一种还原气化制生物炭的锁气排炭分离冷却装置的制作方法

本发明涉及一种有机固体废弃物后处理设备，尤其涉及一种还原气化制生物炭的锁气排炭分离冷却装置。

背景技术：

废弃物再利用成为当下处理的热门，科学家将以生物质为原料，在无氧状态下干馏、热解所形成的一种炭质材料称为“生物炭”。

生物炭的作用：(1)生物炭回田解决土壤板结、增加土壤的透气性；(2)生物炭还田解决土壤酸化问题(生物炭pH8-10)；(3)生物炭还田解决肥料中微量元素不足问题，平衡施肥，并增加土壤肥效，同时生物炭来自于作物，由于作物的同源性，其各种营养元素更有利于作物吸收；(4)生物炭(比表面积大、吸附力强)对肥料和农药有很好的缓释作用，是真正的缓释肥，还田后提高肥料利用率；(5)生物炭还田增加土壤的含水量和保水能力，节约用水；(6)生物炭还田，吸附土壤重金属，有效降低作物及食品中重金属含量；(7)生物炭还田，提高地温，有利于作物生长和提早出苗和成熟；(8)生物炭还田给土壤微生物提供良好的环境，有利于土壤微生物环境的修复；(9)生物炭还田提高农产品产量和质量，让老百姓真正吃到放心食品，安全食品；(10)生物炭还田真正的节能减排，一吨生物炭减排固定二氧化碳2吨以上。所以生物炭是真正解决土壤环境治理，让篮天更篮、水更清、食品更安全，实现国家肥料和农药的零增长并助推国家农业可持续发展、绿色发展、循环发展计划，才是真正的农业可持续发展的必由之路，否则有机固体废弃物综合利用工作是纸上谈兵、难以实现！

有机固体废弃物分为7种基本类型：动物粪便；作物残留物；生活污泥；食品生产废弃物；工业有机废弃物；木材加工生产废弃物和生活垃圾等。这里所指的有机固体废弃物主要包括农林废弃物和生活污泥。农林废弃物是废弃物的重要成员，是一种重要的生物质资源，是重要的可再生资源，农林废弃物能源转化利用是可再生能源领域的研究热点之一。主要包括秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花等。

目前制生物炭反应釜装置在无氧裂解完全后，生物炭都留在裂解釜内，公开号为CN102443404A的专利文献公开了一种制造生物碳的装置，这种排渣装置主要是通过螺旋机构旋转来进行排渣，这样生产到一定量后，需要冷却降温，停反应釜设备，温度较高的情况下操作现场人员易烫伤，冷却降温时间较长又使生产效率低下，同时生物炭等固体物的积聚也使反应釜内传质效果大大降低，旋转反应釜负荷加重，不利于工艺参数的稳定运行，不利于稳定生产。同时排出的生物炭温度超过自燃点，遇到空气便会自燃，甚至粉尘爆炸，非常危险；农林废弃物还可能有铁丝，钢丝，块状的杂质等。

技术实现要素：

为减少越来越多的有机固体废弃物无法处置，使有机固体废弃物能更好的资源化，减量化，无害化和稳定化利用，本发明提供了一种还原气化制生物炭的锁气排炭分离冷却装置，具有结构简单、设备投资少、分离彻底，能连续化大生产等优点，在反应釜进料口出高温油气的好处在于能控制反应釜后端出生物炭的温度，达到产品所需，同时能连续化大生产，不用停釜作业。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种还原气化制生物炭的锁气排炭分离冷却装置，包括与反应釜的第一出料口依次连接的：

分离仓，用于接纳由所述第一出料口排出的高温生物炭，在所述分离仓的底部设置配合有摇柄转动的拨料杆；

灰箱，内部安装有振动器和分离器，用于除去从分离仓内排出的生物炭中的大块杂质；

和冷渣机，用于冷却灰箱排出的生物炭；该冷渣机包括内滚筒和外滚筒，所述内滚筒和外滚筒间为冷却水通道，所述内滚筒的内壁设有呈螺旋状分布的螺旋导流叶片。

所述反应釜为可旋转机构，可使反应釜内的物料受热均匀；反应釜外设有加热箱，并设有贯穿所述反应釜的导热管，该导热管与所述加热箱连通；所述导热管垂直反应釜轴线布置，且相邻两导热管垂直交错。

所述反应釜内设有倾斜布置且呈螺旋结构的导流板，导流板分为导流钢板和导流不锈钢板，可采用单螺旋结构或双螺旋结构，也可单、双结合的螺旋导流结构；在反应釜旋转的过程中，倾斜布置的导流板对反应釜内的物料具有导流作用，反应釜内的物料在导流板的作用下向出料口移动，加快反应釜内物料的排出。

