一种基于气化的生物质转化系统及方法
技术领域
本发明涉及生物能源技术，特别是涉及一种基于气化的生物质转化系统及方法。
背景技术
众所周知，生物质原料主要来自农林废弃物、水生植物、能源作物等，分布广泛、储量巨大。中国清洁能源开采资源量为21.48亿吨标煤，其中生物质资源量占到一半以上。因此，开发利用我国丰富的生物质能源，缓解我国能源短缺及环境污染压力，具有重要的意义。第15次世界能源大会已经将生物质气化技术确定为优先开发的新能源技术之一。
实际生产中，生物质自身具有的种类复杂、水分含量高、氧含量高、低能量密度、可磨性和均匀性差等缺点约束了生物质能源的广泛应用。目前，烘焙预处理可以解决生物质储存、运输、破碎等方面的问题，以对其热利用，比如，热解、气化，产生积极地影响。但是，生物质转化技术过程仍然存在环境污染、节能效果差、转化产品品质较低。
由此可见，在现有技术中，生物质转化技术中存在环境污染、节能效果差、转化产品品质较低等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能耗小、成本低、清洁度高且产品品质更好的基于气化的生物质转化系统及方法。
为了达到上述目的，本发明提出的第一种技术方案为：
一种基于气化的生物质转化系统，包括：烘焙炉、气固分离装置、气化炉、燃烧炉、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀；其中，
烘焙炉第一输入端通过第一控制阀连通来自外部的余热烟气，烘焙炉第二输入端输入生物质原料，烘焙炉输出端连通气固分离装置输入端；气固分离装置第一输出端连通燃烧炉第一输入端，气固分离装置第二输出端连通气化炉第一输入端；气化炉第二输入端通过第二控制阀连通燃烧炉第一输出端，气化炉第一输出端连通燃烧炉第二输入端，气化炉第二输出端输出气化焦；燃烧炉第三输入端通入外部燃料，燃烧炉第二输出端通过第三控制阀连通外部。
综上所述，本发明所述基于气化的生物质转化系统利用外部余热烟气对生物质原料进行烘焙后，由气固分离装置对烘焙产生的气体产物、固体产物进行分离后，气体产物作为燃烧炉的一种燃料，固体产物进入气化炉进行气化；燃烧炉产生的高温烟气作为气化炉对固体产物进行气化分解时的热源与气化剂，气化分解后生成挥发分气体与气化焦，挥发分气体被输送至燃烧炉，作为燃烧炉的第二种燃料；气化焦作为最终产品可以制作高品质活性炭产品，也可以作为改良土壤的改良剂。为了防止燃烧炉中气体产物与挥发分不足以满足整个系统的燃料需求，还可以根据实际需要由外部通入第三种燃烧炉的燃料。实际应用中，燃烧炉产生的高温烟气也可能超过气化炉本身对热量和气化剂的需求，故可将多余的高温烟气输送至系统外部，以发电或供热。由此可见，本发明所述基于气化的生物质转化系统整体形成了一个闭环系统，系统内部产生的附属产品被循环利用，节能降耗效率获得了较大的提高；而且，整个过程中没有气体排出，减少了二氧化碳的排放，不会污染环境。另外，本发明所述基于气化的生物质转化系统结构比较简单，故其成本也比较低。本发明所述基于气化的生物质转化系统为生物质能利用技术发展提供强有力的技术支持。
为了达到上述目的，本发明提出的第二种技术方案为：
一种基于气化的生物质转化方法，包括如下步骤：
步骤1、将来自外部的余热烟气直接通入烘焙炉进行加热，当烘焙炉的温度达到第一设定温度时，将生物质原料输入至烘焙炉中进行烘焙。
步骤2、在生物质原料进行烘焙的同时，烘焙产生的气体产物与固体产物被输送至气固分离装置。
步骤3、气固分离装置进行气固分离后，将分离得到的气体产物输送至燃烧炉，同时，将分离得到的固体产物输送至气化炉。
