CN101709223A

CN101709223A - 用于生物质中温快速热解的热解炉装置

Info

Publication number: CN101709223A
Application number: CN200910224180A
Authority: CN
Inventors: 韩剑锋
Original assignee: Zhongjiehuan (Beijing) Energy Technology Co Ltd
Current assignee: China (Wuhan) Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: CN101709223B

Abstract

本发明用于生物质中温快速热解的热解炉装置涉及生物质热化学设备技术领域。包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳；热解炉卧式布置，其固定外壳圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接搅拌轴、构成搅拌轴在热解炉内的偏心布置，使热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；搅拌轴上固定多个搅拌杆，搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置，使搅拌物料时搅拌轴承受的应力均匀并降低了搅拌轴的最大扭曲应力；每个搅拌杆上固定安装有与搅拌杆呈一定倾斜角度布置的搅拌爪，不仅可使物料在热解炉内周向运动、同时还使物料向热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。用于生物质中温快速热解。效率高、成本低、运行安全稳定。

Description

用于生物质中温快速热解的热解炉装置

技术领域

本发明用于生物质中温快速热解的热解炉装置，涉及能源化工设备技术领域；特别涉及生物质热化学设备技术领域；具体涉及用于生物质中温快速热解的热解炉装置的技术领域。

背景技术

生物质是通过光合作用吸收空气中二氧化碳生成的有机物质。其分布广泛、可利用量大、并且是唯一可再生的含有碳氢组分和热能的、可储存的自然原料。利用生物质进行能源利用和化工生产，具有CO₂零排放的特征。随着传统化石能源储量的日益减少，以及由于使用化石能源带来的环境污染问题，重视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。通过热化学、生物化学等方法，能够将生物质转变为清洁的气体或液体燃料，生产合成柴油/汽油、化工产品以及满足电力需求等等，具有全面替代化石能源的潜力，成为世界各国优先发展的新能源。

将生物质转变为清洁气体或液体燃料的方法很多，其中，生物质高温气流床气化技术与其它技术相比能够适应所有的生物质种类，其气化温度较高、炉内温度比较均匀、焦油在气流床中全部裂解、CH₄含量较少、气化得到精制合成气；同时气流床具有很好的放大特性，特别适用于大型工业化的应用。精制合成气是指：气化直接得到的合成气中，CO和H₂为主要组分，无焦油，CH₄含量＜0.5％。精制合成气主要用于生产合成柴油/汽油、烯烃、烷烃、石脑油、润滑油，以及作为燃料电池原料等等，适用于生产各种化工产品、以及各种超清洁油品的新能源利用；特别在可再生的生物质能源利用领域，它是生物质化工产业及合成油新能源产业的关键技术。但是，气流床气化对原料的粒径有着严格的限制，进入气流床的原料需要磨成超细的微米级颗粒，然而按照现有的破碎或制粉技术，无法将含纤维较多的生物质原料磨制成满足气流床运行所需的粒径，这就导致了无法将生物质原料直接用于气流床气化；最好就是先将生物质进行热解分解成热解气和固态炭，然后将固态炭制粉和热解气一起送入气流床中气化。

将生物质进行热解而分解成热解气和固态炭的设备就是热解炉，为了降低热解炉的材料要求而降低设备成本，最好的方法就是在400℃～600℃的中等热解温度下(简称中温热解)，对生物质进行中温快速热解处理、将生物质分解成热解气和固态炭(再将固态炭研磨成炭粉)后再送入气流床中进行气化。而实现生物质中温快速热解技术的关键设备就是热解炉，它是决定生物质热解的热量利用效率、热解速率、热解产物品质、以及热解炉设备造价和热解炉供热安全运行的核心。

目前用于对生物质进行热解的设备，以热解方法可分为间接换热热解式、直接换热热解式，以规格形式可分为立式、卧式，以固定方式可分为外壳固定式、外壳旋转式，以燃烧温度可分为高温、中温、低温，以供热方式可分为上供热、下供热、侧供热......等等。但是，无论哪种方式的热解炉，均存在着或燃烧供热欠完全、或热解欠充分、或热量利用效率较低、或热解速率慢、或热解产物品质不高、以及热解炉设备造价高和难以保证热解炉供热安全运行等诸多不足、缺陷与弊端。本发明的“用于生物质中温快速热解的热解炉装置”，是生物质可再生固体燃料的中温快速热解技术中实施载体必须优先解决的关键技术。

