一种生物质热解炭化设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于生物质能源利用技术领域，特别涉及到一种生物质热解炭化设备。
【背景技术】
[0002]炭是工业生产和日常生活中基本的能源之一，近年来由于需求量的增加，林业部门为保护森林资源和生态平衡，禁止乱砍滥伐及成材烧炭，使得木炭供需矛盾日趋紧张。于是生物质炭应运而生，有效缓解了木炭供应紧张的局势。生物质炭与传统木炭相比，具有以下优点:以废弃物为原料来代替木材，变废为宝，化害为利，有利于保护森林资源及维持生态平衡，减轻对环境的污染。
[0003]生物质热解炭化设备包括两种类型，即窑式热解炭化炉和固定床式热解炭化反应炉。其中窑式热解炭化炉是在传统土窑炭化工艺基础上发展的新炉型，在产炭的同时可以回收热解过程中的气液产物，目前国内外对窑式炭化炉体研究主要集中在利用现代化工艺和制造手段改进传统炉体上，已出现很多窑式炭化炉专利。该种制炭的温升不易控制，以经验操作为主，制炭质量难以达到最佳，并燃烧一部分煤炭或木材以实现外加热。制炭场所只能在野外，增加了原料与产品的运输成本，而且制炭热解气只能排放，造成了能量的浪费。
[0004]上世纪70年代开始，生物质固定床热解炭化技术得到迅猛发展，各种炭化炉炉型结构大量出现。生物质固定床式热解炭化反应设备的优点是运动部件少、制造简单、成本低、操作方便，可通过改变烟道和排烟口位置及处理顶部密封结构来影响气流流动从而达到热解反应稳定、得炭率高的目的，更适合于小规模制炭。
[0005]固定床式炭化设备按照传热方式的不同又可分为外燃料加热式和内燃式:
[0006]外加热式固定床热解炭化系统包含加热炉和热解炉两部分，由外加热炉体向热解炉提供热解所需能量。加热炉多采用管式炉，其最大优点是温度控制方便、精确，可提高生物质能源利用率，改进热解产品质量，但需消耗其它形式的能源。
[0007]内燃式固定床热解炭化炉的燃烧方式类似于传统的窑式炭化炉，需在炉内点燃生物质燃料，依靠燃料自身燃烧所提供的热量维持热解。内燃式炭化炉与外热式的最大区别是热量传递方式的不同，外热式为热传导，而内燃式炭化炉是热传导、热对流、热辐射三种传递方式的组合。内燃式固定床热解炭化炉热解过程不消耗任何外加热量，反应本身和原料干燥均利用生物质自身产热，热效率较高，但生物质物料消耗较大，且为了维持热解的缺氧环境，燃烧不充分，升温速率较缓慢，热解过程中温升不易控制。
[0008]炭化过程中，生物质材料棒的温度均衡并按温度曲线升温对制出炭的质量至关重要，传统制炭方法全凭人员的经验控制，无精度可言，因此一炉炭制成后，窑内不同位置的炭品质不一致，制炭质量不佳。
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是提出一种生物质热解炭化设备，以改善制炭质量。
[0010]本实用新型的生物质热解炭化设备由炉体、盖板和架设于炉体内部上方的内锅构成，所述炉体设有烟气排放口，所述盖板密封扣合于炉体上，盖板与炉体形成加热腔，盖板与内锅形成炭化腔，所述盖板对应于内锅上方的位置处设有可开启及关闭的湿气排放口 ；所述内锅底面与加热腔的底壁之间形成炭化炉炉膛，所述炉膛内放置有燃烧器；所述炭化腔与一个延伸至炉体外部的热解气通道连接。
[0011]进一步地，所述烟气排放口有多个，并均匀分布于炉体的侧壁，所述炉体设有若干个温度传感器，以探测加热腔的温度分布情况；所述每个烟气排放口均设有用于改变烟气排放口开度的烟气排放调节阀；所述温度传感器、烟气排放调节阀均与一个控制单元电连接，所述控制单元根据温度传感器的信息来控制烟气排放调节阀的开度。
