一种自重螺旋渐进式生物质高效节能热解系统的制作方法

本发明涉及一种热解系统，更具体的说涉及一种自重螺旋渐进式生物质高效节能热解系统，属于生物质能源技术领域。

背景技术：

生物质是通过光合作用吸收空气中二氧化碳生成的有机物质。其分布广泛、可利用量大、并且是唯一可再生的含有碳氢组分和热能的、可储存的自然燃料。

生物质热解技术作为一种清洁高效的转化技术，能够制取生物天然气、生物油、生物炭等不同的燃料或化学、材料用品，是世界范围内的重点研究方向。目前，通常采用外热解装置换热工艺，因物料在热解炉中停留时间短、物料和炉体换热面积不大，导致热解不充分、反应时间较长、气体成分复杂、燃气热值不高、液态和固态产物品质较低；因此其生产效率低，装置多而复杂，投入、运行、维护成本高，极大的限制了生物质热解技术的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的外热解装置换热工艺存在的生产效率低、装置多而复杂、成本高等问题，提供一种自重螺旋渐进式生物质高效节能热解系统。

本发明为实现上述目的，所采用技术解决方案是：一种自重螺旋渐进式生物质高效节能热解系统，包括热解炉、分料箱、空气冷却器和水冷却系统，所述的分料箱进口为生物质原料进口，分料箱出口与热解炉进料口连通，且所述的分料箱出口与热解炉进料口之间设置有二级卸料阀门，热解炉底部生物质炭出料口与空气冷却器上部物料进口连通，空气冷却器下部的物料出口与水冷却系统的进料口连通。

所述的热解炉包括炉体，所述炉体顶部设置有进料口，炉体内中部设置有内筒和外筒，所述的内筒筒体套置在外筒中，内筒顶部对应炉体的进料口设置有锥形分料器，内筒中设置有热解气二次热解管，所述内筒的内腔与热解气二次热解管的内腔不连通，所述的热解气二次热解管顶部为出口，热解气二次热解管底部为进口，所述的炉体上部设置有热解气出口和烟气出口，炉体下部设置有热烟气进口，热解气二次热解管出口与热解气出口连通，烟气出口和热烟气进口均与内筒内腔连通。

所述的外筒与内筒之间设置有多组由多层烟气导向板下交错形成的螺旋结构，所述的烟气导向板为两端开口的空心板，烟气导向板一端开口与内筒内腔联通，烟气导向板另一端开口与炉体和外筒之间的腔体连通，炉体和外筒之间每隔两层烟气导向板设置有外导向隔板，内筒和外筒之间每隔两层烟气导向板设置有内导向隔板，且外导向隔板和内导向隔板之间交错设置，所述的烟气出口与内筒内腔之间通过最上层烟气导向板连通，所述的热烟气进口与内筒内腔之间通过最底层烟气导向板连通。

同组上下相邻烟气导向板之间夹角为10度。

对应热解气二次热解管顶部出口在外筒与内筒之间设置有燃气导向板，所述的燃气导向板为两端开口的空心板，燃气导向板一端开口与解气二次热解管内腔联通，燃气导向板另一端开口与炉体和外筒之间的腔体连通。

所述的空气冷却器包括外箱体和内箱体，所述的外箱体和内箱体之间形成封闭的腔体，所述的内箱体中设置有封闭的筒体，所述的内箱体和筒体之间设置有多层空气冷却导流板，所述的空气冷却导流板为两端开口的空心板，空气冷却导流板一端开口与筒体内腔联通，空气冷却导流板另一端开口与外箱体和内箱体之间的腔体连通，所述的外箱体底部设置有与外箱体和内箱体之间的腔体连通的冷空气自然吸入口，外箱体上部设置有与外箱体和内箱体之间的腔体连通的加热空气出口，外箱体和内箱体之间的腔体中对应相邻空气冷却导流板设置有隔离板。

