CN103602340A - 搅拌式生物质炭化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种搅拌式生物质炭化炉，属于生物质炭化技术领域。包括炉体及置于炉体内的燃烧室、预热仓、炭化室、导气管、烟囱及上盖，所述预热仓置于炭化室上方，燃烧室置于炭化室下方，在预热仓内设置有搅龙，在预热仓和炭化室间设置有物料导入通道，炭化室和燃烧室间设置有多个导气管，所述炭化室内还设置有搅拌器。本发明通过搅拌，改变了热传递方式，物料被加热的速度快。通过搅拌被加热的高温物料与低温物料相互掺合，使物料间的传热面积大大增加，由于物料运动，可产生对流换热，受热均匀，物料炭化均匀，质量好。热裂解炭化产生的可燃气体在炉内直接燃烧，在炭化中后期为热裂解提供足够的热量，不用额外添加燃料，达到节能效果。

Description

搅拌式生物质炭化炉

技术领域

    本发明属于生物质炭化技术领域，特别是涉及一种搅拌式生物质炭化炉。

背景技术

生物质（农作物秸秆、玉米芯、花生壳、稻壳、木削、树枝等）在缺氧条件下热解而形成的稳定的富碳产物，不仅可以作为燃料，施入农田后，能有效改善土壤性质，促进耕地修复，提高作物产量；对于生态与环境领域，可以固碳减排；可解决农林废弃物污染与温室气体排放问题。推广生物炭技术，这将对应对气候变化、固碳减排、改善环境、缓解能源危机、提高耕地质量、保障粮食安全以及实现可持续发展等具有重要的战略意义。

目前，国内所采用的制碳方法通常为“闷炭”。这种制碳方法不仅效率低而且闷炭过程中物料受热不均匀，难以保证炭化效果。传统的炭化方式主要热传导，而生物质物料热阻大，热传导速度慢。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种搅拌式生物质炭化炉。它通过搅拌，改变了热量传递方式，物料被加热的速度快，利于传热，使物料受热均匀。

本发明采用的技术方案如下：

一种搅拌式生物质炭化炉，包括炉体及置于炉体内的燃烧室、预热仓、至少一个炭化室、导气管、烟囱及上盖，所述预热仓置于炭化室上方，燃烧室置于炭化室下方，在预热仓内设置有预热仓搅龙，在预热仓和炭化室间设置有物料导入通道，炭化室和燃烧室间设置有一个或多个导气管，所述炭化室内还设置有搅拌器。

进一步地，所述炭化室设置于燃烧室之内预热仓之下，炭化室分别与预热仓通过物料导入通道连接，分别与燃烧室通过导气管连接，所述预热仓与炭化室、炭化室与炭化室以及炭化室与炉体侧壁之间设有利于燃料热流通过的间隙。

进一步地，本发明所述搅拌器为桨叶式搅龙，包括装配在燃烧室炉体侧壁上的转轴和至少一层螺旋桨叶。

进一步地，所述螺旋桨叶沿转轴径向设置为内、外两层，沿轴向间隔设置多组，所述每组内、外层螺旋桨叶呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。

进一步地，所述内层螺旋桨叶径向宽度大于外层螺旋桨叶。

进一步地，所述螺旋桨叶沿径向为三层，所述三层螺旋桨叶呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋桨叶的螺旋方向一致，中层螺旋桨叶的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。

进一步地，所述内外两层螺旋桨叶轴向投影面积之和等于中层螺旋桨叶轴向投影面积，保证内外层桨叶的推料量与中层桨叶推料量一致。

进一步地，本发明所述搅拌器为螺旋搅龙，包括装配在燃烧室炉体侧壁上的转轴和螺旋叶片，所述螺旋叶片至少一层。

进一步地，所述螺旋叶片为两层时，所述螺旋桨叶沿转轴径向设置，所述内、外层螺旋叶片呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。

进一步地，所述内层螺旋叶片径向宽度大于外层螺旋叶片。

进一步地，所述螺旋叶片沿径向为三层，所述三层螺旋叶片呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋叶片的螺旋方向一致，中层螺旋叶片的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。

进一步地，所述内外两层螺旋叶片轴向投影面积之和等于中层螺旋叶片轴向投影面积，保证内外层叶片的推料量与中层叶片推料量一致。

进一步地，所述导气管为弧形管，沿炭化室壁的外周设置，分别与炭化室和燃烧室相通。

进一步地，所述导气管上设置有多个排气孔，所述置于炭化室端的导气管上的排气孔总面积大于置于燃烧室端的排气孔总面积。

进一步地，所述炉体侧壁上还设置有隔热层，所述隔热层为双层结构，内填充隔热材料。

进一步地，在所述炭化室的壳体上设置有多个凸起。

进一步地，所述预热仓顶端还设置有分离废气颗粒的风机和与风机连接的分离器。

本发明的有益效果：

1.本发明通过搅拌，改变了热量传递方式，物料被加热的速度快。通过搅拌被加热的高温物料与低温物料相互掺合，使物料间的传热面积大大增加，由于物料运动，可产生对流换热。另外，被加热的高温物料离开加热筒壁，低温物料与加热筒壁接触，温差大，有利传热。通过搅拌物料受热均匀，物料在相同的温度下炭化，物料炭化均匀，质量好。克服了传统炭化方式物料受热不均、温度高低不一、物料炭化不均的问题。

