一种生物质多元耦合气化系统的制作方法

1.本发明涉及生物质综合利用技术领域，尤其是涉及一种生物质多元耦合气化系统。


背景技术：

2.在各种新兴能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。
3.废弃生物质消纳是应对当前生物质污染及生物质能源浪费的有效手段，通过合理的技术手段，将生物质进行处理获得能源并解决污染问题成为废弃生物质消纳的主要手段。生物质消纳手段丰富，主要包括物理法、化学法、生物法等，其中有两项技术成为主流，一是生物质热解气化法，以废弃生物质为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气作为气化剂，在高温条件下通过化学反应将生物质中的可燃部分转化为可燃气体，产生的可燃气体经过除尘、除焦、冷却净化处理后为燃气用户供气。二是生物质厌氧发酵法，是以废弃生物质为原料，通过厌氧消化技术产生沼气，经过脱硫干燥后为燃气用户供气，同时产生的沼液沼渣也是制备有机肥的重要的原料。
4.上述生物质消纳方法经过多年发展其单一技术已经基本成熟，但受其自身反应机理影响仍存在一定的局限性。对于热解气化技术，其反应过程容易控制，单位时间产气量高，单要求反应物为干燥、燃烧特性好的反应原料，含水量较高的废弃生物质则处理困难，同时生成的燃气为高温气体，经过除尘、脱硫后气体变成了常温，造成能量的损失。厌氧发酵能够适用于不同含水量的废弃生物质，但反应效率受温度影响极大，高温发酵与低温发酵差别较大，高温发酵不仅产气量足，还可有效杀死废弃生物质中的有害微生物，获得的沼液沼渣可用于高档有机肥料加工，但其自身发酵提供的能量不足以提供高温保障。
5.综上，本技术人认为现有技术中的生物质利用系统存在的技术问题是：不能够将热解气化技术与厌氧发酵技术结合互补应用，以增加废弃生物质综合利用效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种生物质多元耦合气化系统，以解决现有技术中存在的不能够将热解气化技术与厌氧发酵技术结合互补应用以增加废弃生物质综合利用效率的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果（将热解气化技术与厌氧发酵技术结合互补应用、生物质利用率高、不产生污染物、干湿生物质不需处理即可进行处理等）详见下文阐述。
7.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种生物质多元耦合气化系统，包括高温厌氧发酵子系统、热解气化子系统、生物质能源利用子系统、余热回收利用子系统、
生物质能源存储子系统、生物质余料利用子系统以及烟气净化排放子系统，其中高温厌氧发酵子系统利用余热回收利用子系统输出的热量以及次高温烟气对湿生物质进行厌氧发酵，输出沼气至生物质能源利用子系统燃烧和/或输出沼气至生物质能源存储子系统存储，输出沼液和沼渣至生物质余料利用子系统制作有机肥；热解气化子系统利用干生物质进行热解，输出生物质气至生物质能源利用系统进行燃烧，和/或输出生物质气进入生物质能源存储子系统进行存储，输出生物质碳至生物质余料利用子系统制作有机肥；生物质能源利用子系统利用热解气化子系统输出的沼气和/或生物质能源存储子系统输出的混合燃气进行工作，输出热量以及次高温烟气至余热回收利用子系统；余热回收利用子系统吸收生物质能源利用子系统的热量供高温厌氧发酵子系统进行厌氧发酵，并提供热水给热水用户使用；生物质能源存储子系统净化存储高温厌氧发酵子系统输出的沼气以及热解气化子系统输出的生物质气，并输出混合燃气供生物质能源利用子系统使用；生物质余料利用子系统接收高温厌氧发酵子系统输出的沼液、沼渣以及热解气化子系统输出的生物质碳进行生产有机肥料；烟气净化排放子系统将余热回收利用子系统排出的室温烟气进行净化后排放至大气中。
