本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化裝置，具體涉及一種農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗的循環(huán)流化床炭化裝置和方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化是目前處理農(nóng)業(yè)廢棄物最便捷、高效的方式，處理廢棄物的同時獲得可改良土壤、處理污水的生物炭，其適用的原料種類和處理成本對于該技術(shù)的競爭力至關(guān)重要。

目前，熱解炭化處理農(nóng)業(yè)廢棄物具有固定床和流化床兩種爐體。固定床處理徹底、產(chǎn)物穩(wěn)定、可控，但是傳熱、傳質(zhì)差，效率低，長時間的保溫能耗大。流化床在效率上有大幅度提升，氣固接觸好，目前主要運(yùn)用于燃燒供能裝置，由于熱解產(chǎn)物不穩(wěn)定，相關(guān)熱解炭化裝置少，尤其是缺乏經(jīng)濟(jì)性考量的裝備。

國內(nèi)外現(xiàn)有流化床熱解炭化裝置，許多裝備都是采用兩級或者多級進(jìn)行熱解、氣化和燃燒分級廢棄物處理利用，分級可以針對不同產(chǎn)物進(jìn)行分級利用，適用于產(chǎn)物組份少、純度高的物質(zhì)，但分級利用顯著地增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。然而農(nóng)業(yè)廢棄物種類繁多、組份復(fù)雜，且具備高含水率和高灰含量，按照分級利用的處理成本較高。宋英豪將熱解氣作為流化氣運(yùn)用在熱解裝置中也具有明顯優(yōu)勢(授權(quán)號cn103254941b)，可促進(jìn)焦油裂解和氣體凈化。此裝置不適用于高含水率的農(nóng)業(yè)廢棄物，且熱解后炭粉較少，熱值較低，燃燒將循環(huán)煙氣加熱到1000～1100℃較為困難。與此同時，鄭冀魯發(fā)明的自熱式熱解裝置針對林農(nóng)廢棄物處理(授權(quán)號cn103555351b)，在節(jié)能方面具有鮮明特色。但是從整個系統(tǒng)可以看出，采用電加熱方式預(yù)熱空氣至700℃，且炭粉燃燒通過外部換熱器來預(yù)熱熱解氣，熱解設(shè)備中的熱量來源于預(yù)熱空氣，熱效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗的循環(huán)流化床炭化裝置和方法，該裝置和方法解決了現(xiàn)有熱解炭化裝置系統(tǒng)復(fù)雜，能耗高，對農(nóng)業(yè)廢棄物種類有限制的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開的農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗的循環(huán)流化床炭化裝置，其特征在于，它包括第一給粉器、第二給粉器、爐膛、間壁管道、布風(fēng)室、旋風(fēng)分離器、煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、空氣壓縮機(jī)、溢流管、儲焦倉、焦樣輸運(yùn)絞龍、焦樣排出絞龍、預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍、氣體凈化系統(tǒng)、第一粉料輸送絞龍和第二料輸送絞龍，其中，所述儲焦倉為相互獨(dú)立的內(nèi)外雙層倉室，所述儲焦倉的內(nèi)倉室為焦炭熱解儲藏室，儲焦倉的外倉室為濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室，爐膛內(nèi)設(shè)置間壁管道，布風(fēng)室位于爐膛底部，爐膛頂部設(shè)有燃?xì)鈬娍?，間壁管道的頂端口伸出爐膛的頂面，間壁管道的底端口位于爐膛內(nèi)部的流化區(qū)上部，第一給粉器的輸出端通過第一粉料輸送絞龍連通間壁管道的頂端口，第二給粉器的輸出端對應(yīng)第二料輸送絞龍的輸入端，第二料輸送絞龍的輸出端連通爐膛內(nèi)部的流化區(qū)底部側(cè)進(jìn)料口；

