專利名稱：利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)和方法，屬于鍋爐煙氣余熱利用和生物質(zhì)能利用的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
化石能源(煤、石油、天然氣等)的大量利用不僅使得其資源枯竭，而且造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此，世界各國(guó)都將可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用作為能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。生物質(zhì)是植物通過(guò)光合作用生成的有機(jī)物質(zhì)，由于其具有資源儲(chǔ)量豐富、分布廣泛、清潔以及零CO2凈排放等的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種重要的可再生能源。據(jù)估計(jì)，每年地球上僅通過(guò)光合作用生成的生物質(zhì)總量就達(dá)1440-1800億噸(干重)，相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。根據(jù)來(lái)源的不同，將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。我國(guó)生物質(zhì)資源豐富，僅生物質(zhì)秸桿就達(dá)7億噸左右。隨著農(nóng)村商品能源(液化氣、電等)使用量迅速增加，大量農(nóng)作物秸桿被棄于田間地頭隨意焚燒，這不僅浪費(fèi)了寶貴的能源資源，而且造成了嚴(yán)重環(huán)境污染。因此，開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。生物質(zhì)能利用技術(shù)主要包括生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)、氣化發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)制油技術(shù)以及生物質(zhì)成型燃料等。上述技術(shù)的應(yīng)用對(duì)生物質(zhì)原料均有一定的技術(shù)要求。由于生物質(zhì)原料具有含水率高、熱值低、能量密度低、易腐爛、磨削性差以及季節(jié)性強(qiáng)等缺點(diǎn)，如不對(duì)其進(jìn)行干燥和炭化等預(yù)處理，不僅會(huì)嚴(yán)重降低了其長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性以及儲(chǔ)存周期，而且還會(huì)降低生物質(zhì)原料的發(fā)熱量，并顯著提高生物質(zhì)利用過(guò)程中的煙氣處理量，從而顯著增大鍋爐等本體及輔助設(shè)備的尺寸，最終導(dǎo)致其熱效率降低以及制造成本顯著增加。生物質(zhì)干燥與炭化是生物質(zhì)預(yù)處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。生物質(zhì)干燥是利用熱源除去生物質(zhì)中外在水分的過(guò)程，生物質(zhì)炭化是在缺氧條件下低溫?zé)峤馐股镔|(zhì)原料轉(zhuǎn)換成以生物質(zhì)炭為主要產(chǎn)品的加工過(guò)程。生物質(zhì)干燥與炭化可以顯著提高生物質(zhì)的發(fā)熱量和能量密度，改善其粉磨性和疏水性，從而使得其更適宜長(zhǎng)距離運(yùn)輸和長(zhǎng)期儲(chǔ)存。自然晾曬法是最早使用的也是最為有效的生物質(zhì)干燥方法，但該法占地面積大且費(fèi)時(shí)，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。專利CN101693248A公開(kāi)了一種使用高溫?zé)煔鈱?duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥的方法，其使含水生物質(zhì)原料經(jīng)高溫?zé)煔飧稍锖螅俳?jīng)過(guò)加熱加壓處理，制成流體化漿體。這種方法不僅需要引入外部高溫干燥介質(zhì)，能量消耗極大，而且僅適用于處理高含水率(75% -85% )的水生生物質(zhì)。專利CN100455965C公開(kāi)了一種生物質(zhì)干燥方法及板式干燥機(jī)，通過(guò)向封閉的箱體內(nèi)鼓入高溫氣體，同時(shí)引出干燥過(guò)程中產(chǎn)生的濕氣，使得生物質(zhì)得以干燥。