CN104789238A - 一种移动式秸秆生物炭的制备装置及方法 - Google Patents

一种移动式秸秆生物炭的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动式秸秆生物炭的制备装置及其方法，所述移动式秸秆生物炭的制备装置包括通气管(1)、上盖(4)和炉体；所述炉体两侧设置有炉体手柄(7)；炉体包括筒体(8)、内柱体(6)和支撑面(9)，所述内柱体(6)设置在炉体中部，所述内柱体(6)上均匀垂直分布有热量孔(12)；所述内柱体(6)与支撑面(9)相连接，支撑面(9)与内柱体(6)的接触面上设置有栅格(10)；支撑面(9)与筒体(8)相分离；所述上盖(4)上设置有主出气孔道(5)和副出气孔道(3)，所述主出气孔道(5)设置于上盖(4)的中部，所述主出气孔道(5)的上部与通气管(1)相连接，本发明具备移动性，温度分布均匀，成本低的特点。

Description

一种移动式秸秆生物炭的制备装置及方法
技术领域
本专利属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种移动式秸秆生物炭的制备装置及方法。
背景技术
生物炭是在低氧环境下，通过高温裂解将林木、秸秆、竹木等有机固体废弃物碳化后形成的高碳物质。生物炭富含微孔，可以提升土壤碳含量，有效保存水分和矿质营养，有利于聚集有益微生物，提高土壤肥力和农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。大量研究表明，土壤施用生物炭能有效促进植物系统发育，提高农产品的产量和品质，农业利用前景广阔。同时，生物炭几乎是纯碳，性质稳定，埋到地下后可以几百至上千年不会消失，农田施用生物炭等于把碳封存进土壤，有助于减缓全球变暖。
制备生物炭是其资源化利用的前提，现有制备生物炭的装置较多，但这些装置构造复杂、体积大，需要通过电力或者燃油等能源提供热量来实现生物炭的制备，并且需要将原材料收集到指定场所进行生产。水稻、小麦、玉米等秸秆数量大、分布广，收集运输成本高，因此，研发一种不受能源等条件限制，在田间地头就能将秸秆转化成生物炭的制备装置就显得非常重要。
目前，缺乏一种温度分布均匀的移动式秸秆生物炭的制备装置及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种温度分布均匀的移动式秸秆生物炭的制备装置及方法。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：本发明提供了一种移动式秸秆生物炭的制备装置，所述移动式秸秆生物炭的制备装置包括通气管、上盖和炉体；所述炉体两侧设置有炉体手柄；炉体包括筒体、内柱体和支撑面，所述内柱体设置在炉体中部，所述内柱体上均匀垂直分布有热量孔；
所述内柱体与支撑面相连接，支撑面与内柱体的接触面上设置有栅格；支撑面与筒体相分离；
所述上盖上设置有主出气孔道和副出气孔道，所述主出气孔道设置于上盖的中部，所述主出气孔道的上部与通气管相连接，所述主出气孔道的下部与内柱体相连接；
所述通气管的侧壁的中部设置有手柄，所述上盖上均匀分布有副出气孔道；所述支撑面的底部设置有支撑柱，与支撑面和炉底相分离；炉体下方设置有炉门。
进一步地，所述炉体包括燃烧仓、原料仓和通气仓，
所述内柱体内部设置有燃烧仓，所述原料仓由内柱体至筒体之间的空腔组成；所述通气仓由支撑面和炉底之间的空腔组成。
进一步地，所述上盖上设置有第一密封盖；所述主出气孔道上设置有第二密封盖；所述副出气孔道上设置有第三密封盖；所述上盖的直径为5cm；
所述主出气孔道的直径为30cm，所述主出气孔道为一个，所述主出气孔道的两端与上盖的距离均为5cm；
所述副出气孔道为四个；所述副出气孔道均匀分布在上盖的上部，所述副出气孔道与上盖的距离为5cm。
更进一步地，所述内柱体的高为120cm，直径为30cm，所述内柱体至筒体的距离为30cm；
所述支撑柱为四个，所述支撑柱的高为20cm，所述栅格间距离3cm；所述内柱体(6)的高为120cm，直径30cm；
所述热量孔为四排；热量孔的直径为5cm，热量孔的间距为8cm；
所述炉体两侧与上盖的距离为15cm；所述炉体手柄为两个，所述炉体手柄的长为15cm，高为10cm；
所述通气管的高为100cm，所述通气管的两端分别设置有第一开口和第二开口，所述第一开口为15cm，所述第一开口为30cm；所述通气管中部设置有一个手柄(2)；
