CN104629805A - 一种农作物秸秆连续分段热解循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种农作物秸秆连续分段热解循环系统，包括物料输送、热解炭化、成品炭收集、焦油收集、木醋液收集及燃气收集6个子系统，物料输送系统由液压推杆送料装置和送料仓组成；炭化系统包括炉体和燃烧室；炭收集系统包括沉降室、螺旋送料机和粉尘分离器；焦油收集系统包括冷凝器；秸秆醋液收集系统包括喷淋器，以及燃气收集系统包括引风机和储气罐。

Description

一种农作物秸秆连续分段热解循环系统

技术领域

本发明涉及一种秸秆热解系统，尤其是一种将秸秆利用产生的燃气进行回用热解、保温，以及采用分段控温加热炭化的农作物秸秆连续分段热解循环系统。

背景技术

目前炭化设备有以下几个种类：

1)炭窑，是一种最简单的生物质热解炭化方法，其炭化周期非常长，现通过鼓风加温等手段缩短一定的炭化周期。然而其炭化结果差异性较大。

2)移动式炭化炉，可减少劳动强度，受季节影响较大。

3)自然炭化炉，结合传统工艺和现代机械制造技术。目前生产生物质炭的炭化炉普遍存在炭化效率不高、不连续、稳定性差等缺点，制约了生物炭产业的发展。

4)立式炭化炉，目前日处理能力较低，设备成本较高。

发明内容

本发明提供一种农作物秸秆连续分段热解循环系统，用以提高农作物秸秆物料的炭化能力，降低设备成本。

为达到上述目的，本发明提供了一种农作物秸秆连续分段热解循环系统，包括：液压推杆送料装置、送料仓、炉体、排烟口、燃烧室、沉降室、螺旋冷却机、粉尘分离器、冷凝器、喷淋器、引风机、储气罐和液化气罐，其中：

所述送料仓设置在所述液压推杆送料装置上方，农作物秸秆物料通过所述送料仓进入所述液压推杆送料装置，所述液压推杆送料装置与所述炉体相连接，在液压推杆作用下将物料送入所述炉体；

所述炉体放置在所述燃烧室内，所述炉体为一条可旋转的物料通道，一端与所述液压推杆送料装置连通，另一端与所述沉降室连通，采用密封技术使所述炉体内形成高温绝氧环境；

所述排烟口设置在所述燃烧室上端，所述燃烧室由多组烧嘴进行加温，烧嘴一端与空气管道连通，用离心风机进行送风，烧嘴另一端与燃气管道连通，燃气管道一端连接所述液化气罐，燃气管道另一端连接所述燃气储气罐，通过燃气电磁阀对燃气管道进行开关控制；

在所述炉体内热解后所产生的秸秆炭通过所述沉降室、所述粉尘收尘器进而经过所述螺旋冷却机输出，所述冷却输送机置于所述沉降室下端，所述沉降室上端通过管道与所述粉尘分离器连通，所述粉尘分离器通过管道与所述冷凝器连通，实现秸秆炭收集时的迅速降温至常温；

农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的燃气进入所述沉降室、所述粉尘分离器，所述粉尘分离器通过管道与所述冷凝器一端连通，所述冷凝器的另一端连通所述喷淋器，所述喷淋器与所述引风机连通，所述引风机将收集的气体储存于通过管道与其相连的所述燃气储气罐中。

进一步地，上述农作物秸秆连续分段热解循环系统还包括焦油收集箱，农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的高温焦油气体进入所述冷凝器降温，液化生成的焦油液体进入所述焦油收集箱。

进一步地，上述农作物秸秆连续分段热解循环系统还包括秸秆醋液收集箱，农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的秸秆醋液气体进入所述喷淋器喷淋，生成的秸秆醋液溶液进入所述秸秆醋液收集箱。

