专利名称：生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种工业有机固态废弃物、农业生物质废弃物等废弃资源的利用设备及方法，特别是涉及一种以农作物秸杆为主的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用设备及方法，也是一种工有机固态废弃资源热解碳气化综合转化利用设备及方法。
背景技术：
我国是一个农业大国，在农业生产和农产品加工中产生了大量的农作物秸杆、慷渣等生物质资源。传统的利用方式主要用作家庭能源、饲料、肥料、工业原料和建筑材料。随着农业技术现代化和农业经济的快速发展，农村生活水平大幅的提高和生活生产方式的突变，农村家庭选择商品能源的比例在不断提高，将农作物秸杆用作能源的数量不断下降，商品能源(如煤、液化气等)已成为主要炊事用能。养殖所用以生物质秸杆，野草饲料被商品饲料替代，农业生产所需的生物质有机肥料被无机化肥替代，农民生活和农业生产所用秸杆急剧下降。同时，农作物秸杆产量随农作物，特别是粮食作物产量的增加而极速增加。农作物秸杆的供过于求导致秸杆被弃于田间地头、房屋院落，甚至在田间被直接焚烧。遗弃在房屋院落和田间的秸杆·会影响环境和引发火灾，导致水源污染。在露天焚烧秸杆会污染空气，危害人民健康，特别在机场、公路附近燃烧会影响交通安全，造成飞机停飞，高速公路汽车追尾相撞，行道树被烧毁等不良后果。尽管目前各地政府都已经出台了禁止秸杆露天焚烧的法规，但是露天焚烧农作物秸杆仍然屡禁不止，环境造成严重污染，给社会造成巨大经济损失。在秸杆等生物质资源被浪费的同时，我国工农业生产中使用的燃气、燃油、热能、煤炭、石油、等目前的主要石化能源正在日益减少，严重缺乏，能源危机已经成为世界和社会发展的瓶颈问题。是目前迫切需要解决的问题。我国人多地少、特别是农业的可耕地已接近红线在农业生产中为提高粮食需要大量的农药、无机化肥被长期使用，达到防治病虫害，提高粮食产量之目的。由于农药、无机化肥的长期使用，利用率低，导致在土壤和农作物中的残留。造成土壤、水源、粮食、蔬菜、水果污染。粮食、蔬菜、水果中的农药残留已经危害到了人身健康安全。影响着农村生活水平和质量的提闻。随着社会的快速发展，人们对于节能减排和生态环境保护越来越加重视，不断寻求使用新的能源，治理大气污染，节能减排，减少温室效应。以农作物秸杆、粪便、慷渣等生物质废弃资源综合转化为可利用资源的技术已引起政府各级部门的高度关注。生物质的热裂解是指生物质(包括锯木、木柴、野草、松针树叶、作物秸杆、食用菌渣)在完全缺氧或有限供氧的条件下的热降解，最终形成可燃气体、焦油、醋酸、和热量的过程。生物质的热裂解方法包括限氧气化热解法、限氧炭(气)化热解法、绝干馏热解法，根据反应条件和产物的不同，生物质热解设备又分为限氧的生物质热解气化炉、生物质热解炭(气)化炉和绝氧干馏热解炭(气)化炉等。生物质热解技术是目前比较成熟的生物质资源转化利用技术，但是现有的生物质热解气化装置中的热解转化物净化、分离、收集设备还不够完善，转化物收集利用率不高。例如现有的生物质热解气化装置中的热解转化物净化、分离、收集设备大都采用湿(洗淋)法净化分离。例如专利号为200720013160.5的中国专利，其中即采用内部装有水的冷却过滤器进行冷却和过滤，并且在在进入冷却过滤器之前还要经过净化器内喷淋器的淋洗。焦油、醋酸、随洗淋用水一同排放，既得不到有效利用，又导致了水源和土壤污染。在生物质热解的同时，伴随着大量热量的产生，携带热量的高温可燃气体需要降温后才能使用，在洗淋降温过程中，热量往往随洗淋用水一同排放，得不到有效利用而被浪费掉了。因此，设计一种全新的生物质废弃资源热解碳气化综合利用系统及方法，代替传统的能源利用模式，是目前所要研究的课题。由此可见，上述现有的生物质废弃资源热解碳气化转化利用系统及方法在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统及方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有农业废弃物转换利用所存在的缺陷和弊端，提供一种能够完全、 充分利用工业有机固态废弃物、农业生物质废弃物资源的热解碳气化综合转化利用系统及方法，具有转化利用完全、成本低、效果好的优点。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，包括供气装置、多功能热交换设备、余温供热装置和至少一个热解设备。