卧式连续生物炭炭化设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了卧式连续生物炭炭化设备，属于可再生能源【技术领域】。技术方案包括进料斗1、炭化室4、高温烟气套筒6、气体燃烧器18，炭化室4前端通过进料口关风器3与进料螺旋输送机2连接；炭化室4后端通过出炭管13与集炭箱15连接，气体燃烧器18通过燃烧室19与高温烟气套筒6连接。原料经进料斗进入炭化室内，启动柴油燃烧器，炭化室内温度升高，热解反应产生，炭化可燃气燃烧产生高温烟气给炭化室加热炭化，关闭柴油燃烧器，产生的生物炭经出炭管排出。本发明解决了生物质炭生产过程中由于不连续生产、炭化可燃气回收利用难等问题，提高了生物炭品质和产率，适用于不同的生物质原料。本发明为推动我国生物炭产业的发展提供了技术支持。
【专利说明】卧式连续生物炭炭化设备
【技术领域】
[0001]本发明属于可再生能源【技术领域】，具体涉及一种卧式连续生物炭炭化设备，具体是以农作物秸杆等为原料，通过热裂解方式生产生物炭的设备。
【背景技术】
[0002]全球气候日益变暖，已成为当今影响最为深远的全球性环境问题之一。各种极端气候事件近年来频繁发生，给人类社会生产、消费和生活方式以及生存空间等社会发展各个领域都带来了巨大影响。造成大气中温室气体浓度急剧增高，原因主要是化石燃料燃烧、农业和土地利用的变化以及工业生产过程等引起，这些矿物燃料在燃烧的过程中产生了大量的CO2等温室气体。
[0003]将农作物秸杆等农业剩余物转化成生物炭、可燃气、焦油和木醋液等，其中生物炭可以稳定地将碳元素固定长达数百年，其中的碳元素被矿化后很难再分解，为了应对全球气候变化，生物炭正在成为人们关注的热点。可燃气可以回收利用，作为清洁、高效、绿色能源燃烧供热。焦油作为重要的化工原料，具有防水功能，是造船工业油漆工业防腐耐高温的极佳材料，同时可作为化工医药原料及植物营养调节生长素，对植物有生长功效，杀虫极佳。木醋液因含有许多酚类物质能杀菌、消毒避害虫作为消毒、驱虫剂使用，在发达国家有机农业栽培中已被广泛利用。
[0004]目前，我国生物质炭气油联产技术已有研究，CN102408901A, CN102015977A,CN2268027, CN202379966U, CN102092709A, CN102020999A 等技术均涉及利用生物质生产生物炭产品，但这些技术存在以下问题:1、多为不连续生产，不能实现物料的连续添加和生物炭的连续生产，这种生物炭批式生产难以控制，降低了生物炭品质。2、需要全部外加热源或者消耗自身生物质能源的内热式生产，这增加了能源消耗或是降低了生物炭产率。3、副产品不能全部回收利用，炭化可燃气多作为废气直接排放到大气中，这不断污染了环境，还浪费了能源资源。这些缺点一定程度上制约了`该项技术的推广应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决在生物质热裂解过程中由于炭品质较差、炭产出率低、可燃气回收利用难等问题，采用一种卧式连续生物炭炭化装置，实现连续生产提高炭的稳定性和品质；利用可燃气燃烧产生高温烟气给炭化室加热，减少了内热式生产耗费生物质原料，提高出炭率，适用于不同秸杆原料的生物炭生产。
[0006]为达到这一目的所采取的技术方案包括进料斗1、炭化室4、集炭箱15、可燃气冷凝净化装置10、气体燃烧器18、高温烟气套筒6，其特征在于，炭化室4前端上部通过进料口关风器3与进料螺旋输送机2和进料斗I连接；炭化室4后端下部通过锥形出炭管13与集炭箱15连接，炭化室4后端上部通过可燃气排出管9与可燃气冷凝净化装置10、焦油木醋液收集箱12连接，气体燃烧器18通过烟气管11与可燃气冷凝净化装置10连接，通过燃烧室19与内置变直径变螺距螺旋的炭化螺旋输送机5的高温烟气套筒6连接。[0007]上述的卧式连续生物炭炭化设备，在炭化室4外部装有高温烟气套筒6，使高温烟气能够给炭化室加热，内部安装螺旋输送机3，推动物料不断前进，生物炭连续生产。
