本發(fā)明涉及一種外熱式連續(xù)生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)，屬于生物質(zhì)碳化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

生物炭技術(shù)是將諸如農(nóng)作物秸稈和林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)或其衍生物進(jìn)行碳化，然后以一定方式施用于土壤以獲得固碳作用和經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境收益的科學(xué)技術(shù)理念。該技術(shù)是近年國際學(xué)術(shù)界應(yīng)對(duì)氣候變化研究的一個(gè)熱點(diǎn)。生物炭的獲得是生物炭技術(shù)研發(fā)不可缺少的前提和基礎(chǔ)。隨著生物炭技術(shù)研究從實(shí)驗(yàn)室向中試或大田研究的轉(zhuǎn)變，多年來室內(nèi)小規(guī)模的生物炭生產(chǎn)已不能滿足科研發(fā)展的需求，而必須研制能夠批量生產(chǎn)生物炭的設(shè)備。為此世界發(fā)達(dá)國家如英、美、澳大利亞等爭相研制具有一定生產(chǎn)規(guī)模的生物炭生產(chǎn)設(shè)備。我國是農(nóng)業(yè)大國，擁有龐大農(nóng)業(yè)資源，具有廣闊的生物炭技術(shù)應(yīng)用前景，生物炭技術(shù)研究方興未艾。同國際研究一樣，國內(nèi)許多單位的生物炭技術(shù)研究目前已從室內(nèi)研究為主轉(zhuǎn)向以大田應(yīng)用觀測研究為主階段，大量生物炭的缺乏已構(gòu)成我國生物炭技術(shù)研發(fā)的技術(shù)瓶莖，因此迫切需要研制能夠批量生產(chǎn)符合國際生物炭標(biāo)準(zhǔn)的生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)。

為滿足生物炭技術(shù)大田研究對(duì)生物炭的大量需求，國內(nèi)外有關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)或個(gè)人開展了生物炭批量生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)。其中中國國家專利“一種生物炭改性設(shè)備和方法”（申請?zhí)朲L201420846944.6）公開了一種既可以對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行碳化，又能對(duì)其進(jìn)行改性的碳化設(shè)備。但該設(shè)備采用的是電加熱和批次式生產(chǎn)方式，加熱梯度的產(chǎn)生依靠從低溫向高溫慢速加熱，碳化速率慢，也不能對(duì)碳化所產(chǎn)生的裂解油氣進(jìn)行有效的回收利用。專利“一種生物質(zhì)碳化設(shè)備”（申請?zhí)朲L201410185600.X）公開了一種連續(xù)式生物質(zhì)碳化設(shè)備，生產(chǎn)速率高，能夠?qū)⒘呀庥蜌庵苯右肴紵到y(tǒng)燃燒，為生物質(zhì)的碳化提供能源，降低了對(duì)外部碳化能源的需求。但由于其技術(shù)方案中采用了燃燒系統(tǒng)直接對(duì)裂解腔體進(jìn)行加熱的方法，碳化加熱不均勻，存在加熱的高溫斑塊，難以準(zhǔn)確控制碳化的最高溫度。為生產(chǎn)符合國際生物炭協(xié)會(huì)推薦的高標(biāo)準(zhǔn)生物炭，碳化設(shè)備需要能夠準(zhǔn)確調(diào)控碳化的最高溫度，需要為裂解腔體創(chuàng)造均勻的加熱環(huán)境。為提高生物炭的生產(chǎn)速率，碳化工藝不僅需要具有連續(xù)的生產(chǎn)方式，還需要造就一個(gè)從低溫到高溫的溫度分布梯度。為此，本專利申請公開了一種基于慢速干餾法原理的外熱式生物炭連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種外熱式連續(xù)生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)，克服現(xiàn)有生物炭生產(chǎn)設(shè)備的不足，對(duì)碳化過程中關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，從而產(chǎn)生符合國際高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的生物炭。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種外熱式連續(xù)生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)，包括進(jìn)料系統(tǒng)、碳化系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，還包括加熱系統(tǒng)、余熱采收系統(tǒng)和裂解油氣分離系統(tǒng)，其中，所述碳化系統(tǒng)由裂解腔、保溫層、物料傳輸和攪拌組件、碳化熱流通道組成，裂解腔呈圓柱形管狀，物料傳輸和攪拌組件安裝于裂解腔中，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的攪拌和傳輸，在裂解腔外部包裹有保溫層，在裂解腔外壁與保溫層之間設(shè)有所述碳化熱流通道，碳化熱流通道呈螺旋狀環(huán)繞于裂解腔外壁，碳化熱流通道的加熱氣流進(jìn)口與加熱系統(tǒng)連接，碳化熱流通道的出氣口與余熱采收系統(tǒng)連接；裂解油氣分離系統(tǒng)與裂解腔內(nèi)連通。