在多功能热交换设备内设有气体通道和冷凝水通道，多功能热交换设备中的气体通道进口与热解设备的燃气输出管连接，气体通道出口经过引风设备连接至供气装置；在气体通道进口与热解设备的燃气输出管的连接管路上设有固气分离装置；在多功能热交换设备底部设有凝结混合液出口，气体通道通过凝结混合液出口与静置分离装置连接。在固气分离装置和多功能热交换设备的外部均设有保温隔热层；在热解设备的下部设有换热器，余温供热装置包括蓄水缓冲罐、锅炉和供热管网。多功能热交换设备中的冷凝水通道出口与换热器、蓄水缓冲罐、锅炉、供热管网和多功能热交换设备中的冷凝水通道进口依次串接构成水循环通路。在水循环通路上设有管道泵I，供热管网与冷凝水通道进口的连接管路上设有控制阀B，冷凝水通道进口还通过控制阀A与蓄水缓冲罐连接；热解设备的下部通过气动输送设备与碳粉收集设备连接。所述的静置分离装置包括静置分离室，在静置分离室上，由下至上依次设有重质油出口、醋酸出口和轻质油出口。所述的醋酸出口和碳粉收集设备分别与制肥设备连接。
所述的多功能热交换设备由一组多功能热交换器构成，或者由两组以上多功能热交换器并联构成；其中每组多功能热交换器均由一个多功能热交换器或两个以上串联的多功能热交换器组成；串联方式为:前一个多功能热交换器的气体通道出口连接后一个多功能热交换器的气体通道进口，前一个多功能热交换器的冷凝水通道进口连接后一个多功能热交换器的冷凝水通道出口 ；并联方式为:各组第一个多功能热交换器中的气体通道进口和冷凝水通道出口分别并接，各组最后一个多功能热交换器中的气体通道出口和冷凝水通道进口分别并接。所述的多功能热交换器，其冷凝水通道进口设置在下部，冷凝水通道出口设置在上部。还设有二级冷凝装置，多功能热交换设备的气体通道出口经过二级冷凝装置的气体通道与引风设备连接，二级冷凝装置的冷凝水通道进口通过管道泵II与水源连接，二级冷凝装置的冷凝水通道出口连接至水源。所述的引风设备与供气装置的连接管路上还设有净化提纯设备。所述的引风设备，其出风管道和进风管道间通过带有调节阀门的气流回馈管道连接，气流回馈管道上设有试火器。所述的引风设备，其出风管道还通过阀门与气体排空组件连接，气体排空组件的顶部设有放空管，在气体排空组件内设有淋水喷头。采用生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统进行资源综合利用的方法，包括如下步骤: 步骤一、首先将生物质原料送入热解设备并点燃，利用引风设备在多功能热交换设备和热解设备中产生的负压将空气吸入热解设备以提供反应所需的气化剂，生物质原料在热解设备内利用氧化形成的高温热解产生含有可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸气的混合气体，燃烧生成的碳沉淀在热解设备底部；步骤二、利用引风设备产生的负压将热解设备内的可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸气的混合汽体吸入多功能热交换设备的气体通道混合汽体进入气体通道后与冷凝水通道内的冷凝水进行热量交换，将热量传递至冷凝水；混合汽体降温后，焦油气和醋酸气冷却凝结成焦油、醋酸混合液；初步吸热后的冷凝水进入热解设备的换热器，冷凝水在换热器内与热解设备底部的碳进行热交换，冷凝水继续吸收热量形成热水并使碳降温；步骤三、(a)、可燃气体的利用:利用引风设备将可燃气体送入供气装置，通过供气装置向燃气用户和余温供热装置的锅炉提供燃气；(b)、焦油、醋酸的利用:气体通道内的焦油醋酸混合蒸汽冷却后凝结成混合液体，焦油、醋酸混合液从多功能热交换设备底部设置的凝结混合液出口进入静置分离装置；焦油、醋酸混合液在静置分离装置内进行静置沉淀，由于各成分的互不相容和比重的不同，焦油醋酸混合液沉淀分层后得到重质油、醋酸和轻质油被收集利用；(C)、碳的利用:利用气动输送设备通过气流将热解设备底部的碳输送至碳粉收集设备进行收集利用；(d)、热量的利用:冷凝水吸收热量后进入蓄水缓冲罐，使蓄水缓冲罐内的水温升高，利用管道泵I将蓄水缓冲罐内的热水送至锅炉进行加温后再送至供热管网为用户提供暖气；利用蓄水缓冲罐向热水管网提供热水供应；在供热管网中散热后的冷凝水重新送入多功能热交换设备进行下一次余热循环。