炉体下方设置有炉门，所述炉门距离炉底为2cm，所述炉门的高为10cm，宽为15cm。
进一步地，所述移动式秸秆生物炭的制备装置的材质为不锈钢或铁，所述炉体手柄、上盖和炉体外壁上均包覆有隔热材料。
本发明所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，包括如下步骤：
(1)原料无需干燥和粉碎直接放入并充满原料仓；
(2)将干燥的林木等燃烧物放入燃烧仓，大块林木占整个原料的80％以上；
(3)盖上上盖，四个副出气孔道盖上第三密封盖，打开主出气孔道和炉门，将原料上加入易燃物质，进行点火；
(4)点火后在主出气孔道上按上通气管，使空气流通，加快燃烧物点燃；
(5)4-8分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管，盖上主出气孔道的第二密封盖，打开副出气孔道的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔均匀地传导至原料仓；
(6)8-12分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，原料仓中的原料部分碳化，同时水分已经基本蒸发，炉体上升至碳化温度；立即盖上副出气孔道上的第三密封盖，同时关闭炉门至3-5毫米空隙；静置1-2小时，依靠燃烧仓中的燃烧物燃烧释放的热量和秸秆碳化过程中释放的热量碳化原料；
(7)生物炭制备完成。炉体温度冷却至常温后，开炉取炭，或者打开上盖，向制备好的生物炭上淋浇自来水降温后取炭。
进一步地，在步骤(1)中，所述原料为水稻秸秆或小麦秸秆或玉米秸秆。
进一步地，在步骤(7)中，重复步骤(2)至步骤(6)，重复次数为0-4次。
更进一步地，在步骤(2)中，所述大块林木的体积为不小于1立方分米。
进一步地，在步骤(3)中，所述易燃物质为5-10毫升酒精。
有益效果：本发明具备移动性，温度分布均匀，成本低的特点。能够摆脱使用电力和燃油的束缚，在田间地头生产生物炭。选择热值相对较高的林木、竹木废弃物为碳化秸秆热量来源的材料，煤炭等其他可燃性物质也可以用来作为碳化秸秆热量来源的材料。
(1)炉内温度的均匀分布。炉内温度及时、均匀的分布于炉膛是生产优质生物炭的重要技术环节。本发明通过设计主出气孔道、副出气孔道和热量孔等方式，调节炉内热量的快速、均匀分布于整个炉膛。
(2)炉内氧气的调控。本发明提出的技术方法是主要通过燃烧林木等废弃物为秸秆碳化提供热量，因此需要提供氧气作为助燃气。但是秸秆需要在相对厌氧的条件下才能完成碳化过程，因此合理调控炉内氧气浓度是制备秸秆生物炭的关键技术。本发明通过炉内分设燃烧仓、原料仓、通气仓，以及生物炭制备过程中控制进气口、主出气孔道和副出气孔道等措施调控炉内氧气，实现燃料充分燃烧释放热量的同时营造相对无氧环境，制备秸秆生物炭。
(3)通过本发明和方法，能够将水稻、小麦和玉米等秸秆制备成生物炭，产率分别为22.5％、23.4％和21.8％。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：1通气管；2手柄；3副出气孔道；4上盖；5主出气孔道；6内柱体；7炉体手柄；8筒体；9支撑面；10栅格；11炉底；12热量孔；13炉门；14支撑柱；15通气仓；16燃烧仓；17原料仓。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
本发明提供了一种移动式秸秆生物炭的制备装置，所述移动式秸秆生物炭的制备装置包括通气管1、上盖4和炉体；所述炉体两侧设置有炉体手柄7；炉体包括筒体8、内柱体6和支撑面9，所述内柱体6设置在炉体中部，所述内柱体6上均匀垂直分布有热量孔12；
所述内柱体6与支撑面9相连接，支撑面9与内柱体6的接触面上设置有栅格10；支撑面9与筒体8相分离；
所述上盖4上设置有主出气孔道5和副出气孔道3，所述主出气孔道5设置于上盖4的中部，所述主出气孔道5的上部与通气管1相连接，所述主出气孔道5的下部与内柱体6相连接；
所述通气管1的侧壁的中部设置有手柄2，所述上盖4上均匀分布有副出气孔道3；所述支撑面9的底部设置有支撑柱14，与支撑面9和炉底11相分离；炉体下方设置有炉门13。通气管1装在主出气孔道5上，可自由拆卸；所述炉体包括燃烧仓16、原料仓17和通气仓15，
所述内柱体6内部设置有燃烧仓16，所述原料仓17由内柱体6至筒体8之间的空腔组成；所述通气仓15由支撑面9和炉底11之间的空腔组成。