进一步地，所述燃气储气罐中的燃气一部分用做所述炉体内农作物秸秆的预热和炭化，剩余的燃气通过压缩机储存备用。

进一步地，所述排烟口的排出烟气用于农作物秸秆的原料干燥。

进一步地，当秸秆连续分段热解系统刚启动时采用所述液化气罐的液化气加热，当该系统运行稳定后，则采用所述燃气储气罐中的燃气进行预热和热解。

进一步地，上述农作物秸秆连续分段热解循环系统还包括电控柜，所述电控柜设置有PLC控制器，所述炉体内设置有多个温度传感器以及多个压力传感器，所述PLC控制器分别与所述多个温度传感器、所述压力传感器、所述电磁阀开关、所述液压推杆送料装置以及所述炉体的转速控制单元相连接，所述PLC自动控制电路气路，调节炭化温度，将所述炉体分区加热，各温区可设定不同温度，将物料按预设要求分段加温。

进一步地，若所述炉体内压力过大，调节所述液压推杆送料装置，减少给料；若生产的炭化产物炭化时间过短或过长，通过所述PLC控制器调节所述炉体转速，达到最佳的炭化时间；若温区加热温度高于工艺设定温度，则所述PLC控制器自动调节电磁阀开关的旋开比例，减少通入的燃气，使加热温区从加热状态转变为保温状态；若温区加热温度低于工艺设定温度，则PLC控制器自动控制电磁阀开关的旋开比例，增加通入的燃气，使加热温区从保温状态转变为加热状态。

进一步地，所述炉体内至少分为5个温区。

本发明系统具有如下特点：

1、连续炭化：本系统实现连续进料、连续炭化、连续出炭等生产工艺，突破了传统炭化设备的不连续的难题，大大提高了生产效率，每小时处理作物秸秆1吨。

2、环保节能：本系统实现了“炭、油、气”综合回收和利用的生产工艺，解决了传统生产过程中的高能耗、污染大、效率低的缺陷，通过燃气的回收利用，使液化气、燃气联用，节省了能耗，实现了系统的资源循环利用。

3、智能控制：本系统全过程采用智能化控制，节约了劳动力，确保生产的安全化，高效化和自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的农作物秸秆连续分段热解循环系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的农作物秸秆连续分段热解循环系统的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1和图2为本发明一个实施例的农作物秸秆连续分段热解循环系统示意图。该农作物秸秆连续分段热解循环系统由物料输送、热解炭化、成品炭收集、焦油收集、木醋液收集及燃气收集6个子系统组成。以下先分别概括介绍：

1)物料输送系统由液压推杆送料装置和送料仓两部分组成。

2)热解炭化过程采用分段式加热，分段控温，使炭化炉膛可形成温度梯度，并且每个阶段温度都可自动调节，倾斜角度和物料停留时间连续可调。炭化炉主体是该设备的核心，由进料箱、炉筒、传动系统、支承装置、密封装置、出料箱、等组成。炭化炉热系统主要由加热系统、炉膛保温系统组成，是液化气、燃气耦合而成。

3)炭收集系统由出料箱、沉降室、旋风分离器及螺旋冷却机构成。

秸秆通过热解炭化生成固体炭通过沉降室沉降落入螺旋冷却机冷却输送出料；部分残炭进入旋风分离器分离进入收集箱内。

4)焦油收集系统 

秸秆通过热解炭化生成焦油，高温焦油气体进入冷凝器降温，液化成焦油液体，与气体分离，进入焦油收集箱。采用循环水冷却，冷却后温度：380℃以下。

5)木醋液收集系统

秸秆通过热解炭化生成木醋液，木醋液溶于水。木醋液气体进入喷淋塔通过水喷淋形成木醋液，进入木醋液收集箱；木醋液可循环喷淋提高浓度。

6)燃气收集系统 

秸秆通过热解炭化生成燃气，经过旋风分离、冷凝器降温、喷淋塔喷淋形成纯净的燃气，通过干燥器干燥进入储气罐进行收集；采用储气罐集气，并安装流量计计算气体收集量，一部分燃气用于物料的干燥、预热、热解炭化，剩余燃气可储存备用。

参见图1和图2，农作物秸秆连续分段热解循环系统主要包括：液压推杆送料装置1、送料仓2、炉体3、排烟口4、温度传感器5、燃烧室6、沉降室7、螺旋冷却机8、粉尘分离器9、冷凝器10、喷淋器11、引风机12、储 气罐13、液化气罐14、液化气控制阀、电控柜15等部件。

物料输送系统由液压推杆送料装置1和送料仓2组成；炭化系统炉包括体3和燃烧室6；炭收集系统包括沉降室7、螺旋送料机8和粉尘分离器9；焦油收集系统包括冷凝器10；秸秆醋液收集系统包括喷淋器11，以及燃气收集系统包括引风机12、储气罐13。

所述物料输送系统将物料通过送料仓2进入液压送料装置1。.