采用本发明的热解碳气化综合转化利用系统实现了农业生产中秸杆的就地转化利用，通过热解产生可燃气体和热量作为农村居民炊事、洗浴、取暖使用；焦油可转化成生物汽柴油，醋酸可作为农作物杀虫剂或杀菌剂或叶面肥供农业生产使用；碳即可由于工业，又可以与醋酸混合制备生物肥料；这样既能解决农作物秸杆过剩导致的污染问题，又转化成新的资源利用方式。本发明的热解碳气化综合转化利用系统还同时适用于工业固态有机废弃物(如，塑料袋、塑料瓶、塑料编织袋)的转化利用。本发明的有益效果是:本技术方案中热解设备产生的高温可燃气体和焦油醋酸混合蒸汽在多功能热交换设备中将热量传递至冷凝水通道内的冷凝水，焦油醋酸混合蒸汽降温后凝结成液体从底部流入静置分离装置，在完成降温的同时即完成了焦油醋酸混合蒸汽的分离。采用这种方式不但可以有效彻底的将焦油醋酸分离出来，而且由于采用的是干法分离，分离出的焦油和醋酸可以充分回收利用。冷凝水初步吸热后进入热解设备的换热器继续与碳进行热交换，碳降温后由气动输送设备输送至碳粉收集设备进行收集利用；传递至冷凝水的热量可以通过供热管网给用户供暖，供暖方式包括暖气和热水等，充分利用了生物质废弃资源中的能量。将多功能热交换设备中的冷凝水通道进口通过控制阀A与蓄水缓冲罐的出水口连接，并在供热管网与冷凝水通道进口的连接管路上设置控制阀B，通过控制阀A和控制阀B的切换即可实现余温供热装置的接入或切除，以适应不同的季节需要。热水的供应可以通过将热水管网接入蓄水缓冲罐，通过蓄水缓冲罐供应热水。本技术方案采用的多功能热交换设备由多个多功能热交换器串联组成，并且多功能热交换设备中气体的流向与冷凝水的流向相反，能够使气体充分冷却，也能保证可凝结气体(焦油醋酸混合蒸汽)全部冷凝和沉降，从而将可凝结气体彻底从燃气中分离出来，保证燃气的纯度。在本技术方案中，为了同时保证余热供暖的温度和气体的冷却温度，还可以设置二级冷凝装置，二级冷凝装置只在气体温度达不到降温要求时使用，保证冷却效果。将引风设备的出风管道和进风管道通过带有调节阀门的气流回馈管道连接，能够在输送风量达不到要求时将输出的气流通过气流回馈管道反馈回引风设备的进风口，从而保证引风设备的正常运转，提高气流输送系统的稳定性。为了净化燃气，可以在热解设备的燃气输出管与多功能热交换设备中气体通道进口的连接管路上设置固气分离装置，产生的气体经过固气分离装置后进入多功能热交换设备，通过固气分离装置将气体中的固体悬浮物分离出。在引风设备与供气装置的连接管路上设置净化提纯设备，通过净化提纯设备可以防止粉尘颗粒或焦油蒸汽异常增多导致过滤不完全，并且在净化提纯设备中可以设置水浴式除尘过滤组件，能够在过滤的同时起到水封的作用，防止燃气回流。综上所述，本发明通过简单、实用的系统既完成了生物质废 弃资源热解碳气化的燃气和碳利用，又彻底分离并收集了焦油和醋酸，实现了生物质油和生物质木醋酸的有效利用；并且有效的利用了热解过程中的余热，达到了完全转化和利用生物质废弃资源的目的。本法还具有以下优点:1、对农作物的秸杆、柴草、稻壳等农林废弃物几乎不需要做预处理进行热解，得到秸杆炭、燃气、焦油、木醋酸，热能。通过对秸杆炭、燃气、木醋酸、焦油再组合利用，制成肥料、燃气和燃油，热能。使农业废弃物利用率达到100%。2、设备简单，可连续运行，维护费用低，制造成本相对减少，从而可以大幅降低运行成本，提高经济效益，在使用的实用性及成本效益上，确实完全符合农村经济发展所需，相当具有产业发展利用价值。3、开辟了农村新的能源渠道，解决农林生产和生活中用肥料，燃气，燃油，热能严重缺乏的问题。缓解了使用常规传统能源对环境污染的巨大压力。4、解决了秸杆焚烧，人畜禽粪便乱堆乱放，长期施用化肥给空气、水源、土壤造成的残留和污染严重影响农业粮食、蔬菜、瓜果安全生产和人身健康安全的瓶颈问题，改善了农村生活和生态环境，提高了农民生活水平和质量，实现了对农业废弃物“变废为宝、吃干榨净”的目的，促进了新农村建设发展。可形成巨大的农业废弃物资源综合利用产业，产生巨大的经济效益、社会效益、政治效益、环境效益。综上所述，本发明生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统及方法，其系统中热解设备通过多功能热交换设备的气体通道与供气装置连接，还通过气动输送设备与碳粉收集设备连接；冷凝水通道经过热解设备的换热器与余温供热装置连接；其方法是，生物质原料在热解设备内高温热解成含有可燃气体、焦油气、醋酸气的混合气体，并生成碳；混合汽体吸入多功能热交换设备热量交换后分离出可燃气、焦油醋酸混合液，水吸热后进入热解设备的换热器继续热交换，形成热水；热水和可燃气分别通过供气装置和余温供热装置给居民集中供气、供暖、供热水，醋酸作为叶面肥、生物杀菌剂或与碳混合作为生物肥料，焦油为工业原料；生物质废弃资源综合转化利用率100%，不产生二次污染。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。·
