一种生物质热解制炭系统

1.本发明涉及生物质炭的生产技术领域，尤其是涉及一种生物质热解制炭系统。


背景技术：

2.采用生物质可再生能源替代传统化石燃料是降低温室气体排放、实现碳达峰、碳中和的重要途径之一，其中对原始生物质（农林生物质残余物）进行热预处理能够实现物化性质均匀、高热值生物质炭的制备，可同品质替代传统化石煤炭。传统的热解制炭过程中，通常会产生大量的气和油，其中，焦油的存在对热解、气化系统影响较大，焦油在200℃以下呈液态，液态的焦油会与灰尘、水等结合在一起容易堵塞管道和设备，严重降低热解气化系统的效率。为此，现有技术中通过空冷塔、水冷塔、醋液喷淋塔、燃气过滤塔等塔器来降低燃气中的焦油含量，但是这样的方式不仅会增加很高的装置成本，而且由于热解气的出口温度通常会在600度左右，为了冷凝焦油采用冷却急速降温手段后会白白损失了大量的热能，极大地造成能源损失。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种生物质热解制炭系统，该系统通过将热解气升温直燃来实现清洁排放，避免焦油的处理工序，降低系统成本，同时避免能源损失。
4.根据本发明实施例的一种生物质热解制炭系统，包括：
5.炭化炉，所述炭化炉包括炉体、密封支座和分离器，所述炉体的一端与所述密封支座动态密封连接，另一端与所述分离器动态密封连接且连通，所述密封支座上设有第一进气口，所述分离器的顶部设有第一出气口，底部设有出料口，侧壁上设有第二出气口，所述炉体内设有散热器，所述散热器的一端与所述第一进气口连通，另一端与所述第二出气口连通；
6.驱动器，所述驱动器用于驱动所述炉体转动；以及
7.燃烧器，所述燃烧器包括第二进气口和第三出气口，所述第二进气口与所述第一出气口连通，所述第三出气口与所述第一进气口联通。
8.由此，通过该生物质热解制炭系统通过设置燃烧器将热解气进行高温充分燃烧，从而直接将焦油去除，省去了设置各种塔器来处理焦油的工序，使用方便，排放清洁；燃烧器产生的高温烟气还可以用于生物质原料热解炭化的能量补充，从而回收部分高温烟气中的热量，大大提高了能源利用率，同时，也避免了冷凝焦油损失大量热能的情况发生。
9.根据本发明的一些实施例中，所述燃烧器包括相互连通的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设于所述燃烧器靠近所述第二进气口一侧，所述第二腔室设于所述燃烧器靠近所述第三出气口一侧，所述第二腔室内设有若干蓄热体。
10.根据本发明的一些实施例中，相邻所述蓄热体间隔设置，将相邻所述蓄热体之间的空间设为第三腔室，所述第三腔室的周壁上设有若干补风口。
11.根据本发明的一些实施例中，所述补风口沿所述第三腔室的内壁呈切向设置，以形成涡旋气流。
12.根据本发明的一些实施例中，所述生物质热解制炭系统还包括:换热器,所述换热器内设有第一管道和第二管道，所述第一管道与所述第二出气口连通，所述第二管道与所述补风口连通，所述第二出气口排出的高温气体在所述第一管道处与所述第二管道之间进行热交换。
13.根据本发明的一些实施例中，所述第二进气口处设有进气管，所述进气管上设有进风管，所述进风管与所述第二管道连通。
14.根据本发明的一些实施例中，所述进气管包括：进风段、混合段和出风段，所述进风段和所述出风段分别设于所述混合段的两侧，所述混合段整体呈内径从一侧向另一侧逐渐缩小后又逐渐扩大的窄喉状，所述进风管与所述混合段连通。
15.根据本发明的一些实施例中，所述炉体内还包括叶片，所述叶片的一端连接于所述散热器上，另一端延伸贴近至所述炉体的内侧壁处。
16.根据本发明的一些实施例中，所述生物质热解制炭系统还包括：进料装置和料仓，，所述进料料装置的一端与所述料仓连通，另一侧与所述炉体连通，所述送料装置采用螺旋送料器。
17.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本发明实施例的生物质热解炭化系统的整体结构示意图；
20.图2是根据本发明实施例图1中进气管的结构示意图。
21.附图标记：
22.100、一种生物质热解制炭系统；
