一种炭化炉及包含其的炭化装置的制作方法

本实用新型涉及生物质炭化技术领域，具体涉及一种炭化炉及包含其的炭化装置。

背景技术：

秸秆类物质中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等可燃生物质，这些生物质通过快速热解反应，形成生物质炭、生物油和不凝气体。其中，生物质炭可作为高品质能源、土壤改良剂等，而生物油作为一种可再生的液体燃料日益增多地取代重油、原油和柴油等化石液体燃料应用在锅炉和窑炉上，近年来，生物炭的生产和应用已经越来越多的受到国内外的关注，成为研究热点。

目前，生物质炭化技术根据其能源供应方式的不同可以分为：内加热式炭化工艺和外加热式炭化工艺，相对于内热式炭化工艺，外热式炭化工艺因生产的生物质炭普遍具有更高的品质更加得到关注，现有的外热式炭化工艺的流程一般为通过螺旋输送机将生物质颗粒料输送到炭化炉，在限氧条件下进行干燥、炭化，并生成生物质气和生物质炭；生成的生物质气和生物质炭进入与炭化炉相连接的沉降室内进行气固分离，生物质炭经过冷却、粉碎、喷淋木醋液后输送至包装袋包装。

例如，中国专利文献CN104877691A公开了一种生物质滚筒式炭化炉，包括进料装置、炭化炉、燃烧室和出炭仓，炭化炉为滚筒式，炭化炉的炉体横贯套置在燃烧室内，采用直接加热方式，热效率提高。

为了控制炭化炉内温度均一性，中国专利文献CN207418658U公开了一种外热式回转式炭化炉，该技术是将炭化炉分段加热，便于控制炭化炉各段温度，该炭化炉包括外筒体和嵌套其内的内筒体，所述内筒体和所述外筒体之间形成加热区，沿所述内筒体的周向，间隔设置若干套设于其上、且位于加热区的分割环，以将所述加热区分割为若干段，沿所述外筒体的周向方向，在于每段加热区相对应的外筒体上均匀间隔设置至少二个燃烧喷嘴，所述燃烧喷嘴的轴线与所述内筒体的外壁相切。但是该种炭化炉由于加热区的空间小，使得一方面可燃气体不能及时充分地与空气结合，导致可燃气体不能完全充分燃烧，另一方面生物质炭化过程也不能充分吸收可燃气体燃烧后产生的热量，造成生物质炭化效率低下。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有的炭化炉所存在的因加热区空间小而导致可燃气体不能充分燃烧以及生物质不能充分吸收热量造成生物质炭化效率低下的问题，进而提供一种炭化炉及包含其的炭化装置。

为此，本实用新型提供了一种炭化炉，包括外筒体和嵌套其内的内筒体，所述内筒体和所述外筒体之间形成加热区，还包括：

折烟墙，所述折烟墙固定于所述外筒体的内壁上且位于所述加热区内；

扩展受热面，所述扩展受热面为焊接于所述内筒体的外壁上的钢片，所述扩展受热面位于所述加热区内且沿内筒体的周向间隔设置。

进一步优选地，所述扩展受热面为鳍片式受热面，相邻的两周所述的扩展受热面错列排布。

进一步优选地，所述扩展受热面垂直于所述内筒体的轴线方向设置。

进一步优选地，所述扩展受热面的高度为30-50毫米，相邻的所述扩展受热面之间的间距为30-80毫米。

进一步优选地，所述折烟墙沿烟气的流动方向设置有多个，相邻的所述折烟墙在沿所述外筒体的径向投影上错列布置，形成S型烟气流道。

进一步优选地，所述折烟墙为拱形结构，所述折烟墙的两端垂直固定于所述外筒体的内壁上，所述折烟墙的中部向靠近所述内筒体的方向延伸，所述折烟墙与所述内筒体和外筒体之间均留有供烟气流动的通道。

进一步优选地，所述折烟墙上与所述外筒体距离的最远端与所述内筒体外壁之间的最短距离为60-200毫米，相邻的两个所述折烟墙沿所述外筒体轴向方向的间距为1-2米。

本实用新型还提供了一种炭化装置，包括上述的炭化炉，还包括沉降室，所述沉降室与所述内筒体的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降室内部具有物料分离通道，沿烟气上升方向，所述物料分离通道的内径变小。