8.可选的，高温厌氧发酵子系统包括依序设置的湿料仓、调料池、第一泥浆泵、酸化池、第二泥浆泵、发酵池、固液分离器以及分别与固液分离器连接的沼液池和沼渣池，其中高温厌氧发酵子系统的工作流程如下：湿生物质首先进入湿料仓存储，之后湿生物质进入调料池并加入沼液池内输出的沼液以及系统外部加入的水进行调配形成混合浆料，混合浆料经第一泥浆泵输送至酸化池内进行酸化处理形成酸化液，酸化液经第二泥浆泵输送至发酵池内进行高温厌氧发酵，高温厌氧发酵产生的沼气进入生物质能源存储子系统内进行净化存储，高温厌氧发酵产生的沼液沼渣混合液进入固液分离器内进行固液分离输出沼液以及沼渣，沼液进入沼液池，沼渣进入沼渣池。
9.可选的，余热回收利用子系统包括酸化池夹套、酸化池换热器、发酵池夹套、发酵池换热器、储水罐、蒸汽锅炉换热器以及余热锅炉换热器，其中：酸化池夹套包设在酸化池外层，酸化池换热器设置在酸化池夹套内；发酵池夹套包设在发酵池外层，发酵池换热器设置在酸化池夹套内；蒸汽锅炉换热器以及余热锅炉换热器分别设置在生物质能源利用子系统内，吸收生物质能源利用子系统内产生的热量；酸化池换热器、发酵池换热器储水罐、蒸汽锅炉换热器以及余热锅炉换热器之间依次连接形成第一水循环回路，将生物质能源利用子系统内的热量转移至高温厌氧发酵子系统内部，辅助高温厌氧发酵子系统进行高温厌氧发酵；储水罐与热水用户连接形成第二水循环回路，为热水用户提供热水。
10.可选的，热解气化子系统包括依序设置的干料仓、螺旋进料器、气化炉，以及与气化炉连接的鼓风机，以及与气化炉连接的螺旋出料器，以及出料池，以及与气化炉连接的第一引风机，以及与第一引风机连接的旋风除尘器，其中热解气化子系统的工作流程如下：干生物质首先进入干料仓存储，干生物质通过螺旋进料器输送至气化炉内，鼓风机为汽化炉供风，气化炉内点火进行热解气化产生生物质气以及生物质碳，其中生物质气经旋风除尘器除尘后输送至生物质能源利用子系统进行燃烧利用，和/或生物质气输送至生物质能源存储子系统内进行净化存储，生物质碳经螺旋出料器输送至出料池进行降温存储。
11.可选的，生物质能源利用子系统包括燃烧器、蒸汽锅炉、余热锅炉，蒸汽锅炉内设置有蒸汽锅炉换热器，余热锅炉内设置有余热锅炉换热器，其中生物质能源利用子系统的
工作流程如下：燃烧器利用热解气化子系统输出的生物质气供烹事用户使用；在热解气化子系统输出的生物质气不足以支持燃烧器正常工作时，生物质能源存储子系统提供混合燃气供燃烧器燃烧；蒸汽锅炉利用热解气化子系统输出的生物质气加热蒸汽锅炉换热器，并输出残余高温烟气；在热解气化子系统输出的生物质气不足以支持蒸汽锅炉正常工作时，生物质能源存储子系统提供混合燃气供蒸汽锅炉使用；余热锅炉利用残余高温烟气对余热锅炉换热器进行加热，并输出次高温烟气；次高温烟气分别输入至发酵池夹层和酸化池夹层内，辅助高温厌氧发酵子系统进行厌氧发酵。
12.可选的，生物质能源存储子系统包括依次连接的除水器、脱硫罐以及储气罐，其中生物质能源存储子系统的工作流程如下：除水器接收旋风除尘器和/或发酵池输出的沼气和/或生物质气进行除水后输出至脱硫罐脱硫，之后输入至储气罐气储；储气罐能够输出混合燃气供燃烧器和/或蒸汽锅炉使用。
13.可选的，生物质余料利用子系统为有机肥加工厂，有机肥加工厂能够利用出料池输出的生物质碳、沼液池输出的沼液以及沼渣池输出的沼渣一起制作有机肥。
14.可选的，烟气净化排放子系统包括依序连接的脱硫塔、雾水分离器、第二引风机以及烟囱，其中烟气净化排放子系统的工作流程如下：发酵池夹套以及酸化池夹套分别与脱硫塔连接，输出冷却后的剩余室温烟气至脱硫塔脱硫，之后进入雾水分离器脱水，之后经过第二引风机导入烟囱，最终排放至大气。