所述爐膛的底部設(shè)置有排焦室，焦樣輸運(yùn)絞龍的一端設(shè)置在排焦室的底部，焦樣輸運(yùn)絞龍的另一端設(shè)置在焦炭熱解儲藏室內(nèi)，焦炭熱解儲藏室的底部設(shè)置焦樣排出絞龍，焦樣排出絞龍用于將焦炭熱解儲藏室內(nèi)的焦炭排出儲焦倉外，濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室的底部設(shè)置預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍，預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍用于將濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室內(nèi)干燥后的農(nóng)業(yè)廢棄物運(yùn)送至第一給粉器；所述布風(fēng)室的頂面設(shè)有多個流化風(fēng)孔，布風(fēng)室內(nèi)設(shè)有溢流管，溢流管的頂部管口穿過布風(fēng)室的頂面與爐膛連通，溢流管的底部管口穿過布風(fēng)室的底面與排焦室連通，布風(fēng)室內(nèi)還設(shè)有空氣輸送管，空氣輸送管的輸出端穿過布風(fēng)室的頂面與爐膛連通，空氣輸送管的輸入端穿過布風(fēng)室的底面與空氣壓縮機(jī)的輸出端連通，布風(fēng)室的底面設(shè)有煙氣管道，煙氣管道的一端通過流化風(fēng)孔與爐膛連通，煙氣管道的另一端與煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的輸出端連通；

旋風(fēng)分離器的輸入端連通爐膛的上部側(cè)壁，旋風(fēng)分離器的第一輸出端連通爐膛的下部側(cè)壁，旋風(fēng)分離器的第二輸出端連通氣體凈化系統(tǒng)的輸入端，旋風(fēng)分離器的第二輸出端還與煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)的輸入端連通。

一種利用上述裝置的農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗熱解炭化方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：爐膛的燃?xì)鈬娍谕ㄟ^燃燒燃?xì)?，使?fàn)t膛內(nèi)達(dá)到300～850℃，然后關(guān)閉燃?xì)猓?/p>

步驟2：濕農(nóng)業(yè)廢棄物料從第一給粉器進(jìn)入間壁管道，并在間壁管道內(nèi)進(jìn)行干燥，隨著間壁管道內(nèi)物料的下落再進(jìn)行熱處理，同時，干農(nóng)業(yè)廢棄物料從第二給粉器直接進(jìn)入爐膛，干農(nóng)業(yè)廢棄物料與爐膛內(nèi)的流化介質(zhì)充分混合并進(jìn)行熱處理；

步驟3：步驟2熱處理后的物料一部分以氣體形式進(jìn)入旋風(fēng)分離器，另一部分以固體形式進(jìn)入溢流管，旋風(fēng)分離器中部分固體顆粒被分離出來回到爐膛，旋風(fēng)分離器的一部分氣體經(jīng)過高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓進(jìn)入到布風(fēng)室并通過流化風(fēng)孔進(jìn)入爐膛，吹動爐膛的固體顆粒，進(jìn)行氣固反應(yīng)，旋風(fēng)分離器的氣體另外一部分經(jīng)過空氣過濾器連接至煙囪排空；

步驟4：空氣壓縮機(jī)將空氣壓入位于爐膛中心位置的空氣輸送管，使部分農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒產(chǎn)生熱量用于維持爐膛溫度，所述溢流管處于開放狀態(tài)，當(dāng)爐膛內(nèi)整個反應(yīng)進(jìn)行10～60min時，啟動真空泵使排焦口造成負(fù)壓，便于焦炭排出，制備出的熱解焦炭從排焦口直接通過焦樣輸運(yùn)絞龍送入儲焦倉的焦炭熱解儲藏室，保溫指定時間(30～90mim)后的熱解焦炭通過焦樣排出絞龍輸送到焦炭包裝處。

本發(fā)明的有益效果：

1、由于采用了雙入料口，且第一給粉器采用重力、絞龍擠壓力和氣體壓力的組合，可以適應(yīng)高含水率的農(nóng)業(yè)廢棄物。

2、本發(fā)明將濕物料與干物料實現(xiàn)對沖布置，且是接觸和非接觸相混合的方式，在保證熱解正常工作的前提下最大限度的利用高品質(zhì)能量。

3、本發(fā)明的流化床采用了正壓驅(qū)動和負(fù)壓驅(qū)動兩種模式，可實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)出樣，在實際運(yùn)行中可以提高系統(tǒng)調(diào)控比。

4、本發(fā)明的流化床針對農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化后農(nóng)業(yè)還田使用，將燃燒、熱解和氣化集成在一起，減少了多級利用各過程間的能量損耗，與此同時，本文熱解制備的焦炭由于運(yùn)用于農(nóng)田，要求較低，亦可減少停留時間、純度，特別是降低系統(tǒng)對密封性的要求，故可大幅度降低農(nóng)業(yè)廢棄物處理成本。

