[发明专利]利用气体动力学方法的生物质废弃物连续炭化方法及设备

权利要求书

1.一种利用气体动力学方法的生物质废弃物连续炭化方法，其特征在于，包括：

（1）生物质废弃物预处理：将生物质废弃物中夹带的泥土筛分，将筛分后的所述生物质废弃物破碎至短径，所述生物质废弃物为秸秆；

（2）工艺控制与投料：

将所述短径投入到热解炭化空间中；之后进行工艺控制：

所述工艺控制，具体为，控制鼓风机转速，使所述热解炭化空间中的高温气体速度恒定为气体工艺速度V；控制进料器转速，使料斗中的原料以所述短径投料量M进行投料；控制热气与不含炭粉的高温气体的混合比例，使混合后高温气体温度达到气体工艺温度T；

（3）炭化：

投料后所述短径处于剧烈的悬浮、摩擦交替运动状态，所述短径在所述热解炭化空间中悬浮前进，又在离心力的作用下被甩至所述热解炭化空间外壁并与之接触并摩擦；在运动过程中，所述短径被炭化；

上述炭化同时存在热交换，在热交换的作用下所述短径的表面及内部高速升温并迅速达到为炭化温度t，实现生物质废弃物的高速炭化；高温气体的温度也由气体工艺温度T迅速下降至炭化温度t；

（4）炭气分离：将悬浮在高温气体中的生物质废弃物炭粉分离出来，并经出炭口排出并冷却；不含炭粉的高温气体再利用；

所述不含炭粉的高温气体由分配器分成二部分：一部分作为气态燃料送入气体燃烧器中进行燃烧，释放高温气体的化学能量；另一部分送入混合器，提供高温气体的物理潜热；

（5）能量自供给：所述不含炭粉的高温气体在所述气体燃烧器中燃烧，释放化学能产生700℃以上的热气；所述热气分成二部分：一部分送入烘干系统，为短径脱水处理提供热源；另一部分送入所述混合器中，用于能量自供给，在所述混合器中，高温气体的温度由炭化温度t重新回升至气体工艺温度T；

（6）气体自循环：

所述自循环为两个循环，第一为将步骤（5）混合器中的高温气体重新引入炭化系统中，实现气体自循环；第二为高温气体的温度在炭化温度t和气体工艺温度T之间周期性往复；

其中，生物质废弃物连续炭化的工艺参数的确定方法，包括如下步骤：

（1）获取秸秆的物理特性：

取样待处理的干燥短径，获取以下4个特性参数：自由下落速度v、比热C_b、燃烧烟气的比热C_a、含水率w；

（2）获取炭化设备的性能参数：

通过对炭化设备的现场测量及物理测试，获取以下3个设备性能参数：热解管道等效直径D、烟气在管道的沿程阻力系数λ_a、秸秆在管道的沿程阻力系数λ_b；

（3）建立“动力学方程式”：根据气体动力学理论，建立对短径运动状态的描述，该方程式满足短径始终处于悬浮状态的约束条件；该方程式具有如下形式：

；

其中，g为重力加速度；

（4）建立“热力学方程式”：根据热力学原理，建立对高温气体与短径之间热交换的描述，该方程式满足将投料量M的短径从常温加热到炭化温度t的约束条件；该方程式具有如下形式：

；

其中，C_p为水蒸气比热；

（5）求解生产过程的工艺参数：先根据待处置生物质废弃物量来预设生物质废弃物投料量M，再以向量(V，T)为应变量求解，联立步骤（3）中的“动力学方程式”和步骤（4）中的“热力学方程式”构成方程组进行求解；

（6）校核工艺参数的有效性：对联立求解得到的生物质废弃物投料量M、气体工艺速度V和气体工艺温度T进行校核；对于符合失效条件的工艺参数，减小预设生物质废弃物投料量M并返回上述步骤（5），设立的第一失效条件为：气体工艺速度V与热解管道截面积的乘积大于鼓风机的最大流量；设立的第二失效条件为：气体工艺温度T大于弧形热解管道所用材料耐热温度。