所述的水冷却系统包括水冷却箱体和速冷调节水箱，所述的水冷却箱体部的物料进口为水冷却系统的进料口，水冷却箱体下部的物料出口与速冷调节水箱的进料口连通，所述的速冷调节水箱底部设置有生物炭出口管。

所述的水冷却箱体底部设置有水冷箱进水口，水冷却箱体上部设置有水冷箱出水口，所述的水冷箱进水口和水冷箱出水口分别与水冷却箱体外壁管道连通，水冷箱进水口通过阀门ⅰ与外部的补水冷却系统连通，所述的水冷箱出水口与速冷调节水箱的管壁管道连通，所述的速冷调节水箱中设置有绞龙箱体，所述的绞龙箱体中设置有空心桨叶绞龙机，绞龙箱体的进料口为冷调节水箱的进料口，绞龙箱体的出料口与生物炭出口管连通，速冷调节水箱的管壁管道底部分别设置有冷调箱进水口和冷调箱出水口，所述的冷调箱进水口通过阀门ⅱ与外部的补水冷却系统连通，所述的冷调箱出水口通过阀门ⅲ与外部的出水循环系统连通，所述的空心桨叶绞龙机连接有电机。

所述的速冷调节水箱中设置有温度传感器，水冷箱出水口与速冷调节水箱的管壁管道连通的管路上设置有温度接收流量控制器和流量调节阀，所述的温度传感器与温度接收流量控制器电连接。

所述空心桨叶绞龙机的中心管道进口通过阀门ⅳ与外部的补水冷却系统连通，空心桨叶绞龙机中心管道的万能旋转接头通过阀门ⅴ与外部的出水循环系统连通。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

1、本发明中物料及产物在热解炉中通过多层烟气导向板形成的螺旋结构依靠自身重量及整体不均匀性进行绕动下料，实现物料通过自身重力实现连续生产；多层烟气导向板形成的螺旋结构提高物料的换热面积，有效缩短热解时间、提升燃气热值，物料受热均匀且充分反应，提高物料热解速率；且延长了物料在热解炉内的停留时间，使物料反应更充分；同时无需复杂的机械运行装置，减少能源消耗，提高系统安全稳定运行的可靠性。

2、本发明中采用多层烟气导向板形成的螺旋结构提高物料换热面积，强化绕动结构内外反应；采用高温烟气折流的方式进行内、外部加热，促进物料在加热管中的热解反应，热量利用效率高。解决了现有热解装置采用半气化直燃和间接外加热方式进行换热存在的换热面积不大、燃气值不高的问题。

3、本发明中物料在热解炉中充分热解，热解气向下输送受空气冷却影响降温，在热解气二次热解管受反应区高温影响进行二次热解反应，热解气走向类似于u型，提高了系统整体换热效率，有效提升燃气热值，产出清洁优质燃气。

4、本发明中采用高温烟气折流换热的方式进行内、外同步加热，下层热烟气进口的烟气温度高，使物料充分热解，上层烟气温度相对较低使物料进行初步反应，高温烟气在烟气导向板中从下向上温度逐渐降低，最终输送到干燥炉和物料提升系统充分利用余热；热解气在热解气二次热解管高温段发生二次反应，向上排出过程中向热解气二次热解管外传递热量，温度逐渐降低，最终输送到燃烧炉、锅炉和燃气发电机多途径供电供热供蒸汽，提高综合利用价值。因此整个热解炉热量传递相互作用，热量利用效率高，实现了能量的梯级利用。

5、本发明利用空气冷却器进行初步冷却，而水冷却系统利用温度相对较低的自来水间接进一步降低生物质炭的温度；保证获得优质生物炭，提高了产品质量。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明中热解炉热烟气走向示意图。

