專利名稱：熱風供熱連續式生物質熱解生產方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于生物質能綜合利用的裝置；尤其是涉及一種可以將 農林剩余物轉化為清潔能源及高值商品的熱解生產方法及設備。
背景技術：
生物質能作為農村能源的重要組成部分，在中國經濟發展中仍將發揮重 要作用，它的合理開發和利用必將有效地彌補能源需求和供給的不足，擴大 農村地區可再生能源的消費比例，降低秸稈、薪柴等傳統生物質能源和石油、 煤炭等石化能源的消耗強度，從而對農村生態環境保護也將起到積極的推動 作用。目前，生物質能源化利用所采用的主流技術分為物理轉化、化學轉化 和生物轉化。
物理轉化主要指將生物質固化成型為棒狀或顆粒狀燃料，替代煤用于居 民采暖和炊事。這種方式較生物質直燃來說有效提高了熱轉化效率，但對于 農村居民來說， 一方面原料的加工需要專用設備，且加工成本較高；另外要 采取專用爐具，需要增加新的投資。從而從一定程度上制約該利用方式的推廣。
生物轉化主要指水解制成乙醇、發酵制成沼氣、酶法合成生物柴油及光 合制成氫氣等，由于涉及生物菌種的培養，且受外界環境影響較大，目前尚 未達到產業化推廣和利用的程度。
化學轉化是生物質能源化利用最為廣泛和成熟的熱化學處理技術，特別 是生物質熱解生產和氧化法制氣技術，是較為成熟并得到一定程度推廣應用 的兩種工藝。
工藝特點及存在的問題如下
1、氧化制氣工藝
1) 由于受到工藝方法的局限，多采用空氣作為氣化劑，所生產的氣體中 CO含量超標(一般大于20%)，安全性差；且氮氣含量較高，通常在50%左 右，造成燃氣熱值較低， 一般僅為4500 — 5000MJ/r^(標準狀態)；
2) 由于生物質原料有一些不利于氣化的因素，如生物質原料揮發份含量高、固定碳含量相對較低，使獲得的生物質氣體中的焦油含量較高，易發生 管網和灶具的堵塞現象；
3) 其制氣設備成本較低，但由于所產燃氣熱值低，產氣量大，要使處理 效果達到標準的要求，則燃氣凈化設備及輸配管網龐大，工程成本造價較高;
4) 可利用的產品僅為燃氣，無木炭、木焦油及木醋液等高價值副產品產 生，造成運行成本較高，無法實現自負盈虧及投資回收，而且燃氣凈化過程 中會產生大量的污水排放等二次污染。
2、熱解生產工藝
如圖1所示，為現有技術的熱解生產工藝流程圖。農林剩余物等廢棄材 料通過原料收集和原料儲存環節而進行備料，然后經干燥、粉碎和成型等處 理后，進入熱解爐等熱解工藝設備中，在熱解氣化機組進行高溫加熱氣化， 產生氣體通過凈化機組、輸配機組等凈化過程，最后，氣體產品進入儲氣裝 置以備輸送給農戶或作為其他商業化應用，與此同時，熱解工藝過程中還產 生生物質炭、木焦油、木醋液等副產品。
1) 在熱解工藝生產過程是無供氧熱解技術，生產氣體的品質高，可滿足 國家人工煤氣的要求；在所生產氣體中CO含量一般小于10M，燃氣熱值可 達15000-17000kJ/m、標準狀態)，燃氣的使用具有較高的安全性；
2) 木焦油、木醋液等副產物來自于燃氣凈化過程的分離與收集，從而有 效減少燃氣中的灰分、水分及焦油等物質，使燃氣灰分及焦油含量達到標準 要求(小于10mg/m3)，解決了氧化法制氣中焦油含量較高，易發生管網和灶 具的堵塞現象等問題；
3) 本工藝實現了生物質能的高效利用，將有機廢棄物轉化為可燃氣、木 炭、木焦油及木醋液等高價值產品，從而具有較好的經濟效益，可實現自負 盈虧及投資回收，從而具有較好的產業化推廣條件。
4) 熱解生產過程需要外供一定的熱量，本裝置采用高效熱風爐，實現
