CN101984017A - 用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，包括通过输气管依次相连的气力送料装置，炭化室，换热器，净化器、炭过滤器和水封阻火器。该装置在燃烧生物质原料时，产生的夹杂灰尘、水蒸汽和焦油气的高温可燃气体内，经换热器的一次冷却，净化器的二次冷却和分离，炭过滤器的三次吸附和分离，最终得到洁净、干燥的可燃气体通入水封阻火器，防止气体回火反烧。本发明装置适合于进一步制取生物质炭肥，用于土壤还田。设置了三级冷却和净化过程，将高温的可燃气通过冷却、净化、过滤后变成洁净的可燃气，热交换后的热水可用于温室甲鱼等特种水产养殖，尾气排放符合环保要求。

Description

用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置
技术领域
本发明涉及一种用于还田的生物质炭(尤其是秸秆生物质炭)的制取及燃气余热回收利用装置，属于生物质热化学转化技术领域。
背景技术
我国的生物质资源十分丰富，据统计，全国仅各种秸秆的年产量就达7亿吨，除少部分用于饲料、燃料和工业原料等用途外，大部分被废弃和焚烧，其中约有1亿吨秸秆在田间焚烧，造成资源浪费和严重空气污染。近年来，国家对生物质的能源化利用越来越重视，大力开展对生物质固化、气化和液化燃料的研究，但由于生物质本身的多样性和复杂性，生物质能源化利用仍处于低效率、高耗能的利用方式，无法实现产业化和商品化推广。
生物质炭是指生物质在缺氧或无氧条件下热解产生的含碳物质，被认为是大气二氧化碳的重要储体，具有高度稳定性。生物质炭施到土壤中，可增加碳在土壤中的封存时间，提高土壤碳库容量，减少温室气体排放。同时因炭的孔隙结构，具有很大的表面积，持水性、吸附性均较强，在一定量下对农田施炭，可增加土壤阴、阳离子交换量，吸附氮、磷及矿物离子，减少养分损失，维持土壤生态系统平衡，从而提高土壤肥力，增加作物产量。因此，生物质炭化还田(或称为“生物质炭肥”)不失为一种新型的利用方式，有可能成为人类应对全球气候变暖和低碳排放的一条重要途径。
目前，生物质炭化主要用于烧烤和取暖等生活用能，需要把切碎的生物质原料先机械压缩成棒状或者块状，然后在炭化炉内炭化。现有的炭化设备比较简陋，存在生产成本高、能耗大和得炭率低等问题，而且没有烟气余热回收利用装置，炭化过程中产生的气体直接排放到大气中，容易造成二次污染。此外，用于还田的生物质炭的制备技术和工艺与作为燃料用的生物质炭有较大差异，现有设备无法满足其生产要求，因此，开发一种新型的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种适合于土壤还田要求的生物质炭制备及燃气余热回收利用的装置，能将高温烟气通过冷却、净化、过滤后变成洁净的可燃气体，热交换后的热水可用于温室甲鱼等特种水产的养殖，尾气排放符合环保要求。
本发明的用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，包括通过输气管依次相连的气力送料装置，炭化炉，换热器，净化器、炭过滤器和水封阻火器。其中：
气力送料装置由料斗、风机、输料管、第一旋风分离器和关风器组成，料斗的出料口经输料管与第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上方连接排气管，下方连接关风器，风机设置在输料管上；
炭化炉顶部的进料口与关风器的出料口相通，底部与螺旋出料装置相连，上部设有燃气出口，炭化炉内中央设有一头部圆锥状的风室，在风室与炭化室壁之间固定有若干根进风管，每根进风管上分布有喷风口，在炭化室壁上设有炉温检测口和点火通风孔，点火通风孔位于进风管的下方；
换热器为圆筒状夹层水套，水套上部设有出水口，下部有进水口，顶面有水蒸汽出口；
净化器包括内、外圆构成的中空双层筒，双层筒内盛水，双层筒上部设有进水口，下部有出水口，顶面有出气口，在双层筒的下端安装有第二旋风分离器和第三旋风分离器，第二旋风分离器与双层筒的内圆固定，第三旋风分离器与双层筒的外圆固定，第三旋风分离器位于第二旋风分离器的下方，在第三旋风分离器下方设有第一集油箱；
