CN104073265A - 一种旋转炭化炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转炭化炉，包括旋转炉筒和进料器，旋转炉筒设置进料器的一端为进料端，旋转炉筒的另一端为出料端；所述旋转炭化炉还包括燃烧室、进料端气室和出料端气室，出料端气室设置于出料端并与旋转炉筒内腔相通；进料端气室设于进料端并被一进料端气室隔板分隔为进料端燃气气室和进料端烟气气室，进料端烟气气室与旋转炉筒之间留有间隙。无需复杂的动密封，可以高效的将生物质废料转换成为高品位炭化料，同时燃气气室与旋转炉筒之间避免物理连接，从而解决了炭化作业中常见的木煤气泄漏引发气爆、木焦油木醋酸冷凝堵塞管道、以及粉尘排放污染大气等问题。

Description

一种旋转炭化炉

技术领域

本发明涉及能源设备领域，特别涉及一种对生物质原料进行热解炭化生成燃气和炭化料的旋转炭化炉。

背景技术

在传统的木竹加工企业中，木屑、刨花等生物质废料远未得到充分的回收再利用，大部分都作为锅炉燃料直接燃烧利用。因技术限制和材料特性，直接燃烧效率较低，燃烧不完全，容易产生氮氧化物、一氧化碳、粉尘等大气污染物。

要将低品位的生物质能转换成为高品位能源，必须对生物质进行处理，常见的途径是对其进行炭化，主要方法有：炭化窑间歇炭化法，封闭闷罐炭化法，干馏法，但是其炭化时间长，自动化程度低，炭化产品质量不高，生产环境恶劣，产品质量严重依赖于工人经验等。回转式炭化炉已经被采用，但是存在炭化效率低下，结构过于复杂，设备成本过高，经济性较差等缺点，并伴有木煤气泄漏引发的气爆、木焦油木醋酸冷凝堵塞管道等有害状况。

中国专利CN102032553A《一种连续回转式生物质热解炭化和锅炉供热一体化的设备》公开了一种利用生物质热解炭化一体设备。但其结构设计不够合理，其旋转中的炭化炉与固定的星型下料器之间必然存在运动缝隙，因此炭化过程产生的木煤气无法完全与空气隔离，空气容易混入木煤气中发生气爆，或者木煤气逃逸到设备外部污染环境，成为安全隐患。同时，回转炉中的烘干段减低了木煤气的抽取温度，木焦油、本沥青等容易冷凝成型，堵塞管道甚至发生泄漏，造成污染。

发明内容

基于此，本发明的发明人提供了一种旋转炭化炉，包括旋转炉筒和进料器，旋转炉筒设置进料器的一端为进料端，旋转炉筒另一端为出料端；

所述旋转炭化炉还包括燃烧室、进料端气室和出料端气室，出料端气室设置于出料端并与旋转炉筒内腔相通；

进料端气室设于进料端并被一进料端气室隔板分隔为进料端燃气气室和进料端烟气气室，进料端燃气气室与旋转炉筒内腔相通并通过第一管道与燃烧室相通；进料端烟气气室通过第二管道与燃烧室相通，并且进料端烟气气室与旋转炉筒之间留有间隙；

旋转炉筒内腔设有烟气换热通道，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口连通于出料端气室；烟气出口连通于进料端烟气气室。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述出料端气室被一出料端气室隔板分隔为出料端烟气气室和出料端燃气气室，连通出料端气室和燃烧室的第四管道连接于出料端烟气气室，出料端燃气气室与旋转炉筒内腔连通；出料端烟气气室与旋转炉筒之间留有间隙。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，进料端烟气气室与出料端烟气气室之间通过第三管道连通，第三管道中设有第三流量调节器。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，进料端连通进料端烟气气室与燃烧室的第二管道内设有第二流量调节器。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述烟气换热通道包括烟管或换热夹层；

