專(zhuān)利名稱(chēng)：一種生物質(zhì)原料的木炭制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源工程中設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種立式的連續(xù)生產(chǎn)并逐級(jí)控制加熱的木炭爐，特別是一種以秸桿或其成型燃料、果木枝干等為燃燒物料的生物質(zhì)原料的木炭制備裝置，可連續(xù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木炭，為木炭生產(chǎn)技術(shù)的低耗能、低污染型轉(zhuǎn)化設(shè)備，屬于環(huán)保型節(jié)能技術(shù)設(shè)備。
背景技術(shù)：
中國(guó)大量生產(chǎn)和利用木炭的歷史悠久，商周時(shí)期隨著冶銅業(yè)興起而開(kāi)始了制炭業(yè)。木炭在工業(yè)中有著獨(dú)特的用途。例如，在有色冶金工業(yè)中，銅精煉過(guò)程中炭作為脫氧齊U，在銅材加工過(guò)程中浮在銅液表面產(chǎn)生保護(hù)性氣氛；在錫精煉中炭作為吸附劑使浮渣與主金屬?gòu)氐追蛛x等。其他行業(yè)如化工、環(huán)保等也都消耗大量的木炭，作為脫色劑、吸附劑、催化劑等；在醫(yī)藥醫(yī)療方面，活性炭用于藥物和血液過(guò)濾，也存在類(lèi)似的問(wèn)題。木炭的原料取材廣泛，按原料中灰分含量對(duì)木炭質(zhì)量評(píng)價(jià)和分類(lèi)。木材，尤其是果木枝干是優(yōu)質(zhì)的制炭原料，灰分含量較少，機(jī)械強(qiáng)度高。隨著我國(guó)木材資源受到保護(hù)，秸桿等生物質(zhì)成型棒材燃料已經(jīng)廣泛取代了木材資源，則制備的木炭又稱(chēng)為機(jī)制炭。但是秸桿燃料中灰分含量較高，所生產(chǎn)的機(jī)制木炭不能滿足食品、醫(yī)藥等特殊行業(yè)對(duì)木炭品質(zhì)的嚴(yán)格要求。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中木炭需求的缺口越來(lái)越大，其中，日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家是我國(guó)高質(zhì)量木炭的主要出口國(guó)家。因?yàn)槟咎康纳a(chǎn)屬于高能耗、高污染型，生產(chǎn)木炭常用的土窯式木炭爐熱效率低下，制炭周期長(zhǎng)，炭質(zhì)地不均勻；炭化過(guò)程的熱解氣排入大氣，既造成其中可燃物發(fā)熱量的損失，也攜帶可吸入顆粒物、焦油等污染性組分排放給環(huán)境，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境危害。近年來(lái)我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視及環(huán)保指標(biāo)的日益嚴(yán)格，小型作坊式木炭土窯被限制使用，大型的隧道窯式制炭技術(shù)，屬于連續(xù)生產(chǎn)型臥式爐窯，占地面積大，水平煙道中鏈帶上的木炭原料被逆流或順流的熱煙氣加熱而熱解，鏈帶進(jìn)行前后分級(jí)，前一級(jí)鏈帶上的木炭翻落到下一級(jí)鏈帶時(shí)受熱面翻轉(zhuǎn)，因此增加了材料受熱均勻性，盡管現(xiàn)有的一些爐型實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化出入料，自動(dòng)化程度高，可連續(xù)生產(chǎn)，但是，制備木炭的熱源是外部燃料燃燒或木炭原料部分燃燒產(chǎn)生的熱煙氣，煙氣攜帶制炭過(guò)程釋放的熱解氣離開(kāi)爐膛，一般其顯熱得以回收，但熱解氣具有的熱值并沒(méi)有得到利用，其熱效率仍具有較大的提升空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種以桿桔等生物質(zhì)為原料制備木炭的燃燒爐裝置，該裝置可連續(xù)生產(chǎn)的多級(jí)鏈帶結(jié)構(gòu)的立式窯爐，其多級(jí)爐排上下分級(jí)，熱解氣被引至立式爐膛外設(shè)置的燃燒室，在燃?xì)馊紵母邷丨h(huán)境中著火放熱；熱源煙氣自下而上流經(jīng)加熱的各級(jí)爐排上的制炭燃料時(shí)熱能得到梯級(jí)利用，并且其含有的可吸入顆粒物及焦油顆粒等均被各燃料層濾下，其立式爐膛的隧道木炭爐具有更高的熱效率，排放符合環(huán)保要求，生產(chǎn)容量可調(diào)，可替代中小型周期性生產(chǎn)的木炭爐和大型隧道窯爐，具有良好的應(yīng)用前景和環(huán)境效益。