基于发明人的专业知识底蕴与多年丰富的实践经验及对事业精益求精的不懈追求，在认真而充分的调查、了解、分析、总结上述已有公知技术和现状基础上，根据生物质气流床气化的要求，在生物质的热解处理过程中满足“生物质的中温快速热解及热解气多次裂解”的技术要求前提下，对卧式热解炉采取“搅拌轴在炉内偏心布置、搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置、搅拌爪与搅拌杆呈一定倾斜角度布置”关键技术，研制成功了“用于生物质中温快速热解的热解炉装置”，可高效、直接燃烧供热安全、运行安全稳定、热解炉设备低投资地满足生物质的精制合成气的原料预处理要求，具有非常重要的现实意义与深远的战略意义。

发明内容

本发明对生物质热解炉采取“搅拌轴在炉内偏心布置、搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置、搅拌爪与搅拌杆呈一定倾斜角度布置”关键技术，包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳；热解炉卧式布置，热解炉外壳固定，在热解炉外壳圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴，从而构成搅拌轴在热解炉内的偏心布置，以使热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；在搅拌轴上安装有多个搅拌杆，搅拌杆沿轴向按照不同角度交错布置，以使搅拌物料时搅拌轴承受的应力均匀并降低了搅拌轴的最大扭曲应力；在每个搅拌杆上固定安装有与搅拌杆呈一定倾斜角度布置的搅拌爪，不仅可使物料在热解炉内周向运动、同时还使物料向热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。

通过本发明达到的目的是：①、为应用气流床对生物质气化创造前提技术条件；②、使自然生成、数量大、分布广、可再生的“生物质”新原料得到充分利用，变废为宝并有效地保护环境；③、应用搅拌轴在炉内偏心布置、搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置、搅拌爪与搅拌杆呈一定倾斜角度布置的热解炉，提供“生物质中温快速热解及直接燃烧供热”技术的实施载体；④、实现了直接燃烧供热安全、热解炉温度均匀、物料在热解炉内充分均匀搅拌换热热解、热量利用效率高、热解速率快、搅拌轴应力分布均匀，并极大地降低搅拌轴的最大扭曲应力及热解炉设备造价，保证热解炉的供热安全稳定运行；⑤、为生物质化工产业及合成油新能源产业的开拓奠定坚实的技术依托；⑥、有效保护环境、提高综合经济效益。本发明可达到预期目的。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种用于生物质中温快速热解的热解炉装置，包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳；

①、所述热解炉为卧式布置，热解炉外壳固定，在所述热解炉外壳圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴，从而构成所述搅拌轴在所述热解炉内的偏心布置，以使所述热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；

②、在所述搅拌轴上安装有多个搅拌杆，所述搅拌杆沿轴向按照不同角度交错布置，以使搅拌物料时所述搅拌轴承受的应力均匀并降低了所述搅拌轴的最大扭曲应力；

③、在每个所述搅拌杆上固定安装有与该搅拌杆呈一定倾斜角度布置的搅拌爪，不仅可使物料在所述热解炉内周向运动、同时还使物料向所述热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述搅拌爪为钉耙形结构，以减轻物料对所述搅拌爪的冲力和传递到所述搅拌轴的最大扭曲应力。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，在所述热解炉内的固态炭出口处，安装有低于所述搅拌轴高度的物料挡板，其底部与所述热解炉外壳的内壁固定连接、其高度根据物料需要的热解时间而确定。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述热解炉外壳为横置的罐体状结构，所述搅拌轴为轴状结构，所述搅拌杆为杆状结构，所述物料挡板为底边呈弧形且上薄下厚的板状结构。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述搅拌杆为三个以上，每个所述搅拌杆上固定的所述搅拌爪至少为两层。

由于采用了本发明所提供的技术方案。由于本发明采用了“搅拌轴在炉内偏心布置、搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置、搅拌爪与搅拌杆呈一定倾斜角度布置”关键技术。由于本发明包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳；热解炉卧式布置，热解炉外壳固定，在热解炉外壳圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴，从而构成搅拌轴在热解炉内的偏心布置，以使热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；在搅拌轴上安装有多个搅拌杆，搅拌杆沿轴向按照不同角度交错布置，以使搅拌物料时搅拌轴承受的应力均匀并降低了搅拌轴的最大扭曲应力；在每个搅拌杆上固定安装有与搅拌杆呈一定倾斜角度布置的搅拌爪，不仅可使物料在热解炉内周向运动、同时还使物料向热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。与已有公知技术相比，获得了如下有益效果：

