CN102329631A - 一种旋转刮板式生物质热裂解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，属于生物质热裂解设备领域。它包括：加热筒、转鼓、温控仪、动密封、轴承、喷淋头、料斗、加料螺杆、加料电机、循环泵、循环冷却液管路、油水汇集筒；所述转鼓是由转轴、转轴通孔、转鼓外圆筒通孔、旋转刮板、保温棉、固定翼片、转鼓外圆筒组成。本发明真正实现了热裂解、旋风分离、洗涤冷凝三个装置一体化，且只要改变温控仪的设定温度、转鼓调速电机和加料调速电机的转速，就可调节生物油、可燃气、生物质炭这三种产物的产率，并且热裂解温度比现有的生物质热裂解反应器降低100℃～150℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质热裂解设备，特别是一种在较低热裂解温度下能将热裂解、旋风分离、洗涤冷凝三个装置的功能一体化的旋转刮板式生物质热裂解反应器。
背景技术
生物质热裂解技术是21世纪最具发展潜力的生物质能转化技术，其中的生物质热裂解反应器是生物质热裂解技术中的关键设备。生物质热裂解是指生物质在没有氧或缺氧条件下，通过加热将生物质大分子进行降解，最终生成生物油、可燃气和生物质炭的化学分解过程，在工业上也称为干馏。近年来由于常规能源日趋紧缺，生物质热裂解技术的研究受到国内外的高度重视。
目前常用的生物质热裂解炉主要有固定床、流化床、旋转锥、真空移动床、引流床等。它们都具有各自的特点，而其共同的缺陷是热裂解温度较高，热裂解反应器、旋风分离器和洗涤冷凝器都是三台独立的设备，设备体积大、占地面积大、热损大、造价大、流程长，并且容易发生二次热裂解，从而降低生物油的产率等。
中国专利申请号200820220847的专利文件公开了一种生物质裂解的反应设备，该发明的名称为一种生物质快速裂解反应器，该可有效解决现有反应器工艺复杂，生产效率低，成本高的问题，其解决技术方案是，固体物料储罐下部有物料出口，上部装有相连通的气固分离沉降室，气体分离沉降室内有伸出气体分离沉降室外的裂解反应管，裂解反应管下端有挡灰板，加热炉穿过裂解反应管装在气固分离沉降室上方，裂解反应管一侧上有螺旋推进进料器，溢流堰穿过挡灰板装在气体分离沉降室上端，气体分离沉降室一侧上部装有旋风分离器，旋风分离器上有出口。本发明结构简单，操作方便，使用效果好，是反应器领域内的一个创新。该发明创造的不足之处在于，该装置只能完成生物质热裂解、旋风分离、洗涤冷凝三个过程中的前两个，无法完成洗涤冷凝的过程，且产率较低，需在较高温度加热下才能工作。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种能够在较低热裂解温度下将热裂解、旋风分离、洗涤冷凝三个装置的功能一体化的旋转刮板式生物质热裂解反应器。
技术方案
本发明的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，包括加热筒、转鼓、温控仪、喷淋头、料斗、循环泵、油水汇集筒；所述转鼓中心轴上设置有转轴，所述加热筒固定安装在转轴上转鼓的外侧；所述温控仪与加热筒电路连接，所述料斗设置在加热筒上；所述油水汇集筒设置在加热筒的下方，所述油水汇集筒通过循环冷却液管路循环泵固定连接；循环泵出口处与喷淋头连接。
所述温控仪设置在加热筒的外侧面上，所述加热筒的外侧面还安装有电热丝、热电偶，热电偶的信号输出线与温控仪相连接，温控仪的电功率输出端与电热丝(9)相连接，在电热丝的外表面包有保温棉。所述的加热筒的外表面装有用温控仪控制的电热丝进行自动恒温加热，也可以用燃烧本热裂解反应器工作后产生的可燃气来作为热源。
所述加热筒的上方从下往上依次设置有动密封、轴承和倒扣的可燃气罩，所述喷淋头安装在反应器顶部且伸入可燃气罩内，所述可燃气罩上设置有可燃气出口。喷淋头安装在转轴的上方是为了使转轴兼作喷淋洗涤冷凝器。
所述料斗设置在加热筒的上侧部，且通过水平的加料螺杆与加热筒连接，加料螺杆由加料电机带动旋转。