本实施例中的反应釜为渐进循环式连续化生产反应装置，内置6～15个无线温度控制器，用于监测区间的温度，当设备出料口温度还没达到指定温度时(500℃～800℃)，具体的温度由不同的产品生物炭决定，温度传感器通过信号输送传送给电脑及警报装置，提醒工作人员，这是说明产品还没达到合格要求，这时候采取措施主要如下，反应釜可以反转，使快到出口的生物炭再次进入反应釜充分反应，延长停留时间，同时继续加热，反应釜反转时间为30min-120min不等，然后反应釜正转，待料进入第一出料口时，看温度传感器是否报警，如果报警，反应釜再反转，如此重复，保证产品合格下线。如果温度传感器显示温度达标，生物炭进入第一出料口，在第一无轴螺旋及其第一电机的输送进入分离仓，待料位满时，料位指示装置启动输送装置卸料。

所述的分离仓底部配合有摇柄转动的拨料杆，该拨料杆分布在所述分离仓的对称两侧，分离仓每侧的拨料杆为2～10个，具体数目可视分离仓的尺寸而定。作为优先的，拨料杆每侧的数量为4～6个。拨料杆旋转360°形成的范围应小于等于分离仓宽度的一半，旋转范围产生的圆周最好两两相切。

分离仓的底部还安装有1～2只仓壁振动器，所述料位指示装置还发出控制所述仓壁振动器的信号。安装拨料杆和仓壁振动器的目的就是防止生物炭产生架桥，否则架桥引起的空洞无法使生物炭顺利落入第二无轴螺旋。仓壁振动器的信号可由料位指示装置远程电脑自动控制，也可切换成人为控制，具体视现场作业情况而定。

分离仓的大小具体可视反应釜的生产能力而定，分离仓的形状可分为圆形和矩形，圆形的分离仓在高温下膨胀系数一致，不易变形；矩形的分离仓在拨料杆360°旋转使用上无死角，角上安装加强型钢板，不易高温膨胀受热不均而产生变形，具体可视外观的美观度，现场的摆放位置而定。

所述料位指示装置发出控制第二无轴螺旋及其第二电机，第三无轴螺旋及其第三电机的信号。

所述的第二，第三，第四无轴螺旋都设有双外套，内部为冷却水或空气，其中该第二无轴螺旋为耐高温，密封的双螺旋结构。

为了使分离仓底部出料口不易堵塞，内部采用耐高温，密封的无轴螺旋结构，电机在后端的驱动装置，电机和无轴螺旋功率和尺寸可根据实际制生物炭系统的实际处理能力确定。第二电机的第二无轴螺旋采用平行的双无轴螺旋结构，即可输出较多的物料，更关键的是，可破物料的架桥，不易形成物料的空洞，同时无轴螺旋外套采用冷却水或者空气循环冷却，可使高温生物炭进一步冷却，具体视无轴螺旋的出料量而定，如果连续出料，出料量大，可用冷却水冷却，如果出料量少且周期长，可用外界空气冷却；由于冷却水和高温生物炭温差较大，在冷却水进口一端需要较厚的钢板制作，这样不易使高温气化的水蒸气产生的瞬间压力而使钢板产生裂缝。同时第二，第三无轴螺旋采用向上倾斜结构不易使内部高温生物炭产生堵塞等，易连续运转，也能使第二电机的无轴螺旋和第三电机的无轴螺旋形成Z字型结构，易于在同一水平面连续输送并冷却。第二，第三无轴螺旋长度及其直径具体可视生物炭的产量，冷却效果而定。

当分离仓内的生物炭累积到一定量时，触动料位指示装置内部的感应器，料位感应器控制物料第二，第三无轴螺旋及其第二，第三电机启动，将分离仓内的生物炭排出。该第二，第三无轴螺旋输送装置能在连续化大生产中运行，也就是一边生产，一边分离仓底部的生物炭能连续输送，所以该输送装置必须在无氧密封的条件下，否则遇到氧气生物炭会自燃，甚至引起爆炸，同时必须耐高温，输送装置耐温一般为450～700℃。料位指示装置显示物料低于设定值时，关闭输送装置，这样物料一直在设定区间上下浮动，并没有完全排尽生物炭，这样高温油气就无法从分离仓的底部出，也就达到了自动锁气的目的。