图3是本发明中内筒热烟气走向图。

图4是本发明中外筒热烟气走向图。

图5是本发明中热解炉热解气走向示意图。

图6是本发明中内筒热解气走向图。

图7是本发明中外筒热解气走向图。

图8是本发明中空气冷却器结构示意图。

图9是本发明中水冷却系统结构示意图。

图中，炉体1，内筒2，外筒3，锥形分料器4，热解气二次热解管5，热解气出口6，烟气出口7，热烟气进口8，烟气导向板9，燃气导向板10，外导向隔板11，内导向隔板12，线料位计13，膨胀节14，清灰孔15，外箱体16，内箱体17，筒体18，空气冷却导流板19，加热空气出口20，隔离板21，风冷观察孔22，分料箱23，水冷却箱体24，速冷调节水箱25，生物炭出口管26，阀门ⅰ27，温度传感器28，温度接收流量控制器29，流量调节阀30，空心桨叶绞龙机31，阀门ⅱ32，阀门ⅲ33，电机34，阀门ⅳ35，阀门ⅴ36，二级卸料阀门37。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，一种生物质高效节能热解系统，包括热解炉、分料箱23、空气冷却器和水冷却系统。所述的分料箱23进口为生物质原料进口，分料箱23出口与热解炉进料口连通；且所述的分料箱23出口与热解炉进料口之间设置有二级卸料阀门37。热解炉底部生物质炭出料口与空气冷却器上部物料进口连通，空气冷却器下部的物料出口与水冷却系统的进料口连通。

参见图1，所述的热解炉包括炉体1，所述炉体1顶部设置有进料口。炉体1内中部设置有内筒2和外筒3，所述的内筒2筒体套置在外筒3中，内筒2顶部对应炉体1的进料口设置有锥形分料器4。内筒2中设置有热解气二次热解管5，所述内筒2的内腔与热解气二次热解管5的内腔不连通；所述的热解气二次热解管5顶部为出口，热解气二次热解管5底部为进口。所述的炉体1上部设置有热解气出口6和烟气出口7，炉体1下部设置有热烟气进口8，热解气二次热解管5出口与热解气出口6连通，烟气出口7和热烟气进口8均与内筒2内腔连通。

参见图1，具体的，所述的外筒3与内筒2之间设置有多组由多层烟气导向板9上下交错形成的螺旋结构；所述的烟气导向板9为两端开口的空心板，烟气导向板9一端开口与内筒2内腔联通，烟气导向板9另一端开口与炉体1和外筒3之间的腔体连通。炉体1和外筒3之间每隔两层烟气导向板9设置有外导向隔板11，内筒2和外筒3之间每隔两层烟气导向板9设置有内导向隔板12，且外导向隔板11和内导向隔板12之间交错设置；所述的烟气出口7与内筒2内腔之间通过最上层烟气导向板9连通，所述的热烟气进口8与内筒2内腔之间通过最底层烟气导向板9连通。进一步的，同组上下相邻烟气导向板9之间夹角为10度，因此使得同组烟气导向板9在整体上呈现为一种渐进式多绕动螺旋结构。

参见图1，具体的，对应热解气二次热解管5顶部出口在外筒3与内筒2之间设置有燃气导向板10，所述的燃气导向板10为两端开口的空心板，燃气导向板10一端开口与解气二次热解管5内腔联通，燃气导向板10另一端开口与炉体1和外筒3之间的腔体连通。且内筒2和外筒3之间对应燃气导向板10和烟气导向板9设置有隔离导向板。

参见图1至图4，本热解炉通过高温烟气加热过的烟气导向板9对生物质物料进行换热，从而实现对生物质物料的热解；空心板结构的烟气导向板9用于通过热烟气，并让热烟气对其加热。来自燃烧炉的950℃左右热烟气从热烟气进口8进入本热解炉，从烟气出口7出气，即高温烟气从热解段下进上出，通过对块状生物质原料进行热传导，使其逐渐加热热解，最终产物为热解气和热解炭。内筒2和外筒3之间的外导向隔板11定向控制烟气流通，达到人为控制热烟气换热走向的目的；使得热烟气从下至上按照“z”字形走向对烟气导向板9进行加热，使生物质物料与加热后的烟气导向板9大面积接触，有效实现烟气导向板9中热烟气对物料的传热效率。