图1是本发明的结构示意图。图2是多功能热交换设备的实施方式示意图。图3是二级冷凝装置的设置方式示意图。图4是气流回馈管道和气体排空组件的设置方式示意图。图5是静置分离装置的设置方式示意图。图6是本发明的实施例的结构示意图。1、热解设备2、 供气装置
3、多功能热交换设备4、 多功能热交换器
5、二级冷凝装置6、 气体通道进口
7、气体通道出口8、 冷凝水通道进口
9、冷凝水通道出口10、凝结混合液出口
I1、引风设备12、蓄水缓冲罐 13、静置分离装置131、静置分离室 132、重质油出口133、醋酸出口 134、轻质油出口14、管道泵I
15、锅炉16、供热管网17、管道泵II18、水源
19、固气分离装置20、净化提纯设备
21、气流回馈管道22、气体排空组件
221、放空管222、淋水喷头
23、控制阀A24、控制阀B
25、试火器26、用户
27、制肥设备28、换热器
29、气动输送设备30、碳粉收集设备
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统及方法其具体实施方式
、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。如图1所示，生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，包括供气装置2、多功能热交换设备3、余温供热装置和至少一个热解设备I。热解设备I可以采用目前在秸杆等生物质废弃资源的热解碳气化领域中的各种常用结构形式。生物质废弃资源在热解设备I中发生热解，产生高温CO、CH4、H2等可燃气体并伴随有高温C02、N2不可燃气体和高温焦油气、醋酸气、水蒸汽等可凝结气体，生物质在氧化过程中还生成碳。供气装置2用于收集储存制得的燃气，并向燃气管网或用户提供燃气供应。在多功能热交换设备3内设有气体通道和冷凝水通道。气体通道设置在冷凝水通道内，或者冷凝水通道设置在气体通道内，以使两个通道内的流体物质进行热量交换。多功能热交换设备3中的气体通道进口 6与热解设备I的燃气输出管连接，气体通道出口 7经过引风设备11连接至供气装置2。在气体通道进口 6与热解设备I的燃气输出管的连接管路上设有固气分离装置19。在固气分离装置19的外部以及固气分离装置19的连接管路上设有保温绝热层；在多功能热交换设备3的外部也可以设置保温绝热层，保证热量不散失，最大限度的利用热能。保温绝热层可以采用保温棉等常规保温材料，也可采用其它保温材料。混合气体进入多功能热交换设备3之前需要进行保温，一方面减少高温混合气体热量散失，另一方面使混合气体保持较高的恒定温度，防止焦油醋酸混合蒸汽凝结后与气体中的灰尘结合并附着在设备及管道的内壁上，导致设备及气体通道堵塞，利于灰尘与气体分离。固气分离装置19可以是过滤器、布袋除尘器、旋风除尘器、惯性除尘器等一种或多种形式的组合，其设置位置也可以是多种形式，例如设置在设备的连接管道之间或设置在管道内部，只要能够达到除尘目的的形式均可采用。热解设备I的下部通过气动输送设备29与碳粉收集设备30连接，通过气动输送设备29将生物质原料氧化生成的碳由风力输送至碳粉收集设备30。收集的碳可以用于工业生产，也可以用于制造肥料，为了便于制肥可以将碳粉收集设备30与制肥设备27连接，直接输送制肥原料。在热解设备I的下部设有换热器28，换热器28的结构与暖气散热片的结构类似，内部的水可与外部的碳进行热交换。换热器28可以设置在热解设备I内的底部，也可以设置在下部的四周。余温供热装置包括蓄水缓冲罐12、锅炉15和供热管网16。多功能热交换设备3中的冷凝水通道出口 9与换热器28、蓄水缓冲罐12、锅炉15、供热管网16和多功能热交换设备3中的冷凝水通道进口 8依次串接构成水循环通路，在水循环通路上设有管道泵I 14。通过管道泵I 14的作用实现水的循环流动，以进行热量交换。蓄水缓冲罐12为储水容器，可采用单个或多个并联使用，在水循环通路中起到中转缓冲、储存热水的作用。供热管网16与冷凝水通道进口 8的连接管路上设有控制阀B 24，冷凝水通道进口 8还通过控制阀A 23与蓄水缓冲罐12连接。
