一种双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化系统的制作方法

本发明属于可再生能源技术利用领域，具体涉及一种双层卧式回转筒式连续生物质炭化系统。

背景技术：

近年来，人类生产、生活所需的木炭量日益增大，传统工艺如窑烧等生产的煤质炭和木炭量小，且生产过程中排放出大量的co2等温室气体，对环境造成极大的不利影响。与现有的砖窑、移动式炭化炉相比，外热式干馏炭化炉的木炭得率最高，灰分比例低、木炭成品质量均匀，炭颜色均匀，断面有光泽，炭热值高、污染情况较小，且副产品能够充分回收，因此得到广泛的使用。生物质能是一种可再生的清洁能源，来源广泛，且氮、硫含量低，经过一系列的尾气处理装置后，可以做到近零排放。

中国专利申请cn109337696a公开了“旋转式炭化炉”，由同轴的内转炉和外转炉组成，在两炉筒中间形成一定的炭化空间，并在外筒内壁轴向设置翅片，对物料进行搅拌和输送。但该种炭化炉布置形式占地面积较大，且内筒的螺旋输送轴占用了部分物料空间，导致充满度较低，对于炭化出力有一定程度上的限制。

中国专利申请cn106010585b公开了“环保型旋转式多层干馏烘干炭化一体炉”，其包含旋转外筒、旋转中筒和旋转内筒，将烘干层、预炭化层和炭化层整体布置，在一定程度上解决了单一炉体布置带来的占地面积大等问题。然而，该种设计炉内结构复杂，不易检修，且不同旋转炉体间易发生卡位和搭桥等现象，故障率高。此外，受筒径大小及同心度的影响，加工工艺复杂，且产量不过宜过大。

中国发明专利cn103614151b公开了一种卧式连续生物炭炭化设备，采用的进料螺旋输送机实现连续进料，螺旋输送机连续炭化生产，同时螺旋输送机由调速电机提供动力，可调节炭化速率，解决了目前生物炭批式生产出炭品质不一，难以控制的问题，提高了生物炭的品质。采用的可燃气燃烧加热的外热式生物炭生产方式，启动时采用柴油燃烧供热，正常运行后关闭柴油燃烧器，将炭化产生的可燃气经冷凝净化后燃烧，燃烧产生的高温烟气给炭化室加热，不同于内热式生产消耗生物质能源，提高了炭产出率。此外，卧式连续生物炭化设备对可燃气进行回收利用，减少了副产品的产出，降低了生产能耗。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有生物质炭化炉技术的不足，提供一种能够充分利用空间且能连续给料出料，有效提高生物质炭品质和燃气品质的环保型生物质炭化设备系统。

为实现上述目的，本发明的一种双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化系统，包括炭化炉本体、向炭化炉本体输送炭化物料的给料装置和炭出料端，所述炭化炉本体纵向呈双层或多层布置，各层的炭化炉本体包括同轴套设的内筒和外筒，所述内筒旋转并为通入内筒中的生物质炭化物料提供隔绝空气的反应釜，所述外筒套设在内筒外，并在其与内筒之间预留高温通道，高温通道流通高温气体，为内筒内的生物质炭化物料热解提供炭化外热源；所述内筒内设无轴螺旋叶片输送并搅动生物质炭化物料均匀炭化，高温通道通入高温气体对内筒输送的生物质物料进行高温炭化；

所述炭化炉本体最底层的外筒连通燃烧器，燃烧器为高温通道提供高温气体，所述炭化炉本体最底层的内筒的出口一端为炭出料端。

进一步地，炭化炉本体沿高度方向双层布置，相邻层高度方向上的内筒通过下料管连接，下料管下端通过下内壁螺旋延伸段将物料送往同一层的内筒进入炭化行程；相邻层高度方向上的外筒连通流通高温气体。

进一步地，所述炭化炉本体沿高度方向多层布置，内筒的生物质炭化物料行程呈s形下行，且高温通道烟气的行程呈s行上行，相邻层高度方向上的内筒通过下料管连接，下料管下端通过下内壁螺旋延伸段件物料送往同一层的内筒进行炭化行程；相邻层高度方向上的外筒连通流通高温气体。

