阅读说明：本技术 生物质热解系统及其工作方法 (Biomass pyrolysis system and working method thereof ) 是由 马正民 孔德柱 马政峰 于力 白秀军 李小明 赵鹏声 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种生物质热解系统及其工作方法,该生物质热解系统包括：生物质干燥管、载体加热管、热解反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、余热锅炉、生物油喷淋塔和油气热风炉；生物质干燥管的出气端与第一旋风分离器连接,生物质干燥管的进气端与余热锅炉中烟气的出气端连接,生物质干燥管内容纳有生物质,余热锅炉排出的烟气用于对生物质干燥管内的生物质进行干燥；余热锅炉中烟气的进气端和载体加热管的上端连接,余热锅炉用于吸收由载体加热管输送的热烟气的热量,以产生蒸汽,同时降温后的热烟气由余热锅炉输送至生物质干燥管的进气端。本发明的方案能够提高热解系统的热利用率。(The invention provides a biomass pyrolysis system and a working method thereof, wherein the biomass pyrolysis system comprises: the system comprises a biomass drying pipe, a carrier heating pipe, a pyrolysis reactor, a first cyclone separator, a second cyclone separator, a waste heat boiler, a biological oil spray tower and an oil gas hot blast stove; the gas outlet end of the biomass drying pipe is connected with the first cyclone separator, the gas inlet end of the biomass drying pipe is connected with the gas outlet end of flue gas in the waste heat boiler, biomass is contained in the biomass drying pipe, and the flue gas discharged by the waste heat boiler is used for drying the biomass in the biomass drying pipe; the gas inlet end of the flue gas in the waste heat boiler is connected with the upper end of the carrier heating pipe, the waste heat boiler is used for absorbing the heat of the hot flue gas conveyed by the carrier heating pipe so as to generate steam, and meanwhile, the cooled hot flue gas is conveyed to the gas inlet end of the biomass drying pipe by the waste heat boiler. The scheme of the invention can improve the heat utilization rate of the pyrolysis system.)

生物质热解系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及生物质热解的技术领域，特别涉及一种生物质热解系统及其工作方法。

背景技术

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。目前生物质利用主要是指各类农林废弃物，如秸秆、木屑、稻壳等。生物质的主要途径包括秸秆堆肥还田、秸秆工业原料利用、秸秆饲料化利用和秸秆能源化利用，其中秸秆能源化以其利用效率高、效益好等优势被广泛重视和研究。生物质热解处理技术是在缺氧和高温的反应条件下，通过高效的热解装置对秸秆原料的热裂解方法，生产生物可燃气、生物油和生物炭等产品，这些产品利用广泛，附加值高，比传统直接焚烧处理效益好。

但是，现有的生物质热解系统至少存在如下缺陷：对生物质进行干燥的烟气通常采用加热载体后产生的烟气，但是由于该烟气的温度较高(大约有500℃)，为避免生物质被高温烟气炭化，需要使该高温烟气搭配冷风降温后，再对生物质进行干燥，如此降低了热解系统的热利用率。

发明内容

本发明实施例提供了一种生物质热解系统及其工作方法，能够提高热解系统的热利用率。

第一方面，本发明实施例提供了一种生物质热解系统，包括：生物质干燥管、载体加热管、热解反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、余热锅炉、生物油喷淋塔和油气热风炉；

所述生物质干燥管的出气端与所述第一旋风分离器连接，所述生物质干燥管的进气端与所述余热锅炉中烟气的出气端连接，所述生物质干燥管内容纳有生物质，所述余热锅炉排出的烟气用于对所述生物质干燥管内的生物质进行干燥；

所述第一旋风分离器和所述热解反应器通过生物质仓连接，所述第一旋风分离器用于对所述生物质干燥管输送的生物质和烟气进行分离，分离后的烟气经除尘器排出，分离后的生物质输送至所述生物质仓，所述生物质仓的生物质输送至所述热解反应器进行热解；

所述载体加热管的上端和所述热解反应器通过载体缓存仓连接，所述载体加热管内容纳有载体，所述载体在所述载体加热管中加热后输送至所述载体缓存仓，所述载体缓存仓内的载体输送至所述热解反应器；

所述载体加热管的下端和所述热解反应器通过固固分离器连接，所述固固分离器用于分离载体和经所述热解反应器热解产生的生物炭，分离后的所述载体进入所述载体加热管中；

所述第二旋风分离器的入口端与所述热解反应器的上端连接，所述第二旋风分离器的第一出口端连接有生物炭仓，所述第二旋风分离器的第二出口端与所述生物油喷淋塔连接，所述生物油喷淋塔用于将所述第二旋风分离器输送的第一生物气转变为生物油和第二生物气；