所述的炭化系统炉体3中装有温度传感5，能对炉体实施分段分别控温，每段温度范围分别是100-700℃。所述炉体放置在燃烧室7内，炉体3为一条可旋转的物料通道，左端与推杆送料装置2连通，右端与沉降室7连通，采用密封技术使炉体内为高温绝氧环境。排烟口4排出烟可输出，用于原料干燥。燃烧室7由至少5组烧嘴进行加温，烧嘴一端与空气管道连通，用离心风机进行送风。另一端与燃气管道连通，管道一头连接液化气罐14，另一端连接储气罐13，通过电磁阀进行开关控制。系统加热是通过13储气罐或是14液化气罐中的可燃气体在好氧状态下燃烧实现。当秸秆连续热解系统刚刚启动时采用液化气罐14加热，当该系统运行稳定后，则采用13储气罐中的燃气进行预热和热解。燃烧室采用绝热、保温、耐热三层结构设计，满足升温保温性能，提高炭化效果，减少能量消耗，提高能量有效利用率。

所述炭收集系统中，热解后所产生的秸秆炭通过沉降室7、粉尘收尘器9经过螺旋送料机8输出，装袋包装。冷却输送机置于沉降室7下端，沉降室上端通过管道与粉尘分离器9连通，粉尘分离器通过管道与冷凝器10连通，实现秸秆炭收集时的迅速降温至常温。

所述焦油收集通过冷凝器10，进入焦油收集器。

所述秸秆醋液通过喷淋器11，进入秸秆醋液收集箱。

所述燃气通过沉降室7、粉尘分离器9、粉尘分离器9通过管道与冷凝器 10连通，冷凝器右端连通喷淋器11，喷淋器与引风机12连通，将气体储存于燃气储气罐13中。储气罐13中的燃气一部分用做炭化炉的预热和炭化，剩余的燃气可通过压缩机储存备用。

在本发明实施例中，由电控柜15采用PLC自动控制电路气路，调节炭化温度。炉体分区加热，至少分5个温区，各温区可设定不同温度，保证原料按要求分段加温，以达到最佳炭化效果。

液化气罐14与储气罐13共用一条燃气管道。在炭化炉的正常运行生产中，先打开液化气阀门，通过液化气将燃烧室6加热到工艺要求温度使原料产生持续供应的可燃气体，当储气罐13收集到一定压力的可燃气体后，电控柜15自动切断液化气阀门，打开储气罐阀门，燃烧室中继续通入原料生成的可燃气体代替液化气继续燃烧为炉体3加热。液化气罐阀门和储气罐气体阀门的转换由电控柜控制自动切换。

若炉体内压力过大，说明炉内物料过多，可通过电控柜15调节液压进料装置1，减少给料。若生产的炭化产物炭化时间过短或过长，可通过电控柜15调节炉体转速，已达到最佳的炭化时间。

若温区加热温度高于工艺设定温度，则电控柜自动调节燃气比例阀，减少通入的燃气，使加热温区从加热状态转变为保温状态。若温区加热温度低于工艺设定温度，则电柜自动控制燃气比例阀，增加通入的燃气，使加热温区从保温状态转变为加热状态。此过程有温度传感器5传输信号，电控柜自动完成转换。

本发明应用该系统进行了不同原料的炭化试验，以大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳为原料，在不同的温度下进行热解，其中玉米秸秆的秸秆炭的比表面积最大。其次为大豆秸秆炭。试验证明，该循环炭化设备在实际运行中是可行的。