[0008]上述的卧式连续生物炭炭化设备，炭化螺旋输送机5为变直径变螺距螺旋，由原料推进螺旋23、原料热解螺旋24和生物炭推出螺旋25组成，随着炭化过程可燃气和挥发分的排除，生物质体积变小，螺旋输送机直径依次变小，变化幅度1%~5%，螺距逐渐变小，变化幅度3%~5%。
[0009]上述的卧式连续生物炭炭化设备，炭化螺旋输送机5由调速电机22提供动力，可根据炭化情况实时调节炭化速率，进料装置与炭化螺旋输送机5前端通过进料口关风器3连接，生物质原料进入炭化室4。
[0010]上述的卧式连续生物炭炭化设备，炭化螺旋输送机5采用耐高温不锈钢材料加工，熔点不低于600°C。 [0011]上述的卧式连续生物炭炭化设备，外置高温烟气套筒6为圆柱形，内部直径为550mm，采用耐高温不锈钢材料加工，熔点在1000°C以上。
[0012]上述的卧式连续生物炭炭化设备，高温烟气套筒6为两端封闭的圆筒，外置保温层7，起到保温作用，高温烟气进气管设置在后端筒体下部，与燃烧室19连接，燃烧产生的高温烟气进入高温烟气套筒6，给炭化室4加热，高温烟气出气口设置前端筒体上部，与引风机21连接，将烟气排出至大气。
[0013]上述的卧式连续生物炭炭化设备，在炭化室4的尾端开有观测口 8，并与炭化室4筒体焊接连接，观测口 8直径为100_，采用耐高温石英玻璃，可实时观测炭化室4内炭化过程。
[0014]上述的卧式连续生物炭炭化设备，集炭箱15通过出炭管13与炭化室4连接，内置出炭口关风器11。
[0015]上述的卧式连续生物炭炭化设备，出炭管13为锥形料管，锥形角α为I~15度，减缓下料速度，延长滞留时间，并将生物炭压实，提闻生物炭品质。
[0016]上述的卧式连续生物炭炭化设备，出炭管13为采用耐高温不锈钢材料加工，熔点不低于600°C。
[0017]上述的卧式连续生物炭炭化设备，燃烧室19包括气体燃烧器18和柴油燃烧器20，启动时用柴油燃烧器20供热，正常运转后启动气体燃烧器18，关闭柴油燃烧器20。
[0018]上述的卧式连续生物炭炭化设备，高温烟气套筒6后端下部通过罗茨风机16、阻火器17、燃烧室19与气体燃烧器18连接，烟气通过引风机21与外部大气连接，阻火器防止燃烧时产生的火焰在设备、管道间蔓延。
[0019]上述的卧式连续生物炭炭化设备，柴油燃烧器20通过燃烧室19与高温烟气套筒6后端下部连接。
[0020]本发明的卧式连续生物炭炭化设备，进料螺旋输送机能够保证连续喂料，进料口关风器能够将进料斗和炭化室连接在一起，并保证炭化室的密封，防止空气进入。本发明中变直径变螺距螺旋输送机设计合理，当物料进入炭化室后，物料经变直径变螺距螺旋输送机缓慢推动前进，依次经过原料推进螺旋，物料加热升温，原料热解螺旋，物料开始发生热解反应，被加热到一定温度时，生物炭开始形成，随着温度的不断升高，可燃气和挥发分析出，生物炭大量增加，经过生物炭推出螺旋，炭化反应完成。本发明中锥形料管设计合理，锥形角α为15度。能够减缓下料速度，并将生物炭产品压实，提高产品品质，生物炭通过出炭口关风器落入集炭箱。在炭化室的尾端开有观测口，并与炭化室筒体焊接连接，观测口直径为100_，采用耐高温石英玻璃，可实时观测炭化室内炭化过程。炭化过程中产生的可燃气通过炭化烟气管排出，导入到冷凝净化装置，经冷凝净化后析出的焦油和木醋液还有少量粉尘进入焦油木醋液收集箱。经冷凝净化后的可燃气通过烟气管经罗茨风机与阻火器进入气体燃烧器，阻火器防止燃烧时产生的火焰在设备、管道间蔓延。可燃气在燃烧室内充分燃烧，产生的高温烟气进入高温烟气套筒、给炭化室加热，实现可燃气回收利用，提高了能源利用率，降低了生产成本。最后，烟气通过引风机排出。整个生产过程中物料不断的喂入，炭化过程持续，实现了生物炭的连续生产。
[0021]具有以上结构特点的卧式连续生物炭炭化设备所具有的优点如下:
[0022]I本发明解决了连续生产的问题。本发明中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。
[0023]2本发明提高了生物炭产量。本发明中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。