[0012]进一步地，所述烟气排放口与一个烟气排放管道连接，所述烟气排放管道设有抽风机，所述抽风机与控制单元电连接。通过一个统一的烟气排放管道来排放烟气，有助于控制污染，而且抽风机可以调节排气功率，进而影响加热腔的温度------当抽风机的排气功率较大时，加热腔内的热气排出速度较快，带走加热腔内的热量的速度较快，加热腔的温度就会降低，反之，加热腔的温度就会升高。
[0013]进一步地，所述热解气通道设有与控制单元电连接的阀门，这样可以在炭化作业的初始阶段(即生物质材料棒的干燥过程)关闭阀门，避免湿气进入到锅炉内，而只在生物质材料棒热解时打开阀门，使得炭化所产生的热解气纯净。
[0014]进一步地，所述炭化腔内设有若干个热电偶，以探测炭化腔内的温度分布情况，以便于控制单元根据炭化腔内的温度分布情况来控制其它部件的工作，尽量使得炭化腔内的温度分布均匀。
[0015]进一步地，所述炭化腔内放置有若干个顶部开口的铁笼框，且相邻铁笼框之间留有间隙。将生物质材料棒竖直放入铁笼框内，然后再将铁笼框放入到内锅内，炭锅内可放入多层多个铁笼框，每层之间留有空间，利用炭化腔内的热传输而达到温度平衡。
[0016]生物质炭化炉的燃烧器在燃烧时产生的烟气通过炉体的烟气排放口排出。
[0017]上述生物质热解炭化设备的控制方法包括如下步骤:
[0018]A:将生物质材料棒放入铁笼框内，并将铁笼框放入内锅内，将盖板密封扣合于炉体上；
[0019]B:利用燃烧器对内锅进行加热，并利用燃烧器的燃料供给、烟气排放口的开度、以及抽风机的抽风功率来控制炭化腔内的温升速度，使炭化腔内的温升曲线符合预定曲线；
[0020]C:在加热过程中，利用温度传感器探测加热腔的温度分布情况，并根据加热腔、的温度分布情况来控制烟气排放口的开度，从而调节加热腔的温度分布情况，并使得加热腔的温度分布均匀。
[0021]具体来说，所述B步骤中，所述预定曲线由下述四个阶段构成:
[0022]干燥阶段:以2°C /min的温升速率使炭化腔内的温度升高至130?150°C，并在130?150°C温度范围内保持4小时；
[0023]预炭化阶段:以2°C /min的温升速率使炭化腔内的温度升高至250?275°C，并在250?275°C温度范围内保持6小时；
[0024]炭化阶段:以2°C /min的温升速率使炭化腔内的温度升高至375?400°C，并在375?400°C温度范围内保持10小时；
[0025]煅烧阶段:以2°C /min的温升速率使炭化腔内的温度升高至450?500°C，并在450?500 °C温度范围内保持2小时；
[0026]在干燥阶段，打开湿气排放口，并关闭热解气通道的入口处的阀门；在预炭化阶段、炭化阶段及煅烧阶段，关闭湿气排放口，并打开热解气通道的入口处的阀门；
[0027]上述温度曲线的原理如下:在对内锅加热的过程中，生物质材料棒受热而温度逐渐升高，具体分为下述几个阶段:温度在200°C以下时，此过程基本为干燥过程，生物质材料棒中所含水分依靠外部供给的热量而蒸发，并由盖板的湿气排放口排出；当温度继续升高，达到200~400°C的时候，生物质材料棒的主要构成纤维素、半纤维素、木质素开始发生热分解并放出热解气，并沿着热解气通道输送至锅炉的燃烧器以供燃烧(此时需要关闭盖板的湿气排放口)，伴随着此过程生物质材料棒的质量开始大幅度减少，纤维素、半纤维素、木质素的主要热分解反应在450~500°C时终止；当温度达到500°C以上的时候，生物质炭处于精炼过程，在产生H2的同时，炭中的炭元素形成缩合多环芳香族结果，炭元素的比例超过80%。
[0028]所述C步骤中，如果加热腔的温度分布不均匀，则控制温度较高处的烟气排放调节阀增大开度，或者控制