本實用新型屬于生物質熱解技術領域，具體涉及一種生物質連續(xù)熱解炭化裝置。

背景技術：

我國是秸稈產出大國，農作物秸稈的污染問題一直是困擾農業(yè)發(fā)展的瓶頸。根據(jù)生物質轉化途徑，目前生物質能源化利用技術包括物理轉化、生物轉化和化學轉化。物理轉化主要為物理壓縮、壓塊處理，制備生物質固體成型燃料；生物轉化主要是厭氧消化制沼氣和發(fā)酵生產乙醇；化學轉化包括液化、氣化、炭化等，是目前國內外研究的重點，主要集中在生物質液化和氣化方面的研究，對于生物質炭化制備生物質炭燃料的研究較少，且目前的生物質熱解炭化技術一般采用間歇工藝在中溫(400℃-700℃)或高溫(≥700℃)下進行，成本高、大多停留在實驗室研究階段。

生物質熱解是指生物質在無氧或低氧的條件下，通過熱化學反應將生物質大分子物質(木質素、纖維素和半纖維素)分解成較小分子的燃料物質(固態(tài)炭、可燃氣、生物油)的熱化學轉化技術方法。

現(xiàn)有技術中，CN102703099A公開了一種垂直移動床稻殼碳化爐，該垂直移動床稻殼碳化爐包括顆粒系統(tǒng)、燃氣系統(tǒng)、操作氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，顆粒系統(tǒng)形成稻殼下落的垂直移動床，所述操作氣系統(tǒng)為產生操作氣的工作部，所述稻殼在垂直移動床內與操作氣發(fā)生逆流熱交換；所述燃氣系統(tǒng)包括冷凝器、燃氣風機和副燃氣風機，所述燃氣風機和副燃氣風機利用管道連接顆粒系統(tǒng)中上爐體的排氣口，所述冷凝器設置于所述管道上；所述操作氣系統(tǒng)包括設置有主燃燒器和點火燃燒器的燃燒室，所述主燃燒器連接送風機和所述副燃氣風機。該碳化爐在運行時，稻殼從垂直移動床的上部進料，在其內部依靠重力實現(xiàn)自流，稻殼在碳化爐內發(fā)生熱解反應，反應的氣相產物經過冷凝器分離為兩相：氣相產物為可燃氣體，液相產物為粘度很低的輕質木焦油，可燃氣體由燃氣風機驅動，送至燃氣用戶；燃氣風機送出的可燃氣體分出一路，由副燃氣風機升壓后送入燃燒器，可燃氣體與空氣在燃燒室內燃燒，生成高溫煙氣，經過噴水減溫器后，煙氣溫度被精確調制到指定溫度，作為碳化爐的操作氣使用。

上述垂直移動床稻殼碳化爐在生產規(guī)模上實現(xiàn)了稻殼的控溫連續(xù)碳化，產品為活性碳化稻殼、輕質木焦油和可燃氣體，無廢水排放。但是，碳化爐產生的可燃氣體不可避免的會攜帶出部分的碳顆粒和粉塵，如直接進入冷凝器及后續(xù)的循環(huán)燃燒系統(tǒng)，會在冷凝器內部結垢，影響換熱效率，且收集的液體產物含雜質過多，品質不高；同時，固體粉塵隨可燃氣體進入燃燒器，會造成燃燒器堵塞、氣體燃燒不均勻，甚至爆燃的現(xiàn)象，影響進入碳化爐的操作氣溫度的可控性及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種生物質連續(xù)熱解炭化裝置，解決現(xiàn)有碳化爐產生的可燃氣體攜帶碳顆粒和粉塵進入燃氣循環(huán)系統(tǒng)，造成的系統(tǒng)結垢、液體含雜質過多及燃燒不均勻的問題。

為了實現(xiàn)以上目的，本實用新型所采用的技術方案是：

一種生物質連續(xù)熱解炭化裝置，包括移動床熱解系統(tǒng)和燃氣循環(huán)系統(tǒng)，所述移動床熱解系統(tǒng)包括移動床熱解炭化爐，所述燃氣循環(huán)系統(tǒng)包括除塵器、冷凝器和回流加熱器，所述除塵器的氣體進口與移動床熱解炭化爐的熱解氣出口相連接，除塵器的氣體出口與所述冷凝器的氣體進口相連接，冷凝器的氣體出口與所述回流加熱器的燃氣進口相連接，回流加熱器的熱氣流出口與移動床熱解炭化爐的熱氣流進口相連接。