所述的灰箱上部为正四边形结构，下部为倒锥体结构。

所述的灰箱上部正四边形结构分别安装振动器和清理口，清理口为可快速打开和密封的一端活动固定和另一端螺纹紧固结构。

所述分离器由若干间隔且倾斜布置的管体组成。灰箱内部分离器为倾斜的小钢管结构，灵活固定，便于拆卸。分离器与水平面设置一定的斜度，保证进料口的高度，同时生物炭等物料在自身重力和仓壁振动器的作用下滚动下滑穿过钢管，而铁球、钢球等大块杂质下滑无法穿过钢管，留在钢管上底部。从而实现生物炭与铁丝等分离，保证了整个装置的连续自动化作业，提高了产品生物炭的利用价值。因此，分离器具有两种倾斜方式，一种是各管体的安装高度逐渐变化，形成倾斜；另一种是各管体倾斜安装，所有管体倾斜形成分离器。

所述的灰箱主要是去除经高温软化后大团的铁丝，钢丝等金属物，灰箱的内外径尺寸和长度均可根据实际制生物炭系统的实际处理能力确定。灰箱内部分离器与水平面设置一定的斜度，保证进料口的高度，同时生物炭等物料在自身重力和制动器的作用下滚动下滑穿过钢管，而铁球、钢球等大块杂质下滑无法穿过钢管，留在钢管上底部。从而实现生物炭与铁丝等分离，保证了整个装置的连续自动化作业，提高了产品生物炭的利用价值。

为保证产品高温生物炭中铁丝、铁块等大块或抱团金属及时排出，在灰箱一侧安装快速清理口，实现对高温生物炭连续化运行。为了使第三无轴螺旋不易堵塞，内部采用无轴螺旋结构，电机在后端的驱动装置，电机和无轴螺旋功率和尺寸可根据实际制生物炭系统的实际处理能力确定。同时第三无轴螺旋采用向上倾斜结构不易使内部高温生物炭产生堵塞等，易连续运转。灰箱内部分离器采用一定倾斜角度的钢管排列，倾斜角度可根据高温生物炭的温度和流动性而自行调节，间距可根据制生物炭生产规模及产生的铁丝，钢丝等金属形成的抱团尺寸而自行调节。

灰箱一侧安装有振动器，利于高温生物炭和铁丝等杂质分离彻底。振动器的大小和功率可根据灰箱尺寸和生物炭流动性自行选择。为了使产生的生物炭易于收集，灰箱底部采用倒三角形结构，此结构不仅限于倒三角结构，凡使穿过的生物炭易于收集形成集中处，都包括在此范围内，包括到三角锥结构，圆锥体结构等。

灰箱底部安装一穿孔结构的内螺旋输送，即第四无轴螺旋及其第四电机，为了使产生的生物炭不易形成死角及便于及时清理，在螺旋输送末端适当外延一定距离，外延距离的长短可根据灰箱尺寸及生物炭产生量等实际效果而定。底部出料螺旋输送可采用平行输送或一定倾斜角度输送，倾斜角度输送可使生物炭更易集中于一个点，产生的死角只在输送末端，现场人员只要定期打开末端盲板清理就可解决堵塞或死角积存的生物炭，细铁丝等杂质。出口输送装置外套可采用冷却水循环或空气循环冷却，冷却后通过输送装置进入水冷式冷渣机。

所述的第三无轴螺旋比第四无轴螺旋尺寸结构要大。因灰箱前端的第三无轴螺旋内有抱团铁丝等杂质，同样的输送量下，要比第四无轴螺旋尺寸，结构等要适当大一点，主要是防止铁丝，钢丝等卡住无轴螺旋。

所述的冷渣机包括前托圈，后托圈，托轮，齿圈及其驱动该齿圈的驱动机构；该冷渣机后端还安装冷却水进口和冷却水出口的双向旋转接头，该双向旋转接头与冷却水管连接；

所述的冷渣机即为水冷式冷渣机，滚筒由内筒、外筒套装一起构成，并与热膨胀节、旋转接头、回水管形成封闭水腔。内筒内壁焊有呈螺旋状分布的螺旋导流叶片及纵向叶片，能将生物炭的热量通过传导传递到循环冷却水中。筒体，螺旋叶片和纵向叶片均参与换热，提高了冷却效果。螺旋叶片可起导程作用，不堵渣、不结焦：螺旋是直线运动与圆周运动的复合运动轨迹，可在旋转同时将生物炭推进，这与多管式冷渣机只依靠直线推进相比较，不会存在堵渣和结焦现象。纵向叶片延长了热料与筒体的接触时间，成倍得增加了换热面积，使热料冷料充分混合：增加纵向叶片目的，就是让生物炭随这些纵向叶片形成的料槽能够在滚筒内壁停留时间更长，并可以抛洒，使热料和冷料充分混合，从而更好的冷却，且冷却后温度均匀。