步骤4、将来自燃烧炉的高温烟气作为热源与气化剂，在第二设定温度下，来自气固分离装置的固体产物在气化炉中进行气化反应，产生的挥发分被输送至燃烧炉；同时，将生成的气化焦作为最终产品输出至外部。
步骤5、燃烧炉对气体产物、挥发分或外部燃料进行燃烧，向气化炉提供作为热源与气化剂的高温烟气。
综上所述，本发明所述基于气化的生物质转化方法利用外部余热烟气对生物质原料进行烘焙后，由气固分离装置对烘焙产生的气体产物、固体产物进行分离后，气体产物作为燃烧炉的一种燃料，固体产物进入气化炉进行气化；燃烧炉产生的高温烟气作为气化炉对固体产物进行气化分解时的热源与气化剂，气化分解后生成挥发分气体与气化焦，挥发分气体被输送至燃烧炉，作为燃烧炉的第二种燃料；气化焦作为最终产品可以制作高品质活性炭产品，也可以作为改良土壤的改良剂。为了防止燃烧炉中气体产物与挥发分不足以满足整个基于气化的生物质转化系统的燃料需求，还可以根据实际需要由外部通入第三种燃烧炉的燃料。实际应用中，燃烧炉产生的高温烟气也可能超过气化炉本身对热量和气化剂的需求，故可将多余的高温烟气输送至系统外部，以发电或供热。由此可见，采用本发明所述基于气化的生物质转化方法可以使得所述基于气化的生物质转化系统整体形成了一个闭环系统，系统内部产生的附属产品被循环利用，节能降耗效率获得了较大的提高；而且，整个过程中没有气体排出，减少了二氧化碳的排放，不会污染环境。本发明所述基于气化的生物质转化方法为生物质能利用技术发展提供强有力的技术支持。
附图说明
图1为本发明所述基于气化的生物质转化系统的总体组成结构示意图。
图2为本发明所述基于气化的生物质转化方法的总体流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明所述基于气化的生物质转化系统的总体组成结构示意图。如图1所示，本发明所述一种基于气化的生物质转化系统，其特征在于，所述转化系统包括：烘焙炉1、气固分离装置4、气化炉2、燃烧炉3、第一控制阀F1、第二控制阀F2、第三控制阀F3；其中，
烘焙炉1第一输入端通过第一控制阀F1连通来自外部的余热烟气A，烘焙炉1第二输入端输入生物质原料B，烘焙炉1输出端连通气固分离装置4输入端；气固分离装置4第一输出端连通燃烧炉3第一输入端，气固分离装置5第二输出端连通气化炉2第一输入端；气化炉2第二输入端通过第二控制阀F2连通燃烧炉3第一输出端，气化炉2第一输出端连通燃烧炉3第二输入端，气化炉2第二输出端输出气化焦D；燃烧炉3第三输入端通入外部燃料E，燃烧炉3第二输出端通过第三控制阀F3连通外部C。
本发明所述基于气化的生物质转化系统还包括：第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶；其中，第一热电偶装设于所述烘焙炉1中，第二热电偶装设于所述气化炉2中，第三热电偶装设于所述燃烧炉3中；
第一热电偶，用于检测烘焙炉实时温度。第二热电偶，用于检测气化炉实时温度。第三热电偶，用于检测燃烧炉实时温度。
实际应用中，操作人员会根据烘焙炉实时温度、气化炉实时温度、燃烧炉实时温度，协调调节第一控制阀F1、第二控制阀F2、第三控制阀F3的开度，以调节输入或输出烘焙炉1、气化炉2、燃烧炉3中的作为燃料或气化剂的各种气体流量，从而使得烘焙炉实时温度、气化炉实时温度、燃烧炉实时温度均保持在各自要求的温度范围内，以提高产品质量和提高处理效率。