所述转轴的下段伸出转鼓的部分，依次设置有动密封、轴承、转鼓电机，并插入所述油水汇集筒内，所述油水汇集筒的外筒为冷却水夹套，油水汇集筒的中部、循环冷却液管路、循环泵的入口依次连通。
所述转鼓还包括旋转刮板、保温棉、固定翼片、转鼓外圆筒；在所述转轴的中部开有若干转轴通孔，在转鼓外圆筒的中部也开有若干转鼓外圆筒通孔，且转鼓外圆筒通孔与转轴通孔相互连通，在转鼓外圆筒的简面上竖直相间安装旋转刮板和固定翼片，旋转刮板为活页结构，其转轴固定在转鼓外圆筒的简面上，其活页板的外缘与加热筒的内表面呈摩擦接触，转轴与转鼓外圆筒之间填充保温棉。转鼓在旋转时产生的离心力将生物质固体颗粒甩向加热筒的内表面上被加热裂解，同时受到旋转刮板在离心力作用下的挤压研磨，使得生物质固体颗粒不断被研成细粉，并迅速挤压出刚热裂解产生的挥发份，这对促进热裂解、降低热裂解温度、使热裂解产生的挥发份迅速离开固体颗粒和减少二次裂解的发生很有好处。热裂解产生的挥发份经转鼓外圆筒通孔和转轴通孔迅速短程进入转轴内，并被安装在转轴上方的喷淋头喷下来的冷油水进行洗涤冷凝，挥发份中的可冷凝气体被快速冷凝成生物油，不可冷凝气体则被洗涤后作为可燃气输送到炉外储存待用。生物质热裂解后残留的炭粉在重力作用下落入底部的生物质炭出口汇集储存。生物质经过热裂解最终可得到生物油、可燃气、生物质炭这三种产物。
所述加料电机、转鼓电机为调速电机。所述油水汇集筒的上部设置有生物油出口。所述加热筒的底部设置有生物质炭出口。所述油水汇集筒的下端设置有排污阀。排污阀可控制油水汇集筒下端的开闭，决定是否排污。
有益效果
（1）本发明的旋转刮板式生物质热裂解反应器将热裂解、旋风分离、洗涤冷凝三个装置一体化，节约大量的材料、体积、造价、场地和热损；
（2）转鼓在旋转时产生的离心力将生物质固体颗粒甩向加热筒的内表面上被加热裂解，同时受到旋转刮板在离心力作用下的挤压摩擦研磨，使得生物质固体颗粒不断被研成细粉，并挤压刚热裂解产生的挥发份迅速离开固体颗粒，减少二次裂解的发生，这对提高生物油的产率很有益；
（3）可利用同一台生物质热裂解反应器，只要改变温控仪的设定温度、转鼓调速电机和加料调速电机的转速，就可调节生物油、可燃气、生物质炭这三种产物的产率；
（4）本发明的热裂解温度比现有的生物质热裂解设备降低100℃～150℃。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图。
图中：1加热筒、2转鼓、3转轴、4转轴通孔、5转鼓外圆筒通孔、6旋转刮板、7保温棉、8温控仪、电热丝、10动密封、11轴承、12可燃气罩、13喷淋头、14料斗、15加料螺杆、16加料电机、17生物质炭出口、18生物油出口、19循环泵、20固定翼片、21转鼓外圆筒、22循环冷却液管路、25油水汇集筒。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的描述。
结合图1，本发明的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，是由加热筒1、转鼓2、温控仪8、动密封10、轴承11、喷淋头13、料斗14、加料螺杆15、加料电机16、循环泵19、循环冷却液管路22、油水汇集筒25等组成；所述转鼓2中心轴上设置有转轴3，所述加热筒1固定安装在转鼓2的转轴3上转鼓2的外侧，在加热筒1的外侧面安装有电热丝9、热电偶27和温控仪8，热电偶27的信号输出线与温控仪8相连接，温控仪8的电功率输出端与电热丝9相连接，在电热丝9的外表面包有保温棉7；所述加热筒10的上方从下往上依次设置有动密封10、轴承11和倒扣的可燃气罩12，所述可燃气罩12上设置有可燃气出口；所述加热筒1的上侧部水平安装有加料螺杆15，在加料螺杆15的上方安装料斗14，加料螺杆15由加料电机16带动旋转；转轴3的下段伸出转鼓的部分，依次设置有动密封10、轴承11、转鼓电机26，并插入所述油水汇集筒25内，所述油水汇集筒25的外筒为冷却水夹套23，油水汇集筒25的中部、循环冷却液管路22、循环泵19的入口依次连通，循环泵19的出口与喷淋头13相连通，所述喷淋头13安装在装置顶部且伸入可燃气罩12内。
