CN103087738B - 内加热连续式生物炭成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内加热连续式生物炭成套设备，属于可再生能源技术领域。技术方案包括喂料斗(2)、连续式炭化炉(7)、操作平台(17)和三通出料口(13)，操作平台(17)中部与炭化设备主体(7)固接，上部与吊车(18)滑动连接，顶部装有物料主动压实器(6)，下部四周均布检测探测孔(9)，三通出料口(13)的上部与连续式炭化炉(7)内部的扰动器(19)转动连接。原料经喂料斗进入炭化炉体内，炉体内温度升高，开始热解反应，产生的生物炭被向下输送出炉体。本发明解决在生物质炭生产过程中原料喂料不畅，炭化不充分等问题，提高了生产率，适用于不同的生物质原料。本发明为推动我国生物炭产业的发展提供了保障。

Description

内加热连续式生物炭成套设备

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，具体涉及一种内加热连续式生物炭成套设备，具体是以农作物秸秆等为原料，通过热裂解方式生产生物炭的设备。

背景技术

我国每年秸秆的产出量约为7亿吨以上，这些秸秆约有50％被用做薪柴，而约16％被露天焚烧，带来严重的环境污染，同时每年尚有40亿吨以上有机垃圾的产出，这些都对环境带来影响。在全球节能减排的大背景下，我国也提出了到2020年二氧化碳排放比2005年减少40～45％的硬性指标，因此合理处理这些生物质类废弃物是急需解决的问题之一。秸秆和畜禽粪便为主的农业生物质热裂解过程可转化成气、炭、油三种产物，即转化为可燃气、生物炭、焦油等物质，既可以充分利用秸秆中的有效成分，又将秸秆中的碳固定为稳定生物炭。生物炭为一种很好的土壤改良物质，可改善土壤的物理、化学性质，增强土壤的保水保肥能力，同时其中的炭矿化非常慢，因此能减少大气中的二氧化碳排放，降低温室效应，此外生物炭尚有其它广泛的用途如处理污水等。焦油为重要的化工原料，可直接用作木材防腐剂、矿石浮选剂、碳素制品添加剂等，同时还可以开发为农用植物保护剂及叶面肥等，分离后可提炼出苯、苯酚及其衍生物，可广泛用做溶剂、燃料、医药中间体、食品防腐剂等。

目前秸秆热裂解装置多集中在生产转化裂解气和生物油，而生物炭是作为一种副产品。利用秸秆生产生物炭、焦油、木醋、可燃气的技术我国已有研究，CN101225316A，CN102092709A，CN101875845A，CN102020999A，CN200920232191.9等技术均涉及利用生物制生产生物炭等产品，但这些技术存在以下问题：1.有些需要电能作为生物质裂解的能源，或者需要向有机物料中添加其它物质，这会增加生物炭生产成本。2.不能实现温度自动控制，从而导致裂解过程中温度多变，生物炭的性能及质量无法有效控制。而根据已有的研究表明不同温度下裂解产生的生物炭性能差别较大，而且不同产物的产出比率明显不同。3.上述设备多为间断式生产，即分批次裂解，不能实现生物质的连续添加及生物炭的连续产出。这些缺点在一定程度上会制约该项技术的推广。其它将生物质转化为可燃气及生物柴油的处理方法只是将生物质转化为能源，不能够将生物质中的炭实现固定，在降低温室气体排放方面存在缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决在生物质热裂解过程中由于松散的生物质原料喂料不畅、炭化不充分、可燃气回用等问题，采用一种移动床炭化装置，实现输送物料的同时主动压实，推动物料在炉体内移动，在炭化区内专门设计扰动器，破坏热解炭化后的物料压实层，减小料层间、物料颗粒及其相互间热解传热传质的阻碍，利于充分炭化反应，操作简便，提高了产率及能量获得率，适用于多种生物质原料的生物炭生产。

