CN105154115A - 一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，包括炉体、热解气出口、微波发生器、中心管、电机、分割叶片、螺旋斜面轨道、物料进口、物料出口、压力装置和弹簧夹板；微波发生器安装在炉体的侧壁上；螺旋斜面轨道与炉体的内壁刚性连接；中心管与电机连接，设置在炉体的中心，其管壁上设有凹槽，凹槽中嵌入分割叶片，分割叶片可在凹槽内上下活动，中心管的上方安装有压力装置；螺旋斜面轨道上设有弹簧夹板，弹簧夹板与螺旋斜面轨道转动连接；当分割叶片受压下移时，弹簧夹板受压向下翻转；当没有分割叶片下移时，弹簧夹板与螺旋斜面轨道形成无缝隙的轨道。本发明装置热解效率高、可控性强、能实现生物质的大规模处理和生产自动化。

Description

一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置

技术领域

本发明属于生物质能源利用领域，具体涉及一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置。

背景技术

我国生物质资源种类繁多、资源丰富，但其具有能量密度低、堆积密度低、易腐烂等缺陷，生物质资源的大规模能源化利用面临诸多难题。热解炭化是一种较好的生物质利用方法，它是在隔绝氧或缺氧条件下吸收热量，将生物质转化为固体焦炭的过程，将生物质由低品位能源转化为无污染、易储运的高品质“生物质炭”，所得到的生物质炭可广泛应用于集中供热、烟气净化和土壤改良等领域，具有市场前景广阔，经济和环境效益显著的优点。其中，热解炭化反应器是实现转化的关键部分，因此研究开发高效节能的生物质炭化处理装置具有重要的现实意义；进一步地，微波加热能够以内加热的方式，从内向外对生物质整体进行热解；相比传统的加热热解方式，微波热解技术可以较好地解决工艺技术复杂、能耗高等问题，经济技术优势明显，应用潜力较大。

现有的微波热解装置尚不成熟，大部分采用反应效率较低的间歇式操作方式，仍处于研究改造阶段，难以大规模工业化应用。在连续微波反应器的相关文献中，有采用管式或传输带式加热的方式，但所用加热管材料为聚四氟乙烯等不能耐高温的材料；有些现有的反应器选材解决了耐高温的难题，但反应为开放式体系，不能用于密闭的生物质热解中；专利ZL200910105517.6公开了一种微波加热式裂解炉，设备包括密闭加热的炉体和配套的加热、保压和热解气氛保持装置，但该装置系统一旦发生堵塞，体系压力会迅速升高，会对系统工作造成不利影响，并且难以保证安全性；专利ZL200920034689.4公开了一种连续式微波低温干馏装置，但是是该装置仅针对煤粉进行低温干馏，而且该装置加热时间较长(从室温加热到750℃就需要花费15～30min，还不包括低温干馏的时间)，此外，该装置处理的量比较小(不到5千克)，难以进行大规模工业化应用。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供了一种螺旋式微波连续热解炭化装置，利用微波热解技术弥补了传统热解技术的不足，通过螺旋斜面轨道和分割叶片推进的方式，充分节约了生产空间，实现了生物质输送速度的可控性和微波吸收的均匀性，此外，本发明装置能实现连续生产，且具有生物质处理量大、节能环保、收益显著等优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，包括炉体和设置在炉体顶部的热解气出口，该装置包括微波发生器、中心管、驱动电机、分割叶片、螺旋斜面轨道、物料进口、物料出口、压力装置和弹簧夹板；所述物料进口和物料出口分别设置在炉体的底部和上部；微波发生器均匀安装在所述炉体的侧壁上；螺旋斜面轨道与所述炉体的内壁刚性连接；所述中心管垂直设置在所述炉体的中心位置，中心管由驱动电机驱动进行旋转；所述中心管的管壁上设有凹槽，凹槽中嵌入分割叶片，分割叶片可在凹槽内沿中心管的轴向运动；所述中心管的顶部安装有压力装置，压力装置可对分割叶片产生向下的压力；所述螺旋斜面轨道上设有多个弹簧夹板，弹簧夹板与螺旋斜面轨道转动连接；当所述分割叶片受压下移时，弹簧夹板受压向下翻转；当所述分割叶片没有受压下移时，弹簧夹板与螺旋斜面轨道形成无缝隙的轨道。