所述油气热风炉与所述载体加热管的下端连接，所述生物油喷淋塔产生的至少部分生物油和至少部分第二生物气通入所述油气热风炉燃烧，所述油气热风炉用于通过产生的热烟气对所述载体加热管中的载体进行加热；

所述余热锅炉中烟气的进气端和所述载体加热管的上端连接，所述余热锅炉用于吸收由所述载体加热管输送的热烟气的热量，以产生蒸汽，同时降温后的热烟气由所述余热锅炉输送至所述生物质干燥管的进气端。

在一种可能的设计中，还包括：流化床；

所述流化床与所述余热锅炉连接，所述载体加热管输送的热烟气中的一路通入所述流化床中，另一路通入连接所述流化床和所述余热锅炉之间的管路中，连接所述流化床和所述余热锅炉之间的管路设置有SNCR喷氨位；

所述流化床还分别与所述固固分离器、所述生物炭仓和所述生物油喷淋塔连接，经所述固固分离器分离出的生物炭、所述生物炭仓储存的生物炭和所述生物油喷淋塔排出的至少部分第二生物气进入到所述流化床中燃烧。

在一种可能的设计中，所述生物油喷淋塔连接有用于储存生物油的生物油仓，所述生物油仓和所述生物油喷淋塔之间连接有第一换热器；

所述生物油仓内的生物油经由所述第一换热器冷却后进入到所述生物油喷淋塔中，以对所述第一生物气中一部分可冷凝部分冷却并形成生物油。

在一种可能的设计中，还包括：木醋液喷淋塔；

所述木醋液喷淋塔连接有用于储存木醋液的木醋液仓，所述木醋液仓和所述木醋液喷淋塔之间连接有第二换热器；

所述木醋液仓内的木醋液经由所述第二换热器冷却后进入到所述木醋液喷淋塔中，以对所述第二生物气中可冷凝部分冷却并形成木醋液。

在一种可能的设计中，还包括：电捕焦油器；

所述电捕焦油器与所述木醋液喷淋塔连接，所述电捕焦油器用于去除由所述木醋液喷淋塔排出的所述第二生物气中不可冷凝部分中的焦油。

在一种可能的设计中，还包括：燃机发电装置；

所述燃机发电装置分别与所述电捕焦油器和所述余热锅炉连接，经所述电捕焦油器去除焦油后的所述第二生物气中不可冷凝部分形成可燃气，所述可燃气进入所述燃机发电装置燃烧发电，所述燃机发电装置产生的尾气进入所述余热锅炉。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于上述所述的生物质热解系统的工作方法，包括：

利用所述余热锅炉排出的烟气对所述生物质干燥管内的生物质进行干燥；

利用所述第一旋风分离器对所述生物质干燥管输送的生物质和烟气进行分离，使分离后的烟气经除尘器排出，分离后的生物质输送至所述生物质仓；

利用所述油气热风炉产生的热烟气对所述载体加热管中的载体进行加热；

利用加热后的所述载体对由所述生物质仓输送至所述热解反应器的生物质进行热解；

利用所述固固分离器分离载体和经所述热解反应器热解产生的生物炭，分离后的所述载体进入所述载体加热管中；

利用所述第二旋风分离器分离出生物炭和第一生物气，并利用所述生物油喷淋塔将所述第二旋风分离器输送的第一生物气转变为生物油和第二生物气；

利用所述生物油喷淋塔产生的至少部分生物油和至少部分第二生物气通入所述油气热风炉燃烧；

利用所述余热锅炉吸收由所述载体加热管输送的热烟气的热量，以产生蒸汽，同时降温后的热烟气由所述余热锅炉输送至所述生物质干燥管的进气端。

在一种可能的设计中，还包括：

将所述载体加热管输送的热烟气中的一路通入流化床中，另一路通入连接所述流化床和所述余热锅炉之间的管路中；

将经所述固固分离器分离出的生物炭、所述生物炭仓储存的生物炭和所述生物油喷淋塔排出的至少部分第二生物气进入到所述流化床中燃烧。

由上述方案可知，上述生物质热解系统及其工作方法通过利用油气热风炉产生的热烟气对载体加热管中的载体加热，加热后的热烟气输送至余热锅炉并被余热锅炉吸收其热量，降温后的热烟气由余热锅炉输送至生物质干燥管，以对生物质干燥管中的生物质进行干燥，如此不仅可以避免生物质被高温气体炭化，而且也提高了热解系统的热利用率。