5、本發(fā)明的流化介質(zhì)主要來源于循環(huán)煙氣，可以通過富含co2氣氛保留大量氮、磷和鉀的同時，大幅度降低了co2的成本。

6、本發(fā)明熱解制備的焦炭存放于儲焦罐，內(nèi)部存放焦炭，外部存放新鮮農(nóng)業(yè)廢棄物，可以減少保溫材料，亦可實現(xiàn)能量的優(yōu)化利用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中布風(fēng)室的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1—第一給粉器、2—第二給粉器、3—爐膛、3.1—清焦口、4—間壁管道、5—布風(fēng)室、6—燃?xì)鈬娍凇?—旋風(fēng)分離器、8—煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)、9—空氣壓縮機(jī)、10—空氣輸送管、11—流化風(fēng)孔、12—溢流管、13—清焦管、14—排焦室、15—儲焦倉、15.1—焦炭熱解儲藏室、15.2—濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室、15.3—濕農(nóng)業(yè)廢棄物輸入口、16—焦樣輸運(yùn)絞龍、17—焦樣排出絞龍、18—預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍、19—?dú)怏w凈化系統(tǒng)、20—煙囪、21—真空泵、22—第一粉料輸送絞龍、23—第二料輸送絞龍、24—流化區(qū)底部側(cè)進(jìn)料口、25—煙氣管道。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

本發(fā)明所設(shè)計的農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗的循環(huán)流化床炭化裝置，如圖1和2所示，它包括第一給粉器1、第二給粉器2、爐膛3、間壁管道4、布風(fēng)室5、旋風(fēng)分離器7、煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)8、空氣壓縮機(jī)9、溢流管12、儲焦倉15、焦樣輸運(yùn)絞龍16、焦樣排出絞龍17、預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍18、氣體凈化系統(tǒng)19、第一粉料輸送絞龍22和第二料輸送絞龍23，其中，所述儲焦倉15為相互獨(dú)立的內(nèi)外雙層倉室，所述儲焦倉15的內(nèi)倉室為焦炭熱解儲藏室15.1，儲焦倉15的外倉室為濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2，爐膛3內(nèi)設(shè)置間壁管道4，布風(fēng)室5位于爐膛3底部，爐膛3頂部設(shè)有燃?xì)鈬娍?(可安裝沼氣或者熱解氣等噴口，通過管道連接氣體，用于點(diǎn)火或者燃料不足使用)，間壁管道4的頂端口伸出爐膛3的頂面，間壁管道4的底端口位于爐膛內(nèi)部的流化區(qū)上部，第一給粉器1的輸出端通過第一粉料輸送絞龍22連通間壁管道4的頂端口，第二給粉器2的輸出端對應(yīng)第二料輸送絞龍23的輸入端，第二料輸送絞龍23的輸出端連通爐膛內(nèi)部的流化區(qū)底部側(cè)進(jìn)料口24；

所述爐膛3的底部設(shè)置有排焦室14，焦樣輸運(yùn)絞龍16的一端設(shè)置在排焦室14的底部，焦樣輸運(yùn)絞龍16的另一端設(shè)置在焦炭熱解儲藏室15.1內(nèi)，焦炭熱解儲藏室15.1的底部設(shè)置焦樣排出絞龍17，焦樣排出絞龍17用于將焦炭熱解儲藏室15.1內(nèi)的焦炭排出儲焦倉15外，濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2的底部設(shè)置預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍18，預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍18用于將濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2內(nèi)干燥后的焦炭運(yùn)送至第一給粉器1；所述布風(fēng)室5的頂面設(shè)有多個流化風(fēng)孔11，布風(fēng)室5內(nèi)設(shè)有(四個)溢流管12，溢流管12的頂部管口穿過布風(fēng)室5的頂面與爐膛3連通，溢流管12的底部管口穿過布風(fēng)室5的底面與排焦室14連通，布風(fēng)室5內(nèi)還設(shè)有空氣輸送管10，空氣輸送管10的輸出端穿過布風(fēng)室5的頂面與爐膛3連通，空氣輸送管10的輸入端穿過布風(fēng)室5的底面與空氣壓縮機(jī)9的輸出端連通，布風(fēng)室5的底面設(shè)有煙氣管道25，煙氣管道25的一端通過流化風(fēng)孔11與爐膛3連通，煙氣管道25的另一端與煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)8的輸出端連通；

