臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，屬于可再生能源【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案包括進料斗1、炭化室4、高溫煙氣套筒6、氣體燃燒器18，炭化室4前端通過進料口關(guān)風器3與進料螺旋輸送機2連接；炭化室4后端通過出炭管13與集炭箱15連接，氣體燃燒器18通過燃燒室19與高溫煙氣套筒6連接。原料經(jīng)進料斗進入炭化室內(nèi)，啟動柴油燃燒器，炭化室內(nèi)溫度升高，熱解反應(yīng)產(chǎn)生，炭化可燃氣燃燒產(chǎn)生高溫煙氣給炭化室加熱炭化，關(guān)閉柴油燃燒器，產(chǎn)生的生物炭經(jīng)出炭管排出。本發(fā)明解決了生物質(zhì)炭生產(chǎn)過程中由于不連續(xù)生產(chǎn)、炭化可燃氣回收利用難等問題，提高了生物炭品質(zhì)和產(chǎn)率，適用于不同的生物質(zhì)原料。本發(fā)明為推動我國生物炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。
【專利說明】臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可再生能源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，具體是以農(nóng)作物秸桿等為原料，通過熱裂解方式生產(chǎn)生物炭的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]全球氣候日益變暖，已成為當今影響最為深遠的全球性環(huán)境問題之一。各種極端氣候事件近年來頻繁發(fā)生，給人類社會生產(chǎn)、消費和生活方式以及生存空間等社會發(fā)展各個領(lǐng)域都帶來了巨大影響。造成大氣中溫室氣體濃度急劇增高，原因主要是化石燃料燃燒、農(nóng)業(yè)和土地利用的變化以及工業(yè)生產(chǎn)過程等引起，這些礦物燃料在燃燒的過程中產(chǎn)生了大量的CO2等溫室氣體。
[0003]將農(nóng)作物秸桿等農(nóng)業(yè)剩余物轉(zhuǎn)化成生物炭、可燃氣、焦油和木醋液等，其中生物炭可以穩(wěn)定地將碳元素固定長達數(shù)百年，其中的碳元素被礦化后很難再分解，為了應(yīng)對全球氣候變化，生物炭正在成為人們關(guān)注的熱點。可燃氣可以回收利用，作為清潔、高效、綠色能源燃燒供熱。焦油作為重要的化工原料，具有防水功能，是造船工業(yè)油漆工業(yè)防腐耐高溫的極佳材料，同時可作為化工醫(yī)藥原料及植物營養(yǎng)調(diào)節(jié)生長素，對植物有生長功效，殺蟲極佳。木醋液因含有許多酚類物質(zhì)能殺菌、消毒避害蟲作為消毒、驅(qū)蟲劑使用，在發(fā)達國家有機農(nóng)業(yè)栽培中已被廣泛利用。
[0004]目前，我國生物質(zhì)炭氣油聯(lián)產(chǎn)技術(shù)已有研究，CN102408901A, CN102015977A,CN2268027, CN202379966U, CN102092709A, CN102020999A 等技術(shù)均涉及利用生物質(zhì)生產(chǎn)生物炭產(chǎn)品，但這些技術(shù)存在以下問題:1、多為不連續(xù)生產(chǎn)，不能實現(xiàn)物料的連續(xù)添加和生物炭的連續(xù)生產(chǎn)，這種生物炭批式生產(chǎn)難以控制，降低了生物炭品質(zhì)。2、需要全部外加熱源或者消耗自身生物質(zhì)能源的內(nèi)熱式生產(chǎn)，這增加了能源消耗或是降低了生物炭產(chǎn)率。3、副產(chǎn)品不能全部回收利用，炭化可燃氣多作為廢氣直接排放到大氣中，這不斷污染了環(huán)境，還浪費了能源資源。這些缺點一定程度上制約了`該項技術(shù)的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決在生物質(zhì)熱裂解過程中由于炭品質(zhì)較差、炭產(chǎn)出率低、可燃氣回收利用難等問題，采用一種臥式連續(xù)生物炭炭化裝置，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)提高炭的穩(wěn)定性和品質(zhì)；利用可燃氣燃燒產(chǎn)生高溫煙氣給炭化室加熱，減少了內(nèi)熱式生產(chǎn)耗費生物質(zhì)原料，提高出炭率，適用于不同秸桿原料的生物炭生產(chǎn)。
[0006]為達到這一目的所采取的技術(shù)方案包括進料斗1、炭化室4、集炭箱15、可燃氣冷凝凈化裝置10、氣體燃燒器18、高溫煙氣套筒6，其特征在于，炭化室4前端上部通過進料口關(guān)風器3與進料螺旋輸送機2和進料斗I連接；炭化室4后端下部通過錐形出炭管13與集炭箱15連接，炭化室4后端上部通過可燃氣排出管9與可燃氣冷凝凈化裝置10、焦油木醋液收集箱12連接，氣體燃燒器18通過煙氣管11與可燃氣冷凝凈化裝置10連接，通過燃燒室19與內(nèi)置變直徑變螺距螺旋的炭化螺旋輸送機5的高溫煙氣套筒6連接。[0007]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，在炭化室4外部裝有高溫煙氣套筒6，使高溫煙氣能夠給炭化室加熱，內(nèi)部安裝螺旋輸送機3，推動物料不斷前進，生物炭連續(xù)生產(chǎn)。
