CN104804752A - 木材连续炭化和气化的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

木材连续炭化和气化的方法与设备。将木质原料M按一定速度从顶部不断加入，未气化的固体炭C按一定速度从底部连续不断排出；与此同时，在顶部有控制地分散导入一定量的空气A，在床层内生成的高温燃气G由高温引风机(17)从下部连续引出并增压后送入燃烧器燃烧。设备简称为“炭气联产环保型炭化炉”，在炉支架(1)上放置水冷底板(2)，其上部依次连接具有多环隙导气功能的燃气导出段(3)、炉外壳(4)和抑烟炉口盖(5)，其下部连接木炭冷却管(6)，其内侧砌耐火砖(7)和保温层(8)，木炭冷却管(6)下部连接多点同步均衡连续的拨料器(9)，其下再依次连接螺旋送料器(10)和星形出料阀(11)。其优点：制造容易，投资低廉，操作方便，节约能源，没有三废。

Description

木材连续炭化和气化的方法与设备
技术领域
本发明涉及木材热解炭化和气化技术领域，是关于木质材料在移动床中连续炭化和气化的工艺与设备。 
背景技术
木材热解是一门历史悠久的行业，以木材及其采伐、抚育、加工的剩余物(称为“三剩物”)原料，经过切块和干燥后送入干馏釜中隔绝空气加热，使原料中的半纤维素、纤维素和木质素裂解，生成木煤气、木醋液、木焦油和木炭等产物。常用的设备一是外热的车辆式干馏釜，二是立式内热干馏釜，前者间歇(分批)式生产，后者属于移动床连续生产，但加料和出炭是定时定量分批进行的。在立式内热干馏釜中，加料装置由加料斗、闸板阀、圆管、环形水封和三角罩组成；出料装置由一个针形阀和二个闸板阀组成；炉体呈圆筒状，其间还设置二个锥形漏斗和一个锥体，锥形漏斗与炉体内壁形成环状间隙(环隙)，可以流通气体，上环隙作为载热气体进口，下环隙作为热交换气体的出口；锥体置于出炭装置的上方，起导流木炭的作用。在运行过程中，按一定时间间隔加料和出炭的情况下，原料在炉内逐渐下移，首先进入热解段，被自下而上流动的载热气体所加热，不断升温，依次发生干燥、预炭化、炭化和煅烧，继续下移接着进入冷却段，与自下而上的冷气体发生热交换，炭体的温度被降至50℃以下，经由出炭装置排出。该炉的优点是木炭的产量大、强度高，操作的机械化自动化程度高，正常运行时不需外加能源，缺点是炉子结构复杂，载热气体和冷却气体需要循环处理，配套系统庞大、投资高，操作和维护要求高，也难以使用“三剩物”中的小块原料，仅适用于资源丰富地区大规模尘产，难以因地制宜进行推广。 
发明内容
本发明的目的之一是提供一种可以连续进行炭化和气化的工艺；目的之二是提供一种最适合该工艺的设备；目的之三是利用该炉型既生产高品质木炭又副产高温燃气，用于发电或作为其他热源利用。 
本发明的工艺方案是在如图1所示的重力移动床F中，将木质原料M按一定速度从顶部不断加入，未气化的固体炭C按一定速度从底部连续不断排出；与此同时，在顶部有控制地分散导入一定量的空气A，在床层内生成的高温燃气G与颗粒物料顺流流动，在下部气固分离后，由高温引风机(17)从中下部连续引出并增压，再送入燃烧器燃烧。 
为实施上述工艺提出的设备方案是创造出一种创造出一种多点同步均衡连续出料的吸气式内热移动床炭化、气化炉，简称为“炭气联产环保型炭化炉”。它是一种矩形截面的单炉膛炉。由于单炉膛炉在截面大到一定程度以后，气流就难以分布均匀，限制了它的规模化应 用，为此，本发明人独特设计了具有多个环形间隙同时导气的燃气导出段(简称多环隙导气段)(3)，双层壳体水内冷式炉底板(简称水冷底板)(2)和具有抑制炉内烟气外冒作用的抑烟炉口盖(简称抑烟炉口盖)(5)。多环隙导气段(3)可以单层结构，但以双层壳体水内冷式的结构为好。本炉的主要配置为：炉支架(1)上放置水冷底板(2)，其上端依次连接多环隙导气段(3)、炉外壳(4)和抑烟炉口盖(5)，其下端连接木炭冷却管(6)，其内侧砌耐火砖(7)和保温层(8)，木炭冷却管(6)下端连接多点同步均衡连续的拨料器(简称拨料器)(9)，其下再依次连接螺旋送料器(10)和星形出料阀(11)；多环隙导气段(3)的相对两侧面上设有抽气管口(12)、冷却水进口(13)和冷却水出口(15)，抽气管口(12)与高温引风机(17)的进风口相连接；水冷底板(2)的相对两侧面上设有进水口(14)和出水口(16)。 
操作原理和方法。炉子运行时，首先在炉内加满底料木炭，接着启动高温引风机(17)，再用点火工具把炉口表面的木炭点燃，由于空气吸入，木炭越烧越旺，适时开动拨料器(9)，炉内木炭凭借重力作用逐渐下移，烧红的炭层烘烤炉芯砖，使炉内温度不断升高，与此同时，炉口开始不断加入原料木片M，并使料位保持一定水平。入炉的木片首先进入干燥段，受热后使水分蒸发，接着进入温度约为180～250℃的预炭化段，开始热解，有一些可燃气体释放出来，与吸入的空气混合后产生放热反应，使料温进一步升高，达到300℃时，开始主炭化，有大量的含甲烷、氢和一氧化碳的可燃气体生成，边生成边被导入空气所燃烧，使炉温升得更高，炭化更剧烈，此阶段称为炭化燃烧段，在此段，炉温一般可达到并控制在750～850℃，在这样的温度下，炭层和气体顺流，并继续下移，木炭得到进一步煅烧，并发生气体的还原反应，部分二氧化碳和水蒸气转化成一氧化碳和氢气，增加了燃气的热值。但由于上面热裂解过程中，伴随着一些付反应，燃气中会带有少量“焦油”和潜在焦油物质(例如苯同系物、萘、蒽、菲等)。因为还原反应为吸热反应，炭和燃气在继续下移过程中温度很快降到700℃以下，进入多环隙导气段(3)时进一步降温，同时进行气固分离。高温燃气G从各个环隙经过抽气管口(12)被高温引风机(17)抽出，并在引风机内增压后送入燃烧器中燃烧；木炭C则继续下移至水冷底板(2)和木炭冷却管(4)，冷却至常温后通过拨料器(9)、螺旋送料器(10)和星形出料阀(11)排出。 
本发明的优点：一是设备加工制造容易，投资低廉；二是连续化作业，省力省工，操作方便；三是生产过程不需另加燃料，能源高效利用，生产成本降低；四是无废渣、废水和废气排放，环保优势明显；五是可以使用小材小料，因地制宜建厂，资源充分利用。 
附图说明
图1表示“炭气联产环保型炭化炉”的正剖面图，图2表示图1的A-A剖面图，图3表示本 发明工艺原理的示意图。在上述图中：(1)炉支架、(2)水冷底板、(3)多环隙导气段、(4)炉外壳、(5)抑烟炉口盖、(6)木炭冷却管、(7)耐火砖、(8)保温层、(9)拨料器、(10)螺旋送料器、(11)星形出料阀、(12)抽气管口、(13)多环隙导气段的冷却水进口、(14)水冷底板的冷却水进口、(15)多环隙导气段的冷却水出口、(16)水冷底板的冷却水出口、(17)高温引风机。 
具体实施方式
一台如图1、图2所示的“炭气联产环保型炭化炉”，炉膛净尺寸：长L＝3.8m、宽＝2.6m、深＝1.4m。多环隙导气段(3)为双层壳体水内冷式结构。耐火砖采用粘土质标型砖，保温层采用膨胀珍珠岩耐火混凝土；炉支架(1)采用钢管和槽钢；水冷底板(2)、多环隙导气段(3)、炉外壳(4)、抑烟炉口盖(5)木炭冷却管(6)和螺旋送料器(10)均采用6mm钢板加工制造；星形出料阀(11)为市售品，铸钢制造；多点同步均衡连续的拨料器(9)采用中国专利CN201120450680.9的“多点同步连续出料器”。原料木片：粒度20～60mm，最大≤80mm，最小≥10mm，含水率≤20％。通过调节拨料器(9)的转速来控制出炭速度，炭化燃烧段温度保持在750～800℃；冷却水温：进水≤25℃，出水≤60℃；连续运转5天，平均每天出炭量2.4t，出气约1000m3/h，产炭率≈18％(干基)，产气率≈1.8m3/kg(干基)，木炭的固定碳含量≥88％(干基)，木炭热值28000～32000kJ/kg，燃气热值4000～4200kJ/m3。 