进一步地，所述内筒的内壁焊接无轴螺旋叶片，所述无轴螺旋叶片为长螺距，多片布置形式；

或，所述无轴螺旋叶片焊有扬扇板，扬扇板加强物料混合并作为延展换热面加强换热；

或，所述扬扇板选用直角弯折扬扇板，直角朝向内筒的轴心方向安装；

或，所述扬扇板呈弧形弯折或倾斜角度弯折。

进一步地，所述外筒内壁上焊有翅片，以加强对内筒的换热；

或，翅片焊在内筒外壁上，同侧等距布置；

或，翅片同时焊在内筒外壁和外筒内壁上，交错迷宫型布置，烟气s形走向。

进一步地，所述给料装置选用分段料仓进料，通过关断阀分段控制进入分段料仓以减少内筒空气混入。

进一步地，所述给料装置包括第一分段料仓、将生物质料输送至第一分段料仓的斗式提升机、第二分段料仓、将生物质料从第一分段料仓送往第二分段料仓的第一螺旋给料器、将第二分段料仓中的生物质料送往内筒炭化的第二螺旋给料器；

所述斗式提升机将物料送往第一分段料仓的管路上设置第一给料关断阀，启动第一给料关断阀用于阻隔空气进入第二分段料仓；第一分段料仓与第二分段料仓的物料输送管路上设置第二给料关断阀，启动第二给料关断阀时第二分段料仓进料不影响炭化炉本体运行；

第一分段料仓的出料端设置第一螺旋给料器将生物质料送往第二分段料仓，所述第二分段料仓的出料端设置第二螺旋给料器将物料送往内筒。

进一步地，炭化过程中生成的可燃气体出口设置在内筒的生物质炭化物料入口一端，炭化过程中生成的可燃气体与物料逆向流动，其作为生物质物料烘干和预炭化的热源。进一步地，所述炭化炉本体的最高层的外筒在烟气出口连通余热锅炉进行余热利用，经余热锅炉换热后进入烘干设备用作生物质物料烘干后排放；

或，所述燃烧器选用绝热燃烧器，通入炭化生成的可燃气体进行燃烧，实现能源循环利用。

进一步地，出炭管连通设置冷却装置，选用为水冷螺旋装置或喷水减温器，对生成的生物质炭降温冷却后送出。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

第一，炭化系统采用双层或多层布置，能够在有限的空间内拉长生物质炭化的行程，在保证炭化所需行程保证炭化率的基础上，减少炭化所占地面积，适用于更多的生物质炭化装置，同时解决了现有炭化炉设备整体长度较长，占地面积大，技改布置困难等问题，并且在一定程度上减少了生产成本。

第二，在进料上选择两段式进料，通过两级关断阀的控制，减少了混入的空气量，有一定的密封效果，混入空气量减少有利于保持炭化炉内筒的干馏低氧气氛，有利于提高生物质炭的热值和燃气的品质。

第三，本发明中生物质热解产生的燃气与生物质料逆向行进，能够起到对生物质物料的烘干作用，并且得到的燃气经过生物质原料后，其中的粉尘量和焦油量有明显的下降，具有更高的燃气品质和环保特性。

第四，本发明中炭化炉内筒可旋转，旋转过程可以保证生物质料炭化过程中受热均匀，不会出现局部过热等问题，并采用无轴螺旋叶片，在保证输送能力的同时加强了物料混合的均匀性。

第五，本发明中内筒壁螺旋上加焊了弯折型扬扇板，能够加强外筒烟气对内筒生物质料的换热，并作为延展受热面更高传热，从而提高热效率，此外，扬扇板的翻动能够增强物料间的搅拌，能够使热解更加充分和均匀。

第六，本发明中绝热燃烧器中引入烟气再循环工艺，能够在控制烟气温度的同时减少氮氧化物的排放。此外，在绝热燃烧器出口设置了一个sncr接口，能够进一步去除nox，满足国家的超净排放要求。

第七，本发明中引入余热锅炉产生回收热量产生蒸汽，使得炭化炉的余热有了用武之地，是环保节能型的炭化装置。

附图说明

图1为本发明给料装置示意图。

图2为本发明炉本体结构示意图。

图3为本发明所述双层炉本体的单层截面示意图。

附图中，第一给料关断阀111；第二给料关断阀112；第一分段料仓121；第二分段料仓122；第一螺旋给料器131；第二螺旋给料器132；斗式提升机14；无轴螺旋叶片211；下内壁螺旋延伸段212；下料管27；外筒31；上外筒311；下外筒312；高温通道32；内筒33；上内筒331；下内筒332；出炭管51；燃烧器6；扬扇板7；余热锅炉8；转筒烘干机9；密封法兰22；第一炭化炉支撑231；第二炭化炉支撑232；第一内外筒密封241和第二内外筒密封242，传动机构25，出料密封26，保温材料34，膨胀节4，出料关断阀52。