了連續加熱和連續生產。目前加熱方式一般采用直燃式間歇加熱方式，熱效 率較低、生產成本較高，投資較高，生產能力不易擴展，在停工期間會造成 大量的能量浪費，制約著該技術向大型供氣工程方向發展及產業化推廣。
發明內容
針對上述現有技術的不足，本發明的目的是為了提高生物質綜合利用水平及經濟效益，解決熱解生產工藝的整體效率低，設備的自動化程度及可控 性差，投資及運行費用高的缺點，對現有的間歇式熱解生產工藝的加熱設備、 運轉方式、自動化程度及附屬設備進行綜合改進，克服間歇式熱解工藝的加 熱方式效率低，熱能和設備利用率低等缺點，提高熱解生產的綜合效益。
為實現上述目的，根據本發明的一種生物質熱解生產設備，包括生物質 熱風爐，其還包括分火道及熱風分配室，與該生物質熱風爐連通；多個熱 解反應釜該熱解反應釜一般排成兩排，分別排列在分火道及熱風分配室兩 側；其中，每個熱解反應釜中均包括加熱室以及快速切斷閘門；在加熱室 前后分別設置有獨立的進風道和排風道，加熱室的一側通過進風道與分火道 及熱風分配室連通，而設置在加熱室另一側的排風道則連通到共用的排煙煙 道中；快速切斷閘門分別設置在每個加熱室前后的進風道和排風道中。
為實現上述目的，根據本發明的另一個技術方案， 一種生物質熱解生產 方法，其中生物質熱解生產設備包括生物質熱風爐，還包括分火道及熱風分 配室，與該生物質熱風爐連通；多個熱解反應器， 一般排成兩排，并分別排 列在該分火道及熱風分配室兩側；由該生物質熱風爐中排出的熱氣流經由該 分火道及熱風分配室而依次進入該多個熱解反應器中；該生物質熱風爐可按 照預定的熱解負荷反應時序依次為該多個熱解反應器供熱，從而實現熱解生 產的間斷進料、連續產氣的生產過程；經在該多個熱解反應器中進行熱解反 應后，所生成的氣體被排放到貫通的排煙煙道中并由引風機引出。本發明實 現了生物質熱風爐與多個熱解反應器的有序組合，提高了熱解生產工藝的連 續性及規模化生產，提高了熱利用率，降低了處理費用，節省了占地面積， 減少降低了投資基建費用。同時，運行的穩定性和可靠性也獲得增提高，實 現了熱解生產設備的一體化、單元化，可擴展性較強。
圖1是現有技術中熱解生產工藝流程圖 圖2是本發明的熱解生產設備結構俯視圖
圖3是圖2所示熱解生產設備的熱解反應器和熱風分配室的局部剖面圖
圖4是本發明的各熱解反應器的熱解負荷示意圖
圖5是本發明的各熱解反應器的加熱室中的擋火墻的結構示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖及實例對本發明做進一步的說明。
本發明的生物質熱解生產設備的結構參見圖2、圖3。該設備包括生物
質熱風爐，其還包括分火道及熱風分配室7，與該生物質熱風爐連通；多 個熱解反應器， 一般排成兩排，并分別排列在該分火道及熱風分配室7兩側。
該多個熱解反應器的個數可以為2個或2個以上的數目， 一般不多于5個。 在本實施例中，熱解反應器的形狀為釜狀，所以也被稱為熱解反應釜，其個 數為每排5個，兩排共10個，第一排依次為熱解反應器C1-C5，第二排依 次為熱解反應器C6-C10。本發明可以對該生物質熱風爐的燃燒過程進行半 自動控制，爐溫可控范圍大，最高可達120(TC。
其中，該多個熱解反應器中的每一個均包括加熱室8;在該加熱室8 前后分別設置有獨立的進風道9和排風道10，每個加熱室8的一側通過該進 風道9與該分火道及熱風分配室7連通，而設置在該加熱室8另一側的排風 道10則連通到共用的排煙煙道17中；以及快速切斷閘門12，分別設置在每 個加熱室8前后的進風道9和排風道10中，該快速切斷閘門12可隨時切斷 每個熱解反應器的供熱風源，即切斷經由該分火道及熱風分配室7分配的由 該生物質熱風爐中排出的熱氣流。