1、由于本发明为外壳固定的卧式热解炉，在热解炉外壳圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴，以此构成了搅拌轴在热解炉内的偏心布置，从而获得了在热解炉内上部有布置直接燃烧供热空间的有益效果。

2、由于本发明在搅拌轴上安装有多个搅拌杆，搅拌杆沿轴向按照不同角度交错布置，从而获得了可使搅拌物料时搅拌轴承受的应力均匀并降低了搅拌轴的最大扭曲应力的有益效果。

3、由于本发明在每个搅拌杆上固定安装有与该搅拌杆呈一定倾斜角度布置的搅拌爪，从而获得了不仅可使物料在热解炉内周向运动、同时还使物料向热解炉的出口方向轴向运动，完成对物料进行热解与输送的有益效果。

4、由于本发明所述的搅拌爪为钉耙形结构，从而获得了以此减轻物料对搅拌爪的冲力和传递到搅拌轴的最大扭曲应力的有益效果。

5、由于本发明在热解炉内的固态炭出口处安装有低于搅拌轴高度的物料挡板，其底部与热解炉外壳的内壁固定连接、其高度根据物料需要的热解时间而确定，从而获得了可适应不同生产要求的有益效果。

6、由于本发明所述的搅拌杆为三个以上，每个搅拌杆上固定的搅拌爪至少为两层，从而获得了热解炉内温度均匀、物料在热解炉内可充分而均匀搅拌换热热解的有益效果。

7、由于本发明的以上各条所述，从而获得了提供“生物质中温快速热解”技术的实施载体，实现了直接燃烧供热安全、热解炉温度均匀、物料在热解炉内充分均匀搅拌换热热解、热量利用效率高、热解速率快、搅拌轴应力分布均匀，并极大地降低了搅拌轴的最大扭曲应力、以及热解炉设备造价低和保证热解炉的供热安全稳定运行等有益效果。

8、由于本发明的以上各条所述及设计科学合理、结构简单实用、运行安全而稳定可靠，从而获得了可使能够再生的生物质新原料变废为宝而得到充分利用、为生物质化工产业及合成油新能源产业的开拓奠定坚实的实施载体及技术依托，并有效保护环境、提高综合经济效益、摆脱对传统化石能源依赖创造条件等有益效果。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中“热解炉”的示意图。图中的实线箭头表示经粉碎的生物质原料入口、虚线箭头表示热解气出口、双实线箭头表示固态炭出口。

图2为图1的A-A向剖视放大示意图；即本发明具体实施方式中“热解炉”的A-A向剖视放大示意图。图中的虚线箭头表示热解气出口、双实线箭头表示固态炭出口。

图3为图2中“搅拌爪”的B向放大示意图。即本发明具体实施方式的热解炉中钉耙形结构的“搅拌爪”放大示意图。

图中的标号：1、热解炉外壳，2、搅拌轴，3、搅拌杆，4、搅拌爪，5、物料挡板。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作详细描述。正如说明书附图所示：

一种用于生物质中温快速热解的热解炉装置，包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳1；

①、所述热解炉为卧式布置，热解炉外壳1固定，在所述热解炉外壳1圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴2，从而构成所述搅拌轴2在所述热解炉内的偏心布置，以使所述热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；

②、在所述搅拌轴2上安装有多个搅拌杆3，所述搅拌杆3沿轴向按照不同角度交错布置，以使搅拌物料时所述搅拌轴2承受的应力均匀并降低了所述搅拌轴2的最大扭曲应力；

③、在每个所述搅拌杆3上固定安装有与该搅拌杆3呈一定倾斜角度布置的搅拌爪4，不仅可使物料在所述热解炉内周向运动、同时还使物料向所述热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述搅拌爪4为钉耙形结构，以减轻物料对所述搅拌爪4的冲力和传递到所述搅拌轴2的最大扭曲应力。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，在所述热解炉内的固态炭出口处，安装有低于所述搅拌轴2高度的物料挡板5，其底部与所述热解炉外壳1的内壁固定连接、其高度根据物料需要的热解时间而确定。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述热解炉外壳1为横置的罐体状结构，所述搅拌轴2为轴状结构，所述搅拌杆3为杆状结构，所述物料挡板5为底边呈弧形且上薄下厚的板状结构。

