一种制备生物质炭的装置的制作方法

本实用新型涉及生物质炭制备的装置，特别涉及一种利用生物质制备生物质炭的装置。

背景技术：

我国国土面积辽阔，又是一个农业大国，土壤的好坏直接影响着我国农作物生长。因为缺乏科学合理的管理措施，特别是使用化肥的盲目性，农田土壤已经出现了严重的污染现象，土壤中有毒有害物质含量明显积累，致使植物出现污染，农产品果实中某些有毒有害物质含量超标；炭基肥可以增加土壤孔隙度，降低土壤容重、改善土壤通气、透水状况，提高土壤最大持水量，可以增加土壤透气性和缓解土壤板结的难题，解决土壤板结的作用；炭基肥具有修复土壤重金属污染的作用，对污染土壤中的镉具有显著的吸附作用；炭基肥具有对肥料的缓释作用；制造炭基肥中最重要的一个组成成分是生物质炭，生物质炭可利用生物质制备，而生物质具有可再生性、低污染性、广泛分布性、资源丰富的特性，所以利用生物质制备生物质炭在我国具有良好的发展前景；现有技术中，传统的利用生物质制备生物质炭的固定床生物质气化装置结构简单，投资费用和生产成本低，但是其内部生产过程难以控制，生物质原料热解不充分使得生物质炭的稳定性不足，并且能源的利用率低，所需的燃料消耗量高，热能损失大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种制备生物质炭的装置，通过将生物质原料投入多段炉进行分层处理，解决了内部生产过程难以控制的问题，令生物质原料热解充分，大大提升了生物质炭的稳定性，提高了能源利用率，降低了所需的燃料消耗量和热能损失。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种制备生物质炭的装置，包括多段炉、油气分离器、蒸汽锅炉；所述多段炉包括生物质原料入口、热解油气出口、生物质炭出口、燃烧器，所述生物质原料入口位于所述多段炉顶部，所述多段炉的热解油气出口位于所述多段炉顶部，所述生物质炭出口位于多段炉底部，所述燃烧器包括燃气入口和空气入口；所述多段炉内设置有中轴，所述中轴上设置有若干炉床，所述炉床上设置有耙臂和耙齿，所述炉床上依次间隔设置有外侧落料口和内侧落料口，所述中轴穿过所述多段炉顶部的一端设置有排气口，所述中轴穿过所述多段炉底部的一端连接有轴冷风机以及驱动电机；所述油气分离器包括热解油气入口、热解油出口以及热解气出口；所述蒸汽锅炉包括热解油入口、烟气出口以及水蒸气出口；所述多段炉的热解油气出口与所述油气分离器的热解油气入口相连，所述油气分离器的热解气出口与所述燃烧器的燃气入口相连，所述油气分离器的热解油出口与所述蒸汽锅炉的热解油入口相连，所述蒸汽锅炉的水蒸气出口与所述多段炉相连。

工作时，生物质原料被送入多段炉，燃烧器通入燃气和空气点燃后加热多段炉，驱动电机转动带动中轴转动，中轴带动耙臂和耙齿搅拌生物质原料，经过充分加热后通过外侧落料口进入下一个炉床，通过耙臂和耙齿搅拌充分加热反应后进入下一个炉床，生物质原料经过多层炉床加热反应后最终形成生物质炭和热解油气，生物质炭通过生物质炭出口排出，热解油气经过油气分离器分解为热解油和热解气，热解油进入蒸汽锅炉燃烧，可以用来生产制造水蒸气送入多段炉作为还原反应的原料，热解气被送入燃烧器的燃气入口，进入多段炉中燃烧，为多段炉提供热量，轴冷风机将冷空气通入中轴，冷却中轴，换热后的空气经过排口排出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，通过控制燃烧器来调控多段炉内的温度，通过控制驱动电机的转速来调节中轴转速、耙臂以及耙齿的搅拌速度来控制生物质原料在多段炉中逐层下落的速度，解决了内部生产过程难以控制的问题，令生物质原料热解充分，大大提升了生物质炭的稳定性；热解油气经过油气分离器分解为热解油和热解气，热解油进入蒸汽锅炉燃烧，可以用来生产制造水蒸气送入多段炉中作为气化剂，热解气被送入燃烧器的燃气入口，进入多段炉中燃烧，为多段炉提供热量，大大提升了能源利用率，降低了所需的燃料消耗量和热能损失，本实用新型可以用于生物质炭的制备之中。

