CN102134497A - 农作物秸秆制炭方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为解决现有技术中存在的热解炭化效率低，秸秆炭成本高、规模化生产程度受限的缺点，同时适应热解炭化不同类型的农作物秸秆的需要，提供一种农作物秸秆制炭方法及装置，热解过程中采用调节氧气供给的方式控制热解过程，热解和炭化分别在独立的热解池和炭化池中进行，秸秆在热解池中完成热解过程后再进入炭化池进行炭化。本发明可迅速提高秸秆热解过程的温度、缩短热解时间，提高了秸秆热解炭化效率，根据不同的秸秆炭产量可要求制作成不同大小的设备单元，组合式结构设计使热解炭化设备便于运输至秸秆产地进行快速组装投入生产，同时根据秸秆分布的情况，适时将设备拆分至基本单元转运至合理的工作区域进行生产，降低秸秆炭综合成本。

Description

农作物秸秆制炭方法及装置
技术领域
本发明属于秸秆热解炭化技术领域，具体是一种农作物秸秆制炭方法及装置。
背景技术
农作物秸秆炭化在秸秆综合利用中占有重要地位，秸秆炭化方法及设备已经在不断的技术改进过程中变得越来越成熟，但也不可避免地存在一些缺陷。
如专利号为ZL200510044136.3名称为“草木高温浮氧炭化工艺”的发明，其所需设备为内外两个炉体，炉口是敞开的，炭化开始，草木有炉门炉口送入内炉，引燃后迅速分解，析出高温燃气，上升和空气中浮氧充分接触化为火焰，封住炉口，草木连续送入，连续炭化，至炭化结束迅速降温到着火点以下。但是，使用上述草木炭化工艺，因投入内炉的草木由于火焰封住内炉炉口使空气无法进入内炉下部，使后续投入内炉的草木极易产生炭化不足的情况，同时炭化过程结束后，炭从内炉中卸料过程繁琐，与热解炭化时间相比，卸料等辅助时间长，操作人员的劳动强度大，必须等到投入内炉的草木全部炭化并在长时间降温后才能卸料，卸料后再重新开始投料、炭化、卸料的过程，使生产不能连续进行，浪费了大量时间，生产效率极低，同时设备为固定式结构，草木秸秆的运输成本极高，无法满足高效率、低成本、规模化生产的要求；
专利号为ZL01132888.6名称为“炭化农作物的副产物等的装置”的发明专利，其装置是在顶部设置盖子的筒罐状容器的底部形成底孔并在该底孔内垂直贯通热流筒，这时，该热流筒的上端止于离该容器的顶部10cm的位置，同时，下端向该容器的底部下方突出3cm，再在该容器的侧部形成横孔，使与其连通的烟流筒设置在该容器上并向侧外方突出，在下端设置支持该容器全体的裙状基座并将其一部分开口作为焚烧口，再在该容器的侧部及顶部乃至盖子上设置隔热层。通过该装置炭化后的炭化物，需要在灭火后，放置约一昼夜后再开盖取出，之后才能继续下一次炭化过程，使秸秆炭产量受到了限制，同时该装置为固定结构，农作物副产物运输成本极高，也无法满足高效率、低成本、规模化生产的要求。
如使用传统土窑进行农作物秸秆炭化，虽然一次性的产量大，但生产周期时间长达几天至十几天，效率极低、安全性差、经济效益不佳，而且无法解决可悬浮颗粒物排放及木焦油、秸秆醋液的收集造成环保性能差，因而不具备推广价值。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的热解炭化效率低，秸秆炭成本高、规模化生产程度受限的缺点，为适应热解炭化不同类型的农作物秸秆的需要，提供一种农作物秸秆制炭方法及装置。
为实现上述目的，本发明提供的一种农作物秸秆制炭方法，包括热解和炭化过程，热解过程中采用调节氧气供给的方式控制热解过程，热解和炭化分别在独立的热解池和炭化池中进行，秸秆在热解池中完成热解过程后再进入炭化池进行炭化。
本发明所述的秸秆制炭方法是将秸秆热解炭化过程分开，在不同设备单元中分别完成秸秆的热解和炭化过程，以提高生产率，同时在热解过程中，通过可控制的供氧方式，使秸秆在热解池内迅速提高温度，完成干燥、预热过程，使秸秆迅速热解。
