将多余热量通入生物质炉膛，实现能量梯级利用，提高了能源利用率，节约能源，在获得高附加值活性炭产品的基础上，提高了生物质电厂的产能和经济效益。
14.2、本新型所述生物质多联产能量梯级利用的装置利用生物质电厂乏汽和烟气净化装置用于活性炭制备，提高了能源利用率，节约了能源，节省了设备投资，实现了较好的经济效益和环保效益。
15.3、本新型所述生物质多联产能量梯级利用的装置全过程流程简单，操作性强，将活性炭生产线与生物质直燃发电相耦合，提高了经济效益。
16.4、与公布号为cn 207891282 u的中国实用新型专利相比，本新型依靠生物质直燃电厂完整的生产线，将生物质直燃发电燃料中质量较好的木质原料用于制备活性炭。热解过程产生的热解炭、可燃气、焦油等，通过系统流程优化设计，除了供给自身烘干、炭化、活化热量外，剩余热量通入生物质炉膛燃烧，进行发电，实现了能量的优化梯级利用，提高生物质电厂产能，不存在高分子混合物焦油的后处理问题，节约成本，工艺简单，可操作性高，热解炭经过活化得到的活性炭产品，市值高，具有更高的市场价值。在生产活性炭的基础上，将热量进行了梯级利用，实现了生物质热解能量的全部高效利用，提高了生物质直燃电厂发电产能，环保无污染。且本新型中混合气直接通入生物质直燃炉膛，协同处理，成本低，且经济效果好。本新型制得的木质活性炭相较于cn207891282 u专利中的生物炭基复合肥具有更大的市场价值，经济效益更优。
附图说明
17.图1为本新型所述生物质多联产能量梯级利用的装置结构示意图；
18.图中各数字标号代表如下：1.破碎机；2.烘干炉；3.炭化炉；4.活化炉；5.二燃室；6.换热器a；7.换热器b；8.除铁器；9.除尘器；10.引风机；11.活性炭破碎磨粉装置；12.烟气净化装置；13.汽轮机；14.生物质燃烧装置。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本新型作进一步描述。
20.实施例1
21.一种生物质多联产能量梯级利用的装置，所述生物质多联产能量梯级利用的装置包括活性炭制备装置和生物质直燃发电装置，所述活性炭制备装置包括从上游到下游依次连接的生物质原料、破碎机1、烘干炉2、炭化炉3和活化炉4，所述生物质直燃发电装置包括生物质燃烧装置14，所述活性炭制备装置还包括空气a、二燃室5和换热器a 6，所述二燃室5与炭化炉3双向管道连接，炭化炉3产生的焦油和可燃混合气进入二燃室5不完全燃烧，炭化炉3为外热式套筒炭化炉，分为管程和壳程两部分结构，管程为物料热解区域，壳程为气体供热区域，两区域进行间接换热，不直接接触。二燃室5中生成的高温焦油、可燃气和烟气混合气通入炭化炉3壳程中供给炭化过程所需的热量进行换热，炭化炉3壳程换热后的高温焦油、可燃气和烟气混合气出口与换热器a 6的热气进口管道连接，空气a与换热器a 6的冷气进口管道连接，换热器a 6的热气出口与生物质燃烧装置14管道连接，换热器a 6的冷气出口与烘干炉2的进气口连接，换热器a 6的冷气出气作为换热气体烘干炉2内的生物质原料，所述活化炉4为内热式活化炉。
22.上述生物质多联产能量梯级利用的装置的使用方法如下：将用于活性炭制备的生物质原料（木质），经过破碎机1破碎到粒径为3~5mm，然后进入烘干炉2中进行烘干，使得原料含水率在20%以下，烘干后的物料进入炭化炉3中进行热解炭化，热解炭化温度为500~600℃，使得物料中水分和大部分挥发分析出，获得炭化料产品，炭化料进入后续的活化炉4中进行水蒸气活化（温度在850℃左右），炭化料活化后得到活性炭。物料在炭化炉3中热解炭化过程中产生的焦油和可燃混合气通入二燃室5进行不完全燃烧，通过控制过量空气系数，使得二燃室5中的燃烧温度保持在900—950℃，二燃室5中生成的900-950℃左右的焦油、可燃气和烟气混合气通入炭化炉3壳程中供给炭化过程所需的热量换热后的混合气温度在550-600℃左右，仍较高，该部分气体经过换热器a 6进行换热，加热空气，换热后烟温为300-350℃左右，空气入口温度为室温25℃左右，通过换热器换热后热空气温度达到200-250℃左右，获得的热空气通入烘干炉2中进行物料烘干。