[0008]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，炭化螺旋輸送機5為變直徑變螺距螺旋，由原料推進螺旋23、原料熱解螺旋24和生物炭推出螺旋25組成，隨著炭化過程可燃氣和揮發(fā)分的排除，生物質(zhì)體積變小，螺旋輸送機直徑依次變小，變化幅度1%~5%，螺距逐漸變小，變化幅度3%~5%。
[0009]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，炭化螺旋輸送機5由調(diào)速電機22提供動力，可根據(jù)炭化情況實時調(diào)節(jié)炭化速率，進料裝置與炭化螺旋輸送機5前端通過進料口關(guān)風器3連接，生物質(zhì)原料進入炭化室4。
[0010]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，炭化螺旋輸送機5采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點不低于600°C。 [0011]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，外置高溫煙氣套筒6為圓柱形，內(nèi)部直徑為550mm，采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點在1000°C以上。
[0012]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，高溫煙氣套筒6為兩端封閉的圓筒，外置保溫層7，起到保溫作用，高溫煙氣進氣管設(shè)置在后端筒體下部，與燃燒室19連接，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣進入高溫煙氣套筒6，給炭化室4加熱，高溫煙氣出氣口設(shè)置前端筒體上部，與引風機21連接，將煙氣排出至大氣。
[0013]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，在炭化室4的尾端開有觀測口 8，并與炭化室4筒體焊接連接，觀測口 8直徑為100_，采用耐高溫石英玻璃，可實時觀測炭化室4內(nèi)炭化過程。
[0014]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，集炭箱15通過出炭管13與炭化室4連接，內(nèi)置出炭口關(guān)風器11。
[0015]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，出炭管13為錐形料管，錐形角α為I~15度，減緩下料速度，延長滯留時間，并將生物炭壓實，提聞生物炭品質(zhì)。
[0016]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，出炭管13為采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點不低于600°C。
[0017]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，燃燒室19包括氣體燃燒器18和柴油燃燒器20，啟動時用柴油燃燒器20供熱，正常運轉(zhuǎn)后啟動氣體燃燒器18，關(guān)閉柴油燃燒器20。
[0018]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，高溫煙氣套筒6后端下部通過羅茨風機16、阻火器17、燃燒室19與氣體燃燒器18連接，煙氣通過引風機21與外部大氣連接，阻火器防止燃燒時產(chǎn)生的火焰在設(shè)備、管道間蔓延。
[0019]上述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，柴油燃燒器20通過燃燒室19與高溫煙氣套筒6后端下部連接。
[0020]本發(fā)明的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，進料螺旋輸送機能夠保證連續(xù)喂料，進料口關(guān)風器能夠?qū)⑦M料斗和炭化室連接在一起，并保證炭化室的密封，防止空氣進入。本發(fā)明中變直徑變螺距螺旋輸送機設(shè)計合理，當物料進入炭化室后，物料經(jīng)變直徑變螺距螺旋輸送機緩慢推動前進，依次經(jīng)過原料推進螺旋，物料加熱升溫，原料熱解螺旋，物料開始發(fā)生熱解反應(yīng)，被加熱到一定溫度時，生物炭開始形成，隨著溫度的不斷升高，可燃氣和揮發(fā)分析出，生物炭大量增加，經(jīng)過生物炭推出螺旋，炭化反應(yīng)完成。本發(fā)明中錐形料管設(shè)計合理，錐形角α為15度。能夠減緩下料速度，并將生物炭產(chǎn)品壓實，提高產(chǎn)品品質(zhì)，生物炭通過出炭口關(guān)風器落入集炭箱。在炭化室的尾端開有觀測口，并與炭化室筒體焊接連接，觀測口直徑為100_，采用耐高溫石英玻璃，可實時觀測炭化室內(nèi)炭化過程。炭化過程中產(chǎn)生的可燃氣通過炭化煙氣管排出，導入到冷凝凈化裝置，經(jīng)冷凝凈化后析出的焦油和木醋液還有少量粉塵進入焦油木醋液收集箱。經(jīng)冷凝凈化后的可燃氣通過煙氣管經(jīng)羅茨風機與阻火器進入氣體燃燒器，阻火器防止燃燒時產(chǎn)生的火焰在設(shè)備、管道間蔓延?？扇細庠谌紵覂?nèi)充分燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣進入高溫煙氣套筒、給炭化室加熱，實現(xiàn)可燃氣回收利用，提高了能源利用率，降低了生產(chǎn)成本。最后，煙氣通過引風機排出。整個生產(chǎn)過程中物料不斷的喂入，炭化過程持續(xù)，實現(xiàn)了生物炭的連續(xù)生產(chǎn)。