23.1、炭化炉；11、炉体；111、散热器；112、叶片；12、密封支座；121、第一进气口；13、分离器；131、第一出气口；132、出料口；133、第二出气口；2、驱动器；3、燃烧器；31、第二进气口；32、第三出气口；33、第一腔室；34、第二腔室；35、第三腔室；351、补风口；4、蓄热体；5、换热器；51、第一管道；52、第二管道；6、进气管；61、进风段；62、混合段；63、出风段；7、进风管；8、进料装置；9、料仓。
具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
25.下面参考图1、图2描述根据本发明实施例的一种生物质热解制炭系统100。
26.为了便于更好地理解本技术的方案，对生物质热解炭化的原理进行如下阐述，具体的，生物质热解炭化过程可分为如下阶段：
①
干燥阶段，生物质物料在炭化反应器内吸收热量，水分首先蒸发逸出，生物质内部化学组成几乎没变；
②
挥发热解阶段，生物质继续吸
收热量到200℃左右，内部大分子化学键发生断裂与重排，有机质逐渐挥发，材料内部热分解反应开始，挥发分的气态可燃物在缺氧条件下，有少量发生燃烧，且这种燃烧为静态渗透式扩散燃烧，可逐层为物料提供热量支持分解；
③
是全面炭化阶段，物料在急剧热分解的同时产生木焦油、乙酸等液体产物和甲烷、乙烯等可燃气体，随着大部分挥发分的分离析出，最终剩下的固体产物就是由碳和灰分所组成的焦炭。
27.结合图1、图2所示，本发明实施例的一种生物质热解制炭系统100整体包括：炭化炉1、燃烧器3和驱动器2，其中，炭化炉1包括炉体11、密封支座12和分离器13，该密封支座12和分离器13分别设于炉体11的两端，由于生物质热解炭化需要处于缺氧状态，故需要将炉体11处于相对密封的状态，即炉体11的一端与密封支座12动态密封连接，另一端与分离器13动态密封连接且连通；密封支座12上设有第一进气口121，分离器13的顶部设有第一出气口131，底部设有出料口132，侧壁上设有第二出气口133，炉体11内设有散热器111，散热器111的一端与第一进气口121连通，另一端与第二出气口133连通；燃烧器3包括第二进气口31和第三出气口32，第二进气口31与第一出气口131连通，第三出气口32与第一进气口121联通。
28.具体的，通过驱动器2可以带动炉体11转动，从而确保炉体11内的生物质原料受热均匀，进而提升炭化效果；其中，驱动器2包括驱动电机和驱动辊，在炉体11的外侧壁上设有从动轨道，使用时，通过驱动电机带动驱动辊转动，驱动辊与从动轨道紧密贴合，从而使得驱动辊带动炉体11转动。
29.使用时，生物质原料在炉体11内进行高温热解炭化后，会产生热解混合气和生物质炭，热解混合气进入分离器13后通过第一出气口131进入到燃烧器3内进行燃烧，生物质炭在炉体11的回转运动下进入分离器13，并且通过底部的出料口132排出，出料口132的下方通常会设置收集箱，用于收集存储排出的生物质炭。
30.热解混合气进入燃烧器3内后，会进行充分燃烧，从而将热解混合气中的焦油燃烧殆尽，形成不含焦油成分的高温烟气，随后该高温烟气通过第三出气口32离开燃烧器3，并通过第一进气口121进入到炉体11内的散热器111中，高温的烟气通过散热器111将温度释放到炉体11内，有利于给生物质原料的热解维持一个高温环境，从而降低生物质原料热解炭化所需要的能源消耗量。
31.由此，生物质热解制炭系统通过设置燃烧器3将热解气进行高温充分燃烧，从而直接将焦油去除，省去了设置各种塔器来处理焦油的工序，使用方便，排放清洁；燃烧器3产生的高温烟气还可以用于生物质原料热解炭化的能量补充，从而回收部分高温烟气中的热量，大大提高了能源利用率，同时，也避免了冷凝焦油损失大量热能的情况发生。
32.进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，燃烧器3包括相互连通的第一腔室33和第二腔室34，第一腔室33设于燃烧器3靠近第二进气口31一侧，第二腔室34设于燃烧器3靠近第三出气口32一侧，第二腔室34内设有若干蓄热体4。使用时，热解混合气会先进入第一腔室33内，然后在第二腔室34内进行燃烧，具体的，该第一腔室33为一空腔，当热解混合气从第二进气口31进入到第一腔室33时，热解混合气会在该空腔内降低速度，有利于热解混合气在燃烧前进行扩散，延长热解混合气在燃烧室内燃烧的时间，以便于其在第二腔室34内进行充分燃烧，消除气体中的焦油成分；同时，通过第二腔室34内的蓄热体4的设置，一方面有利于热解混合气中低浓度可燃气的顺利燃烧，另一方面可以可以大大提升燃烧时的