附图说明

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。

图1是本发明一个实施例提供的生物质热解系统的结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的生物质热解系统的结构示意图；

图3是本发明再一个实施例提供的生物质热解系统的结构示意图；

图4是本发明一个实施例提供的生物质热解系统的工作方法的流程图。

附图说明：

101-生物质干燥管；102-载体加热管；103-热解反应器；104-第一旋风分离器；105-第二旋风分离器；106-余热锅炉；107-生物油喷淋塔；108-油气热风炉；109-生物质仓；110-除尘器；111-载体缓存仓；112-固固分离器；113-生物炭仓；114-流化床；115-管路；116-生物油仓；117-第一换热器；118-木醋液喷淋塔；119-木醋液仓；120-第二换热器；121-电捕焦油器；122-燃机发电装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种生物质热解系统，该生物质热解系统包括：生物质干燥管101、载体加热管102、热解反应器103、第一旋风分离器104、第二旋风分离器105、余热锅炉106、生物油喷淋塔107和油气热风炉108，其中：

生物质干燥管101的出气端与第一旋风分离器104连接，生物质干燥管101的进气端与余热锅炉106中烟气的出气端连接，生物质干燥管101内容纳有生物质，余热锅炉106排出的烟气用于对生物质干燥管101内的生物质进行干燥，上述生物质可以包括秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等。

第一旋风分离器104和热解反应器103通过生物质仓109连接，第一旋风分离器104用于对生物质干燥管101输送的生物质和烟气进行分离，分离后的烟气经除尘器110排出，分离后的生物质输送至生物质仓109，生物质仓109的生物质输送至热解反应器103进行热解，生物质通过热解反应器103热解后生成生物炭和第一生物气，其中第一生物气用于转变为生物油和第二生物气，第二生物气用于转变为木醋液和可燃气。

载体加热管102的上端和热解反应器103通过载体缓存仓111连接，载体加热管102内容纳有载体，载体在载体加热管102中加热后输送至载体缓存仓111，载体缓存仓111内的载体输送至热解反应器103，上述载体可以选用陶瓷球。

载体加热管102的下端和热解反应器103通过固固分离器112连接，固固分离器112用于分离载体和经热解反应器103热解产生的生物炭，分离后的载体进入载体加热管102中，使得载体继续回收利用。

第二旋风分离器105的入口端与热解反应器103的上端连接，第二旋风分离器105的第一出口端连接有生物炭仓113，第二旋风分离器105的第二出口端与生物油喷淋塔107连接，生物油喷淋塔107用于将第二旋风分离器105输送的第一生物气转变为生物油和第二生物气，其中第一生物气中一部分可冷凝部分进行冷凝以形成生物油，另一部分可冷凝部分和不可冷凝的部分(例如甲烷、氢气等，即可燃气)组成第二生物气。

油气热风炉108与载体加热管102的下端连接，生物油喷淋塔107产生的至少部分生物油和至少部分第二生物气通入油气热风炉108燃烧，油气热风炉108用于通过产生的热烟气对载体加热管102中的载体进行加热，通过使用油气热风炉108可以利用生物油喷淋塔107产生的至少部分生物油和至少部分第二生物气，即无需额外燃料。

余热锅炉106中烟气的进气端和载体加热管102的上端连接，余热锅炉106用于吸收由载体加热管102输送的热烟气的热量，以产生蒸汽，同时降温后的热烟气由余热锅炉106输送至生物质干燥管101的进气端。

在本发明实施例中，上述生物质热解系统通过利用油气热风炉108产生的热烟气对载体加热管102中的载体加热，加热后的热烟气(大约为500℃)输送至余热锅炉106并被余热锅炉106吸收其热量，降温后的热烟气(大约为240℃)由余热锅炉106输送至生物质干燥管101，以对生物质干燥管101中的生物质进行干燥，如此不仅可以避免生物质被高温气体炭化，而且也提高了热解系统的热利用率。此外，通过利用余热锅炉106吸收由载体加热管102输出的热烟气中的热量，也能使余热锅炉106产生蒸汽，该蒸汽可用于供热。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，上述生物质热解系统还包括：流化床114；流化床114与余热锅炉106连接，载体加热管102输送的热烟气中的一路通入流化床114中，另一路通入连接流化床114和余热锅炉106之间的管路115中，连接流化床114和余热锅炉106之间的管路115设置有SNCR喷氨位；流化床114还分别与固固分离器112、生物炭仓113和生物油喷淋塔107连接，经固固分离器112分离出的生物炭、生物炭仓113储存的生物炭和生物油喷淋塔107排出的至少部分第二生物气进入到流化床114中燃烧。