[0021]具有以上結(jié)構(gòu)特點的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備所具有的優(yōu)點如下:
[0022]I本發(fā)明解決了連續(xù)生產(chǎn)的問題。本發(fā)明中采用的進料螺旋輸送機實現(xiàn)連續(xù)進料，螺旋輸送機連續(xù)炭化生產(chǎn)，同時螺旋輸送機由調(diào)速電機提供動力，可調(diào)節(jié)炭化速率，解決了目前生物炭批式生產(chǎn)出炭品質(zhì)不一，難以控制的問題，提高了生物炭的品質(zhì)。
[0023]2本發(fā)明提高了生物炭產(chǎn)量。本發(fā)明中采用的可燃氣燃燒加熱的外熱式生物炭生產(chǎn)方式，啟動時采用柴油燃燒供熱，正常運行后關(guān)閉柴油燃燒器，將炭化產(chǎn)生的可燃氣經(jīng)冷凝凈化后燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣給炭化室加熱，不同于內(nèi)熱式生產(chǎn)消耗生物質(zhì)能源，提高了炭產(chǎn)出率。
[0024]3本發(fā)明采用可燃氣回用、降低能耗。本發(fā)明的臥式連續(xù)生物炭化設(shè)備對可燃氣進行回收利用，減少了副產(chǎn)品的產(chǎn)出，降低了生產(chǎn)能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備示意圖；
[0026]圖2炭化設(shè)備螺旋輸送機示意圖；
[0027]圖3出炭管示意圖；
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和工作過程進行描述。
[0029]如圖1、圖2、圖3所示，I為進料斗、2為進料螺旋輸送機、3為進料口關(guān)風器、4為炭化室、5為炭化螺旋輸送機、6為高溫煙氣套筒、7為保溫層、8為觀測口、9為可燃氣排出管、10為可燃氣冷凝凈化裝置、11為煙氣管、12為焦油木醋液收集箱、13為出炭管、14為出炭口關(guān)風器、15為集炭箱、16為羅茨風機、17為阻火器、18為氣體燃燒器、19為燃燒室、20為柴油燃燒器、21為引風機、22為調(diào)速電機、23原料推進螺旋、24原料熱解螺旋、25生物炭推出螺旋。
[0030]進料斗1、進料螺旋輸送機2、進料口關(guān)風器3組成了本發(fā)明的喂料部分，進料斗I固接在進料螺旋輸送機2下端上部，進料斗I中的物料通過進料螺旋輸送機2輸送到進料口關(guān)風器3上部。
[0031]炭化室4、炭化螺旋輸送機5、高溫煙氣套筒6、保溫層7、觀測口 8、可燃氣排出管
9、出炭管13、出炭口關(guān)風器14、集炭箱15、調(diào)速電機22組成了本發(fā)明的熱解炭化主體部分，原料推進螺旋23、原料熱解螺旋24和生物炭推出螺旋組成焊接連接，炭化螺旋輸送機5通過鍵與炭化室4構(gòu)成固定連接，在高溫煙氣套筒6外面裝有保溫層7，觀測口 8置于炭化室4的尾端，并于炭化室4尾端平面通過螺栓連接。
[0032]調(diào)速電機22與炭化螺旋輸送機5前端通過鏈條連接。
[0033]可燃氣排出管9、可燃氣冷凝凈化裝置10、煙氣管11組成了本發(fā)明的冷凝凈化部分，可燃氣排出管9前端與炭化室4后端上部構(gòu)成固接，后端固接可燃氣冷凝凈化裝置10的進氣口，煙氣管11與可燃氣冷凝凈化裝置10的出氣口構(gòu)成固接。
[0034]出炭管13與與炭化室4后端下部構(gòu)成固接，出炭口關(guān)風器14置于出炭管13內(nèi)部，并與出炭管13管壁通過螺栓連接，集炭箱15置于出炭管13垂直下端。
[0035]羅茨風機16、阻火器17、氣體燃燒器18、燃燒室19、柴油燃燒器20組成了本發(fā)明的燃燒裝置部分，羅茨風機16與煙氣管11構(gòu)成固接，阻火器17與氣體燃燒器18構(gòu)成固接，氣體燃燒器18與燃燒室19右端構(gòu)成固接，柴油燃燒器20與燃燒室19左端構(gòu)成固接。
[0036]本發(fā)明結(jié)合圖例說明如下:
[0037]實施例:采用玉米秸桿生產(chǎn)生物炭