为达到这一目的所采取的技术方案包括喂料斗2、连续式炭化炉7、操作平台17和三通出料口13，其特征在于，操作平台17上部通过滑轮24与吊车18滑动连接、中部通过连接臂23与连续式炭化炉7固接，喂料斗2通过关风器1连接在连续式炭化炉7的顶盖5上，连续式炭化炉7的顶部装有物料主动压实器6、下部四周均布检测探测孔9，三通出料口13的上部与连续式炭化炉7内部的扰动器19转动连接，下部与螺旋输送机12连接。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在顶盖5下端与连续式炭化炉7上端通过螺栓连接，构成一个整体，并且能够打开，连续式炭化炉7外部装有保温层28，起到保温的作用。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在连续式炭化炉7的顶盖5右上部开有探视窗4，并与顶盖5上平面通过螺栓连接，其作用是能够观察生物炭产生的过程。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在连续式炭化炉7的顶盖5正上部装有物料主动压实器电机3，物料主动压实器电机3输出下轴端端部与物料主动压实器6通过键构成固定连接，能够将物料主动导入到炉体，并将喂入的物料压实，防止反料，推动物料在炉体内移动。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，连续式炭化炉7的顶盖5左上部装有喂料斗2，并通过关风器1连接与顶盖5固接。能够实现连续喂料，关风器1保证热解过程中防止气体进入。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，连续式炭化炉7上部为圆柱形，外部直径为1400mm，下部为倒置圆台形，圆台直径为500mm，整体设计高度4200mm，内装有倒料筒15，由直径为1000mm耐热钢制成，最高设计温度1200℃，下端有炉门20。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在连续式炭化炉7右侧壁上部开有上出风口8、中部开有中出风口26、下端开有下出风口28，出风口的轴线与连续式炭化炉7的外壁相切，3个出风口位置分布在连续式炭化炉7的上、中、下部，实现了生物炭生产过程中的从连续式炭化炉不同的位置抽出空气，提高炭的产率。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在连续式炭化炉7的四周均布4个上进风口27和4个下进风口16，进风口的轴线与连续式炭化炉7的轴线垂直，通过调节风量来实现温度的调节。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，在连续式炭化炉7的四周均布4列检测探测孔9，径向每列有11个检测探测孔9，探测孔直径为14mm，装有耐高温石英玻璃，检测探测孔均匀分布，实时探测炉体内炭化过程，并采集多点实时温度。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，连续式炭化炉7下方的扰动器19通过扰动器电机21带动，通过带轮和皮带构成皮带传动机构，且扰动器19轴线与连续式炭化炉7的轴线重合，扰动器19破坏热解炭化后的物料压实层，减小料层间、物料颗粒及其相互间热解传热传质的阻碍，利于充分炭化反应。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，连续式炭化炉7下方装有插板式筛板10，插板式筛板10装有加热棒，当物料充满连续式炭化炉7时，能够自动加热，点燃原料，开始炭化，同时能够按照生物炭的产量调整插板式筛板10，保证产生的生物炭落入三通出料口13。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，螺旋输送机11左部与三通出料口13下方固接，出料关风器12通过螺栓连接方式与螺旋输送机11右下端固接，螺旋输送机11通过螺旋输送机电机22带动。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，炭化过程中产生的可燃气通过上出风口(8)、中出风口26和下出风口28，导入到可燃气入口14，实现可燃气回用，实现炉体内加热，满足炉体内供热增温，降低了运行成本。

上述的内加热连续式生物炭成套设备，吊车18安装在操作平台17的左侧，下部装有吊钩25，能够将物料运送到操作平台顶部。

本发明的内加热连续式生物炭成套设备中，操作平台能够将吊车和连续式炭化炉固接在一起，形成一个整体，设计合理。操作平台的上部通过滑轮与吊车滑动联系，保证了物料从地面运送到操作平台的顶部，然后进入料斗。本发明的连续式炭化炉通过连接臂与操作平台固接，设计合理，连续式炭化炉上安装喂料斗、物料主动压实器、扰动器、检测探测口、三通出料口等，其中上部安装喂料斗，同时装有关风器，生产过程中能够实现连续喂料，并防止气体进入；本发明中物料主动压实器6设计合理，能够将物料主动导入到炉体，并将喂入的物料压实，防止反料，推动物料在炉体内移动；在连续式炭化炉的四周均布4列检测探测孔，径向每列有11个检测探测孔9，探测孔直径为14mm，装有耐高温石英玻璃，检测探测孔均匀分布，实时探测炉体内炭化过程，并采集多点实时温度；在连续式炭化炉下部专门设计扰动器，破坏热解炭化后的物料压实层，减小料层间、物料颗粒及其相互间热解传热传质的阻碍，利于充分炭化反应。炭化过程中产生的可燃气通过中出风口和下出风口排出，然后导入到可燃气入口，实现可燃气回用，满足炉体内供热增温，降低了运行成本。产生的生物炭通过连续式炭化炉下端的三通出料口落入到螺旋输送机中，然后通过螺旋输送机电机带动螺旋将生物炭排出。