所述烟管为中空管式结构，所述换热夹层为固定于旋转炉筒内壁的夹层结构。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒内腔设有径向安装的加强筋，所述加强筋与烟管固定连接。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述烟管一端与进料端焊接，另一端与出料端可伸缩式密封；或所述烟管一端与出料端焊接，另一端与进料端可伸缩式密封。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述进料器包括螺旋送料器、带式输送器、埋刮板传送带、星形落料器或振动送料器；所述螺旋送料器内包括螺旋叶轴，所述螺旋送料器的筒体长度大于螺旋叶轴的轴向长度。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒外部包裹有隔热保温层。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述旋转炉筒的轴线与水平面呈一倾角，旋转炉筒进料端的高度相对高于旋转炉筒出料端。

上述技术方案通过对生物质进行绝氧加热，使其发生热解炭化反应，将生物质转化成绿色、环保、高品质的固态炭化料。本设备采用前后对称的结构，巧妙的解决了炭化装置与气室之间燃气泄漏的问题，大大提高了设备的安全性。同时免去了结构复杂的动密封，从而降低了成本，提高了设备的经济性。

附图说明

图1为本发明一实施方式所述旋转炭化炉的结构示意图；

图2为本发明另一实施方式所述旋转炭化炉的结构示意图。

附图标记说明：

1-进料器

2-进料端气室

3-旋转炉筒

4-进料端燃气气室

5-进料端气室隔板

6-进料端烟气气室

7-进料端气室间隙

8-隔热保温层

9-烟气换热通道

10-出料端烟气气室

11-出料端气室隔板

12-出料端气室间隙

13-出料端燃气气室

14-出料端气室

15-第四管道

16-燃烧室

17-支架

18‐第一管道

19‐第一流量调节器

20‐第二管道

21‐第二流量调节器

22‐第三管道

23‐第三流量调节器

24‐螺旋叶轴

25‐螺旋送料器筒体

26-烟气出口

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，为本发明一实施方式所述旋转炭化炉的结构示意图；一种旋转炭化炉，包括旋转炉筒3和进料器1，旋转炉筒3设置进料器1的一端为进料端，旋转炉筒3另一端为出料端。

所述旋转炭化炉还包括燃烧室16、进料端气室2和出料端气室14，出料端气室14设置于出料端并与旋转炉筒3内腔相通；

进料端气室2设于进料端并被一竖直的进料端气室隔板5分隔为进料端燃气气室4和进料端烟气气室6，所述进料端燃气气室4和进料端烟气气室6内的气体不连通。进料端燃气气室4与旋转炉筒3内腔相通并通过第一管道18与燃烧室16相通；旋转炭化炉的旋转炉筒3内腔对生物质燃料加热生成的燃气可通过第一管道18被输送往燃烧室16。第一管道18中设有第一流量调节器19，用于调节第一管道18中烟气的流量。进料端烟气气室6通过第二管道20与燃烧室16相通，并且进料端烟气气室6与旋转炉筒3之间留有进料端气室间隙7。所述进料端气室间隙7的作用是使得进料端气室2与旋转炉筒3之间无需复杂的动密封结构，允许空气进入进料端气室2中的进料端烟气气室6，使得空气与烟气混合后进入燃烧室16更有助于燃烧，也可省去通常应设置于燃烧室16的用于引入空气的结构，整个旋转炭化炉的结构即得到了进一步的精简。此外，本发明各实施方式中所述流量调节器可以是风机、风阀、挡火板或其他能够起到调节气体流量功能的装置或结构。当流量调节器将流量调节为零时实际效果等同于关闭管道；当流量调节为全通时实际效果等同于关闭流量调节器。

旋转炉筒3内腔设有烟气换热通道9，所述烟气换热通道9的通道壁为导热壁，烟气换热通道9设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道9的烟气入口连通于出料端气室14；烟气出口连通于进料端烟气气室6。本实施方式中，烟气换热通道9的烟气入口即连通于出料端烟气气室10，将来自燃烧室16的高温烟气引入烟气换热通道9。

然后，高温烟气经过烟气换热通道9进入进料端烟气气室6，并与从进料端间隙7进入的空气混合，通过第二管道20引入燃烧室16再次燃烧。这种设计一方面回收了热交换后低温的烟气中的热量，节约了能源，另一方面为燃烧室16提供了空气并提高了空气的初温，使其在燃烧室16中与燃气混合燃烧的效率更高。