所述上盖4上设置有第一密封盖；所述主出气孔道5上设置有第二密封盖；所述副出气孔道3上设置有第三密封盖；所述上盖4的直径为5cm；
所述主出气孔道5的直径为30cm，所述主出气孔道5为一个，所述主出气孔道5的两端与上盖4的距离均为5cm；
所述副出气孔道3为四个；所述副出气孔道3均匀分布在上盖4的上部，所述副出气孔道3与上盖4的距离为5cm。
所述内柱体6的高为120cm，直径为30cm，所述内柱体6至筒体8的距离为30cm；
所述支撑柱14为四个，所述支撑柱14的高为20cm，所述栅格间距离3cm；所述内柱体6的高为120cm，直径30cm；
所述热量孔12为四排；热量孔12的直径为5cm，热量孔12的间距为8cm；
所述炉体两侧与上盖4的距离为15cm；所述炉体手柄7为两个，所述炉体手柄7的长为15cm，高为10cm；炉体手柄7的功能是安装和拆卸通气管；
所述通气管1的高为100cm，所述通气管1的两端分别设置有第一开口和第二开口，所述第一开口为15cm，所述第一开口为30cm；
炉体下方设置有炉门13，所述炉门13距离炉底为2cm，所述炉门的高为10cm，宽为15cm。
所述移动式秸秆生物炭的制备装置的材质为不锈钢或铁，所述炉体手柄、上盖和炉体外壁上均包覆有隔热材料。
本发明所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)原料无需干燥和粉碎直接放入并充满原料仓17；所述原料为水稻秸秆或小麦秸秆或玉米秸秆。
(2)将干燥的林木等燃烧物放入燃烧仓16，大块林木占整个原料的80％以上；所述大块林木的体积为不小于1立方分米。
(3)盖上上盖4，四个副出气孔道3盖上第三密封盖，打开主出气孔道5和炉门13，将原料上加入易燃物质，进行点火；所述易燃物质为5-10毫升酒精。
(4)点火后在主出气孔道5上按上通气管1，使空气流通，加快燃烧物点燃；
(5)4-8分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管1，盖上主出气孔道5的第二密封盖，打开副出气孔道3的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道3排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔17均匀地传导至原料仓；
(6)8-12分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，原料仓中的原料部分碳化，同时水分已经基本蒸发，炉体上升至碳化温度；立即盖上副出气孔道3上的第三密封盖，同时关闭炉门至3-5毫米空隙；静置1-2小时，依靠燃烧仓16中的燃烧物燃烧释放的热量和秸秆碳化过程中释放的热量碳化原料；
(7)生物炭制备完成。炉体温度冷却至常温后，开炉取炭，或者打开上盖，向制备好的生物炭上淋浇自来水降温后取炭。重复步骤(2)至步骤(6)，重复次数为0-4次。因为原料的含水量与性质特征，以及燃烧物的热值不同，有时一次过程不能完成秸秆的完全碳化，需要重复步骤(2)至步骤(6)，重复次数依据实际情况确定。
本发明具备移动性，成本低的特点。能够摆脱使用电力和燃油的束缚，在田间地头生产生物炭。选择热值相对较高的林木、竹木废弃物为碳化秸秆热量来源的材料，煤炭等其他可燃性物质也可以用来作为碳化秸秆热量来源的材料。
(1)炉内温度的均匀分布。炉内温度及时、均匀的分布于炉膛是生产优质生物炭的重要技术环节。本发明通过设计主出气孔道、副出气孔道和热量孔等方式，调节炉内热量的快速、均匀分布于整个炉膛。
(2)炉内氧气的调控。本发明提出的技术方法是主要通过燃烧林木等废弃物为秸秆碳化提供热量，因此需要提供氧气作为助燃气。但是秸秆需要在相对厌氧的条件下才能完成碳化过程，因此合理调控炉内氧气浓度是制备秸秆生物炭的关键技术。本发明通过炉内分设燃烧仓、原料仓、通气仓，以及生物炭制备过程中控制进气口、主出气孔道和副出气孔道等措施调控炉内氧气，实现燃料充分燃烧释放热量的同时营造相对无氧环境，制备秸秆生物炭。
(3)通过本发明和方法，能够将水稻、小麦和玉米等秸秆制备成生物炭，产率分别为22.5％、23.4％和21.8％。
实施例1
水稻秸秆生物碳的制备
(1)收集的水稻秸秆放入并充满原料仓17；
(2)将干燥的林木放入燃烧仓16，大块林木的体积大于等于1立方分米，且占整个燃料的80％，小块林木置于燃烧仓16下方，大块林木置于燃烧仓16中上方；
(3)盖上上盖4，副出气孔道3盖上密封盖，打开主出气孔道5和炉门13，向林木上加入4毫升酒精，从燃烧仓16下方点火；