在本发明实施例中，目前生物炭一直没有很好的利用方向，通过上述方案可实现对生物质热解系统产生的高温生物炭(含生物炭潜热)的合理利用，即通过采用流化床114对生物炭进行燃烧，以产生高温烟气，该高温烟气的热量可以被余热锅炉106吸收，从而可以产生更多的蒸汽。为保证流化床114的流化效果(或均匀分布的效果)更优，载体加热管102输送的热烟气中的一路通入流化床114中，而且该部分热烟气的含氧量在10％以上，如此可以起到生物炭燃烧时助燃的作用。进一步地，通过将生物油喷淋塔107排出的至少部分第二生物气也通入到流化床114中燃烧，可以起到调节流化床114燃烧负荷的作用，即根据实际需求负荷，适应性地控制通入流化床114中第二生物气的流量。

此外，通过流化床114燃烧生成的烟气可高达1000℃以上，载体加热管102输送的热烟气中的另一路通入连接流化床114和余热锅炉106之间的管路115中，如此可使管路115中烟气的温度下降，在管路115中确定烟气温度为850℃-900℃的位置，以该位置作为SNCR喷氨位，并可根据当地环保要求，适应性地选择是否需要向该SNCR喷氨位进行喷氨。相比于SCR脱硝，由于SNCR喷氨位不含催化剂，因此SNCR喷氨位不会发生催化剂中毒和堵塞的问题，且成本低廉。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，生物油喷淋塔107连接有用于储存生物油的生物油仓116，生物油仓116和生物油喷淋塔107之间连接有第一换热器117；生物油仓116内的生物油经由第一换热器117冷却后进入到生物油喷淋塔107中，以对第一生物气中一部分可冷凝部分冷却并形成生物油。也就是说，通过将生物油仓116中的部分生物油进行冷却后，可以更高效地实现对第一生物气中一部分可冷凝部分的冷却。当然，生物油喷淋塔107也可以采取其他冷凝的方式。

请继续参阅图3，在本发明的一个实施例中，上述生物质热解系统还包括：木醋液喷淋塔118；木醋液喷淋塔118连接有用于储存木醋液的木醋液仓119，木醋液仓119和木醋液喷淋塔118之间连接有第二换热器120；木醋液仓119内的木醋液经由第二换热器120冷却后进入到木醋液喷淋塔118中，以对第二生物气中可冷凝部分冷却并形成木醋液。也就是说，通过将木醋液仓119中的部分木醋液进行冷却后，可以更高效地实现对第二生物气中可冷凝部分(即第一生物气中另一部分可冷凝部分)的冷却。当然，木醋液喷淋塔118也可以采取其他冷凝的方式。

请继续参阅图3，在本发明的一个实施例中，还包括：电捕焦油器121；电捕焦油器121与木醋液喷淋塔118连接，电捕焦油器121用于去除由木醋液喷淋塔118排出的第二生物气中不可冷凝部分中的焦油。电捕焦油器121具有捕焦油效率高、阻力损失小、气体处理量大等优点，此外，电捕焦油器121不仅可保证后续工序对气体质量的要求，提高产品回收率，而且可明显改善操作环境。

请继续参阅图3，在本发明的一个实施例中，还包括：燃机发电装置122；燃机发电装置122分别与电捕焦油器121和余热锅炉106连接，经电捕焦油器121去除焦油后的第二生物气中不可冷凝部分形成可燃气，可燃气进入燃机发电装置122燃烧发电，燃机发电装置122产生的尾气进入余热锅炉106。在本发明实施例中，经过木醋液喷淋塔118净化后的可燃气进入电捕焦油器121再次净化，产出适用于燃机发电装置122(例如内燃机和微燃机)要求的生物气，以产生电力；而且，燃机发电装置122产生的尾气进入余热锅炉106，以被余热锅炉106利用并产生蒸汽。

综上所述，本发明实施例提供的生物质热解系统不仅可以利用多种廉价生物质资源(例如秸秆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳)，根据当地项目需求，联产出生物油、生物气、生物炭、蒸汽、电力和木醋液等产品，且产品组合灵活，可根据实际情况调整各个产品比例。此外，该生物质热解系统还通过设置SNCR喷氨位，解决了生物质利用技术的环保排放问题。