旋風(fēng)分離器7的輸入端連通爐膛3的上部側(cè)壁，旋風(fēng)分離器7的第一輸出端連通爐膛3的下部側(cè)壁，旋風(fēng)分離器7的第二輸出端連通氣體凈化系統(tǒng)19的輸入端，旋風(fēng)分離器7的第二輸出端還與煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)8的輸入端連通，循環(huán)風(fēng)機(jī)8用于保證流化壓力。

上述技術(shù)方案中，所述氣體凈化系統(tǒng)19的輸出端連接有煙囪20。

上述技術(shù)方案中，它還包括真空泵21，真空泵21的抽氣口穿過排焦室14的側(cè)壁連通排焦室14，真空泵21的第一排氣口連通第一給粉器1的加壓口，真空泵21的第二排氣口連通第二給粉器2的加壓口。真空泵21產(chǎn)生負(fù)壓這樣利于焦炭的排出，而出口接給粉器主要是避免抽出氣體的浪費(fèi)，同時便于順利給粉。

上述技術(shù)方案中，所述空氣輸送管10的輸出端位于布風(fēng)室5的軸心。這樣設(shè)計可以燃燒部分農(nóng)業(yè)廢棄物來提供整個系統(tǒng)的保溫，同時，其熱氣流上升正好干燥間壁管道4下來的濕農(nóng)業(yè)廢棄物。

上述技術(shù)方案中，所述煙氣管道25一端位于布風(fēng)室5的軸心，所述空氣輸送管10與煙氣管道25為套管形式，空氣輸送管10為套管的內(nèi)管，煙氣管道25為套管的外管。套管形式主要是一方面用高溫循環(huán)煙氣預(yù)熱空氣，便于爐內(nèi)燃燒，另一方面，使得燃燒更加集中，而不至于空氣和循環(huán)煙氣混合，稀釋氧濃度，不利于燃燒。

上述技術(shù)方案中，所述濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2的頂部具有濕農(nóng)業(yè)廢棄物輸入口15.3。

上述技術(shù)方案中，它還包括清焦管13，清焦管13的輸入端連通爐膛3的清焦口3.1，清焦管13的輸出端連通排焦室14，所述清焦口3.1位于爐膛3的布風(fēng)部件5上部位置。因為4個溢流管有一定的高度，而這個清焦口13直接就是布風(fēng)室頂部，也就是可以將所有的焦炭全部放出。

一種利用上述裝置的農(nóng)業(yè)廢棄物低能耗熱解炭化方法，它包括如下步驟：

步驟1：爐膛3的燃?xì)鈬娍?通過燃燒燃?xì)?2～4h)，使?fàn)t膛3內(nèi)達(dá)到300～850℃，然后關(guān)閉燃?xì)猓?/p>

步驟2：濕農(nóng)業(yè)廢棄物料從第一給粉器1進(jìn)入間壁管道4，并在間壁管道4內(nèi)進(jìn)行干燥，隨著間壁管道4內(nèi)物料的下落再進(jìn)行熱處理(熱解、氣化和燃燒)，同時，干農(nóng)業(yè)廢棄物料從第二給粉器2直接進(jìn)入爐膛3，干農(nóng)業(yè)廢棄物料與爐膛3內(nèi)的流化介質(zhì)充分混合并進(jìn)行熱處理(氣化和燃燒)；

步驟3：步驟2熱處理后的物料一部分以氣體形式進(jìn)入旋風(fēng)分離器7，另一部分以固體形式進(jìn)入(四個)溢流管12，旋風(fēng)分離器7中部分固體顆粒被分離出來回到爐膛3，旋風(fēng)分離器7的一部分氣體經(jīng)過高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)8加壓進(jìn)入到布風(fēng)室5并通過流化風(fēng)孔11進(jìn)入爐膛3，吹動爐膛3的固體顆粒，進(jìn)行氣固反應(yīng)，旋風(fēng)分離器7的氣體另外一部分經(jīng)過空氣過濾器19連接至煙囪20排空；