在各加熱室8的兩側、沿著與熱風進入角度垂直的方向分別設置擋火墻 11，使得進入該加熱室8的部分熱氣流在該加熱室8內呈U形走向。如圖5 所示，該擋火墻是在加熱室兩側內壁、沿著與熱風進口垂直的方向所砌制 的突出的墻體，以防止熱風走捷徑，從而影響熱風利用與加熱效果。這 樣部分熱風成U型走向，從而增大熱解反應器與熱風的接觸面積。
該生物質熱風爐包括上料器2、燃燒器l、調速機3、冷風機4及其冷風 閥、以及分別與該燃燒器1連接的出渣機5、高純凈化室6及處理坑13。
該上料器2經由調速機3與燃燒器1連通，采用生物質原料進行供料并 調節進料速度；由該冷風機4及其冷風閥與該燃燒器1連通，并根據工藝需 要調節該冷風機4的冷風閥開啟度，以給該燃燒器1適量摻入冷風量，其冷
風溫度的精度為st5t:。
在該燃燒器1中產生的熱氣流經由該高純凈化室6而被引入該分火道及 熱風分配室7中。在該排煙煙道17中設置有旁通補冷風管和閥，依靠引風機在該排煙煙 道17中造成的負壓補入冷空氣，以防煙氣溫度過高而損壞引風機。
該生物質熱解生產設備的主體由耐火磚16砌成，外層貼覆保溫材料18 保溫后砌磚19，在該多個熱解反應器之上由鋼板15覆蓋，在該分火道及熱 風分配室7上還可以架設鋼架14用以加固。
本發明的生物質熱解生產方法為
由該生物質熱風爐中排出的熱氣流經由該分火道及熱風分配室7而依次 進入該多個熱解反應器中。
該生物質熱風爐可按照預定的熱解負荷反應時序依次為該多個熱解反 應器供熱，從而實現熱解生產的間斷進料、連續產氣的生產過程。
經在該多個熱解反應器中進行熱解反應后，所生成的氣體被排放到貫通 的排煙煙道17中并由引風機引出。
對該生物質熱風爐的燃燒過程可進行半自動控制，爐溫可控范圍最高可 達1200 。C。
該多個熱解反應器C1-C10的每一個的持續熱解吸熱周期均為12小時， 其中前三小時為低負荷吸熱升溫，負荷率約為1/2，中間六小時為全負荷吸 熱升溫，負荷率為l，后三小時為低負荷吸熱保溫，負荷率約為1/2。
該預定的熱解負荷反應時序為熱解反應器C1首先啟動其持續熱解吸 熱周期，在該熱解反應器C1的前三小時的低負荷吸熱階段之后，熱解反應 器C2啟動其持續熱解吸熱周期，而在該熱解反應器C2的前三小時的低負荷 吸熱階段之后，熱解反應器C3啟動其持續熱解吸熱周期……以此類推，周 而復始，直到30小時之后，從該熱解反應器C1開始新的循環。
因為在本發明的生物質熱解生產設備中應用了兩排熱解反應器，且可 以在某個時段啟動其中數個熱解反應器，而在另外的時段則停止該數個熱解 反應器中的某一個，同時又加入另一個熱解反應器，以保持總的熱解負荷基 本不變，以此而實現連續不停的熱解反應，所以，本發明的設備和方法也可 以稱為雙排連續式的生物質熱解生產設備及方法。
本發明的標準運行模式分為二個階段一階段A和階段B。
階段A~—熱風生產及配送階段
如圖2所示，在生物質熱風爐中釆用生物質原料進行供料，采用上料器2進料并采用冷風機4鼓風。根據工藝需要調節冷風機4的冷風閥的開啟度， 以適量摻入冷風量，送風溫度的控制精度為^t5-C;送風量則根據抽風管負
壓，調節冷風機4的送風量和上料器2的進料速度，以達到最佳節能效果；
本發明可對生物質熱風爐的燃燒過程實現半自動控制，爐溫可控范圍大，最
高可達1200 °C。
生物質原料經燃燒后產生的熱氣流，由于尾部燃氣引風機的作用，會使 分火道及熱風分配室中7產生負壓，在負壓的作用下，熱氣流進入熱風分配 室7，按照預定的熱解負荷反應時序，經過分火道而進入熱風分配室7兩側 的某個熱解反應器的進風道9及加熱室8，以進行熱解反應。