总之，本发明所述基于气化的生物质转化系统利用外部余热烟气对生物质原料进行烘焙后，由气固分离装置对烘焙产生的气体产物、固体产物进行分离后，气体产物作为燃烧炉的一种燃料，固体产物进入气化炉进行气化；燃烧炉产生的高温烟气作为气化炉对固体产物进行气化分解时的热源与气化剂，气化分解后生成挥发分气体与气化焦，挥发分气体被输送至燃烧炉，作为燃烧炉的第二种燃料；气化焦作为最终产品可以制作高品质活性炭产品，也可以作为改良土壤的改良剂。为了防止燃烧炉中气体产物与挥发分不足以满足整个系统的燃料需求，还可以根据实际需要由外部通入第三种燃烧炉的燃料。实际应用中，燃烧炉产生的高温烟气也可能超过气化炉本身对热量和气化剂的需求，故可将多余的高温烟气输送至系统外部，以发电或供热。由此可见，本发明所述基于气化的生物质转化系统整体形成了一个闭环系统，系统内部产生的附属产品被循环利用，节能降耗效率获得了较大的提高；而且，整个过程中没有气体排出，减少了二氧化碳的排放，不会污染环境。另外，本发明所述基于气化的生物质转化系统结构比较简单，故其成本也比较低。本发明所述基于气化的生物质转化系统为生物质能利用技术发展提供强有力的技术支持。
图2为本发明所述基于气化的生物质转化方法的总体流程示意图。如图2所示，本发明所述4、一种基于气化的生物质转化方法，其特征在于，所述转化方法包括如下步骤：
步骤1、将来自外部的余热烟气直接通入烘焙炉进行加热，当烘焙炉的温度达到第一设定温度时，将生物质原料输入至烘焙炉中进行烘焙；
步骤2、在生物质原料进行烘焙的同时，烘焙产生的气体产物与固体产物被输送至气固分离装置；
步骤3、气固分离装置进行气固分离后，将分离得到的气体产物输送至燃烧炉，同时，将分离得到的固体产物输送至气化炉；
步骤4、将来自燃烧炉的高温烟气作为热源与气化剂，在第二设定温度下，来自气固分离装置的固体产物在气化炉中进行气化反应，产生的挥发分被输送至燃烧炉；同时，将生成的气化焦作为最终产品输出至外部；
步骤5、燃烧炉对气体产物、挥发分或外部燃料进行燃烧，向气化炉提供作为热源与气化剂的高温烟气。
实际应用中，所述高温烟气作为气化剂，具体为：高温烟气中的水蒸气和二氧化碳作为气化剂。
实际应用中，气化焦中含有炭，故在气化炉正常工作温度下，气化剂中的二氧化碳会与炭发生还原，生产一氧化碳，一氧化碳被输送至燃烧炉作为燃料。
实际应用中，将气化炉2的正常工作温度范围作为第二设定温度。上述发明内容中，所述第一设定温度为200℃～300℃，所述第二设定温度为600℃～900℃。
上述发明内容中，所述余热烟气A的温度为200℃～300℃。
总之，本发明所述基于气化的生物质转化方法利用外部余热烟气对生物质原料进行烘焙后，由气固分离装置对烘焙产生的气体产物、固体产物进行分离后，气体产物作为燃烧炉的一种燃料，固体产物进入气化炉进行气化；燃烧炉产生的高温烟气作为气化炉对固体产物进行气化分解时的热源与气化剂，气化分解后生成挥发分气体与气化焦，挥发分气体被输送至燃烧炉，作为燃烧炉的第二种燃料；气化焦作为最终产品可以制作高品质活性炭产品，也可以作为改良土壤的改良剂。为了防止燃烧炉中气体产物与挥发分不足以满足整个基于气化的生物质转化系统的燃料需求，还可以根据实际需要由外部通入第三种燃烧炉的燃料。实际应用中，燃烧炉产生的高温烟气也可能超过气化炉本身对热量和气化剂的需求，故可将多余的高温烟气输送至系统外部，以发电或供热。由此可见，采用本发明所述基于气化的生物质转化方法可以使得所述基于气化的生物质转化系统整体形成了一个闭环系统，系统内部产生的附属产品被循环利用，节能降耗效率获得了较大的提高；而且，整个过程中没有气体排出，减少了二氧化碳的排放，不会污染环境。本发明所述基于气化的生物质转化方法为生物质能利用技术发展提供强有力的技术支持。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