步驟4：空氣壓縮機(jī)9將空氣壓入位于爐膛中心位置的空氣輸送管10，使部分農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒產(chǎn)生熱量用于維持爐膛溫度，所述溢流管12處于開放狀態(tài)，但是由于下部壓力與爐膛壓力持平，所以進(jìn)入排焦口14中的焦炭較少，當(dāng)爐膛3內(nèi)整個反應(yīng)進(jìn)行10～60min時，啟動真空泵21使排焦口14造成負(fù)壓，便于焦炭排出，同時為了加大排焦量或者排焦速度可以將清焦管13的閥門打開，制備出的熱解焦炭從排焦口14直接通過焦樣輸運(yùn)絞龍16送入儲焦倉15的焦炭熱解儲藏室15.1，保溫指定時間(30～90min)后的熱解焦炭通過焦樣排出絞龍17輸送到焦炭包裝處；

步驟9：濕廢農(nóng)業(yè)廢棄物送入濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2，濕農(nóng)業(yè)廢棄物預(yù)熱室15.2內(nèi)的濕農(nóng)業(yè)廢棄物通過與焦炭熱解儲藏室15.1進(jìn)行熱交換，使?jié)褶r(nóng)業(yè)廢棄物干燥為半干的農(nóng)業(yè)廢棄物，半干的農(nóng)業(yè)廢棄物通過預(yù)干燥農(nóng)業(yè)廢棄物輸運(yùn)絞龍18運(yùn)送到第一給粉器1。

實施例1，高熱值農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化

本發(fā)明針對高熱值農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化(林業(yè)廢棄物等)，完全可以實現(xiàn)熱量的自平衡，因此，此模式的主要給粉器入口為第二給粉器2，一般設(shè)置總給粉量的65％～100％，爐膛3空氣給量按照燃料完全燃燒化學(xué)當(dāng)量比65％～100％，第一給粉器1的給粉量為總給粉量的35％～0％，爐膛3在滿足溫度的前提下(一般設(shè)置在700～850℃)，盡可能減少農(nóng)業(yè)廢棄物的燃燒反應(yīng)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時熱解氣或者沼氣噴口關(guān)閉，爐膛3維持在100～1000pa微正壓狀態(tài)。農(nóng)業(yè)廢棄物在爐膛內(nèi)循環(huán)反應(yīng)后焦炭的含碳量在10％～30％。儲焦倉15中焦量與待干燥農(nóng)業(yè)廢棄物量按照1:10～1:2比例運(yùn)行，保證良好的換熱。

實施例2，低熱值、干農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化

本發(fā)明針對低熱值、干農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化(秸稈類等)，其不能實現(xiàn)熱量的自平衡，但是易燃燒，因此，此模式以低溫?zé)峤馓炕癁橹?，主要給粉器入口為第二給粉器2，一般設(shè)置總給粉量的65％～100％，爐膛3空氣給量按照燃料完全燃燒化學(xué)當(dāng)量比10％～40％，第一給粉器1的給粉量為總給粉量的35％～0％，爐膛3溫度一般設(shè)置在500～750℃，盡可能減少農(nóng)業(yè)廢棄物的燃燒反應(yīng)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時熱解氣或者沼氣噴口根據(jù)需要開啟，爐膛3維持在100～1000pa微正壓狀態(tài)。農(nóng)業(yè)廢棄物在爐膛內(nèi)循環(huán)反應(yīng)后焦炭的含碳量在20％～40％。儲焦倉15中焦量與待干燥農(nóng)業(yè)廢棄物量按照1:6～1:2比例運(yùn)行，保證良好的換熱。

實施例3，低熱值、濕農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化

本發(fā)明針對低熱值、濕農(nóng)業(yè)廢棄物熱解炭化(畜禽糞便類等)，其不能實現(xiàn)熱量的自平衡，且不易燃燒，因此，此模式帶熱解的烘焙，主要給粉器入口為第一給粉器1，一般設(shè)置總給粉量的50％～70％，爐膛3空氣給量按照燃料完全燃燒化學(xué)當(dāng)量比10％～40％，第二給粉器2的給粉量為總給粉量的50％～30％，爐膛3溫度一般設(shè)置在300～600℃。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時熱解氣或者沼氣噴口根據(jù)需要開啟，爐膛3維持在100～1000pa微正壓狀態(tài)。農(nóng)業(yè)廢棄物在爐膛內(nèi)循環(huán)反應(yīng)后焦炭的含碳量在20％～40％。儲焦倉15中焦量與待干燥農(nóng)業(yè)廢棄物量按照1:5～1:2比例運(yùn)行。

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