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一种生物质分质分级热转化汽炭联产系统装置及其使用方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-11-30 14:45:07

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:山东省菏泽市| 周保华 | 2024-10-22 10:51:21
本技术提供了一种生物质分质分级热转化汽炭联产系统装置及其使用方法,所述系统装置包括气化燃烧系统、碳化系统、蒸汽锅炉系统与烟气净化排放系统,分别在气化燃烧系统与碳化系统开设第一生物质入口与第二生物质入口,并将碳化系统的碳化气出口与气化燃烧系统的碳化气入口相连接,使得本发明所述系统装置能够利用碳化系统产生生物炭和具有还原性的碳化气,气化燃烧系统利用碳化气进行过程控氮,实现低NOx排放,而气化燃烧系统产生的高温烟气反过来为碳化系统供热并产生蒸汽,从而实现生物质分质分级热转化汽炭联产的有益效果,还可以根据用户需求,在满足热量匹配的前提下,依据生物质质量与汽炭产品需求来调控碳化系统和气化燃烧系统。
本系统装置,通过控制气化燃烧系统与碳化系统实现生物质分质分级热转化汽炭联产,大大提高了生物质的综合利用率;还可以根据生物质原料的质量,调控碳化系统和气化燃烧系统,可以在汽炭联产过程中控制汽炭产品的品质,实现与用户需求的完美契合;实现碳化系统与气化燃烧系统的碳化气连接,可以将气化燃烧系统产生的还原性气化气和高温颗粒耦合具有还原性的碳化气,尤其是碳化气中强还原性的焦油组分,进而发生交互再燃并有效抑制NOx的生成,实现过程中对NOx原位控制,达到低NOx排放效果,节约脱硝成本,避免喷氨脱硝等尾部脱硝过程带来的诸如“氨逃逸”等二次污染;将碳化系统中产生的碳化气未经冷却直接高温输送到气化燃烧系统中进行高温燃烧,既能避免因焦油冷却损失所导致的能量浪费,又能规避焦油冷凝可能带来的环境污染风险;而且,通过碳化气利用实现的总体能量调配也有利于整体系统的热损失,从而提高生物质利用能效。

能源生产领域:

分布式能源供应:可以为农村、偏远地区以及小型工业园区等提供分布式能源解决方案。这些地区通常难以接入大型集中供能系统,而该装置能够利用当地丰富的生物质资源,生产蒸汽和燃气,满足区域内的热能和电能需求。例如,在一些偏远的农业产区,可利用农作物秸秆等生物质进行汽炭联产,为当地的农业加工、居民生活提供能源保障。

热电联产:在城市的集中供热和发电领域也有应用潜力。通过与现有的热力管网和电力系统相结合,将生产的蒸汽用于供热,燃气用于发电,提高能源的综合利用效率,减少对传统化石能源的依赖,并且能够降低能源生产过程中的碳排放。

工业生产领域:

工业供热:许多工业生产过程需要大量的热能,如造纸、食品加工、化工等行业。生物质分质分级热转化汽炭联产系统装置可以为这些工业企业提供稳定的蒸汽热源,替代传统的燃煤或燃油锅炉,降低企业的能源成本,同时减少污染物排放,满足环保要求。

原材料供应:生产的生物炭可以作为工业生产中的原材料,例如用于生产活性炭、炭基肥、土壤改良剂等。生物炭具有良好的吸附性能和土壤改良效果,市场需求不断增长,该装置的应用可以为相关产业提供稳定的生物炭供应。

环保领域:

废弃物处理:能够处理各种生物质废弃物,如农作物秸秆、林业废弃物、城市垃圾中的有机部分等。通过将这些废弃物进行分质分级热转化,不仅可以实现废弃物的减量化和无害化处理,还能将其转化为有用的能源和资源,减少废弃物对环境的污染和占用的土地资源。