此外，进料端燃气气室4中的燃气在进入燃烧室16之前，会通过进料端气室隔板5被进料端烟气气室6内的高温烟气预热；如此一来，还具有维持燃气温度的效果，以保证烟气中的焦油等易冷凝物质将仍以气态的形式进入燃烧室中燃烧，从而解决了焦油、沥青等易冷凝物质堵塞管道、泄露滴漏的问题。燃气在燃烧室16内充分燃烧后，其产物仅为水和二氧化碳，彻底解决了传统的生物质炭化作业中的污染排放问题。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述出料端气室14被一竖直的出料端气室隔板11分隔为出料端烟气气室10和出料端燃气气室13，出料端烟气气室10和出料端燃气气室13内的气体不连通；连通出料端气室14和燃烧室16的第四管道15连接于出料端烟气气室10，燃烧室16内的高温烟气通过所述第四管道15被引入出料端烟气气室10。出料端燃气气室13与旋转炉筒3内腔连通；出料端烟气气室10与旋转炉筒3之间留有出料端气室间隙12。

本实施方式中，进料端燃气气室4与出料端燃气气室13实际上通过旋转炉筒3内腔而达到了连通的效果。

此外，本实施方式的结构设计使得进料端燃气气室4和出料端燃气气室13与旋转炉筒3之间不产生物理连接，这种设计可以彻底避免燃气泄漏，也避免了燃气与空气混合后发生气爆的危险，更大程度地保障了设备的安全运行。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述烟气换热通道9包括烟管或换热夹层；所述烟管为中空管式结构，所述换热夹层为固定于旋转炉筒3内壁的夹层结构。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒3内腔设有径向安装的加强筋，所述加强筋与烟管固定连接。加强筋一方面加强旋转炉筒3的强度，另一方面也对横贯旋转炉筒3内部的烟气换热通道9进行固定。

进一步地，本实施方式所述的旋转炭化炉中，所述烟管选用耐高温不锈钢制无缝钢管，其一端与进料端焊接，另一端与出料端可伸缩式密封；或所述烟管一端与出料端焊接，另一端与进料端可伸缩式密封。这种设计的目的是容许烟管因热胀冷缩产生的变形。在其他实施方式中还可能视具体情况而选择常规的可消除换热通道热变形的安装方式或结构。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒3外部包裹有隔热保温层8，以达到减少散热节约能量的目的。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述旋转炉筒3的轴线与水平面呈一倾角。本实施方式中，旋转炉筒3由不锈钢材料制成，外部焊装两组支撑导轨并由安装在支架17上的托轮支撑，由挡轮固定其位置。旋转炉筒3的筒体外周焊装传动齿轮，由电动机经减速箱带动旋转炉筒3旋转。旋转炉筒3的轴线与水平面呈一定倾角(本实施方式中倾角为2度)，使进料口一端相对抬高，出料口一端相对降低，这种设计的目的是使生物质原料在旋转炉筒3的旋转带动结合重力作用下由进料端向出料端移动。

在本实施方式应用于生产的过程中，生物质原料通过进料器1进入旋转炭化炉内部，在旋转炉筒3内向前移动的同时，在烟气换热通道9的加热作用下发生热解，变成固态的炭化料和气态的燃气、焦油等物质。固态的炭化料通过出料端送出。气态物质进入进料端燃气气室4后经过第一管道18引入燃烧室16中进行燃烧，产生高温的烟气；高温烟气又通过出料端烟气气室10进入烟气换热通道9，对旋转炉筒3内部的生物质加热，促使生物质发生热解炭化反应。

请参阅图2，为本发明另一实施方式所述旋转炭化炉的结构示意图。本发明另一实施方式所述的旋转炭化炉中，进料端烟气气室6与出料端烟气气室之间10通过第三管道22连通，所述第三管道22中设有第三流量调节器23。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，进料端连通进料端烟气气室6与燃烧室16的第二管道20内设有第二流量调节器21。

第二管道20中的第二流量调节器21的作用是可以通过调节烟气流量而调节燃烧室16内部的温度。第三管道22中的第三流量调节器23的作用是调整烟气换热通道的温度，进而控制炭化反应速度和炭得率。

本实施方式中，从燃烧室16中引出的高温烟气一部分通过第四管道15输送到出料端烟气气室10，剩余部分还可以从设有的烟气出口26供给其他设备如热压机、烘干窑、炉灶等使用，从而达到最大限度的对能源的节约利用。

