一种秸秆炭化设备的制作方法

1.本发明涉农业机械领域，具体涉及一种秸秆炭化设备。


背景技术：

2.炭化是农作物秸秆资源化利用的有效措施之一，可解决秸秆浪费、田间焚烧污染及温室气体排放等问题，秸秆直接破碎还田，存在秸秆粉碎不到位，把秸秆直接还田还会影响作物生长的缺点，另外不利于抑制病虫害，而采用炭化还田则可以避免这些问题。
3.市场上的的秸秆炭化设备，还是以固定式为主，但是现有技术中还是存在可移动的就地炭化还田机械，例如cn110819368a所公开的一种收割机装载式双翼型秸秆就地炭化还田装置，可装载于收割机，其包括预处理进料系统、热解炭化系统、循环供热系统和产物收集系统，具有结构紧凑，轻质小型，易于装卸，处理效率高的优点；但是其同样存在着缺点，主要在于进入热解炭化系统的秸秆含有大量水分，裂解时水分的蒸发带走大量的热量造成能源的浪费，还会导致秸秆炭化不完全，其次在于秸秆处于分散状态，炭化炉中存在大量的氧气，高温下的氧化导致炭化率并不高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种秸秆炭化设备，采用多级加热的方式对秸秆进行升温炭化，并对秸秆进行压缩处理，提高得炭率。
5.本发明的一种秸秆炭化设备，包括机壳，所述机壳内设置有除湿预热炉、预炭化炉以及主炭化炉，除湿预热炉一端的顶部设置有进料口，另一端则设置有连通至预碳化炉的通道，预炭化炉另一端设置有连通主炭化炉的通道，所述主炭化炉中设置有具有进料体积大于的出料体积的绞龙机构。
6.除湿预热炉温度控制在120℃左右，主要使生物质所含水分的蒸发，预炭化炉对秸秆进行二次加热，该阶段温度一般为150℃～275℃，使其升温。秸秆在压缩的状态下于主炭化炉中炭化，具有得炭率高的特点。
7.进一步，所述主炭化炉，包括内层的炉体与外层的炉壳，形成内外嵌套的热解腔与供热腔，所述供热腔中设置有燃烧器，所述预炭化炉与主炭化炉中的裂解气经真空发生器引入燃烧器。
8.还包括冷凝设备，对裂解气在燃烧前进行冷凝获取木醋酸。
9.燃烧废气经由连通供热腔和除湿预热炉的排气管通入除湿预热炉，所述除湿预热炉的进料口处设置有进料封闭器。
10.所述进料封闭器包括两个同步、相向转动的进料辊，进料辊上具有进料叶片，两个进料辊上的进料叶片相互抵接或嵌入。所述进料辊优选采用凸轮辊结构，进料叶片的外端沿共同构成类似凸轮的轮廓。
11.所述绞龙机构包括送料绞龙和出料绞龙，所述送料绞龙和出料绞龙通过联动机构差速转动，所述联动机构包括加压泵组件与液力马达组件。
12.本发明的有益效果是：本发明公开的一种秸秆炭化设备，采用多级升温，在秸秆正式炭化前对秸秆进行烘干处理，更符合秸秆的炭化条件，在主炭化炉中，粉碎的秸秆可以借助绞龙机构压缩，可以提高得炭率以及提高炭化效率。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
14.图1为本发明的整体结构示意图；
15.图2为本发明的连接结构示意图；
16.图3为本发明中主炭化炉的结构示意图；
17.图4为本发明中液力马达组件的结构示意图；
18.图5为本发明中进料封闭器的结构示意图。
19.附图标记说明：100，除湿预热炉；200，预炭化炉；300，主炭化炉；31，热解腔；32，供热腔；33，燃烧器；41，真空发生器；11，进料口；34，绞龙机构；341，送料绞龙；342，出料绞龙；343，加压泵组件；344，液力马达组件；3441，壳体；3442，液腔；3443，转动盘；3444，滑动块；345，高压管道；346，低压管道；12，进料封闭器；121，进料辊；122，进料叶片；500，冷凝装置。
