一种污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置的制作方法

本发明涉及生物炭技术领域，具体涉及一种污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置。

背景技术：

污泥热解是处理污泥的一个有效办法，是将污泥在无氧或缺氧条件下加热，使之转变成气态、液态和固态的产物的化学过程。其可以大大减少污泥水分和体积，使其运输方便；降解有机毒物消除有害病菌、污泥恶臭；还能够有效固定重金属，同时还有吸附水和土壤中重金属的作用；极大程度降低污泥的污染能力达到污泥资源化利用的效果。

但是由于污泥中含有的有机物较少，含有的挥发分、水分和重金属较多，导致污泥单独热解时挥发分析出性能和固态产物吸附性能较差，固相产率较低。而秸秆具有含水率低、灰分少和固定碳含量高的特点，是制备活性炭吸附剂的理想原料，因此通过污泥与秸秆共热解来制备生物炭，该技术能够有效提高秸秆的使用效率，且对污泥和秸秆的资源化利用有着重要的意义。

传统的生物炭制备方法，在制备之前，需要先将污泥与秸秆进行破碎，然后再进行干燥，最后将两者充分混合后热解制备生物炭，制备步骤繁多，设备复杂，制备过程需要转移，延长了个工序间的衔接时间，从而工作效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置，以简化制备步骤和制备设备，减少各工序衔接的时间，提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置，包括破碎装置和炭化装置；

所述破碎装置包括：

破碎仓，其具有破碎腔，其仓壁设置有中空的隔层，其上部设置有所述破碎腔连通的第一进料口、水蒸气出气口和与所述隔层连通的第一烟气出气口，其下部设置与所述隔层连通的烟气进气口；

进料储仓，其设置在所述破碎仓的底部，其与所述破碎腔连通，其下部设置有可开闭的第一阀门，其底部设置有第一出料口；

破碎机构，包括两根平行设置在所述破碎腔内的破碎轴和沿所述破碎轴的延伸方向间隔设置的破碎刀片；以及

第一筛板，其设置在所述破碎腔内，其位于所述破碎刀片的下方和所述进料储仓的上方；

所述炭化装置包括：

炭化仓，其仓壁外缠绕有电磁加热线圈，其上部设置有与所述炭化腔连通的第二进料口和第二烟气出气口，其下部设置有与所述炭化腔连通的第二出料口，所述第二进料口与所述第一出料口连通，所述第二烟气出气口与所述烟气进气口连通；

搅拌机构，包括转动设置在所述炭化仓内的搅拌轴和设置在所述搅拌轴上的桨叶。

进一步地，所述破碎装置还包括：

第二筛板，其位于所述第一筛板的下方和所述进料储仓的上方，其目数大于所述第一筛板的目数；

漏料板，其在所述第二筛板的两端分别设置有一块，其上开有漏料孔；

第一刮板，其沿横向滑动设置在所述破碎仓内，其用于将所述第二筛板上的物料向所述第二筛板两端的所述漏料板上输送；

往复直线运动机构，其用于驱动所述刮板；

导料槽，其上端伸入到所述破碎仓中、并与所述漏料孔连通；

水平螺旋输送机，其具有与所述导料槽的下端连通的水平料槽；以及

垂直螺旋输送机，其用于将所述水平螺旋输送机中的物料输送到所述破碎腔中。

进一步地，所述往复直线运动机构包括两个相对设置在所述第一刮板两侧的带传动机构、以及将两个所述带传动机构进行传动连接以使两个所述带传动机构同步传动的连接轴，所述第一刮板的两侧分别与一个所述带传动机构中的传动带连接。

进一步地，还包括两块沿纵向设置在所述第二筛板的两端的挡板，所述挡板位于所述第一筛板和所述第二筛板之间，所述挡板的上端通过铰轴与所述破碎仓的仓壁铰接，所述铰轴上套设有扭簧；在自然状态下，所述挡板保持在纵向位置，当所述挡板处于纵向位置时，所述挡板能阻挡物料从所述第二筛板上进入到所述漏料孔中。