具体实施案例

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1

本实施例中，选用双层的卧式回转筒式连续生物质炭化系统。

如图1-图3所示，本发明的一种双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化系统，使用外热式干馏炭化法，包括炭化炉本体、向炭化炉本体输送生物质炭化物料的给料装置，所述炭化炉本体纵向呈双层布置，各层的炭化炉本体包括同轴套设的内筒33和外筒31，所述内筒33旋转并为通入内筒33中的生物质炭化物料提供隔绝空气的反应釜，所述外筒31套设在内筒33外，并在其与内筒33之间预留高温通道32，高温通道32流通高温气体，为内筒33内的生物质炭化物料热解提供炭化外热源。

给料装置的出料一端连通内筒33，并向内筒33送入生物质炭化物料。所述内筒33内设无轴螺旋叶片211转动输送生物质炭化物料，高温通道32通入高温气体对内筒33旋转输送的生物质物料进行热解炭化，生成木炭、木焦油、木醋液、可燃气体。

炭化炉本体最底层的外筒31连通燃烧器6，燃烧器6为高温通道32送入高温气体，炭化炉本体最底层的内筒33的出口一端设置出炭管51。

在生物质炭化过程中，影响生物质炭化的产量和质量的因素主要有：生物质原料的种类、生物质原料的含水率和炭化最终温度、炭化速度、热解炉的形状以及具体的热解形式。

本发明的炭化炉本体选用外热式干馏炭化炉，实现了木炭得率最高，灰分比例低、木炭成品质量均匀，炭颜色均匀，断面有光泽，炭热值高、污染情况较小，且副产品能够充分回收等优点；同时选用了卧式炭化炉，适于调节炭化速率，便于控制出炭品质。本发明中，选用了双层或多层布置，卧式炭化炉向空间高度发展，能够在有限的空间内拉长生物质炭化的行程，在保证炭化所需行程保证炭化率的基础上，减少炭化所占地面积，适用于更多的生物质炭化装置。

本发明的双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化系统，选用木质、秸秆等生物质作为生物质炭化原料，生物质入炉原料粒径≤30mm，含水率≤10％，所得炭化产量最高，炭化质量最佳。

炭化炉本体沿高度方向双层布置，每一层的炭化炉本体配设第一炭化炉支撑231、第二炭化炉支撑232，通过第一炭化炉支撑231、第二炭化炉支撑232将套设的内筒33和外筒31进行支撑，同时每一层的套设的内筒和外筒之间的第一内外筒密封241和第二内外筒密封242，密封每一层套设的内筒和外筒。

内筒33由传动机构25传动，传动机构选用减速变频电机，转速根据生物质原料炭化量进行调节。相邻层高度方向上的内筒33通过下料管27连接，下料管27下端通过下内壁螺旋延伸段212与同层的无轴螺旋叶片211配合共同将物料送往同一层的内筒33前进进行炭化行程，为了有效控制每一层的生物质炭化物料炭化率，每一层的内筒33在于下料管27连接部位设置出料密封26，用于控制密封生物质炭化物料送往下一层内筒。相邻层高度方向上的外筒31通过管道连接流通高温气体，管道上设置膨胀节4。

如图3所示，本发明中的无轴螺旋叶片211为长螺距，多片布置形式，无轴螺旋叶片螺距在1m左右，布置数量3-5片。

本发明的无轴螺旋叶片211选用长螺距，多叶片设置，长螺距能保证物料输送速度，决定了生物质炭化物料螺旋的升角，使得生物质炭化物料运行的滑移面为最大，在炭化行程中的生物质炭化物料能得到充分的扰动，在外加热的情况最大程度的实现均匀受热，保证了炭化质量。

所述无轴螺旋叶片上焊有扬扇板7，扬扇板7加强物料混合并作为延展换热面加强换热。

本发明中，为进一步增强物料的搅拌能力，一方面在内筒33筒体转动时，无轴螺旋叶片211将生物质物料从入口端输送到出口端；另一方面，该无轴螺旋叶片211也是筒壁的扩展换热面，有强化传热的作用。