(4)点火后在主出气孔道5上按上通气管1，使空气流通，加快林木点燃；
(5)5分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管1，盖上主出气孔道5的第二密封盖，打开副出气孔道3的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道3排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔17均匀地传导至原料仓；
(6)10分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，立即盖上副出气孔道3上密封盖，同时关闭炉门至5毫米空隙，静置2小时，水稻生物炭制备完成；
(7)炉体温度冷却至常温后，开炉取炭；
(8)水稻秸秆生物炭的产率为22.5％。
实施例2
小麦秸秆生物碳的制备
(1)收集的小麦秸秆放入并充满原料仓17；
(2)将干燥的竹木放入燃烧仓16，大块林木的体积大于等于1立方分米，且占整个燃料的85％，小块林木置于燃烧仓16下方，大块林木置于燃烧仓16中上方；
(3)盖上上盖(4)，副出气孔道3盖上密封盖，打开主出气孔道5和炉门13，向竹木上加入8毫升酒精，从燃烧仓16下方点火；
(4)点火后在主出气孔道5上按上通气管1，使空气流通，加快竹木点燃；
(5)4分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管1，盖上主出气孔道5的第二密封盖，打开副出气孔道3的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道3排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔17均匀地传导至原料仓；炉内烟气呈浓黄色，从副出气孔道3排出；
(6)8分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，立即盖上副出气孔道3上密封盖，同时关闭炉门至3毫米空隙，静置1小时；小麦生物炭制备完成。
(7)打开上盖，向制备好的生物炭上淋浇自来水降温后取炭。
(8)小麦秸秆生物炭的产率为23.4％。
实施例3
玉米秸秆生物碳的制备
(1)收集的玉米秸秆放入并充满原料仓(17)；
(2)将干燥的林木放入燃烧仓16，大块林木的体积大于等于1立方分米，且占整个燃料的80％，小块林木置于燃烧仓16下方，大块林木置于燃烧仓16中上方；
(3)盖上上盖4，副出气孔道3盖上密封盖，打开主出气孔道5和炉门13，向竹木上加入6毫升酒精，从燃烧仓16下方点火；
(4)点火后在主出气孔道5上按上通气管1，使空气流通，加快竹木点燃；
(5)8分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管1，盖上主出气孔道5的第二密封盖，打开副出气孔道3的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道3排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔17均匀地传导至原料仓；炉内烟气呈浓黄色，从副出气孔道3排出；
(6)12分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，立即盖上副出气孔道3上密封盖，同时关闭炉门至4毫米空隙，静置1小时；重复1次步骤2-4，玉米生物炭制备完成；
(7)打开上盖，向制备好的生物炭上淋浇自来水降温后取炭。
(8)玉米秸秆生物炭的产率为21.8％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种移动式秸秆生物炭的制备装置，其特征在于：所述移动式秸秆生物炭的制备装置包括通气管(1)、上盖(4)和炉体；所述炉体两侧设置有炉体手柄(7)；炉体包括筒体(8)、内柱体(6)和支撑面(9)，所述内柱体(6)设置在炉体中部，所述内柱体(6)上均匀垂直分布有热量孔(12)；
所述内柱体(6)与支撑面(9)相连接，支撑面(9)与内柱体(6)的接触面上设置有栅格(10)；支撑面(9)与筒体(8)相分离；筒体可相对于支撑面轴向移动或是周向转动；
所述上盖(4)上设置有主出气孔道(5)和副出气孔道(3)，所述主出气孔道(5)设置于上盖(4)的中部，所述主出气孔道(5)的上部与通气管(1)相连接，所述主出气孔道(5)的下部与内柱体(6)相连接；