所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，所述搅拌杆3为三个以上，每个所述搅拌杆3上固定的所述搅拌爪4至少为两层。

在上述的具体实施过程中：根据具体的热解炉尺寸大小，对安装于搅拌轴2上的搅拌杆3分别以3、4、5、6、7、8个进行了实施；对搅拌杆3沿轴向按照30度、45度、60度、90度的夹角交错布置进行了实施；对所述的每个搅拌杆3上固定的搅拌爪4分别以2、3、4层进行了实施。通过以上的具体实施：其直接燃烧供热安全可靠，热解炉内上下空间及轴向空间温度均匀，以热解平均温度500℃为例，其温度波动范围在50℃范围内变化；热解燃烧供热热量利用率为100％；搅拌轴2的最大扭曲应力仅为其平均扭曲应力的1.3～1.7倍左右，热解升温速率快、热解产物品质优、达到了应用气流床气化的优质要求，本发明的“用于生物质中温快速热解的热解炉装置”制作不需要高价的特殊材料、仅用碳钢和一般不锈钢即可，其造价比目前国际上同等要求的生物质热解炉设备造价低50％以上，其在试验性的运行过程中、并有效地保证了直接燃烧供热的安全稳定；收到了预期的良好效果。

通过以上的具体实施说明：①、由于采用了“搅拌轴在炉内偏心布置、搅拌杆沿轴向按不同角度交错布置、搅拌爪与搅拌杆呈一定倾斜角度布置”关键技术，提供了“用于生物质中温快速热解的热解炉装置”新设备；②、由于搅拌爪为钉耙形结构，热解炉内的固态炭出口处安装有低于搅拌轴高度的物料挡板(其高度根据物料需要的热解时间而确定)，搅拌杆为三个以上，每个搅拌杆上固定的搅拌爪至少为两层；体现了本发明的设计科学合理、结构简单实用、制作成本低，既可适应不同生产要求、又可适应不同生产规模的要求；经考核性试用，实现了直接燃烧供热安全、热解炉温度均匀、物料在热解炉内充分均匀搅拌换热热解、热量利用效率高、热解速率快、搅拌轴应力分布均匀，并极大地降低了搅拌轴的最大扭曲应力、以及热解炉设备造价低和保证热解炉的供热安全稳定运行等有益效果、综合经济效益显著等目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员，均可按以上所述和说明书附图所示而顺畅地实施本发明；但凡在不脱离本发明技术方案而作出的更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种用于生物质中温快速热解的热解炉装置，包括设置有原料入口、热解气出口、固态炭出口的热解炉外壳(1)，其特征在于：

①、所述热解炉为卧式布置，热解炉外壳(1)固定，在所述热解炉外壳(1)圆心的侧下方通过密封装置和轴承连接有搅拌轴(2)，从而构成所述搅拌轴(2)在所述热解炉内的偏心布置，以使所述热解炉内上部有布置直接燃烧供热的空间；

②、在所述搅拌轴(2)上安装有多个搅拌杆(3)，所述搅拌杆(3)沿轴向按照不同角度交错布置，以使搅拌物料时所述搅拌轴(2)承受的应力均匀并降低了所述搅拌轴(2)的最大扭曲应力；

③、在每个所述搅拌杆(3)上固定安装有与该搅拌杆(3)呈一定倾斜角度布置的搅拌爪(4)，不仅可使物料在所述热解炉内周向运动、同时还使物料向所述热解炉的出口方向轴向运动，从而对物料进行热解与输送。

2.根据权利要求1所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，其特征在于：所述搅拌爪(4)为钉耙形结构，以减轻物料对所述搅拌爪(4)的冲力和传递到所述搅拌轴(2)的最大扭曲应力。

3.根据权利要求1所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，其特征在于：在所述热解炉内的固态炭出口处，安装有低于所述搅拌轴(2)高度的物料挡板(5)，其底部与所述热解炉外壳(1)的内壁固定连接、其高度根据物料需要的热解时间而确定。

4.根据权利要求1所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，其特征在于：所述热解炉外壳(1)为横置的罐体状结构，所述搅拌轴(2)为轴状结构，所述搅拌杆(3)为杆状结构，所述物料挡板(5)为底边呈弧形且上薄下厚的板状结构。

5.根据权利要求1所述的用于生物质中温快速热解的热解炉装置，其特征在于：所述搅拌杆(3)为三个以上，每个所述搅拌杆(3)上固定的所述搅拌爪(4)至少为两层。