一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置及其生产方法与流程

本发明涉及生物质利用技术领域，具体为一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置及其生产方法。

背景技术：

我国每年产生的秸秆资源有9亿吨，加工副产物有5.8亿吨，这些加工副产物综合利用率平均不到40％，60％以上的副产物被随意堆放、丢弃或用作肥料还田、生活燃料，不仅造成了资源的过度浪费，同时也对环境造成了无可避免的污染。

近年来，国内新建了很多秸秆直燃电厂，将秸秆直接转化为电能利用，但由于秸秆原料的热值较低，水分含量高，生物质灰熔点低，导致秸秆电厂的效率较低，在市场经济体制下生存艰难。秸秆直接还田又造成病虫害、土壤板结等其他问题。在国家秸秆禁烧令的高压线下，如何处理秸秆问题，让农民、企业有利可图，如何让秸秆资源利用的效益最大化是当前急需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置及其生产方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置，包括：塔体，所述塔体上端设有进料口，所述塔体内中部设有芯管，所述芯管外侧设有齿轮轴，所述齿轮轴外侧设有若干破拱刀具，所述齿轮轴上端的芯管上设有拨料杆，所述齿轮轴中部外侧设有布风调速杆，所述齿轮轴下端的芯管上设有蒸汽调温杆，布风调速杆和蒸汽调温杆上分别布置有空气调速喷口和蒸汽调温喷口，芯管上部设有芯管蒸汽进口和芯管空气进口；所述蒸汽调温杆下端的芯管上设有旋转炉排，所述旋转炉排下侧的塔体上设有燃气出口，所述塔体下端设有支撑架，芯管通过轴承安装在支撑架上，支撑架上布置有炉排运动轨道支架，旋转炉排安装在炉排运动轨道支架上，所述支撑架下侧设有旋转刮炭器，塔体底部设有出炭口，出炭口上设有炭收集箱，旋转刮炭器上布置有蒸汽降温喷口，炭收集箱底部布置有炭冷却螺旋输送机。

所述塔体中部一侧设有水冷盘管，所述支撑架为内部中空结构，支撑架内填充有水，支撑架一侧设有支撑架进水口，水冷盘管一端连接于支撑架、另一端水蒸汽由蒸汽调温管道和蒸汽降温管道分别经芯管蒸汽进口、蒸汽降温喷口进入到芯管和旋转刮炭器内部。

所述旋转炉排外端设有旋转炉排端口，旋转炉排端口外侧连接于炉排动力装置，旋转炉排布置在炉排运动轨道支架上；由炉排动力装置带动旋转炉排的转动；芯管由旋转炉排带动旋转，从而实现芯管分别带动拨料杆、布风调速杆、蒸汽调温杆、旋转刮炭器同时转动。

所述在芯管表面两侧分别布置有两条齿轮轴，齿轮轴上布置有若干个齿轮，齿轮一侧与齿轮轴连接、齿轮另一侧固定有破供刀具；破拱刀具与齿轮轴之间夹角为α，破拱角度α为30°～90°。

所述拨料杆上布置有两对可自由变化角度的拨料器具ⅰ和拨料器具ⅱ，拨料器具ⅰ与拨料杆形成角度可变化的拨料角度β，拨料器具ⅱ与拨料杆形成角度可变化的拨料角度γ，拨料角度β范围在：15°～60°；拨料角度γ范围在：30°～120°。

所述拨料杆和布风调速杆上下可调节的安装在芯管上，布风调速杆距离气化反应层5～10cm，拨料杆距离气化反应层20～30cm。

所述布风调速杆呈米字结构，布风调速杆上布置的空气调速喷口间间距按照1：1.42：1.77：2.27：2.89：3.68：4.68比例从外至内依次增加。

所述旋转炉排为双层结构，旋转炉排8上层与齿轮轴连接，齿轮轴移动时带动上层炉排转动，两层旋转炉排相对旋转调整炉排孔面积大小，炉排孔面积变化范围为50％～100％。

一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产生产方法，包括以下步骤：

步骤1：秸秆生物质原料由进料口进入下吸式秸秆炉，由拨料杆由拨料杆将原料均匀分布在炉内；

步骤2：齿轮轴上布置的破拱刀具对芯管侧壁不易移动的秸秆生物质原料进行破拱防止架桥；

步骤3：破碎后的秸秆生物质原料进入气化反应层进行气化反应，通过布风调速杆和蒸汽调温杆分别向气化反应层内通入空气和蒸汽；

步骤4：气化反应生成的秸秆炭通过旋转炉排转动，落入装置底部；

步骤5：落入装置底部秸秆炭由旋转刮炭器刮到炭收集箱内，由炭冷却螺旋输送机排出收集，燃气由燃气出口排出。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：