具有以上结构特点的内加热连续式生物炭成套设备所具有的优点如下：

(1)本发明解决了连续喂料的问题。由于生物质原料松散、流动性差且形状不规则，物料颗粒之间容易搭接或黏着，导致喂料不畅，本发明采用吊车和喂料关风器上料喂料，实现了实时计量、连续喂料，隔断与空气接触，同时设计了主动压实器，工作时，可将生物质原料带动旋转喂入，同时不断产生压缩力对松散物料压实，增加了物料流动性和密实度；

(2)本发明提高了生物炭产量。在连续式炭化炉内安装扰动器，通过扰动器抄动物料，破坏已有的压实层，减小料层间、物料颗粒及其相互间热解传热传质的阻碍，利于充分反应，提高产率和能量获得率。

(3)本发明采用内加热，降低了能耗。本发明的连续式炭化炉内部由耐热钢制成，内部整体设计高度4200mm，最高设计温度1200℃，采用内热加辅助补充外热方式为炉体内增温保温提供热量，即在插板式筛板10装有加热棒，当物料充满连续式炭化炉7时，能够自动加热，点燃原料，开始炭化，同时生产过程中产生的可燃气回用，满足炉体内供热增温，降低了能耗。

(4)本发明实现了生产过程中实时监测。在连续式炭化炉内部设计了检测探测孔，均匀分布，实时探测炉体内炭化过程，并采集多点实时温度，实现了实施监测。

附图说明

图1为内加热连续式生物炭成套设备主视示意图；

图2为内加热连续式生物炭成套设备A向示意图；

图3炭化设备A-A剖面示意图；

图4炭化设备B-B剖面示意图；

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进行描述。

如图1、图2、图3、图4所示，1为喂料关风器，2为喂料斗，3为物料主动压实器电机，4为探视孔，5为顶盖，6为物料主动压实器，7为连续式炭化炉，8为出风口，9为检测探测孔，10为插板式筛板，11为螺旋输送机，12为出料关风器，13为三通出料口，14为可燃气入口，15为导料筒，16为进风口，17为操作平台，18为吊车，19为扰动器，20为炉门，21为扰动器电机，22为螺旋输送机电机，23为连接臂，24为滑轮，25为吊钩，26为中出风口，27为上进风口，28为下出风口，29为保温层。

喂料关风器1、喂料斗2、物料主动压实器电机3、探视窗4、顶盖5、物料主动压实器6、操作平台17和吊车18组成了本发明的喂料部分，吊车18与操作平台17顶部通过滑轮24构成滑动连接，吊车18下端的吊钩25能够将物料从地面提升到喂料斗2中。喂料关风器1置于顶盖5左上部并与顶盖5上平面通过螺栓连接，探视窗4置于顶盖5右上部并与顶盖5上平面通过螺栓连接，喂料斗2固接在喂料关风器1上部，物料主动压实器电机3置于顶盖5正中间，在物料主动压实器电机3输出下轴端端部与物料主动压实器6通过键构成固定连接。

热解炭化主体由连续式炭化炉7、出风口8、检测探测孔9、插板式筛板10、螺旋输送机11、出料关风器12、三通出料口13、螺旋输送机电机22、扰动器19和扰动器电机21组成，连续式炭化炉7外面装有保温层29，通过连接臂23与操作平台17固接。

在顶盖5下端与连续式炭化炉7上端通过螺栓连接，连续式炭化炉7与操作平台17中层固接，在物料主动压实器6右下方，在连续式炭化炉7右侧壁上有上出风口8、中出风口26、下出风口28，出风口的轴线与连续式炭化炉7的外壁相切，在连续式炭化炉7外壁均布上进风口27和下进风口16，进风口的轴线与连续式炭化炉7的轴线垂直。

连续式炭化炉7圆柱面上，轴向方向有4组检测探测孔9与连续式炭化炉7固接，径向每组有11个检测探测孔9，插板式筛板10垂直固接在连续式炭化炉7下端右边。

三通出料口13置于插板式筛板10下方与连续式炭化炉7下端固接，扰动器电机21置于连续式炭化炉7下方与扰动器19下端通过带轮和皮带构成皮带传动机构，扰动器19置于连续式炭化炉7下半内部与三通出料口13构成转动连接，扰动器19轴线与圆柱型连续式炭化炉7轴线重合。

螺旋输送机11左部与三通出料口13下方固接，出料关风器12通过螺栓连接方式与螺旋输送机11右下端固接，螺旋输送机电机22位于插板式筛板10下方螺旋输送机11右上方通过皮带和带轮与螺旋输送机11右端构成皮带传动结构。