2.本发明的搅拌器可以是桨叶式或螺旋式，其叶片可以采用一层或多层结构，多层叶片及叶片宽度的设置，保证推料一致，且物料沿轴向推移，沿圆周翻转，使其搅拌更加均匀，物料之间的传热面积增加，物料相对运动，使物料的传热效果更好。

3.本发明炭化温度和时间可控。温度和时间是影响炭化质量的主要因素，由于本炭化炉可随时方便卸料，保证了炭化温度和时间可控。

4.本发明通过导热管的设置，导热管上排气孔的设置方式，保证气体有一定的压力，进入燃烧室内的烟气浓度增大，使热裂解炭化产生的可燃气体在炉内直接燃烧，在炭化中后期为热裂解提供足够的热量，不用额外添加燃料，达到节能效果。可燃气体的被燃烧利用减少了废气排放，减轻了废气处理的负担，简化了废气处理工艺，减少了废气处理设备投入，可降低成本。

5.本发明燃烧排放的高温废气用以烘干待加热炭化物料，①充分利用废气余热，节能；②废气经过物料，可以过滤吸附烟尘，环保；③物料被预加热烘干，提高炭化效率。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图。

图2为本发明桨叶式搅拌器的内部剖视结构示意图。

图3为本发明螺旋式搅拌器的内部剖视结构示意图。

图中：1-上盖，2-预热仓，3-预热仓搅龙，4-炭化室，5-外层螺旋叶片，6-出料口，7-燃烧室 ，8-内层螺旋叶片，9-密封盖，10-隔热层，11-物料导入通道，12-风机，13-分离器，14-导气管 ，15-炉体，16-搅拌器，17.内层螺旋桨叶，18.外层螺旋桨叶。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详述。

实施例1：如图1、图2所示，本发明包括炉体15及置于炉体15内的燃烧室7、炭化室4、预热仓2、至少一个炭化室4、导气管14、烟囱及上盖1，所述预热仓2置于炭化室4上方，燃烧室7置于炭化室4下方，在预热仓2内设置有预热仓搅龙3，在预热仓2和炭化室4间设置有物料导入通道11，炭化室4和燃烧室7间设置有一个或多个导气管14，所述炭化室4内还设置有搅拌器16。本例采用多个导气管14。

如图1所示，本例所述炭化室4为两个，并列设置于预热仓2和燃烧室7之间，每个炭化室4分别与预热仓2通过物料导入通道11连接，分别与燃烧室7通过多个导气管14连接，所述预热仓2与炭化室4、炭化室4与炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁之间设有利于燃料热流通过的间隙。所述相邻炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁间的间隙均为50mm，利于气流通过。为增大散热面积，在炭化室4的壳体上设置有多个凸起。

所述搅拌器16为桨叶式搅龙，包括装配在燃烧室炉体15侧壁上的转轴和一层螺旋桨叶；为保证炉体15的密封，所述炭化室4内搅拌器16的转轴两端与炉体间设置有密封盖9。

所述导气管14为弧形管，沿炭化室壁的外周设置，分别与炭化室和燃烧室相通。所述导气管14上设置有多个排气孔，所述置于炭化室4端的导气管14上的排气孔总面积大于置于燃烧室7端的排气孔总面积。

所述预热仓2、炭化室4和燃烧室7对应的炉体侧壁上还设置有隔热层10。所述隔热层10为双层结构，内填充隔热材料。

所述预热仓2顶端还设置有分离废气颗粒的风机12和与风机12连接的分离器13。

本发明的工作过程：

物料由进料口进入预热仓2，在预热仓搅龙3推送下，经物料导入通道11进入炭化室4。在燃烧室7燃烧一定燃料（农作物秸秆、玉米芯、树枝、燃气等），对炭化室4内物料进行加热，加热过程中螺旋搅拌器16低速转动对物料进行搅拌，以利于物料传热，受热均匀。生物质达到热裂解温度后开始热裂解炭化，热裂解炭化过程中产生的大量可燃气体，进入导气管14，经排气孔回到燃烧室7被点燃，产生的热量对炭化室4进行加热，为炭化提供热量，炭化可燃气体被点燃后停止添加燃料。燃烧后产生的废气会进入预热仓2对待炭化的物料进行预热烘干。预热仓2顶端装有风机12，通过风机12有利于废气通过待加热物料；风机12产生的高速气流进入与风机12相连的旋风分离器13，在分离器13内部高速旋转，在离心力的作用下废气中的部分颗粒分离出来，从而减少对环境影响。