階段B——熱解生產階段
請參閱圖4，為本發明的各熱解反應器的熱解負荷示意圖。本發明的單 個生物質熱風爐可按照預定的熱解負荷反應時序為多個熱解反應器供熱，且 能夠同時為多個熱解反應器供熱，從而實現熱解生產的間斷進料、連續產氣 的生產過程。首先，開啟熱解反應器C2的快速切斷閘門12，令來自生物質 熱風爐的熱氣流進入熱解反應器Cl,從而啟動該熱解反應器Cl,在經歷三 小時的低負荷吸熱階段后，開啟熱解反應器C2的快速切斷閘門12以啟動該 熱解反應器C2，注意此時熱解反應器Cl和C2同時進行其持續熱解吸熱周 期，三小時之后再啟動熱解反應器C3，……以此類推，周而復始，直到30 小時之后，從該熱解反應器C1開始新的循環。
在完成熱解反應之后，從兩排熱解反應器的加熱室8中排出的煙氣由 排風道10引出，在排煙煙道17中匯合后進入共用的引風機。在匯合前的排 煙煙道17中設置旁通補冷風管和閥，依靠引風機負壓補入冷空氣，以滿足 余熱利用，并防止煙氣溫度過高損壞風機。該煙氣在匯合后可引到煙氣利用 裝置，以用于原料的干燥，并隨水蒸汽排出，從而燃燒實現了零排放效果。
權利要求
1.一種生物質熱解生產設備，包括生物質熱風爐，其還包括分火道及熱風分配室(7)，與該生物質熱風爐連通；多個熱解反應器，一般排成兩排，并分別排列在該分火道及熱風分配室(7)兩側；其中，每個熱解反應器中均包括加熱室(8)，在該加熱室(8)前后分別設置有獨立的進風道(9)和排風道(10)，每個加熱室(8)的一側通過該進風道(9)與該分火道及熱風分配室(7)連通，而設置在該加熱室(8)另一側的排風道(10)則連通到共用的排煙煙道(17)中；以及快速切斷閘門(12)，分別設置在每個加熱室(8)前后的進風道(9)和排風道(10)中。
2. 根據權利要求1所述的生物質熱解生產設備，其中，在各加熱室(8)的兩側、沿著與熱風進入角度垂直的方向分別設置擋火墻(11)，使得進入該加熱室(8)的部分熱氣流在該加熱室(8)內呈U形走向。
3. 根據權利要求2所述的生物質熱解生產設備，其中，該熱解反應器的形狀為釜狀，其個數為每排n個，兩排共2n個，第一排依次為熱解反應器(Cl-Cn)，第二排依次為熱解反應器(Cn+1-C2n)，其中n所表示的個數一般不多于5個。
4. 根據權利要求1或2或3所述的生物質熱解生產設備，其中，該生物質熱風爐包括上料器(2)、燃燒器(1)、調速機(3)、冷風機(4)及其冷風閥、以及分別與該燃燒器(1)連接的出渣機(5)、高純凈化室(6)及處理坑(13);其中該上料器(2)經由調速機(3)與燃燒器(1)連通；由該冷風機(4)及其冷風閥與該燃燒器(1)連通；該燃燒器(1)經由該高純凈化室(6)而與該分火道及熱風分配室(7)連通。
5. 根據權利要求1或2或3所述的生物質熱解生產設備，其中，在該排煙煙道(17)中設置有旁通補冷風管和閥，依靠引風機在該排煙煙道(17)中造成的負壓補入冷空氣。
6. 根據權利要求1或2或3所述的生物質熱解生產設備，其中，該生物質熱解生產設備的主體由耐火磚(16)砌成，外層貼覆保溫磚(18)保溫，在該多個熱解反應器之上由鋼板(15)覆蓋，在該分火道及熱風分配室(7)上還可以架設鋼架(14)用以加固。
7. —種生物質熱解生產方法，其中生物質熱解生產設備包括生物質熱風爐，還包括分火道及熱風分配室(7)，與該生物質熱風爐連通；多個熱解反應器， 一般排成兩排，并分別排列在該分火道及熱風分配室(7)兩側；由該生物質熱風爐中排出的熱氣流經由該分火道及熱風分配室(7)而依次進入該多個熱解反應器中；該生物質熱風爐可按照預定的熱解負荷反應時序依次為該多個熱解反應器供熱，從而實現熱解生產的間斷進料、連續產氣的生產過程；經在該多個熱解反應器中進行熱解反應后，所生成的氣體被排放到貫通的排煙煙道(17)中并由引風機引出。