作为本实用新型的进一步改进，所述多段炉的生物质原料入口上安装设置有密闭机构，所述密闭机构与提升机相连，所述提升机与称重输送机相连，所述称重输送机与生物质储槽相连，所述生物质储槽与造粒机相连，所述造粒机与破碎机相连，所述多段炉的生物质炭出口与冷却螺旋输送机相连，所述冷却螺旋输送机与生物质炭储槽相连，这样通过破碎机将生物质原料粉碎后再进入造粒机制造成颗粒状，可以提高生物质原料的密度和质量，使得生物质原料在多段炉中反应更加充分，提高多段炉的效率，提升生物质炭的产量，利用称重输送机定量的输送生物质原料，避免出现架桥现象，并且通过密闭机构有效防止野风吹入，影响生物质原料热解气化的环境。

作为本实用新型的进一步改进，所述密闭机构为翻板阀,所述翻板阀包括阀板一和阀板二，所述阀板一安装在阀板二的上方，所述阀板一与配重杠杆机构一相连，所述阀板二与配重杠杆机构二相连，这样可以利用生物质原料的自重打开翻板阀，落入多段炉中，同时翻板阀自动关闭，可以更好的有效防止野风吹入，影响生物质原料热解气化的环境。

作为本实用新型的进一步改进，所述多段炉和所述油气分离器之间安装设置有旋风除尘器，所述旋风除尘器的热解油气入口与所述多段炉的热解油气出口相连，所述旋风除尘器的热解油气出口与所述油气分离器的热解油气入口相连，这样通过旋风除尘器可以将多段炉产生的热解油气中蕴含的粉尘清除，增加分离后燃料的清洁度。

作为本实用新型的进一步改进，所述蒸汽锅炉的烟气出口与省煤器的烟气入口相连，所述省煤器的热水出口与热水储槽相连，所述省煤器的烟气出口与洗涤塔相连，所述排气口与所述洗涤塔相连，所述洗涤塔与烟囱相连，这样可以利用蒸汽锅炉产生的烟气送入省煤器中加热冷水，将产生的热水送至热水储槽中，供应附近居民使用，大大提升了能源利用率，降低了热能损失，并且可以使得烟气经过洗涤塔洗涤之后达到排放标准，经烟囱排出，大大减少了有害气体的排放。

为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种制备生物质炭的方法，包括以下步骤：（1）将生物质原料送入所述多段炉中，驱动电机的带动下转动，带动耙臂和耙齿搅拌，将物料经外侧落料口进入下一层炉床，再经耙臂和耙齿搅拌通过内侧落料口进入在下一层炉床；（2）所述生物质原料首先在所述多段炉的干燥层进行干燥处理，将生物质中的水分蒸发，所述干燥层的温度为100-150℃；（3）经过干燥处理后的所述生物质原料进入所述多段炉的热分解层进行热分解处理，产生含有碳氢化合物的热解油气和生物质热解物，所述热分解层的温度为400-600℃；（4）经过热分解处理后的所述生物质原料进入所述多段炉的还原层进行还原反应处理，产生氢气、一氧化碳以及生物质炭，所述氢气和一氧化碳燃烧为所述干燥层、热分解层以及还原层提供热量，所述还原层的温度不低于900℃；（5）所述生物质炭经所述生物质炭出口排出；（6）所述热解油气进入油气分离器，经分离后形成热解油和热解气，所述热解气进入燃烧器的燃气入口，所述热解油进入蒸汽锅炉中，所述蒸汽锅炉产生的水蒸气送入多段炉中。