本发明结合图例说明如下：

实施例：采用生物质成型燃料生产生物炭

采用本发明的内加热连续式生物炭成套设备生产生物炭，原料为生物质成型燃料，直径8mm，长度约20～30mm。干燥后重量大约1吨生物质成型燃料经吊钩通过吊车提升到操作平台的顶部，导入到喂料斗，喂入到喂料关风器中，当物料充满料斗后，慢慢打开喂料关风器，物料经主动式压实器输送进入炭化炉体内，在输送过程中被逐渐压实，因生物质携带少量空气，此时点燃电阻棒，炉内引燃部分生物质，提升炉内温度，通过进出风口控制风量，可调节升温速率，随着物料加入，炉体内温度升高，生物质开始发生热解反应，被加热到300～350℃以上时，炭化反应发生。此时将出风口产生的可燃气，通过可燃气入口导入到连续式炭化炉中，为满足炉体内供热增温。压实器和扰动器均以转速4.5转/分的速度转动，实现连续喂料和连续出料，此时生产后的生物炭被向下输送，进入三通出料口，然后再进入螺旋输送机，此时要关闭出料关风器，待生物炭温度降低到60℃以下时，同时螺旋输送机中充满了生物炭，然后打开出料关风器，将生产的生物炭排出。生产过程中物料不断的喂入、炭化、生成生物炭，实现了连续生产。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1.一种内加热连续式生物炭成套设备，包括喂料斗(2)、连续式炭化炉(7)、操作平台(17)和三通出料口(13)，其特征在于，操作平台(17)上部通过滑轮(24)与吊车(18)滑动连接、中部通过连接臂(23)与连续式炭化炉(7)固接，喂料斗(2)通过喂料关风器(1)连接在连续式炭化炉(7)的顶盖(5)上，连续式炭化炉(7)的顶部装有物料主动压实器(6)、下部四周均布检测探测孔(9)，三通出料口(13)的上部与连续式炭化炉(7)内部的扰动器(19)转动连接，下部与螺旋输送机(12)连接。

2.根据权利要求1所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在顶盖(5)下端与连续式炭化炉(7)上端通过螺栓连接，连续式炭化炉(7)外部装有保温层(28)。

3.根据权利要求1或2所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在连续式炭化炉(7)的顶盖(5)右上部开有探视窗(4)，并与顶盖(5)上平面通过螺栓连接。

4.根据权利要求1或2所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在连续式炭化炉(7)的顶盖(5)正上部装有物料主动压实器电机(3)，物料主动压实器电机(3)输出下轴端端部与物料主动压实器(6)通过键构成固定连接。

5.根据权利要求1或2所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于连续式炭化炉(7)的顶盖(5)左上部装有畏料斗(2)，并通过喂料关风器(1)连接与顶盖(5)固接。

6.根据权利要求1所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于连续式炭化炉(7)上部为圆柱形，外部直径为1400mm，下部倒置圆台形，圆台直径为500mm，整体设计高度4200mm，内装有倒料筒(15)，由直径为1000mm耐热钢制成，最高设计温度1200℃，下端有炉门(20)。

7.根据权利要求1或6所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在连续式炭化炉(7)右侧壁上部开有上出风口(8)、中部开有中出风口(26)、下端开有下出风口(28)，出风口的轴线与连续式炭化炉(7)的外壁相切。

8.根据权利要求1或6所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在连续式炭化炉(7)的四周均布4个上进风口(27)和4个下进风口(16)，进风口的轴线与连续式炭化炉(7)的轴线垂直。

9.根据权利要求1或6所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于在连续式炭化炉(7)的四周均布4列检测探测孔(9)，径向每列有9个检测探测孔9，探测孔直径为14mm，装有耐高温石英玻璃。

10.根据权利要求1或6所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于连续式炭化炉(7)下方的扰动器(19)通过扰动器电机(21)带动，通过带轮和皮带构成皮带传动机构，且扰动器(19)轴线与连续式炭化炉(7)的轴线重合。

11.根据权利要求1或6所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于连续式炭化炉(7)下方装有插板式筛板(10)，插板式筛板(10)上装有力热棒。

12.根据权利要求1所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于螺旋输送机(11)左部与三通出料口(13)下方固接，出料关风器(12)通过螺栓连接方式与螺旋输送机(11)右下端固接，螺旋输送机(11)通过螺旋输送机电机(22)带动。

13.根据权利要求1所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于炭化过程中产生的可燃气通过上出风口(8)、中出风口(26)和下出风口(28)导入到可燃气入口(14)。

14.根据权利要求1所述的内加热连续式生物炭成套设备，其特征在于吊车(18)安装在操作平台(17)的左侧，下部装有吊钩(25)。能够将物料运送到操作平台顶部。

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