[发明专利]利用锅炉烟气干燥与炭化生物质原料的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用锅炉烟气干燥与炭化生物质原料的系统和方法，属于锅炉烟气余热利用和生物质能利用的技术领域。

背景技术

化石能源(煤、石油、天然气等)的大量利用不仅使得其资源枯竭，而且造成了严重的环境污染，因此，世界各国都将可再生能源的开发与利用作为能源与环境可持续发展的重要内容。生物质是植物通过光合作用生成的有机物质，由于其具有资源储量丰富、分布广泛、清洁以及零CO₂净排放等的特点，被认为是一种重要的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440-1800亿吨(干重)，相当于目前世界总能耗的10倍。根据来源的不同，将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。我国生物质资源丰富，仅生物质秸秆就达7亿吨左右。随着农村商品能源(液化气、电等)使用量迅速增加，大量农作物秸秆被弃于田间地头随意焚烧，这不仅浪费了宝贵的能源资源，而且造成了严重环境污染。因此，开发和利用生物质能源具有重要的现实意义。

生物质能利用技术主要包括生物质直燃发电技术、气化发电技术、生物质制油技术以及生物质成型燃料等。上述技术的应用对生物质原料均有一定的技术要求。由于生物质原料具有含水率高、热值低、能量密度低、易腐烂、磨削性差以及季节性强等缺点，如不对其进行干燥和炭化等预处理，不仅会严重降低了其长距离运输的经济性以及储存周期，而且还会降低生物质原料的发热量，并显著提高生物质利用过程中的烟气处理量，从而显著增大锅炉等本体及辅助设备的尺寸，最终导致其热效率降低以及制造成本显著增加。

生物质干燥与炭化是生物质预处理的关键技术之一。生物质干燥是利用热源除去生物质中外在水分的过程，生物质炭化是在缺氧条件下低温热解使生物质原料转换成以生物质炭为主要产品的加工过程。生物质干燥与炭化可以显著提高生物质的发热量和能量密度，改善其粉磨性和疏水性，从而使得其更适宜长距离运输和长期储存。自然晾晒法是最早使用的也是最为有效的生物质干燥方法，但该法占地面积大且费时，不适用于大规模生产。专利CN101693248A公开了一种使用高温烟气对生物质原料进行干燥的方法，其使含水生物质原料经高温烟气干燥后，再经过加热加压处理，制成流体化浆体。这种方法不仅需要引入外部高温干燥介质，能量消耗极大，而且仅适用于处理高含水率(75％-85％)的水生生物质。专利CN100455965C公开了一种生物质干燥方法及板式干燥机，通过向封闭的箱体内鼓入高温气体，同时引出干燥过程中产生的湿气，使得生物质得以干燥。该法仅对生物质进行了干燥处理，干燥过程需要提供外部干燥介质，而且结构较为复杂。CN102954678A公开了一种利用生物质锅炉烟气干燥生物质原料的方法和装置，该法利用生物质锅炉烟气直接对履带式干燥室内的生物质原料进行干燥处理，而未涉及生物质炭化。专利CN101885487A公开了一种生物质批量连续制备活性炭的装置及方法，但该法涉及生物质干燥、炭化和活化过程，主要应用于连续制备生物质活性炭。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有生物质原料干燥与炭化技术中存在的系统与设备结构复杂、能耗高、难以大型化连续性生产的缺陷，提供一种利用锅炉烟气干燥与炭化生物质原料的系统和方法。本发明具有工艺系统简单、原料适应性广、干燥与炭化效果好、易于大型化、可连续生产等特点，可显著提高生物质的热值和能量密度，缩小锅炉及其辅助系统尺寸，大幅提高锅炉的热效率。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

利用锅炉烟气干燥与炭化生物质原料的系统，包括锅炉、尾部烟道、省煤器、空气预热器、除尘装置、脱硫除尘装置、引风机、干燥装置、高温预除尘器、炭化装置、生物质炭冷却装置、粉磨装置、生物质炭成型与包装装置、排粉机和热解气风机，省煤器和空气预热器设置在尾部烟道内，尾部烟道与除尘装置、脱硫除尘装置、引风机和烟囱依次相连；所述尾部烟道还与高温预除尘器、高温风机和炭化装置依次相连，干燥装置连接到炭化装置；所述炭化装置一方面通过热解气风机与锅炉上的热解气喷口相连，另一方面通过生物质炭冷却装置、粉磨装置、排粉机与锅炉上的生物质炭粉喷口相连；生物质炭成型与包装装置连接到粉磨装置。

本发明所涉及的利用锅炉烟气干燥与炭化生物质原料的方法是：

1)煤或生物质燃料在锅炉中燃烧生成高温烟气，高温烟气在锅炉尾部烟道中与受热面(省煤器、空气预热器)换热逐步降低为中低温烟气，经烟气净化装置(除尘装置和脱硫装置)净化后，在引风机作用下由烟囱排出；