一种连续炭化炉的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种连续炭化炉，包括旋转炉、进料装置和落料装置，进料装置和落料装置分别连接于旋转炉两端；所述炭化炉还包括燃烧室、火道与烟气通道；旋转炉内腔设有烟气换热通道，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口与燃烧室之间通过火道连通，烟气换热通道自烟气入口到烟气出口沿落料口到进料口方向延伸；烟气通道连通燃烧室与旋转炉内腔；旋转炉的内腔包括外热区与内热区，设有烟气换热通道一侧的区域为外热区，另一侧的区域为内热区。本发明占地小、成本低，解决了管道易堵塞问题，提高了能源利用率，同时可以灵活调整热解产物的比例，对生产需求的适应性极强。
【专利说明】一种连续炭化炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及能源利用领域，更具体地涉及一种连续炭化炉，适用于小型高效的生物质制炭和工业供热领域。
【背景技术】
[0002]随着20世纪末化石能源逐渐枯竭，环境恶化，国际社会开始重视新能源开发，特别是在生物质能源方面的研究开发。生物质能源具有有储量大、可再生性、可储存与替代性、碳中性和清洁等特点，在能源利用和环境保护方面具有独特的优势。
[0003]中国专利CN102504835A《生物质炭化炉》公开了一种既能提高生物质原料炭化速度又能提高生物质原料炭化质量的生物质炭化炉，但是该发明没有充分利用炭化产生的木煤气，导致了能源的浪费，热效率低下。
[0004]中国专利CN102032553A《一种连续回转式生物质热解炭化和锅炉供热一体化的设备》公开了一种利用生物质热解炭化产生木煤气，通过燃烧后产生的高温烟气为生物质热解提供高温能量的设备。但是该设备存在以下的不足:1、仅仅是外热式炭化方式，没有高温烟气与生物质原料的内 热式接触，炭化效率偏低。2、采用的是传统的绝氧热解工艺，炭得率与可燃气体得率不可调整。3、木煤气抽取温度偏低，易凝结成木焦油，造成管道堵塞，污染设备和环境。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种节能高效并可以灵活调整热解产物的比例连续炭化炉。为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下:
[0006]一种连续炭化炉，包括旋转炉、进料装置和落料装置，进料装置和落料装置分别连接于旋转炉两端，旋转炉设置进料装置的一端为进料端，旋转炉设置出料装置的一端为出料端；所述炭化炉还包括燃烧室、火道与烟气通道；
[0007]旋转炉内腔设有烟气换热通道，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口与燃烧室之间通过火道连通，烟气换热通道自烟气入口到烟气出口沿落料端向进料端方向延伸；
[0008]烟气通道连通燃烧室与旋转炉内腔；
[0009]旋转炉的内腔包括外热区与内热区，设有烟气换热通道一侧的区域为外热区，另一侧的区域为内热区。
[0010]进一步地，所述的连续炭化炉中，所述烟气换热通道包括火管或换热夹层；
[0011 ] 所述火管为中空管式结构，所述换热夹层为固定于旋转炉内壁的夹层结构。
[0012]进一步地，所述的连续炭化炉中，所述火管一端固定连接于旋转炉落料端，火管外壁通过弹性件与旋转炉内壁弹性连接。
[0013]进一步地，所述的连续炭化炉中，烟气通道包括进料端烟气通道和落料端烟气通道；进料端烟气通道连通内热区和燃烧室，落料端烟气通道连通外热区和燃烧室；进料端烟气通道或落料端烟气通道设有流量调控装置。
[0014]进一步地，所述的连续炭化炉中，旋转炉进料端设有进料端气柜，旋转炉落料端设有落料端气柜；进料端烟气回流口设于进料端气柜，落料端烟气回流口设于落料端气柜。
[0015]进一步地，所述的连续炭化炉中，火道与烟气换热通道之间设有火柜，火道与烟气换热通道分别与火柜连通。