該法僅對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行了干燥處理，干燥過(guò)程需要提供外部干燥介質(zhì)，而且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。CN102954678A公開(kāi)了一種利用生物質(zhì)鍋爐煙氣干燥生物質(zhì)原料的方法和裝置，該法利用生物質(zhì)鍋爐煙氣直接對(duì)履帶式干燥室內(nèi)的生物質(zhì)原 料進(jìn)行干燥處理，而未涉及生物質(zhì)炭化。專利CN101885487A公開(kāi)了一種生物質(zhì)批量連續(xù)制備活性炭的裝置及方法，但該法涉及生物質(zhì)干燥、炭化和活化過(guò)程，主要應(yīng)用于連續(xù)制備生物質(zhì)活性炭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要克服現(xiàn)有生物質(zhì)原料干燥與炭化技術(shù)中存在的系統(tǒng)與設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、難以大型化連續(xù)性生產(chǎn)的缺陷，提供一種利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明具有工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、原料適應(yīng)性廣、干燥與炭化效果好、易于大型化、可連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)，可顯著提高生物質(zhì)的熱值和能量密度，縮小鍋爐及其輔助系統(tǒng)尺寸，大幅提高鍋爐的熱效率。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)，包括鍋爐、尾部煙道、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風(fēng)機(jī)、干燥裝置、高溫預(yù)除塵器、炭化裝置、生物質(zhì)炭冷卻裝置、粉磨裝置、生物質(zhì)炭成型與包裝裝置、排粉機(jī)和熱解氣風(fēng)機(jī)，省煤器和空氣預(yù)熱器設(shè)置在尾部煙道內(nèi)，尾部煙道與除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風(fēng)機(jī)和煙囪依次相連；所述尾部煙道還與高溫預(yù)除塵器、高溫風(fēng)機(jī)和炭化裝置依次相連，干燥裝置連接到炭化裝置；所述炭化裝置一方面通過(guò)熱解氣風(fēng)機(jī)與鍋爐上的熱解氣噴口相連，另一方面通過(guò)生物質(zhì)炭冷卻裝置、粉磨裝置、排粉機(jī)與鍋爐上的生物質(zhì)炭粉噴口相連；生物質(zhì)炭成型與包裝裝置連接到粉磨裝置。本發(fā)明所涉及的利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的方法是:I)煤或生物質(zhì)燃料在鍋爐中燃燒生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔庠阱仩t尾部煙道中與受熱面(省煤器、空氣預(yù)熱器)換熱逐步降低為中低溫?zé)煔猓?jīng)煙氣凈化裝置(除塵裝置和脫硫裝置)凈化后，在引風(fēng)機(jī)作用下由煙囪排出；2)從鍋爐除塵裝置出口處抽取煙氣(占總煙氣量的80% -100%，溫度為130-150°C)送入生物質(zhì)干燥裝置內(nèi)，與此同時(shí)，將含水率較高的生物質(zhì)原料(含水率為20% -40% )送入生物質(zhì)干燥裝置內(nèi)。通過(guò)蓄熱體間接傳熱和多層埋刮板機(jī)相結(jié)合的方式，將煙氣余熱傳遞給生物質(zhì)原料以排除原料中的外在水分；干燥后的生物質(zhì)(溫度為60-90°C，含水率小于10% )直接進(jìn)入 生物質(zhì)炭化裝置，換熱后的煙氣(溫度約為80-90°C )和水蒸汽回送至脫硫除塵裝置的進(jìn)口煙道；3)從鍋爐尾部煙道中的省煤器處抽取中溫?zé)煔?