一種用于生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)資源利用領(lǐng)域，具體地公開了一種用于生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，全球化石燃料資源緊缺，同時(shí)化石能源的使用導(dǎo)致溫室效應(yīng)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重，大力發(fā)展可再生清潔能源顯得尤為重要。生物質(zhì)能是唯一一種可以轉(zhuǎn)化為氣體、固體以及液體燃料的可再生能源，與現(xiàn)有化石燃料技術(shù)具有很大的兼容性。生物質(zhì)生長過程中吸收的二氧化碳相當(dāng)于利用時(shí)排放的二氧化碳的量，二氧化碳的凈排放量近似為零，不會(huì)加劇溫室效應(yīng)。大力發(fā)展可替代石油基液體燃料與化學(xué)品的生物質(zhì)基高端產(chǎn)品(含氧液體燃料與高價(jià)值化學(xué)品)，有助于減輕化石燃料帶來的環(huán)境污染，緩解石油短缺，改善我國能源結(jié)構(gòu)，保障國家能源安全。生物質(zhì)快速熱解制備液體燃料技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢近年來得到了迅速發(fā)展。它能以連續(xù)的工藝和工廠化生產(chǎn)方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸、能量密度高的液體燃料——生物質(zhì)快速熱解油(以下簡稱“生物油”)。生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)已受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
[0003]生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)是將生物質(zhì)在一定較高溫度下快速熱解產(chǎn)生熱解蒸氣，再將蒸氣冷凝形成液體產(chǎn)物。生物質(zhì)熱解反應(yīng)后的固體產(chǎn)物生物質(zhì)焦炭有一部分會(huì)隨著熱解蒸氣進(jìn)入后續(xù)裝置，熱解蒸氣中的焦炭在冷凝過程中會(huì)產(chǎn)生不利影響，如在冷凝管道內(nèi)集結(jié)而堵塞管道。另外，炭能夠催化熱解蒸氣的二次熱解，使可冷凝的揮發(fā)分裂解成不可冷凝氣體，從而降低生物油的產(chǎn)量。炭粒的存在還會(huì)給生物油的存儲(chǔ)和燃燒帶來很多的不利影響，如炭粒在生物油的保存過程中逐漸團(tuán)聚，并吸附一些生物質(zhì)裂解物形成瀝青狀的沉淀物，還以催化劑的形式加速生物油的老化，不利于生物油的長期儲(chǔ)存，降低生物油的品質(zhì)，嚴(yán)重影響生物油的工業(yè)應(yīng)用。在生物油應(yīng)用于鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備時(shí)，炭粒的存在會(huì)引起噴嘴的積炭、堵塞和腐蝕。因此熱解蒸氣在冷凝前的凈化對(duì)整個(gè)熱解系統(tǒng)的進(jìn)行和生物油品質(zhì)的提尚具有重要的意義。
[0004]旋風(fēng)分離器的應(yīng)用已有近百年的歷史，因其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，沒有活動(dòng)部件，可用多種材料制造，操作條件范圍寬廣，分離效率較高，所以至今仍是化工、采礦、冶金、機(jī)械、輕工等工業(yè)部門里最常用的一種除塵、分離設(shè)備。顆粒層除塵器是利用物理和化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的固體顆粒組成過濾層，通過慣性碰撞、擴(kuò)散沉積、重力沉積、直接攔截、靜電吸引的過濾機(jī)理來實(shí)現(xiàn)對(duì)含塵氣體的過濾，具有耐高溫、持久性好等特點(diǎn)。金屬網(wǎng)除塵器具有良好的耐溫性、抗熱性、穩(wěn)定性，同時(shí)能提供孔徑極小的金屬濾網(wǎng)，有效過濾小粒徑顆粒。