[0016]进一步地，所述的连续炭化炉中，所述旋转炉还包括保温层，保温层固定设置于于旋转炉炉壁。
[0017]进一步地，所述的连续炭化炉中，旋转炉内腔布设有用于混合物料的掀料板。
[0018]进一步地，所述的连续炭化炉还包括换热锅炉，换热锅炉的尾气排放端与火道以管道相通连接，管道中设有流量调控装置，所述流量调控装置包括风机。
[0019]进一步地，所述 的连续炭化炉中，连通燃烧室与换热锅炉的管道预留出口，出口处装有阀门。
[0020]本发明占地小、成本低，解决了管道易堵塞问题，提高了能源利用率，同时可以灵活调整热解产物的比例，对生产需求的适应性极强。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明一实施方式所述一种连续炭化炉的结构图；
[0022]图2为图1中连续炭化炉的A-A剖面图。
[0023]标号说明:
[0024]1-旋转炉
[0025]2-落料端气柜
[0026]3-落料装置
[0027]4-火柜
[0028]5-支撑环
[0029]6-火管
[0030]7-传动齿轮
[0031]8-保温层
[0032]9-掀料板
[0033]10-进料装置
[0034]11-进料端风机
[0035]12-燃烧室
[0036]13-换热锅炉
[0037]14-火道
[0038]15-弹簧
[0039]16-支撑装置
[0040]17-长直圆筒
[0041]18-进料端气柜
[0042]19-落料端风机
[0043]20-风机[0044]21-阀门【具体实施方式】
[0045]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0046]请参阅图1与图2，图1为本发明一实施方式所述一种连续炭化炉的结构图；图2为图1中连续炭化炉的A-A剖面图。
[0047]所述连续炭化炉包括旋转炉1，旋转炉I两端分别设有落料装置3与进料装置10 ；所述连续炭化炉还包括燃烧室12与烟气通道。
[0048]旋转炉I内腔设有烟气换热通道与烟气回流口，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口与燃烧室12之间通过火道14连通，烟气换热通道自烟气入口到烟气出口沿落料端到进料端方向延伸。延伸的方向在某些实施例中可以是直线延伸，即通过直线管道延伸，在某些实施例中可以是曲线，例如螺旋线的方式延伸，螺旋管可以从落料端至进料端方向螺旋延伸，其中的气流虽然是螺旋方式运动，但是前进的轴向方向仍然是从落料端向进料端方向。也就是不管采用什么具体的烟气换热通道形式，热烟气的运动方向与物料的运送方向是逆流的，这样也可以保证热交换的高效。[0049]燃烧室12与旋转炉I的烟气回流口之间通过烟气通道连通。旋转炉I的内腔包括外热区与内热区，设有烟气换热通道的区域为外热区。实际上，外热区与内热区的区别在于外热区设有外加热源(即烟气换热通道)，对生物质原料以外热式加热为主，而内热区为无外加热源的区域，在内热区对生物质原料以内热式加热即高温烟气的加热作用为主。
[0050]本实施方式中烟气换热通道为火管6,所述火管6为中空管式结构,火管6与旋转炉的旋转轴平行地布设于旋转炉I炉壁内侧，火管6 —端固定连接于旋转炉I落料端，这一固定连接的方式可以是焊接或固定式机械连接。本实施方式中，共布设有六根火管6，均为无缝不锈钢管，材质为耐高温310#不锈钢。火管6 —端通过焊接工艺固定于旋转炉I的落料端端面并与火柜4相通，使得高温烟气可通过火柜4进入火管6 ;火管6另一端不固定，但为了保证火管6的位置与旋转炉I相对固定并可随旋转炉I转动而一起转动，火管6需要通过在火管6管壁设置弹性件或滑动支撑件以使其与旋转炉I内壁非固定连接。为此，本实施方式中设有弹簧15，即对火管6的管壁设置有两根弹簧15，对火管6进行弹性支撑。弹簧15 —端焊接于旋转炉I炉壁内侧，另一端焊接于火管6侧面。
[0051]在其他实施方式中，烟气换热通道还可以是固定于旋转炉内壁的夹层结构，以及其他可同时实现热交换和烟气输送功能的结构。