实施例2：本例与实施例1不同的是：本例所述螺旋桨叶沿转轴径向设置为内、外两层，沿轴向间隔设置多组，所述每组内、外层螺旋桨叶17、18呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。所述内层螺旋桨叶径向宽度大于外层螺旋桨叶。所述内层螺旋桨叶径向宽度大于外层螺旋桨叶。所述炭化室4为三个，并列设置或者呈三角设置，相邻炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁间的间隙分别为80mm、100mm。

实施例3：本例与实施例1不同的是：本例所述炭化室4为一个，所述炭化室4与炉体15侧壁间的间隙为70mm。

本例所述螺旋桨叶沿径向为三层，所述三层螺旋桨叶呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋桨叶17、18的螺旋方向一致，中层螺旋桨叶的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。所述内、外两层螺旋桨叶17、18轴向投影面积之和等于中层螺旋桨叶轴向投影面积，以保证内外层桨叶的推料量与中层桨叶推料量一致。

实施例4：本例与实施例1不同的是：本例所述搅拌器16为螺旋搅龙，包括装配在燃烧室7炉体侧壁上的转轴和螺旋叶片，所述螺旋叶片为一层。所述相邻炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁间的间隙分别为80mm、90mm。

实施例5：如图2所示，本例与实施例4不同的是：本例所述螺旋叶片为两层时，所述螺旋桨叶沿转轴径向设置，所述内、外层螺旋叶片8、5呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。所述内层螺旋叶片8径向宽度大于外层螺旋叶片5。所述相邻炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁间的间隙分别为70mm、60mm。

实施例6：本例与实施例4不同的是：本例所述螺旋叶片沿径向为三层，所述三层螺旋叶片呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋叶片的螺旋方向一致，中层螺旋叶片的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。所述内外两层螺旋叶片轴向投影面积等于中层螺旋叶片轴向投影面积，以保证内外层叶片的推料量与中层叶片推料量一致；所述相邻炭化室4以及炭化室4与炉体15侧壁间的间隙均为85mm。

Claims (17)

1.一种搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：包括炉体及置于炉体内的燃烧室、预热仓、至少一个炭化室、导气管、烟囱及上盖，所述预热仓置于炭化室上方，燃烧室置于炭化室下方，在预热仓内设置有预热仓搅龙，在预热仓和炭化室间设置有物料导入通道，炭化室和燃烧室间设置有一个或多个导气管，所述炭化室内还设置有搅拌器。

2.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述炭化室设置于燃烧室之内预热仓之下，炭化室分别与预热仓通过物料导入通道连接，分别与燃烧室通过导气管连接，所述预热仓与炭化室、炭化室与炭化室以及炭化室与炉体侧壁之间设有利于燃料热流通过的间隙。

3.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述搅拌器为桨叶式搅龙，包括装配在燃烧室炉体侧壁上的转轴和至少一层螺旋桨叶。

4.根据权利要求3所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述螺旋桨叶沿转轴径向设置为内、外两层，沿轴向间隔设置多组，所述每组内、外层螺旋桨叶呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。

5.根据权利要求4所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述内层螺旋桨叶径向宽度大于外层螺旋桨叶。

6.根据权利要求3所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述螺旋桨叶沿径向为三层，所述三层螺旋桨叶呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋桨叶的螺旋方向一致，中层螺旋桨叶的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋桨叶的波峰相对于转轴对称设置。

7.根据权利要求6所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述内外两层螺旋桨叶轴向投影面积之和等于中层螺旋桨叶轴向投影面积，保证内外层桨叶的推料量与中层桨叶推料量一致。

8.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述搅拌器为螺旋搅龙，包括装配在燃烧室炉体侧壁上的转轴和螺旋叶片，所述螺旋叶片至少一层。

9.根据权利要求8所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述螺旋叶片为两层时，所述螺旋桨叶沿转轴径向设置，所述内、外层螺旋叶片呈螺旋交叉设置，其螺旋方向相反，两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。

10.根据权利要求9所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述内层螺旋叶片径向宽度大于外层螺旋叶片。

11.根据权利要求8所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述螺旋叶片沿径向为三层，所述三层螺旋叶片呈螺旋交叉设置，内、外两层螺旋叶片的螺旋方向一致，中层螺旋叶片的螺旋方向与之相反，相邻两层螺旋叶片的波峰相对于转轴对称设置。

12.根据权利要求11所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述内外两层螺旋叶片轴向投影面积之和等于中层螺旋叶片轴向投影面积，保证内外层叶片的推料量与中层叶片推料量一致。

13.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述导气管为弧形管，沿炭化室壁的外周设置，分别与炭化室和燃烧室相通。

14.根据权利要求13所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述导气管上设置有多个排气孔，所述置于炭化室端的导气管上的排气孔总面积大于置于燃烧室端的排气孔总面积。

15.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述炉体侧壁上还设置有隔热层，所述隔热层为双层结构，内填充隔热材料。

16.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：在所述炭化室的壳体上设置有多个凸起。

17.根据权利要求1所述搅拌式生物质炭化炉，其特征在于：所述预热仓顶端还设置有分离废气颗粒的风机和与风机连接的分离器。

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