1)布置在装置上部的拨料杆能够根据不同形状的秸秆原料调整拨料角度，使秸秆生物质原料能够均匀分布在炉内，有利于气化反应的正常进行。

2)对布置在装置中部的布风调速杆中通入空气，进行强制布风，提高反应场的均匀性；通过对布置在装置中部的蒸汽调温杆通入蒸汽，掌控反应层内部运行温度，控制秸秆炭的产率。

3)布置在装置内部的拨料杆和布风调速杆可在转动的同时实现上下移动，能够避免因不同特性的秸秆生物质原料进入炉内后造成温度场分布不均匀，阻碍气化反应的进程。

4)通过装置中部布置的旋转炉排，炉排上打有孔，通过改变孔隙，实现不同秸秆原料的炭化。

5)芯管两侧布置有破拱刀具，通过芯管转动带动破拱刀具转动，实现对芯管侧壁不易移动的秸秆生物质原料进行破拱防止架桥，增强原料在气化反应层内反应的均匀性，加快气化反应进程。

6)通过装置中部布置的水冷盘管，实现了系统蒸汽的自给自足，对自身的余热进行了优化利用。

7)通过装置底部布置的支撑架，控制内部通水，实现对产生的秸秆炭进行初步降温；通过布置在装置底部旋转刮炭器上的蒸汽降温喷口，实现对气化反应产生的秸秆炭进行最终降温，并通过蒸汽与炭接触反应，以提高秸秆炭的品质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的拨料杆结构示意图。

图3为本发明的破拱刀具安装示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产装置，包括：塔体，所述塔体上端设有进料口2，所述塔体内中部设有芯管17，所述芯管17外侧设有齿轮轴16，所述齿轮轴16外侧设有若干破拱刀具18，所述齿轮轴16上端的芯管17上设有拨料杆3，所述齿轮轴16中部外侧设有布风调速杆5，所述齿轮轴16下端的芯管17上设有蒸汽调温杆6，布风调速杆5和蒸汽调温杆6上分别布置有空气调速喷口19和蒸汽调温喷口20，芯管17上部设有芯管蒸汽进口1和芯管空气进口15；所述蒸汽调温杆6下端的芯管17上设有旋转炉排8，所述旋转炉排8下侧的塔体上设有燃气出口23，所述塔体下端设有支撑架11，芯管17通过轴承13安装在支撑架11上，支撑架11上布置有炉排运动轨道支架9，旋转炉排8安装在炉排运动轨道支架9上，所述支撑架11下侧设有旋转刮炭器12，塔体底部设有出炭口14，出炭口14上设有炭收集箱26，旋转刮炭器12上布置有蒸汽降温喷口21，炭收集箱26底部布置有炭冷却螺旋输送机27。

所述塔体中部一侧设有水冷盘管7，所述支撑架11为内部中空结构，支撑架11内填充有水，支撑架11一侧设有支撑架进水口25，水冷盘管7一端连接于支撑架11、另一端水蒸汽由蒸汽调温管道4和蒸汽降温管道10分别经芯管蒸汽进口1、蒸汽降温喷口21进入到芯管17和旋转刮炭器12内部；水从支撑架进水口25进入后，流经支撑架11，最终进入水冷盘管7，由于装置内部运行温度较高，进入水冷盘管7内部的水受热蒸发变成水蒸汽。

所述旋转炉排8外端设有旋转炉排端口22，旋转炉排端口22外侧连接于炉排动力装置24，旋转炉排8布置在炉排运动轨道支架9上；由炉排动力装置24带动旋转炉排8的转动；芯管17由旋转炉排8带动旋转，从而实现芯管17分别带动拨料杆3、布风调速杆5、蒸汽调温杆6、旋转刮炭器12同时转动；支撑架11通过轴承13与芯管相17连接，支撑架11固定在装置底部，不影响芯管17的传动。