为实现发明目的，本发明还提供一种组合式农作物秸秆制炭装置，包括热解池、炭化池和可控式供氧管道，供氧管道的进氧口处设有供氧管道控制蝶阀，连接于可控式供氧管道上的分供氧口与热解池相通，热解池和炭化池为两个独立的设备单元，热解池内部设有一层或多层翻板式炉箅，炭化池设于热解池出料口的下方，炭化池带有单向通气装置的盖子。
本装置在彼此独立的设备单元中分别完成秸秆的热解和炭化过程，提高了热解炭化效率。使用时，将农作物秸秆送入热解池，利用秸秆的可燃特性引燃秸秆，通过秸秆自燃所产生的热量，将秸秆干燥、预热及部分热解，在此过程中，根据秸秆含水量的不同及秸秆种类的不同，控制供氧管道的开合程度，以达到迅速升温并有效干燥、预热秸秆，同时控制部分热解程度确保秸秆不被过度热解成灰；之后翻动翻板式炉箅将秸秆翻入进入热解池下部，在热解池中的分供氧口下部秸秆在缺氧状态下进行进一步热解，热解炭化过程所产生的CO、H2、CnHm等可燃气体进入热解池分供氧口以上空间进行二次燃烧，以提高热解池的温度，秸秆在结束热解池中的热解过程后，通过出料口将秸秆送入炭化池加盖带有单向通气装置的盖子隔氧密闭，根据秸秆炭的用途不同，确定在炭化池中不同的炭化时间。
本发明还包括设置于热解池上方的烟气收集罩，烟气收集罩通过烟道与沉降室连通，沉降室中设有一级或多级隔板，沉降室一端顶部与烟道连通，沉降室另一端顶部开有排气口，排气口下端连接油液收集罩，油液收集罩下方设有油液收集桶。
隔板只有一端与沉降室连接，第一级隔板的上端与沉降室顶端连接，第二级隔板与沉降室底部连接，依此类推。农作物秸秆热解炭化过程中的烟气通过烟气收集罩及烟道进入沉降室一端，再从隔板下方进入另一端，最后从沉降室末端顶部的排气口排出，通过这一路径，使烟气的行程加大，流速减缓，同时也降低了烟气温度，烟气中的可悬浮颗粒物沉降于沉降室底部。油液收集罩安装在沉降室末端排气口下端，烟气通过油液收集罩排入大气，进入沉降室的的烟气自然冷凝后，其中所含的木焦油、秸秆醋液被油液收集罩吸附。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：（1）热解过程中根据秸秆类型的不同及秸秆含水分的差异，控制氧气供给，使秸秆在热解池中高效干燥、预热、热解。（2）将农作物秸秆的热解和炭化过程分离，由不同的设备单元中完成，极大地提高了热解炭化效率。（3）组合式结构设计使秸秆热解炭化设备便于运输至秸秆产地，快速组装生产，解决了秸秆热解炭化装置超大无法运输、移动的难题。（4）便于拆分转运，根据秸秆分布的情况，适时将秸秆热解炭化设备拆分转运至合理的工作区域，以降低因秸秆运输而产生的高昂运费，在秸秆炭化实施地点，将设备单元通过底板、支架、紧固件进行快速组装，在某一工作区域炭化结束后，将设备拆分成基本基本并运输至转向另一工作地点组装进行秸秆炭化。（5）秸秆热解过程采用了烟气沉降室，烟气流中的可悬浮颗粒物通过沉降室中的装置沉降于沉降室底部，木焦油及秸秆醋液经自然冷凝后附着于油液收集罩上，流入油液收集桶中收集，尾气无害化排入大气，确保生产过程环保无污染。
采用本发明生产的产品秸秆炭应用广泛，用于加工生产农村居民用固体燃料以替代化石燃料；用于土壤改良，提高土壤含水量、透气性，增加土壤有机质含量，以提高农作物产量，减少农作物病虫害的发生；用于沼气生产原料秸秆的预处理，使秸秆体积减小，便于运输及储存，使沼气生产更具经济性和安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为热解池的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图中，1－热解池，2－炭化池，3－供氧管道，4－进氧口，5－蝶阀，6－分供氧口，7－炉箅，8－热解池出料口，9－烟气收集罩，10－烟道，11－沉降室，12－隔板，13－排气口，14－油液收集罩，15－油液收集桶，16－中空轴，17－中空轴分供氧口，18－火种台，19－支架，20－可升降托板，21－轨道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