碳减排:在全球应对气候变化的背景下,该装置的应用有助于减少温室气体排放。生物质作为一种可再生资源,在燃烧过程中产生的二氧化碳可以通过植物的光合作用被吸收,实现碳的循环利用。而与传统的化石能源燃烧相比,该装置生产过程中的氮氧化物等污染物排放也较低,对环境更加友好。

农业领域:

农业生产供热:在农业种植和养殖过程中,需要一定的温度控制,如温室大棚的供暖、畜禽养殖的保温等。生物质分质分级热转化汽炭联产系统装置可以利用农业废弃物作为燃料,为农业生产提供热能,降低农业生产的能源成本,同时实现农业废弃物的循环利用。

团队主要成员张光义,男,博士,博士生导师,2006年硕士研究生毕业,2010年博士毕业,博士毕业后先后在中国科学院过程工程研究生、北京工商大学工作,长期从事物质清洁能源化和 生物质危废处理处置与资源化的教学和科研工作,发表学术论文100余篇,全部被SCI、EI检索。主持国家重点研发、国家自然科学基金等科研项目十余项,获省部级科学技术进步奖2项,获授权中国发明专利10余项,服务了行业发展,其中研发的轻工生物质固废多污染物原位脱除新技术,实现了固废高值化利用和高效清洁能源化,产生明显的社会效益和经济效益。团队其他成员包括杨奇龙, 曾玺, 刘宣, 王彦林, 王芳, 张建岭, 李延松, 王文燕, 李小冬。

能源效益:

提高能源利用率:该系统能将生物质转化为蒸汽和燃气,实现了生物质能源的高效利用。相比于传统的生物质直接燃烧方式,热转化过程更加充分,能源转化效率更高。例如,在一些生物质资源丰富的地区,利用该装置可以将原本废弃的生物质转化为可利用的能源,为当地提供稳定的能源供应。

能源供应多样化:蒸汽可用于工业生产中的供热、驱动汽轮机发电等;燃气则可用于燃烧发电、作为居民生活用气或工业燃料等,增加了能源供应的多样性,减少对传统化石能源的依赖。

环境效益:

减少污染物排放:生物质分质分级热转化过程中,通过合理的燃烧控制和净化处理,能够降低污染物的排放。与煤炭等化石燃料相比,生物质燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物等污染物相对较少。而且该系统在设计上可能采用了一些先进的燃烧技术和烟气净化技术,进一步减少了污染物的排放,对环境更加友好4。

碳减排:生物质是一种可再生能源,其在生长过程中吸收二氧化碳,通过热转化装置将其转化为能源后,燃烧过程中释放的二氧化碳可以被植物再次吸收,形成碳循环。因此,使用生物质分质分级热转化汽炭联产系统可以在一定程度上减少温室气体的排放,有助于缓解气候变化问题。

经济效益:

降低能源成本:对于拥有丰富生物质资源的地区或企业,使用该系统装置可以就地取材,将生物质转化为能源,减少了对外部能源的采购需求,从而降低了能源成本。例如,一些农村地区可以利用农作物秸秆等生物质进行汽炭联产,为当地居民提供廉价的能源4。

生物炭的经济价值:系统产生的生物炭可以作为土壤改良剂、活性炭等产品的原料,具有较高的经济价值。土壤改良剂可以改善土壤结构、提高土壤肥力,在农业领域有广泛的应用;活性炭则可用于污水处理、空气净化等领域4。

产业带动效应:生物质分质分级热转化汽炭联产系统的应用,会带动相关产业的发展,如生物质收集、运输、加工等行业,创造更多的就业机会和经济效益。

社会效益:

改善农村能源供应:在农村地区,生物质资源较为丰富,推广该系统装置可以为农村居民提供清洁、可靠的能源,改善农村的能源供应状况,提高农村居民的生活质量。

资源综合利用:该系统实现了对生物质的分质分级利用,将原本可能被废弃或焚烧的生物质转化为有价值的能源和产品,提高了资源的综合利用率,减少了资源浪费。

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