参见图1、图5至图7，本热解炉伴随着物料在热解炉内进行绕动下料，产生的热解气向下传递；受空气冷却影响烟气温度会降低，最终聚集在炉体1下部的热解气温度为300℃～400℃。热解气在热解气二次热解管5内逐渐向上输送，其走向类似u型，二次热解管高温区为500℃～600℃，热解气进行二次热解，反应充分；热解气向上输送过程中不断向热解炉传递热量，温度逐渐降低到400℃左右，最终热解气从热解气出口6输送到燃烧炉、锅炉和燃气发电机等设备多途径供电供热供蒸汽，从而提高热解气综合利用价值。

参见图8，所述的空气冷却器包括外箱体16和内箱体17，所述的外箱体16和内箱体17之间形成封闭的腔体，所述的内箱体17中设置有封闭的筒体18，内箱体16和筒体17之间形成生物炭通道。所述的内箱体17和筒体18之间设置有多层空气冷却导流板19，所述的空气冷却导流板19为两端开口的空心板，空气冷却导流板19一端开口与筒体18内腔联通，空气冷却导流板19另一端开口与外箱体16和内箱体17之间的腔体连通；空气冷却导流板19设计成片状，对称排列，其能够最大面积与生物炭接触，降低生物炭温度，提高能量综合利用率。所述的外箱体16底部设置有与外箱体16和内箱体17之间的腔体连通的冷空气自然吸入口，外箱体16上部设置有与外箱体16和内箱体17之间的腔体连通的加热空气出口20，外箱体16和内箱体17之间的腔体中对应相邻空气冷却导流板19设置有隔离板21。

参见图9，所述的水冷却系统包括水冷却箱体24和速冷调节水箱25，所述的水冷却箱体24上部的物料进口为水冷却系统的进料口，水冷却箱体24下部的物料出口与速冷调节水箱25的进料口连通，所述的速冷调节水箱25底部设置有生物炭出口管26。

参见图9，所述的水冷却箱体24底部设置有水冷箱进水口，水冷却箱体24上部设置有水冷箱出水口，所述的水冷箱进水口和水冷箱出水口分别与水冷却箱体24外壁管道连通，水冷箱进水口通过阀门ⅰ27与外部的补水冷却系统连通，所述的水冷箱出水口与速冷调节水箱25的管壁管道连通。所述的速冷调节水箱25中设置有绞龙箱体，所述的绞龙箱体中设置有空心桨叶绞龙机31，绞龙箱体的进料口为冷调节水箱25的进料口，绞龙箱体的出料口与生物炭出口管26连通。速冷调节水箱25的管壁管道底部分别设置有冷调箱进水口和冷调箱出水口，所述的冷调箱进水口通过阀门ⅱ32与外部的补水冷却系统连通，所述的冷调箱出水口通过阀门ⅲ33与外部的出水循环系统连通，所述的空心桨叶绞龙机31连接有电机34。

参见图9，所述的速冷调节水箱25中设置有温度传感器28，水冷箱出水口与速冷调节水箱25的管壁管道连通的管路上设置有温度接收流量控制器29和流量调节阀30，所述的温度传感器28与温度接收流量控制器29电连接。

参见图9，所述空心桨叶绞龙机31的中心管道进口通过阀门ⅳ35与外部的补水冷却系统连通，空心桨叶绞龙机31中心管道的万能旋转接头通过阀门ⅴ36与外部的出水循环系统连通。