所述通气管(1)的侧壁的中部设置有手柄(2)，所述上盖(4)上均匀分布有副出气孔道(3)；所述支撑面(9)的底部设置有支撑柱(14)，与支撑面(9)和炉底(11)相分离；炉体下方设置有炉门(13)。
2.根据权利要求1所述的移动式秸秆生物炭的制备装置，其特征在于：所述炉体包括燃烧仓(16)、原料仓(17)和通气仓(15)，
所述内柱体(6)内部设置有燃烧仓(16)，所述原料仓(17)由内柱体(6)至筒体(8)之间的空腔组成；所述通气仓(15)由支撑面(9)和炉底(11)之间的空腔组成。
3.根据权利要求1所述的移动式秸秆生物炭的制备装置，其特征在于：所述上盖(4)上设置有第一密封盖；所述主出气孔道(5)上设置有第二密封盖；所述副出气孔道(3)上设置有第三密封盖；所述上盖(4)的直径为5cm；
所述主出气孔道(5)的直径为30cm，所述主出气孔道(5)为一个，所述主出气孔道(5)的两端与上盖(4)的距离均为5cm；
所述副出气孔道(3)为四个；所述副出气孔道(3)均匀分布在上盖(4)的上部，所述副出气孔道(3)与上盖(4)的距离为5cm。
4.根据权利要求1所述的移动式秸秆生物炭的制备装置，其特征在于：所述内柱体(6)的高为120cm，直径为30cm，所述内柱体(6)至筒体(8)的距离为30cm；
所述支撑柱(14)为四个，所述支撑柱(14)的高为20cm，所述栅格间距离3cm；所述内柱体(6)的高为120cm，直径30cm；
所述热量孔(12)为四排；热量孔(12)的直径为5cm，热量孔(12)的间距为8cm；
所述炉体两侧与上盖(4)的距离为15cm；所述炉体手柄(7)为两个，所述炉体手柄(7)的长为15cm，高为10cm；
所述通气管(1)的高为100cm，所述通气管(1)的两端分别设置有第一开口和第二开口，所述第一开口为15cm，所述第一开口为30cm；所述通气管中部设置有一个手柄(2)；
炉体下方设置有炉门(13)，所述炉门(13)距离炉底为2cm，所述炉门的高为10cm，宽为15cm。
5.根据权利要求1所述的移动式秸秆生物炭的制备装置，其特征在于：所述移动式秸秆生物炭的制备装置的材质为不锈钢或铁，所述炉体手柄、上盖和炉体外壁上均包覆有隔热材料。
6.利用权利要求2-5所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)原料无需干燥和粉碎直接放入并充满原料仓(17)；
(2)将干燥的林木等燃烧物放入燃烧仓(16)，大块林木占整个原料的80％以上；
(3)盖上上盖(4)，四个副出气孔道(3)盖上第三密封盖，打开主出气孔道(5)和炉门(13)，将原料上加入易燃物质，进行点火；
(4)点火后在主出气孔道(5)上按上通气管(1)，使空气流通，加快燃烧物燃烧；
(5)4-8分钟后，燃烧物充分点燃，卸下通气管(1)，盖上主出气孔道(5)的第二密封盖，打开副出气孔道(3)的第三密封盖，炉内烟气从副出气孔道(3)排出，同时燃烧物产生的热量通过热量孔(17)均匀地传导至原料仓；
(6)8-12分钟后，烟气由浓黄色转清烟时，原料仓中的原料部分碳化，同时水分已经基本蒸发，炉体上升至碳化温度；立即盖上副出气孔道(3)上的第三密封盖，同时关闭炉门至3-5毫米空隙；静置1-2小时，依靠燃烧仓(16)中的燃烧物燃烧释放的热量和秸秆碳化过程中释放的热量碳化原料；
(7)生物炭制备完成。炉体温度冷却至常温后，开炉取炭，或者打开上盖，向制备好的生物炭上淋浇自来水降温后取炭。
7.根据权利要求6所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述原料为水稻秸秆或小麦秸秆或玉米秸秆。
8.根据权利要求6所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于：在步骤(7)中，重复步骤(2)至步骤(6)，重复次数为0-4次。
9.根据权利要求6所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述大块林木的体积为不小于1立方分米。
10.根据权利要求6所述的移动式秸秆生物炭的制备装置制备秸秆生物炭的方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述易燃物质为5-10毫升酒精。
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