生物质料转化为生物能源装置

摘要

本发明提供了一种生物质料转化为生物能源装置，包括：将生物质料处理为生物颗粒料的造粒机；通过第一输送机与造粒机相连的料仓；与料舱连通的发酵舱；与发酵舱连通的焚烧炉；与发酵舱和焚烧炉相连，且将发酵舱内的蒸汽输送至焚烧炉底部的第一蒸汽管道；向焚烧炉底部输送氧气的送风管道；与焚烧炉连通且生产燃气的裂解炉；通过第一输气管道与裂解炉连通，且冷却燃气的换热器；通过第二输气管道与换热器连通且储存燃气的储气罐，第二输气管道上设置有加压风机。上述生物质料转化为生物能源装置，将生物质料转化为燃气，且通过先使生物质料发酵，再进行焚烧和裂解，有效提高了能量转换效率，减少了生物能源的损失，提高了经济效率。

说明书

技术领域

本发明涉及生物能源技术领域，更具体地说，涉及一种生物质料转化为 生物能源装置。

背景技术

生物质料是指农业、林业生产及加工生产中伴生的废料，生物质料主要 包括废木梢、柴草、农作物秸秆、谷壳、糖渣等。随着生活水平的提高，生 物质料的处理成为问题。

目前，传统的处理方式是焚烧，但是，焚烧对环境的污染较大。为了减 少对环境的污染，生物质料焚烧发电被应用。生物质料焚烧发电的原理为： 利用生物质料干馏的固碳燃烧产生的热量来干馏生物质料，干馏产生的气体 与固碳燃烧产生的气体进行二次燃烧，二次燃烧产生的热量供锅炉产生蒸汽， 蒸汽供汽轮发电机发电。

由于生物质料焚烧发电原理可知，生物质料二次燃烧产生的蒸汽作为发 电的能量，导致能量转换效率较低，通常不到30％，使得生物能源损失较大， 经济效益较低。

综上所述，如何处理生物质料，以提高能量转换效率，减少生物能源的 损失，提高经济效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质料转化为生物能源装置，以提高能量转 换效率，减少生物能源的损失，提高经济效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物质料转化为生物能源装置，包括：

将生物质料处理为生物颗粒料的造粒机；

通过第一输送机与所述造粒机相连的料仓；

与所述料仓连通的发酵舱；

与所述发酵舱连通的焚烧炉；

与所述发酵舱和所述焚烧炉相连，且将所述发酵舱内的蒸汽输送至所述 焚烧炉底部的第一蒸汽管道；

向所述焚烧炉底部输送氧气的送风管道；

与所述焚烧炉连通且生产燃气的裂解炉；

通过第一输气管道与所述裂解炉连通，且冷却所述燃气的换热器；

通过第二输气管道与所述换热器连通且储存所述燃气的储气罐，所述第 二输气管道上设置有加压风机。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置，还包括：通过第二输送机 与所述料仓相连的料斗，所述发酵舱通过所述料斗与所述料仓连通；其中， 所述发酵舱和所述裂解炉均位于所述焚烧炉的顶端，所述料斗位于所述发酵 舱的顶端。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述料仓的进口位于所 述料仓的顶端，所述料仓的出口位于所述料仓的底端。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述换热器包括：与所 述第一输气管连通的高温换热器，与所述高温换热器连通的低温换热器；其 中，所述低温换热器与所述第二输气管连通。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述高温换热器的换热 介质为水，所述高温换热器的水出口通过第二蒸汽管道与所述焚烧炉的底部 连通，其中，所述第二蒸汽管道设置有蒸汽包。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述发酵舱为微波发酵 舱，所述裂解炉为微波裂解炉。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，述发酵舱的发酵温度为 70-90℃，所述焚烧炉的焚烧温度为1000-1200℃，所述裂解炉的裂解温度为 770-830℃。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述裂解炉的加热源包 括电阻加热源和微波加热源，所述电阻加热源位于所述微波加热源的底端。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置中，所述焚烧炉的底端设置 有：将灰渣排出所述焚烧炉的排渣机构，所述排渣结构包括：可旋转的灰盘， 与所述灰盘相连的灰槽，将所述灰渣推入所述灰槽的灰刀，驱动所述灰盘旋 转的驱动部件。