综上，本发明系统具有如下特点：

1、连续炭化：本系统实现连续进料、连续炭化、连续出炭等生产工艺，突破了传统炭化设备的不连续的难题，大大提高了生产效率，每小时处理作物秸秆1吨。

2、环保节能：本系统实现了“炭、油、气”综合回收和利用的生产工艺，解决了传统生产过程中的高能耗、污染大、效率低的缺陷，通过燃气的回收利用，采用液化气电、燃气联用，节省了能耗，实现了系统的资源循环利用。

3、智能控制：本系统全过程采用智能化控制，节约了劳动力，确保生产的安全化，高效化和自动化。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，包括：液压推杆送料装置、送料仓、炉体、排烟口、燃烧室、沉降室、螺旋冷却机、粉尘分离器、冷凝器、喷淋器、引风机、储气罐和液化气罐，其中：

所述送料仓设置在所述液压推杆送料装置上方，农作物秸秆物料通过所述送料仓进入所述液压推杆送料装置，所述液压推杆送料装置与所述炉体相连接，在液压推杆作用下将物料送入所述炉体；

所述炉体放置在所述燃烧室内，所述炉体为一条可旋转的物料通道，一端与所述液压推杆送料装置连通，另一端与所述沉降室连通，采用密封技术使所述炉体内形成高温绝氧环境；

所述排烟口设置在所述燃烧室上端，所述燃烧室由多组烧嘴进行加温，烧嘴一端与空气管道连通，用离心风机进行送风，烧嘴另一端与燃气管道连通，燃气管道一端连接所述液化气罐，燃气管道另一端连接所述燃气储气罐，通过燃气电磁阀对燃气管道进行开关控制；

在所述炉体内热解后所产生的秸秆炭通过所述沉降室、所述粉尘收尘器进而经过所述螺旋冷却机输出，所述冷却输送机置于所述沉降室下端，所述沉降室上端通过管道与所述粉尘分离器连通，所述粉尘分离器通过管道与所述冷凝器连通，实现秸秆炭收集时的迅速降温至常温；

农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的燃气进入所述沉降室、所述粉尘分离器，所述粉尘分离器通过管道与所述冷凝器一端连通，所述冷凝器的另一端连通所述喷淋器，所述喷淋器与所述引风机连通，所述引风机将收集的气体储存于通过管道与其相连的所述燃气储气罐中。

2.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，还包括焦油收集箱，农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的 高温焦油气体进入所述冷凝器降温，液化生成的焦油液体进入所述焦油收集箱。

3.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，还包括秸秆醋液收集箱，农作物秸秆物料在所述炉体内通过热解炭化生成的秸秆醋液气体进入所述喷淋器喷淋，生成的秸秆醋液溶液进入所述秸秆醋液收集箱。

4.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，所述燃气储气罐中的燃气一部分用做所述炉体内农作物秸秆的预热和炭化，剩余的燃气通过压缩机储存备用。

5.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，所述排烟口的排出烟气用于农作物秸秆的原料干燥。

6.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，当秸秆连续分段热解系统刚启动时采用所述液化气罐的液化气加热，当该系统运行稳定后，则采用所述燃气储气罐中的燃气进行预热和热解。

7.根据权利要求1所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，还包括电控柜，所述电控柜设置有PLC控制器，所述炉体内设置有多个温度传感器以及多个压力传感器，所述PLC控制器分别与所述多个温度传感器、所述压力传感器、所述电磁阀开关、所述液压推杆送料装置以及所述炉体的转速控制单元相连接，所述PLC自动控制电路气路，调节炭化温度，将所述炉体分区加热，各温区可设定不同温度，将物料按预设要求分段加温。

8.根据权利要求7所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，若所述炉体内压力过大，调节所述液压推杆送料装置，减少给料；若生产的炭化产物炭化时间过短或过长，通过所述PLC控制器调节所述炉体转速，达到最佳的炭化时间；若温区加热温度高于工艺设定温度，则所述PLC控制器自动调节电磁阀开关的旋开比例，减少通入的燃气，使加热温区从加热状 态转变为保温状态；若温区加热温度低于工艺设定温度，则PLC控制器自动控制电磁阀开关的旋开比例，增加通入的燃气，使加热温区从保温状态转变为加热状态。

9.根据权利要求7所述的农作物秸秆连续分段热解循环系统，其特征在于，所述炉体内至少分为5个温区。