15.可选的，固液分离器选自离心式固液分离器、过滤式固液分离器或挤压式过滤分离器中的一种；酸化池换热器、发酵池换热器、蒸汽锅炉换热器、余热锅炉换热器为板式换热器或管式换热器；第一引风机与第二引风机为罗茨风机；燃烧器为燃气灶；除水器为旋流板式除水器。
16.可选的，上述两设备之间的流体的传递方式为动力传递或无动力传递，其中动力传递通过流体泵与管道。
17.本发明提供的实施例的生物质多元耦合气化系统的有益效果在于：将热解气化技术与厌氧发酵技术结合互补应用增加了废弃生物质综合利用效率。
附图说明
18.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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例的生物质多元耦合气化系统的工艺框图；图2为本发明实施例的高温厌氧发酵子系统的工艺框图；图3为本发明实施例的余热回收利用子系统的工艺框图；图4为本发明实施例的热解气化子系统的工艺框图;图5为本发明实施例的生物质能源利用子系统的工艺框图;图6为本发明实施例的生物质能源存储子系统的工艺框图;图7为本发明实施例的生物质余料利用子系统的工艺框图;图8为本发明实施例的烟气净化排放子系统的工艺框图;
图9为本发明实施例生物质多元耦合气化系统的工艺设备路线图。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
21.如图1所示为本发明实施例的生物质多元耦合气化系统的工艺框图，本发明实施例提供了一种生物质多元耦合气化系统，包括高温厌氧发酵子系统a、热解气化子系统b、生物质能源利用子系统c、余热回收利用子系统d、生物质能源存储子系统e、生物质余料利用子系统f以及烟气净化排放子系统g。其中高温厌氧发酵子系统a利用余热回收利用子系统d输出的热量以及次高温烟气对湿生物质进行厌氧发酵，输出沼气至生物质能源利用子系统c中进行燃烧同时输出沼气至生物质能源存储子系统e存储（本实施例中亦可以单独向生物质能源利用子系统c或生物质能源存储子系统e输送沼气），输出沼液和沼渣至生物质余料利用子系统f制作有机肥。其中热解气化子系统b利用干生物质进行热解，输出生物质气至生物质能源利用子系统c进行燃烧同时输出生物质气进入生物质能源存储子系统e进行存储（本实施例中亦可以单独向生物质能源利用子系统c或生物质能源存储子系统e输送生物质气），输出生物质碳至生物质余料利用子系统f制作有机肥。其中生物质能源利用子系统c利用热解气化子系统b输出的生物质气和/或生物质能源存储子系统e输出的混合燃气进行工作，输出热量以及次高温烟气至余热回收利用子系统d。其中余热回收利用子系统d吸收生物质能源利用子系统c输出的热量以及次高温烟气供高温厌氧发酵子系统a进行厌氧发酵，并提供热水给热水用户使用。其中生物质能源存储子系统e净化存储高温厌氧发酵子系统a输出的沼气以及热解气化子系统b输出的生物质气，并能够输出混合燃气供生物质能源利用子系统c使用。其中生物质余料利用子系统f接收高温厌氧发酵子系统a输出的沼液、沼渣以及热解气化子系统b输出的生物质碳进行生产有机肥料。其中烟气净化排放子系统g将余热回收利用子系统d排出的室温烟气进行净化后排放至大气中。
22.具体的，上述实施例的生物质多元耦合气化系统中的湿生物质指相对湿度比较高，不适宜热解气化的生物质原料；干生物质指相对湿度比较低，不适宜高温厌氧发酵的生物质原料；次高温烟气指被吸能利用过一次的沼气或生物质气燃烧后一次排出的高温烟气；混合燃气指沼气与生物质气得混合气体；室温烟气指次高温烟气被吸收热量将至室温时的烟气；热量指沼气或生物质气或混合燃气燃烧时释放的热量；热水用户指使用余热回收利用子系统d输出的热水今夕洗漱或取暖的用户。