进一步地，所述第一筛板包括多块相邻设置的板体，所述板体通过转轴与所述破碎仓转动连接；所述破碎装置还包括用于驱动多块所述板体同时转动的翻转装置，所述翻转装置包括多个分别套设在所述转轴上的翻转齿轮和用于驱动任意一个所述翻转齿轮转动的翻转电机，相邻的两个所述翻转齿轮之间相互啮合。

进一步地，还包括沿纵向设置在所述炭化腔内的第二刮板，所述第二刮板通过支架固定在所述搅拌轴上，所述第二刮板靠近所述炭化仓的内壁设置。

进一步地，所述第二刮板的底部和所述搅拌轴的底部都设置有用于打散粘结在一起的物料的锥型凸起。

进一步地，所述桨叶包括用于将物料向下搅拌的第一桨叶和用于将物料向上搅拌的第二桨叶，所述第一桨叶位于第二桨叶的上方。

本发明的有益效果：本装置将干燥、破碎、搅拌、热解一体化，减少了复杂的制备步骤，干燥与破碎同时进行，搅拌与热解同时进行，无需转移，减少了各工序衔接的时间，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置的立体图；

图2为图1的一个半剖视图；

图3为图2中的a部放大示意图；

图4为图1中的本发明一实施例提供的污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置的部分立体图。

附图标记：

10-破碎装置；

11-破碎仓、111-隔层、112-第一进料口、113-水蒸气出气口、114-第一烟气出气口、115-烟气进气口、116-进料储仓、1161-进料管、117-第一筛板、1171-板体、118-第二筛板、119-挡板；

12-破碎机构、121-破碎刀片、122-传动齿轮、123-破碎电机；

13-第一刮板；

14-往复直线运动机构、141-带传动机构、142-连接轴、143-驱动电机；

18-翻转装置、181-翻转齿轮、182-翻转电机；

20-炭化装置；

21-炭化仓、211-第二进料口、212-第二烟气出气口、213-第二出料口、22-保温棉、23-电磁加热线圈；

24-搅拌装置、241-搅拌轴、242-第一桨叶、243-第二桨叶、244-第二刮板、245-锥型凸起、246-搅拌电机；

34-水平螺旋输送机、341-水平料槽、342-水平螺旋轴；

35-垂直螺旋输送机、351-垂直料槽、352-垂直螺旋输送机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示，本实施例提供一种污泥与秸秆共热解制备生物炭的一体化装置，包括破碎装置10、位于破碎装置10下方的炭化装置20以及用于安装破碎装置10和炭化装置20的机架(附图未示出)。

破碎装置10包括破碎仓、进料储仓116、破碎机构12和第一筛板117。破碎仓的内部具有破碎腔，破碎仓的仓壁被构造成具有中空的隔层111，在隔层111内通有对破碎腔内的物料进行干燥的低温烟气。烟气进气口115位于破碎仓的下部，第一烟气出气口114位于破碎仓的上部。另外，在破碎仓的上部还设置有用于向破碎腔内投放物料的第一进料口112和用于将破碎腔内干燥产生的水蒸气排走的水蒸气出气口113。

进料储仓116位于破碎仓那个的底部，其与破碎仓连接成一体，进料储仓116的内部与破碎腔连通。进料储仓116的下部安装有进料管1161，进料管1161与炭化装置20连通，在进料管1161上安装有可开闭的第一阀门，第一阀门可以是电动阀门，也可以是气动或液动阀门。进料储仓116的底部为第一出料口，即进料管1161的出料口。

破碎机构12包括破碎轴、破碎刀片121、传动齿轮122和破碎电机123。在破碎腔内平行设置有两根破碎轴，每根破碎轴上沿破碎轴的延伸方向间隔安装有多个破碎刀片121，两根破碎轴上的破碎刀片121交错分布。每根破碎轴的一端分别套装有一个传动齿轮122，两个传动齿轮122相互啮合，其中一根破碎轴由破碎电机123驱动。