23.实施例2
24.同实施例1，区别在于，所述活性炭制备装置还包括空气b和换热器b 7，换热器b 7的热气进口与活化炉4的可燃混合气出口管道连接，换热器b 7的热气出口与生物质燃烧装置14管道连接，空气b与换热器b 7的冷气进口管道连接，换热器b 7的冷气出口与烘干炉2的进气口管道连接，换热器b 7的冷气出气作为换热气体烘干炉2内的生物质原料，其中，空气入口温度为环境温度25℃左右，出口热空气温度达到200-250℃左右，换热器b 7入口高温烟气温度为900℃左右，出口热烟气温度为350-300℃左右。所述活性炭制备装置还包括
除铁器8，除铁器8设于破碎机1和烘干炉2之间，用于除去生物质原料中的铁磁性杂质。所述活性炭制备装置还包括除尘器9，所述除尘器9进气口与烘干炉2出气口管道连接，用于去除烘干炉2内换热气体中的尘土，除尘器9出气排空。所述活性炭制备装置还包括引风机10，所述引风机10与除尘器9出气口连接，用于加速除尘器9的出气排空。所述活性炭烟气净化装置12制备装置还包括活性炭破碎磨粉装置11，活性炭破碎磨粉装置11设于活化炉4的下游，用于破碎磨粉活化炉4制备的活性炭得成品活性炭。所述生物质直燃发电装置还包括烟气净化装置12，所述的烟气进口与生物质燃烧装置14的烟气出口管道连接，烟温850℃-1050℃左右，烟气净化装置12用于净化烟气。所述生物质直燃发电装置还包括汽轮机13，所述汽轮机13与烟气净化装置12管道连接，汽轮机13利用生物质燃烧装置14产生的高温烟气的热量进行发电并产生乏汽，所述汽轮机13乏汽与活化炉4活化水蒸气进口管道连接。
25.上述装置的使用方法如下：将用于活性炭制备的生物质原料（木质），经过破碎机1破碎到粒径为3~5mm，然后进入烘干炉2中进行烘干，使得原料含水率在20%以下，烘干后的物料进入炭化炉3中进行热解炭化，热解炭化温度为500~600℃，使得物料中水分和大部分挥发分析出，获得炭化料产品，炭化料进入后续的活化炉4中进行水蒸气活化（温度在850℃左右），炭化料活化后得到活性炭。物料在炭化炉3中热解炭化过程中产生的焦油和可燃混合气通入二燃室5进行不完全燃烧，通过控制过量空气系数，即控制通入二燃室5空气量，使得二燃室5燃烧温度在900-950℃左右，二燃室5中不完全燃烧生成的900-950℃左右的高温焦油、可燃气和烟气混合气通入炭化炉3壳程中供给炭化过程所需的热量，供热后混合气体温度在550-600℃左右，混合气温度仍较高，该部分气体经过换热器a 6进行换热，加热常温空气，获得的200-250℃热空气通入烘干炉2中进行物料烘干，烟气换热后温度降至300-350℃左右。活化过程产生的可燃气相对较少，该部分可燃气一部分活化炉4中燃烧供给活化过程所需热量，换热后900℃左右的烟气、可燃气混合气再经过换热器b 7换热，加热常温空气，获得200-250℃的热空气，与换热器a 6出口200-250℃热空气混合，共同通入烘干炉2中，用于物料烘干，换热后的热空气（50℃-100℃）经除尘器9除尘后可直接排空。
26.经过换热器a 6和换热器b 7换热后的混合气，温度在300-350℃左右，含有水、焦油、可燃气、烟气等成分，该部分混合气具有一定的热值（比热容在1-1.5kj/kg.k左右），将其共同通入生物质炉膛中，与生物质燃料协同燃烧，实现能量的全利用，提高了电厂的产能，且通过燃烧后，进入生物质直燃电厂烟气净化系统，节省了活性炭生产线的设备投资，全流程环保无污染，解决了能量利用的问题以及活性炭制备过程中的环保问题。