如图2，所述转鼓2是由转轴3、转轴通孔4、转鼓外圆筒通孔5、旋转刮板6、保温棉7、固定翼片20、转鼓外圆筒21组成；在所述转轴3的中部还开有若干转轴通孔4，在转鼓外圆筒21的中部也开有若干转鼓外圆筒通孔5，且转鼓外圆筒通孔5与转轴通孔4相互连通，在转鼓外圆筒21的简面上竖直相间安装旋转刮板6和固定翼片20，旋转刮板6为活页结构，其转轴固定在转鼓外圆筒21的简面上，其活页板的外缘与加热筒1的内表面呈摩擦接触，转轴3与转鼓外圆筒21之间填充保温棉7。所述加料电机16、转鼓电机26为调速电机。所述油水汇集筒25的上部设置有生物油出口18。所述加热筒1的底部设置有生物质炭出口17。所述油水汇集筒25的下端设置有排污阀24。
实施例1
本发明的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，是由加热筒1、转鼓2、温控仪8、动密封10、轴承11、喷淋头13、料斗14、加料螺杆15、加料电机16、循环泵19、循环冷却液管路22、油水汇集筒25等组成；所述转鼓2中心轴上设置有转轴3，所述加热筒1固定安装在转鼓2的转轴3上转鼓2的外侧，在加热筒1的外侧面安装有电热丝9、热电偶27和温控仪8，热电偶27的信号输出线与温控仪8相连接，温控仪8的电功率输出端与电热丝9相连接，在电热丝9的外表面包有保温棉7；所述加热筒10的上方从下往上依次设置有动密封10、轴承11和倒扣的可燃气罩12，所述可燃气罩12上设置有可燃气出口；所述加热筒1的上侧部水平安装有加料螺杆15，在加料螺杆15的上方安装料斗14，加料螺杆15由加料电机16带动旋转；转轴3的下段伸出转鼓的部分，依次设置有动密封10、轴承11、转鼓电机26，并插入所述油水汇集筒25内，所述油水汇集筒25的外筒为冷却水夹套23，油水汇集筒25的中部、循环冷却液管路22、循环泵19的入口依次连通，循环泵19的出口与喷淋头13相连通，所述喷淋头13安装在装置顶部且伸入可燃气罩12内。
所述转鼓2还包括旋转刮板6、保温棉7、固定翼片20、转鼓外圆筒21组成；在所述转轴3的中部还开有若干转轴通孔4，在转鼓外圆筒21的中部也开有若干转鼓外圆筒通孔5，且转鼓外圆筒通孔5与转轴通孔4相互连通，在转鼓外圆筒21的简面上竖直相间安装旋转刮板6和固定翼片20，旋转刮板6为活页结构，其转轴固定在转鼓外圆筒21的简面上，其活页板的外缘与加热筒1的内表面呈摩擦接触，转轴3与转鼓外圆筒21之间填充保温棉7。所述加料电机16、转鼓电机26为调速电机。所述油水汇集筒25的上部设置有生物油出口18。所述加热筒1的底部设置有生物质炭出口17。所述油水汇集筒25的下端设置有排污阀24。
使用本使用新型的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，首先打开电源总开关，对温控仪8输入加热筒1的设定温度分别为350℃、450℃和550℃三种试验温度，待加热筒1的实际温度升到并稳定在所需的试验温度时，再打开转鼓调速电机26的电源开关，设定转鼓的转速为200转/分。再将原料加入料斗14，然后打开加料调速电机16的电源开关，设定加料螺杆15的转速为100转/分。原料被加料螺杆15推入加热筒1内，在转鼓2的旋转作用下，原料颗粒受离心力作用被甩到加热筒1的内表面被闪急加热，并受旋转刮板6的摩擦挤压研磨，原料缺氧受热发生热裂解而产生的挥发分穿过转鼓外圆筒通孔5和转轴通孔4，迅速短程进入转轴3，转轴3兼作小型喷淋洗涤冷凝器，被安装在转轴3上方的喷淋头13喷下来的冷油水进行洗涤冷凝，挥发份中的可冷凝气体被快速冷凝成生物油，在重力作用下流入油水汇集筒25内，由于生物油的密度比水小，所以从油水汇集筒25上部的生物油出口18流出，挥发份中的不可冷凝气体则被洗涤后作为可燃气从可燃气出口12流出储存待用。生物质热裂解后残留的生物质炭在重力作用下落入底部的炭粉出口17汇集储存。多种木料混杂锯木屑原料经过热裂解最终可得到生物油、可燃气、生物质炭这三种产物。本实施例在三种试验条件下得到的热裂解结果如表1所示。 