如图4所示，本发明实施例还提供了一种基于上述内容提及的生物质热解系统的工作方法，该工作方法包括：

S1、利用余热锅炉106排出的烟气对生物质干燥管101内的生物质进行干燥；

S2、利用第一旋风分离器104对生物质干燥管101输送的生物质和烟气进行分离，使分离后的烟气经除尘器110排出，分离后的生物质输送至生物质仓109；

S3、利用油气热风炉108产生的热烟气对载体加热管102中的载体进行加热；

S4、利用加热后的载体对由生物质仓109输送至热解反应器103的生物质进行热解；

S5、利用固固分离器112分离载体和经热解反应器103热解产生的生物炭，分离后的载体进入载体加热管102中；

S6、利用第二旋风分离器105分离出生物炭和第一生物气，并利用生物油喷淋塔107将第二旋风分离器105输送的第一生物气转变为生物油和第二生物气；

S7、利用生物油喷淋塔107产生的至少部分生物油和至少部分第二生物气通入油气热风炉108燃烧；

S8、利用余热锅炉106吸收由载体加热管102输送的热烟气的热量，以产生蒸汽，同时降温后的热烟气由余热锅炉106输送至生物质干燥管101的进气端。

在本发明的一个实施例中，还包括：

将载体加热管102输送的热烟气中的一路通入流化床114中，另一路通入连接流化床114和余热锅炉106之间的管路115中；

将经固固分离器112分离出的生物炭、生物炭仓113储存的生物炭和生物油喷淋塔107排出的至少部分第二生物气进入到流化床114中燃烧。

上述工作方法的各步骤之间执行过程的内容，由于与本发明生物质热解系统的实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明生物质热解系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

综上所述，本发明各个所述实施例所提供的生物质热解系统及其工作方法，至少具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，上述生物质热解系统通过利用油气热风炉108产生的热烟气对载体加热管102中的载体加热，加热后的热烟气(大约为500℃)输送至余热锅炉106并被余热锅炉106吸收其热量，降温后的热烟气(大约为240℃)由余热锅炉106输送至生物质干燥管101，以对生物质干燥管101中的生物质进行干燥，如此不仅可以避免生物质被高温气体炭化，而且也提高了热解系统的热利用率。此外，通过利用余热锅炉106吸收由载体加热管102输出的热烟气中的热量，也能使余热锅炉106产生蒸汽，该蒸汽可用于供热。

2、在本发明实施例中，目前生物炭一直没有很好的利用方向，通过上述方案可实现对生物质热解系统产生的高温生物炭(含生物炭潜热)的合理利用，即通过采用流化床114对生物炭进行燃烧，以产生高温烟气，该高温烟气的热量可以被余热锅炉106吸收，从而可以产生更多的蒸汽。为保证流化床114的流化效果(或均匀分布的效果)更优，载体加热管102输送的热烟气中的一路通入流化床114中，而且该部分热烟气的含氧量在10％以上，如此可以起到生物炭燃烧时助燃的作用。进一步地，通过将生物油喷淋塔107排出的至少部分第二生物气也通入到流化床114中燃烧，可以起到调节流化床114燃烧负荷的作用，即根据实际需求负荷，适应性地控制通入流化床114中第二生物气的流量。

3、在本发明实施例中，通过流化床114燃烧生成的烟气可高达1000℃以上，载体加热管102输送的热烟气中的另一路通入连接流化床114和余热锅炉106之间的管路115中，如此可使管路115中烟气的温度下降，在管路115中确定烟气温度为850℃-900℃的位置，以该位置作为SNCR喷氨位，并可根据当地环保要求，适应性地选择是否需要向该SNCR喷氨位进行喷氨。相比于SCR脱硝，由于SNCR喷氨位不含催化剂，因此SNCR喷氨位不会发生催化剂中毒和堵塞的问题，且成本低廉。

4、经过木醋液喷淋塔118净化后的可燃气进入电捕焦油器121再次净化，产出适用于燃机发电装置122(例如内燃机和微燃机)要求的生物气，以产生电力；而且，燃机发电装置122产生的尾气进入余热锅炉106，以被余热锅炉106利用并产生蒸汽。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由若干个物理实体实现，或者，可以由若干个独立设备中的某些部件共同实现。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“若干个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述若干个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。