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括頂部進(jìn)料裝置、立式爐膛、熱源煙氣進(jìn)入室、灰室、出爐木炭余熱回收室、引風(fēng)機(jī)、燃燒室、助燃空氣入口、二次風(fēng)入口管、爐排、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封擋板、空氣夾層、出炭爐排、送風(fēng)機(jī)、燃?xì)膺M(jìn)口、流量調(diào)節(jié)閥、放空管道和放口流量調(diào)節(jié)閥；立式爐膛的內(nèi)腔中上下排列間隔式橫向制有2 16級(jí)相互間隔的爐排，立式爐膛的頂部一側(cè)在上部第一個(gè)爐排的上側(cè)制有頂部進(jìn)料裝置，頂部進(jìn)料裝置采用鏈帶或鏈條結(jié)構(gòu)的輸送方式，使輸入的燃燒物料整齊的層鋪在上部爐排上，每級(jí)爐排的兩端制有密封擋板；立式爐膛的底部空間構(gòu)成熱源煙氣進(jìn)入室,底部端處構(gòu)成灰室,立式爐膛的底部一側(cè)處，在最低爐排上側(cè)構(gòu)成外延式出爐木炭余熱回收室，出爐木炭余熱回收室的上下側(cè)分別制有空氣夾層，中間處橫向制有出炭爐排，上側(cè)的空氣夾層處與送風(fēng)機(jī)管道連通，下側(cè)的空氣夾層處通過(guò)管道式助燃空氣入口與燃燒室連通，燃燒室的底部與熱源煙氣進(jìn)入室和灰室連通，燃燒室的頂部制有二次風(fēng)入口管，傳送熱解氣和煙氣；二次風(fēng)入口管的上部制有流量 調(diào)節(jié)閥，并與放空管道和引風(fēng)機(jī)控制式連通，放空管道的出口處制有放口流量調(diào)節(jié)閥；引風(fēng)機(jī)分別與立式爐膛和燃燒室控制式管道連通；每個(gè)爐排的兩端對(duì)應(yīng)密封擋板處均制有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用以推動(dòng)爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)和翻送均勻燃燒物料；立式爐膛中的多級(jí)爐排的每相鄰兩級(jí)之間相向轉(zhuǎn)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制和帶動(dòng)其轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速；燃燒室的頂部一側(cè)外延式結(jié)構(gòu)制有燃?xì)膺M(jìn)口，用于向燃燒室中輸送燃?xì)?。本發(fā)明采用立式煙道和多級(jí)鏈帶或鏈條爐排；燃料與熱源煙氣逆流；熱解氣送入輔助燃燒室參與燃燒；木炭出爐前進(jìn)行余熱回收，制炭的秸桿或成型棒材、木材等生物質(zhì)燃料根據(jù)爐膛和鏈帶大小進(jìn)行尺寸篩分，燃料入爐后由上下鄰級(jí)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的鏈帶或鏈條爐排先經(jīng)過(guò)水平輸運(yùn)后排放至下一級(jí)爐排，實(shí)現(xiàn)燃料多向受熱并向下運(yùn)行；通過(guò)調(diào)節(jié)與控制每一級(jí)爐排的移動(dòng)速度和孔隙通風(fēng)面積，使燃料入爐后具有合理的預(yù)熱、干燥、熱解升溫速率和爐內(nèi)停留時(shí)間，充分實(shí)現(xiàn)自下而上煙氣熱量的梯級(jí)利用；熱煙氣攜帶爐內(nèi)產(chǎn)生的熱解氣離開(kāi)爐膛，引風(fēng)機(jī)作用下大部分氣體以射流方式進(jìn)入燃燒室，既起到二次風(fēng)作用進(jìn)行流場(chǎng)擾動(dòng)，可燃組分在高溫環(huán)境下參與燃燒，實(shí)現(xiàn)熱解氣發(fā)熱量的利用；離開(kāi)爐膛的煙氣和熱解氣的一部分需要排空，造成能量浪費(fèi)；燃燒室產(chǎn)生的高溫?zé)煔獗涣⑹綗煹赖臒焽栊?yīng)和爐膛后引風(fēng)機(jī)引入爐膛，自底部向上逐級(jí)加熱各層爐排上