溫度為300_450°C、煙氣量約占總煙氣量的5% -20% )，經(jīng)高溫預(yù)除塵器除去絕大部分飛灰后送入生物質(zhì)炭化裝置內(nèi)，通過(guò)蓄熱體間接傳熱和多層埋刮板機(jī)相結(jié)合的方式，將中溫?zé)煔獾臒崃總鬟f給生物質(zhì)原料，使得生物質(zhì)在缺氧條件下熱解并生成生物質(zhì)炭、熱解氣和焦油三種產(chǎn)物；熱解過(guò)程中生產(chǎn)的熱解氣(CO，H2, VOC等，溫度為250-350°C )經(jīng)專用管道直接送入鍋爐爐膛內(nèi)燃燒；生物質(zhì)炭既可以經(jīng)冷卻和粉磨后直接送入鍋爐燃燒，也可以經(jīng)過(guò)冷卻、粉磨、成型與包裝等工藝生產(chǎn)各種形式的生物質(zhì)炭產(chǎn)品；換熱后的煙氣(溫度為150-250°C )既可以作為生物質(zhì)干燥裝置的熱源，也可以再回送至鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器上游或除塵器進(jìn)口煙道，經(jīng)換熱和凈化后排放。上述過(guò)程中生物質(zhì)干燥裝置入口處的煙氣溫度控制在130_150°C，生物質(zhì)干燥裝置出口處的煙氣溫度控制在80-90°C。上述過(guò)程中生物質(zhì)炭化裝置入口處的煙氣溫度控制在300-450°C，生物質(zhì)炭化室出口處的煙氣溫度控制在150-250°C。生物質(zhì)在干燥裝置和炭化裝置內(nèi)的停留時(shí)間分別控制在10-30min，以便于在合適的煙氣溫度和煙氣量條件下，獲得較高的干燥效率、較高生物質(zhì)炭產(chǎn)量以及較好生物質(zhì)炭產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:I)以鍋爐的中低溫?zé)煔鉃闊嵩?，分別對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥脫水和熱解炭化處理，在對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行連續(xù)干燥與炭化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用。2)干燥和炭化分開(kāi)進(jìn)行，既可以獲得并高效利用高品質(zhì)生物質(zhì)炭和熱解氣，又避免了生物質(zhì)原料直燃過(guò)程所產(chǎn)生的加料困難以及煙氣量含水過(guò)大等缺陷，提高了鍋爐熱效率，減小了生物質(zhì)鍋爐系統(tǒng)尺寸，降低了鍋爐造價(jià)。3)采用蓄熱體間接傳熱和多層埋刮板機(jī)相結(jié)合的方式，直接利用鍋爐尾部中溫?zé)煔鈦?lái)炭化生物質(zhì)，不僅強(qiáng)化了煙氣與生物質(zhì)原料的換熱過(guò)程，而且有效避免了生物質(zhì)炭的復(fù)燃現(xiàn)象。4)生物質(zhì)原料不需要進(jìn)行復(fù)雜的粉碎和成型等預(yù)處理工序，具有原料適應(yīng)性廣、干燥效率高、生物質(zhì)炭產(chǎn)率高、生物質(zhì)炭產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、炭化過(guò)程控制方便、易于大型化以及可連續(xù)性生產(chǎn)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于生物質(zhì)電廠和燃煤電廠。


圖1為本發(fā)明利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的工藝流程圖。圖2為生物質(zhì)干燥裝置剖面圖。圖3為生物質(zhì)干燥裝置內(nèi)煙氣流動(dòng)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明所涉及的利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)主要包括:鍋爐1、尾部煙道2、省煤器3、空氣預(yù)熱器4、除塵裝置6、脫硫除塵裝置8、引風(fēng)機(jī)9、生物質(zhì)干燥裝置11、生物質(zhì)炭化裝置12、高溫預(yù)除塵器13、生物質(zhì)炭冷卻裝置14、粉磨裝置15、熱解氣風(fēng)機(jī)16、排粉機(jī)17、熱解氣噴口 18、生物質(zhì)炭粉噴口 19、生物質(zhì)炭成型與包裝裝置20