在此技术方案中，冷凝水有两种循环路径。当控制阀A 23打开，控制阀B 24关闭时，冷凝水在蓄水缓冲罐12和多功能热交换设备3内循环流动；当需要供应暖气时将控制阀A 23关闭，控制阀B 24打开，使冷凝水在蓄水缓冲罐12、管道泵I 14、锅炉15、供热管网
16、多功能热交换设备3和换热器28组成的循环通路中流动，即可通过供热管网16为用户供暖。通过控制阀A 23和控制阀B 24的切换即可实现余温供热装置的接入或切除，以适应不同的季节需要。在供暖时，如果热水达不到供暖的温度要求，可以利用锅炉15进行加热提高温度。在本技术方案中，还可以通过热水管网将蓄水缓冲罐12内的热水引入住户或浴池，以实现热水供应，热水供应时需要控制蓄水缓冲罐12内的水位，及时补充水量。水量的补充可以采用任何可行的方式，例如设置一条连接管道，利用管道泵II将水源的水抽入蓄水缓冲罐12内，也可以将蓄水缓冲罐12与自来水管连接。在多功能热交换设备3底部设有凝结混合液出口 10，多功能热交换设备3的气体通道通过凝结混合液出口 10与静置分离装置13连接；冷凝水在流动过程中将气体通道中高温气体的热量不断吸收并带走，使气体温度降低，焦油气、醋酸气、水蒸汽等可凝结气体凝结成混合液体，从多功能热交换设备3底部的凝结混合液出口 10进入静置分离装置13。静置分离装置13可以是一个储存容器或一个沉淀池，凝结的焦油和醋酸在静置分离装置13中可进行静置沉淀，由于各成分互不相容和比重不同，凝结混合液经过静置后分层得到重质油、醋酸和轻质油。降温后的燃气由引风设备的作用送入供气装置2进行储存。如图5所示，所述的静置分离装置13包括静置分离室131，在静置分离室131上由下至上依次设有重质油出口 132、醋酸出口 133和轻质油出口 134。凝结的焦油和醋酸进入静置分离室131后进行静置沉淀，由于各成分的比重不同，从而分成底部的重质油、上部的轻质油和中间的醋酸，通过在静置分离室131上相应的位置设置出口，将重质油、醋酸和轻质油导出收集。为了便于肥料生产，可以将醋酸出口 133连接至制肥设备27，分离出的醋酸送至可制肥设备27以作为制肥原料，直接用于制肥生产。重质油出口 132和轻质油出口134连接至储存容器，分别进行收集储存。所述的多功能热交换设备3由一组多功能热交换器构成，或者由两组以上多功能热交换器并联构成。其中每组多功能热交换器均由一个多功能热交换器4或两个以上串联的多功能热交换器4组成。在每一个多功能热交换器4中均设有气体通道和冷凝水通道，在多功能热交换器4的底部还设有凝结混合液出口 10。通过多功能热交换器4既完成了高温混合气体与冷凝水的热量交换，又完成了高温混合气体中焦油、醋酸、水蒸汽的冷凝分离，集多功能于一体，简单实用。图2的实施例为三个多功能热交换器串联成一组的设置方式。串联方式为:前一个多功能热交换器的气体通道出口与后一个多功能热交换器的气体通道进口连接，前一个多功能热交换器的冷凝水通道进口与后一个多功能热交换器的冷凝水通道出口连接。多功能热交换设备中气体的流向与冷凝水的流向相反，保证进行热量交换的冷凝水与高温气体始终有较大的温差，从而提高了热交换的效率。采用多个多功能热交换器4串联的方式可以根据燃气的降温需求调整接入个数，当需要将燃气降到较低的温度时，只需增加串接的多功能热交换器4的个数即可。采用·多组多功能热交换器4并联的连接方式，可以适应不同规模的产气量需求。并联方式在图中为画出，其连接方式为:各组第一个多功能热交换器中的气体通道进口和冷凝水通道出口分别并接，各组最后一个多功能热交换器中的气体通道出口和冷凝水通道进口分别并接。当产气量大时，将两组多功能热交换器4并联使用，SP可使处理混合气体的能力成倍增加。采用多个多功能热交换器4串联或并联的方式可以将多功能热交换器4当作标准件使用，只需根据系统的产气量和燃气降温需求调整多功能热交换器4的接入个数即可适应不同规模的碳气化利用系统。因此，对于不同规格的碳气化利用系统，其设备结构和设置方式不需另行设计，只要简单的调整接入个数即可满足需要，系统的适应性强。多功能热交换器4的冷凝水通道进口 8设置在多功能热交换器的下部，冷凝水通道出口 9设置在多功能热交换器的上部。在设备停止运行并停止供水后，多功能热交换器4的冷凝水通道内能够保存一定水量，避免冷凝水通道与空气接触而发生氧化生锈。