一种生物质连续式高温炭化设备的制作方法

该发明涉及一种炭化设备，特别是涉及一种生物质连续式高温炭化设备。

背景技术：

目前，国内现有的生物质连续炭化设备技术一般为简单的外加热滚筒式连续碳化设备，从外观形式上分为多层小型滚筒管道重叠形式和滚筒回转型式两种，其生产技术目的相同，理念都是输送机上料，通过外部辅助燃料燃烧对单层钢板构成自旋转滚筒筒体进行加热，利用滚筒筒体钢材的热传导辐射热量对滚筒筒体内的生物质原材料进行加热碳化，需要大量外部辅助热能进行加热，其配置的气化炉需将大量生物质材料进行不充分燃烧的造气反应过程，存在消耗燃料成本过高、浪费大量碳化可用资源的缺点，也容易出现碳化不到位的情况，再次燃烧时会有烟。外加热滚筒式连续碳化装置一般配置有气化炉、单层主滚筒、简易的烟气净化设备构成，设计不合理，机械装置过多，很容易发生运转方面的机械故障，属于维护成本较高、产能及产品质量低的技术，从而无法在市场上全面推广。

传统连续碳化设备同时还具有以下有待改进的地方，单层炭化滚筒筒体在滚动运动状态下加热后会产生物理扭曲变形，从而导致钢板构成的滚筒主体不同心，进而致使该设备维修率高、使用寿命短，甚至危及操作人员人身安全。依靠钢板为媒介进行热传导，大量可用热能量无法充分利用于实际碳化吸热反应，热能或被热传导媒介吸收、或在未被媒介吸收前直接散失。钢材最高软化临界温度500℃，所以滚筒外壁燃烧加热不宜过高，导致筒体内最高碳化可用温度不超过400℃，该最高临界温度无法对生物质进行充分高温碳化，因而无法制得高质量炭。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中，传统连续碳化设备存在诸多不足的问题，提供一种炭化质量较高的生物质连续式高温炭化设备。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的生物质连续式高温炭化设备：含有进料装置、炭化滚筒、催化装置、缓冲装置、出料冷却装置、烟气净化装置和底座，其中炭化滚筒倾斜布置在底座上，炭化滚筒从进料口至出料口依次分为干燥区、热解区和炭化区，其中干燥区端通过密封装置套接进料装置的出料口，干燥区端通过管道固定连接烟气净化装置，炭化区的出料口通过密封装置套接在缓冲装置的进料口处，缓冲装置的出料口固定连接在出料冷却装置的进料口处，缓冲装置的一侧固定连接有催化装置的加热喷嘴，炭化滚筒进料口的垂直高度高于出料口，炭化滚筒的内壁固定嵌有耐火保温层，炭化滚筒的内壁径向固定有搅拌翅。

优选地，所述催化装置含有风机、风箱、料斗、混料控制装置、混料仓和喷嘴，其中风机的进风口固定接入风箱，风箱的出风口固定接入混料仓，料斗内的原料通过混料控制装置被送入混料仓中，混料仓内固定设有燃烧器，混料仓通过喷嘴固定接入缓冲装置内。

优选地，所述进料装置将原料送到炭化滚筒的进料口，炭化滚筒内壁上的搅拌翅将原料由炭化滚筒进料口传输至炭化滚筒出料口，烟气净化装置将炭化过程产生的气体从炭化滚筒的出料口吸向进料口，进料装置为斗式提升机或带式输送机。

优选地，所述密封装置为多层环状的密封片互相贴合连接，密封片含有多个密封鳞片。

优选地，所述耐火保温层含有髙铝耐火砖层和纳米保温层。

优选地，所述搅拌翅为扇形，其倾斜固定在炭化滚筒的内壁上。

优选地，所述烟气净化装置的出口固定连接有排气管道或气体收集装置。

优选地，所述出料冷却装置含有冷却水箱和出料管，冷却水箱含有进水口和出水口，冷却水箱内部折回贯穿有多排出料管，多排出料管之间首尾相贯通，单排出料管的两个端盖的中心部分套结有搅拌轴，搅拌轴上固定套结有螺旋状的搅拌叶片，其中搅拌轴位于出料管外部的一端固定连接有皮带轮，皮带轮通过皮带、出料电机皮带轮和出料电机的输出轴相连接，相邻两个出料管外部的皮带轮之间通过皮带彼此连接。