炭过滤器包括自上而下同轴装置的两个双层圆柱筒和第四旋风分离器，上层圆柱筒的夹层内装入颗粒状炭吸附剂，上层圆柱筒的外壁有进气口，下层圆柱筒的内筒为不锈钢网筒，在上下两个圆柱筒之间有不锈钢网板，在第四旋风分离器下方设有第二集油箱；输气管依次连接炭化炉的燃气出口、换热器内圆筒的上端、下端、净化器的第三旋风分离器、净化器内圆筒的上端、炭过滤器上层圆柱筒的进气口、炭过滤器上层圆柱筒内圆的上端至水封阻火器。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：
(1)采用本装置制备的生物质炭得率高，适合于进一步制取生物质炭肥，用于土壤还田。
(2)炭化室内设置头部圆锥状的风室、具有喷风口的进风管，炉内温度可调，物料炭化均匀。
(3)设置了三级冷却和净化过程，将高温的可燃气通过冷却、净化、过滤后变成洁净的可燃气，热交换后的热水可用于温室甲鱼等特种水产养殖，尾气排放符合环保要求。
附图说明
图1是生物质炭制取及燃气余热回收利用装置的结构示意图。
图2是炭化炉的结构放大示意图。
图3是附图2的A-A剖视示意图。
图1中：1、料斗；2、风机；3、输料管；4、螺旋出料装置；5、炭化室；6、关风器；7、第一旋风分离器；8、排气管；9、输气管；10、换热器；11、水蒸汽出口；12、出水口；13、进水口；14、净化器；15、第二旋风分离器；16、第三旋风分离器；17、出气口；18、出水口；19、进水口；20、第一集油箱；21、引风机；22、炭过滤器；23、第四旋风分离器；24、第二集油箱；25、水封阻火器；26、不锈钢网板
图2中：501、风室；502、炉温检测口；503、进风管；504、点火通风孔；505、防护罩；506、插板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1～图3，本发明的用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，包括通过输气管9依次相连的气力送料装置，炭化炉5，换热器10，净化器14、炭过滤器22和水封阻火器25。其中：
气力送料装置由料斗1、风机2、输料管3、第一旋风分离器7和关风器6组成，图示实例中，输料管3为一水平和一垂直两段圆管，水平段的始端与料斗1的出料口相连，垂直段的末端切向进入第一旋风分离器7，两段圆管相交处设有风机2。第一旋风分离器7的上方连接排气管8，下方连接关风器6，第一旋风分离器7将输料管3内的生物质原料和空气分离，空气向上从排气管8排出，生物质原料依靠关风器6旋转的叶轮向下送入炭化炉5，防止空气进入炭化炉5或炉内烟气从进料口泄漏。
炭化炉5顶部的进料口与关风器6的出料口相通，底部与螺旋出料装置4相连，上部设有燃气出口，炭化炉5内中央设有一头部圆锥状的风室501，图示实例中，在风室与炭化室壁之间固定有三根进风管503，每根进风管503上分布有喷风口，在炭化室壁上设有三个炉温检测口502和十个点火通风孔504，点火通风孔504位于进风管503的下方，炉子启动时从点火通风孔引入火苗引燃物料。三个炉温检测口502分设在炭化室中部和中底部，可随时检测炭化炉5内的温度，调整进风量以提高得炭率。在炭化炉5的外层有一保温套，内填保温砂，起隔热保温作用。在炭化炉5的进风管503和点火通风孔504外侧有可上下移动调节风量的插板506和防护罩505，防护罩可防止操作时被烫伤。
换热器10为圆筒状夹层水套，水套上部设有出水口12，下部有进水口13，顶面有水蒸汽出口11；
净化器14包括内、外圆构成的中空双层筒，双层筒内盛水，双层筒上部设有进水口19，下部有出水口18，顶面有出气口17。在双层筒的下端安装有第二旋风分离器15和第三旋风分离器16，第二旋风分离器15与双层筒的内圆固定，第三旋风分离器16与双层筒的外圆固定，第三旋风分离器16位于第二旋风分离器15的下方，在第三旋风分离器16下方设有第一集油箱20；
炭过滤器22包括自上而下同轴装置的两个双层圆柱筒和第四旋风分离器23，上层圆柱筒的夹层内装入颗粒状炭吸附剂，上层圆柱筒的外壁有进气口，下层圆柱筒的内筒为不锈钢网筒，在上下两个圆柱筒之间有不锈钢网板26，在第四旋风分离器23下方设有第二集油箱24；输气管9依次连接炭化炉5的燃气出口、换热器10内圆筒的上端、下端、净化器14的第三旋风分离器16、净化器14内圆筒的上端、炭过滤器22上层圆柱筒的进气口、炭过滤器22上层圆柱筒内圆的上端至水封阻火器25。
