一种光热解生物质清洁利用系统

1.本发明涉及能源利用系统领域，具体涉及一种光热解生物质清洁利用系统。

背景技术：

2.作为农业大国，农作物秸秆资源丰富，具有潜在的开发与应用前景。但秸秆大多以传统方式低效直燃或烧荒，造成严重的资源浪费与环境污染等问题。生物质成型技术可将低品位的生物质转换为高品位的、易存储与运输的、体积密度较大的、热效率高的生物质固体燃料。成型后的生物质燃料能量密度与中值煤相当。
3.目前，生物质成型技术已得到一定的发展与推广，国内外学者对小麦秸秆、玉米秸秆等生物质成型技术开展了大量的研究工作，但是在成型过程中普遍存在设备使用寿命短、耗能高、成本高等问题，难以规模化应用。研究比较热门的秸秆热压成型工艺可以降低成型压力，减少机械摩擦对成型设备的磨损，保证较好的成型块品质，但热压成型工艺需要大量的热能输入，间接增加了成型成本。
4.生物质废料是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括农林生产过程中产生的残余类废弃物、牧渔业生产过程中产生的动物残余废弃物、农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村垃圾等。具体的可以概括为以下几方面：(1)农作物稻秆资源。稻秆是纤维组分含量很高的农作物残留物，主要包括玉米、水稻、小麦、棉花、马铃薯等的稻秆。我国每年大量剩余稻秆被遗弃，甚至直接焚烧，既浪费资源，又污染环境。(2)畜禽资源。根据计算，目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨，折合7840多万吨标煤。(3)林业废弃物。林业废弃物主要包括林业“三剩物”(采伐剩余物、造材加工剩余物)和废旧木质材料。林业“三剩物”釆伐剩余物主要包括枝丫、树梢、树皮、树叶等，由于不同地区森林类型不同、树种不同、木材的利用方式不同，采伐剩余物的比例有很大的差别。(4)农产品加工废弃物。中国农副产品及食品加工业可产生大量有机废弃物，如粮食、食品、制糖、造纸、酿酒、淀粉等在生产中都会产生大量的有机废渣和废水。据估计，中国农产品加工产生的有机废弃物可生产500亿立方米沼气，相当于3500万吨标煤的能量。(5)能源植物。能源植物种类较多，比如：制糖作物、水生植物、油料植物等。我国生物质资源丰富，理论年产量为50亿吨左右。
5.发明专利cn113913205a公开了一种生物质能快速热解装置，该装置能够对生物质进行三段式的干燥、分解、煅烧快速热解处理，但没有利用太阳能，能源消耗比较大。发明专利cn106010618a公开了一种漩涡烧灼式生物质热解制油，该系统有效解决生物质热解油系统存在效率低油品热值低，运行不稳定等技术难题，但长期运营的费用更高。