工作时，生物质原料被送入多段炉，多段炉分为干燥层、热分解层、还原层以及底层，生物质原料首先进入干燥层，通过燃烧器令干燥层的温度处于在100-150℃，经过干燥处理后的生物质原料进入热分解层，通过燃烧器令热分解层的温度处于400-600℃，经过热分解反应产生后含有碳氢化合物的热解油气和生物质热解物，生物质热解物进入还原层，精心还原反应，产生氢气、一氧化碳以及生物质炭，通过控制燃烧器使还原层的温度不低于900℃，生物质炭在底层堆积后经生物质炭出口排出，氢气和一氧化碳燃烧为干燥层、热分解层以及还原层提供热量，热解油气通过热解油气出口送入油气分离器中分解有热解油和热解气，热解气进入燃烧器的燃气入口为多段炉提供热量，热解油进入蒸汽锅炉中，蒸汽锅炉产生的水蒸气送入多段炉中作为还原反应的原料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，通过控制燃烧器来调控多段炉内的温度，通过控制驱动电机的转速来调节中轴转速、耙臂以及耙齿的搅拌速度来控制生物质原料在多段炉中逐层下落的速度，分层处分阶段处理生物质原料，解决了内部生产过程难以控制的问题，令生物质原料热解充分，大大提升了生物质炭的稳定性；热解油气经过油气分离器分解为热解油和热解气，热解油进入蒸汽锅炉燃烧，可以用来生产制造水蒸气送入还原层中作为还原反应的原料，热解气被送入燃烧器的燃气入口，进入多段炉中燃烧，为多段炉提供热量，提高了能源利用率，降低了所需的燃料消耗量和热能损失，本实用新型可以用于生物质炭的制备之中。

作为本实用新型的进一步改进，所述干燥层的温度为125℃，所述热分解层的温度为500℃，所述还原层的温度为1000℃，这样可以使得生物质原料在干燥层、热分解层以及还原层得到最充分的反应，令生物质炭的稳定性达到最高。

作为本实用新型的进一步改进，所述生物质原料通过破碎机破碎处理后进入造粒机中，经过造粒机制造成颗粒后送入生物质储槽中，从所述生物质储槽中取出所述生物质原料经所述称重输送机输送至所述提升机，由所述提升机运送至所述密闭机构上，所述密闭机构为翻板阀，依靠所述生物质原料的自重打开所述翻板阀，所述生物质原料落入所述多段炉内，所述生物质炭经所述冷却螺旋输送机输送至所述生物质炭储槽，这样可以定量的输送生物质原料，依靠生物质原料的自重使得翻板阀打开，将生物质原料送入多段炉中，避免出现架桥现象，并且翻板阀在生物质原料进入多段炉后会重新关闭，有效防止野风吹入，影响生物质原料热解气化的环境，并且可以在输送过程中通过冷却螺旋输送机将生物质炭及时冷却，便于储存。

作为本实用新型的进一步改进，所述多段炉的热解油气出口进入所述旋风除尘器中，经旋风除尘器除尘后进入所述油气分离器，这样通过旋风除尘器可以将多段炉产生的热解油气中蕴含的粉尘清除。

作为本实用新型的进一步改进，所述蒸汽锅炉产生的烟气进入所述省煤器中，所述省煤器产生的热水进入所述热水储槽中，所述省煤器排出的烟气以及所述排气口中的热气送入洗涤塔中，经洗涤塔洗涤之后通过烟囱排出，这样可以利用蒸汽锅炉产生的烟气送入省煤器中加热冷水，将产生的热水送至热水储槽中，供应附近居民使用，大大提升了能源利用率，降低了热能损失，并且可以使得烟气经过洗涤塔洗涤之后达到排放标准，经烟囱排出，大大减少了有害气体的排放。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型中多段炉结构示意图。

图3为本实用新型中翻板阀结构示意图

图4为本实用新型方法的流程图。

图5为本实用新型中多段炉分层结构示意图。

图6为本实用新型中残炭率与温度的关系图。

其中，1生物质储槽，2称重输送机，3提升机，4翻板阀，5排气口，6热解油气出口，7旋风除尘器，8油气分离器，9蒸汽锅炉，10省煤器，11洗涤塔，12热水储槽，13烟囱，14生物质炭储槽，15燃烧器，16冷却螺旋输送机，17多段炉，18生物质原料入口，19中轴，20外侧落料口，21内侧落料口，22炉床，23生物质炭出口，24轴冷风机，25驱动电机，26干燥层，27热分解层，28还原层，29底层，30破碎机，31造粒机，32阀板一，33配重杠杆机构一，34阀板二，35配重杠杆机构二。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

