一种生物质热裂解装置的气力输送进料系统

技术领域

本发明涉及颗粒物料气力输送装置领域，尤其是一种适用于生物质热裂解技术的气力输送式进料系统。

背景技术

生物质热裂解技术是指利用生物质作为燃料，在缺氧或者低氧的条件下通过热化学反应加热裂解，最终形成固体（热解炭）、液体（热解油）和气体（可燃气体）三相产物的热化学转化过程，其由于可以将生物质能转化为液体燃料或者高附加值的化工原料而受到广泛关注。在生物质热裂解过程中，连续稳定地供料是保障生物质热裂解反应顺利进行的关键因素之一，也是生物质热裂解系统可靠运行和连续生产的基本前提。

目前，生物质原料运输方式大多采用机械输送，主要以螺旋式进料以及活塞式给料为主，由于在机械输送中，受机械压实作用，导致生物质原料在输送过程中存在进料不稳定以及不顺畅等问题；若采用气力输送方式，又必须考虑生物质原料具有能量密度低、水分高等特点，因为这些特点会导致生物质颗粒流动性变差，且极易在输送过程中引起结块、架桥甚至堵管等现象，从而造成进料不稳定以及不顺畅等问题。

发明内容

为解决生物质原料水分高、流动性差，极易在气力输送过程中发生结块、架桥甚至堵管的现象，造成输送不稳定以及不顺畅等问题，本发明提供了一种生物质热裂解装置的气力输送进料系统。

本发明采用的技术方案是：一种生物质热裂解装置的气力输送进料系统，包括：

供气单元，针对回流载气进行干燥，加压，加热，用于为气力输送进料系统提供干燥的高温高压载气源；

供料流化单元，用于为气力输送进料系统稳定供料，并对生物质物料进行流化使其均匀分散，以通过与高温氮气充分接触进而干燥物料；

物料输送分离单元，用于输送生物质物料，并在旋风分离器中进行气固分离，分离出来的生物质原料进入裂解炉中反应，分离出来的氮气回流到供气单元；及

裂解利用单元，用于进行生物质物料的热裂解反应，其产物可为燃气轮机提供燃料，工作后产生的烟气送入供气单元为氮气加热。

进一步地，供气单元包括空压机、氮气储气罐、热交换器和干燥器，所述热交换器设置有氮气入口、氮气出口、烟气入口及烟气出口，烟气入口用于通入高温烟气；所述干燥器用于干燥输送分离单元分离出来的氮气，干燥器出口通过管道与空压机进风口连接；空压机出风口通过管道与氮气储气罐入口连接，氮气储气罐出口通过管道与热交换器的氮气入口连接。

在供气单元中设置干燥器用于吸收载气中的水蒸汽，保障载气的干燥效率以及空压机的工作环境，干燥器的位置尽量靠近旋风分离器的出气口位置，防止水蒸气在输气管道中因过度冷却而凝结在管壁上；采用空压机为载气加压，提高载气压力，增强载气的输送能力。氮气储气罐用于为整个进料系统提供稳定的载气源，保障进料系统的连续稳定运行；通过热交换器为载气（氮气）加热，提高载气温度，增强载气的干燥能力。

进一步地，供料流化单元包括流化罐、料斗和第一旋转供料器，所述流化罐的顶部设有物料进口，侧壁上端设有充压风入口及物料出口，底部设有流化风入口，所述第一旋转供料器进料口和第一旋转供料器出料口分别与料斗出口和流化罐的物料进口连接。

供料流化单元中的料斗为透明玻璃材质，并安装有料位计，料位计一方面可用于估算物料的质量流量，另一方面可以监测料位高度，保障料斗的料封效果。同时通过第一旋转供料器以及料位计也可控制和调节物料的质量流量，保障下料的流畅性及稳定性。

通过流化罐对物料进行流化，一方面可以减小物料间的流动阻力，保障出料的流畅性和稳定性；另一方面，也可使物料与载气（氮气）充分接触，增加气固间的接触时间，从而提高干燥效率以及物料的流动性，降低输送的气耗和能耗。

进一步地，输送分离单元包括旋风分离器以及第二旋转供料器，旋风分离器顶部设有出气口，底部设有下料口，侧壁设有进料口，旋风分离器的下料口与第二旋转供料器的进料口连接。

进一步地，旋风分离器的进料口，通过输送管及出料管与流化罐的导流器连接。

在输送管道中，始终保持物料以稀相输送模式进行输送，使物料与载气充分接触，进一步对物料进行高效干燥，提高其流动性，进而优化输送效率、降低输送气耗和能耗。

进一步地，旋风分离器的出气口通过管道与干燥器入口连接。

在输送分离单元设置了旋风分离器，对载气与物料进行分离，分离出的载气由旋风分离器出气口回流到供气单元进行循环使用，分离获得的干燥的生物质物料通过第二旋转供料器进入裂解炉，为裂解过程提供原料。