第一筛板117沿横向固定在破碎腔内，其位于破碎刀片121和进料储仓116之间，第一筛板117对破碎后的物料进行筛选，使满足一定粒径要求的物料进入到进料储仓116内，并最终进入到炭化装置20中进行炭化。

炭化装置20包括炭化装置21和搅拌机构。

炭化装置21具有炭化腔，其仓壁安装有保温棉22，保温棉22外缠绕有电磁加热线圈23。炭化装置21的上部设置有与炭化腔连通的第二进料口211和第二烟气出气口212，第二烟气出气口212与烟气进气口115连通。炭化装置21的下部设置有与炭化腔连通的第二出料口213，第二进料口211与第一出料口连通，第二出料口213处安装有第二阀门，最终的成品从第二出料口213中流出。

搅拌机构包括沿纵向安装在炭化装置21内的搅拌轴241、安装在搅拌轴241上的桨叶和安装在炭化装置21外的用于驱动搅拌轴241转动的搅拌电机246。

在本实施例中，污泥与秸秆(后称两者为物料)从破碎仓的第一进料口112进入，通过破碎轴进行破碎，破碎后，满足粒径要求的物料通过第一筛板117落入到下方的进料储仓116，一定时间后，打开第一阀门，物料通过第一出料口进入到炭化装置21。物料在炭化装置21内，在搅拌轴241的搅拌下发生热解，从而制备成生物炭，最终第二阀门打开，生物炭从第二出料口213中排出。炭化装置21炭化过程所需的热量由电磁加热线圈23提供，通过电磁加热的方式，使炭化装置21的仓壁以及搅拌轴241、桨叶发热。炭化过程中产生的温度较高的烟气从第二烟气出气口212中排出，经烟气进气口115进入到破碎仓中，从而对破碎仓中的物料进行烘干，实现了能源的多级利用。

在一个实施例中，破碎装置10还包括第二筛板118、漏料板、第一刮板14、往复直线运动机构14、导料槽、水平螺旋输送机34和垂直螺旋输送机35。第二筛板118安装在破碎仓内，且位于第一筛板117的下方和进料储仓116的上方，第二筛板118的目数大于第一筛板117的目数，即第二筛板118过滤的物流颗粒的粒径更小。在第二筛板118的两端分别安装有一块漏料板，漏料板上开有漏料孔，优选漏料板的上表面与第二筛板118的上表面共面，漏料孔可以让不能被第二筛板118过滤的较大粒径的物料通孔。

第一刮板14沿横向滑动设置在破碎仓内，其底部靠近第二筛板118的上表面或者直接与第二筛板118的上表面接触，从而第一刮板14来回移动过程中能够将第二筛板118上的物料向第二筛板118两端的漏料板上输送。在破碎仓的两个相对的仓壁上分别开有一滑槽，第一刮板14的两侧分别在两个滑槽内滑动，第一刮板14的运动由一往复直线运动机构14来驱动。

导料槽的上端伸入到破碎仓内，并且与漏料孔连通，导料槽的下端伸出至破碎仓外，导料槽与破碎仓之间密封连接，避免粉尘外溢。

水平螺旋输送机34包括水平料槽341和水平螺旋轴342，导料槽的下端与水平料槽341的上部连通，从而从漏料板落下的物料经导料槽导入到水平螺旋输送机34中。

垂直螺旋输送机35包括垂直料槽351和垂直螺旋轴，垂直料槽351固定在破碎仓的仓壁外。垂直料槽351的下端与水平料槽341的出料端连通，上端的出料口伸入到破碎腔中。通过垂直螺旋轴将水平料槽341的出料端的物料送入到破碎腔中。