[0005]現(xiàn)有的生物質(zhì)熱解液化設(shè)備大都采用一級(jí)旋風(fēng)分離器或者兩級(jí)旋風(fēng)分離器相串聯(lián)。旋風(fēng)除塵器的分離機(jī)理為離心分離，其機(jī)理決定了不適用于分離粒徑很小(小于1ym)的顆粒，而且氣量的波動(dòng)對(duì)除塵效果及設(shè)備阻力影響較大。因此單一的旋風(fēng)分離除塵方式并不能完全滿足生物質(zhì)快速熱解液化中對(duì)生物油產(chǎn)物固體顆粒物含量的高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明旨在針對(duì)解決生物質(zhì)熱解蒸氣采用單一旋風(fēng)分離除塵方式時(shí)，小粒徑(小于ΙΟμπι)顆粒無法有效脫除以及除塵效果受氣量波動(dòng)等因素影響并不穩(wěn)定的問題，提供一種用于生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的裝置和方法。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的裝置，其特征在于，所述裝置包括按熱解蒸氣流向依次連接的旋風(fēng)除塵器、顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器，所述的旋風(fēng)除塵器外側(cè)設(shè)置有第一電加熱爐，所述的顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器的外側(cè)設(shè)置有第二電加熱爐，所述第一電加熱爐和第二電加熱爐維持旋風(fēng)除塵器、顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器以及整個(gè)前后蒸氣管道內(nèi)熱解蒸氣溫度在400?600°C ;其中，所述的顆粒層除塵器的過濾粒徑為0.2?2_，所述的金屬網(wǎng)除塵器的過濾粒徑為I?50 μ m0
[0008]具體地，所述的旋風(fēng)除塵器包括分離室，所述分離室的側(cè)壁設(shè)置有熱解蒸氣入口 ；所述分離室的頂部設(shè)置有熱解蒸氣出口管道，所述熱解蒸氣出口管道的另一端與所述顆粒層除塵器相連；所述分離室的下方設(shè)置有錐形的落灰室，所述落灰室的底部設(shè)置有卸灰閥。
[0009]所述的顆粒層除塵器包括按熱解蒸氣流向依次連接的第一集灰室、顆粒層前擋網(wǎng)、顆粒層和顆粒層后擋網(wǎng)，所述顆粒層前擋網(wǎng)和顆粒層后擋網(wǎng)通過不銹鋼卡簧緊壓在第一集灰室的壁面上，所述不銹鋼卡簧與壁面內(nèi)壁徑向采用過盈配合。
[0010]優(yōu)選地，所述顆粒層的填料為石英砂，所述石英砂粒徑為0.2?2_ ;顆粒層前擋網(wǎng)和顆粒層后擋網(wǎng)均采用不銹鋼金屬網(wǎng)，所述顆粒層前擋網(wǎng)和顆粒層后擋網(wǎng)的孔徑小于所述顆粒層填料中最小顆粒粒徑。
[0011]所述的金屬網(wǎng)除塵器包括按熱解蒸氣流向依次連接的第二集灰室、金屬濾網(wǎng)和熱解蒸氣出口 ；其中，所述的金屬濾網(wǎng)通過不銹鋼卡簧緊壓在第二集灰室的壁面上，所述不銹鋼卡簧與壁面內(nèi)壁徑向采用過盈配合。
[0012]優(yōu)選地，所述的金屬網(wǎng)除塵器中的金屬濾網(wǎng)采用不銹鋼金屬網(wǎng)，其孔徑為I?50 μ m0
[0013]優(yōu)選地，所述的旋風(fēng)除塵器與顆粒層除塵器之間、顆粒層除塵器與金屬網(wǎng)除塵器之間，均采用螺栓、法蘭盤和石墨密封墊圈緊密密封連接。