所述加熱系統(tǒng)包括加熱爐膛和燃燒機(jī)，在所述加熱爐膛壁上設(shè)置有燃燒機(jī)火焰進(jìn)口，加熱爐膛通過該火焰進(jìn)口與燃燒機(jī)連通。

所述燃燒機(jī)的進(jìn)料口分別與燃料儲(chǔ)存和供應(yīng)裝置、余熱采收系統(tǒng)和裂解油氣分離系統(tǒng)連接。

在所述加熱爐膛端壁還設(shè)有單向風(fēng)閥，在燃燒機(jī)進(jìn)料口上設(shè)有控制閥，該單向風(fēng)閥和控制閥通過溫度控制器與安裝于加熱爐膛和裂解腔內(nèi)的溫度探頭連接。

所述余熱采收系統(tǒng)由空氣換熱器和熱氣傳輸管道組成，熱氣傳輸管道與燃燒機(jī)的進(jìn)料口連接。

所述裂解油氣分離系統(tǒng)由裂解油氣導(dǎo)出管、冷卻分離裝置和裂解合成氣導(dǎo)出管組成，其中裂解油氣導(dǎo)出管與裂解腔上部油氣排泄孔連接，用于將裂解油氣導(dǎo)入冷卻分離裝置，裂解合成氣導(dǎo)出管一端與冷卻分離裝置連接，另一端與燃燒機(jī)的進(jìn)料口連接。

所述進(jìn)料系統(tǒng)包括進(jìn)料斗和進(jìn)料螺旋輸送機(jī)，其中，進(jìn)料斗下方出口與進(jìn)料螺旋輸送機(jī)一端連接，進(jìn)料螺旋輸送機(jī)的另一端穿過端壁與裂解腔連通。

所述出料系統(tǒng)包括出料螺旋輸送機(jī)和冷卻系統(tǒng)，其中，出料螺旋輸送機(jī)與冷卻系統(tǒng)連接。

所述物料傳輸和攪拌組件由螺旋軸及附著其上的槳葉片組成。

本發(fā)明的有益效果是：生物質(zhì)能否被均勻和慢速加熱，是慢速干餾法生物炭生產(chǎn)的關(guān)鍵。對(duì)外熱式干餾法而言，要做到生物質(zhì)的均勻加熱，不僅需要生物質(zhì)的攪拌和混合，還需要在裂解腔外部造就一個(gè)均勻的溫度分布；而要做到生物質(zhì)的慢速加熱，最有效的方法是在裂解腔外部創(chuàng)造一個(gè)溫度梯度，生物質(zhì)經(jīng)過這個(gè)溫度梯度的過程就是慢速加熱的過程。與相同設(shè)計(jì)思路的生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)相比，本設(shè)計(jì)在上述兩個(gè)方面都具有創(chuàng)造性。首先本設(shè)計(jì)采用了加熱爐膛用以調(diào)節(jié)碳化最高溫度，由于燃燒機(jī)火焰的溫度在1000℃以上，直接對(duì)裂解腔加熱大大高出了慢速碳化最高溫度的允許值。而將火焰引入一個(gè)爐膛就可以在其中對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，然后再對(duì)裂解腔進(jìn)行加熱，這樣就可避免直接加熱裂解腔所造成的溫度過高問題。加熱爐膛的設(shè)計(jì)為調(diào)控最高碳化溫度提供了一個(gè)重要的技術(shù)保障。在加熱爐膛之后，本設(shè)計(jì)采用了螺旋狀加熱氣流通道對(duì)裂解腔進(jìn)行環(huán)繞式加熱，不僅加熱均勻，還自后向前產(chǎn)生了一個(gè)溫度梯度。