优选的，上述生物质料转化为生物能源装置，还包括：控制生物质料转 化为生物能源的PLC控制系统。

本发明提供的生物质料转化为生物能源装置的工作原理为：

将废木梢、柴草、农作物秸秆等生物质料放入造粒机中，通过造粒机对 生物质料碎化造粒处理成生物颗粒料；生物颗粒料通过第一输送机送入料仓； 料仓内的生物颗粒料进入与料仓连通的发酵舱，发酵舱内的温度升高到发酵 温度，生物颗粒料进行发酵，发酵过程中产生的蒸汽通过第一蒸汽管道进入 焚烧炉的底部，发酵后的生物颗粒料进入与发酵舱连通的焚烧炉；焚烧炉底 部的氧气进行燃烧，生物颗粒料被燃烧的高温气体加热，进行干馏，干馏过 程中分解出焦油和甲烷、水蒸汽等气体，分解的气体和焚烧炉底部燃烧的气 体混合后进入裂解炉，干馏生产的碳在焚烧炉内与蒸汽、氧气发生化学反应 生成一氧化碳等气体和灰渣，碳发生化学反应生成的气体进入裂解炉，灰渣 由焚烧炉的底部排出；裂解炉内，混合气体中的焦油、苯类等气体在催化剂 的作用下充分裂解，生成可燃气体；裂解后的可燃气体通过第一输气管道送 入换热器进行冷却，冷却后的可燃气体通过第二输气管道被加压风机加压送 入储气罐。

本发明提供的生物质料转化为生物能源装置，将生物质料转化为燃气， 即可燃气体，较现有技术生物质料焚烧发电相比，有效提高了能量转换效率， 减少了生物能源的损失，提高了经济效率；同时，通过先使生物质料在发酵 舱内发酵，生物质料初步分解，再进行焚烧和裂解，从而有效提高了生物质 料的气体分解效率，进一步提高了能量转换效率，减少了生物能源的损失， 提高了经济效率。

同时，本发明提供的生物质料转化为生物能源装置，将发酵舱内生产的 蒸汽通过第一蒸汽管道输送至焚烧炉底部，有效保证了发酵舱与焚烧炉之间 的压力平衡，从而保证了焚烧炉的加料口的密封。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置的结构示意图。

上图1中：

1为造粒机、2为第一输送机、3为料仓、4为第二输送机、5为灰盘、6为 焚烧炉、7为发酵舱、8为料斗、9为裂解炉、10为第一输气管道、11为催化剂、 12为裂解微波源、13为高温换热器、14为低温换热器、15为加压风机、16为 储气罐。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置，包括：将生物质料 处理为生物颗粒料的造粒机1；通过第一输送机2与造粒机1相连的料仓3； 与料仓3连通的发酵舱7；与发酵舱7连通的焚烧炉6；与发酵舱7和焚烧炉 6相连，且将发酵舱7内的蒸汽输送至焚烧炉6底部的第一蒸汽管道；向焚烧 炉6底部输送氧气的送风管道；与焚烧炉6连通且生产燃气的裂解炉9；通过 第一输气管道10与裂解炉9连通，且冷却燃气的换热器；通过第二输气管道 与换热器连通且储存燃气的储气罐16，第二输气管道上设置有加压风机15。