[0024]3本发明采用可燃气回用、降低能耗。本发明的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。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1卧式连续生物炭炭化设备示意图；
[0026]图2炭化设备螺旋输送机示意图；
[0027]图3出炭管示意图；
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图和实施例对本发明的具体结构和工作过程进行描述。
[0029]如图1、图2、图3所示，I为进料斗、2为进料螺旋输送机、3为进料口关风器、4为炭化室、5为炭化螺旋输送机、6为高温烟气套筒、7为保温层、8为观测口、9为可燃气排出管、10为可燃气冷凝净化装置、11为烟气管、12为焦油木醋液收集箱、13为出炭管、14为出炭口关风器、15为集炭箱、16为罗茨风机、17为阻火器、18为气体燃烧器、19为燃烧室、20为柴油燃烧器、21为引风机、22为调速电机、23原料推进螺旋、24原料热解螺旋、25生物炭推出螺旋。
[0030]进料斗1、进料螺旋输送机2、进料口关风器3组成了本发明的喂料部分，进料斗I固接在进料螺旋输送机2下端上部，进料斗I中的物料通过进料螺旋输送机2输送到进料口关风器3上部。
[0031]炭化室4、炭化螺旋输送机5、高温烟气套筒6、保温层7、观测口 8、可燃气排出管
9、出炭管13、出炭口关风器14、集炭箱15、调速电机22组成了本发明的热解炭化主体部分，原料推进螺旋23、原料热解螺旋24和生物炭推出螺旋组成焊接连接，炭化螺旋输送机5通过键与炭化室4构成固定连接，在高温烟气套筒6外面装有保温层7，观测口 8置于炭化室4的尾端，并于炭化室4尾端平面通过螺栓连接。
[0032]调速电机22与炭化螺旋输送机5前端通过链条连接。
[0033]可燃气排出管9、可燃气冷凝净化装置10、烟气管11组成了本发明的冷凝净化部分，可燃气排出管9前端与炭化室4后端上部构成固接，后端固接可燃气冷凝净化装置10的进气口，烟气管11与可燃气冷凝净化装置10的出气口构成固接。
[0034]出炭管13与与炭化室4后端下部构成固接，出炭口关风器14置于出炭管13内部，并与出炭管13管壁通过螺栓连接，集炭箱15置于出炭管13垂直下端。
[0035]罗茨风机16、阻火器17、气体燃烧器18、燃烧室19、柴油燃烧器20组成了本发明的燃烧装置部分，罗茨风机16与烟气管11构成固接，阻火器17与气体燃烧器18构成固接，气体燃烧器18与燃烧室19右端构成固接，柴油燃烧器20与燃烧室19左端构成固接。
[0036]本发明结合图例说明如下:
[0037]实施例:采用玉米秸杆生产生物炭
[0038]采用本发明的卧式连续生物炭炭化设备生产生物炭，原料为玉米秸杆，长度约8~10mm，水份在10~20%，密度大约100千克/m3，装入进料斗中，当物料装满后，同时打开进料螺旋输送机与进料口关风器，然后打开炭化室内的螺旋输送机，当物料缓慢进入炭化室后，启动柴油燃烧器，物料经螺旋输送机缓慢推动前进，通过调速电机控制物料前进的速度，可调节升温速率，随 着物料不断前进，炭化室温度升高，物料开始发生热解反应，被加热到250°C以上时，生物炭开始形成，随着温度的不断升高，可燃气和挥发分析出，生物炭大量增加，当玉米秸杆原料到达炭化室尾部时，温度达到450°C以上，炭化反应完成，产生的生物炭经出炭管通过出炭口关风器落入集炭箱。产生的可燃气通过炭化室后端上部可燃气排出管进入冷凝净化装置，经冷凝后析出的焦油和木醋液还有少量粉尘进入焦油木醋液收集箱。经净化冷凝后的可燃气通过烟气管经罗茨风机与阻火器进入气体燃烧器，可燃气在燃烧室内充分燃烧，产生的高温烟气进入高温烟气套筒、给炭化室加热，最后，烟气通过引风机排出。生产过程中物料不断的喂入，炭化过程持续，实现了生物炭的连续生产。
