一种生物质高温预热解系统

1.本发明设计了生物质高温预热解系统。


背景技术：

2.我国常见的空气污染物污染有：烟尘、so2、no
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和co等，计算和统计结果表明，大气污染物在燃料燃烧、工业生产和机动车产生的体积中所占比例分别为70%、20%和10%。由此可见，要降低排放到空气中的污染物含量，改善我们的生活环境，积极研究燃料形成污染物的燃烧机理，探索燃烧过程中的变化来控制燃烧过程，可以达到减少或消除污染物的目的。寻找清洁燃烧技术以减少燃烧污染是当前燃烧科学的重要方向之一。
3.要实现低碳发展，要将高碳煤电转化为低碳火电，唯一可以替代煤炭的低碳火电燃料只能是具有低碳排放可再生性质的生物质燃料。因此，煤电能源的低碳发展只能从生物质耦合混烧开始，逐步提高生物质燃料的混烧比。为了最终形成完整的超低no
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排放的生物质燃烧技术体系，为清洁燃烧技术的进步做出贡献，在我国生物质资源产量超过10亿吨标煤/年的情况下做出战略方向转变，为此设计一种适用于生物质耦合发电生产的新型高效且低成本的no
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控制系统——生物质高温预热解系统。


技术实现要素：

4.为了解决目前控制锅炉排放no
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技术不先进、不科学的问题，同时解决目前在发电厂中广泛用于控制锅炉排放no
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的技术不适合生物质燃烧特性的问题，从而实现炉内超低排放，本发明提供了一种能够对热解气进行多次分离，并将分离出来的物料分类处理的生物质高温预热解系统。
5.本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种生物质高温预热解系统，包括给料器、高温预热解反应器、微油点火器、旋风分离器一、旋风分离器二和生物质残渣回收机，其中高温预热解反应器的正下方安装微油点火器，给料器通过绞龙连通高温预热解反应器的炉膛，通过给料器将生物质燃料输送到炉膛中，炉膛上方设置开口连接旋风分离器一，旋风分离器一的下方设置回料管，分离的杂质通过回料管重新输送到炉膛中燃烧，旋风分离器一的顶部设置排气口，并通过该排气口连通旋风分离器二，经过一次分离提纯的热解气进入旋风分离器二，旋风分离器二下方安装生物质残渣回收机，旋风分离器二的上方设置热解气出口。
6.微油点火器包括高能点火器、空气雾化配风器组件、空气雾化油枪和点火枪，其中点火枪配套有推进装置，炉膛的内壁上还安装有见光火检装置用于实时监控点火效果。
7.高温预热解反应器的炉膛内部通过隔热材料分割为燃料倾倒区、燃烧区、进料通道和热解气排气通道，其中多个进料通道和热解气排气通道环绕炉膛内部呈圆周阵列分布，并且进料通道和热解气排气通道间隔设置。
8.燃料倾倒区和燃烧区位于炉膛中央，燃料倾倒区和燃烧区之间通过锥形均料板隔开，燃料倾倒区位于锥形均料板的上侧，燃烧区位于锥形均料板的下侧；进料通道设置有连
通燃料倾倒区的进料口，进料口设置在锥形均料板的上方，进料通道内设置有密封的隔板，隔板位于进料口的上方。
9.热解气排气通道的下端连通燃烧区，热解气排气通道上方设置环形的汇合区，热解气排气通道的上端出口连接汇合区，热解气排气通道以及汇合区与燃料倾倒区之间密封隔离，汇合区连通旋风分离器一。
10.所述锥形均料板的顶部设置透气口，在透气口上安装伞状扣盖，伞状扣盖和锥形均料板之间通过多根支撑杆连接，通过支撑杆将伞状扣盖固定在透气口上方，伞状扣盖与锥形均料板之间留有通气间隙。
11.高温预热解反应器炉壁内侧设计加装多层耐火保温内衬，耐火保温内衬包括向火面耐火材料、绝热层耐火砖和保温层耐火衬里，其中向火面耐火材料为直接受热解反应生成的热解气及熔渣作用的高铬耐火材料，绝热层耐火砖紧靠向火面耐火材料外侧设置，保温层耐火衬里紧靠绝热层耐火砖或向火面耐火材料外侧设置，用以降低高温预热解反应器壳体温度。