本发明所述的一种组合式农作物秸秆制炭方法，热解过程中采用调节氧气供给的方式控制热解过程，热解和炭化分别在独立的热解池1和炭化池2中进行，秸秆在热解池1中完成热解过程后再进入炭化池2进行炭化。
与以上方法相适应，本发明所述的一种组合式农作物秸秆制炭装置，包括热解池1、炭化池2和可控式供氧管道3，供氧管道3的进氧口4处设有供氧管道控制蝶阀5，连接于可控式供氧管道3上的分供氧口6与热解池1相通，热解池1和炭化池2为两个独立的设备单元，热解池1内部设有一层或多层翻板式炉箅7，炭化池2设于热解池出料口8的下方，炭化池（2）带有单向通气装置的盖子。
热解池1装配于支架19上，炭化池2位于热解池1下部的可升降托板20上，托板20置于轨道21上，炉箅7通过轴固定在热解池1壁上，供氧管道蝶阀5用于控制进氧口4的开启和关闭，可控供氧管道3设于热解池1炉箅7下方沿热解池1外壁并与热解池1外部联通，炭化池2上带有的单向通气装置盖子，当压力过大时，盖子被顶起释放出气体。一个热解池1可对应设置一个或多个炭化池2，炭化池2除具有炭化功能外，还可用于转用炭化产品，可以保证热解过程连续进行。在可控供氧管道3上分布着与热解池1内部相通的分供氧口6，因热解池1内秸秆燃烧产生热气上升，使热解池1内外产生气压差，此时，如果开启联通热解池1外部的蝶阀5，热解池1外部的空气会由于负压的作用通过供氧管道3进入热解池1，以达到助燃的作用。秸秆进入热解池1后引燃初期，完全打开进氧口4以迅速提高热解池内温度，使秸秆迅速干燥、预热。当温度达到200-850℃时，逐步减小进氧口4的开启程度，减少氧气进入热解池1，以避免过度供氧造成秸秆过度热解成灰。
本发明还包括设置于热解池1上方的烟气收集罩9，烟气收集罩通过支架19置于热解池1上部，烟气收集罩9通过烟道10与沉降室11连通，沉降室11中设有一级或多级隔板12，沉降室11一端顶部与烟道10连通，沉降室11另一端顶部开有排气口13，排气口13下端连接油液收集罩14，油液收集罩14下方设有油液收集桶15。油液收集罩15为锥筒形，表面上分布有通孔。隔板12只有一端与沉降室壁11连接，而另一端与沉降室11壁分离，如第一级隔板的上端与沉降室顶端连接，第二级隔板与沉降室底部连接，依此类推，在沉降室11内形成烟气通道。
所述的分供氧口6设置为与翻板式炉箅7对应的一层或多层，并分层独立控制，分供氧口6的位置低于或齐平于对应的翻板式炉箅7所在平面，使每一层炉箅7上的秸秆都能得到充分的氧气。
为了在现有结构的基础上进一步提高氧气的利用效率，在翻板式炉箅7固定在中空轴16上，中空轴16与供氧管道3连通，中空轴16上开有中空轴分供氧口17，使炉箅上的中空轴也成为供氧部位。
翻板式炉箅7下方设有火种台18，火种台18是固定于热解池壁上的平台或盘形结构，在热解过程中，极少量燃烧的秸秆落入火种台18，使后续送入热解池的秸秆被迅速引燃。
本发明由热解池1、炭化池2、烟气收集罩9及沉降室11四个主要设备单元和其他辅助装置构件组成。使用时，将干燥易燃的农作物秸秆送入热解池1中的翻板式炉箅7上并引燃。供氧是在秸秆燃烧热气上升的过程中，由于产生负压而通过供氧管道3向热解池1自动补充充足的氧气，迅速提高热热解池1内温度，使秸秆迅速干燥、预热并部分热解。在秸秆利用自身热量进行热解的初期，根据秸秆种类的不同及含水分的不同，适时调整进氧口4上的供氧管道蝶阀5的开启程度，在确保高效利用秸秆自热迅速提高温度的前提下，避免过度供氧造成秸秆过度热解成灰。