8. 根據權利要求7所述的生物質熱解生產方法，其中，該多個熱解反應器中的每一個均包括加熱室(8)，在該加熱室(8)前后分別設置有獨立的進風道(9)和排風道(10)，每個加熱室(8)的一側通過該進風道(9)與該分火道及熱風分配室(7)連通，而設置在該加熱室(8)另一側的排風道(10)則連通到共用的排煙煙道(17)中；以及快速切斷閘門(12)，分別設置在每個加熱室(8)前后的進風道(9)和排風道(10)中。其中，在各加熱室(8)的兩側、沿著與熱風進入角度垂直的方向分別設置有擋火墻(11)，使得進入該加熱室(8)的部分熱氣流在該加熱室(8)內呈U形走向。其中，該熱解反應器的形狀為釜狀，其個數為每排n個，兩排共2n個，第一排依次為熱解反應器(Cl-Cn)，第二排依次為熱解反應器(Cn+1-C2n)，其中n所表示的個數一般不多于5個。
9. 根據權利要求7或8所述的生物質熱解生產方法，其中，對該生物質熱風爐的燃燒過程進行半自動控制，爐溫可控范圍最高可達1200°C。
10. 根據權利要求7或8所述的生物質熱解生產設備方法，其中，該生物質熱風爐包括上料器(2)、燃燒器(1)、調速機(3)、冷風機(4)及其冷風閥、以及分別與該燃燒器(1)連接的出渣機(5)、高純凈化室(6)及處理坑(13);該上料器(2)經由調速機(3)與燃燒器(1)連通，采用生物質原料進行供料并調節進料速度；由該冷風機(4)及其冷風閥與該燃燒器(1)連通，并根據工藝需要調節該冷風機(4)的冷風閥開啟度，以給該燃燒器(1)適量摻入冷風量，其冷風溫度的精度為^5'C;在該燃燒器(1)中產生的熱氣流經由該高純凈化室(6)而被引入該分火道及熱風分配室(7)中。
11.根據權利要求7或8所述的生物質熱解生產方法，其中，該多個熱解反應器(Cl-C2n)的每一個的持續熱解吸熱周期均為12小時，其中前三小時為低負荷吸熱升溫，負荷率約為1/2，中間六小時為全負荷吸熱升溫，負荷率為l，后三小時為低負荷吸熱保溫，負荷率約為1/2;該預定的熱解負荷反應時序為熱解反應器(Cl)首先啟動其持續熱解吸熱周期，在該熱解反應器(Cl)的前三小時的低負荷吸熱階段之后，熱解反應器(C2)啟動其持續熱解吸熱周期，而在該熱解反應器(C2)的前三小時的低負荷吸熱階段之后，熱解反應器(C3)啟動其持續熱解吸熱周期……以此類推，周而復始，直到30小時之后，從該熱解反應器(Cl)開始新的循環。
全文摘要
一種生物質熱解生產設備及方法，該設備包括生物質熱風爐和多個熱解反應釜，還包括與生物質熱風爐連通的分火道及熱風分配室。熱解反應釜一般排成兩排，分別排列在分火道及熱風分配室兩側；每個熱解反應釜均包括加熱室和快速切斷閘門；在加熱室前后分別設置有獨立的進風道和排風道，進風道與分火道及熱風分配室連通，而排風道則連通到共用的排煙煙道中；快速切斷閘門分別設置在每個加熱室前后的進風道和排風道。本發明通過生物質熱風爐與多個熱解反應器的有序組合運行，實現了熱解生產工藝的連續化產氣及規模化生產，提高了燃料熱利用率，降低了運行和處理費用。
文檔編號C10B53/02GK101591547SQ20081009747
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者徐冬利, 王凱軍, 魏泉源 申請人:王凱軍;魏泉源;徐冬利