水冷式冷渣机转动系统由前托圈、后托圈，托轮、挡轮等组成，托圈套装在滚筒外，在驱动机构驱动下带动滚筒在四个托轮上旋转。通过托轮的调整可实现滚筒高度的调整，应对托圈磨损后滚筒高度的下降。挡轮可限制滚筒轴向位移。

所述的驱动机构由减速机支架、摆线针轮减速机、主动链轮、被动链轮和套筒滚子链等组成。主要功能是驱动滚筒旋转，推动生物炭向出口流动。

所述的进料装置由进料口、进料管、进料箱体、封料装置等组成。高温生物炭经进料口通过进料管流入冷渣机滚筒内；

所述的出料装置由出口密封罩、出料口等组成。密封罩分可方便拆卸的上下两部分，方便检修。水冷式冷渣机都在出口和进口设有负压风口，其目的是可以将滚筒旋转过程产生的微细扬尘通过负压风吸走，保持现场文明生产的环境。负压风口可接于尾气处理前。

冷却水系统由双向旋转接头、冷却水进口管，冷却水出口管，冷渣机内冷却水管、金属软管等组成，能将吸收的生物炭热量带走。其中双向旋转接头部分将进水、回水均置于出口端，不仅方便检修，而且安全。

所述的第一出料口后端和第一进料口前端分别设置有金属补偿器。金属补偿器作为一种柔性耐压管件，利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移，吸收振动能量，能够起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项特点。

所述的分离仓设置有检修口。为检修方便，可在分离仓的侧面设置检修孔，检修孔处设有检修门，当装置出现故障时，现场操作人员可通过检修孔对装置内的部件进行维修，维修完成后将检修门关闭；检修孔设置的位置可根据实际场合确定。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明的分离仓可自动锁气，连续排炭，同时选择以拨料杆和仓壁振动器两者结合来解决生物炭架桥现象，再利用双无轴螺旋输送结构，有效解决了制生物炭高温产生的生物炭架桥现象，极大的提高了生产效率。

(2)本发明在灰箱内部采用倾斜钢管分离器结构，外壁分别安装振动器和快速清理口，保证了高温生物炭在连续进料的同时，不易堵塞，及时清理铁丝、钢丝等抱团金属。生物炭杂质的去除和铁丝等金属的收集，大大提高了生物炭的质量，给企业带来了丰厚的利润；

(3)本发明采用灰箱作为生物炭金属的分离，灰箱的大小，灰箱的角度，进料量，均可以根据制生物炭系统的处理能力来设计，并且能自动化连续生产，同时根据实际需要，可以将本发明设计成多级除大块金属，结构简单，适用于各种有机固体废弃物制生物炭的处理系统。

(4)本发明的水冷式冷渣机冷却水采用双向旋转接头，将进水、回水均置于出口端，不仅方便检修，而且安全，不易烫伤。螺旋导流叶片可在旋转同时将生物炭推进，不存在堵渣和结焦现象；纵向叶片延长了热料与筒体的接触时间，成倍得增加了换热面积，使热料冷料充分混合。

附图说明

图1为本发明中锁气排炭分离冷却装置示意图。

图2为分离仓的A-A剖面图。

图3为分离仓内带摇柄的拨料杆示意图。

图4为灰箱的B-B剖面图。

图5为水冷式冷渣机的C-C剖面图。

具体实施方式

如图1～5所示的还原气化制生物炭的锁气排炭分离冷却装置，包括与反应釜1的第一出料口12依次连接的分离仓2、灰箱3和冷渣机4。

反应釜1内壁设有倾斜布置且呈螺旋结构的导流板11，且导流板11贴近第一出料口12，第一出料口12后端安装有第一无轴螺旋13及其第一电机14有利于反应釜1内的物料转移至分离仓2内；同时，反应釜1为可旋转机构，转动过程中，反应釜1内的物料沿螺旋结构的导流板11向第一出料口12移动，便于产品生物炭的排出。本发明反应釜1的两端还设有检修孔，一般呈对称开孔，利于交叉检查反应釜内部情况。

反应釜1的后端第一出料口12和分离仓2的第一进料口16处都安装有金属补偿器15。以吸收热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，补偿反应釜1、分离仓2的轴向、横向和角向位移，吸收振动能量。