实施例1

如图1-3所示的一种制备生物质炭的装置，包括多段炉17、油气分离器8、蒸汽锅炉9；多段炉17包括生物质原料入口18、热解油气出口6、生物质炭出口23、燃烧器15，生物质原料入口18位于多段炉17顶部，多段炉17的热解油气出口6位于多段炉17顶部，生物质炭出口23位于多段炉17底部，燃烧器15包括燃气入口和空气入口；多段炉17内设置有中轴19，中轴19上设置有若干炉床22，炉床22上设置有耙臂和耙齿，炉床22上依次间隔设置有外侧落料口20和内侧落料口21，中轴19穿过多段炉17顶部的一端设置有排气口5，中轴19穿过多段炉17底部的一端连接有轴冷风机24以及驱动电机25；油气分离器8包括热解油气入口、热解油出口以及热解气出口；蒸汽锅炉9包括热解油入口、烟气出口以及水蒸气出口；多段炉17的热解油气出口6与油气分离器8的热解油气入口相连，油气分离器8的热解气出口与燃烧器15的燃气入口相连，油气分离器8的热解油出口与蒸汽锅炉9的热解油入口相连，蒸汽锅炉9的水蒸气出口与多段炉17相连；多段炉17的生物质原料入口18上安装设置有密闭机构，密闭机构与提升机3相连，提升机3与称重输送机2相连，称重输送机2与生物质储槽1相连，生物质储槽1与造粒机31相连，造粒机31与破碎机30相连，多段炉17的生物质炭出口23与冷却螺旋输送机16相连，冷却螺旋输送机16与生物质炭储槽14相连；密闭机构为翻板阀4,翻板阀4包括阀板一32和阀板二34，阀板一32安装在阀板二34的上方，阀板一32与配重杠杆机构一33相连，阀板二34与配重杠杆机构二35相连；多段炉17和油气分离器8之间安装设置有旋风除尘器7，旋风除尘器7的热解油气入口与多段炉17的热解油气出口6相连，旋风除尘器7的热解油气出口6与油气分离器8的热解油气入口相连；蒸汽锅炉9的烟气出口与省煤器10的烟气入口相连，省煤器10的热水出口与热水储槽12相连，省煤器10的烟气出口与洗涤塔11相连，排气口5与洗涤塔11相连，洗涤塔11与烟囱13相连。

工作时，生物质原料经过破碎机30粉碎后送入造粒机31中，经过造粒机31制造成颗粒状后送至生物质储槽1中，生物质储槽1中的生物质原料经过称重输送机2定量的输送，依靠提升机3将生物质原料送至翻板阀4，阀板二34关闭，阀板一32通过生物质原料的自重打开，生物质原料落入阀板二34上，阀板一32经过配重杠杆机构一33作用自动关闭，阀板二34通过生物质原料自重打开，生物质原料进入生物质原料入口落入多段炉17中，阀板二34通过配重杠杆机构二35作用自动关闭，燃烧器15通入燃气和空气点燃后加热多段炉17，驱动电机25转动带动中轴19转动，中轴19带动耙臂和耙齿搅拌生物质原料，经过充分加热后通过外侧落料口20进入下一个炉床22，通过耙臂和耙齿搅拌充分加热反应后进入下一个炉床22，生物质原料经过多层炉床22加热反应后最终形成生物质炭和热解油气，生物质炭通过生物质炭出口23排出，经过却螺旋输送机冷却传送入生物质炭储槽14中，热解油气经过旋风除尘器7油去除粉尘后送入油气分离器8分解为热解油和热解气，热解油进入蒸汽锅炉9燃烧，可以用来生产制造水蒸气送入多段炉17作为还原反应的原料，热解气被送入燃烧器15的燃气入口，进入多段炉17中燃烧，为多段炉17提供热量，轴冷风机24将冷空气通入中轴19，冷却中轴19，换热后的空气经过排口排出；蒸汽锅炉9产生的烟气进入省煤器10中加热冷水，将产生的热水送至热水储槽12中，供应附近居民使用，省煤器10中的烟气经过洗涤塔11洗涤之后达到排放标准，经烟囱13排出，大大减少了有害气体的排放。