[0014]所述的第一電加熱爐和第二電加熱爐由加熱組件、保溫層和不銹鋼外殼等組成，所述第一電加熱爐和第二電加熱爐通過溫控系統(tǒng)維持旋風(fēng)除塵器、顆粒層除塵器、金屬網(wǎng)除塵器以及裝置前后蒸氣管道內(nèi)熱解蒸氣溫度接近反應(yīng)器內(nèi)熱解溫度。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步提出了利用上述裝置進(jìn)行生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的方法，包括如下步驟:使生物質(zhì)快速熱解反應(yīng)器中產(chǎn)生的高溫?zé)峤庹魵庵苯油ㄈ胄L(fēng)除塵器中進(jìn)行初步除塵，再依次經(jīng)過顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器進(jìn)行二級(jí)、三級(jí)過濾，過濾后的熱解蒸氣直接送入冷凝裝置中；利用第一電加熱爐和第二電加熱爐維持旋風(fēng)除塵器、顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器以及除塵裝置前后蒸氣管道內(nèi)熱解蒸氣溫度接近反應(yīng)器內(nèi)熱解溫度，即400 ?600。。。
[0016]本發(fā)明的工作原理為:從熱解反應(yīng)器出來的高溫?zé)峤庹魵庥蔁峤庹魵馊肟谶M(jìn)入旋風(fēng)除塵器，在分離室中發(fā)生氣固分離，分離的固體顆粒物逐漸下落，可通過落灰室和卸灰閥排出旋風(fēng)除塵器，一級(jí)除塵后的熱解蒸氣通過旋風(fēng)分離熱解蒸氣出口管道進(jìn)入顆粒層除塵器，熱解蒸氣中部分較大顆粒物被顆粒層阻擋無法進(jìn)入，而落入第一集灰室中，小顆粒隨熱解蒸氣進(jìn)入顆粒層，一部分被阻擋留在顆粒層空隙內(nèi)，一部分微小顆粒穿透顆粒層進(jìn)入金屬網(wǎng)除塵器中，其中粒徑大于金屬濾網(wǎng)孔徑的顆粒物被金屬濾網(wǎng)阻擋，落入第二集灰室中，通過金屬濾網(wǎng)的熱解蒸氣由熱解蒸氣出口排出除塵裝置；第一電加熱爐包裹旋風(fēng)除塵器，第二電加熱爐包裹顆粒層除塵器和金屬網(wǎng)除塵器，通過溫控系統(tǒng)維持除塵裝置及其前后蒸氣管道溫度接近反應(yīng)器內(nèi)熱解溫度，保證熱解蒸氣不在此發(fā)生冷凝。
[0017]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn):
[0018](I)旋風(fēng)除塵、顆粒層除塵、金屬網(wǎng)除塵復(fù)合式除塵裝置結(jié)構(gòu)簡單，除塵效率高，除塵效果穩(wěn)定；
[0019](2)旋風(fēng)除塵有效降低后兩級(jí)除塵負(fù)荷，彌補(bǔ)后兩級(jí)除塵不能連續(xù)長期運(yùn)行的缺點(diǎn)，顆粒層除塵是為了進(jìn)一步減輕金屬網(wǎng)除塵負(fù)荷，減輕金屬濾網(wǎng)的磨損，而金屬網(wǎng)除塵器的存在能穩(wěn)定過濾大于金屬網(wǎng)孔徑的小粒徑顆粒，為前兩級(jí)除塵提供保障，保障熱解蒸氣尚效的除塵效果；
[0020](3)電加熱爐為除塵裝置及其前后管道維持較高溫度，能有效避免生物質(zhì)熱解蒸氣在此除塵階段部分冷凝，避免因部分冷凝帶來的降低除塵效率、堵塞管道等一系列問題，同時(shí)，電加熱爐保溫層效果較好時(shí)，除塵裝置內(nèi)熱解蒸氣溫度自身能維持在接近熱解溫度的狀態(tài)下，加熱組件工作時(shí)間不長，不會(huì)消耗太多能量。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的用于生物質(zhì)快速熱解蒸氣高效除塵的裝置的示意圖，其中:
[0022]1-旋風(fēng)除塵器；I1-顆粒層除塵器；II1-金屬網(wǎng)除塵器；1-熱解蒸氣入口 ；2_分離室；3_落灰室；4_卸灰閥；5_旋風(fēng)分離熱解蒸氣出口管道；6_第一電加熱爐；7_法蘭盤；8-石墨密封墊圈；9_第一集灰室；10_不銹鋼卡簧；11_顆粒層前擋網(wǎng)；12_顆粒層；13_顆粒層后擋網(wǎng)；14_第二集灰室；15-金屬濾網(wǎng)；16_熱解蒸氣出口 ；17_第二電加熱爐。