[0039]最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.卧式连续生物炭炭化设备，包括进料斗(I)、炭化室(4)、集炭箱(15)、可燃气冷凝净化装置(10)、气体燃烧器(18)、高温烟气套筒(6)，其特征在于，炭化室(4)前端上部通过进料口关风器(3)与进料螺旋输送机(2)和进料斗(I)连接；炭化室(4)后端下部通过锥形出炭管(13)与集炭箱(15)连接，炭化室(4)后端上部通过可燃气排出管(9)与可燃气冷凝净化装置(10)、焦油木醋液收集箱(12)连接，气体燃烧器(18)通过烟气管(11)与可燃气冷凝净化装置(10)连接，通过燃烧室(19)与内置变直径变螺距螺旋的炭化螺旋输送机(5)的高温烟气套筒(6)连接。
2.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于炭化室(4)外部装有高温烟气套筒(6)，内部安装炭化螺旋输送机(5)。
3.根据权利要求1或2所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于炭化螺旋输送机(5)为变直径变螺距螺旋，由原料推进螺旋(23)、原料热解螺旋(24)和生物炭推出螺旋(25)组成，直径依次变小，变化幅度螺距逐渐变小，变化幅度3 %~5 %。
4.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于炭化螺旋输送机(5)由调速电机(22)提供动力，进料装置与炭化螺旋输送机(5)前端通过进料口关风器(3)连接。
5.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于炭化螺旋输送机(5)采用耐高温不锈钢材料加工，熔点不低于600°C。
6.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于外置高温烟气套筒(6)为圆柱形，采用耐高温不锈钢材料加工，熔点在1000°C以上。
7.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于高温烟气套筒(6)为两端封闭的圆筒，外置保温层(7)，高温烟气进气管设置在后端筒体下部，与燃烧室(19)连接，高温烟气出气管设置前端筒体上部，与引风机(21)连接。
8.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于炭化室(4)的尾端开有观测口(8)，并与炭化室(4)筒体焊接连接，观测口⑶直径为100_，采用耐高温石英玻3? ο
9.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于集炭箱(15)通过出炭管(13)与炭化室(4)连接，内置出炭口关风器(14)。
10.根据权利要求1或9所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于出炭管(13)为锥形料管，锥形角α为I~15度。
11.根据权利要求1或9所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于出炭管(13)采用耐高温不锈钢材料加工，熔点不低于600°C。
12.根据权利要求1所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于燃烧室(19)两端连接气体燃烧器(18)和柴油燃烧器(20)。
13.根据权利要求1或12所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于高温烟气套筒(6)后端下部通过罗茨风机(16)、阻火器(17)、燃烧室(19)与气体燃烧器(18)连接，烟气通过引风机(21)与外部空气连接。
14.根据权利要求1或12所述的卧式连续生物炭炭化设备，其特征在于启动时，柴油燃烧器(20)通过燃烧室(19)与高温烟气套筒(6)后端下部连接。
【文档编号】C10B53/02GK103614151SQ201310028585
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】赵立欣, 田宜水, 孟海波, 袁艳文, 姚宗路, 朱本海 申请人:农业部规划设计研究院