提高能源利用率、降低能源消耗是生物炭生產(chǎn)的一個(gè)永恒主題。本發(fā)明中加熱尾氣余熱采收利用技術(shù)有利于該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，這是本設(shè)計(jì)的第三項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。螺旋輸送式碳化腔是國內(nèi)外連續(xù)式生物炭設(shè)備常用的技術(shù)方案，但物料的輸送多用實(shí)體螺旋。本發(fā)明將實(shí)體螺旋改為槳葉式，增強(qiáng)了對(duì)物料的攪拌功能，構(gòu)成了本設(shè)計(jì)的第四項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

另外，本發(fā)明中裂解油氣分離系統(tǒng)可對(duì)生物質(zhì)裂解所產(chǎn)生的油氣進(jìn)行分離，分離后的重油可回收利用，氣體作為燃燒機(jī)的原料使用，這樣既能回收利用重油資源，又能避免燃?xì)庠斐傻奈廴締栴}。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、碳化熱流通道，2、保溫層，3、裂解腔，4、進(jìn)料螺旋輸送機(jī)，5、進(jìn)料斗，6、熱氣傳輸管道，7、空氣換熱器，8、裂解油氣導(dǎo)出管，9、冷卻分離裝置，10、裂解合成氣導(dǎo)出管，11、出料螺旋輸送機(jī)，12、單向風(fēng)閥，13、加熱爐膛，14、火焰進(jìn)口，15、燃燒機(jī)，16、控制閥，17、進(jìn)料口，18、油氣排泄孔。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明外熱式連續(xù)生物炭生產(chǎn)系統(tǒng)，包括進(jìn)料系統(tǒng)、碳化系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、余熱采收系統(tǒng)和裂解油氣分離系統(tǒng)。

碳化系統(tǒng)由裂解腔3、保溫層2、物料傳輸和攪拌組件、碳化熱流通道1組成，其中，裂解腔3采用耐熱的圓柱形管制作，在裂解腔3外部包裹有保溫層2，在裂解腔3外壁與保溫層2之間設(shè)有所述碳化熱流通道1，碳化熱流通道1呈螺旋狀環(huán)繞于裂解腔3外壁，碳化熱流通道1的加熱氣流進(jìn)口與加熱系統(tǒng)連接，物料傳輸和攪拌組件安裝于裂解腔3中，由螺旋軸及附著其上的槳葉片組成，槳葉片平面與螺旋軸軸線方向呈一定角度，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的攪拌和傳輸。

進(jìn)料系統(tǒng)包括進(jìn)料斗5和進(jìn)料螺旋輸送機(jī)4，其中，進(jìn)料斗5下方出口與進(jìn)料螺旋輸送機(jī)4一端連接，進(jìn)料螺旋輸送機(jī)4的另一端穿過端壁與裂解腔3連通。

出料系統(tǒng)包括出料螺旋輸送機(jī)11和冷卻系統(tǒng)，其中，出料螺旋輸送機(jī)11與冷卻系統(tǒng)連接。冷卻系統(tǒng)可采用常規(guī)的冷卻方式，也可在出料螺旋輸送機(jī)11外壁設(shè)置冷卻腔體，用于實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)流動(dòng)。