12.高温预热解反应器炉壁上安装有温度检测报警系统，高温预热解反应器壳体与高温预热解反应器炉壁温度检测元件之间有良好的温度接触，温度检测元件的焊接处打磨光滑，以防止温度检测元件的机械损伤，并且使热接触良好。
13.高温预热解反应器下部燃烧室采用保温材料为硅酸铝耐火纤维，保温厚度为165mm。
14.所述温度检测报警系统包括温度检测元件和警报单元，温度检测元件安装在炉壁上，警报单元安装在高温预热解反应器外，通过导线有温度检测元件连通。
15.高温预热解反应器的炉壁上安装多个温度检测元件，在高温预热解反应器直筒部炉壁温度检测元件每行的间距为200mm、上部封头部炉壁温度检测元件每行的间距为150mm，警报单元采用蜂鸣器和报警灯。
16.所述的进料通道和热解气排气通道间隔设置，并且进料通道和热解气排气通道均设置为螺旋状，利用螺旋增加通道长度，延长热解气在通道中的路程。
17.本发明的有益效果：本发明能够实现炉内超低no
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排放，同时不需要对热解器的承压部件进行改变，改造简单、施工期短。运行过程中维护费用低，方便快捷。本热解过程可以大幅提高热解效率。同时残渣回收机的回收的生物质残渣富含多种微量元素，在农业生产过程中可以用作土壤修复和制成多元复合肥料或者用作活性炭吸收和净化生活污水，助力乡村振兴。
附图说明
18.图1是生物质高温预热解系统的结构示意图。
19.图2是高温预热解反应器内部结构图。
20.图3是炉膛内进料通道和热解气排气通道立体结构图。
21.图4是图3结构的剖视图。
22.图5是进料通道结构示意图。
23.图6是热解气排气通道结构示意图。
24.附图标记：1.给料器，2.高温预热解反应器，3.微油点火器，4.旋风分离器一，5.旋
风分离器二，6.生物质残渣回收机，7.热解气出口，8.防爆装置,201.燃料倾倒区，202.燃烧区，203.进料通道，204.热解气排气通道，205.锥形均料板，206.伞状扣盖，207.隔板，208.进料口，209汇合区。
实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
26.实施例1：如图1所示，本发明的生物质高温预热解系统是由给料器1、高温预热解反应器2、微油点火器3、旋风分离器一4、旋风分离器二5、生物质残渣回收机6、热解气出口7、防爆装置8等组成。生物质燃料在进入高温预热解反应器2后，在高温缺氧的条件下进行热解，组成生物质的碳氢化合物转化为含co、h2和ch4等的可燃气体，从热解反应器的上方出口处排出，一部分未燃尽的生物质颗粒经过两台旋风分离器离心作用，极小的颗粒从第二台旋风分离器流入到连接的生物质残渣回收机进行回收，直径较大的颗粒通过回料管返回炉膛继续燃烧。
27.生物质高温预热解系统的高温预热解反应器2主要部件材质：热解器本体上部热解室壳体选用q235，20mm钢板；下部燃烧室壳体选用q235，20mm钢板；每节法兰：q235，20mm钢板。法兰连接螺柱：35crmoa法兰连接螺母：30crmo。
28.气体出口挡板焊在耐火材料承载板下部的角撑板上，并且要调节气体出口挡板，不能把气体出口挡板焊在耐火材料承载板上。气体出口挡板、缓冲板材质为316l，厚度为20mm。耐火材料承载板下部的角撑板厚度为20mm,材质为316l。
29.高温预热解反应器2的底部布置微油点火器3，作为生物质燃料燃烧器，每套微油点火器3需要由高能点火器、空气雾化配风器组件、空气雾化油枪和点火枪组成，并配套点火枪推进装置，见光火检装置用于实时监控点火效果，拥有4种不同结构和工艺的微油点火装置，一个高能点火器配套以下各种材料包括精密过滤器，用于燃油的过滤；微油点火就地控制柜，实现微油点火装置的就地控制；高压接触电缆，连接微油点火装置与微油点火控制柜，每套点火装置需要1根高压接触电缆；油枪过滤器，微油点火装置使用柴油作为点火用油，柴油进入油枪前首先经过油枪过滤器的过滤，以免杂质进入油枪堵塞，影响点火效果。
30.为了保护高温预热解反应器2炉壁不受燃烧室内反应高温的直接作用，高温预热解反应器2炉壁内侧设计加装多层耐火保温内衬。高温预热解反应器2耐火衬里发生故障的情况下，为了能够及时发现高温预热解反应器2炉壁可能出现的局部超温，设计一套高温预热解反应器2炉壁温度检测报警系统。