进一步地，在供气单元、供料流化单元和输送分离单元之间还设置了三股风量：充压风，用于保障流化罐内压力恒定，为稳定出料提供动力；流化风，用于调节流化罐中的物料流化效果；补充风，用于调节输料管道中的输送状态，保障物料始终处于稀相输送模式。

进一步地，裂解利用单元包括裂解炉和燃气轮机，裂解炉的入口与第二旋转供料器的出料口连接，裂解炉的出口与燃气轮机的入口连接。

进一步地，燃气轮机的出口通过排烟管与热交换器的烟气入口连接。

采用裂解炉对生物质物料进行热裂解，热裂解所得的液相产物用于就近为燃气轮机提供燃料；并将燃气轮机工作后排放的烟气引入热交换器与载气进行换热，从而实现烟气的余热回收，进而提高整个系统的能源利用效率。

本发明的有益效果：

本发明提供一种气力输送系统，通过供气单元为气力输送进料系统提供干燥、稳定、高温及高压载气（氮气）气源，为进料系统提供稳定的输送环境。

载气（氮气）在供料流化单元中通过流化罐对生物质物料进行流化，一方面，可以减小物料间的流动阻力，保障出料的流畅性和稳定性；另一方面，可以使载气（氮气）与生物质物料充分接触，并增加气固间的接触时间，提高干燥效率以及物料的流动性。

载气（氮气）在输送分离单元中以稀相输送模式对物料进行输送，使物料与载气充分接触以实现对物料的高效干燥，提高物料的流动性，进而优化输送效率。

在输送分离单元设置旋风分离器将载气与物料分离，并回收载气进行循环利用，减少输送过程中的气耗。

在裂解利用单元设置了燃气轮机 ，通过回收燃气轮机尾气的烟气余热，为供气单元的载气（氮气）加热，从而减少气力输送系统中能耗。

附图说明

图1为本发明的气力输送进料系统的结构示意图。

图2为本发明的气力输送进料系统的热交换器示意图。

图3为本发明的气力输送进料系统的热交换器氮气出口总管路分布示意图。

图4为本发明的气力输送进料系统的第一旋转供料器示意图。

附图标记说明：

1-供气单元；11-空压机；111-排空管；1111-排空管阀；112-氧传感器；12-氮气储气罐；13-热交换器；131-氮气入口；132-氮气出口；133-烟气入口；134-烟气出口；14-热交换器氮气出口总管；141-充压管；1411-充压管截止阀；1412-充压管球阀；1413-充压管流量计；142-流化风管；1421-流化风管截止阀；1422-流化风管球阀；1423-流化风管流量计；143-补充风管；1431-补充风管截止阀；1432-补充风管球阀；1433-补充风管流量计；15-干燥器；2-供料流化单元；21-料斗；22-第一旋转供料器；221-防卡挡板；222-第一旋转供料器进料口；223-第一旋转供料器出料口；224-转子；23-流化罐；231-孔板；232-电子秤；233-充压风入口；234-流化风入口；235-物料出口；236-导流器；3-物料输送分离单元；31-出料管；311-出料管截止阀；32-输送管；33-旋风分离器；34-第二旋转供料器；4-裂解利用单元；41-裂解炉；42-燃气轮机；421-排烟管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提出的用于生物质热裂解装置的输送进料系统作进一步详细说明。

参阅图1-图4，本发明涉及的气力输送进料系统，包括供气单元1、供料流化单元2、输送分离单元3和裂解利用单元4。

参阅图1和图2，供气单元包括，空压机11、氮气储气罐12、热交换器13及干燥器15；所述热交换器13设置有氮气入口131、氮气出口132、烟气入口133及烟气出口134，烟气入口133用于通入高温烟气；所述干燥器15用于干燥输送分离单元分离出来的氮气，干燥器15出口通过管道与空压机11进风口连接，空压机11的出风口通过管道与氮气储气罐12的入口连接，氮气储气罐12的出口通过管道与热交换器13的氮气入口131连接。

在干燥器15与空压机11之间的管路上设有氧传感器112，用于检测系统内氧气含量，保证系统在低氧或者无氧的环境中运行；空压机出口设有排空管111，排空管上装有排空管阀1111。

靠近旋风分离器32出口处安装干燥器15，可以尽快地干燥从旋风分离器32分离出来的气体，防止载气过度冷却后水分凝结在空压机内，从而影响空压机的运行状况。

参阅图1、图3和图4，供料流化单元包括，第一旋转供料器22及流化罐23；流化罐23的顶部设有物料进口，侧壁上端设有充压风入口233和物料出口235，底部设有流化风入口234，充压风入口233通过充压管141与热交换器13的氮气出口132连接，流化风入口234通过流化风管142与热交换器13的氮气出口132连接，所述第一旋转供料器进料口222和第一旋转供料器出料口223分别与料斗21出口和流化罐23的物料进口连接。