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，其特征在于包括加热筒（1）、转鼓（2）、温控仪（8）、喷淋头（13）、料斗（14）、循环泵（19）、油水汇集筒（25）；所述转鼓（2）中心轴上设置有转轴（3），所述加热筒（1）固定安装在转轴（3）上转鼓（2）的外侧；所述温控仪（8）与加热筒（1）电路连接，所述料斗（14）设置在加热筒（1）上；所述油水汇集筒（25）设置在加热筒（1）的下方，所述油水汇集筒（25）通过循环冷却液管路（22）与循环泵（19）固定连接；循环泵（19）出口处与喷淋头（13）连接。
2.根据权利要求1所述一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，其特征在于，所述温控仪（8）设置在加热筒（1）的外侧面上，所述加热筒（1）的外侧面还安装有电热丝（9）、热电偶（27），热电偶（27）的信号输出线与温控仪（8）相连接，温控仪（8）的电功率输出端与电热丝(9)相连接，在电热丝（9）的外表面包有保温棉（7）。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，其特征在于，所述加热筒（10）的上方从下往上依次设置有动密封（10）、轴承（11）和倒扣的可燃气罩（12），所述喷淋头（13）安装在反应器顶部且伸入可燃气罩（12）内，所述可燃气罩（12）上设置有可燃气出口。
4.根据权利要求3所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器， 其特征在于，所述料斗（14）设置在加热筒（1）的上侧部，且通过水平的加料螺杆（15）与加热筒（1）连接，加料螺杆（15）由加料电机（16）带动旋转。
5.根据权利要求4所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器， 其特征在于，所述转轴（3）的下段伸出转鼓（2）的部分，依次设置有动密封（10）、轴承（11）、转鼓电机（26），并插入所述油水汇集筒（25）内，所述油水汇集筒（25）的外筒为冷却水夹套（23），油水汇集筒（25）的中部、循环冷却液管路（22）、循环泵（19）的入口依次连通。
6.根据权利要求5所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，其特征在于，所述转鼓（2）还包括旋转刮板（6）、保温棉（7）、固定翼片（20）、转鼓外圆筒（21）；在所述转轴（3）的中部开有若干转轴通孔（4），在转鼓外圆筒（21）的中部也开有若干转鼓外圆筒通孔（5），且转鼓外圆筒通孔（5）与转轴通孔（4）相互连通，在转鼓外圆筒（21）的简面上竖直相间安装旋转刮板（6）和固定翼片（20），旋转刮板（6）为活页结构，其转轴固定在转鼓外圆筒（21）的简面上，其活页板的外缘与加热筒（1）的内表面呈摩擦接触，转轴（3）与转鼓外圆筒（21）之间填充保温棉（7）。
7.根据权利要求6所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器， 其特征在于，所述加料电机（16）、转鼓电机（26）为调速电机。
8.根据权利要求7所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器，其特征在于，所述油水汇集筒（25）的上部设置有生物油出口（18）。
9.根据权利要求8所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器， 其特征在于，所述加热筒（1）的底部设置有生物质炭出口（17）。
10.根据权利要求9所述的一种旋转刮板式生物质热裂解反应器， 其特征在于，所述油水汇集筒（25）的下端设置有排污阀（24）。
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