分离仓2安装有料位指示装置21，底部连接第二无轴螺旋24及第二电机25和第三无轴螺旋26及第三电机27，第二无轴螺旋24采用带夹套，耐高温，钢板加厚的双无轴螺旋，易于输送，不易产生桥架等优点。料位指示装置21用于探测分离仓2内生物炭的累积量，第二无轴螺旋24和第三无轴螺旋24用于排出沉积在分离仓2底部的生物炭。当分离仓2内的生物炭累积一定的量时，料位指示装置21发出信号控制第二无轴螺旋24、第三无轴螺旋24和仓壁振动器23开启，将生物炭排出分离仓2，通过冷却输送至灰箱3；当分离仓2内的生物炭少于一定的量时，料位指示装置21控制第二无轴螺旋24、第三无轴螺旋24和仓壁振动器23停止工作。仓壁振动器23的数量可根据实际生产情况增加。

分离仓2的下端还布置有拨料杆22。摇柄29转动配合拨料杆22在分离仓2内，且分别布置在分离仓2的两侧，单侧拨料杆22的数量为2～10个；拨料杆12和仓壁振动器23的目的就是防止生物炭产生架桥，否则架桥引起的空洞无法使生物炭顺利落入分离仓2底部。

为检修方便，可在分离仓2的底部设置检修孔28，检修孔28处设有检修门，当分离仓2内的装置出现故障时，工作人员可通过检修孔28对分离仓2内部的装置进行维修。

灰箱3的大小、分离器33的钢管尺寸和倾斜度可根据实际需要调整；灰箱3顶端设有第二进料口31，底端设有第二出料口34，第二进料口31和第二出料口34的大小尺寸可根据实际需要确定；第三无轴螺旋26采用一定倾斜度进料，第三电机27安装在螺旋输送装置末端，以便连续进料，螺旋输送的尺寸和电机功率可根据实际需要调整；生物炭通过第二进料口31进入灰箱3顶端，再通过钢管分离器33，在振动器32的作用下，自上而下滑动，从而实现与铁丝，钢丝等抱团金属的分离。抱团金属物料积聚到一定量时，现场人员通过快速清理口35快速清理，自行分离的高温生物炭进入第二出料口34，在第三无轴螺旋36及其第四电机37作用下快速进入水冷式冷渣机。第三无轴螺旋36及其第四电机37的尺寸和功率可根据实际使用调节，可采用冷却水冷却或其它介质进行冷却。

水冷式冷渣机4的前端通过进料装置41接收第三无轴螺旋36输出的生物炭。水冷式冷渣机4由外滚筒42、内滚筒43、冷却水管50和双向旋转接头51形成封闭水腔，并设有与双向旋转接头51连接的冷却水进口52和冷却水出口53，通入冷却水进入外滚筒42和内滚筒43间的冷却水管50中。内滚筒43内壁焊有呈螺旋状分布的螺旋导流叶片44及纵向叶片56，螺旋导流叶片44可在旋转同时将生物炭推进，不存在堵渣和结焦现象，纵向叶片56，形成的料槽能够在滚筒内壁停留时间更长，并可以抛洒，使热料和冷料充分混合，从而更好的冷却，且冷却后温度均匀。转动系统由前托圈46、后托47，托轮57、挡轮58等组成，托圈46、47套装在外滚筒42外，在驱动机构49驱动下带动滚筒42在四个托轮上57旋转。挡轮58可限制外滚筒42和内滚筒43轴向位移。

水冷式冷渣机4的后端通过出料装置45连接第五无轴螺旋54及其驱动用的第五电机56，以排除冷却后的生物炭。

本实施例总，上述装置的具体工艺流程如下：

1)、反应釜1内的高温生物炭通过导流板11作用，自动进入第一出料口12，再通过第一无轴螺旋13及其第一电机14输入至第一进料口16；

2)、从第一进料口16进入的高温生物炭因自身重力在分离仓2内积聚，到一定高度通过料位指示装置21自动启动第二无轴螺旋24及其第二电机25、第三无轴螺旋26及其第三电机27、仓壁振动器28输入至第二进料口31；

3)、生物炭从第二进料口31落入灰箱3，经过振动器32和分离器33除去大块杂质，落入灰箱3底部从第二出料口34出；

4)、生物炭通过第四无轴螺旋36及其第四电机37输送至进料装置41进入冷渣机4，通过外滚筒42与内滚筒43之间的冷却水冷却，在螺旋导流叶片44与纵向叶片56推动下，落入出料装置45；

5)、从出料装置45出来的生物炭通过第五无轴螺旋54及其第五电机55输送，成品袋装。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。