[0052]进一步地，所述的连续炭化炉中，旋转炉I进料端和旋转炉I落料端分别设有进料端烟气回流口和落料端烟气回流口，进料端烟气回流口和落料端烟气回流口分别通过管道与燃烧室12连通。
[0053]本实施方式中，旋转炉I进料端设有进料端气柜18，旋转炉I落料端设有落料端气柜2 ;进料端烟气回流口设于进料端气柜18，落料端烟气回流口设于落料端气柜2。燃烧室12与进料端烟气回流口之间的管道或燃烧室12与落料端烟气回流口之间的管道设有流量调控装置；在本实施方式中所述流量调控装置为风机，即连通进料端气柜18与燃烧室12的管道内设有进料端风机11 ;连通落料端气柜2与燃烧室12的管道内设有落料端风机19，分别用于抽取内热区的混合烟气与外热区的混合烟气。从进料端气柜18和落料端气柜2抽取的混合烟气在燃烧室12中进行配氧二次燃烧。在其他实施方式中，流量调控装置还可以是能够实现调控烟气流量功能的其他装置。
[0054]进一步地,火道14与火管6之间设有火柜4,火道14与火管6分别与火柜4连通，燃烧室12中的高温烟气通过火道14通往火柜4并进一步进入火管6，热量在火管6的管壁被散发至外热区对生物质原料进行加热，高温烟气最终通过火管6的出口排向内热区。
[0055]另一方面，旋转炉内腔设有掀料板9，它的作用是令生物质原料与高温的混合烟气充分接触，受到内热式加热而迅速升温。在掀料板的运动辅助下，生物质原料前进到外热区，于是生物质原料受到火管6的外热式加热而实现快速炭化，同时产生可燃烧的木煤气。这样一来，从火管6出来的含有少量氧气的高温烟气与木煤气混合形成混合烟气的同时伴有一次燃烧，可提供更多热能并对生物质原料进行内热式加热。本实施方式中设有六根掀料板9，采用耐高温304不锈钢材料，沿周向均匀焊接于旋转炉I内壁。
[0056]换热锅炉13的尾气排放端与火道14相通连接，连接管道中设有风机20，可将换热锅炉的低温尾气引入火道14，从而调整火道14中的高温烟气的温度，使得高温烟气温度稳定在400°C _800°C之间，防止旋转炉I高温变形，保障旋转炉I运行的可靠性。
[0057]本实施方式中，连续炭化炉还包括长直圆筒17，采用304不锈钢卷板焊接而成，安装时与水平面成3度角放置。所述长直圆筒17与旋转炉炉腔同轴，长直圆筒17与旋转炉I炉壁内侧之间设有保温层8，用于保持旋转炉I内温度、防止能量散失。保温层8包括底层、中间层与上层，底层为30mm厚的保温棉、中间层为铁丝网、上层为0.5mm厚的薄铁皮。保温层8覆盖于旋转炉I外 壁并通过螺钉固定，使得保温层能与旋转炉一起旋转。
[0058]落料装置3为一螺旋落料器，其外部带有水冷循环。落料装置3通过法兰连接固定于落料端气柜2下端面。落料端气柜2采用301不锈钢板材，焊接成方形柜体；连通落料端气柜2与燃烧炉12的管道口设于落料端气柜2的上端面，以防止固炭粉尘随烟气进入燃烧室12。落料端气柜2通过金属橡胶密封圈与旋转炉I外部动密封配合。进料装置10为螺旋进料器，与进料端气柜18法兰连接，并伸入旋转炉I内部，使得原料可以顺利进入旋转炉内部。
[0059]本实施方式中，连续炭化炉还设有传动装置，具体为传动齿轮7，材质为45#Cr材料，通过减速电机带动传动齿轮转动，为旋转炉提供旋转动力。此外，连续炭化炉还设有2个支撑环5，材质为高强度304不锈钢，利用锲形块固定于旋转炉I外壁，并置于由水泥地基和地基上的滚轮组成的支撑装置16上，为旋转炉提供支撑与辅助旋转。当然，其他实施方式中还可以采取除此之外的其他业内公知的传动与支撑结构。
[0060]另外，燃烧室12与换热锅炉13之间的管道预留出口并装有阀门21，可为用户的其它热能需求(如烘干、烧结等)提供便利，以达到对能源的最大程度的优化利用。
