用于连续进料的有氧裂解装置及其工作方法与流程

本发明属于燃烧器技术领域，具体涉及用于连续进料的有氧裂解装置及其工作方法。

背景技术：

目前对有机质热裂解，采用的技术一般为厌氧裂解技术。由于是自然热源加无氧裂解，因而需要大的堆积器与长时间的自然被动热积累，才能完成厌氧裂解有机质过程。但上述方式的缺点是采用静态热裂解，处理有机质重量少，时间长(一般厌氧静态热裂解时间为5-6小时)，且设备加工成本高。

针对上述问题，可利用高温等离子动态热力场技术来解决。但是，高温等离子动态热力场技术也存在问题。高温等离子加速器火焰体产生的高温高能等离子浆气体，只有在高温环境中，才能发挥动态裂解有机质功能。另外，现有的温等离子动态热力场技术无法实现对密闭腔体进行连续进料。

因此，设计一种节约制造成本和生产成本，可靠性强，且能够快速预热升温的用于连续进料的有氧裂解装置，就显得十分必要。

例如，申请号为cn201220644295.2的中国实用新型专利所述的一种燃烧器蓄热装置，所述燃烧器蓄热装置进一步包括，助燃风及引风进口，助燃风及引风管道，天然气进口，蓄热体托板，蓄热体，观探火，天然气喷气装置，分气碗，外保温，燃烧头；其中，所述机壳与所述燃烧头通过安装法兰固定连接；所述观探火、天然气喷气装置及助燃风及引风管道通过第一法兰，第二法兰与所述机壳固定连接；天然气喷气装置位于机壳的中心；所述助燃风及引风进口和天然气进口均设置于所述燃烧器机壳的下端，两个蓄热体托板各上下托着蓄热体并将其固定在机壳上，风可穿过托板和蓄热体到达机壳的尾端。虽然燃烧器蓄热装置通过回收其它燃烧器排除的高温烟气流入蓄热体，将蓄热体加热，使被加热的介质加热到较高温度，进入炉膛，实现对炉内物料的加热，强化了加热炉内的炉气循环，均匀炉子的温度场，提高了加热质量，但是其缺点在于，升温速度较慢，难以构建可持续动态悬浮裂解有机质温度场，使用具有局限性且无法实现对密闭腔体进行连续进料。

技术实现要素：

本发明是为了克服现有技术中，现有采用厌氧裂解技术对有机质热裂解，存在有机质重量少，时间长，设备加工成本高且无法实现对密闭腔体进行连续进料的问题，提供了一种节约制造成本和生产成本，可靠性强，处理量大，时间短且能够快速预热升温的用于连续进料的有氧裂解装置及其工作方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

用于连续进料的有氧裂解装置，包括连续进料有氧裂解炉体、设于连续进料有氧裂解炉体一侧端口处的旋风连续进料装置、设于旋风连续进料装置上的n个高温等离子体加速器、设于旋风连续进料装置前方的炉膛壁和设于炉膛壁之间的介质阻挡升温板，n为正整数；所述高温等离子加速器均固定在旋风连续进料装置中心；所述高温等离子加速器均用于释放出火焰体；所述炉膛壁通过卡接件固定在连续进料有氧裂解炉体内部。

作为优选，所述旋风连续进料装置内部上方设有集料区；所述旋风连续进料装置内部下端设有进风口；所述集料区外接上料机；所述进风口外接风机。

作为优选，所述旋风连续进料装置内部还设有料道和进风道；所述旋风连续进料装置还上设有两个旋风口；所述集料区通过料道与一个旋风口连通；所述进风口通过进风道与另一个旋风口连通；所述料道和进风道内均设有旋流器旋风导流板。

作为优选，所述高温等离子体加速器释放出的火焰体、炉膛壁和介质阻挡升温板构成的空间为一次高温高能裂解区温度场；所述旋风连续进料装置上设有的两个旋风口与一次高温高能裂解区温度场连通；所述一次高温高能裂解区温度场设有出烟出尘口。

作为优选，所述炉膛壁采用耐火材料，形状呈圆八字柱筒状；所述炉膛壁直径为100cm-5520cm，厚度为10cm-30cm，长度为10cm-1200cm。

作为优选，所述连续进料有氧裂解炉体下方安装有存灰装置；所述存灰装置与连续进料有氧裂解炉体连通；所述存灰装置上设有出灰口。

作为优选，所述连续进料有氧裂解炉体上方安装有出烟管道；所述出烟管道与连续进料有氧裂解炉体连通；所述出烟管道上设有出烟口。

作为优选，所述高温等离子加速器的个数范围为1个至10个。

本发明还提供了用于连续进料的有氧裂解装置的工作方法，所述连续进料有氧裂解炉体内部还设有二次中温有氧自燃裂解场，所述二次中温有氧自燃裂解场通过出烟出尘口与一次高温高能裂解区温度场连通；包括以下步骤：

s1，预热阶段；

将连续进料有氧裂解炉体中的一次高温高能裂解区温度场进行预热，即对介质阻挡升温板加热，所有高温等离子加速器开始释放出火焰体，当观测到介质阻挡升温板变为暗红色时，预热结束；

s2，上料阶段；

当预热结束，小于2mm粒径的有机质粉体通过上料机进入到旋风连续进料装置，同时打开旋风连续进料装置外接的风机，利用风能，使有机质粉体旋转并且形成带动能均匀进入一次高温高能裂解区温度场；

s3，一次裂解阶段；

当有机质粉体旋转态进入一次高温高能裂解区温度场，在300℃-3000℃的温度场环境下，并经高温等离子加速器所释放出的火焰体的作用下，实现65％-85％的有机质粉体悬浮裂解；同时，将65％的空气中的氮气键拉开与氧形成水溶态的氧化氮；