技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用热解生物质，相比于其他制热更环保清洁，大气污染低，可以将自然资源充分利用的光热解生物质清洁利用系统。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.发明人发现，由于太阳能资源具有巨大、广泛、长久、无成本等特点，若能将太阳能作为秸秆热压预处理，即太阳能预处理软化秸秆的热源，将大幅度降低生物质成型技术的成本。鉴于现有技术存在的问题，结合实际情况，为寻求合理、高效、绿的资源化利用手段，合理利用生物质废料，节约能源，改善生物质能的利用现状，本发明利用太阳能光热发电进行设计创新，具体方案如下：
9.一种光热解生物质清洁利用系统，该系统包括：
10.生物原油制取循环回路，用于提取生物质废料中的生物原油；
11.料渣中转循环回路，用于分离生物质废料中的固体废料；
12.热量补偿循环回路，用于对料渣中转循环回路提供热量；
13.所述的生物原油制取循环回路与料渣中转循环回路交叠于太阳能集热器和固液分离器；所述的料渣中转循环回路与热量补偿循环回路交叠于料渣干燥箱。
14.进一步地，所述的生物原油制取循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器、固液分离器和油水分离器。
15.进一步地，所述的生物原油制取循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵和用于存储水的水箱。
16.进一步地，所述的油水分离器和水箱之间设有净水器。
17.进一步地，所述的太阳能集热器包括用于放置生物质废料的集热管，该集热管与进料装置相连。
18.进一步地，所述的料渣中转循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器、固液分离器和料渣干燥箱。
19.进一步地，所述的料渣中转循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵和用于存储水的水箱。
20.进一步地，所述的料渣干燥箱和水箱之间设有净水器。
21.进一步地，所述的热量补偿循环回路包括循环连接的：
22.料渣干燥箱；
23.循环流化锅炉，用于燃烧料渣干燥箱中的料渣，并向料渣干燥箱提供热量。
24.进一步地，所述的循环泵位于太阳能集热器和水箱之间。
25.该系统拟从废弃的生物质中提取出生物原油，建立光热解生物质清洁利用系统及模型，并对其运行能效及经济效益进行初步分析。能源需求量以惊人的速度增长，我国生物质年产量为50亿t，且利用率不足10％，因而开发潜力巨大。利用生物质热裂解技术，将槽式太阳能集热器与循环流化锅炉以及计量泵等其他必要部分合理结合，以提高生物质的利用率。同时构建一种光热解生物质清洁利用系统模型。
26.该系统充分利用太阳能，实现对生物质废料的热解处理，从而获得生物原油。同时，系统所产生的水、高温烟气及二氧化碳都能在系统中循环使用。在保证其无害化、资源化利用的同时，兼顾经济效益。
27.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
28.(1)本发明综合利用太阳能，在提升热处理设备自动化的同时，还可以做到零污染物排放，同时降低土地使用率，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著；
29.(2)本发明结合热效率与效率的特点，综合地对该系统进行能量和经济效益分析，在保证其无害化、资源化利用的同时，兼顾经济效益，做到了创新、绿、协调、可持续发展；
30.(3)本发明从能源利用的角度来看，该系统太阳能利用效率可达45％以上，远高于普通光伏发电最高20％的效率，同时还利用了系统自身产生的co2作为整个系统的保护气，节约了能源。相较于传统的制冷制热系统所要消耗大量不可再生能源，并且会对环境造成严重污染，该系统能够充分利用太阳能，且对环境几乎没有污染；
31.(4)本发明从运行费用的角度来看，整套系统仅需项目初期的设备费用，后期运行过程中基本上为零投入。
附图说明
32.图1为实施例中生物质清洁利用系统的示意图；
33.图中标号所示：太阳能集热器1、循环泵2、水箱3、进料装置4、固液分离器5、油水分离器6、净水器7、料渣干燥箱8、循环流化锅炉9。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
35.实施例
36.一种光热解生物质清洁利用系统，如图1，该系统包括：生物原油制取循环回路，用于提取生物质废料中的生物原油；料渣中转循环回路，用于分离生物质废料中的固体废料；热量补偿循环回路，用于对料渣中转循环回路提供热量；所述的生物原油制取循环回路与料渣中转循环回路交叠于太阳能集热器1 和固液分离器5；料渣中转循环回路与热量补偿循环回路交叠于料渣干燥箱8。太阳能集热器1包括用于放置生物质废料的集热管，该集热管与进料装置4 相连。太阳能集热器1可以是槽式太阳能集热器。
37.生物原油制取循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器1、固液分离器 5和油水分离器6。生物原油制取循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵 2和用于存储水的水箱3。油水分离器6和水箱3之间设有净水器7。循环泵2 位于太阳能集热器1和水箱3之间。
38.料渣中转循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器1、固液分离器5和料渣干燥箱8。料渣中转循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵2和用于存储水的水箱3。料渣干燥箱8和水箱3之间设有净水器7。循环泵2位于太阳能集热器1和水箱3之间。