所述扬扇板7选用直角弯折扬扇板，直角朝向内筒33的轴心方向安装；

或，所述扬扇板呈弧形弯折或倾斜角度弯折。

而扬扇板7有将生物质物料携带更高的抛撒作用，增加物料的搅拌能力。下内筒332筒内螺旋叶片和扬扇板材质采用310s不锈钢，上内筒331螺旋叶片和扬扇板材质采用304不锈钢。扬扇板7在无轴螺旋叶片211上间隔布置，扬扇板7垂直于轴心布置，并且端部垂直焊有直板。

本发明中，外筒31内壁上焊有翅片，翅片焊在内筒外壁上，同侧等距布置，翅片同时焊在内筒外壁和外筒内壁上，交错迷宫型布置，烟气s形走向，延长高温气体的流程，以加强对内筒33的换热。

如图1-2所示，本发明的给料装置为分段料仓进料，通过关断阀分段控制进入分段料仓以减少空气混入，以控制炭化炉内的干馏热解气氛。整个进料过程分为两段，通过第一给料关断阀111和第二给料关断阀112进行控制。

所述给料装置包括第一分段料仓121、将生物质料输送至第一分段料仓121的斗式提升机14、第二分段料仓122、将生物质料从第一分段料仓121送往第二分段料仓122的第一螺旋给料器131、将第二分段料仓122中的生物质料送往内筒炭化的第二螺旋给料器；

所述斗式提升机14将物料送往第一分段料仓121的管路上设置第一给料关断阀111；第一分段料仓121与第二分段料仓122的物料输送管路上设置第二给料关断阀112；

第一分段料仓121的出料端设置第一螺旋给料器131将生物质料送往第二分段料仓122，所述第二分段料仓122的出料端设置第二螺旋给料器132将物料送往内筒33。

第二螺旋给料器位于第二分段料仓122的下方便于下料输送。

本发明选用的是干馏法炭化，在隔绝空气的条件下，依靠外部加热将生物质干馏，热裂解而得到木炭。分段料仓进料，极大程度上减少了进料时的空气的进入，进而避免因空气进入炭化炉而降低生物质炭化的产量和质量。

如图1所示，预炭化的木质生物质经削片机破碎后，粒径符合要求的部分将被输送至转筒干燥机中进行烘干，转筒烘干机9利用余热锅炉8通出的烟气进行烘干，烘干后送至物料存储料斗中进行储存。存储料斗中的生物质料经斗式提升机14提升至第一分段料仓121，再由螺旋输送机131送至炭化系统。

如图2所示，生物质经给料装置输送后进入炉前第一分段料仓122，经炉前的第二螺旋输送机132送入连续炭化炉炉膛。整个进料过程分为两段，通过第一给料关断阀111和第二给料关断阀112进行控制。启炉进料时，依次打开第一给料关断阀111和第二给料关断阀112，启动第一螺旋给料机131和第二螺旋给料机132；中断给料时，停止第一螺旋给料机131和第二螺旋给料机132，关闭第一给料关断阀111和第二给料关断阀112。

生物质炭化系统如图2所示，生物质经上料系统输送后进入炉前料仓122，经第二螺旋给料器132送入内筒33的连续炭化炉炉膛，所述第二螺旋给料器132送料进入内筒的管道上设置密封法兰22，当无需第二螺旋给料器132送料时，实现内筒的密封。整个进料过程分为两段，通过第一给料关断阀111和第二给料关断阀112进行控制。启炉进料时，依次打开第一给料关断阀111和第二给料关断阀112，启动第一螺旋给料机131和第二螺旋给料机132；中断给料时，启动第一螺旋给料机131和第二螺旋给料机132，关闭第一给料关断阀111和第二给料关断阀112。

炭化过程中生成的可燃气体出口设置在内筒33的生物质物料入口一端，炭化过程中生成的可燃气体与物料逆向流动，作为生物质物料烘干和预炭化的热源。

本发明中，可燃气体出口与螺旋给料机在炭化炉同一侧，且可燃气出口在第二螺旋给料机132上，保证燃气流通方向和生物质料推进方向逆向流动。生物质炭化物料在内筒33内的反应包括干燥段和热裂解反应段，生物质炭化生成的可燃气体设置在生物质料进料一侧，可燃气体与生物质炭化物料逆向流通，生物质热裂解反应中生成的木醋液、焦油以及其他分成随着气体流通，逐步吸附在生物质炭化物料上，可燃气体在于生物质炭化物料逆向流通中实现了净化。同时，可燃气体的高温也为生物质炭化物料提升温度，提高了其热裂解反应效率。

所述炭化炉本体的最高层的外筒31在烟气出口连通余热锅炉8进行余热利用，经余热锅炉换热后进入烘干设备用作物料烘干后排放.