需要说明的是，有害气体等在裂解炉9内完成裂解，即由裂解炉9产生 的燃气不具有有害气体，燃气即为可燃气体。

本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置的工作原理为：

将废木梢、柴草、农作物秸秆等生物质料放入造粒机1中，通过造粒机1 对生物质料碎化造粒处理成生物颗粒料；生物颗粒料通过第一输送机2送入 料仓3；料仓3内的生物颗粒料进入与料仓3连通的发酵舱7，发酵舱7内的 温度升高到发酵温度，生物颗粒料进行发酵，发酵过程中产生的蒸汽通过第 一蒸汽管道进入焚烧炉6的底部，发酵后的生物颗粒料进入与发酵舱7连通 的焚烧炉6；焚烧炉6底部的氧气进行燃烧，生物颗粒料被燃烧的高温气体加 热，进行干馏，干馏过程中分解出焦油和甲烷、水蒸汽等气体，分解的气体 和焚烧炉6底部燃烧的气体混合后进入裂解炉9，干馏生产的碳在焚烧炉6内 与蒸汽、氧气发生化学反应生成一氧化碳等气体和灰渣，碳发生化学反应生 成的气体进入裂解炉9，灰渣由焚烧炉6的底部排出；裂解炉9内，混合气体 中的焦油、苯类等气体在催化剂11的作用下充分裂解，生成可燃气体；裂解 后的可燃气体通过第一输气管10道送入换热器进行冷却，冷却后的可燃气体 通过第二输气管道被加压风机15加压送入储气罐16。

本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置，将生物质料转化为 燃气，即可燃气体，较现有技术生物质料焚烧发电相比，有效提高了能量转 换效率，减少了生物能源的损失，提高了经济效率；同时，通过先使生物质 料在发酵舱7内发酵，生物质料初步分解，再进行焚烧和裂解，从而有效提 高了生物质料的气体分解效率，进一步提高了能量转换效率，减少了生物能 源的损失，提高了经济效率。

同时，本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置，将发酵舱7 内生产的蒸汽通过第一蒸汽管道输送至焚烧炉6底部，有效保证了发酵舱7 与焚烧炉6之间的压力平衡，从而保证了焚烧炉6的加料口的密封。

上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，为了便于输送蒸汽， 优先选择第一蒸汽管道上设置有风机。对于第二输气管道上的加压风机15， 可根据实际均需要选择加压风机15的数目，优选的，加压风机15的数目至 少为两台。第一输送机2，可皮带传输机，也可为其他输送机，本发明实施例 对第一输送机2的具体类型不做限定。

优选的，上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置，还包括：通 过第二输送机4与料仓3相连的料斗8，发酵舱7通过料斗8与料仓3连通； 其中，发酵舱7和裂解炉9均位于焚烧炉6的顶端，料斗8位于发酵舱7的 顶端。具体的，料斗8的进口位于其顶端，料斗8的出口位于其底端；发酵 舱7的进口位于其顶端，发酵舱7的出口位于其底端；焚烧炉6的进口和出 口均位于其顶端。这样，通过设置料斗8，且将料斗8设置在发酵舱7的顶端， 发酵舱7位于焚烧炉6的顶端。这样，生物质料能够在自身重力作用下自料 斗8进入焚烧炉6内，实现了自动连续落料，降低了加料扬尘程度；同时， 由于料斗8内有生物质料，发酵舱7内有生物质料，这样，实现了对焚烧炉6 的双层密封，有效保证了焚烧炉6内的气密性。

进一步的，上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，料仓3 的进口位于料仓3的顶端，料仓3的出口位于料仓3的底端，即生物质料自 料仓3的顶端进入，实现自动落料。

为了提高对燃气的冷却效率，上述实施例提供的生物质料转化为生物能 源装置中，换热器包括：与第一输气管10连通的高温换热器13，与高温换热 器13连通的低温换热器14；其中，低温换热器14与第二输气管连通。这样， 自裂解炉9排出的高温燃气先经高温换热器13进行冷却，再经过低温换热器 14进行冷却，经低温换热器14冷却的燃气进入储气罐16，有效提高了冷却 效率。为了避免损坏加压风机15，优先选择燃气经低温换热器14冷却到45 ℃后，进入第二输送管道，经过加压风机15。

