CN104789236A - 一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，包括竖式炉体，所述炉体从上向下依次设有干燥段、料封段、炭化段、活化段、蒸汽发生段和冷却段，所述干燥段的侧壁设有连通其内腔的湿烟气出口管，炭化段中设有上管箱，活化段中设有内燃室，所述内燃室上部连通有下管箱，所述下管箱与上管箱之间通过换热列管连通，所述上管箱通过穿过料封段的上升烟管连通湿烟气出口管，所述内燃室与延伸至炉体外的套筒连通，所述套筒的外端口设有连通燃烧空气进口总管和煤气管的燃烧嘴；所述蒸汽发生段中设有底部为喷水孔板的水冷室，所述冷却段外壁设有冷却盘管，所述水冷室通过水冷环管连通冷却盘管。

Description

一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉

技术领域

本发明涉及含碳物料碳化炉领域，具体涉及一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉。

背景技术

生物质（biomass） 是指利用太阳能经光合作用合成的任何有机物，包括农林牧副渔生产中产生的秸秆和生物质副产品及加工剩余物，还包括城市生活污水处理厂的污泥、养殖业禽畜粪便、餐厨垃圾等废弃物。这些废弃生物质的主要成分为碳水化合物，主要元素组成为C、H、O、N、P、K等生命元素以及少量的S、Ca、Si、Fe等微量元素，是一种可再生的资源。据不完全估算，全球年产生此类生物质废弃物达数十亿吨，多采用焚烧或填埋处置，利用率很低；仅中国的秸秆生物质，年产生量达8亿多吨，利用率不到50%，很大一部分在田间被直接焚烧，不仅浪费资源，又严重污染环境。

近年来，采用热裂解将生物质转化为主要含固定态生物质炭的技术及应用研究在国内外蓬勃发展，大量的基础研究证明：生物质炭疏松多孔，具有巨大的表面积和阳离子交换量，可以改善土壤理化性质，以及保湿和透气性，使作物增产，并能吸附土壤中的污染物，降低其生物有效性和迁移转化能力；生物质炭的碱性对于改良酸性土壤降低土壤中污染物的生物毒性具有很大的潜能；生物质炭还可以为微生物提供生长繁殖的场所，有利于对污染物的降解，但同时又可以保护被吸附的有机物免受微生物的降解，对不同微生物影响不同；生物质炭还对蚯蚓等土壤有益动物有益；此外，生物质炭也能使化肥有缓释作用，提高施肥效率。

生物质炭还田的碳汇作用可望纳入CDM碳交易，按生物质炭还田1hm²补偿5美元计，1亿hm²补偿额将达5亿美元以上，这对于我国农业发展和农民增收有利，因此，开发秸秆碳化还田，可以在固碳减排、提高土壤肥力提高单产以及农民增收方面收到三赢效果。

欧美以及日本等发达国家对于生物质碳化研究开展的较少，生物质热解碳化及其设备研究主要集中在亚洲的印度、菲律宾、泰国、南美的巴西等发展中国家。我国从20世纪70年代开始对一些传统的碳化工艺和碳化设备进行了改善。        

申请人在专利号为“ZL201220003775.0”的中国实用新型专利中公开了一种竖式低温干馏炉，干馏也称碳化，采用导气翅和集气罩将生物质热裂解过程中产生的燃气引出炉膛进行回收储存，然后送入设置在干馏炉外的燃烧室，其缺点包括：一、燃气回收储存过程需要相应的设备，增加资金投入，而且燃气回收储存设备和燃烧室要占用很大的空间；二、燃气回收储存要进行冷却，大量的热能白白浪费，而且燃烧室产生的热能送入干馏炉的过程也存在一定的热能损失；三、活化剂采用的是外供蒸汽，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，可以解决现有干馏炉的燃烧室设置在炉体外，导致占用空间大、热能损失多和需外供蒸汽的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，包括竖式炉体，所述炉体顶部安装有装料器，底部安装有卸料机，所述炉体从上向下依次设有干燥段、料封段、炭化段、活化段、蒸汽发生段和冷却段，所述干燥段的侧壁设有连通其内腔的湿烟气出口管，炭化段中设有上管箱，活化段中设有内燃室，所述内燃室上部连通有下管箱，所述下管箱与上管箱之间通过换热列管连通，所述上管箱通过穿过料封段的上升烟管连通湿烟气出口管，所述内燃室与延伸至炉体外的套筒连通，所述套筒的外端口设有连通燃烧空气进口总管和煤气管的燃烧嘴；所述蒸汽发生段中设有底部为喷水孔板的水冷室，所述冷却段外壁设有冷却盘管，所述水冷室通过水冷环管连通冷却盘管。

