[發明專利]能量自給的生物質熱解系統和方法

有效

• 申請號: 201310095402.X
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103146403A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 陳群;劉嘉;李彥;王淑娟;趙博;禚玉群;陳昌和
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B49/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉姣;宋合成

技術領域

本發明涉及生物質熱解利用技術領域，尤其是涉及一種能量自給的生物質熱解系統和方法。

背景技術

我國有14.8億畝鹽堿地資源。開發利用荒廢的鹽堿地種植作物和能源植物，可充分利用現有國土資源，對實現農村經濟、社會、生態效益統一發展具有重要的戰略意義。在現有的鹽堿地治理技術中，利用生物質焦炭進行鹽堿地改良和利用臺田洗鹽結合鹽堿水微藻養殖是既可治理鹽堿地、又可開發利用生物質能源資源的有效途徑。但要實現這兩種技術，物質焦炭生產和微藻生長所需的碳營養源是兩個亟需解決的主要問題。

生物質熱解制取生物質焦炭和生物質油的常規方法。通常情況下，生物質熱解是在無氧或缺氧的惰性氣氛下加熱到一定溫度下分解生成氣液固態產物如生物質焦炭、生物質油及不冷凝氣體等。根據生物質在熱解過程中加熱速率的不同，可分為慢速熱解、快速熱解和閃速熱解。快速熱解和閃速熱解因加熱速率高而氣態中間產物冷凝迅速，是常用的生物質制油方法。雖然快速熱解也副產一定量的生物質焦，慢速熱解則產生更多的生物質焦炭。在這些熱解過程中，生物質油都是在熱解產物冷凝后形成的，在高溫下則是與不冷凝氣混合的中間產物。

目前已開發出多種熱解工藝和裝置，其中不少用于生產生物質焦炭，如發明專利CN102032553A公開了一種回轉式熱解炭化和鍋爐供熱一體化設備，專利CN101967386A公開了一種圓柱形自燃式生物質焦生產爐，專利CN102226092A公開了一種外加熱螺旋推進低溫熱解炭化方法和設備，專利CN101899311A公開了一種由內煙筒加熱的旋轉爐體炭化爐，等等。現有的生物質熱解工藝和裝置都需要額外的電力輸入以帶動設備轉動和引風機鼓風機的運轉，無法實現能量自給運行，因此不適宜靠近田間地頭使用。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種能量自給的生物質熱解系統。

本發明的另一個目的在于提出一種采用上述生物質熱解系統的生物質熱解方法。

根據本發明第一方面實施例的生物質熱解系統，包括：進料裝置，所述進料裝置用于輸入生物質原料；熱解裝置，所述熱解裝置與所述進料裝置相連以將所述生物質原料進行熱解；分離冷卻裝置，所述分離冷卻裝置與所述熱解裝置相連以接收并分離所述熱解裝置輸出的焦炭和熱解氣；空氣煙氣組件，所述空氣煙氣組件與所述分離冷卻裝置相連以將所述熱解氣和預熱后的空氣燃燒并分別反饋至所述進料裝置和所述熱解裝置中；發電動力組件，所述發電動力組件與所述空氣煙氣組件相連以將所述熱解氣和預熱后的空氣燃燒的熱量轉換成機械能且補充所述熱解裝置、分離冷卻裝置的動力源。

根據本發明實施例生物質熱解系統，梯級利用生物質熱解氣體產物的能量，具有能量自給、成本低等優點。本發明的裝置利用發電動力組件將熱解氣和預熱后的空氣燃燒的熱量轉換成機械能且補充熱解裝置、分離冷卻裝置的動力源，效率高，可同時生產出生物質焦炭、電能和含CO₂煙氣作為微藻生長的無機碳營養源。

另外，根據本發明的生物質熱解系統還具有如下附加技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述進料裝置包括：用于輸入生物質原料的進料倉；落料倉，所述落料倉位于所述進料倉的底部，所述落料倉內設有往復推進結構以對所述生物質原料連續給料；和進料室，所述進料室與所述落料倉連接以接收所述落料倉輸送的生物質原料，其中所述進料室設有與所述空氣煙氣組件連通的低溫煙氣入口。

優選地，所述進料倉和所述落料倉之間具有可樞轉的隔板。

根據本發明的一個實施例，所述熱解裝置包括：內爐筒，所述內爐筒可繞其軸向旋轉，所述內爐筒的爐頭與所述進料室密封連接；外爐筒，所述外爐筒同軸地套設在所述內爐筒的外部且與內爐筒通過襯環密封，所述外爐筒固定安裝，外爐筒爐尾處設有高溫煙氣入口且爐頭處設有廢煙氣出口。。

可選地，所述內爐筒的爐頭通過轉動襯環與所述進料室密封連接。

可選地，所述內爐筒被構造成其中心軸線沿從爐頭向爐尾的方向向下傾斜延伸。

優選地，所述內爐筒的爐頭與爐尾之間的高度差H與所述內爐筒的內徑d的關系為：H/d=0.1-1.5。

優選地，所述內爐筒沿其軸向的長度L與其內徑d的關系為：L/d=5-15。

進一步地，所述內爐筒的內壁上設有多條沿徑向凸出的肋片，所述肋片沿徑向凸出的高度h與所述內爐筒的內徑d的關系為：h/d=1/15-1/5，且所述肋片的長度延伸方向與所述內爐筒的中心軸線之間的夾角為0-60°。