31.向火面耐火材料应能承受高温预热解反应器2反应室正常操作温度条件下熔渣的侵蚀作用，且能承受高温预热解反应器2反应室操作温度短时间剧升至1540℃条件下的高温作用。耐火材料设计应使高温预热解反应器2炉壁温度比相应的水汽露点温度至少高30℃，以防止高温预热解反应器2炉壁及耐火材料发生露点腐蚀。
32.向火面耐火材料：直接受热解反应生成的热解气及熔渣作用的高铬耐火材料。绝热层耐火砖：紧靠向火面耐火材料外侧设置。保温层耐火衬里：紧靠绝热层耐火砖或向火面耐火材料外侧设置，用以降低高温预热解反应器2壳体温度的耐火材料。烧嘴接入口：高温预热解反应器2反应室两侧安装烧嘴的部位。耐火衬里拱顶部：高温预热解反应器2反应室位于耐火材料直筒部与拱形热解气出口安装口之间的部位。耐火衬里直筒部：沿高温预热
解反应器2反应室直筒部设置的耐火材料。耐火衬里锥底部：高温预热解反应器2反应室底部流道缩小的部位，此处为燃烧室。
33.燃料所选用为成捆秸秆，即建筑模板，为低位热值生物质材料，不包含水的汽化潜热，热值为4000kcal/kg。含水量为8%~12%左右。
34.生物质燃料由给料器1输送到高温预热解反应器2中，经过热解反应，从高温预热解反应器2的上方出口处排出，一部分大颗粒未燃尽的炭粒进入旋风分离器一4中，经分离器分离，大颗粒未燃尽的炭粒重新通过回料管进入高温预热解反应器2内进行燃烧，小颗粒物随热解气从旋风分离器一4的上方排出，排出的热解气再次进入旋风分离器二5中做进一步的分离净化，同时旋风分离器二5的下方安装生物质残渣回收机6，分离出来的生物质残渣进入生物质残渣回收机6，利用生物质残渣回收机6将分离的残渣进行筛分处理，筛分出来较大的残渣可以仅有管道或绞龙重新输送会高温预热解反应器2燃烧，较细的残渣则进行回收存储，用于农业生产。
35.高温的热解气通过旋风分离器二5顶部的热解气出口7进入流化床锅炉中用于对流化床锅炉中no
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进行还原，小颗粒状生物质燃料在下部进行燃烧。
36.高温预热解反应器2炉体中的炉壁温度检测元件固定在炉壁上的相应焊接附件上。焊接的固定螺母及焊条，其材质与炉壁材质相同。这种固定螺母可用锥形螺纹板进行加工。采用预热及手动保护电弧焊，并进行焊后热处理。
37.高温预热解反应器2壳体与炉壁温度检测元件之间必须有良好的温度接触，温度检测元件的焊接处应打磨光滑，以防止温度检测元件的机械损伤，并且使其热接触良好。除温度检测元件弯头和膨胀环以外，还需要安装元件护套，纸带固定在护套下面。这样元件到护套之间没有金属之间的接触，纸带伸出护套外大约8mm，当护套切割以后，要去除切割毛边。
38.高温预热解反应器2直筒部炉壁温度检测元件每行的间距推荐为200mm、上部封头部炉壁温度检测元件每行的间距推荐为150mm。
39.高温预热解反应器2炉体焊接：炉体焊缝及其它附件的焊接均采用电弧焊工艺；所有炉体内部附属件的焊缝尺寸，均包括规定的炉体腐蚀裕量；相似材料进行焊接，焊缝部位材料的抗拉强度，应等于或大于焊接部件的抗拉强度。
40.设备焊接前应进行预热，预热温度150～200℃。
41.高温预热解反应器2上部热解室部分不需要进行保温，下部燃烧室部分需要进行保温。
42.高温预热解反应器2下部燃烧室采用保温材料为硅酸铝耐火纤维，保温厚度为165mm。
43.高温预热解反应器2的炉膛，炉膛内部通过隔热材料分割为燃料倾倒区201、燃烧区202、进料通道203和热解气排气通道204，其中多个进料通道203和热解气排气通道204环绕炉膛内部呈圆周阵列分布，并且进料通道203和热解气排气通道204间隔设置，燃料倾倒区201和燃烧区202位于炉膛中央，燃料倾倒区201和燃烧区202之间通过锥形均料板205隔开，燃料倾倒区201位于锥形均料板205的上侧，燃烧区202位于锥形均料板205的下侧；
进料通道203设置有连通燃料倾倒区201的进料口208，进料口设置在锥形均料板205的上方，进料通道203内设置有密封的隔板207，隔板位于进料口的上方；热解气排气通道204的下端连通燃烧区202，热解气排气通道204上方设置环形的汇合区209，热解气排气通道204的上端出口连接汇合区209，热解气排气通道204以及汇合区209与燃料倾倒区201之间密封隔离，汇合区209连通旋风分离器一4。