23.具体的，上述实施例中高温厌氧发酵子系统a、热解气化子系统b、生物质能源利用子系统c、余热回收利用子系统d、生物质能源存储子系统e、生物质余料利用子系统f以及烟气净化排放子系统g的具体结构（组成设备、各组成设备之间的连接方式、物料在各组成设备之间的流转方向）不做具体限定，仅需要满足上述对各子系统的功能限定即可。
24.本发明上述实施例的生物质多元耦合气化系统的有益效果在于将热解气化技术与厌氧发酵技术结合互补应用增加了废弃生物质综合利用效率。
25.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图2所示为本发
明实施例的高温厌氧发酵子系统的工艺框图，本实施例的高温厌氧发酵子系统a包括依序设置的湿料仓a1、调料池a2、第一泥浆泵a3、酸化池a4、第二泥浆泵a5、发酵池a6、固液分离器a7以及分别与固液分离器a7连接的沼液池a8和沼渣池a9，其中高温厌氧发酵子系统a的工作流程如下：湿生物质首先进入湿料仓a1存储，之后湿生物质进入调料池a2并加入沼液池a8内输出的沼液以及系统外部加入的水进行调配形成混合浆料，混合浆料经第一泥浆泵a3输送至酸化池a4内进行酸化处理形成酸化液，酸化液经第二泥浆泵a5输送至发酵池a6内进行高温厌氧发酵，高温厌氧发酵产生的沼气进入生物质能源存储子系统e内进行净化存储，高温厌氧发酵产生的沼液沼渣混合液进入固液分离器a7内进行固液分离输出沼液以及沼渣，沼液进入沼液池a8，沼渣进入沼渣池a9。
26.具体的，上述实施例中调料池a2内混合浆料中湿生物质、沼液以及水的调配比例不做具体限定，本领域技术人员根据生物质原料类型以及设备类型进行调配确定。
27.上述实施例提出了一种高温厌氧发酵子系统的具体结构，该结构容易搭建且易于实施厌氧发酵工艺。
28.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
3所示，其中图3为本发明实施例的余热回收利用子系统的工艺框图，本实施例的余热回收利用子系统包括酸化池夹套d1、酸化池换热器d2、发酵池夹套d3、发酵池换热器d4、储水罐d5、蒸汽锅炉换热器d6以及余热锅炉换热器d7，其中酸化池夹套d1包设在酸化池a4外层，酸化池换热器d2设置在酸化池夹套d1内；发酵池夹套d3包设在发酵池a6外层，发酵池换热器d4设置在发酵池夹套d3内；蒸汽锅炉换热器d6以及余热锅炉换热器d7分别设置在生物质能源利用子系统c内，吸收生物质能源利用子系统c内产生的热量；酸化池换热器d2、发酵池换热器储水罐d4、蒸汽锅炉换热器d6以及余热锅炉换热器d7之间依次连接形成第一水循环回路，将生物质能源利用子系统内c的热量转移至高温厌氧发酵子系统a内部，辅助高温厌氧发酵子系统a进行高温厌氧发酵；储水罐d5与热水用户连接形成第二水循环回路，为热水用户提供热水。
29.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
4所示，其中图4为本发明实施例的热解气化子系统的工艺框图，本实施例的热解气化子系统b包括依序设置的干料仓b1、螺旋进料器b2、气化炉b3，以及与气化炉b3连接的鼓风机b4，以及与气化炉b3连接的螺旋出料器b5，以及出料池b6，以及与气化炉b3连接的第一引风机b7，以及与第一引风机b3连接的旋风除尘器b8，其中本实施例的热解气化子系统b的工作流程如下：干生物质首先进入干料仓存储b1，干生物质通过螺旋进料器b2输送至气化炉b3内，鼓风机b4为汽化炉b3供风，气化炉b3内点火进行热解气化产生生物质气以及生物质碳，其中生物质气经旋风除尘器b8除尘后输送至生物质能源利用子系统c进行燃烧利用和生物质气输送至生物质能源存储子系统e内进行净化存储（或分别单独输出至生物质能源利用子系统c以及生物质能源存储子系统e），生物质碳经螺旋出料器b5输送至出料池b6进行降温存储。