所述除塵器為旋風除塵器。

所述燃氣循環(huán)系統(tǒng)還包括設置在冷凝器與回流加熱器之間的吸附器，所述吸附器的氣體進口與冷凝器的氣體出口相連接，吸附器的氣體出口與回流加熱器的燃氣進口相連接。

所述回流加熱器上還設有助燃氣體進口和氮氣進口，用于向回流加熱器供助燃氣體和/或氮氣。

所述回流加熱器還設有輔助加熱系統(tǒng)，所述輔助加熱系統(tǒng)為設置在回流加熱器上的補充燃料進口或設置在回流加熱器內部的電加熱器，用于補充燃料或補充自循環(huán)能量的不足。優(yōu)選的，所述補充燃料為天然氣。

所述回流加熱器上連接有尾氣排放管道；或者，回流加熱器的熱氣流出口與移動床熱解炭化爐的熱氣流進口相連接的管道上連接有尾氣排放管道。

所述移動床熱解炭化爐的頂部設有進料口、底部設有出料口，所述進料口、出料口連接的管道上均依次串聯(lián)設置有2～3個閥門，通過上、下閥門的交錯開閉實現(xiàn)進料和/或排料時設備的密閉。

所述移動床熱解炭化爐內部還設有物料層料位探測器，用于探測物料層料位并反饋給PLC自動化控制系統(tǒng)，通過PLC自動化控制系統(tǒng)控制進料口、出料口處的閥門實現(xiàn)自動進料和/或自動出料。

所述的生物質連續(xù)熱解炭化裝置，還包括進料系統(tǒng)，所述進料系統(tǒng)包括原料倉，所述原料倉的排料口與設置在移動床熱解炭化爐頂部的進料口相連接。

所述原料倉的排料口與移動床熱解炭化爐的進料口通過螺旋輸送機相連接。

所述的生物質連續(xù)熱解炭化裝置，還包括出料系統(tǒng)，所述出料系統(tǒng)包括成品儲罐，所述成品儲罐的進口與設置在移動床熱解炭化爐底部的出料口通過帶有冷卻系統(tǒng)的螺旋輸送機相連接。

本實用新型的生物質連續(xù)熱解炭化裝置是一個連續(xù)式的反應系統(tǒng)，運行時，原料顆粒進入移動床熱解炭化爐，在其內部依靠重力從炭化爐頂部下降到底部；來自回流加熱器的熱氣流從炭化爐的底部上升至頂部，兩股物料在垂直面以相反方向移動并形成持續(xù)反應區(qū)域；爐內維持著溫度梯度，原料顆粒從爐頂移動到爐底的過程中，首先失去水分被干燥，原料顆粒持續(xù)下降，逐漸通過溫度更高區(qū)域，此時會有部分生物質發(fā)生熱解反應，釋放出CO、CO₂及輕組分有機物等，底部熱解完成后在爐底得到所需生物質炭燃料；熱解出的含有機物的氣體經熱解氣出口進入燃氣循環(huán)系統(tǒng)，依次經除塵器除塵、冷凝器冷凝后，經回流加熱器燃燒，產生熱氣流進入移動床熱解炭化爐作為熱源，實現(xiàn)能量循環(huán)利用。

其中，移動床熱解炭化爐產生的可燃氣體先經過除塵器除塵再進入冷凝器；除塵器除去了可燃氣體攜帶的大部分碳顆粒和粉塵，極大的減少了進入冷凝器氣體中固體雜質的含量，避免了冷凝器內部結垢的現(xiàn)象，減少了冷凝液體中固體雜質的含量，提高了冷凝產品的品質；經過除塵的可燃氣體進入回流加熱器，極大的避免了回流加熱器堵塞、氣體燃燒不均勻、燃燒效率不高，甚至爆燃的現(xiàn)象，使進入炭化爐的熱氣流溫度易于控制，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

進一步的，該生物質連續(xù)熱解炭化裝置，根據(jù)移動床熱解炭化爐內部的物料層料位探測器探測信號，一旦探測料位不足，通過PLC自動化控制系統(tǒng)啟動螺旋輸送機和閥門，原料顆粒定量進入兩閥門之間，然后根據(jù)時間連鎖裝置，關閉上部閥門，打開下部閥門，自動加料；底部熱解完成，啟動上部閥門，產物定量進入兩閥門之間，然后根據(jù)時間連鎖裝置，關閉上部閥門，打開下部閥門，自動出料。通過PLC自動化控制系統(tǒng)控制自動進料和自動出料實現(xiàn)設備運行的連續(xù)性。

