專利名稱：生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法
技術領域：
本發明的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，涉及能源化工技術領域；特別 涉及生物質的熱化學技術領域；尤其涉及為了實現生物質的氣流床氣化而對生物質進行中 溫快速熱解處理的技術領域；具體涉及生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法的技術領 域。
背景技術：
生物質是通過光合作用吸收空氣中二氧化碳生成的有機物質，其分布廣泛、可利 用量大、并且是唯一可再生的含有碳氫組分和熱能的、可儲存的自然原料；利用生物質進行 能源利用和化工生產，具有C02零排放的特征。隨著傳統化石能源儲量的日益減少，以及由 于使用化石能源帶來的環境污染問題，重視和發展可再生、環保能源已成為各國政府的共 識。通過熱化學、生物化學等方法，能夠將生物質轉變為清潔的氣體或液體燃料，生產合成 柴油/汽油、化工產品以及滿足電力需求等等，具有全面替代化石能源的潛力，成為世界各 國優先發展的新能源。 將生物質轉變為清潔氣體或液體燃料的方法很多，在這其中，生物質高溫氣流床 氣化技術與其它技術相比能夠適應所有的生物質種類，其氣化溫度較高，爐內溫度比較均 勻，焦油在氣流床中全部裂解，CH4含量較少，氣化得到精制合成氣；同時氣流床具有很好的 放大特性，特別適用于大型工業化的應用。而精制合成氣指的是氣化直接得到的合成氣 中，C0和^為主要組分，無焦油，(^4含量<0.5%。精制合成氣主要用于生產合成柴油/ 汽油、烯烴、烷烴、石腦油、潤滑油，以及作為燃料電池原料等等，適用于生產各種化工產品、 以及各種超清潔油品的新能源利用；特別在可再生的生物質能源利用領域，它是生物質化 工產業、生物質合成油新能源產業的關鍵技術。但是，氣流床氣化對原料的粒徑有著嚴格的 限制，進入氣流床的原料需要磨成超細的微米級的顆粒，然而按照現有的破碎或制粉技術， 無法將含纖維較多的生物質原料磨制成滿足氣流床運行所需的粒徑，這就導致了無法將生 物質原料直接用于氣流床氣化；最好就是先將生物質進行熱解分解成熱解氣和固態炭，然 后將固態炭制粉和熱解氣一起送入氣流床中氣化。 為了降低熱解爐設備的材料要求，最好的方法就是在40(TC 60(rC的中等熱解 溫度下(簡稱中溫熱解)，對生物質進行中溫快速熱解處理、將生物質分解成熱解氣和固態 炭(將固態炭研磨成炭粉)后再送入氣流床中進行氣化。而實現生物質中溫快速熱解技術 的關鍵就是熱解爐的供熱方法，它是決定生物質熱解的熱量利用效率、熱解速率、熱解產物 品質、以及熱解爐設備造價和熱解爐供熱安全運行的核心。 目前對生物質進行熱解的供熱方法主要分為兩類，一是間接換熱熱解，另一是直 接換熱熱解。 間接換熱熱解是先將熱量傳遞到熱解爐的加熱部件，然后再由加熱部件將熱量傳 遞給需熱解的生物質，如申請號為2000480005170.3中國專利、申請號為200610124521.3 中國專利等，都是典型的間接換熱熱解的供熱裝置，可以較好地滿足慢速熱解的需求，但其缺點就是熱解升溫速率慢、傳熱效率低、外供熱量大、熱量利用率低，特別針對大型工業化 的生物質中溫快速熱解需求，導致外供熱量極大、傳熱效率及熱量利用率低、加熱部件溫度 很高或加熱部件設備龐大、加熱部件材質要求極高且容易損壞，基本不能滿足工業化生物 質快速熱解的需求。 直接換熱熱解目前有兩種方式，一是將熱介質(如外部高溫煙氣等)直接輸入到 熱解爐中；另一是在熱解爐中通入氧化劑和/或外部燃料直接燃燒供熱，與需熱解的生物 質直接混合。其共同特點是傳熱效率高、熱量利用率可達到100%，但在工業化的應用中如 果供熱方法不當將存在極大的運行安全隱患。 將外部高溫煙氣直接輸入到熱解爐中的方法會導致外部進入的煙氣溫度很高、煙 氣量極大、煙道材料要求極高，熱解爐氣量大，并導致后面的氣流床氣化效率低下，這種直 接換熱熱解方法顯然并不適合在工業化中應用。目前，直接換熱熱解一般都采用在熱解爐 中通入氧化劑和/或外部燃料直接燃燒供熱。如德國科林公司的Carbon-V工藝中的熱解 爐燃燒供熱，在其對外公開宣傳的材料中，其氧化劑為氧氣或空氣，布置在熱解爐下部，用 燒結板將氧化劑進口與木炭分隔開，氧化劑與熱解爐中自產的木炭和熱解氣進行燃燒反應 供熱；其燒結板溫度極高，并且在熱解爐的攪拌狀態下燃燒存在較大的安全隱患。又如申請 號為200810236614. 4中國專利中提出了利用外供的可燃氣體和氧氣在熱解爐內發生直接 燃燒反應，反應放出的熱量直接用于提供生物質熱解所需的熱量，但并沒有說明如何進行 燃燒組織，只是提到通過控制氧化劑量來控制熱解爐的平均溫度，但沒有說明如何在熱解 爐中進行燃燒組織供熱。而熱解爐直接燃燒供熱的技術關鍵是如何進行燃燒組織、如何控 制燃燒區域的最高溫度，這是熱解爐安全穩定運行的關鍵，也是決定熱解爐設備材料要求 的核心。 為了滿足生物質中溫快速熱解的各方面需求，采用直接換熱熱解為較好的方式， 而可以工程化實施的最佳方法就是采用直接燃燒供熱熱解。但從上面的介紹可看出，目前 所有已知的直接燃燒供熱熱解方法都存在各種不足和安全隱患，都不能同時滿足高傳熱效 率、高熱量利用效率、燃燒供熱安全、運行安全穩定、熱解爐設備低投資等工業化實施要求。