进一步地，所述分割叶片的长度不大于所述凹槽的根部到所述炉体的内壁的垂直距离，分割叶片的高度不大于上下两层所述螺旋斜面轨道之间的垂直距离减去所述弹簧夹板的高度，分割叶片的厚度不大于所述弹簧夹板的长度，分割叶片的底部弧度与所述螺旋斜面轨道的弧度相同。

进一步地，在所述分割叶片的上部设有多个小孔。

进一步地，所述中心管的管壁上沿轴向对称设有两个凹槽，每个凹槽内嵌有多个分割叶片。

进一步地，所述螺旋斜面轨道的材料为陶瓷。

进一步地，在所述物料出口和物料进口处分别设有微波抑制器。

进一步地，所述压力装置采用往复式活塞结构，可在所述分割叶片行至活塞结构下方时向下施加压力。

本发明具有的有益效果如下：

(1)本发明采用微波热解技术，相比传统的传热传质方式，热解效率更高、热解速度更快、受热更均匀；

(2)本发明采用螺旋斜面轨道进行物料输送，充分节约了生产空间；分割叶片在中心管的带动下沿螺旋斜面轨道上移，推动生物质进行螺旋式送料，提高了生物质输送速度的可控性和微波吸收的均匀性，使其受热更均匀，提高了空间内微波的利用效率；

(3)本发明的分割叶片与弹簧夹板及压力装置相配合，能实现分割叶片的循环利用和生产过程的连续化；

(4)生物质热解产生的热解气可通过分割叶片上的小孔沿螺旋斜面轨道上升，最终从上方的热解气出口排出，能充分实现固气分离，对热解气进行净化回收或者二次利用，提高了能源的利用效率，减少了环境污染；

(5)本发明的装置尤其适合处理颗粒较小、含水量较低、长纤维较少的物料，可以避免处理过程中出现堵料和蓬料的异常事故；

(6)本发明的装置能够高效处理生物质，处理时间短，出炭率高，能够实现生物质热解炭化过程能量梯级利用和能量自供给平衡；而且本发明的装置能够实现生物质的大规模处理，收益明显。

附图说明

图1为本发明的螺旋式生物质连续微波热解炭化装置的剖面图；

图2为本发明中的中心管和分割叶片的连接方式示意图；

图3为本发明中的分割叶片受压打开弹簧夹板的示意图；

图4为本发明中的分割叶片的细节图；

其中，1-热解气出口，2-压力装置，3-物料出口，4-分割叶片，5-微波发生器，6-螺旋斜面轨道，7-物料进口，8-中心管，9-弹簧夹板，10-小孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例的螺旋式生物质连续微波热解炭化装置包括炉体、热解气出口1、压力装置2、物料出口3、分割叶片4、微波发生器5、螺旋斜面轨道6、物料进口7、中心管8、驱动电机和弹簧夹板9；微波发生器5均匀分布在炉体的柱形外壁四周，产生的微波可对炉体内部的生物质进行热解炭化，配合螺旋斜面轨道6的设计和分割叶片4推进，微波的吸收均匀性和热解效率进一步提高。热解气出口1设置在炉体的顶部，物料进口7和物料出口3分别设置在炉体的底部和上部，而且在物料出口3和物料进口7处都设计有完整的微波抑制段，能减少装置内微波的泄露，使其达到国家安全标准。螺旋斜面轨道6与炉体的内壁刚性连接。中心管8垂直设置在炉体的中心位置，中心管8与驱动电机连接。压力装置2为机械装置，安装在中心管8的上方，压力装置2可以对分割叶片4产生向下的压力。压力装置2采用往复式活塞结构，可在分割叶片4行至压力装置2的下方时利用活塞结构向下施加压力；分割叶片4经过后，活塞结构就会回复到原来位置。

如图2所示，在中心管8的管壁上对称地开有两个凹槽，每个凹槽内可根据生物质处理量的要求和螺旋斜面轨道的层数嵌有一定数量的分割叶片4，分割叶片4在凹槽内可以上下自由活动；中心管8在电机的驱动下可以进行旋转，带动分割叶片4沿螺旋斜面轨道6移动，实际上分割叶片4也在沿凹槽上升。

弹簧夹板9原先处于闭合状态，与螺旋斜面轨道6形成无缝隙的轨道，在分割叶片4下移过程中因为受压逐渐张开，向下翻转，在没有垂直力作用的时候会自动闭合；其具体的情况如下(如图3所示)：分割叶片4每旋转360°，中心管8上方的压力装置2就会对最上层的分割叶片4施以向下的压力，使得分割叶片4向下推开螺旋斜面轨道6上的弹簧夹板9，使得弹簧夹板9向下翻转，而分割叶片4则沿凹槽下移至下一层的螺旋斜面轨道6上；上一层的分割叶片4因为下移会对下一层的分割叶片4做出相同的操作，最终实现所有的分割叶片4的整体下移，最终实现分割叶片4的循环利用以及生产方式的连续化。

