[发明专利]一种生物质原位控氮气化联产热炭装置

说明书

本发明提供了一种生物质原位控氮气化联产热炭装置，基于双床解耦气化燃烧设计，通过换热板将气化燃烧区产生的热量用于热解区，实现了生物质解耦气化燃烧技术与原位控氮相结合，不仅可实现生物质同步高效、清洁地生产生物炭、生物质燃气热产品，并可利用该技术具有的过程易调控优势，调控产品的质与量，最终实现生物质资源的灵活、高值化利用，还可以利用生物质热解后的大量挥发分对烟气中NO_x进行还原，实现了在过程中对NO_x原位控制。

技术领域

本发明涉及生物质转化领域，涉及气化联产热炭和控制氮氧化物排放，具体涉及一种生物质原位控氮气化联产热炭装置。

背景技术

资源是人类社会生存发展的重要基础。伴随着世界经济的高速发展，化石资源消耗量不断增加，同时也带来了日益严重的环境污染。资源的清洁高效利用，是未来全球走可持续发展道路的必然选择。生物质量大、分布范围广，且是一种碳中性的可再生资源，在社会生产中将扮演越来越重要的角色。但生物质资源品质差别大，且通常高含氮、高含水，由于缺乏规模灵活的高效清洁利用技术，在农业和林业加工行业，农作物秸秆和生物质加工下脚料在利用过程通常排放大量的污染物，且因资源的季节性等因素总体利用效率不高；在轻工行业，副产的各类生物质残渣基本都被视为无用的废弃物，甚至成为一种环境污染源。随着化石资源日益枯竭和消耗加剧以及对环境保护越发重视，我国逐渐加大对生物质资源的开发力度，但需要首先明确适合生物质资源秉性的利用途径，同时克服生物质转化利用中的低效、高污染排放等问题。

通过可调控气化(燃烧)的方式，将生物质同步转化为工业用或民用的生物碳、生物质燃气/热产品，既满足生物质加工行业对生物质废弃物快速清洁处理的要求，又能灵活规模地实现其资源/能源化。例如CN103725328A公开了一种生物质双快速流化床气化方法与装置，先通过快速流化床气化炉A完成生物质的热解气化，再通过快速流化床燃烧炉B完成焦炭和可燃气的燃烧，实现了利用生物质自身成分完成生物质的气化，仅需要额外提供助燃剂纯氧，该方法为将生物质热解气化过程和焦炭与可燃气燃烧过程相互耦合。但因生物质废弃物，尤其轻工行业生物质废弃物，具有高含水、高含氮的特点，传统气化(燃烧)过程存在温度低、过程不稳定、转化效率低、粉尘排放量大以及燃烧烟气NO_x排放严重超标等问题。其中，解决生物质资源高含水导致气化燃烧温度低、过程不稳定、转化效率低的途径主要是在前端单设干燥设备，对原料实施降水脱湿。但这通常导致工艺流程复杂、过程能耗大、系统能效低。

在燃料热转化过程中，控制高含氮原料排放高浓度NO_x烟气的技术主要包括空气分级技术与燃料分级技术，其中空气分级技术应用最为普遍。空气分级技术的主要原理是将燃料的燃烧过程分阶段来完成，将从主燃烧区供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70％～75％(相当于理论空气量的80％左右)，使燃料在缺氧的富燃料条件下燃烧，此时第一级燃烧区内过量空气系数小于1，因而降低了燃烧区内的燃烧速率和程度，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了NO_x的生成速度，抑制了NO_x的生成量，最后在主燃烧区上方送入二次风、三次风与主燃烧区产生的烟气混合，在空气系数大于1的条件下最终完成燃料的整个燃烧过程。燃料分级技术控制NO_x排放的原理与空气分级技术类似，其利用燃料多级供应形成的富燃料、贫氧(供氧量一定、燃料过量供应)热转化环境抑制NO_x的生成，最后再充分供氧完成燃料燃烬过程。

生物质原料通常含有高达60％～80％挥发分，在相对较低温度下就有大量的固体燃料转化为挥发分物质，包括可冷凝生物质油和不冷凝气，后者包括CO、H₂和CH₄等具有还原能力的可燃气体。在气化条件(即部分供氧但未达到完全燃烧需氧量)下，挥发的生物质油形成大量自由基，并进一步裂解为小分子化合物，同时生成CO、H₂和CH₄等还原性可燃气体。小分子生物质油气具有显著的NO_x还原能力，基于此，如果将生物质解耦气化燃烧技术与原位控氮相结合，无需后续脱硝过程，烟气中NO_x浓度即可满足达标排放标准。