原料，木炭出爐前溫度在400°C以上，要進(jìn)行余熱回收，根據(jù)鍋爐機(jī)組的冷渣機(jī)原理，設(shè)計(jì)的木炭出爐的輸運(yùn)管道為夾層結(jié)構(gòu)，夾層中為強(qiáng)制對(duì)流的空氣，木炭溫度降至200°C以下，在空氣中不發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)排出，再降溫后包裝；炭室?jiàn)A層中預(yù)熱的空氣送入燃燒室成為助燃空氣，木炭余熱重新回到系統(tǒng)；多級(jí)爐排上的層鋪物料在水平輸運(yùn)、被煙氣加熱過(guò)程中，明顯具有過(guò)濾作用，將穿過(guò)下一級(jí)爐排煙氣攜帶上來(lái)的焦油顆粒和焦炭顆粒等熱解產(chǎn)物吸附或截留，這些附著物隨著物料下行，因熱解溫度逐級(jí)提高，焦油熱裂解為熱解氣和木炭。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其整體結(jié)構(gòu)合理，操作使用簡(jiǎn)單，木炭燒制工藝科學(xué)，節(jié)能性好，燒制的木炭質(zhì)量好，性能優(yōu)良，生產(chǎn)環(huán)境友好，經(jīng)濟(jì)效益明顯。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)與流程原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括頂部進(jìn)料裝置I、立式爐膛2、熱源煙氣進(jìn)入室3、灰室4、出爐木炭余熱回收室5、引風(fēng)機(jī)6、燃燒室7、助燃空氣入口 8、二次風(fēng)入口管9、爐排10、驅(qū)動(dòng)電機(jī)11、密封擋板12、空氣夾層13、出炭爐排14、送風(fēng)機(jī)15、燃?xì)膺M(jìn)口 16、流量調(diào)節(jié)閥17、放空管道18和放口流量調(diào)節(jié)閥19 ;立式爐膛2的內(nèi)腔中上下排列橫向制有2 16級(jí)相互間隔的爐排10，立式爐膛2的頂部一側(cè)在上部第一個(gè)爐排10的上側(cè)制有頂部進(jìn)料裝置1，頂部進(jìn)料裝置I采用鏈帶或鏈條結(jié)構(gòu)的輸出方式，使輸入的燃燒物料整齊的層鋪在上部爐排10上，每級(jí)爐排10的兩端制有密封擋板12 ;立式爐膛2的底部空間構(gòu)成熱源煙氣進(jìn)入室3，底部處構(gòu)成灰室4，立式爐膛2的底部一側(cè)處，在最低爐排10上側(cè)構(gòu)成外延式出爐木炭余熱回收室5，出爐木炭余熱回收室5的上下側(cè)分別制有空氣夾層13，中間處橫向制有出炭爐排14，上側(cè)的空氣夾層13處與送風(fēng)機(jī)15管道連通，下側(cè)的空氣夾層13處通過(guò)管道式助燃空氣入口 8與燃燒室7連通，燃燒室7的底部與熱源煙氣進(jìn)入室3和灰室4連通，燃燒室7的頂部制有二次風(fēng)入口管9，傳送熱解氣和煙氣；二次風(fēng)入口管9的上部制有流量調(diào)節(jié)閥17，并與放空管道18和引風(fēng)機(jī)6控制式連通，放空管道18的出口處制有放口流量調(diào)節(jié)閥19 ;引風(fēng)機(jī)6分別與立式爐膛2和燃燒室7控制式管道連通；每個(gè)爐排10的兩端的對(duì)應(yīng)密封擋板12處均制有驅(qū)動(dòng)電機(jī)11，用以帶動(dòng)爐排10的轉(zhuǎn)動(dòng)和翻送均勻燃燒物料；立式爐膛2中的多級(jí)爐排10的每相鄰兩級(jí)之間相向轉(zhuǎn)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)11控制和帶動(dòng)其轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速；燃燒室7的頂部一側(cè)外延式結(jié)構(gòu)制有燃?xì)膺M(jìn)口 16，用于向燃燒室7中輸送燃?xì)狻１緦?shí)施例根據(jù)產(chǎn)量所需調(diào)節(jié)頂部進(jìn)料裝置I控制進(jìn)料速度，調(diào)整立式爐膛2中上下排列的多級(jí)的爐排10的轉(zhuǎn)速，保證各級(jí)爐排間輸運(yùn)速率的匹配，燃燒物料在爐排10上輸運(yùn)過(guò)程受到自下而上煙氣沖刷加熱而預(yù)熱、干燥、熱解；燃燒物料由上級(jí)爐排滑落至下一級(jí)爐排時(shí)的翻動(dòng)，實(shí)現(xiàn)燃燒物料的各面受熱；為保證木炭具有的機(jī)械強(qiáng)度，須進(jìn)行慢速熱解，熱解主要階段發(fā)生在350 