具体实施方式
20.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
21.如图1-5所示，本实施例中的一种秸秆炭化设备，可被设置于与农业相关联的移动机械上，例如收割机等，移动机械可以具有包括秸秆捡拾机构、秸秆粉碎机构以及送料机构在内的必要设备，但是作为扩展使用方式，本技术的秸秆炭化设备同样可以作为单独的固定式设备使用。
22.秸秆炭化设备包括具有保温层的机壳，在机壳内部设置有至少三个炉体，三个炉体分别为除湿预热炉100、预炭化炉200以及主炭化炉300，他们之间依次设置有必要的连通通道。
23.具体的，除湿预热炉100对粉碎后的秸秆进行一次高温处理，除湿预热炉100为卧式的回转炉，其一端的顶部设置有进料口11，另一端则设置有连通至预碳化炉的通道，在除湿预热炉100中设置一转动桨对秸秆进行搅动，使秸秆在炉内由一端朝另一端进行轴向分布。
24.除湿预热炉100温度控制在120℃左右，一般地，生物质中的水分在达到100℃之后就会大量蒸发，然而，一部分与生物质中一些化合物组成的聚合水分子，会在稍微高的温度下才会蒸发散失，这一阶段生物质的热解速度非常缓慢，主要为生物质所含水分的蒸发。
25.预炭化炉200对秸秆进行二次加热，该阶段温度一般为150℃～275℃，生物质在该温度段的加热下，开始出现比较明显的热分解，为了避免秸秆直接燃烧，需隔绝氧气。
26.在预炭化炉200中同样可以设置一转动桨对秸秆进行搅动。
27.主炭化炉300对两次高温处理后的秸秆进行最终的炭化处理，这一炭化过程在275
℃以上的温度下完成，这一过程中生物质发生剧烈的热解反应，并伴随大量的可燃裂解气、醋酸、焦油产生。
28.主炭化炉300的高温环境一方面得益于生物质自身的热解反应放热，其次可设置外界供热。
29.本实施例中主炭化炉300采用双层结构，包括内层的炉体与外层的炉壳，以至于形成内外嵌套的热解腔31与供热腔32，供热腔32中一方面可以设置加热设备，另一方面可以用于可燃裂解气的燃烧。
30.在秸秆的炭化过程中，秸秆的压缩率是一个重要的影响因素，在压缩的状态下，秸秆之间传热更快，更均匀，裂解气挤占氧气使其排出，但是在众多的秸秆炭化设置中，均没有针对该影响因子进行针对性的改进。
31.在预炭化炉200与主炭化炉300之间设置有连通的物料通道，在主炭化炉300靠近物料通道的一端设置有送料绞龙341，而在另一端则设置有出料绞龙342，所述的送料绞龙341与出料绞龙342具有不同的输送能力，具体的，在一种方式中，两绞龙结构尺寸大致相当，但是在送料绞龙341连续运转时，出料绞龙342采用间歇方式出料，仅在热解腔31中物料压力达到一定值时才动作；另一种方式中，两绞龙结构均连续运转，不同之处在于出料绞龙342转速较慢，因此在单位时间内，送料绞龙341送入物料的体积大于出料绞龙342送出的物料体积，物料在热解腔31中得以被压缩，利于炭化的同时还增加主炭化炉300的容量。
32.两个绞龙结构分别处于高温的热解腔31两端，若分别驱动，则必然导致驱动机构以及与其相关联的控制系统的增加，因此本实施例采用联动机构进行驱动，将送料绞龙341端作为主动端，而出料绞龙342端作为从动端，联动机构包括设置在送料绞龙341轴上的加压泵组件343以及设置在出料绞龙342轴上的液力马达组件344。加压泵组件343与液力马达组件344通过高压管道345与低压管道346实现液压油的循环流通。
33.所述加压泵组件343优选采用变量柱塞泵，变量柱塞泵的输入轴与送料绞龙341轴连接，可以被一外部驱动机构直接驱动，变量柱塞泵的出口连接高压管道345，进口连接低压管道346。