参见图1至图9，本系统工作时需将生物质原料投入热解炉中进行热解反应前对其进行粉碎。热解时，首先将生物质原料投入分料箱23中，通过二级卸料阀门37到达锥形分料器4，在锥形分料器4的作用下生物质物料会均匀降落到炉体1和外筒3之间的腔体中。多层烟气导向板9上下交错形成的螺旋结构极大地增加了热解炉内物料接触面积，使物料在自身重力作用下实现连续反应；同时，同层烟气导向板9温度有所差异，使物料反应程度不同，其重力不均匀使不同部位物料降落速度不同，避免了堵塞情况出现。进入热解炉中物料初始含水量为15%左右，经过初步反应，在烟气导向板9内的烟气和热解气二次热解管5中二次热解管气态产物余热的作用下升温到300-400℃，为物料的完全反应提供保障；再经过高温反应达到500-600℃，实现反应完全。从热解炉降落的生物炭具有很高的温度，需要将其冷却后，才能供使用和储存；空气冷却器对生物炭进行初步冷却，而水冷却系统利用温度相对较低的自来水间接进一步降低生物质炭的温度。工作时，生物炭从空气冷却器上部的物料进口进入内箱体17中，冷空气进入到空气冷却导流板19内，将内箱体17里的生物炭降温到200-300℃；同时冷空气温度升高，通过加热空气出口20输送到燃烧炉内，为燃烧炉提供热量，实现能量再利用。水冷却系统中的自来水按照补水冷却系统路线从水管进入，由阀门控制自来水的流向，一部分自来水通过阀门ⅰ27进入水冷却箱体24外壁管道并充满其中，使其与生物质炭间接接触换热，一定程度降低生物炭的温度；然后从从水冷却箱体24上部流向速冷调节水箱25管壁管道中，通过速冷调节水箱25中的温度传感器28测得速冷调节水箱25中的温度，同时观察温度接收流量控制器29进而调整流量调节阀30，控制进入速冷调节水箱25的流水量。另一部分自来水通过阀门ⅳ35进入空心桨叶绞龙机31的中心管道并灌满，同时外部的补水冷却系统提供的自来水通过阀门ⅱ32进入速冷调节水箱25中，使速冷调节水箱25从下至上充满自来水；中心管壁的自来水最后回流至中心管道的万能旋转接头处，由阀门ⅴ36控制并排出；速冷调节水箱25中的自来水由阀门ⅲ33控制并排出；在水冷却系统中通过水的循环作用，生物炭的温度继续下降，降到120-150℃。电机34提供动力使空心桨叶绞龙机31转动推进生物炭前进的情况下并让中心管壁和速冷调节水箱25的管壁管道分别与生物炭充分接触持续直接冷却达到速冷的效果，使得生物炭的温度降到80℃以下；生物炭在空心桨叶绞龙机31的推动下连续进入生物炭出口管26，该过程完全隔绝空气，保证获得优质生物炭，提高了产品质量。

参见图1至图9，本系统通过增减热解炉中烟气导向板9的数目改变生产规模，实现对废弃物进行连续送料、干燥、稳定式热解。热解炉中通过多层烟气导向板9形成的螺旋结构依靠自身重量及整体不均匀性进行绕动下料，在隔绝空气条件下，实现物料通过自身重力实现连续热解生产，产出固态炭。采用高温烟气内外折流换热的方式进行内、外部加热，热量利用效率高，二次热解处理燃气中的大分子，降低燃气杂质和提高燃气热值，从而最大限度提升燃气品质，产出清洁优质燃气；对供热、回燃、发电起到较好的运用，同时将低温烟气送入干燥炉充分利用余热，实现了能量的梯级循环利用；实现了有效集成和热解炭、气提质反应的一体化运行，有利于炭、气产品的协同改性及高值化利用，从而提高了项目产品的质量和环境效益。且本系统操作方便，生产效率高，技术适用性广，易于实现模块化设计；降低了投资成本和运行维护费用，对生物质热解技术的推广应用具有重要意义。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。