本發明的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，是生物質可再生固體燃料的中 溫快速熱解技術中必須優先解決的關鍵技術。 基于發明人的專業知識底蘊與多年豐富的實踐經驗及對事業精益求精的不懈追 求，在認真而充分的調查、了解、分析、總結上述已有公知技術和現狀基礎上，根據生物質氣 流床氣化的要求，在生物質的熱解處理過程中滿足"生物質的中溫快速熱解及熱解氣多次 裂解"的技術要求前提下，對臥式熱解爐采取"直接燃燒分散供熱"關鍵技術，研制成功了 "生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法"，可高效、燃燒供熱安全、運行安全穩定、熱解爐 設備低投資地滿足生物質的精制合成氣的原料預處理要求，具有非常重要的現實意義與深 遠的戰略意義。

發明內容
本發明的生物質熱解爐采取"直接燃燒分散供熱"關鍵技術，熱解爐的供熱燃燒裝 置由多個燃燒器組而組成，所有燃燒器組均布置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向 分散布置，而每個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，熱解爐內燃燒區域的最高溫度控制在160(TC以下；為熱解爐供熱的燃料與氧化劑在進入熱解爐內以前是分隔開的，在熱解 爐內為非預混燃燒；熱解爐為臥式布置，并且外殼固定，熱解爐內采用帶有攪拌桿的攪拌軸 旋轉來對生物質進行攪拌；根據進入熱解爐的生物質原料的熱解溫度要求，可以通過調整 氧化劑量來控制熱解爐內的平均溫度；熱解爐在運行過程中，可以通過調整外部提供的燃 料量和氧化劑中的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度，同時也可以通過調整所述帶
有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度。 通過本發明達到的目的是①、為應用氣流床對生物質氣化創造前提技術條件； ②、使自然生成、數量大、分布廣、可再生的"生物質"新原料得到充分利用，變廢為寶并有效 地保護環境；③、應用采用臥式熱解爐，在滿足"生物質的中溫快速熱解"的技術要求前提 下，以"直接燃燒分散供熱"關鍵技術、提供"生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法"，實現 了生物質熱解爐的高效、燃燒供熱安全、運行安全穩定、設備低投資的技術要求；④、為生物 質化工產業及合成油新能源產業的開拓奠定堅實的技術依托；⑤、有效保護環境、提高綜合 經濟效益。 本發明可達到預期目的。 為實現上述目的，本發明提供的技術方案為 —種生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，熱解爐的供熱燃燒裝置由多個燃燒 器組而組成，所有燃燒器組均布置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向分散布置，而每 個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，熱解爐內燃燒區域的最高溫度控制在160(TC以 下。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，為所述熱解爐燃燒供熱的燃料與
氧化劑在進入熱解爐內以前是分隔開的，在所述熱解爐內為非預混燃燒。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐為臥式布置，并且所
述熱解爐的爐體外殼固定，所述熱解爐內采用帶有攪拌桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述生物質為植物的根/莖/葉 /花/果、動物尸體、糞便、廢舊橡膠、煤和碳水化合物的垃圾。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述燃料分為外部提供的燃料， 以及所述熱解爐內部生物質熱解產生的熱解氣中一部分，而外部提供的燃料為可燃氣體、 燃油中的一種；所述氧化劑為氧氣、空氣、氧氣與二氧化碳氣的混合氣、氧氣與氮氣的混合 氣中的一種。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐在運行過程中，可以