34.所述液力马达组件344包括壳体3441，所述壳体3441内具有液腔3442，所述液腔3442呈椭圆形，椭圆的长轴与短轴划分出四象限，将相邻象限分别用作进油侧与出油侧，在液腔3442中设置有正圆形的转动盘3443，所述转动盘3443上沿径向开槽，并在槽中设置滑动块3444，滑块藉由弹性件具有朝外移动的趋势，始终抵接在液腔3442壁上，滑动块3444数量为四或四的倍数，从而将液腔3442划分呈多个密闭的小型腔体，在进油侧连通高压管道345通入液压油，而出油侧连通低压管道346时，同一小型腔体两侧的滑动块3444露出面积不同，从而导致两侧压力差，进而带动转动盘3443转动，而转动盘3443是与出料绞龙342轴直接连接的，因此可以带动出料绞龙342转动。
35.加压泵组件343与液力马达组件344组合形成的联动机构中，可通过合理设置实现出料绞龙342与加压进料绞龙的速度差，例如调整变量柱塞泵中斜盘的倾斜度，改变液压油的泵送量等方式。
36.在本实施例中，加压泵组件343与液力马达组件344仅连接在主炭化炉300中两个绞龙结构上，在扩展的实施方式中，可将加压泵组件343单独设置，将液力马达组件344作为所有旋转运动构件的驱动机构。
37.已知的，在秸秆炭化过程中会产生大量的可燃的裂解气，尤其是在主炭化炉300中，因此本实施例在主炭化炉300的供热腔32中设置有燃烧器33，燃烧器33具有常开的点火器，利用一真空发生器41将热解腔31、预炭化炉200中的裂解气引出。
38.具体的，真空发生器41至少包括一喷管以及一套管，喷管同轴穿设于所述套管后端，所述套管中形成有负压室，负压室经由一气体管道连通热解腔31与预炭化炉200，而喷管则连通一外部高压气源，高压气源泵出含有氧的高压气体。
39.在喷管喷射出高压气流时，带动负压室中的裂解气一同喷出，氧气混合裂解气进入到燃烧器33中燃烧，为热解腔31供热。
40.供热室设置有相应的排气管，高温的燃烧废气可通入到除湿预热炉100对含大量水分的秸秆进行烘干，同时燃烧废气含氧量低，还可以作为隔绝氧气的介质，经由各个炉体之间通道进入到预炭化炉200、主炭化炉300中，使得整个炭化设备内部处于缺氧环境，
41.除湿预热炉100可被设置成方便烘干的双层结构，在外层空间设置相应的排气机构。
42.在除湿预热炉100的进料口11处，设置有进料封闭器12，所述进料封闭器12包括两个同步、相向转动的进料辊121，进料辊121上具有进料叶片122，依据两个进料辊121的距离，进料叶片122相互抵接或嵌入，从而封闭进料口11。
43.如图5，进料辊121采用凸轮辊结构，进料叶片122的外端沿共同构成类似凸轮的轮廓，相比于圆辊结构，凸轮辊结构以及凸轮轮廓在同时间内可以具有多个相互抵接或嵌入的进料叶片122，密封性明显更佳。
44.作为秸秆炭化的副产物，木醋酸同样具有很好的利用价值。木醋酸大量存在于裂解气中，因此可引出部分或全部裂解气对其冷凝，将不凝气通入燃烧器33中进行燃烧。
45.相关联的冷凝装置500在冷凝制得木醋酸的同时，还可用作对联动机构中液压油的降温。
46.本实施例中，各炉采用单独加热方式，但在扩展实施方式中，双炉甚至三炉在同一燃烧室进行升温，与单炉加热方式属于等同技术方案，涵盖在本发明权利要求范围中。
47.最后说明的是，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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。