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竹类生物质热解技术构建与评估

摘要：构建1000t/d竹类生物质热解技术路线与框架，开展评估工作。将热解技术构建贯穿于所有生产设施和辅助设施，划分为预处理、旋转床热解、油气分离净化和内燃机发电单元。从产品产出、资源消耗和环境保护方面进行评估，得出其年发电量达7200万kWh，具有低成本的优势，废气、废水及噪声排放均满足国家相关标准。该技术可解决竹类生物质处理困境，改善居民生活环境，提高地方财政收入，具有商业化的可行性和重要性。

引言

竹类生物质热解工艺（以下亦简称热解工艺）主要基于蓄热式燃烧技术，具有节能减排、能源利用率高、可利用低热值燃料等优势，是未来重点推广的竹类生物质处理新技术。技术主体装置为无热载体蓄热式旋转床。

1000t/d竹类生物质热解工艺可以享受国家竹类生物质发电标杆电价，同时可产出高附加值副产品——竹炭、竹焦油及竹醋液。相比于竹类生物质的直接售卖，其热解技术的优势明显更为突出[1,2]，但体系有待完善。因此，亟待构建竹类生物质热解工艺技术路线与框架，并客观加以评估，以实现解决竹类生物质处理困境、改善居民生活环境、提高地方财政收入等目的。

1热解工艺技术路线

竹类生物质热解工艺的技术路线如图1所示。首先，将破碎后的竹类生物质隔绝空气加热，热解生成油气混合物送入油气分离单元。其次，经过冷却、分离、净化过程，产出热解气、竹焦油和竹醋液，其中热解气一部分用于旋转床热解，另一部分用于内燃机机组产生电力，输入当地电网销售；竹焦油和竹醋液作为粗产品销售。热解产生的竹炭送入储料仓，待储存销售。

2热解工艺技术框架

基于热解工艺技术路线，其技术框架包括预处理单元、旋转床热解单元、油气分离净化单元和内燃机发电单元。

2.1预处理单元

预处理单元的范围从物料卸料开始至旋转床进料结束。竹类生物质热解原料季节性价格或收购价格存在波动，致使收购量存在不确定性。为保证作业连续稳定运行，预处理厂房需具备较大储量。

考虑到竹类生物质密度低、占用空间大，因此同时配套两座旋转床进料，设置两座预处理厂房，每座为200m×50m×10m（长×宽×高，下同），处理能力为500t/d。包括干料棚、预处理车间和储料仓各一处。干料棚和预处理车间均为40m×40m×10m，其中干料棚按储存10天竹类生物质设计，竹类生物质密度为0.32t/m3，体积为16000m3。储料仓按照30天储量设计为120m×40m×10m。

预处理单元的工艺流程为：竹类生物质卸入干料棚，进入预处理生产线。液压抓斗上料，将竹类生物质抓至破碎机，破碎至5cm，破碎后经皮带输送，于储料仓中存储。最终由皮带机输送至旋转床热解单元[3]。

2.2旋转床热解单元

竹类生物质经预处理后进入旋转床热解，每座旋转床入炉量亦为500t/d，平均小时处理量约为20.8t/h，年生产时数8000h。温度使得竹类生物质热解，产生低温焦油和热解气。入炉竹类生物质成分分析见表1，热解气性质见表2，旋转床输出参数见表3。

旋转床热解单元的关键设备是热解炉，是专用于在密封状态下热解竹类生物质的装置。正常生产用生物质燃料气接点压力为10~12kPa。物料在炉内升温干馏时间为30~60min。炉膛温度为500~800℃，炉膛压力为30~50kPa，物料在隔绝空气条件下在热解炉内加热到500~700℃，有机物及挥发分绝大部分被析出，热解后得到油气和固体残余物两种产品[4]。

热解炉炉膛呈环形，炉底可连续转动。转动炉底与内外炉墙间缝隙称为内外环缝。内外环缝采用水封槽密封，水封槽安装在炉墙钢立柱上，炉墙下部装有固定水封刀，活动水封刀安装在转动炉底边缘，随炉底转动。炉顶部设4个热解气排出口。旋转床中心直径30000mm，炉膛外径34500mm，炉膛内径25500mm。

旋转床工艺流程为：装料→加热升温→干馏排出油气→剩余固体物出料。从预处理车间输送来的竹类生物质经皮带传输及旋转床装料系统向炉内供料，根据炉底转动速度自动控制进料流量，满足连续布料要求。旋转床炉底匀速转动，物料依次经过各个区段。通过调节炉底转动速度可改变炉内升温干馏时间（一般为1h）。旋转床圆周炉膛划分为预热区、反应一区、反应二区、反应三区和出料区。物料随炉底旋转，经历上述各区后完成干馏过程，释放出的油气送至油气分离净化单元，热解可燃气送至内燃机系统用于发电，竹焦油和竹醋液置入罐内储存，剩余竹炭通过出料螺旋及管式螺旋双冷却输送机降温后排出炉外。

在上述流程中，热解炉采用辐射管，以辐射传热方式对物料进行加热。预热段和3个反应段均布置足够数量的辐射管，燃烧在管内进行，烟气与炉膛内的气体完全隔绝，可保证热解气不被烟气掺混。辐射管水平布置在炉顶之下、料层之上。蓄热式辐射管热效率达90%以上