优选地，所述炭化滚筒的筒壁上设有测温孔、测压孔和观察孔。

优选地，所述炭化滚筒的中轴线和底座之间的夹角为α，其中5°≤α≤40°。

与现有技术相比，本发明生物质连续式高温炭化设备具有以下优点：本设备排除了所有外加热式连续碳化装置在现行技术存在的缺点，并有效地针对进行了技术改良，改进后在以下几个实际运行中方面得到技术优势的充分体现：

1、炭化滚筒筒体内部采用了双层耐火保温材料及纳米保温材料，筒体外部钢板不会因在运动工作状态下吸收大量热量而产生变形和外部钢铁质部件受热损坏，更不存在因筒体扭曲变形和部件损坏产生的安全隐患。

2、本发明内部热能量利用率高，加之保温材料热传导系数低，炭化滚筒筒体外部不存在大量热能散失，设备的保温效果得到很大提升，热效率高，炉内温度可达600-1000℃，解决了外加热滚筒式连续炭化设备炭化温度低的缺点，采用扇形耐高温推进装置匀速推进，使炭成品质量、密度、发热值有了很大幅度的提高；使木炭粉的质量达到了中、高温炭的标准。

3、节省燃料，不需要原有外加热连续碳化设备中配置的气化炉，碳化所需热能依靠生物质原料自身燃烧反应加热，彻底改变了之前行业内连续碳化技术需要辅助热能及燃料的现状。

4、本发明第一道烟气净化采用水雾化吸附并过滤，第二道采用循环水冷空气使烟气体液化，第三道采用滤料对剩余烟气混合物进行吸附和细致过滤，多级净化系统的净化先进，环保性和净化效果提高50%；解决了炭化设备工作时污染大的问题。

5、本发明中接触高温的炭化滚筒，其内部均采用双层耐温1400℃的耐火保温材料，对设备本身影响较小，所有设备的使用寿命明显提高，解决了外加热滚筒式连续炭化设备工作不耐用，维修率高的缺点。

6、炭化方式从原来的干馏炭化改为缺氧自燃煅烧炭化，使炭化的温度最高可达1000℃左右，使碳粉的含炭量和发热值达到高温炭的标准，属于生物质高温炭化设备。

附图说明

图1是本发明生物质连续式高温炭化设备的整体结构示意图；

图2是本发明生物质连续式高温炭化设备图1中a-a’的剖面结构示意图；

图3是本发明生物质连续式高温炭化设备中搅拌翅的正视结构示意图；

图4是本发明生物质连续式高温炭化设备中搅拌翅的侧视结构示意图；

图5是本发明生物质连续式高温炭化设备中出料冷却装置的结构示意图；

图6是本发明生物质连续式高温炭化设备中催化装置的侧视结构示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是进料装置，2是炭化滚筒，3是催化装置，4是缓冲装置，5是出料冷却装置，6是烟气净化装置，7是底座，8是纳米保温层，9是髙铝耐火砖层，10是搅拌翅，11是进料口，12是冷却水箱，13是出水管，14是出料口，15是进水管，16是风机，17是混料控制装置，18是料斗，19是混料仓，20是喷嘴，21是风箱。

下面结合附图和具体实施方式对本发明生物质连续式高温炭化设备作进一步说明：：生物质连续式碳化设备是将木片、优质煤、无烟煤、果壳、椰壳、木屑、竹屑、花生壳、稻壳、棉花秆、麻杆等颗粒状物质在炭化滚筒2内，保持500-1000℃左右高温条件下进行干馏碳化和炼烧，从而得到体积密度大、无烟、无毒、无味炭粉、炭片的可连续生产型碳化设备。本发明把生物质原料在主体内高温状态下，进行连续性碳化生产的机械设备，属于热工碳化技术领域，并可用于活性炭、有机肥及各种炭粉等原料的加工。