温度，从而充分消除气体中的焦油成分。
33.再进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，相邻蓄热体4间隔设置，将相邻蓄热体4之间的空间设为第三腔室35，第三腔室35的周壁上设有若干补风口351，具体的，通过该补风口351可以向第二腔室34内供给大量的新鲜空气，热解混合气在依次通过蓄热体4的同时也会不断地与补风口351补入的新鲜空气进行混合，有利于充分燃烧，实现清洁排放。
34.再进一步地，在上述实施例的基础上，补风口351沿第三腔室35的内壁呈切向设置，以形成涡旋气流，从而有利于热解混合气与空气的充分混合，促进烟气的充分燃烧，实现烟气的清洁排放。
35.在本发明的一些实施例中，如图1所示，生物质热解制炭系统100还包括换热器5,换热器5内设有第一管道51和第二管道52，第一管道51与第二出气口133连通，第二管道52与补风口351连通，并且第二管道52沿第一管道51环绕设置，从而使得第二出气口133排出的高温气体在第一管道51处与第二管道52之间进行热交换。具体的，第二管道52内通入有新鲜空气，当高温烟气在散热器111中进行充分释热后会通过第二出气口133离开炭化炉1并沿着第一管道51在换热器5内移动时，会将热量传递至第二管道52内，从而将待进入补风口351的新鲜空气进行加热，进而避免低温冷空气直接通入燃烧室内影响燃烧的温度。
36.进一步地，在上述实施例的基础上，如图1所示，第二进气口31处设有进气管6，进气管6上设有进风管7，进风管7与第二管道52连通；使用时，通过换热器5的作用使得第二管道52内的新鲜空气被加热，加热后的新鲜空气一部分会通过进风管7进入到进气管6内与热解混合气混合，由此可以实现预混合，有利于后续的充分燃烧，同时避免低温空气影响燃烧的温度。
37.再进一步地，在上述实施例的基础上，如图2所示，进气管6包括：进风段61、混合段62和出风段63，进风段61和出风段63分别设于混合段62的两侧，混合段62整体呈内径从一侧向另一侧逐渐缩小后又逐渐扩大的窄喉状，进风管7与混合段62连通；具体的，当热解混合气在进气管6移动时受到缩小管径的作用使得流速加快，从而会在混合段62处产生负压，进而可以更加有效的将第二管道52内加热后的新鲜空气泵入进气管6中与热解混合气混合，而且混合的更加均匀。
38.在本发明的一些实施例中，如图1所示，炉体11内还包括叶片112，叶片112的一端连接于散热器111上，另一端延伸贴近至炉体11的内侧壁处，具体的，该叶片112倾斜设置，当炉体11转动时，在叶片112的作用下可以更加高效的翻动且前进，优先地，该叶片112选用金属结构件，通过这样的结构和材料设置，一方面该叶片112可以起到抄板的作用，另一方面还可以起到散热翅片的作用，从而可以更加有效的将散热器111中的热量通过叶片112传导至炉体11的腔内，促进生物质原料的热解炭化的进行。
39.在本发明的一些实施例中，如图1所示，生物质热解制炭系统100还包括进料装置8和料仓9，进料料装置的一端与料仓9连通，另一侧穿过密封支座12与炉体11连通。具体的，通过送料装置可以源源不断地将料仓9内的生物质原料送入回转炉中进行热解炭化，从而节省人力物力，有利于提升送料的效率，实现规模化生产生物质炭。
40.优选地，送料装置可以采用螺旋送料器，一方面螺旋送料器可以更好的控制生物质原料进入的速率，从而更加精准的控制单位时间内送料的数量，进而确保生物质热解炭
化的稳定进行以及反应程度的均衡性，避免回转炉内出现局部堆积生物质原料过多导致底层原料炭化不足的情况发生；另一方面，螺旋送料器的密封性比较好，在实现平稳送料的前提下还能满足炭化炉1对密封性的要求。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。