此外，在分割叶片4的上部开有一定数量的小孔10，能使生物质分解产生的热解气通过，热解气沿螺旋斜面轨道6移动，不断上升，最后从热解气出口1排出，实现固气的充分分离(如图4所示)。

此外，分割叶片4的长度为凹槽根部到装置内壁的垂直距离，分割叶片4的高度为上下两层螺旋斜面轨道6之间的垂直距离减去弹簧夹9的高度，避免了其下移过程中下层的分割叶片4阻碍弹簧夹板9的打开，其厚度为弹簧夹板9的长度，其底部弧度与斜面轨道6弧度相同，保证了分割叶片4的顺利移动。

在生产过程中，每一层的物料并非完全塞满，每一层的上方留有一定的空间，方便热解气的通过，也避免了小孔10的因物料而发生堵塞。

优选的，螺旋斜面轨道6由陶瓷制成，能承受热解所带来的高温，微波能透过陶瓷材料，实现微波在空间内的充分利用。

利用本实施例的热解炭化装置进行微波热解过程如下：生物质由炉体底部的物料进口7进入热解炭化装置，随分割叶片4在螺旋斜面轨道6上缓慢上移，由于中心管8上的分割叶片4能贴合螺旋斜面轨道6前进，对轨道斜面上的生物质起到引导和推动作用；通过驱动电机可控制中心管8的旋转速度，进行可以调节控制分割叶片4的移动速度，实现生物质输送速度的可控性；通过螺旋斜面轨道6的设计和分割叶片4推进的方式，充分节约了生产空间，实现了生物质输送速度的可控性和微波吸收的均匀性；在生物质缓慢上移的过程中，微波发生器5发出微波对生物质进行热解炭化，炭化过程产生的热解气(含生物油)经微波热解炭化装置上部热解气出口1流出，实现固气分离；经过20min左右的热解反应后，热解完成的生物质炭从微波热解炭化装置上部的物料出口3排出，经冷却后进行储存。本实施例的装置热解效率高、反应速度快、可控性强、出炭率高，能实现生物质的大规模处理和生产自动化。

Claims (7)

1.一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，包括炉体和设置在炉体顶部的热解气出口，其特征在于，该装置包括微波发生器、中心管、驱动电机、分割叶片、螺旋斜面轨道、物料进口、物料出口、压力装置和弹簧夹板；所述物料进口和物料出口分别设置在炉体的底部和上部；微波发生器均匀安装在所述炉体的侧壁上；螺旋斜面轨道与所述炉体的内壁刚性连接；所述中心管垂直设置在所述炉体的中心位置，中心管由驱动电机驱动进行旋转；所述中心管的管壁上设有凹槽，凹槽中嵌入分割叶片，分割叶片可在凹槽内沿中心管的轴向运动；

所述中心管的顶部安装有压力装置，压力装置可对分割叶片产生向下的压力；所述螺旋斜面轨道上设有多个弹簧夹板，弹簧夹板与螺旋斜面轨道转动连接；当所述分割叶片受压下移时，弹簧夹板受压向下翻转；当所述分割叶片没有受压下移时，弹簧夹板与螺旋斜面轨道形成无缝隙的轨道。

2.如权利要求1所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，所述分割叶片的长度不大于所述凹槽的根部到所述炉体的内壁的垂直距离，分割叶片的高度不大于上下两层所述螺旋斜面轨道之间的垂直距离减去所述弹簧夹板的高度，分割叶片的厚度不大于所述弹簧夹板的长度，分割叶片的底部弧度与所述螺旋斜面轨道的弧度相同。

3.如权利要求2所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，在所述分割叶片的上部设有多个小孔。

4.如权利要求1～3任意之一所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，所述中心管的管壁上沿轴向对称设有两个凹槽，每个凹槽内嵌有多个分割叶片。

5.如权利要求1～3任意之一所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，所述螺旋斜面轨道的材料为陶瓷。

6.如权利要求1～3任意之一所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，在所述物料出口和物料进口处分别设有微波抑制器。

7.如权利要求1～3任意之一所述的一种螺旋式生物质连续微波热解炭化装置，其特征在于，所述压力装置采用往复式活塞结构，可在所述分割叶片行至活塞结构下方时向下施加压力。