连续式木片炭化设备的工艺流程是：原料→上料→原料初炭化→原料炭化成炭粉→炭粉煅烧→冷却出料→烟气净化后环保排出。

本发明的工作流程是，先用催化装置3对生物质原料进行加热催化，当炭化滚筒2内部达到高温炭化条件时，停止催化；炉内从此不需要其他任何耗能，炭化滚筒2内所需能量是靠被炭化原料在缺氧自燃条件下炭化产生的；进料系统同时开始匀速进料进行炭化，炭化好的炭粉经过出料冷却装置5送出，产生的烟气经过烟气净化装置6净化后排出或再利用。

如图所示，本实施例中含有进料装置1、炭化滚筒2、催化装置3、缓冲装置4、出料冷却装置5、烟气净化装置6和底座7，其中炭化滚筒2倾斜布置在底座7上，炭化滚筒2从进料口11至出料口14依次分为干燥区、热解区和炭化区，其中干燥区端通过密封装置套接进料装置1的出料口14，干燥区端通过管道固定连接烟气净化装置6，炭化区的出料口14通过密封装置套接在缓冲装置4的进料口11处，缓冲装置4的出料口14固定连接在出料冷却装置5的进料口11处，缓冲装置4的一侧固定连接有催化装置3的加热喷嘴20，炭化滚筒2进料口11的垂直高度高于出料口14，炭化滚筒2的内壁固定嵌有耐火保温层，炭化滚筒2的内壁径向固定有搅拌翅10。

所述催化装置3含有风机16、风箱21、料斗18、混料控制装置17、混料仓19和喷嘴20，其中风机16的进风口固定接入风箱21，风箱21的出风口固定接入混料仓19，料斗18内的原料通过混料控制装置17被送入混料仓19中，混料仓19内固定设有燃烧器，混料仓19通过喷嘴20固定接入缓冲装置4内。

所述进料装置1将原料送到炭化滚筒2的进料口11，炭化滚筒2内壁上的搅拌翅10将原料由炭化滚筒2进料口11传输至炭化滚筒2出料口14，烟气净化装置6将炭化过程产生的气体从炭化滚筒2的出料口14吸向进料口11，进料装置1为斗式提升机或带式输送机。

所述密封装置为多层环状的密封片互相贴合连接，密封片含有多个密封鳞片。

所述耐火保温层含有髙铝耐火砖层9和纳米保温层8，耐火保温层烧结时结合多种化工原料，使烧结后的其保温系数和坚固性都有增加。炭化时炭化滚筒2内部维持在800℃左右，滚筒表皮只有50以下，滚筒外部不需要保温，或者使用一般级别的保温材料。

所述搅拌翅10为扇形，其倾斜固定在炭化滚筒2的内壁上。

所述烟气净化装置6的出口固定连接有排气管道或气体收集装置，气体收集后可用于其他需要热源的设备。

所述出料冷却装置5含有冷却水箱12和出料管，冷却水箱12含有进水口和出水口，其中进水口位于冷却水箱12的底部，内部水流循环流动，冷却水箱12内部折回贯穿有多排出料管，多排出料管之间首尾相贯通，单排出料管的两个端盖的中心部分套结有搅拌轴，搅拌轴上固定套结有螺旋状的搅拌叶片，其中搅拌轴位于出料管外部的一端固定连接有皮带轮，皮带轮通过皮带、出料电机皮带轮和出料电机的输出轴相连接，相邻两个出料管外部的皮带轮之间通过皮带彼此连接。

所述炭化滚筒2的筒壁上设有测温孔、测压孔和观察孔。

所述炭化滚筒2的中轴线和底座7之间的夹角为α，其中5°≤α≤40°。