進一步的，該生物質連續(xù)熱解炭化裝置中，回流加熱器上還設有助燃氣體進口和氮氣進口，用于向回流加熱器供助燃氣體和/或氮氣。回流加熱器上還設有輔助加熱系統(tǒng)，可以補充燃料或電加熱，補充燃料是天然氣，用于補充自循環(huán)能量的不足。助燃氣體進口、氮氣進口和補充燃料進口都采用切向進料，助燃氣體的加入量是依據(jù)熱解氣的流量信號自動控制，以保證燃燒的正常進行。移動床熱解炭化爐的反應溫度是依據(jù)溫度信號，輔助加熱或在回流加熱器燃燒段后部加入一定流量的氮氣，以保證炭化爐的溫度穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為實施例1的生物質連續(xù)熱解炭化裝置的結構示意圖；

圖2為實施例2的生物質連續(xù)熱解炭化裝置的結構示意圖；

圖3為實施例3的生物質連續(xù)熱解炭化裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。

實施例1

本實施例的生物質連續(xù)熱解炭化裝置，如圖1所示，包括移動床熱解系統(tǒng)、進料系統(tǒng)、出料系統(tǒng)和燃氣循環(huán)系統(tǒng)，所述移動床熱解系統(tǒng)包括移動床熱解炭化爐1，所述移動床熱解炭化爐1的頂部設有進料口1-3、底部設有出料口1-4；所述進料系統(tǒng)包括原料倉6，所述原料倉6的排料口通過第一管道與設置在移動床熱解炭化爐1頂部的進料口1-3相連接，所述第一管路上還設有螺旋輸送機，用于將原料倉6的原料送入移動床熱解炭化爐1；所述出料系統(tǒng)包括成品儲罐7，所述成品儲罐7的進口通過第二管路與設置在移動床熱解炭化爐1底部的出料口1-4相連接；所述第二管路上還設有帶有冷卻系統(tǒng)的螺旋輸送機。

本實施例的生物質連續(xù)熱解炭化裝置是一個密閉的內循環(huán)反應系統(tǒng)，所述第一管路靠近進料口1-3處設有閥門組8，閥門組8包括依次設置的2個自動閥門8-1、8-2，第二管路靠近出料口1-4處設有閥門組9，閥門組9包括依次設置的2個自動閥門9-1、9-2，通過上、下閥門的交錯開閉實現(xiàn)運行時設備的密閉；所述移動床熱解炭化爐1內部還設有物料層料位探測器(料位激光探頭，圖中未畫出)，用于探測物料層料位并反饋給PLC自動化控制系統(tǒng)，通過PLC自動化控制系統(tǒng)控制進料口、出料口處的自動閥門組8、9實現(xiàn)自動進料和/或自動出料。

所述燃氣循環(huán)系統(tǒng)包括旋風除塵器2、冷凝器3和回流加熱器5，所述旋風除塵器2的氣體進口2-1與移動床熱解炭化爐1的熱解氣出口1-2相連接，旋風除塵器2的氣體出口2-2與所述冷凝器3的氣體進口3-1相連接，旋風除塵器2的底部還設有用于排出收集粉塵的集塵出口2-3；冷凝器3的氣體出口3-2通過第三管路與所述回流加熱器5的燃氣進口5-1相連接，冷凝器3的底部還設有用于排出冷凝液體的排液口3-3；所述第三管路上還設有用于燃氣循環(huán)的循環(huán)泵；回流加熱器5的熱氣流出口5-2通過第四管路與移動床熱解炭化爐1的熱氣流進口1-1相連接，所述第四管道上還設有電動三通閥10，該電動三通閥10連接有用于排放尾氣的尾氣排放管道。

所述回流加熱器5上還設有補充燃料進口5-5(輔助加熱系統(tǒng))、助燃氣體進口5-3和氮氣進口5-4，分別連接天然氣管線、空氣管線和氮氣管線，所述天然氣管線、空氣管線和氮氣管線上分別設有電動閥門13、11、12，用于向回流加熱器供天然氣和/或空氣和/或氮氣。