上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，换热器的换热介质 为水，水由低温换热器14换热后，水温预热到70～80℃；再进入高温换热器 13。高温换热器13的水出口通过第二蒸汽管道与焚烧炉6的底部连通，其中， 第二蒸汽管道设置有蒸汽包。这样，实现了蒸汽的再利用，实现了节能。

为了实现快速转化，上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中， 发酵舱7为微波发酵舱，裂解炉9为微波裂解炉。具体的，发酵舱7的发酵 微波源设置在发酵舱7的外壁上，裂解炉9的裂解微波源12设置在裂解炉9 的炉体外壁上。通过采用微波加热以及微波高温裂解技术，由于微波加热较 快，有效提高了转化效率；同时，该生物质料转化为生物能源装置，实现了 高效无污染处理生物物料，避免了污染环境。

当然，也可选择其他加热源，只要能够将生物质料转化为燃气即可，本 发明实施例对此不做限定。例如，发酵舱7的加热源为电阻加热源或者蒸汽 加热源，裂解炉9的加热源包括电阻加热源和微波加热源；其中，电阻加热 源位于微波加热源的底端。

上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，微波发酵舱包括： 发酵舱体，设置于发酵舱体上的微波加热窗，设置于发酵舱体外壁上的发酵 微波源，检测发酵舱体内温度的温度传感器，检测发酵舱体内物料位置的料 位器，设置于发酵舱体底端的下料管；其中，微波发酵舱通过下料管与焚烧 炉6连通，第一蒸汽管道设置于发酵料斗上。微波裂解炉包括：炉壳体，设 置于炉壳体外壁上的裂解微波源12，设置于裂解微波源12外侧的保温层，设 置于炉壳体内的催化剂11；其中，催化剂11的种类根据实际的裂解反应进行 设置，本发明实施例对此不做限定。

上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，可根据生物质料的 种类，设定各种参数。优选的，发酵舱7的发酵温度为70-90℃，焚烧炉6的 焚烧温度为1000-1200℃，裂解炉9的裂解温度为770-830℃。

为了保证转化连续进行，上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装 置中，焚烧炉6的底端设置有：将灰渣排出焚烧炉6的排渣机构，排渣结构 包括：可旋转的灰盘5，与灰盘5相连的灰槽，将灰渣推入灰槽的灰刀，驱动 灰盘5旋转的驱动部件。具体的，驱动部件为液压驱动部件。

为了实现自动生成，上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置， 还包括：控制生物质料转化为生物能源的PLC控制系统。

上述实施例提供的生物质料转化为生物能源装置使用时，需要检测发酵 舱7的发酵温度，焚烧炉6的焚烧温度，裂解炉9的裂解温度，换热器的进 口温度和出口温度，第一蒸汽管道内的蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽流速，第 二蒸汽管道内的蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽流速，加压风机15的进口压力和 出口压力，送风管道内的氧气压力和氧气流速，第一输送机2的输送速度， 第二输送机4的输送速度。具体的，PLC控制系统包括：温度传感器，压力 传感器，通过变送器与温度传感器和压力传感器相连的PLC控制器。其中， 温度传感器为多个，根据所需的温度参数设置温度传感器；压力传感器为多 个，根据所需的压力参数设置压力传感器；PLC控制器根据温度参数、压力 参数、加料量调节反应的进行。例如，料斗8的出口、发酵舱7的出口均设 置有旋转阀，通过控制旋转阀的开度以及第一输送机2的输送速度、第二输 送机4的输送速度来控制生物质料的流量。

进一步的，PLC控制系统具有故障报警器、温度参数记录器、压力参数 记录器等。

本发明实施例提供的生物质料转化为生物能源装置中，可直接储气罐16 内的燃气输送给用户。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发 明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文 中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实 施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要 符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。