料斗21选择透明玻璃材质并在料斗21上安装有料位计，下料时需保持物料料位始终大于一定的料位高度，以起到料封的作用。

在第一旋转供料器22进口处设置防卡挡板221，防卡挡板221一端焊接在壳体上，另一端伸至转子224的叶片上方，呈倾斜式布置，可以在进料时起导向作用，防止进料过多时转子224出现卡滞情况，增强设备供料的连续性与稳定性。

流化罐23内底部设有孔板231，孔板231位于流化风入口234上方，可使载气（氮气）均匀分布，以保障物料的流化效果；流化罐外下部设有电子秤232，电子秤232用于在线监测流化罐的重量变化，方便计算物料质量流量。

参阅图1和图4，输送分离单元包括，旋风分离器33及第二旋转供料器34；旋风分离器33的顶部设有出气口，底部设有下料口，侧壁上端设有进料口，旋风分离器33的进料口通过输送管32及出料管31与流化罐23的导流器236连接，下料口通过第二旋转供料器33与裂解炉41进料口连接，出气口通过管道与干燥器15入口连接，用于使氮气回流到空压机11中形成封闭循环系统，减少气耗。

输送管（32）与出料管（31）的连接处通过三通经补充风管（143）与热交换器（13）的氮气出口（132）连接。进入流化罐23的充压风入口233的气体，用于维持流化罐23的压力，保障物料的稳定输送；进入流化罐23的流化风入口234的气体，用于供给流化风，流化进入流化罐23中的生物质物料。从补充风管143进入输送管32的气体，用于调节输送管道中的流动状态，优化输送效率；通过以上三段载气管路及管上的阀门的相互配合，可以调节稀相气力输送的外部条件，保障输送过程始终处于高效的稀相气力输送的状态。

在充压管141、流化风管142和补充风管143上分别设置有截止阀、球阀和流量计。

氮气储气罐12、流化罐23、输送管32、旋风分离器33均有内部压力传感器。

旋风分离器33、流化罐23内部还设有调控压力的电动泄压阀。

参阅图1，裂解利用单元包括：裂解炉41及燃气轮机42，裂解炉41的裂解产物进入燃气轮机42，燃气轮机42出口与热交换器13的烟气入口133通过排烟管421连接，通过热交换器13将烟气的热量传递给氮气，为氮气进行加热；

本系统的具体操作可分为四个阶段：排空阶段、充压与输送阶段、裂解与余热利用阶段及停机阶段。

排空阶段：在进行物料输送之前，需对整个进料系统进行排空，防止生物质物料在干燥的过程中与空气中的氧气发生反应；在排空的过程中，首先要确保氮气储气罐12内存有足量的载气源，可供整个进料系统稳定运行使用，然后打开氮气储气罐12、空压机15、输气管路与输送管路上的阀门（充压管路的截止阀、球阀；流化风管的截止阀、球阀；补充风管路的截止阀、球阀；出料管的截止阀；排空管阀），并开启旋风分离器33，进行整个进料系统的排空，当氧传感器112上检测不到氧气后，排空结束，关闭排空管阀1111。

充压与输送阶段：排空结束后，关闭出料管截止阀311，为流化罐23充压；同时，通过调节补充风以及旋风分离器33中的电动泄压阀来调节旋风分离器33的工作压力。待流化罐23与旋风分离器33的压力达到各自的工作压力时，打开第一旋转供料器22、出料管截止阀311及第二旋转供料器34，进行物料的流化与输送，在输送管32进行输送供料的同时，通过监控及调节补充风管143的流量，保持物料始终在稀相气力模式的工作条件下进行输送；当物料被输送至旋风分离器33后，在旋风分离器33内进行气固分离，氮气经干燥器15输送至空压机11，生物质物料经第二旋转供料器34被输送至裂解炉41。

裂解与余热利用阶段：待物料输送至裂解炉41后，在裂解炉41内进行热裂解反应，将裂解产物中生成的裂解碳及裂解气收集起来，而产生的裂解油用于就近为燃气轮机42提供燃料，待燃气轮机42工作后，其产生的高温烟气通过排烟管421与热交换器13中的氮气进行换热，从而加热供气单元中的载气（氮气）。

停机阶段：待物料输送完毕后，关闭第一旋转供料器22，然后继续通入一段时间的氮气，待旋风分离器33中无生物质物料落入裂解炉41后，再关闭第二旋转供料器34及旋风分离器33，最后将氮气储气罐12及空压机11关闭，完成整个物料输送系统的停机。