所述在芯管17表面两侧分别布置有两条齿轮轴16，齿轮轴16上布置有若干个齿轮，齿轮一侧与齿轮轴16连接、齿轮另一侧固定有破供刀具18；破拱刀具18可根据不同形状秸秆原料进行不同角度的破拱；破拱角度α主要是通过调整齿轮轴16上下移动从而实现改变破拱刀具18与齿轮轴16的角度；正常工作时破拱角度α范围在30°～90°内。目的在于：通过调整不同的破拱角度α，使得芯管17侧壁的原料均匀向下移动，保证与炉内原料整体的移动速率一致，避免氧化层上移烧穿原料层，造成气化剂短路。

所述秸秆生物质原料由进料口2进入下吸式秸秆炉，由拨料杆3进行拨料，可避免原料在进料口2发生堵塞；同时拨料杆3上布置有两对可自由变化角度的拨料器具ⅰ28和拨料器具ⅱ29，拨料器具ⅰ28与拨料杆形成角度可变化的拨料角度β，拨料器具ⅱ29与拨料杆形成角度可变化的拨料角度γ，针对不同形状的秸秆原料进行不同角度的拨料，拨料角度β范围在：15°～60°；拨料角度γ范围在：30°～120°。目的在于：使秸秆生物质原料能够均匀分布在炉内，避免秸秆生物质原料局部堆积过高，造成气化反应不充分，温度分布不均匀；此措施能够提高气化反应的效率。

所述拨料杆3和布风调速杆5上下可调节的安装在芯管17上，布风调速杆5在距离气化反应层约5～10cm范围内移动，拨料杆3在距离气化反应层约20～30cm范围内移动。目的在于：针对不同特性的秸秆生物质原料，调节炉内温度场使之分布均匀，提高原料的适应性。

所述布风调速杆5呈米字结构，布风调速杆5上布置的空气调速喷口19间间距按照1：1.42：1.77：2.27：2.89：3.68：4.68比例从外至内依次增加，空气调速喷口19通入的空气可根据原料状态进行调整。目的在于：增加原料外侧的送风比例，加强供风的均匀性，提高气化反应层温度的均匀。

所述旋转炉排8为双层结构，旋转炉排8上层与齿轮轴16连接，齿轮轴16移动时可带动上层炉排转动，随着上层炉排的转动，逐渐会对炉排孔进行遮蔽，使炉排孔逐渐变小；从旋转炉排8产生的秸秆炭下落到装置底部；可根据不同形状的生物质秸秆原料适当调整炉排孔面积大小，炉排孔面积变化范围为50％～100％。目的在于：通过调整炉排孔的大小，使之能够适应于不同原料的炭化，有利于秸秆炭的生成。

所述由芯管蒸汽进口1和芯管空气进口15进入到芯管17内部的蒸汽和空气分别进入到蒸汽调温杆6和布风调速杆5内，布风调速杆5和蒸汽调温杆6上分别设有空气调速喷口19和蒸汽调温喷口20。通过控制空气调速喷口19，实现气化反应层内部均匀布风，控制气化反应进程；通过控制蒸汽调温喷口20，实现掌控气化反应层内部运行温度，控制秸秆炭的产率。

所述支撑架11一端设置有支撑架进水口25，通过控制支撑架11内部通水，实现对下落的秸秆炭进行初步降温。由蒸汽降温管道10出来的水蒸汽进入到旋转刮炭器12内，旋转刮炭器12上部设有蒸汽降温喷口20，通过控制蒸汽降温喷口20，实现对下落到装置底部的秸秆炭进行二次降温，提高秸秆炭的品质；冷却后的秸秆炭由旋转刮炭器12从出炭口14刮入到炭收集箱26中，最终由炭冷却螺旋输送机27排出收集。生成的燃气由布置在装置底部的燃气出口23排出，实现高品质秸秆炭和生物质燃气联产。