本发明的进一步方案是，所述炭化段的壁上设有连通其内腔的上部热解气导出总管和下部热解气导出总管。

本发明的进一步方案是，所述炭化段和活化段的壁上设有多个连通内腔的检查孔。

本发明的进一步方案是，所述内燃室与下管箱之间通过砂封槽连接。

本发明的进一步方案是，所述上升烟管上端口延伸至干燥段下部，且在该端口安装有放气料钟，所述湿烟气出口管内部端口位于干燥段上部，且在该端口安装有集气料钟。

本发明的进一步方案是，所述上升烟管中还连通有延伸至炉体外的冷空气进口管。

本发明的进一步方案是，所述水冷室的顶部连接于内燃室的底部。

本发明的进一步方案是，所述内燃室上还连接有延伸至炉体外的观察窗和温度测量口。

本发明与现有技术相比的优点在于：

一、用冷却段熄灭高温炭时所产生的水蒸汽作为活化剂，不需要外供蒸汽，简便、节能，有效降低目标产物的制造成本低；

二、采用砂封槽使内燃室和下管箱能沿垂直方向浮动，消除换热芯由于热膨胀产生的热应力，既延长使用寿命，又便于拆装修理；

三、在炉膛中设置内燃室，提高了紧凑性，降低热损失；

四、采用换热列管外热，减少了热解气量，提高了自产燃气的热值，降低了冷却回收系统的负荷，减少投资，节约能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A向剖视图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，包括竖式炉体，所述炉体顶部安装有装料器1，底部安装有卸料机27，所述炉体从上向下依次设有干燥段、料封段、炭化段、活化段、蒸汽发生段和冷却段，所述干燥段的侧壁设有连通其内腔的湿烟气出口管3，炭化段中设有上管箱6，所述炭化段的壁上设有连通其内腔的上部热解气导出总管8和下部热解气导出总管12，所述炭化段和活化段的壁上设有多个连通内腔的检查孔11，活化段中设有内燃室15，所述内燃室15上部通过砂封槽14连通有下管箱13，所述下管箱13与上管箱6之间通过换热列管10连通，所述换热列管10的截面优选扁圆形，所述上管箱6连通穿过料封段的上升烟管5，所述上升烟管5上端口延伸至干燥段下部，且在该端口安装有放气料钟28，所述湿烟气出口管3内部端口位于干燥段上部，且在该端口安装有集气料钟2，所述上升烟管5中还连通有延伸至炉体外的冷空气进口管4；所述内燃室15与延伸至炉体外的套筒21连通，所述套筒21的外端口设有连通燃烧空气进口总管16和煤气管18的燃烧嘴20，所述内燃室15上还连接有两个延伸至炉体外的观察窗和温度测量口28，分别测量对应两只燃烧嘴20的火焰温度，用以调节空气过剩系数；所述蒸汽发生段中设有底部为喷水孔板26、顶部连接于内燃室15底部的水冷室22，所述冷却段外壁设有冷却盘管24，所述水冷室22通过水冷环管23连通冷却盘管24。

上管箱6和湿烟气出口管3材质优选304不锈钢，下管箱13、砂封槽14 、内燃室15和换热列管10在目标产物是活性炭时，材质优选310s不锈钢，目标产物是生物质炭时，材质优选304不锈钢。