由于供暖和供热水的需要，对蓄水缓冲罐12内的水温具有一定的要求，在蓄水缓冲罐12内水温较高时，单靠蓄水缓冲罐12与多功能热交换设备3之间的循环水可能无法使混合气体达到降温、分离的标准要求，这时需要另外采用不参与供暖、供热水的循环水进行降温。如图3所示，本系统还设有二级冷凝装置5，二级冷凝装置5的结构与多功能热交换器4结构相同。多功能热交换设备3的气体通道出口经过二级冷凝装置5的气体通道与引风设备11连接，二级冷凝装置5的冷凝水通道进口通过管道泵1117与水源18连接，二级冷凝装置5的冷凝水通道出口连接至水源18。通过二级冷凝装置5和水源18之间的循环水进行降温，以保证混合气体达到降温、分离的标准要求。由于热解设备I中采用的原料的多样性，在气化热解过程中，产生高温CO、CH4, H2等可燃气体并伴随有高温C02、N2不可燃气体和高温焦油气、醋酸气、水蒸汽等可凝结气体和灰尘，在混合气体中杂质较多的状况下，为保证可燃气的清洁度，本系统设有净化提纯设备20。如图6所示，在引风设备11与供气装置2的连接管路上设有净化提纯设备20，净化提纯设备20可采用现有的空气过滤设备，可采用浴洗、淋洗、冲洗，空气过滤、空气分离等技术方法，并且在净化提纯设备中设置水浴组件、气体过滤组件，空气分离组件。通过净化提纯设备，能够在水浴、过滤、分离过程中除去可燃气中醋酸、焦油残留或C02、N2不可燃气体，同时起到水封的作用，防止燃气回流，保证系统运行安全。在系统运行中，原料在热解设备内原料厚度、密集度变化，导致空气引入量、热解气体产出量、进入多功能热交换设备3中的混合气体流量、引风设备11的负荷发生变化，造成系统运行不稳定，严重的情况下会损坏引风设备11。为解决这一问题，本系统设有气流回馈管道21，如图4所示，将引风设备11的出风管道和进风管道通过带有调节阀门的气流回馈管道21连接，打开阀门将引风设备11输出的气流返回进风管道，适当补偿引风设备11的进风量，即可保证引风设备11的正常稳定运行。并且采用这种气流回馈方式避免了从外部补充气流导致的燃气浓度降低的问题。在系统开始运作的初期，热解设备I输出的气体中可燃气体的含量很低，达不到燃料的要求，因此不能将这种气体送入供气装置2。为解决此问题，如图4所示，将引风设备11的出风管道通过阀门与气体排空组件22连接，气体排空组件22的顶部设有放空管221，在气体排空组件22内设有淋水喷头222，系统运作初期产生的气体进入气体排空组件22后，由淋水喷头222喷出的水除去残留的烟尘和焦油后，通过放空管221排出。为观察系统运行是否正常，在引风设备11的气流回馈管道21上设置试火器25，通过观察试火器25流出气体的燃烧情况即可判断燃气质量和系统运行是否正常。图6为本发明的一个实施例的结构示意图。在此实施例中碳气化综合利用系统的服务对象为一个自然村，供气装置2同时为多个用户26提供燃气，并且锅炉15的加热装置也通过供气装置2提供燃料。供热管网接入用户26，在用户26的室内设置暖气散热片。从锅炉15输出的热水送入供热管网后，在用户26室内散热，为用户提高暖气。经过供热管网散热降温后的重新流入多功能热交换设备3参与热量交换。采用生物质废弃资 源热解碳气化综合转化利用系统进行资源综合利用的方法，包括如下步骤:步骤一、首先将生物质原料送入热解设备I并点燃，利用引风设备11在多功能热交换设备3和热解设备I中产生的负压将空气吸入热解设备以提供反应所需的气化剂，生物质原料在热解设备I内利用氧化形成的高温热解产生含有可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸汽的混合气体，燃烧生成的碳沉淀在热解设备底部；步骤二、利用引风设备11产生的负压将热解设备I内的可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸气的混合汽体吸入多功能热交换设备3的气体通道混合汽体进入气体通道后与冷凝水通道内的冷凝水进行热量交换，将热量传递至冷凝水；混合汽体降温后，焦油气、醋酸气和水蒸汽冷却凝结成焦油、醋酸混合液；初步吸热后的冷凝水进入热解设备I的换热器28，冷凝水在换热器28内与热解设备I底部的碳进行热交换，冷凝水继续吸收热量形成热水并使碳降温；步骤三、(a)、可燃气体的利用:利用引风设备(11)将可燃气体送入供气装置(2)，通过供气装置(2)向燃气用户和余温供热装置的锅炉(15)提供燃气，或者将燃气提纯后用于燃气发电或作为汽车燃料；(b)、焦油、醋酸的利用:气体通道内的焦油醋酸混合蒸汽冷却后凝结成混合液体，焦油、醋酸混合液从多功能热交换设备3底部设置的凝结混合液出口 10进入静置分离装置