450°C，且需恒溫較長(zhǎng)時(shí)間，需要兩到三級(jí)鏈條爐排慢速移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，木炭炭化結(jié)束后的溫度在400°C以上，不能直接與空氣接觸，在運(yùn)炭爐排經(jīng)過(guò)密閉空間的出爐木炭余熱回收室5時(shí)，空氣夾層13中為鼓風(fēng)機(jī)15送入的空氣通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流和輻射換熱受熱，將木炭冷卻到200°C以下，出炭爐排14將炭送出出爐木炭余熱回收室5 ;被預(yù)熱的空氣通過(guò)助燃空氣入口 8引到燃燒室7助燃；燃燒室7內(nèi)的燃燒包括補(bǔ)充的燃?xì)馊紵蜔煔馀c熱解氣混合物中可燃組分的燃燒；燃燒室7內(nèi)溫度在550 650°C;立式爐膛2底部的熱源煙氣進(jìn)入室3處熱源煙氣溫度在550°C即可滿足要求。本實(shí)施例啟動(dòng)時(shí)，燃燒室7內(nèi)燃?xì)鈬娮旖油ㄈ細(xì)獠Ⅻc(diǎn)火，燃燒所需助燃空氣為常溫；煙氣在引風(fēng)機(jī)6的作用下進(jìn)入立式爐膛2起到烘爐作用；入料后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)11調(diào)節(jié)各級(jí)爐排10的轉(zhuǎn)速，熱解造成燃料質(zhì)量和體積的減小，立式爐膛2中下部空間處于300°C以上溫度，該區(qū)域的爐排轉(zhuǎn)速低于上面的幾級(jí)爐排；燃料經(jīng)慢速熱解完全炭化后被卸料至出炭爐排14，此時(shí)出爐木炭余熱回收室5的空氣夾層13中的空氣成為預(yù)熱空氣，助燃空氣溫度的提高促進(jìn)燃燒室7中快速燃燒，加之煙氣帶入的熱解氣的燃燒，為控制進(jìn)入立式爐膛2的煙溫，可調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁亢椭伎諝饬髁?，木炭?jīng)余熱回收降溫后出爐待包裝。本實(shí)施例的立式爐膛2中的多級(jí)兩兩相向輸運(yùn)的轉(zhuǎn)動(dòng)爐排，控制了熱解速率，熱源煙氣的熱量得到梯級(jí)利用；多級(jí)的爐排10上的燃料吸附過(guò)濾了煙氣中的焦油顆粒和可、吸入顆粒物；加之木炭余熱的回收和熱解氣熱值的利用，該爐型結(jié)構(gòu)為節(jié)能環(huán)保型制炭裝置。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)原料的木炭制備裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括頂部進(jìn)料裝置、立式爐膛、熱源煙氣進(jìn)入室、灰室、出爐木炭余熱回收室、引風(fēng)機(jī)、燃燒室、助燃空氣入口、二次風(fēng)入口管、爐排、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、密封擋板、空氣夾層、出炭爐排、送風(fēng)機(jī)、燃?xì)膺M(jìn)口、流量調(diào)節(jié)閥、放空管道和放口流量調(diào)節(jié)閥；立式爐膛的內(nèi)腔中上下排列間隔式橫向制有2 16級(jí)相互間隔的爐排，立式爐膛的頂部一側(cè)在上部第一個(gè)爐排的上側(cè)制有頂部進(jìn)料裝置，頂部進(jìn)料裝置采用鏈帶或鏈條結(jié)構(gòu)的輸送方式，使輸入的燃燒物料整齊的層鋪在上部爐排上，每級(jí)爐排的兩端制有密封擋板；立式爐膛的底部空間構(gòu)成熱源煙氣進(jìn)入室，底部端處構(gòu)成灰室，立式爐膛的底部一側(cè)處，在最低爐排上側(cè)構(gòu)成外延式出爐木炭余熱回收室，出爐木炭余熱回收室的上下側(cè)分別制有空氣夾層，中間處橫向制有出炭爐排，上側(cè)的空氣夾層處與送風(fēng)機(jī)管道連通，下側(cè)的空氣夾層處通過(guò)管道式助燃空氣入口與燃燒室連通，燃燒室的底部與熱源煙氣進(jìn)入室和灰室連通，燃燒室的頂部制有二次風(fēng)入口管，傳送熱解氣和煙氣；二次風(fēng)入口管的上部制有流量調(