Claims (3)

1.一种木材炭化和气化的方法，其特征在于：在重力移动床F中，将木质原料M按一定速度从顶部不断加入，未气化的固体炭C按一定速度从底部连续不断排出；与此同时，在顶部有控制地分散导入一定量的空气A，在床层内生成的高温燃气G与颗粒物料顺流流动，在中下部气固分离后，由高温引风机(17)连续引出并压缩后送入燃烧器燃烧。
2.一种立式移动床炭化和气化设备，其特征在于：炉膛截面为矩形，在炉支架(1)上放置水冷底板(2)，其上端依次连接多环隙导气段(3)、炉外壳(4)和抑烟炉口盖(5)，其下端连接木炭冷却管(6)，其内侧砌耐火砖(7)和保温层(8)；木炭冷却管(6)的下端连接多点同步均衡连续的拨料器(9)，其下再依次连接螺旋送料器(10)和星形出料阀(11)；在多环隙导气段的相对二侧面设有抽气管口(12)、冷却水进口(13)和冷却水出口(15)，抽气管口(12)与高温引风机(17)的进风口相连接；水冷底板(2)的相对二侧面设有进水口(14)和出水口(16)。
3.根据权利要求1所述的立式移动床炭化和气化设备，其特征在于：多环隙导气段(3)和水冷底板(2)为双层壳体水内冷式结构。
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