13;焦油、醋酸混合液在静置分离装置13内进行静置沉淀，由于各成分的互不相容和比重的不同，焦油醋酸混合液沉淀分层后得到重质油、醋酸和轻质油被收集利用；重质油和轻质油可以提炼成生物燃油和生物浙青，醋酸送至制肥设备27制肥，也可直接作为农作物杀虫剂或杀菌剂或叶面肥供农业生产使用。(c)、碳的利用:利用气动输送设备29通过气流将热解设备I底部的碳输送至碳粉收集设备30进行收集利用；(d)、热量的利用:冷凝水吸收热量后进入蓄水缓冲罐12，使蓄水缓冲罐12内的水温升高，利用管道泵I 14将蓄水缓冲罐12内的热水送至锅炉15进行加温后再送至供热管网16为用户提供暖气；利用蓄水缓冲罐12向热水管网提供热水供应；在供热管网16中散热后的冷凝水重新送入多功能热交换设备3进行下一次余热循环。本发明可以将秸杆等生物质就地转化，产生热水和可燃气分别被余温供热装置和供气装置利用，给居民集中供气供暖，醋酸作为生物杀菌剂或与碳混合作为生物肥料，焦油为工业原料；农业废弃资源中的菌渣、果渣、污泥、粪便等废弃物也可以送入制肥机27，与本系统产生的醋酸以及碳混合制备生物肥料，充分利用各种生物质废弃资源，生物质废弃资源综合转化收集利用率100%，不产生二次污染。以上所述，仅是 本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，包括供气装置(2)、多功能热交换设备(3)、余温供热装置和至少一个热解设备(I);在多功能热交换设备(3)内设有气体通道和冷凝水通道，多功能热交换设备(3)中的气体通道进口(6)与热解设备(I)的燃气输出管连接，气体通道出口(7)经过引风设备(11)连接至供气装置(2);在气体通道进口(6)与热解设备(I)的燃气输出管的连接管路上设有固气分离装置(19);在多功能热交换设备(3)底部设有凝结混合液出口(10)，气体通道通过凝结混合液出口(10)与静置分离装置(13)连接，在固气分离装置(19)和多功能热交换设备(3)的外部均设有保温隔热层，其特征在于:在热解设备(I)的下部设有换热器(28)，余温供热装置包括蓄水缓冲罐(12)、锅炉(15)和供热管网(16)，多功能热交换设备(3)中的冷凝水通道出口(9)与换热器(28)、蓄水缓冲罐(12)、锅炉(15)、供热管网(16)和多功能热交换设备(3)中的冷凝水通道进口(8)依次串接构成水循环通路；在水循环通路上设有管道泵I (14)，供热管网(16)与冷凝水通道进口(8)的连接管路上设有控制阀B(24)，冷凝水通道进口(8)还通过控制阀A(23)与蓄水缓冲罐(12)连接；热解设备(I)的下部通过气动输送设备(29)与碳粉收集设备(30)连接。
2.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的静置分离装置(13)包括静置分离室(131)，在静置分离室(131)上，由下至上依次设有重质油出口(132)、醋酸出口(133)和轻质油出口(134)。
3.如权利要求2所述的生物·质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的醋酸出口(133)和碳粉收集设备(30)分别与制肥设备(27)连接。
4.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的多功能热交换设备(3)由一组多功能热交换器构成，或者由两组以上多功能热交换器并联构成；其中每组多功能热交换器均由一个多功能热交换器(4)或两个以上串联的多功能热交换器(4)组成；串联方式为:前一个多功能热交换器的气体通道出口连接后一个多功能热交换器的气体通道进口，前一个多功能热交换器的冷凝水通道进口连接后一个多功能热交换器的冷凝水通道出口 ；并联方式为:各组第一个多功能热交换器中的气体通道进口和冷凝水通道出口分别并接，各组最后一个多功能热交换器中的气体通道出口和冷凝水通道进口分别并接。
5.如权利要求4所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的多功能热交换器(4)，其冷凝水通道进口(8)设置在下部，冷凝水通道出口(9)设置在上部。
6.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:还设有二级冷凝装置(5)，多功能热交换设备(3)的气体通道出口经过二级冷凝装置(5)的气体通道与引风设备(11)连接，二级冷凝装置(5)的冷凝水通道进口通过管道泵11(17)与水源(18)连接，二级冷凝装置(5)的冷凝水通道出口连接至水源(18)。