30.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
5所示，其中图5为本发明实施例的生物质能源利用子系统的工艺框图，本实施例的生物质能源利用子系统c包括燃烧器c1、蒸汽锅炉c2、余热锅炉c3，蒸汽锅炉c2内设置有蒸汽锅炉换热器d6，余热锅炉c3内设置有余热锅炉换热器d7，其中生物质能源利用子系统c的工作流程如下：燃烧器c1利用热解气化子系统b输出的生物质气供烹事用户使用（生物质气在燃烧器内燃烧，
为烹事活动供热）；在热解气化子系统b输出的生物质气不足以支持燃烧器c1正常工作时，生物质能源存储子系统e提供混合燃气供燃烧器燃烧；蒸汽锅炉c2利用热解气化子系统b输出的生物质气加热蒸汽锅炉换热器d6，并输出残余高温烟气；在热解气化子系统b输出的生物质气不足以支持蒸汽锅炉c2正常工作时，生物质能源存储子系统e提供混合燃气供蒸汽锅炉使用；余热锅炉c3利用残余高温烟气对余热锅炉换热器d7进行加热，并输出次高温烟气；次高温烟气分别输入至发酵池夹层d1和酸化池夹层d3内，辅助高温厌氧发酵子系统a进行厌氧发酵。
31.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
6所示，其中图6为本发明实施例的生物质能源存储子系统的工艺框图，本实施例的生物质能源存储子系统e包括依次连接的除水器e1、脱硫罐e2以及储气罐e3，其中生物质能源存储子系统e的工作流程如下：除水器e1接收旋风除尘器b8和/或发酵池a6输出的沼气和/或生物质气进行除水后输出至脱硫罐e2脱硫，之后输入至储气罐e3存储；储气罐e3能够输出混合燃气供燃烧器c1和蒸汽锅炉c2使用（或分别单独输出至燃烧器c1或蒸汽锅炉c2）。
32.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
7所示，其中图7为本发明实施例的生物质余料利用子系统的工艺框图，本实施例的生物质余料利用子系统f为有机肥加工厂f1，有机肥加工厂f1能够利用出料池b6输出的生物质碳、沼液池a8输出的沼液以及沼渣池a9输出的沼渣一起制作有机肥。
33.进一步的，在上述实施例的生物质多元耦合气化系统的基础上，如图1
‑
8所示，其中图8为本发明实施例的烟气净化排放子系统的工艺框图，本实施例的烟气净化排放子系统g包括依序连接的脱硫塔g1、雾水分离器g2、第二引风机g3以及烟囱g4，其中烟气净化排放子系统g的工作流程如下：发酵池夹套以及所述酸化池夹套分别与所述脱硫塔连接，输出冷却后的剩余室温烟气至所述脱硫塔脱硫，之后进入所述雾水分离器脱水，之后经过所述第二引风机导入所述烟囱，最终排放至大气。
34.具体的，上述所有实施例中固液分离器选自离心式固液分离器、过滤式固液分离器或挤压式过滤分离器中的一种；酸化池换热器、发酵池换热器、蒸汽锅炉换热器、余热锅炉换热器为板式换热器或管式换热器；第一引风机与第二引风机为罗茨风机；燃烧器为燃气灶；除水器为旋流板式除水器。
35.具体的，上述所有实施例的两设备之间的流体的传递方式为动力传递或无动力传递，其中动力传递通过流体泵与管道实现。
36.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。