通過調整外部提供的燃料量和氧化劑中的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐在運行過程中，同時
也可以通過調整所述帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，根據進入所述熱解爐的生物質原
料的熱解溫度要求，可以通過調整氧化劑量來控制熱解爐內的平均溫度。
由于采用了本發明所提供的技術方案。由于本發明的熱解爐在滿足"生物質的中
溫快速熱解"的技術要求前提下，采用了 "直接燃燒分散供熱"關鍵技術。由于本發明熱解
爐的供熱燃燒裝置由多個燃燒器組而組成，所有燃燒器組均布置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向分散布置，而每個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，熱解爐內燃燒區 域的最高溫度控制在160(TC以下；為熱解爐供熱的燃料與氧化劑在進入熱解爐內以前是 分隔開的，在熱解爐內為非預混燃燒；熱解爐為臥式布置，并且外殼固定，熱解爐內采用帶 有攪拌桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌；根據進入熱解爐的生物質原料的熱解溫度要 求，可以通過調整氧化劑量來控制熱解爐內的平均溫度；熱解爐在運行過程中，可以通過調 整外部提供的燃料量和氧化劑中的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度，同時也可以 通過調整所述帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度。與已有公知技術相 比，獲得了如下有益效果 1、由于本發明的生物質為植物的根/莖/ P十/花/果、動物尸體、糞便、煤和碳水 化合物的垃圾，并可根據進入熱解爐的生物質原料的熱解溫度要求，通過調整氧化劑量來 控制熱解爐內的平均溫度，從而獲得了自然生成原料數量大、分布廣、可再生、取材方便、選 擇余地大、熱解平均溫度可隨原料要求變化進行調整等有益效果。 2、由于本發明的供熱燃料既可以是外加燃料如可燃氣體和燃油、也可以是熱解爐 內部生物質熱解產生的熱解氣，氧化劑為空氣、氧氣、氧氣與二氧化碳氣的混合氣、氧氣與 氮氣的混合氣中的一種，從而獲得了對燃料及氧化劑的選擇余地均大、并且燃燒穩定安全 可靠、便于實施的有益效果。 3、由于本發明采用的熱解爐為臥式布置，并且外殼固定，熱解爐內采用帶有攪拌 桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌，從而獲得了 "熱解爐的直接燃燒分散供熱方法"在熱 解爐的布置設計、工程實施和安裝運行的基礎，并實現了熱解爐內溫度均勻，生物質換熱效 率高等效果 4、由于本發明的熱解爐供熱燃燒裝置由多個燃燒器組而組成，所有燃燒器組均布 置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向分散布置，而每個燃燒器組均由多個小燃燒器 噴嘴構成，熱解爐內燃燒區域的最高溫度控制在160(TC以下，從而滿足了生物質中溫快速 熱解的高效、燃燒供熱安全，運行安全穩定、設備低投資的要求，獲得了使"生物質熱解爐直 接燃燒分散供熱方法"之實施載體的有益效果。 5、由于本發明為熱解爐提供燃燒供熱的燃料與氧化劑在進入熱解爐內以前是分 隔開的，在熱解爐內為非預混燃燒；從而獲得了熱解爐燃燒供熱方式的運行過程安全可靠， 杜絕了回火等安全隱患，且保障了設備安全穩定運行的有益效果。 6、由于本發明所述的熱解爐在運行過程中可以通過調整外部提供的燃料量和氧 化劑中的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度；同時也可以通過調整所述帶有攪拌桿 的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度，從而獲得了對"燃燒區域的最高溫度"的調 節，具體實施的操作靈活并簡單方便且快捷有效、便于工程實施推廣應用、降低設備投資的 有益效果。 7、由本發明設定的方法科學合理與以上的各條所述及采用了"直接燃燒分散供 熱"關鍵技術，從而獲得了滿足"生物質的中溫快速熱解"的技術要求，提供"生物質中溫快 速熱解的熱解爐直接燃燒分散供熱方法"，為生物質的氣流床氣化技術應用解決了困難、創 造了前提技術條件，使自然生成、數量大、分布廣、可再生的"生物質"新原料變廢為寶而得 到充分利用、并有效地保護環境，為生物質化工產業及合成油新能源產業的開拓奠定技術 依托、提供技術儲備及技術實施方案，效果穩定可靠、綜合經濟效益佳，擺脫對傳統化石能源依賴等有益效果。