一次裂解后产生的包含氧化氮的烟气进入下一工区，用于形成高浓度水溶肥；

s4，二次裂解阶段；

有机质粉体经一次裂解后，有机质粉体的内芯还未完全裂解，通过一次高温高能裂解区温度场的出烟出尘口进入二次中温有氧自燃裂解场，进行自燃二次裂解，二次裂解后产生的包含氧化氮的烟气同样进入下一工区，用于形成高浓度水溶肥；

二次裂解后的有机质粉体变成硅钾体粉末，对形成的硅钾体粉末进行保存和出料。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明实现了有机质有氧动态可持续裂解，创造了旋风进料流水式动态可持续裂解工艺流程，实现了一次高温高能裂解与二次中温有氧裂解相结合的工艺，使有机质粉体得以充分有氧裂解，能够实现大批量处理有机质粉末的工艺可能；(2)本发明能够实现200kg-4000kg/小时的植物秸秆处理量，且处理成本低，每吨处理成本为50-150元，处理后的烟雾气体水溶后，为高浓度有机水溶肥，可以替代化肥，实现粮食生态绿色种植，成本只有化肥的60％-70％；(3)本发明能够实现有机质粉体从有机聚集体多糖与蛋白质，瞬时裂解为有机单糖类有机小分子烟体，复合氨基酸、酚类以及空气中的氮气键拉开与氧形成水溶态的氧化氮。

附图说明

图1为等离子制肥工艺的一种流程图；

图2为本发明用于连续进料的有氧裂解装置的一种结构示意图；

图3为本发明中旋风连续进料装置的一种结构示意图；

图4为本发明中用于连续进料的有氧裂解装置在进行一次裂解和二次裂解时的一种结构示意图。

图中：连续进料有氧裂解炉体1、旋风连续进料装置2、高温等离子体加速器3、炉膛壁4、介质阻挡升温板5、火焰体6、观察窗口7、集料区8、进风口9、上料机10、料道11、进风道12、旋风口13、旋流器旋风导流板14、一次高温高能裂解区温度场15、出烟出尘口16、存灰装置17、出灰口18、出烟管道19、出烟口20、二次中温有氧自燃裂解场21。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示，为等离子制肥工艺的流程图。完成等离子制肥，依次需要经过上料工区、燃烧工区、水溶工区、低温等离子外涡旋混合工区、水溶涡旋混合处理工区和等离子零电磁场力处理工区的处理。而本发明用于连续进料的有氧裂解装置位于燃烧工区，是对燃烧工区做出的改进。

如图2所示的用于连续进料的有氧裂解装置，包括连续进料有氧裂解炉体1、设于连续进料有氧裂解炉体一侧端口处的旋风连续进料装置2、设于旋风连续进料装置上的两个高温等离子体加速器3、设于旋风连续进料装置前方的炉膛壁4和设于炉膛壁之间的介质阻挡升温板5；所述高温等离子加速器均固定在旋风连续进料装置中心；所述高温等离子加速器均用于释放出火焰体6；所述炉膛壁通过卡接件固定在连续进料有氧裂解炉体内部。

其中，所述介质阻挡升温板与旋风连续进料装置及高温等离子加速器之间的距离为5cm-1000cm。高温等离子加速器的电源输出频率为0hz-20khz，电压为2万伏-25万伏。所述连续进料有氧裂解炉体的右侧端口安装有观察窗口7，用于观测介质阻挡升温板加热后的颜色变化。

进一步的，如图3所示，所述旋风连续进料装置内部上方设有集料区8；所述旋风连续进料装置内部下端设有进风口9；所述集料区外接上料机10；所述进风口外接风机。利用风能，可使有机质粉体旋转并且形成带动能均匀进入温度场进行裂解。

进一步的，所述旋风连续进料装置内部还设有料道11和进风道12；所述旋风连续进料装置还上设有两个旋风口13；所述集料区通过料道与一个旋风口连通；所述进风口通过进风道与另一个旋风口连通；所述料道和进风道内均设有旋流器旋风导流板14。所述旋流器旋风导流板起到引流的作用，便于有机质粉料在风能的作用下，旋转并且形成带动能均匀进入温度场进行裂解。