一种用于下吸式秸秆炭化炭气联产生产方法，包括以下步骤：

步骤1：秸秆生物质原料由进料口进入下吸式秸秆炉，由拨料杆由拨料杆将原料均匀分布在炉内；

步骤2：齿轮轴上布置的破拱刀具对芯管侧壁不易移动的秸秆生物质原料进行破拱防止架桥；

步骤3：破碎后的秸秆生物质原料进入气化反应层进行气化反应，通过布风调速杆和蒸汽调温杆分别向气化反应层内通入空气和蒸汽；

步骤4：气化反应生成的秸秆炭通过旋转炉排转动，落入装置底部；

步骤5：落入装置底部秸秆炭由旋转刮炭器刮到炭收集箱内，由炭冷却螺旋输送机排出收集，燃气由燃气出口排出。

实施例1

碎屑状秸秆生物质原料送入下吸式秸秆炉进行气化热解反应，原料消耗量1.1t/h，原料颗粒度＜1cm，原料水分13％，碎屑状秸秆生物质原料从进料口进入，通过拨料杆进行拨料，拨料角度β调整为15°，拨料角度γ调整为30°，布风调速杆在距离气化反应层5cm范围内上下移动，拨料杆在距离气化反应层20cm范围内上下移动，通过布风调速杆向装置内进行强制布风，布风量为655nm³/h，以增加内部流动性；通过蒸汽调温杆向装置内部通入蒸汽进行调温，控制内部温度，以提高秸秆炭产率，通入的蒸汽量为66kg/h；调整齿轮轴，使破拱刀具的破料角度α为30°，同时调整炉排孔的面积为50％；秸秆炭由旋转炉排均匀下落，经底部的支撑架和由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽进行进一步降温，由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽量为169.4kg/h；最终，系统产生的燃气由燃气出口排出，燃气量为1764nm³/h；系统产生的秸秆炭由炭收集箱收集，最后由炭冷却螺旋输送机排出，系统秸秆炭的产率为28％，产炭量为308kg/h。最终实现高品质秸秆炭与生物质燃气联产。

实施例2

长条状秸秆生物质原料送入下吸式秸秆炉进行气化热解反应，原料消耗量3.2t/h，原料颗粒度＜4cm，原料水分18％，长条状秸秆生物质原料从进料口进入，通过拨料杆进行拨料，拨料角度β调整为45°，拨料角度γ调整为90°，布风调速杆在距离气化反应层10cm范围内上下移动，拨料杆在距离气化反应层28cm范围内上下移动，通过布风调速杆向装置内进行强制布风，布风量为524nm³/h，以增加内部流动性；通过蒸汽调温杆向装置内部通入蒸汽进行调温，控制内部温度，以提高秸秆炭产率，通入的蒸汽量为91.52kg/h；调整齿轮轴，使破拱刀具的破拱角度为75°，同时调整炉排孔的面积为70％；秸秆炭由旋转炉排均匀下落，经底部的支撑架和由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽进行进一步降温，由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽量为457.6kg/h；最终，系统产生的燃气由燃气出口排出，燃气量为5033nm³/h；系统产生的秸秆炭由炭收集箱收集，最后由炭冷却螺旋输送机排出，系统秸秆炭的产率为26％，产炭量为832kg/h。最终实现高品质秸秆炭与生物质燃气联产。

实施例3

压块状秸秆生物质原料送入下吸式秸秆炉进行气化热解反应，原料消耗量2.8t/h，原料颗粒度＜3cm，原料水分15％，压块状秸秆生物质原料从进料口进入，通过拨料杆进行拨料，拨料角度β调整为60°，拨料角度γ调整为120°，布风调速杆在距离气化反应层8cm范围内上下移动，拨料杆在距离气化反应层24cm范围内上下移动，通过布风调速杆向装置内进行强制布风，布风量为765nm³/h，以增加内部流动性；通过蒸汽调温杆向装置内部通入蒸汽进行调温，控制内部温度，以提高秸秆炭产率，通入的蒸汽量为120.6kg/h；调整齿轮轴，使破拱刀具的破拱角度α为60°，同时调整炉排孔的面积为100％；秸秆炭由旋转炉排均匀下落，经底部的支撑架和由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽进行进一步降温，由蒸汽降温喷口喷出的蒸汽量为462kg/h；最终，系统产生的燃气由燃气出口排出，燃气量为4467nm³/h；系统产生的秸秆炭由炭收集箱收集，最后由炭冷却螺旋输送机排出，系统秸秆炭的产率为30％，产炭量为840kg/h。最终实现高品质秸秆炭与生物质燃气联产。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。