44.给料器1连通燃料倾倒区201将生物质燃料输送到炉膛中，生物质燃料在锥形均料板205的作用下均匀的向四周分散，经均匀分布在四周的进料口208进入燃烧区202进行热解，由于燃烧区202上方锥形均料板205的封挡，热解气无法通过燃烧区的上排出，炉膛整体相对封闭，而排布在炉膛外围的热解气排气通道204上端通过汇合区209连通旋风分离器一4形成出气口，另外旋风分离器通过气体螺旋锅炉，进入旋风分离器的气体会形成涡流吸引的效果，从而使连通的汇合区209产生微负压，因此高温的热解气会大部分通过热解气排气通道204排出，少部分气体由进料通道203逸出并不会对热解气的收集产生影响。
45.而且进料通道203连接给料器1，持续向炉膛内输送生物质燃料，持续投入燃料也可以有效阻止热解气由此处逸出。
46.进一步，为了避免燃烧区顶部完全密封，产生安全隐患。所述锥形均料板205的顶部设置透气口，在透气口上安装伞状扣盖206，伞状扣盖206和锥形均料板205之间通过多根支撑杆连接，通过支撑杆将伞状扣盖206固定在透气口上方，伞状扣盖206与锥形均料板205之间留有通气间隙。
47.所述的进料通道203和热解气排气通道204间隔设置，并且进料通道203和热解气排气通道204均设置为螺旋状，利用螺旋增加通道长度，延长热解气在通道中的路程。高温热解气能够增加炉膛上段的温度，通过高温对位于中央的燃料倾倒区201进行加热，从而对投入的生物质做预热处理，提高燃烧区的燃烧效率。
48.实施例2：高温预热解反应器2炉壁上安装温度检测报警系统。所述温度检测报警系统包括温度检测元件和警报单元，温度检测元件安装在炉壁上，具体的在炉壁上焊接固定螺母，将温度检测元件安装在固定螺母上，焊接的固定螺母及焊条采用与炉壁材质相同的材料。这种固定螺母可用锥形螺纹板进行加工。采用预热及手动保护电弧焊，并进行焊后热处理。壳体与炉壁上的温度检测元件之间必须有良好的温度接触，温度检测元件的焊接处应打磨光滑，以防止温度检测元件的机械损伤。
49.利用温度检测报警系统及时发现高温预热解反应器2炉壁温度异常，及时排除安全隐患，确保生物质热解反应器的安全稳定。
50.实施例3：在实施例2的基础上，对安装在炉壁上的温度检测报警系统做进一步的详细描述，在高温预热解反应器2的炉壁上安装多个温度检测元件。通过所述温度检测元件全面覆盖高温预热解反应器2，对高温预热解反应器2的炉壁作全面的检测保护，及时发现问题，快速处理。
51.温度检测元件的布置方式是，在高温预热解反应器2直筒部炉壁温度检测元件每行的间距推荐为200mm、上部封头部炉壁温度检测元件每行的间距推荐为150mm。
52.所述的温度检测元件连接有警报单元，在检测到问题时，警报单元通过声光电进行提醒警示，具体的警报单元可以采用蜂鸣器和报警灯进行提示。
53.进一步的在高温预热解反应器2的顶部安装防爆装置8，通过防爆装置8进一步提
高高温预热解反应器2的安全性。
54.以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

技术特征：
1.一种生物质高温预热解系统，其特征在于，包括给料器（1）、高温预热解反应器（2）、微油点火器（3）、旋风分离器一（4）、旋风分离器二（5）和生物质残渣回收机（6），其中高温预热解反应器（2）的正下方安装微油点火器（3），给料器（1）通过绞龙连通高温预热解反应器（2）的炉膛，通过给料器（1）将生物质燃料输送到炉膛中，炉膛上方设置开口连接旋风分离器一（4），旋风分离器一（4）的下方设置回料管，分离的杂质通过回料管重新输送到炉膛中燃烧，旋风分离器一（4）的顶部设置排气口，并通过该排气口连通旋风分离器二（5），经过一次分离提纯的热解气进入旋风分离器二（5），旋风分离器二（5）下方安装生物质残渣回收机（6），旋风分离器二（5）的上方设置热解气出口（7）；高温预热解反应器（2）的炉膛内部通过隔热材料分割为燃料倾倒区（201）、燃烧区（202）、进料通道（203）和热解气排气通道（204），其中多个进料通道（203）和热解气排气通道（204）环绕炉膛内部呈圆周阵列分布，并且进料通道（203）和热解气排气通道（204）间隔设置，燃料倾倒区（201）和燃烧区（202）位于炉膛中央，燃料倾倒区（201）和燃烧区（202）之间通过锥形均