[0038]采用本發(fā)明的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備生產(chǎn)生物炭，原料為玉米秸桿，長度約8~10mm，水份在10~20%，密度大約100千克/m3，裝入進料斗中，當物料裝滿后，同時打開進料螺旋輸送機與進料口關(guān)風器，然后打開炭化室內(nèi)的螺旋輸送機，當物料緩慢進入炭化室后，啟動柴油燃燒器，物料經(jīng)螺旋輸送機緩慢推動前進，通過調(diào)速電機控制物料前進的速度，可調(diào)節(jié)升溫速率，隨 著物料不斷前進，炭化室溫度升高，物料開始發(fā)生熱解反應(yīng)，被加熱到250°C以上時，生物炭開始形成，隨著溫度的不斷升高，可燃氣和揮發(fā)分析出，生物炭大量增加，當玉米秸桿原料到達炭化室尾部時，溫度達到450°C以上，炭化反應(yīng)完成，產(chǎn)生的生物炭經(jīng)出炭管通過出炭口關(guān)風器落入集炭箱。產(chǎn)生的可燃氣通過炭化室后端上部可燃氣排出管進入冷凝凈化裝置，經(jīng)冷凝后析出的焦油和木醋液還有少量粉塵進入焦油木醋液收集箱。經(jīng)凈化冷凝后的可燃氣通過煙氣管經(jīng)羅茨風機與阻火器進入氣體燃燒器，可燃氣在燃燒室內(nèi)充分燃燒，產(chǎn)生的高溫煙氣進入高溫煙氣套筒、給炭化室加熱，最后，煙氣通過引風機排出。生產(chǎn)過程中物料不斷的喂入，炭化過程持續(xù)，實現(xiàn)了生物炭的連續(xù)生產(chǎn)。
[0039]最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，包括進料斗(I)、炭化室(4)、集炭箱(15)、可燃氣冷凝凈化裝置(10)、氣體燃燒器(18)、高溫煙氣套筒(6)，其特征在于，炭化室(4)前端上部通過進料口關(guān)風器(3)與進料螺旋輸送機(2)和進料斗(I)連接；炭化室(4)后端下部通過錐形出炭管(13)與集炭箱(15)連接，炭化室(4)后端上部通過可燃氣排出管(9)與可燃氣冷凝凈化裝置(10)、焦油木醋液收集箱(12)連接，氣體燃燒器(18)通過煙氣管(11)與可燃氣冷凝凈化裝置(10)連接，通過燃燒室(19)與內(nèi)置變直徑變螺距螺旋的炭化螺旋輸送機(5)的高溫煙氣套筒(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于炭化室(4)外部裝有高溫煙氣套筒(6)，內(nèi)部安裝炭化螺旋輸送機(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于炭化螺旋輸送機(5)為變直徑變螺距螺旋，由原料推進螺旋(23)、原料熱解螺旋(24)和生物炭推出螺旋(25)組成，直徑依次變小，變化幅度螺距逐漸變小，變化幅度3 %~5 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于炭化螺旋輸送機(5)由調(diào)速電機(22)提供動力，進料裝置與炭化螺旋輸送機(5)前端通過進料口關(guān)風器(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于炭化螺旋輸送機(5)采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點不低于600°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于外置高溫煙氣套筒(6)為圓柱形，采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點在1000°C以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于高溫煙氣套筒(6)為兩端封閉的圓筒，外置保溫層(7)，高溫煙氣進氣管設(shè)置在后端筒體下部，與燃燒室(19)連接，高溫煙氣出氣管設(shè)置前端筒體上部，與引風機(21)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于炭化室(4)的尾端開有觀測口(8)，并與炭化室(4)筒體焊接連接，觀測口⑶直徑為100_，采用耐高溫石英玻3? ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于集炭箱(15)通過出炭管(13)與炭化室(4)連接，內(nèi)置出炭口關(guān)風器(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于出炭管(13)為錐形料管，錐形角α為I~15度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于出炭管(13)采用耐高溫不銹鋼材料加工，熔點不低于600°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于燃燒室(19)兩端連接氣體燃燒器(18)和柴油燃燒器(20)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于高溫煙氣套筒(6)后端下部通過羅茨風機(16)、阻火器(17)、燃燒室(19)與氣體燃燒器(18)連接，煙氣通過引風機(21)與外部空氣連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的臥式連續(xù)生物炭炭化設(shè)備，其特征在于啟動時，柴油燃燒器(20)通過燃燒室(19)與高溫煙氣套筒(6)后端下部連接。
【文檔編號】C10B53/02GK103614151SQ201310028585
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月25日
【發(fā)明者】趙立欣, 田宜水, 孟海波, 袁艷文, 姚宗路, 朱本海 申請人:農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計研究院