进一步优选地，沿沿竖直向上方向，所述物料分离通道包括依次连通的第一锥形段、第一方筒段和第二锥形段；

所述内筒体的出料端设置于所述第一方筒段上，所述第二锥形段的端部设置有烟气出口，所述第一方筒段的高度均大于所述第一锥形段和第二锥形段的高度。

进一步优选地，所述第一方筒段和所述第二锥形段的交界处设置有多个挡板，所述挡板罩设于所述第一方筒段的折角和所述第二锥形段的交界处，所述挡板的横截面为V形结构，所述挡板的两端分别固定于所述第一方筒段和第二锥形段的内壁上，所述挡板的中部朝向所述沉降室内部的方向延伸。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1、本实用新型提供的炭化炉，通过扩展受热面与折烟墙的设置，能够增加物料的换热受热面积，不仅使燃料与空气充分结合，使可燃性气体充分燃烧，而且气体在流动过程中，扩展受热面与折烟墙相结合能够起到扰流的作用，提高了烟气的停留时间，使得生物质在炭化过程充分吸收可燃气体燃烧后产生的热量，提高生物质的炭化效率。

2、本实用新型提供的炭化炉，采用鳍片式受热面，具有较高的传热效能，而且可使烟气流速沿烟道横截面的分布更加均匀，降低烟气对炭化炉局部磨损；此外，通过扩展受热面沿内筒体的周向间隔设置，相邻的两周所述的扩展受热面错列排布，进一步提高物料的换热受热面积，通过调整扩展受热面高度为30-50毫米，相邻的所述扩展受热面之间的间距为30-80毫米，既可以提高烟气受热面积提高生物质热解效率，又能够改善因扩展受热面高度太高或者相邻的扩展受热面之间间距太小而造成烟气流动阻力增大使得能耗增大。

3、本实用新型提供的炭化炉，通过拱形结构的折烟墙的设置，不仅保证折烟墙在气流作用下固定的牢固性，而且通过S型烟气流道，进一步提高折烟墙的扰流作用，提高生物质炭化的效率，通过调整所述折烟墙上与所述外筒体距离的最远端与所述内筒体外壁之间的最短距离为60-200毫米，相邻的两个所述折烟墙沿所述外筒体轴向方向的间距为1-2米，能够提高对气体扰流作用的同时，减少因折烟墙与外筒体距离最远端与外筒体内壁之间的间距或者相邻的两个折烟墙的沿外筒体周向方向的间距太小而导致流速降低的情况发生。

4、本实用新型提供的炭化装置，通过具有第一锥形段、第一方筒段、第二锥形段和第二直管段的沉降室的设置，以及第一方筒段与第二锥形段交界处挡板的设置，能够提高生物质与气体的分离效果，减少固体在气体中的夹带，而且通过采用V形截面结构的挡板，改善了烟气沉积于第一方筒段与第二锥形段交界位置形成的死角处，降低出现爆燃的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本实用新型实施方式提供的炭化炉的结构示意图；

图2为图1中A部的放大图；

图3为本实用新型实施方式提供的输烟管和烟气燃烧器的结构示意图；

图4为本实用新型实施方式提供的烟气余热回收装置和燃气余热回收装置的流程图；

图5为本实用新型实施方式提供的输烟管和加热棒的结构示意图；

图6为本实用新型实施方式提供的挡板的结构示意图。

附图标记：1、炭化炉；11、内筒体；12、外筒体；2、加热区；21、第一引风管；3、沉降室；31、第一锥形段；32、第一方筒段；33、第二锥形段；35、挡板；4、输烟管；41、保温层；42、空腔；43、加热棒；5、烟气燃烧器；6、燃烧炉；61、燃气燃烧器；7、第二引风管；8、折烟墙；9、扩展受热面。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

本实施例提供一种炭化装置，如图1和2所示，包括炭化炉1，所述炭化炉1包括外筒体12和嵌套其内的内筒体11，所述内筒体11和所述外筒体12之间形成加热区2，还包括：折烟墙8，所述折烟墙8固定于所述外筒体12的内壁上且位于所述加热区2内；扩展受热面9，所述扩展受热面9为焊接于所述内筒体11外壁上的钢片，所述扩展受热面9沿内筒体11的周向间隔设置，且位于所述加热区2内。

进一步地，所述扩展受热面9可以为鳍片式受热面，相邻的两周所述的扩展受热面9错列排布，所述扩展受热面9垂直于所述内筒体11的轴线方向设置。

具体地，所述扩展受热面9的高度为30-50毫米，相邻的所述扩展受热面9之间的间距为30-80毫米。本实施例中，所述扩展受热面9高度为40毫米，相邻的所述扩展受热面9之间的间距为50毫米。

进一步地，所述折烟墙8沿烟气的流动方向设置有多个，相邻的所述折烟墙8在沿所述外筒体12的径向投影上错列布置，形成S型烟气流道。所述折烟墙8为拱形结构，所述折烟墙8的两端垂直固定于所述外筒体12的内壁上，所述折烟墙8的中部向靠近内筒体11的方向延伸，所述折烟墙8与内筒体11和外筒体12之间均留有供烟气流动的通道。