当炭化炉5点火后正常运行时，粉碎后的生物质原料从料斗1经输料管3被风机2送入第一旋风分离器7，在第一旋风分离器7和关风器6的作用下，原料和空气被分离，空气从排气管8排出，原料送入炭化炉5。在炭化炉5原料首先被热解产生的热量干燥，进入预热解状态。然后原料被热解和炭化，转化成固体炭和CO、H2等成分的可燃气体及少量焦油，炭化炉5底部温度控制在450-650℃。固体炭进入炭化室下部自然冷却，由螺旋出料装置4自动出炭。产生的高温可燃气体内夹杂灰尘、水蒸汽和焦油气，由输气管9输入换热器10，高温气体从上往下走，冷却水从下往上进，两者流向正好相反，使热交换充分，热水可用于温室甲鱼等特种水产的养殖。经换热器10一次冷却后排出的气体从第三旋风分离器16的切向进入，气体中夹杂的灰尘被部分分离出进入第一集油箱20，当气体从下往上走时，受到水的二次冷却，使焦油气和水蒸气冷凝液化，通过第二旋风分离器15分离，流入第一集油箱20。
二次冷却后的气体在引风机21的作用下进入炭过滤器22的上层圆柱筒中，经过夹层中颗粒炭过滤，从上下两个圆柱筒之间的不锈钢网板26和下层圆柱筒的内筒网孔中扩散出来，进入到上部圆柱筒顶部的输气管中。水蒸汽和焦油气被进一步吸附过滤，灰尘也被第四旋风分离器23再次旋风分离后进入第二集油箱24。
本发明的装置在燃烧生物质原料时，产生的夹杂灰尘、水蒸汽和焦油气的高温可燃气体内，经换热器10的一次冷却，净化器14的二次冷却和分离，炭过滤器22的三次吸附和分离，最终得到洁净、干燥的可燃气体通入水封阻火器25，防止气体回火反烧。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，其特征在于包括通过输气管(9)依次相连的气力送料装置，炭化炉(5)，换热器(10)，净化器(14)、炭过滤器(22)和水封阻火器(25)。其中：
气力送料装置由料斗(1)、风机(2)、输料管(3)、第一旋风分离器(7)和关风器(6)组成，料斗(1)的出料口经输料管(3)与第一旋风分离器(7)相连，第一旋风分离器(7)的上方连接排气管(8)，下方连接关风器(6)，风机(2)设置在输料管(3)上；
炭化炉(5)顶部的进料口与关风器(6)的出料口相通，底部与螺旋出料装置(4)相连，上部设有燃气出口，炭化炉(5)内中央设有一头部圆锥状的风室(501)，在风室与炭化室壁之间固定有若干根进风管(503)，每根进风管(503)上分布有喷风口，在炭化室壁上设有炉温检测口(502)和点火通风孔(504)，点火通风孔(504)位于进风管(503)的下方；
换热器(10)为圆筒状夹层水套，水套上部设有出水口(12)，下部有进水口(13)，顶面有水蒸汽出口(11)；
净化器(14)包括内、外圆构成的中空双层筒，双层筒内盛水，双层筒上部设有进水口(19)，下部有出水口(18)，顶面有出气口(17)，在双层筒的下端安装有第二旋风分离器(15)和第三旋风分离器(16)，第二旋风分离器(15)与双层筒的内圆固定，第三旋风分离器(16)与双层筒的外圆固定，第三旋风分离器(16)位于第二旋风分离器(15)的下方，在第三旋风分离器(16)下方设有第一集油箱(20)；
炭过滤器(22)包括自上而下同轴装置的两个双层圆柱筒和第四旋风分离器(23)，上层圆柱筒的夹层内装入颗粒状炭吸附剂，上层圆柱筒的外壁有进气口，下层圆柱筒的内筒为不锈钢网筒，在上下两个圆柱筒之间有不锈钢网板(26)，在第四旋风分离器(23)下方设有第二集油箱(24)；输气管(9)依次连接炭化炉(5)的燃气出口、换热器(10)内圆筒的上端、下端、净化器(14)的第三旋风分离器(16)、净化器(14)内圆筒的上端、炭过滤器(22)上层圆柱筒的进气口、炭过滤器(22)上层圆柱筒内圆的上端至水封阻火器(25)。
2.根据权利要求1所述的用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，其特征是在炭化炉(5)的外层有一保温套，内填保温砂。
3.根据权利要求1所述的用于还田的生物质炭制取及燃气余热回收利用装置，其特征是在炭化炉(5)的进风管(503)和点火通风孔(504)外侧有调节风量的插板(506)和防护罩(505)。
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