坐寸ο煤或生物質(zhì)燃料在鍋爐I中燃燒生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔庠阱仩t尾部煙道2中與受熱面(省煤器3、空氣預(yù)熱器4)換熱逐步降低為中低溫?zé)煔?，?jīng)煙氣凈化裝置(除塵裝置6和脫硫除塵裝置8)凈化后，在引風(fēng)機(jī)9作用下由煙囪10排出。從鍋爐除塵裝置出口煙道7抽取煙氣(占總煙氣量的80% -100%，溫度為130-150°C )，經(jīng)煙箱1102進(jìn)入干燥裝置11內(nèi)的多層煙道1103中，多層煙道1103的四周設(shè)置蓄熱體1104，蓄熱體上部設(shè)置埋刮板輸送機(jī)1105。與此同時(shí)，將含水率較高的生物質(zhì)原料(含水率為20% -40% )經(jīng)生物質(zhì)加料倉(cāng)1101送入生物質(zhì)干燥裝置11內(nèi)。通過(guò)蓄熱體1104和多層埋刮板機(jī)1105相結(jié)合的換熱方式，將 煙氣余熱傳遞給生物質(zhì)原料以排除原料中的外在水分。干燥后的生物質(zhì)(溫度為60-90°C，含水率小于10% )直接進(jìn)入生物質(zhì)炭化裝置12，換熱后的煙氣(溫度約為80-90°C)和生物質(zhì)干燥過(guò)程排出水汽經(jīng)管道23返回至煙氣調(diào)節(jié)閘板701的下游煙道，經(jīng)脫硫裝置8凈化后排放。從鍋爐省煤器3所在煙道中抽取中溫?zé)煔?溫度為300-450°C、煙氣量約占總煙氣量的5% -20% )，經(jīng)高溫預(yù)除塵器13除去絕大部分飛灰，再由高溫風(fēng)機(jī)21送入生物質(zhì)炭化裝置12 (生物質(zhì)炭化裝置和生物質(zhì)干燥裝置的工作原理相似)，通過(guò)蓄熱體和多層埋刮板機(jī)相結(jié)合的換熱方式，將中溫?zé)煔獾臒崃總鬟f給生物質(zhì)原料，使得生物質(zhì)在缺氧條件下熱解并生成生物質(zhì)炭、熱解氣和焦油三種產(chǎn)物。熱解過(guò)程中產(chǎn)生的熱解氣和焦油物質(zhì)(CO，H2, VOC等，溫度為250-350°C )經(jīng)熱解氣風(fēng)機(jī)16送入熱解氣噴口 18并在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒。生物質(zhì)炭既可以經(jīng)冷卻裝置14和粉磨裝置15后直接經(jīng)排粉機(jī)17送入生物質(zhì)炭粉噴口并在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒，也可以利用冷卻裝置14、粉磨裝置15以及生物質(zhì)炭成型與包裝裝置20生產(chǎn)生物質(zhì)炭產(chǎn)品。換熱后的煙氣(溫度為150-250°C )既可以作為生物質(zhì)干燥裝置11的熱源，也可以再回送至鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器4的上游或除塵器進(jìn)口煙道5，經(jīng)換熱和凈化后排放。如圖2和圖3所示，干燥裝置由生物質(zhì)加料倉(cāng)1101、煙箱1102、多層煙道1103、蓄熱體1104、埋刮板機(jī)1105、生物質(zhì)炭卸料口 1106和濕蒸汽出口 1108組成。煙箱1102與多層煙道1103相連，多層煙道1103的四周設(shè)有蓄熱體1104，蓄熱體上部設(shè)置多層埋刮板輸送機(jī)1105，在煙箱內(nèi)設(shè)置的隔板1107使得煙氣在干燥裝置內(nèi)形成多回程流動(dòng)，通過(guò)煙氣和生物質(zhì)原料在干燥裝置內(nèi)的多回程流動(dòng)來(lái)提高換熱效率。本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù) 的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)，包括鍋爐、尾部煙道、省煤器、空氣預(yù)熱器、除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風(fēng)機(jī)、干燥裝置、高溫預(yù)除塵器、炭化裝置、生物質(zhì)炭冷卻裝置、粉磨裝置、生物質(zhì)炭成型與包裝裝置、排粉機(jī)和熱解氣風(fēng)機(jī)，其特征在于，省煤器和空氣預(yù)熱器設(shè)置在尾部煙道內(nèi)，尾部煙道與除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風(fēng)機(jī)和煙囪依次相連；所述尾部煙道還與高溫預(yù)除塵器、高溫風(fēng)機(jī)和炭化裝置依次相連，干燥裝置連接到炭化裝置；所述炭化裝置一方面通過(guò)熱解氣風(fēng)機(jī)與鍋爐上的熱解氣噴口相連，另一方面通過(guò)生物質(zhì)炭冷卻裝置、粉磨裝置、排粉機(jī)與鍋爐上的生物質(zhì)炭粉噴口相連；生物質(zhì)炭成型與包裝裝置連接到粉磨裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥裝置包括生物質(zhì)加料倉(cāng)、煙箱、多層煙道、蓄熱體、埋刮板輸送機(jī)、生物質(zhì)炭卸料口和濕蒸汽出口，煙箱與多層煙道相連，多層煙道的四周設(shè)有蓄熱體，蓄熱體上部設(shè)置多層埋刮板輸送機(jī)，在煙箱內(nèi)設(shè)置有多個(gè)隔板形成相通的流動(dòng)通道。
