一种生物质热解碳化工艺系统的制作方法

本实用新型属于生物质热解碳化技术领域，更具体地说，涉及一种生物质热解碳化工艺系统。

背景技术：

生物质能源是一种清洁高效的能源，在很大程度上解决了石油、天然气和煤等不可再生能源的逐渐枯竭和给环境带来的污染问题。我国是一个农业大国，生物质能源在我国分布广泛，尤其在广大的农村地区，生物质能源是最主要的生活用能来源，随着生物质燃烧新技术的研究和发展，生物质燃料将越来越多的作为工业窑炉的燃料。生物质燃料以其他方式如流化床、固定床等方式，都需要与气化剂直接接触燃烧热解，在燃烧的过程中易产生有害物质。在国家环保要求日益严格的环境下，应尽量寻求产生较少有害物质的方式。

针对上述问题也进行了相应的技术改进，如中国专利申请号cn201910538311.6，公开日为2019年10月15日，该专利公开了一种用褐煤与生物质共热解产物制备水泥窑燃料的方法，包括：1)将褐煤、生物质分别干燥、再分别粉碎后得到褐煤试样和生物质试样；2)将生物质试样与褐煤试样按质量比为3:7～4:6进行配比后混合均匀，然后将混合后的试样进行无氧热解；3)热解后得到热解产物，热解产物包括热解气体、热解焦油和热解半焦；4)将热解半焦与褐煤进行混配后得到水泥窑燃烧用燃料。该专利的不足之处在于：利用生物质的同时，用到了更高比例的不可再生能源煤，生物质的环保性和煤的廉价性都没有兼顾。

又如中国专利申请号cn201510845048.7，公开日为2017年6月9日，该专利公开了一种具有余热回收功能的生物质炭化热解气化系统，该系统包括炭化热解气化炉、冷却装置、气液分离装置、油液分离装置、精制木醋液装置、换热器、锅炉、水泵、水箱。本发明采用生物质炭化热解气化技术，生产出优质木质炭，而且又能同时生产出具有高附加值的伴生产品可燃气、木醋液、木焦油等化工原料。该专利的不足之处在于：余热能不到有效回收利用，整体成本较高。

技术实现要素：

1、要解决的问题

针对现有技术中生物质反应系统结构复杂且产生的热量没有高效利用，成本高的问题，本实用新型提供了一种生物质热解碳化工艺系统。本实用新型采用能量内循环的方式使得裂解气中的热量再次回到回转窑内进行利用，在能量的利用上高效且合理，各部件之间彼此独立，工作互不影响，易于操作和维修，同时整体构简单、设计合理、易于制造。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种生物质热解碳化工艺系统，包括依次连接的回转窑、裂解气预热器和空气预热器，所述空气预热器上设置有空气进口，锅炉与热气炉均分别与空气预热器连接，裂解气预热器与热气炉连接，且热气炉上设置有燃料进口。

更进一步的，所述回转窑包括窑体，驱动窑体旋转的驱动件，窑体上设置有生物质进料口、进气口和排气口，窑体内部设置有换热管和呈螺旋状的导料板，换热管与进气口连接。

更进一步的，所述驱动件包括外齿圈、外齿轮和减速电机，外齿圈套接在窑体的外表面并且外齿圈与外齿轮相互啮合，外齿轮与减速电机的输出端连接。

更进一步的，出渣口下方设置有收集装置，且出渣口通过管道与收集装置连接。

更进一步的，生物质进料口通过管道与生物质供应装置连接，生物质供应装置与热气炉上的燃料进口通过管道连接。

更进一步的，锅炉上设置有出气口，出气口通过管道与热气炉连接。

更进一步的，在出气口与热气炉之间设置有布袋除尘器。

更进一步的，所述空气预热器为管壳式换热器。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型通过生物质在回转窑内产生裂解气，裂解气在裂解气预热器内进行进一步加热，使得裂解气中的焦油和酚类物质进一步裂解成轻质组分，同时利用从裂解气预热器内出来的气体自身温度对空气预热器内的空气进行预热，预热后的空气作为助燃剂在热气炉内参与反应，热气炉内反应产生高温烟气通过裂解气预热器进入到回转窑内作为气体与生物质反应生成裂解气，整个系统采用梯级预热利用，同时采用能量内循环的方式使得裂解气中的显热再次回到回转窑内进行利用，在能量的利用上高效且合理，各部件之间彼此独立，结构简单，易于操作和维修；