如图1-5所示的一种制备生物质炭的方法，包括以下步骤：

（1）将生物质原料送入多段炉17中，驱动电机25的带动下转动，带动耙臂和耙齿搅拌，将物料经外侧落料口20进入下一层炉床22，再经耙臂和耙齿搅拌通过内侧落料口21进入在下一层炉床22；（2）生物质原料首先在多段炉17的干燥层26进行干燥处理，将生物质中的水分蒸发，干燥层26的温度为100℃；（3）经过干燥处理后的生物质原料进入多段炉17的热分解层27进行热分解处理，产生含有碳氢化合物的热解油气和生物质热解物，热分解层27的温度为400℃；（4）经过热分解处理后的生物质原料进入多段炉17的还原层28进行还原反应处理，产生氢气、一氧化碳以及生物质炭，氢气和一氧化碳燃烧为干燥层26、热分解层27以及还原层28提供热量，还原层28的温度为900℃；（5）生物质炭经生物质炭出口23排出；（6）热解油气进入油气分离器8，经分离后形成热解油和热解气，热解气进入燃烧器15的燃气入口，热解油进入蒸汽锅炉9中，蒸汽锅炉9产生的水蒸气送入多段炉17中；生物质原料通过破碎机30破碎处理后进入造粒机31中，经过造粒机31制造成颗粒后送入生物质储槽1中，生物质原料从生物质储槽1中取出经称重输送机2输送至提升机3，由提升机3运送至密闭机构上，密闭机构为翻板阀4，依靠生物质原料的自重打开翻板阀4，生物质原料落入多段炉17内，生物质炭经冷却螺旋输送机16输送至生物质炭储槽14；多段炉17的热解油气出口6与旋风除尘器7相连，经旋风除尘器7除尘后进入油气分离器8；蒸汽锅炉9产生的烟气进入省煤器10中，省煤器10产生的热水进入热水储槽12中，省煤器10排出的烟气以及排气口5中的热气送入洗涤塔11中，经洗涤塔11洗涤之后通过烟囱13排出。

工作时，生物质原料经过破碎机30粉碎后送入造粒机31中，经过造粒机31制造成颗粒状后送至生物质储槽1中，生物质储槽1中的生物质原料经过称重输送机2定量的输送，依靠提升机3将生物质原料送至翻板阀4，阀板二34关闭，阀板一32通过生物质原料的自重打开，生物质原料落入阀板二34上，阀板一32经过配重杠杆机构一33作用自动关闭，阀板二34通过生物质原料自重打开，生物质原料进入生物质原料入口落入多段炉17中，阀板二34通过配重杠杆机构二35作用自动关闭，燃烧器15通入燃气和空气点燃后加热多段炉17，驱动电机25转动带动中轴19转动，中轴19带动耙臂和耙齿搅拌生物质原料，经过充分加热后通过外侧落料口20进入下一个炉床22，通过耙臂和耙齿搅拌充分加热反应后进入下一个炉床22，多段炉17分为干燥层26、热分解层27、还原层28以及底层29，生物质原料首先进入干燥层26，通过燃烧器15令干燥层26的温度处于在100℃，经过干燥处理后的生物质原料进入热分解层27，通过燃烧器15令热分解层27的温度处于400℃，经过热分解反应产生后含有碳氢化合物的热解油气和生物质热解物，生物质热解物进入还原层28，精心还原反应，产生氢气、一氧化碳以及生物质炭，通过控制燃烧器15使还原层28的温度为900℃，生物质炭在底层29堆积后经生物质炭出口23排出，氢气和一氧化碳燃烧为干燥层26、热分解层27以及还原层28提供热量，生物质炭在底层29堆积后经生物质炭出口23排出，经过却螺旋输送机冷却传送入生物质炭储槽14中，热解油气经过旋风除尘器7油去除粉尘后送入油气分离器8分解为热解油和热解气，热解油进入蒸汽锅炉9燃烧，可以用来生产制造水蒸气送入多段炉17作为还原反应的原料，热解气被送入燃烧器15的燃气入口，进入多段炉17中燃烧，为多段炉17提供热量，轴冷风机24将冷空气通入中轴19，冷却中轴19，换热后的空气经过排口排出；蒸汽锅炉9产生的烟气进入省煤器10中加热冷水，将产生的热水送至热水储槽12中，供应附近居民使用，省煤器10中的烟气经过洗涤塔11洗涤之后达到排放标准，经烟囱13排出，大大减少了有害气体的排放。

实施例2

如图1-5所示的一种制备生物质炭的方法，是本实用新型的第二种实施方法，干燥层26的温度为125℃，热分解层27的温度为500℃，还原层28的温度为1000℃，其余步骤不作变化。

实施例3

如图1-5所示的一种制备生物质炭的方法，是本实用新型的第二种实施方法，干燥层26的温度为150℃，热分解层27的温度为600℃，还原层28的温度为1100℃，其余步骤不作变化。

如图6所示，随着温度的提升，残炭率下降，当温度达到1000℃时，残炭率的变化趋势接近于直线，表明生物质原料完全热解充分，生物质原料中的H和O经过还原反应后转化为H2和CO，使生物质炭中的H和O的比例降至最低，生物质炭的稳定性达到最高。

本实用新型不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。