3.如權(quán)利要求2所述利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括如下步驟 1)煤或生物質(zhì)燃料在鍋爐中燃燒生成高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔庠阱仩t尾部煙道中與省煤器、空氣預(yù)熱器換熱逐步降低為中低溫?zé)煔?，?jīng)除塵裝置和脫硫除塵裝置凈化后，在引風(fēng)機(jī)作用下由煙囪排出； 2)從鍋爐除塵裝置出口處抽取煙氣送入干燥裝置內(nèi)，與此同時(shí)，將含水率較高的生物質(zhì)原料送入干燥裝置內(nèi)，通過(guò)蓄熱體間接傳熱和多層埋刮板輸送機(jī)相結(jié)合的方式，將煙氣余熱傳遞給生物質(zhì)原料以排除原料中的外在水分，干燥后的生物質(zhì)直接進(jìn)入生物質(zhì)炭化裝置，換熱后的煙氣和水蒸汽回送至脫硫除塵裝置的進(jìn)口煙道； 3)從鍋爐尾部煙道中的省煤器處抽取中溫?zé)煔?，?jīng)高溫預(yù)除塵器除去絕大部分飛灰后送入生物質(zhì)炭化裝置內(nèi)，通過(guò)蓄熱體間接傳熱和多層埋刮板輸送機(jī)相結(jié)合的方式，將中溫?zé)煔獾臒崃總鬟f給生物質(zhì)原料，使得生物質(zhì)在缺氧條件下熱解并生成生物質(zhì)炭、熱解氣和焦油三種產(chǎn)物。熱解過(guò)程中生產(chǎn)的熱解氣經(jīng)專用管道直接送入鍋爐爐膛內(nèi)燃燒；生物質(zhì)炭經(jīng)冷卻和粉磨后直接送入鍋爐燃燒，或者經(jīng)過(guò)冷卻、粉磨、成型與包裝等工藝生產(chǎn)各種形式的生物質(zhì)炭產(chǎn)品；換熱后的煙氣作為生物質(zhì)干燥裝置的熱源，或者再回送至鍋爐尾部的空氣預(yù)熱器上游或除塵裝置的進(jìn)口煙道，經(jīng)換熱和凈化后排放。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，干燥裝置入口處的煙氣溫度控制在130-150°C，干燥裝置出口處的煙氣溫度控制在80-90°C ;炭化裝置入口處的煙氣溫度控制在300-450°C，炭化裝置出口處的煙氣溫度控制在150-250°C ;生物質(zhì)在干燥裝置和炭化裝置內(nèi)的停留時(shí)間分別控制在10-30min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質(zhì)原料的系統(tǒng)和方法。該發(fā)明涉及生物質(zhì)干燥、生物質(zhì)炭化與炭化產(chǎn)物利用兩個(gè)過(guò)程。生物質(zhì)干燥過(guò)程是利用鍋爐除塵器后煙氣余熱對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥，避免了生物質(zhì)原料含水量對(duì)鍋爐系統(tǒng)的影響。生物質(zhì)炭化與炭化產(chǎn)物利用過(guò)程則是利用鍋爐省煤器處煙氣熱量對(duì)干燥后的生物質(zhì)進(jìn)行低溫?zé)峤馓炕幚?，進(jìn)而獲得熱值高、能量密度高、疏水性好的生物質(zhì)炭以及可燃性熱解氣。本發(fā)明將生物質(zhì)干燥和炭化過(guò)程合理分開(kāi)，充分利用了鍋爐煙氣余熱，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)干燥與炭化生產(chǎn)的連續(xù)性，具有原料適應(yīng)性廣、干燥與炭化效率高、炭化產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、運(yùn)行操作方便、易于大型化等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C10B53/02GK103254918SQ20131016966
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者夏雯, 周鈺, 饒肸, 袁也, 張杰辰, 王賢嫻, 徐生榮, 祝秀明, 盧平 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)