(2)本实用新型中的回转窑通过生物质物料和气体分别进入到窑体内，生物质物料通过驱动件和窑体内部的导料板在窑体内前进，最终生成裂解气从排气口处逸出，生物质在回转窑内会生成副产物生物碳，生物碳根据吸附能力可作为吸附剂或者土壤土质改良剂，因此从出渣口处进行收集；采用减速电机配合齿轮的方式驱动窑体旋转，结构简单且动力传输平稳，可实现窑体的匀速旋转；

(3)本实用新型中回转窑窑体的生物质进料口通过管道与生物质供应装置连接，使得生物质的输送系统处于一个密封状态，有效保证整个物料输送过程的密封性，避免生物质的撒漏；同时将生物质供应装置通过管道与热气炉连接，生物质可作为热气炉的燃料，在热气炉内进行反应生成高温烟气，增加对生物质的处理途径，扩大生物质的使用范围，从而提高生物质的利用率；

(4)本实用新型将锅炉与热气炉进行连接，锅炉与空气预热器连接，高温的裂解气与空气换热之后自身温度下降，随后进入到锅炉中产生蒸汽，产生的蒸汽进入到热气炉中作为燃料与生物质燃料反应生成高温烟气，提高系统内蒸汽的利用率，无需引用外界蒸汽，进一步节约成本；同时蒸汽经布袋除尘器后进入到热气炉内，进一步保证蒸汽的纯净度，提高反应效果与效率；

(5)本实用新型将空气预热器选用管壳式换热器，且空气预热器内的空气由风机产生送至空气预热器的壳程，高温的裂解气进入到空气预热器内的管程，将裂解气进行一个降温操作同时对空气进行一个加热操作，管壳式换热器结构紧凑，换热效果好且成本低。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1、回转窑；2、裂解气预热器；3、空气预热器；4、风机；5、锅炉；6、热气炉。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种生物质热解碳化工艺系统，包括依次连接的回转窑1、裂解气预热器2和空气预热器3，空气预热器3上设置有空气进口。具体的，回转窑1上的气体出口与裂解气预热器2上的气体入口连通，裂解气预热器2上的气体出口与空气预热器3上的气体入口连通。回转窑1内进行生物质与高温气体的接触，回转窑1内温度为600℃～700℃，完成生物质热解过程生成裂解气与生物碳，生物质根据实际情况可为稻壳、玉米杆、小麦杆、大豆杆等。裂解气预热器2完成对裂解气的预热，此时裂解气温度加热至900℃左右，使得裂解气中的焦油和酚类物质进一步裂解成轻质组分。空气预热器3完成对空气的预热，空气预热器3内从空气进口处通入常温空气，从裂解气预热器2内出来的裂解气进入到空气预热器3中，利用裂解气自身的高温热量对常温空气进行预热，同时裂解气自身温度下降至350℃左右。锅炉5与热气炉6均分别与空气预热器3连接，裂解气预热器2与热气炉6连接，且热气炉6上设置有燃料进口。裂解气从空气预热器3中出来后自身温度降至350℃左右，此时进入到锅炉5中产生蒸汽，蒸汽可根据工厂的实际需要分为低压蒸汽和中压蒸汽，产生的蒸汽进一步经过除尘净化送至用户作为燃料使用。同时将热气炉6与空气预热器3连接，空气预热器3内预热后的空气送至热气炉6中作为助燃剂参与燃料反应，使得反应更加充分与迅速，热气炉6内的燃料可为生物质裂解气亦或采用生物质颗粒、发生炉煤气等低品位燃料。热气炉6内进行燃烧反应生成1000℃左右的高温烟气，高温烟气进入到裂解气预热器2中对裂解气进行预热。