进一步地，所述的旋转炭化炉中，所述进料器1为螺旋送料器，生物质原料经过漏斗进入螺旋送料器内部，螺旋送料器内包括螺旋叶轴24，螺旋叶轴24将生物质原料推送到旋转炉筒3内部。所述螺旋送料器筒体25的长度大于螺旋叶轴24的轴向长度。本实施方式中，螺旋送料器筒体25的长度比螺旋叶轴24长50厘米，使得部分生物质在落入旋转炉筒3之前会在螺旋送料器筒体25尾端滞留，从而挡住了燃气的泄露和空气的渗入，保证了本设备安全、高效的运行。在其他实施方式中，进料器1的形式还可以是带式输送器、埋刮板传送带、星形落料器或振动送料器能实现物料传送功能的装置。

在本发明又一实施方式中，旋转炉筒3的进料端和出料端均焊有法兰，进料端法兰上焊有进料导管，出料端法兰上焊有出料导管。法兰的功能是实现旋转炉筒与进料导管或出料导管的连接。出料端燃气气室与进料端燃气气室通过进料导管、旋转炉筒、出料导管所构成的空间连通。其中进料导管和出料导管的直径大于、等于或小于旋转炉筒的直径。所述进料器1穿过进料端燃气气室6并伸入进料导管内。

进料导管、进料端法兰、旋转炉筒3、出料端法兰和出料导管同轴分布，其轴线与水平面呈一倾角且可同步旋转。进料导管高度相对高于出料导管位置。

上述实施方式无需复杂的动密封，可以高效的将生物质废料转换成为高品位炭化料，同时解决了炭化作业中常见的木煤气泄漏引发气爆、木焦油木醋酸冷凝堵塞管道、以及粉尘排放污染大气等问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种旋转炭化炉，包括旋转炉筒和进料器，旋转炉筒设置进料器的一端为进料端，旋转炉筒另一端为出料端；

所述旋转炭化炉还包括燃烧室、进料端气室和出料端气室，出料端气室设置于出料端并与旋转炉筒内腔相通；

进料端气室设于进料端并被一进料端气室隔板分隔为进料端燃气气室和进料端烟气气室，进料端燃气气室与旋转炉筒内腔相通并通过第一管道与燃烧室相通；进料端烟气气室通过第二管道与燃烧室相通，并且进料端烟气气室与旋转炉筒之间留有间隙；

旋转炉筒内腔设有烟气换热通道，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口连通于出料端气室；烟气出口连通于进料端烟气气室。

2.如权利要求1所述的旋转炭化炉中，所述出料端气室被一出料端气室隔板分隔为出料端烟气气室和出料端燃气气室，连通出料端气室和燃烧室的第四管道连接于出料端烟气气室，出料端燃气气室与旋转炉筒内腔连通；出料端烟气气室与旋转炉筒之间留有间隙。

3.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，进料端烟气气室与出料端烟气气室之间通过第三管道连通，第三管道中设有第三流量调节器。

4.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，进料端连通进料端烟气气室与燃烧室的第二管道内设有第二流量调节器。

5.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，所述烟气换热通道包括烟管或换热夹层；

所述烟管为中空管式结构，所述换热夹层为固定于旋转炉筒内壁的夹层结构。

6.如权利要求5所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒内腔设有径向安装的加强筋，所述加强筋与烟管固定连接。

7.如权利要求5所述的旋转炭化炉中，所述烟管一端与进料端焊接，另一端与出料端可伸缩式密封；或所述烟管一端与出料端焊接，另一端与进料端可伸缩式密封。

8.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，所述进料器包括螺旋送料器、带式输送器、埋刮板传送带、星形落料器或振动送料器；所述螺旋送料器内包括螺旋叶轴，所述螺旋送料器的筒体长度大于螺旋叶轴的轴向长度。

9.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，旋转炉筒外部包裹有隔热保温层。

10.如权利要求1或2所述的旋转炭化炉中，所述旋转炉筒的轴线与水平面呈一倾角，旋转炉筒进料端的高度相对高于旋转炉筒出料端。