具体地，所述折烟墙8上与所述外筒体12距离的最远端与所述内筒体11外壁之间的最短距离为60-200毫米，相邻的两个所述折烟墙8沿所述外筒体12轴向方向的间距为1-2米。本实施例中，所述折烟墙8上与所述外筒体12距离的最远端与所述内筒体11外壁之间的最短距离为90毫米，相邻的两个所述折烟墙8沿所述外筒体12轴向方向的间距为2米。

进一步地，如图3所示，还包括燃烧炉6，所述燃烧炉6的出气口连接于所述外筒体12靠近所述内筒体11的进料端的侧壁上并与所述加热区2相连通；所述燃烧炉6的侧壁上设置有燃气燃烧器61，所述燃气燃烧器61燃烧燃气以向燃烧炉6内供应高温气体，所述燃气燃烧器61的进风管道上设置有用于引入所述燃气燃烧器61燃烧所需的氧气和燃气的第三引风机。

此外，如图3和4所示，该种炭化装置还包括燃气余热回收装置，所述燃气余热回收装置连接于所述外筒体12远离所述内筒体11的进料端的侧壁上并与所述加热区2相连通。具体地，所述燃气余热回收装置按照气体的流动方向依次包括：第一引风管21、第一余热锅炉、第一布袋除尘器和第一引风机，所述第一引风管21连接于所述外筒体12远离所述内筒体11的进料端的侧壁上，所述第一引风管21的进风口与所述加热区2相连通，所述第一引风机的出风口与大气相连通。

进一步地，如图3和4所示，为了回收烟气炭化后剩余的热量，该种炭化装置还包括：烟气余热回收装置，具体地，所述烟气余热回收装置按照烟气流动的方向依次包括沉降室3、输烟管4和烟气燃烧器5，所述沉降室3的进气口连通于所述内筒体11的出料端，所述烟气燃烧器5的出气口与所述燃烧炉6相连通，所述烟气余热回收装置能够通过沉降室3和输烟管4实现对炭化炉1出料端的烟气进行分离并输送送至烟气燃烧器5燃烧输送高温气体后输送至炭化炉1的加热区2，提供生物质炭化所需要的热量，对烟气的再次燃烧，改善烟气直接排放对环境的污染，节约能源，实现对高温烟气中热量的回收再利用。

为了进一步回收烟气中的余热，所述烟气余热回收装置按照烟气流动的方向还可以包括：第二引风管7、第二余热锅炉、第二布袋除尘器和第二引风机，所述第二引风管7的进风口与所述燃烧炉6的出风口相互连通，所述第二引风机的出风口与大气相连通。

进一步地，为了维持炉膛内温度的均匀，实现温控的自动化，所述内筒体11的炉膛内设置有温度传感器，用于检测炉膛内烟气的温度，所述温度传感器电连接有控制器，所述控制器与所述第一引风机和所述第二引风机均电连接。

进一步地，所述温度传感器沿内筒体11轴向均匀间隔布置有1-4个，本实施例中，所述温度传感器设置有3个，分别位于内筒体11热量导入口、内筒体11的出料口和两者的中间位置。

进一步地，如图5所示，为了改善热量在输送过程中的损失，所述输烟管4外套设有保温层41，本实施例中所述保温层41为聚氨酯保温层，所述保温层41的另一种可替换方式为岩棉保温层。

进一步地，为了减少烟气输送过程中因温度降低而产生木醋液，避免结焦，所述保温层41的内壁与所述输烟管4外壁之间留有空腔42，所述输烟管4外位于所述空腔42内沿输烟管4的轴向阵列有若干电加热棒43。

作为电加热棒的另一种替换方式，所述输烟管4外位于所述空腔42内缠绕有电热带。

在上述技术方案的基础上，如图6所示，为了充分回收烟气，提高烟气与生物质的分离效率，所述沉降室3与所述内筒体11的出料端密封连接，且在竖直方向上，所述沉降室3内部具有物料分离通道，沿烟气上升方向，所述物料分离通道的内径变小。

进一步地，沿烟气上升方向，所述物料分离通道包括依次连通的第一锥形段31、第一方筒段32和第二锥形段33；

所述内筒体11的出料端设置于所述第一方筒段32上，所述第二锥形段33远离所述第一方筒段32的端部设置有烟气出口并与输烟管4相连通，所述第一方筒段32的高度均大于所述第一锥形段31和第二锥形段33的高度。

进一步地，为了改善烟气沉积于第一方筒段32与第二锥形段33交界位置形成的死角处，降低出现爆燃的风险，同时减少固体在气体中的夹带，所述第一方筒段32和第二锥形段33之间设置有多个挡板35，所述挡板35罩设于所述第一方筒段32的折角和所述第二锥形段33的交界处。

具体地，所述挡板35的截面呈V形，所述挡板35的端部分别固定于所述第一方筒段32和第二锥形段33的内壁上，所述挡板35的中部朝向所述沉降室3内部的方向延伸。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。