本实用新型所述的生物质热解碳化工艺系统通过在回转窑1内产生裂解气，裂解气在裂解气预热器2内进行进一步加热，使得裂解气中的焦油和酚类物质进一步裂解成轻质组分，同时利用从裂解气预热器2内出来的气体自身温度对空气预热器3内的空气进行预热，预热后的空气作为助燃剂在热气炉6内参与反应，热气炉6内反应产生高温烟气通过裂解气预热器2进入到回转窑1内作为气体与生物质反应生成裂解气，从而达到一个循环作用。整个系统采用梯级预热利用，同时采用能量内循环的方式使得裂解气中的显热再次回到回转窑1内进行利用，在能量的利用上高效且合理，各部件之间彼此独立，结构简单，易于操作和维修。

在本实施中回转窑1包括窑体，驱动窑体旋转的驱动件，窑体上设置有生物质进料口、进气口和排气口，窑体底部设置有出渣口，出渣口下方设置有收集装置，且出渣口通过管道与收集装置连接。收集装置即为可以盛放物料的装置。因生物质在回转窑1内会生成副产物生物碳，生物碳根据吸附能力可作为吸附剂或者土壤土质改良剂，因此从出渣口处进行收集。窑体内部设置有换热管和呈螺旋状的导料板，换热管与进气口连接，高温气体通过进气口进入到换热管内。具体的，生物质进料口通过管道与生物质供应装置连接，生物质供应装置即为装载生物质的装置，利用管道进行窑体内生物质的输送，具有较高的密封性能，避免生物质在输送过程中发生撒漏。高温空气从进气口进入到窑体内，高温烟气与生物质在窑体内部通过换热管进行热交换，生物质物料在导料板的导向作用下不断在窑体内部前进移动。在生物质热解过程中，冷热物料采用热传导的方式采用间接接触可避免产生有害气体。整体结构简单，易于操作。更进一步的，驱动件包括外齿圈、外齿轮和减速电机，外齿圈套接在窑体的外表面并且外齿圈与外齿轮相互啮合，外齿轮与减速电机的输出端连接。采用减速电机配合齿轮的方式驱动窑体旋转，结构简单且动力传输平稳，可实现窑体的匀速旋转。其它能够驱动窑体旋转的驱动件均可使用在本实用新型中。

因热气炉6内需进行燃料燃烧反应生成高温烟气进入到裂解气预热器2中，因此将生物质供应装置与热气炉6上的燃料进口通过管道连接，生物质作为燃料进入到热气炉6内反应生成高温烟气，增加对生物质的处理途径，扩大生物质的使用范围，从而提高生物质的利用率。当然，热气炉6上的燃料进口也可与窑体上的排气口连接，使得窑体产生的裂解气直接作用燃烧原料，与空气预热器3出来的空气进行燃烧生成高温烟气，随后进入到裂解气预热器2中，使得回转窑1内的裂解气在整个系统中得到有效利用，避免引入外界燃料气造成额外的成本支出。

实施例2

基本同实施例1，为了进一步保证整个系统实现内部能量循环，在本实施中锅炉5上设置有出气口，出气口通过管道与热气炉6连接，因锅炉5内产生蒸汽，蒸汽可作为燃料在热气炉6内与生物质参与反应，这样无需额外引进蒸汽参与热气炉6内的燃烧反应造成的额外成本支出，提高系统内蒸汽的利用率，进一步节约成本。同时更具体的，在出气口与热气炉6之间设置有布袋除尘器，布袋除尘器对蒸汽进行一个除尘作用，保证进入到热气炉6内蒸汽的纯净度，提高燃烧反应的效果与效率。并且在本实施例中空气预热器3为管壳式换热器，且空气预热器3中空气是由风机4产生的，并且风机4将空气送至空气预热器3中的壳程，高温的裂解气进入到空气预热器3中的管程，将裂解气进行一个降温操作同时对空气进行一个加热操作，管壳式换热器结构紧凑，裂解气与空气分别在管程和壳程中对流换热，换热效果好且成本低。

本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。