加熱系統(tǒng)包括加熱爐膛13）和燃燒機(jī)15，在加熱爐膛13壁上設(shè)置火焰進(jìn)口14和單向風(fēng)閥12，以讓熱量通過該火焰進(jìn)口14進(jìn)入到碳化熱流通道1中，以及使加熱爐膛13內(nèi)的熱量單向流入到碳化熱流通道1中；燃燒機(jī)15的進(jìn)料口17分別與燃料儲(chǔ)存和供應(yīng)裝置、余熱采收系統(tǒng)和裂解油氣分離系統(tǒng)連接；在燃燒機(jī)15進(jìn)料口17上還安裝有控制閥16，該控制閥16和單向風(fēng)閥12均與溫度控制器連接，溫度控制器又與安裝于加熱爐膛13和裂解腔3內(nèi)的溫度探頭連接，這樣溫度控制器可通過對(duì)控制閥16及單向風(fēng)閥12的開度控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)碳化溫度的調(diào)控。

余熱采收系統(tǒng)由空氣換熱器7和熱氣傳輸管道6組成，空氣換熱器7的入口端與碳化熱流通道1的熱氣出口端連通，熱氣傳輸管道6末端與燃燒機(jī)15的進(jìn)料口17連接，用于實(shí)現(xiàn)空氣的預(yù)熱及傳輸。其中空氣換熱器7為常規(guī)的換熱器。

裂解油氣分離系統(tǒng)由裂解油氣導(dǎo)出管8、冷卻分離裝置9和裂解合成氣導(dǎo)出管10組成，裂解油氣導(dǎo)出管8與裂解腔3上部油氣排泄孔18連接，用于將裂解油氣導(dǎo)入冷卻分離裝置9，所述裂解合成氣導(dǎo)出管10一端與冷卻分離裝置9連接，另一端與燃燒機(jī)15的進(jìn)料口17連接。在工作中，裂解油氣分離系統(tǒng)可對(duì)生物質(zhì)裂解所產(chǎn)生的油氣進(jìn)行分離，分離后的重油可回收利用，氣體作為燃燒機(jī)15的原料使用，這樣既能回收利用重油資源，又能避免燃?xì)庠斐傻奈廴締栴}。其中冷卻分離裝置9為常規(guī)的油氣冷卻分離裝置。

在發(fā)明中，可將前述系統(tǒng)固定安裝在一個(gè)可移動(dòng)的支架上，以便于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的移動(dòng)。

本發(fā)明的工作過程為：當(dāng)生物質(zhì)在裂解腔3內(nèi)被正反轉(zhuǎn)碳化時(shí)，其產(chǎn)生的裂解油氣經(jīng)由裂解油氣分離系統(tǒng)被分離為生物油和合成氣，生物油可被回收利用，合成氣被輸送并作為燃燒機(jī)15的燃料，燃燒產(chǎn)生的熱氣經(jīng)進(jìn)火焰口14進(jìn)入加熱爐膛13內(nèi)過渡調(diào)整，接著被輸送到碳化熱流通道1內(nèi)對(duì)裂解腔3進(jìn)行加熱，然后由出熱氣口輸出并穿過余熱采收系統(tǒng)，余熱采收系統(tǒng)內(nèi)熱氣傳輸管道6的氣體因此被預(yù)熱，后經(jīng)管道被輸送到燃燒機(jī)15進(jìn)料口17作為燃燒空氣使用或預(yù)熱生物生物質(zhì)等使用。生物質(zhì)原料經(jīng)原料漏斗輸入到碳化腔體，在碳化腔體中被攪拌、向前輸送、同時(shí)被加熱碳化，完成碳化后的物質(zhì)被輸送至冷卻系統(tǒng)，在冷卻螺旋輸送機(jī)向前輸送的同時(shí)被冷卻輸出。如此形成連續(xù)的生物炭生產(chǎn)。