进一步的，所述高温等离子体加速器释放出的火焰体、炉膛壁和介质阻挡升温板构成的空间为一次高温高能裂解区温度场15；所述旋风连续进料装置上设有的两个旋风口与一次高温高能裂解区温度场连通；所述一次高温高能裂解区温度场设有出烟出尘口16。所述一次高温高能裂解区温度场整体的内径为80cm-5000cm。

进一步的，所述炉膛壁采用耐火材料，形状呈圆八字柱筒状；所述炉膛壁直径为100cm-5520cm，厚度为10cm-30cm，长度为10cm-1200cm。

进一步的，又如图2所示，所述连续进料有氧裂解炉体下方安装有存灰装置17；所述存灰装置与连续进料有氧裂解炉体连通；所述存灰装置上设有出灰口18。存灰装置用于保存经二次裂解后有机质粉体变成的硅钾体粉末，并通过出灰口出料。

进一步的，所述连续进料有氧裂解炉体上方安装有出烟管道19；所述出烟管道与连续进料有氧裂解炉体连通；所述出烟管道上设有出烟口20。有机质粉末经一次裂解和二次裂解后产生的烟气，通过出烟管道进入下一工区，用于形成高浓度水溶肥。

进一步的，所述高温等离子加速器的个数范围为1个至10个。

另外，所述介质阻挡升温板采用双层材料板，所述双层材料板包括耐温金属板和耐火材料板，所述耐温金属板与耐火材料板紧密贴合。其中，与一次高温高能裂解区温度场直接相接触的是耐温金属板，在耐温金属板外侧贴合耐火材料板。

其中，所述耐温金属板采用可耐3000℃-4500℃的高温合金材料制成，直径为50cm-4552cm，厚度为10cm-100cm。所述耐火材料板耐温3000℃-4500℃，直径为50cm-4552cm，厚度为1cm-100cm。

除一次高温高能裂解区温度场外，所述连续进料有氧裂解炉体内部还设有二次中温有氧自燃裂解场21，所述二次中温有氧自燃裂解场通过出烟出尘口与一次高温高能裂解区温度场连通。二次中温有氧自燃裂解场在300℃-1000℃之间。

基于实施例1，如图2和图4所示，本发明还提供了用于连续进料的有氧裂解装置的工作方法，包括以下步骤：

s1，预热阶段；

将连续进料有氧裂解炉体中的一次高温高能裂解区温度场进行预热，即对介质阻挡升温板加热，所有高温等离子加速器开始释放出火焰体，当观测到介质阻挡升温板变为暗红色时，预热结束；

s2，上料阶段；

当预热结束，小于2mm粒径的有机质粉体通过上料机进入到旋风连续进料装置，同时打开旋风连续进料装置外接的风机，利用风能，使有机质粉体旋转并且形成带动能均匀进入一次高温高能裂解区温度场；

s3，一次裂解阶段；

当有机质粉体旋转态进入一次高温高能裂解区温度场，在300℃-3000℃的温度场环境下，并经高温等离子加速器所释放出的火焰体的作用下，实现65％-85％的有机质粉体悬浮裂解；同时，将65％的空气中的氮气键拉开与氧形成水溶态的氧化氮；

一次裂解后产生的包含氧化氮的烟气进入下一工区，用于形成高浓度水溶肥；

s4，二次裂解阶段；

有机质粉体经一次裂解后，有机质粉体的内芯还未完全裂解，通过一次高温高能裂解区温度场的出烟出尘口进入二次中温有氧自燃裂解场，进行自燃二次裂解，二次裂解后产生的包含氧化氮的烟气同样进入下一工区，用于形成高浓度水溶肥；

二次裂解后的有机质粉体变成硅钾体粉末，对形成的硅钾体粉末进行保存和出料。

其中，步骤s3中，有机质粉体从有机聚集体多糖与蛋白质，瞬时裂解为有机单糖类有机小分子烟体，复合氨基酸、酚类以及空气中的氮气键拉开与氧形成水溶态的氧化氮。

本发明中的一次高温高能裂解区温度场，能有效产生300℃-3000℃的温度场，加上高温等离子加速器所释放的火焰体产生的高温高能等离子浆气体，即能构建可持续动态悬浮裂解有机质温度场。

耐温金属板与高温等离子加速器所释放的火焰体产生的高温高能等离子浆气体接触，经过1-15分钟的加温预热，可在一次高温高能裂解区温度场产生300℃-3000℃的温度场。

本发明中的旋风连续进料装置，由料斗装入有机质粉末至集料区，经旋转管进入旋风连续进料装置，并进入一次高温高能裂解区温度场。

本发明实现了有机质有氧动态可持续裂解，创造了旋风进料流水式动态可持续裂解工艺流程，实现了一次高温高能裂解与二次中温有氧裂解相结合的工艺，使有机质粉体得以充分有氧裂解，能够实现大批量处理有机质粉末的工艺可能；本发明能够实现200kg-4000kg/小时的植物秸秆处理量，且处理成本低，每吨处理成本为50-150元，处理后的烟雾气体水溶后，为高浓度有机水溶肥，可以替代化肥，实现粮食生态绿色种植，成本只有化肥的60％-70％。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。