秸秆通过在热解池内的迅速干燥、预热及部分热解后，翻动翻板式炉箅7，使炉箅7上的所有秸秆落入热解池1下部，在此过程中，极少量燃烧的秸秆落入火种台18，使后续送入热解池1的秸秆被迅速引燃；而大部分落入热解池1下部的秸秆在高温隔氧状态下继续升温至热解温度，此过程避免了秸秆的部分纤细组分在高温状态因氧气供给过量而燃烧成灰。在剧烈的热解炭化过程，构成秸秆的主要成分：全部的纤维素、半纤维素及部分木质素在此阶段完成热解炭化。在经过热解升温过程后，秸秆通过热解池出料口8进入炭化池2中，并立即加盖带有单向通气装置的盖子加以密闭隔氧，利用秸秆自热继续炭化，根据秸秆炭的不同用途，最终确定秸秆在炭化池2中的炭化时间。热解过程中的烟气通过烟气收集罩9及烟道进入沉降室11，沉降室11中在烟气流动方向纵向设置隔板12将沉降室分开，能有效减缓烟气流速，降低烟气温度，并使部分烟气中的可悬浮颗粒物沉降于沉降室11底部，并集中收集处理。农作物秸秆热解炭化过程中存在于烟气中的木焦油及秸秆醋液经沉降室逐级自然冷凝后附着于油液收集罩14上，流入油液收集桶15中，并集中收集回收另行处理，尾气通过排气口无害化排入大气。

Claims (8)

1.一种农作物秸秆制炭方法，包括热解和炭化过程，其特征在于：热解过程中采用调节氧气供给的方式控制热解过程，热解和炭化分别在独立的热解池（1）和炭化池（2）中进行，秸秆在热解池（1）中完成热解过程后再进入炭化池（2）进行炭化。
2.实现权利要求1所述方法的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：包括热解池（1）、炭化池（2）和可控式供氧管道（3），供氧管道（3）的进氧口（4）处设有供氧管道控制蝶阀（5），连接于可控式供氧管道（3）上的分供氧口（6）与热解池（1）相通，热解池（1）和炭化池（2）为两个独立的设备单元，热解池（1）内部设有一层或多层翻板式炉箅（7），炉箅连接于一根或多根轴上，炭化池（2）设于热解池出料口（8）的下方，炭化池（2）带有单向通气装置的盖子。
3.根据权利要求2所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：还包括设置于热解池（1）上方的烟气收集罩（9），烟气收集罩（9）通过烟道（10）与沉降室（11）连通，沉降室（11）中设有一级或多级隔板（12），沉降室（11）一端顶部与烟道（10）连通，沉降室（11）另一端顶部开有排气口（13），排气口（13）下端连接油液收集罩（14），油液收集罩（14）下方设有油液收集桶（15）。
4.根据权利要求2或3所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：所述的分供氧口（6）设置为与翻板式炉箅（7）对应的一层或多层并分层独立控制，分供氧口（6）的位置低于或齐平于对应的翻板式炉箅（7）所在平面。
5.根据权利要求2或3所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：翻板式炉箅（7）固定在中空轴（16）上，中空轴（15）与供氧管道（3）连通，中空轴（15）上开有中空轴分供氧口（17）。
6.根据权利要求4所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：翻板式炉箅（7）固定在中空轴（16）上，中空轴（15）与供氧管道（3）连通，中空轴（15）上开有中空轴分供氧口（17）。
7.根据权利要求2或3或6所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：翻板式炉箅（7）下方设有火种台（18）。
8.根据权利要求5所述的农作物秸秆制炭装置，其特征在于：翻板式炉箅（7）下方设有火种台（18）。
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