7.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的引风设备(11)与供气装置(2)的连接管路上还设有净化提纯设备(20)。
8.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的引风设备(11)，其出风管道和进风管道间通过带有调节阀门的气流回馈管道(21)连接，气流回馈管道(21)上设有试火器(25)。
9.如权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统，其特征在于:所述的引风设备(11)，其出风管道还通过阀门与气体排空组件(22)连接，气体排空组件(22)的顶部设有放空管(221)，在气体排空组件(22)内设有淋水喷头(222)。
10.一种采用权利要求1所述的生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统进行资源综合利用的方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一、首先将生物质原料送入热解设备(I)并点燃，利用引风设备(11)在多功能热交换设备(3)和热解设备(I)中产生的负压将空气吸入热解设备以提供反应所需的气化齐U，生物质原料在热解设备(I)内利用氧化形成的高温热解产生含有可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸气的混合气体，燃烧生成的碳沉淀在热解设备底部； 步骤二、利用引风设备(11)产生的负压将热解设备(I)内的可燃气体、焦油气、醋酸气和水蒸气的混合汽体吸入多功能热交换设备(3)的气体通道混合汽体进入气体通道后与冷凝水通道内的冷凝水进行热量交换，将热量传递至冷凝水；混合汽体降温后，焦油气和醋酸气冷却凝结成焦油、醋酸混合液；初步吸热后的冷凝水进入热解设备(I)的换热器(28)，冷凝水在换热器(28)内与热解设备(I)底部的碳进行热交换，冷凝水继续吸收热量形成热水并使碳降温； 步骤三、 (a)、可燃气体的利·用:利用引风设备(11)将可燃气体送入供气装置(2)，通过供气装置(2)向燃气用户和余温供热装置的锅炉(15)提供燃气； (b)、焦油、醋酸的利用:气体通道内的焦油醋酸混合蒸汽冷却后凝结成混合液体，焦油、醋酸混合液从多功能热交换设备(3)底部设置的凝结混合液出口(10)进入静置分离装置(13);焦油、醋酸混合液在静置分离装置(13)内进行静置沉淀，由于各成分的互不相容和比重的不同，焦油醋酸混合液沉淀分层后得到重质油、醋酸和轻质油被收集利用；· (c)、碳的利用:利用气动输送设备(29)通过气流将热解设备(I)底部的碳输送至碳粉收集设备(30)进行收集利用； (d)、热量的利用:冷凝水吸收热量后进入蓄水缓冲罐(12)，使蓄水缓冲罐(12)内的水温升高，利用管道泵1(14)将蓄水缓冲罐(12)内的热水送至锅炉(15)进行加温后再送至供热管网(16)为用户提供暖气；利用蓄水缓冲罐(12)向热水管网提供热水供应；在供热管网(16)中散热后的冷凝水重新送入多功能热交换设备(3)进行下一次余热循环。
全文摘要
本发明是有关于一种生物质废弃资源热解碳气化综合转化利用系统及方法，其系统中热解设备通过多功能热交换设备的气体通道与供气装置连接，还通过气动输送设备与碳粉收集设备连接；冷凝水通道经过热解设备的换热器与余温供热装置连接；其方法是生物质原料在热解设备内高温热解成含有可燃气体、焦油气、醋酸气的混合气体，并生成碳；混合汽体吸入多功能热交换设备热量交换后分离出可燃气、焦油醋酸混合液，水吸热后进入热解设备的换热器继续热交换，形成热水；热水和可燃气分别通过供气装置和余温供热装置给居民集中供气、供暖、供热水；醋酸作为叶面肥、生物杀菌剂或与碳混合作为生物肥料；焦油为工业原料；生物质废弃资源转化率近100％。
文档编号C10J3/60GK103074121SQ20111032914
公开日2013年5月1日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日
发明者周仁福, 周强, 陶然, 王韵涵 申请人:洛阳骏腾能源科技有限公司