說明書附圖為本發明具體實施方式
中"臥式熱解爐"的示意圖。圖中的實線箭頭表示經粉碎的生物質原料入口 、虛線箭頭表示熱解氣出口 、雙實線箭頭表示炭出口 。
圖中的標號1、熱解爐的爐體外殼，2、燃燒器組，3、小燃燒器噴嘴(非預混燃燒的小燃燒器噴嘴)，4、攪拌軸，5、攪拌桿。
具體實施例方式下面結合說明書附圖，對本發明作詳細描述。正如說明書附圖所示 —種生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，熱解爐的供熱燃燒裝置由多個燃燒
器組而組成，所有燃燒器組均布置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向分散布置，而每
個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，熱解爐內燃燒區域的最高溫度控制在160(TC以下。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，為所述熱解爐燃燒供熱的燃料與
氧化劑在進入熱解爐內以前是分隔開的，在所述熱解爐內為非預混燃燒。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐為臥式布置，并且所
述熱解爐的爐體外殼固定，所述熱解爐內采用帶有攪拌桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述生物質為植物的根/莖/葉/花/果、動物尸體、糞便、廢舊橡膠、煤和碳水化合物的垃圾。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述燃料分為外部提供的燃料，以及所述熱解爐內部生物質熱解產生的熱解氣中一部分，而外部提供的燃料為可燃氣體、燃油中的一種；所述氧化劑為氧氣、空氣、氧氣與二氧化碳氣的混合氣、氧氣與氮氣的混合氣中的一種。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐在運行過程中，可以
通過調整外部提供的燃料量和氧化劑中的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，所述熱解爐在運行過程中，同時
也可以通過調整所述帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度。 所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，根據進入所述熱解爐的生物質原
料的熱解溫度要求，可以通過調整氧化劑量來控制熱解爐內的平均溫度。 在上述的具體實施過程中采用臥式布置的熱解爐，并且熱解爐外殼固定，熱解爐
內采用帶有攪拌桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌進行了實施；根據生物質熱解產量的
大小，在所述熱解爐上對所述的燃燒器組分散布置，分別以兩個以上的各種不同數量進行
了實施；同樣根據產量的大小，對所述每個燃燒器組的小燃燒器噴嘴也分別以四個以上的各種不同數量進行了實施；對所述的燃料分別以外加燃料的天然氣、液化石油氣、其他可燃
氣體、燃油中的一種，和采用了熱解爐自身產生的熱解氣進行了實施；對所述的氧化劑分別以空氣、氧氣、氧氣與二氧化碳氣的混合氣、氧氣與氮氣的混合氣進行了實施；根據生物質原料的不同，以滿足原料熱解溫度要求為前提，通過調整氧化劑的供量，滿足了熱解爐平均熱解溫度的要求；以熱解爐內燃燒火焰區域的最高溫度為160(TC以下為前提，分別以通
過改變燃料的供給量來調節燃燒區域的最高溫度并使其處于穩定狀態、通過改變氧化劑中
的惰性組分含量來調節燃燒區域的最高溫度并使其處于穩定狀態、通過調整所述熱解爐的
帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃燒區域的最高溫度并使其處于穩定狀態進行了實施。
上述各種方式、各種規模的實施，先后完成了多次原理性試驗、小型試驗、中型試驗、大型試
驗、生產性試驗，均收到了預期的良好效果，充分印證了本發明的可靠性與可操作性。 通過以上的具體實施說明①、熱解爐采用臥式布置，并且外殼固定，熱解爐內采