本實施例的生物質連續(xù)熱解炭化裝置是一個連續(xù)式的反應系統(tǒng)，運行時，原料倉6中的原料顆粒(如玉米秸稈壓縮顆粒)通過螺旋輸送機經進料口1-3進入移動床熱解炭化爐1，在其內部依靠重力從炭化爐頂部下降到底部；來自回流加熱器5的熱氣流從炭化爐的底部上升至頂部，兩股物料在垂直面以相反方向移動并形成持續(xù)反應區(qū)域；爐內維持著溫度梯度，原料顆粒從爐頂移動到爐底的過程中，首先失去水分被干燥，原料顆粒持續(xù)下降，逐漸通過溫度更高區(qū)域，此時生物質發(fā)生熱解反應，釋放出CO、CO₂及輕組分有機物等，底部熱解完成后在爐底得到所需生物質炭燃料；熱解出的含有機物的氣體經熱解氣出口1-2進入燃氣循環(huán)系統(tǒng)，依次經旋風除塵器2除塵、冷凝器3冷凝后，經回流加熱器5燃燒，產生熱氣流進入移動床熱解炭化爐1作為熱源，實現(xiàn)燃氣循環(huán)利用。

其中，移動床熱解炭化爐1產生的可燃氣體先經過旋風除塵器2除塵，再進入冷凝器3；除塵器除去了可燃氣體攜帶的碳顆粒和粉塵，極大的減少了進入冷凝器的氣體中固體雜質的含量，避免了冷凝器內部結垢的現(xiàn)象，減少了冷凝液體中固體雜質的含量，提高了冷凝產品的品質；經過除塵的可燃氣體進入回流加熱器，極大的避免了回流加熱器堵塞、氣體燃燒不均勻、燃燒效率不高，甚至爆燃的現(xiàn)象，使進入炭化爐的熱氣流溫度可控，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

該生物質連續(xù)熱解炭化裝置，根據(jù)移動床熱解炭化爐1內部的物料層料位探測器探測信號，一旦探測料位不足，通過PLC自動化控制系統(tǒng)啟動螺旋輸送機和自動閥門組8，原料顆粒定量進入兩閥門之間，然后根據(jù)時間連鎖裝置，關閉上部閥門，打開下部閥門，自動加料；熱解完成，啟動自動閥門組9，產物定量進入兩閥門之間，然后根據(jù)時間連鎖裝置，關閉上部閥門，打開下部閥門，自動出料。通過PLC自動化控制系統(tǒng)控制自動進料和自動出料實現(xiàn)設備運行的連續(xù)性。

該生物質連續(xù)熱解炭化裝置中，回流加熱器5上設有助燃氣體進口5-3、氮氣進口5-4和補充燃料進口5-5(輔助加熱系統(tǒng))，進口都采用切向進料，助燃氣體(空氣)的加入量是依據(jù)熱解氣的流量信號自動控制，以保證燃燒的正常進行。移動床熱解炭化爐1的反應溫度是依據(jù)溫度信號，在回流加熱器5燃燒段后部加入一定流量的氮氣或補充燃料，以保證炭化爐的溫度穩(wěn)定。

該生物質連續(xù)熱解炭化裝置的壓力由PLC自動化控制系統(tǒng)自動控制，為了維持爐體壓力的穩(wěn)定，排放一部分煙氣。

實施例2

本實施例的生物質連續(xù)熱解炭化裝置，如圖2所示，與實施例1不同之處在于：所述燃氣循環(huán)系統(tǒng)還包括設置在冷凝器3與回流加熱器5之間的吸附器4，所述吸附器4的氣體進口4-1與冷凝器3的氣體出口3-2相連接，吸附器4的氣體出口4-2與回流加熱器5的燃氣進口5-1相連接；所述吸附器4的底部還設有用于排出吸附物質的排液口4-3。

所述吸附器4的作用是吸附除去冷凝器3未能處理的、被氣流攜帶出的小液滴，對可燃氣體進行進一步的凈化，提高后續(xù)燃燒的效率和均勻性，進一步提高進入炭化爐的熱氣流溫度的可控性和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

實施例3

本實施例的生物質連續(xù)熱解炭化裝置，如圖2所示，與實施例2不同之處在于：輔助加熱系統(tǒng)為設置在回流加熱器5內部的電加熱器5-7。在系統(tǒng)起始階段或運行過程中自循環(huán)能量不足時，啟動電加熱器5-7為系統(tǒng)補充能量。