[0061]在本实施方式所述连续炭化炉的实际生产使用过程中对生物质原料含水率有要求，因此在使用前需要先将生物质原料进行烘干，将其含水率控制在10%以内。再将该生物质原料通过进料装置引入旋转炉I的内热区。在内热区，由火管6出来的含有少量氧气的高温烟气与木煤气相混合形成混合烟气，在高温下伴有一次燃烧。生物质原料在掀料板9的作用下，与高温的混合烟气充分接触，受到内热式加热而迅速升温。接着，生物质原料前进到外热区，受到火管6的外热式加热，实现快速炭化，同时产生可燃烧的木煤气。从火管6出来的含有少量氧气的高温烟气与木煤气混合形成混合烟气的同时伴有一次燃烧，可提供更多热能并对生物质原料进行内热式加热。炭化后的固体炭由落料装置3冷却落料。混合烟气可通过进料端风机11与落料端风机19的作用，经管道进入燃烧室12进行配氧燃烧。配氧燃烧后产生的高温烟气分两路引出:一路经火道14引入火管6，为生物质原料迅速炭化提供高温热能；另一路直接引入换热锅炉5，在其中产生高温蒸汽，可为工业生产提供热能。
[0062]在运行过程中，若混合烟气仅由落料端气柜2抽取，混合烟气中所含少量氧气将与固炭接触，消耗部分固炭转换为可燃气体(主要是CO)。该情况下可得到最大比例的可燃气体得率。而当混合烟气仅由进料端气柜18抽取时，混合烟气中所含少量氧气主要与木煤气发生一次燃烧，消耗可燃气体，从而可得到最大的固炭得率。在实际操作过程中，可通过管道中的流量调控装置适当调整落料端气柜2与进料端气柜18抽取混合烟气的比例，进而改变连续热解中生成固炭与可燃气的比例关系。更重要的是，通过木煤气与高温烟气进行混合的形式，使用木煤气中可燃气体成份能保持较高的温度，不易凝固成木焦油，亦不会造成管道的堵塞。
[0063]本发明占地小、成本低，解决了管道易堵塞问题，提高了能源利用率，同时可以灵活调整热解产物的比例，对生产需求的适应性极强。
[0064]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括 在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种连续炭化炉，包括旋转炉、进料装置和落料装置，进料装置和落料装置分别连接于旋转炉两端，旋转炉设置进料装置的一端为进料端，旋转炉设置出料装置的一端为出料端；其特征在于， 所述炭化炉还包括燃烧室、火道与烟气通道； 旋转炉内腔设有烟气换热通道，所述烟气换热通道的通道壁为导热壁，烟气换热通道设有烟气入口与烟气出口，烟气换热通道的烟气入口与燃烧室之间通过火道连通，烟气换热通道自烟气入口到烟气出口沿落料端到进料端方向延伸； 烟气通道连通燃烧室与旋转炉内腔； 旋转炉的内腔包括外热区与内热区，设有烟气换热通道一侧的区域为外热区，另一侧的区域为内热区。
2.如权利要求1所述的连续炭化炉，其特征在于，所述烟气换热通道包括火管或换热夹层； 所述火管为中空管式结构，所述换热夹层为固定于旋转炉内壁的夹层结构。
3.如权利要求2所述的连续炭化炉，其特征在于，所述火管一端固定连接于旋转炉落料端，火管外壁通过弹性件与旋转炉内壁弹性连接。
4.如权利要求1或2所述的连续炭化炉，其特征在于，烟气通道包括进料端烟气通道和落料端烟气通道；进料端烟气通道连通内热区和燃烧室，落料端烟气通道连通外热区和燃烧室；进料端烟气通道或落料端烟气通道设有流量调控装置。
5.如权利要求4所述的连续炭化炉，其特征在于，旋转炉进料端设有进料端气柜，旋转炉落料端设有落料端气柜；进料端烟气回流口设于进料端气柜，落料端烟气回流口设于落料端气柜。
6.如权利要求1或2所述的连续炭化炉，其特征在于，火道与烟气换热通道之间设有火柜，火道与烟气换热通道分别与火柜连通。
7.如权利要求1或2所述的连续炭化炉，其特征在于，所述旋转炉还包括保温层，保温层固定设置于于旋转炉炉壁。
8.如权利要求1或2所述的连续炭化炉，其特征在于，旋转炉内腔布设有用于混合物料的掀料板。
9.如权利要求1或2所述的连续炭化炉，其特征在于，还包括换热锅炉，换热锅炉的尾气排放端与火道以管道相通连接，管道中设有流量调控装置，所述流量调控装置包括风机。
10.如权利要求9所述的连续炭化炉，其特征在于，连通燃烧室与换热锅炉的管道预留出口，出口处装有阀门。
【文档编号】C10B1/10GK103952158SQ201410214500
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】陈琛, 陈俊 申请人:南京德闽新能源科技有限公司