生物质颗粒料(直径8-15mm、长10-15mm、含水量15％-25％)由提升机提升经装料机1装炉，所述装料机1优选回转式锁气机，经集气料钟2布料，靠自重由上而下依次经干燥段、料封段、炭化段、活化段、蒸汽发生段、冷却段，发生一系列物理-化学变化后，由底部的卸料机27外排，所述卸料机优选回转式锁气机。

其中，干燥段的作用是将含水的生物质颗粒料脱除水分，在干燥段，生物质颗粒料被从放气料钟28上升的混合气(温度<200℃) 直接加热，所述混合气是由换热列管10来的高温烟气与由冷空气进口管4送入的冷空气调温后而成，与生物质颗粒料进行热、质交换后，经集气料钟2、湿烟气出口管3外排。

料封段的作用是防止炭化段产生的热解气上串到干燥段。

炭化段是主要工艺段，其作用是使生物质颗粒料进行热解，在这一段内，生物质颗粒料被换热列管10内的高温烟气加热，温度不断升高直至炭化终温500℃左右，生成生物质炭、生物油、木醋液和燃气，其中生物油、木醋液和燃气热解产物由热解气导出总管导出，当想多产生物质油少产燃气时，可将自产燃气从上部热解气导出总管8送往冷凝回收系统；当想少产生物质油多产燃气时，可将自产燃气从下部热解气导出总管12送往冷凝回收系统。

当目标产物是活性炭时，保持活化段温度为800℃-850℃，活化剂是在炉内熄灭高温炭产生的水蒸汽进行物理活化，水蒸汽耗量为炭重量的0.3-0.6倍；当目标产物是生物质炭时，只需降低活化段温度即可。

燃烧煤气和燃烧空气经燃烧嘴20、套筒21在内燃室15中产生高温烟气，供干燥、炭化、活化过程所需，髙温烟气经下管箱13进入到换热列管10，通过间壁将热传给生物质颗粒料。

将入炉生物质制成颗粒料，能显著提高炉子的处理强度，有利于布料、布气，提高过程的均匀性，降低炉内气体阻力，减少粉尘；采用内燃式，使结构紧凑，炉内垂直方向的温度梯度合理。

Claims (8)

1. 一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，包括竖式炉体，所述炉体顶部安装有装料器（1），底部安装有卸料机（27），其特征在于：所述炉体从上向下依次设有干燥段、料封段、炭化段、活化段、蒸汽发生段和冷却段，所述干燥段的侧壁设有连通其内腔的湿烟气出口管（3），炭化段中设有上管箱（6），活化段中设有内燃室（15），所述内燃室（15）上部连通有下管箱（13），所述下管箱（13）与上管箱（6）之间通过换热列管（10）连通，所述上管箱（6）通过穿过料封段的上升烟管（5）连通湿烟气出口管（3），所述内燃室（15）与延伸至炉体外的套筒（21）连通，所述套筒（21）的外端口设有连通燃烧空气进口总管（16）和煤气管（18）的燃烧嘴（20）；所述蒸汽发生段中设有底部为喷水孔板（26）的水冷室（22），所述冷却段外壁设有冷却盘管（24），所述水冷室（22）通过水冷环管（23）连通冷却盘管（24）。

2. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述炭化段的壁上设有连通其内腔的上部热解气导出总管（8）和下部热解气导出总管（12）。

3. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述炭化段和活化段的壁上设有多个连通内腔的检查孔（11）。

4. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述内燃室（15）与下管箱（13）之间通过砂封槽（14）连接。

5. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述上升烟管（5）上端口延伸至干燥段下部，且在该端口安装有放气料钟（28），所述湿烟气出口管（3）内部端口位于干燥段上部，且在该端口安装有集气料钟（2）。

6. 如权利要求1或5所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述上升烟管（5）中还连通有延伸至炉体外的冷空气进口管（4）。

7. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述水冷室（22）的顶部连接于内燃室（15）的底部。

8. 如权利要求1所述的一种内燃式生物质颗粒料干燥、炭化、活化一体化炉，其特征在于：所述内燃室（15）上还连接有延伸至炉体外的观察窗和温度测量口（28）。