用帶有攪拌桿的攪拌軸旋轉來對生物質進行攪拌的結構簡單，提供了實施本發明的載體；
②、應用熱解爐的直接燃燒分散供熱的方法科學合理，滿足了 "生物質的中溫快速熱解"的
技術要求；③、本發明的燃燒器組分散布置，每個燃燒器組又由多個小燃燒器噴嘴構成，燃
料與氧化劑在熱解爐內為非預混燃燒，充分體現了本發明的安全性、可靠性、可操作性、降
低了熱解爐設備的材料要求和造價；④、本發明所述的熱解爐在運行過程中既可以通過調
整外部提供的燃料量來調節燃燒區域的最高溫度、又可以通過調整氧化劑中的惰性組分含
量來調節燃燒區域的最高溫度、同時也可以通過調整所述帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調
節燃燒區域的最高溫度，從而實現了熱解爐技術中核心的"燃燒區域的最高溫度"的調節，
并且在具體實施的操作靈活、簡單方便、快捷有效、便于工程實施推廣應用、降低設備投資
的有益效果顯著；⑤、適應生物質原料的共有特點，為下一步實施生物質的高效氣流床氣化
解決了技術困難、完成了原料的技術處理。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制；凡本行業的普通技術人員，均可按以上所述和說明書附圖所示而順暢地實施本發明；但凡在不脫離本發明技術方案而作出的更動、修飾與演變的等同變化，均為本發明的等效實施例，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
一種生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于熱解爐的供熱燃燒裝置由多個燃燒器組而組成，所有燃燒器組均布置在熱解爐的上部，并在熱解爐上部沿軸向分散布置，而每個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，熱解爐內燃燒區域的最高溫度控制在1600℃以下。
2. 根據權利要求1所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于為所 述熱解爐燃燒供熱的燃料與氧化劑在進入熱解爐內以前是分隔開的，在所述熱解爐內為非 預混燃燒。
3. 根據權利要求1所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于所述 熱解爐為臥式布置，并且所述熱解爐的爐體外殼固定，所述熱解爐內采用帶有攪拌桿的攪 拌軸旋轉來對生物質進行攪拌。
4. 根據權利要求1所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于所述 生物質為植物的根/莖/葉/花/果、動物尸體、糞便、廢舊橡膠、煤和碳水化合物的垃圾。
5. 根據權利要求2所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于所述 燃料分為外部提供的燃料，以及所述熱解爐內部生物質熱解產生的熱解氣中一部分，而外 部提供的燃料為可燃氣體、燃油中的一種；所述氧化劑為氧氣、空氣、氧氣與二氧化碳氣的 混合氣、氧氣與氮氣的混合氣中的一種。
6. 根據權利要求1或2所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于 所述熱解爐在運行過程中，可以通過調整外部提供的燃料量和氧化劑中的惰性組分含量來 調節燃燒區域的最高溫度。
7. 根據權利要求1或3所述的生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法，其特征在于 所述熱解爐在運行過程中，同時也可以通過調整所述帶有攪拌桿的攪拌軸的轉速來調節燃 燒區域的最高溫度。
全文摘要
本發明生物質熱解爐的直接燃燒分散供熱方法涉及生物質的熱化學技術領域。熱解爐的供熱燃燒裝置由多個燃燒器組而組成，所有燃燒器組在熱解爐上部沿軸向分散布置，每個燃燒器組均由多個小燃燒器噴嘴構成，爐內燃燒區域最高溫度在1600℃以下；為熱解爐供熱的燃料與氧化劑在進入熱解爐前是分隔開的，在爐內為非預混燃燒；熱解爐為外殼固定的臥式布置，以帶攪拌桿的攪拌軸旋轉對爐內生物質進行攪拌；運行中可通過調整外部提供的燃料量和/或氧化劑中的惰性組分含量和/或通過調整帶攪拌桿的攪拌軸轉速來調節燃燒區域的最高溫度。用于生物質熱解處理。以“直接燃燒分散供熱”技術滿足生物質原料的中溫快速熱解及后續氣流床氣化的工程應用需求。
文檔編號C10B49/12GK101693840SQ20091021043
公開日2010年4月14日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者韓劍鋒 申請人:中節環(北京)能源技術有限公司;