在本实施例中，从第一筛板117过滤的物料落入到第二筛板118上，未能被第一筛板117过滤的物料则被第一筛板117隔离在破碎腔的底部，然后落入到第二筛板118上的物料中，部分粒径较小的，同构第二筛板118落入到进料储仓116中暂时存储起来，而不能被第二筛板118过滤的物料则被第一刮板14送入到漏料板上。第一刮板14朝一个方向移动的时候，将第二筛板118上的物料朝一个漏料板上输送，由于上方的第一筛板117中有持续的物料落下，在第一刮板14朝反方向移动的过程中，第一刮板14将第二筛板118上的物料朝另一个漏料板上输送。这样第一刮板14来回移动，可以将第二筛板118上不能过滤的物料排走，避免这些物料堵塞第二筛板118的筛孔。由于物流破碎不彻底等远离，通过上述设置，能够保证第二筛板118不被堵塞。

在一个实施例中，往复直线运动机构14包括两个相对设置在第一刮板14两侧的带传动机构141、将两个带传动机构141进行传动连接以使两个带传动机构141同步传动的连接轴142以及用于驱动其中一个带传动机构141转动的驱动电机143。连接轴142平行设置有两根，第一刮板14的两侧分别与一个带传动机构141中的传动带固定连接。上述往复直线运动机构14，结构紧凑。

在一个实施例中，还包括两块沿纵向设置在第二筛板118的两端的挡板119，挡板119位于第一筛板117和第二筛板118之间，挡板119的上端通过铰轴与破碎仓的仓壁铰接。铰轴上套设有扭簧(附图未示出)，扭簧的一端与挡板119抵接，另一端与破碎仓的仓壁抵接。在自然状态下，由于扭簧的作用，挡板119保持在纵向位置。且当挡板119处于纵向位置时，挡板119能阻挡物料从第二筛板118上进入到漏料孔中。当第一刮板14将物料向漏料板输送的过程中，被第一刮板14推动的物料先将挡板119推开，然后再落入到漏料孔中。设置挡板119的目的是避免过多的可被第二筛板118过滤的物料落入到第二筛板118上之后，直接滚落到漏料板上，并从漏料孔走流走，从而降低了第二筛板118的过滤量。

在一个实施例中，第一筛板117包括多块相邻设置的板体1171，板体1171通过转轴与破碎仓转动连接。相邻板体1171之间的间距较小，既保证单块板体1171能正常翻转，又保证该间距不大于第一筛板117上筛孔的直径。破碎装置10还包括用于驱动多块板体1171同时转动的翻转装置18，翻转装置18包括多个分别套设在转轴上的翻转齿轮181和用于驱动任意一个翻转齿轮181转动的翻转电机182，相邻的两个翻转齿轮181之间相互啮合。当一批物料在破碎腔内被破碎完毕后，第一筛板117上总会残留部分物料，因此，通过上述设置，通过将构成第一筛板117的多块板体1171进行翻转，使得第一筛板117上残留的物料能够落入到第二筛板118上，进而解决了第一筛板117上物料残留的问题。

在一个实施例中，还包括沿纵向设置在炭化腔内的第二刮板244，第二刮板244通过支架固定在搅拌轴241上，第二刮板244靠近炭化装置21的内壁设置。炭化过程中部分物料会附着在炭化装置21仓壁，通过第二刮板244将上述附着物料刮下。

在一个实施例中，第二刮板244的底部和搅拌轴241的底部都设置有用于打散粘结在一起的物料的锥型凸起245。炭化过程中热解油会使部分物料粘结，锥型凸起245的作用是将粘结的物料打散，达到物料充分热解的效果。

在一个实施例中，桨叶包括用于将物料向下搅拌的第一桨叶242和用于将物料向上搅拌的第二桨叶243，第一桨叶242位于第二桨叶243的上方。第一桨叶242和第二桨叶243相对布置，作用是充分搅拌，分散物料，使其热解充分。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。