所述燃烧器6选用绝热燃烧器，绝热燃烧器使用通入炭化生成的可燃气体作为燃料进行燃烧，实现本发明的能源循环利用。绝热燃烧器选用单独布置的燃气燃烧器，将炭化炉本体中产生的燃气部分燃烧用于炭化炉热源，燃烧后的高温烟气进行配风到合适温度后由管道引入炭化炉外筒。

绝热燃烧器引入烟气再循环，并在绝热燃烧器出口预留一个sncr接口，在有效控制烟气温度的同时降低氮氧化物排放量。

本发明中的出炭管51连通设置冷却装置，选用为水冷螺旋装置或喷水减温器，对生成的生物质炭降温、防止其燃烧，冷却到一定温度后进入打包车间。为了达到降温冷却效果，出炭管51上设置出料关断阀52用于关断出炭管。

炭化炉本体为内、外双套筒结构，上内筒331连通下内筒332作为物料中温炭化管道，靠近进料侧有烘干物料的作用，上外筒311和下外筒312与内筒33之间为高温通道32，用于流通高温烟气管道，外筒31外壁包覆保温材料34，避免高温通道32中的热能流失。绝热加热外套筒的加热热源为高温烟气，温度为800℃左右。生物质炭化物自给料装置送入上内筒331后，随着无轴螺旋叶片211边移动边干燥，边移动边炭化，在生物质热裂解产生的一氧化碳、甲烷、氢气等热解可燃气体在绝热燃气燃烧器中燃烧，燃烧生成的高温烟气掺入部分低温烟气混合后送入外套筒311和312中之间的高温通道32，对内筒33内的生物质物料加热炭化。高温通道32的排出烟气温度为400℃左右，此排出的热烟气通过一个余热锅炉换热降温到200℃左右后，由风机送至转筒干燥机中进行生物质炭化原料的烘干，烟气温度130℃左右后再送入生物质净化装置(含干燥装置及布袋除尘器)中，从净化装置出来后的烟气再通过引风机排入烟囱外排。

生物质炭化物料由第二螺旋给料器132设置的螺旋输送机机送入上内筒331，顺着上内筒331设置的无轴螺旋叶片211，上层的无轴螺旋叶片211从上内筒331进料端输送到上内筒331的出料一端，而后通过下料管27落至下内壁螺旋延伸段212，再进入下内筒332内设置的无轴螺旋叶片，输送至出炭管管51。整个热裂解炭化过程在炭化炉中完成，内筒33内的温度一般维持在450℃左。排出的成品炭由冷却出炭机冷却到常温后送出。

炭化过程中产生的热解燃气经燃气管道排出炭化炉，在风机作用下部分进入绝热燃烧器产生热烟气供炭化系统自用，其余燃气进入余热换热系统进行燃烧放热产生蒸汽或热水，或者经由燃气净化设备进行净化处理得到纯净的工业用燃气。热烟气在炭化炉中完成换热后排放进入余热锅炉8，余热锅炉出口烟气进入烘干设备，将物料烘干到水分10％以下，满足进炉物料含水率要求，以提高燃气品质。

本发明的一种双层或多层卧式回转筒式连续生物质炭化设备系统，通过螺旋推进，将生物质原材料如废弃枝丫材、秸秆、棉杆等进行绝氧热解，产出高品质的生物质炭和燃气以及蒸汽，生物质炭广泛应用于冶金、化工、医药等工业领域，也可以机制后取暖、烧烤等民用行业，还可以深加工后产出活性炭，进一步提高附加值。生物质热解过程中产生的燃气一部分用于自身热解，其余燃气送入余热锅炉产生蒸汽送往热用户，这种方式极大的节约了能源。此外，热解后的燃气还可以进一步提取木醋液、焦油等产品，作为良好的农业、工业衍生品。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施方式。显然，本发明不限于以上实施方式，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。