diào)節(jié)閥，并與放空管道和引風(fēng)機(jī)控制式連通，放空管道的出口處制有放口流量調(diào)節(jié)閥；引風(fēng)機(jī)分別與立式爐膛和燃燒室控制式管道連通；每個(gè)爐排的兩端對(duì)應(yīng)密封擋板處均制有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用以推動(dòng)爐排的轉(zhuǎn)動(dòng)和翻送均勻燃燒物料；立式爐膛中的多級(jí)爐排的每相鄰兩級(jí)之間相向轉(zhuǎn)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制和帶動(dòng)其轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速；燃燒室的頂部一側(cè)外延式結(jié)構(gòu)制有燃?xì)膺M(jìn)口，用于向燃燒室中輸送燃?xì)狻?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)原料的木炭制備裝置，其特征在于燃料與熱源煙氣逆流；熱解氣送入燃燒室參與燃燒；木炭出爐前進(jìn)行余熱回收，制炭的生物質(zhì)燃料根據(jù)立式爐膛和鏈帶大小進(jìn)行尺寸篩分，燃料入爐后由上下鄰級(jí)相向轉(zhuǎn)動(dòng)的爐排先經(jīng)過(guò)水平輸運(yùn)后排放至下一級(jí)爐排，實(shí)現(xiàn)燃料多向受熱并向下運(yùn)行；通過(guò)調(diào)節(jié)與控制每一級(jí)爐排的移動(dòng)速度和孔隙通風(fēng)面積，使燃料入爐后具有合理的預(yù)熱、干燥、熱解升溫速率和爐內(nèi)停留時(shí)間，充分實(shí)現(xiàn)自下而上煙氣熱量的梯級(jí)利用；熱煙氣攜帶爐內(nèi)產(chǎn)生的熱解氣離開(kāi)立式爐膛，在引風(fēng)機(jī)作用下氣體以射流方式進(jìn)入燃燒室，起到二次風(fēng)作用進(jìn)行流場(chǎng)擾動(dòng)，可燃組分在高溫環(huán)境下參與燃燒，實(shí)現(xiàn)熱解氣發(fā)熱量的利用；燃燒室產(chǎn)生的高溫?zé)煔獗灰L(fēng)機(jī)引入立式爐膛，自底部向上逐級(jí)加熱各層爐排上原料，木炭出爐前溫度在400°C以上，要進(jìn)行余熱回收，木炭溫度降至200°C以下，在空氣中不發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)排出，再降溫后包裝；空氣夾層中預(yù)熱的空氣送入燃燒室成為助燃空氣，木炭余熱重新回到系統(tǒng)；多級(jí)爐排上的層鋪物料在水平輸運(yùn)并被煙氣加熱過(guò)程中具有過(guò)濾作用，將穿過(guò)下一級(jí)爐排煙氣攜帶上來(lái)的焦油顆粒和焦炭顆粒熱解產(chǎn)物吸附或截留，這些顆粒狀吸附物隨著物料下行，因熱解溫度逐級(jí)提聞，焦油熱裂解為熱解氣和木炭。
全文摘要
本發(fā)明屬于能源工程中設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)原料的木炭制備裝置，屬于可連續(xù)生產(chǎn)的多級(jí)鏈帶結(jié)構(gòu)的立式窯爐，其多級(jí)爐排上下分級(jí)，熱解氣被引至立式爐膛外設(shè)置的燃燒室，在燃?xì)馊紵母邷丨h(huán)境中著火放熱；熱源煙氣自下而上流經(jīng)加熱的各級(jí)爐排上的制炭燃料時(shí)熱能得到梯級(jí)利用，并且其含有的可吸入顆粒物及焦油顆粒等均被各燃料層濾下；立式爐膛的隧道木炭爐具有更高的熱效率，排放符合環(huán)保友好的要求，生產(chǎn)容量可調(diào)，可替代中小型周期性生產(chǎn)的木炭爐和大型隧道窯爐，具有良好的應(yīng)用前景和環(huán)境效益；其整體結(jié)構(gòu)合理，操作使用簡(jiǎn)單，木炭燒制工藝科學(xué)，節(jié)能性好，燒制的木炭質(zhì)量好，性能優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
文檔編號(hào)C10B1/04GK102634356SQ20121010692
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者徐承浩, 狄海生, 王鳳印, 王翠蘋(píng) 申請(qǐng)人:青島大學(xué)