[發明專利]利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質原料的系統和方法

無效

• 申請號: 201310169666.5
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103254918A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 夏雯;周鈺;饒肸;袁也;張杰辰;王賢嫻;徐生榮;祝秀明;盧平
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: C10B53/02
• 分類號: C10B53/02;C10B47/00;C10B57/10;C01B31/08;F26B21/14;F23J15/00;F23J15/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質原料的系統和方法，屬于鍋爐煙氣余熱利用和生物質能利用的技術領域。

背景技術

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，而且造成了嚴重的環境污染，因此，世界各國都將可再生能源的開發與利用作為能源與環境可持續發展的重要內容。生物質是植物通過光合作用生成的有機物質，由于其具有資源儲量豐富、分布廣泛、清潔以及零CO₂凈排放等的特點，被認為是一種重要的可再生能源。據估計，每年地球上僅通過光合作用生成的生物質總量就達1440-1800億噸(干重)，相當于目前世界總能耗的10倍。根據來源的不同，將適合于能源利用的生物質分為林業資源、農業資源、生活污水和工業有機廢水、城市固體廢物和畜禽糞便等五大類。我國生物質資源豐富，僅生物質秸稈就達7億噸左右。隨著農村商品能源(液化氣、電等)使用量迅速增加，大量農作物秸稈被棄于田間地頭隨意焚燒，這不僅浪費了寶貴的能源資源，而且造成了嚴重環境污染。因此，開發和利用生物質能源具有重要的現實意義。

生物質能利用技術主要包括生物質直燃發電技術、氣化發電技術、生物質制油技術以及生物質成型燃料等。上述技術的應用對生物質原料均有一定的技術要求。由于生物質原料具有含水率高、熱值低、能量密度低、易腐爛、磨削性差以及季節性強等缺點，如不對其進行干燥和炭化等預處理，不僅會嚴重降低了其長距離運輸的經濟性以及儲存周期，而且還會降低生物質原料的發熱量，并顯著提高生物質利用過程中的煙氣處理量，從而顯著增大鍋爐等本體及輔助設備的尺寸，最終導致其熱效率降低以及制造成本顯著增加。

生物質干燥與炭化是生物質預處理的關鍵技術之一。生物質干燥是利用熱源除去生物質中外在水分的過程，生物質炭化是在缺氧條件下低溫熱解使生物質原料轉換成以生物質炭為主要產品的加工過程。生物質干燥與炭化可以顯著提高生物質的發熱量和能量密度，改善其粉磨性和疏水性，從而使得其更適宜長距離運輸和長期儲存。自然晾曬法是最早使用的也是最為有效的生物質干燥方法，但該法占地面積大且費時，不適用于大規模生產。專利CN101693248A公開了一種使用高溫煙氣對生物質原料進行干燥的方法，其使含水生物質原料經高溫煙氣干燥后，再經過加熱加壓處理，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，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。專利CN100455965C公開了一種生物質干燥方法及板式干燥機，通過向封閉的箱體內鼓入高溫氣體，同時引出干燥過程中產生的濕氣，使得生物質得以干燥。該法僅對生物質進行了干燥處理，干燥過程需要提供外部干燥介質，而且結構較為復雜。CN102954678A公開了一種利用生物質鍋爐煙氣干燥生物質原料的方法和裝置，該法利用生物質鍋爐煙氣直接對履帶式干燥室內的生物質原料進行干燥處理，而未涉及生物質炭化。專利CN101885487A公開了一種生物質批量連續制備活性炭的裝置及方法，但該法涉及生物質干燥、炭化和活化過程，主要應用于連續制備生物質活性炭。

發明內容

本發明的目的就是要克服現有生物質原料干燥與炭化技術中存在的系統與設備結構復雜、能耗高、難以大型化連續性生產的缺陷，提供一種利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質原料的系統和方法。本發明具有工藝系統簡單、原料適應性廣、干燥與炭化效果好、易于大型化、可連續生產等特點，可顯著提高生物質的熱值和能量密度，縮小鍋爐及其輔助系統尺寸，大幅提高鍋爐的熱效率。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質原料的系統，包括鍋爐、尾部煙道、省煤器、空氣預熱器、除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風機、干燥裝置、高溫預除塵器、炭化裝置、生物質炭冷卻裝置、粉磨裝置、生物質炭成型與包裝裝置、排粉機和熱解氣風機，省煤器和空氣預熱器設置在尾部煙道內，尾部煙道與除塵裝置、脫硫除塵裝置、引風機和煙囪依次相連；所述尾部煙道還與高溫預除塵器、高溫風機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熱解氣風機與鍋爐上的熱解氣噴口相連，另一方面通過生物質炭冷卻裝置、粉磨裝置、排粉機與鍋爐上的生物質炭粉噴口相連；生物質炭成型與包裝裝置連接到粉磨裝置。

本發明所涉及的利用鍋爐煙氣干燥與炭化生物質原料的方法是：

1)煤或生物質燃料在鍋爐中燃燒生成高溫煙氣，高溫煙氣在鍋爐尾部煙道中與受熱面(省煤器、空氣預熱器)換熱逐步降低為中低溫煙氣，經煙氣凈化裝置(除塵裝置和脫硫裝置)凈化后，在引風機作用下由煙囪排出；