料板（205）隔开，燃料倾倒区（201）位于锥形均料板（205）的上侧，燃烧区（202）位于锥形均料板（205）的下侧；进料通道（203）设置有连通燃料倾倒区（201）的进料口（208），进料口设置在锥形均料板（205）的上方，进料通道（203）内设置有密封的隔板（207），隔板位于进料口的上方；热解气排气通道（204）的下端连通燃烧区（202），热解气排气通道（204）上方设置环形的汇合区（209），热解气排气通道（204）的上端出口连接汇合区（209），热解气排气通道（204）以及汇合区（209）与燃料倾倒区（201）之间密封隔离，汇合区（209）连通旋风分离器一（4）。2.根据权利要求1所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，所述锥形均料板（205）的顶部设置透气口，在透气口上安装伞状扣盖（206），伞状扣盖（206）和锥形均料板（205）之间通过多根支撑杆连接，通过支撑杆将伞状扣盖（206）固定在透气口上方，伞状扣盖（206）与锥形均料板（205）之间留有通气间隙。3.根据权利要求1所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，微油点火器（3）包括高能点火器、空气雾化配风器组件、空气雾化油枪和点火枪，其中点火枪配套有推进装置，炉膛的内壁上还安装有见光火检装置用于实时监控点火效果。4.根据权利要求1所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，高温预热解反应器（2）炉壁内侧设计加装多层耐火保温内衬，耐火保温内衬包括向火面耐火材料、绝热层耐火砖和保温层耐火衬里，其中向火面耐火材料为直接受热解反应生成的热解气及熔渣作用的高铬耐火材料，绝热层耐火砖紧靠向火面耐火材料外侧设置，保温层耐火衬里紧靠绝热层耐火砖或向火面耐火材料外侧设置，用以降低高温预热解反应器（2）壳体温度。5.根据权利要求1所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，高温预热解反应器（2）炉壁上安装有温度检测报警系统，高温预热解反应器（2）壳体与高温预热解反应器（2）炉壁温度检测元件之间有良好的温度接触，温度检测元件的焊接处打磨光滑，以防止温度检测元件的机械损伤，并且使热接触良好。6.根据权利要求4所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，高温预热解反应器（2）下部燃烧室采用保温材料为硅酸铝耐火纤维，保温厚度为（165）mm。
7.根据权利要求5所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，所述温度检测报警系统包括温度检测元件和警报单元，温度检测元件安装在炉壁上，警报单元安装在高温预热解反应器（2）外，通过导线有温度检测元件连通。8.根据权利要求7所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，高温预热解反应器（2）的炉壁上安装多个温度检测元件，在高温预热解反应器（2）直筒部炉壁温度检测元件每行的间距为（200）mm、上部封头部炉壁温度检测元件每行的间距为（150）mm，警报单元采用蜂鸣器和报警灯。9.根据权利要求1所述的生物质高温预热解系统，其特征在于，所述的进料通道（203）和热解气排气通道（204）间隔设置，并且进料通道（203）和热解气排气通道（204）均设置为螺旋状，利用螺旋增加通道长度，延长热解气在通道中的路程。

技术总结
本发明提供了一种能够对热解气进行多次分离，并将分离出来的物料分类处理的生物质高温预热解系统，包括热解反应器炉膛、给料器、底部微油点火器、旋风分离器一、旋风分离器二和生物质残渣回收机，通过旋风分离器一和旋风分离器二双重净化热解气，同时分离残渣进行充分燃烧和回收。本发明能够实现炉内超低NO


技术研发人员：郭欣维 王为术 任玉巍 毛彦凯 姜蕲轩 刘军 张振 赵冰超 闻猛 王思俨 张忠孝 陈宝明 辛静 张鹏飞 乌晓江 张青永 江砚池 杨苏莉 闵有卓 杨锐刚 岳朴杰
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/9