39.热量补偿循环回路包括循环连接的：料渣干燥箱8；循环流化锅炉9，用于燃烧料渣干燥箱8中的料渣，并向料渣干燥箱8提供热量。
40.光热解生物质清洁利用系统的工作原理，包括如下步骤：
41.1、使用进料装置4将生物质废料置于太阳能集热器1的集热管。经太阳能集热器1，将光能转化为热能，使集热管中生物质废料混合物进行常规热解反应。太阳能集热器1利用光热的原理，通过反射、聚焦和吸收等过程将光能转化为热能，加热集热管中的水。与光伏技术相比，充分利用了光能资源，并且提高了光能的利用效率，减少损失。生物质废料在热
水中进行生物质常规热解可制成相同比例的气体、液体和固体产品。可得到原料重量20-25％的生物炭、10-20％生物油。生物质热解技术能够以较低的成本、连续化生产工艺，将常规方法难以处理的低能量密度的生物质转化为高能量密度的气、液、固产物，减少了生物质的体积，便于储存和运输。同时还能从生物油中提取高附加值的化学品。
42.2、使用循环泵2，促进系统中水进行循环，使集热管中生物质废料混合物热解后的固液混合物进入固液分离器5。
43.3、使用固液分离器5，将系统中的生物质废料混合物固液分离，其中油水混合物进入油水分离器6，料渣进入料渣干燥箱8。
44.4、油水混合物经过油水分离器6，获得生物原油和水，其中生物原油为产品，水经过净水器7的处理，回到水箱3中，循环利用。油水分离器6根据水和燃油的密度差，利用重力沉降原理去除杂质和水分，获得有用的生物原油，而其中的杂质和水分，进入净水器7，最终回到水箱3进行循环利用，提高整个装置的经济性。
45.5、料渣部分进入料渣干燥箱8中，干燥出的水分进入净水器7中处理并最终回到水箱3，进行循环利用；同时干燥的料渣的固体部分形成半焦进入循环流化锅炉9中，该过程中产生的co2气体通往整个系统，成为对整个系统的保护气。形成循环，自给自足，不利用额外的能量资源，不产生污染气体，真正实现碳的“零排放”。
46.6、半焦在循环流化锅炉9中加热产生的高温烟气进入料渣干燥箱8中，进行热量补偿。循环流化锅炉9将半焦的化学能转化为热能，形成高温烟气，进入料渣干燥箱8中，对其进行热量补偿，提高了装置的能量利用率。
47.综上所述，该产品运用光热转换，并通过生物质热解技术作为出发点，结合我国生物质能资源丰富，且利用不充分的实际情况，让生物质能和太阳能得到了高效清洁的综合利用，我国生物质年产量为50亿t，且利用率不足10％，开发潜力巨大。通过光热解生物质清洁利用系统，可以提高生物质的利用率。
48.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，该系统包括：生物原油制取循环回路，用于提取生物质废料中的生物原油；料渣中转循环回路，用于分离生物质废料中的固体废料；热量补偿循环回路，用于对料渣中转循环回路提供热量；所述的生物原油制取循环回路与料渣中转循环回路交叠于太阳能集热器(1)和固液分离器(5)；所述的料渣中转循环回路与热量补偿循环回路交叠于料渣干燥箱(8)。2.根据权利要求1所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的生物原油制取循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器(1)、固液分离器(5)和油水分离器(6)。3.根据权利要求2所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的生物原油制取循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵(2)和用于存储水的水箱(3)。4.根据权利要求3所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的油水分离器(6)和水箱(3)之间设有净水器(7)。5.根据权利要求1所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的太阳能集热器(1)包括用于放置生物质废料的集热管，该集热管与进料装置(4)相连。6.根据权利要求1所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的料渣中转循环回路包括依次循环连接的太阳能集热器(1)、固液分离器(5)和料渣干燥箱(8)。7.根据权利要求6所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的料渣中转循环回路还包括促进系统中水循环的循环泵(2)和用于存储水的水箱(3)。8.根据权利要求7所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的料渣干燥箱(8)和水箱(3)之间设有净水器(7)。9.根据权利要求1所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的热量补偿循环回路包括循环连接的：料渣干燥箱(8)；循环流化锅炉(9)，用于燃烧料渣干燥箱(8)中的料渣，并向料渣干燥箱(8)提供热量。10.根据权利要求3或7所述的一种光热解生物质清洁利用系统，其特征在于，所述的循环泵(2)位于太阳能集热器(1)和水箱(3)之间。

技术总结

本发明涉及一种光热解生物质清洁利用系统，该系统包括：生物原油制取循环回路，用于提取生物质废料中的生物原油；料渣中转循环回路，用于分离生物质废料中的固体废料；热量补偿循环回路，用于对料渣中转循环回路提供热量；所述的生物原油制取循环回路交叠于太阳能集热器(1)和固液分离器(5)；所述的料渣中转循环回路与热量补偿循环回路交叠于料渣干燥箱(8)。所述的太阳能集热器(1)包括用于放置生物质废料的集热管，该集热管与进料装置(4)相连。与现有技术相比，本发明具有采用热解生物质，相比于其他制热更环保清洁，大气污染低，可以将自然资源充分利用等优点。将自然资源充分利用等优点。将自然资源充分利用等优点。