CN105295972B - 自走式联合生物质碳化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自走式联合生物质碳化系统，在运动模块上载有联合生物质碳化机，联合生物质碳化机包括收割模块、粉碎模块、碳化模块、生物油收集模块和裂解气燃烧模块；收割模块通过第一物料输送烘干装置与粉碎模块连接，粉碎模块通过第二物料输送烘干装置与碳化模块连接，碳化模块通过第一油气输送管与生物油收集模块连接，生物油收集模块通过第二油气输送管与裂解气燃烧模块连接；裂解气燃烧模块燃烧产生的热量为碳化模块供热。本发明通过将移动、生物质的收割、粉碎、碳化、油气分离收集，以及裂解气的燃烧回收利用等功能集成于一体，可实现秸秆等生物质的现场碳化，为秸秆等生物质废弃物的大规模高值利用提供了可行的技术手段。

Description

自走式联合生物质碳化系统

技术领域

本发明涉及一种自走式联合生物质碳化系统，属于秸秆等生物质废弃物高值利用技术领域。

背景技术

中国是一个农业大国，主要粮食作物秸秆年产量约5亿吨，但有效利用率不足10%。如果能够以碳化的方式，将秸秆转化为化学性质稳定的黑炭，即生物炭，不仅可以固碳减排，还可以把中国农业纳入全球碳经济市场，从而为农民增收和农业可持续发展提供一个全新途径。

碳化利用是一个很有潜力的秸秆利用新途径。该途径可提供三种直接经济效 益：生物质废弃物高值利用、碳信用和节本增产。国际上要将该技术途径纳入联合国气候变化框架公约碳汇方法的呼声日益高涨。一旦该愿望变成现实，将为农业带来概念性变革，农业将不再是仅仅满足人们对粮食等农产品的需求，而更是一种经济活动。农民因在生产管理中采用了生物炭技术而成为世界碳经济市场的股票持有人。为此必须为秸秆等生物质的碳化利用做好技术准备。

秸秆碳化利用目前面临的问题是碳化技术。目前我国市场上已有的碳化技术和设备多以工厂式的定点碳化为特点，难以完成生物质的现场碳化任务。由于秸秆等生物质的运输和收集成本大，定点碳化的技术难以实现我国秸秆的大规模利用。正由于这一原因，目前已有的生物质碳化技术和设备没能够解决我国乃至一个地区的秸秆有效利用问题，秸秆焚烧现象十分严重。造成严重大气污染、资源浪费和社会危害。

要实现我国秸秆资源的碳化利用，必须解决秸秆的现场碳化技术问题。为此，我们研发了一种集移动、收割、粉碎，和生物油分离收集等功能于一体的自走式现场秸秆碳化技术和设备，为秸秆等生物质资源的碳化利用提供了一种有效的技术途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种自走式联合生物质碳化系统，集移动、生物质的收割、粉碎、烘干、碳化、油气分离收集，以及裂解气的燃烧利用等功能于一体，可以实现秸秆等生物质的现场碳化，克服现有技术的不足，将生物质高值利用提高到一个新台阶。

本发明的技术方案是：一种自走式联合生物质碳化系统，包括运动模块和载于运动模块之上的联合生物质碳化机，在所述运动模块上设有用于控制联合生物质碳化机的人工干预模块；所述联合生物质碳化机包括收割模块、粉碎模块、碳化模块、生物油收集模块和裂解气燃烧模块，其中收割模块用于对生物质原料进行收割，粉碎模块用于对生物质原料进行粉碎，碳化模块用于对生物质进行碳化，生物油收集模块用于对裂解油气进行油气分离，裂解气燃烧模块用于对裂解油气的燃烧；所述收割模块通过第一物料输送烘干装置与粉碎模块连接，所述粉碎模块通过第二物料输送烘干装置与碳化模块连接，所述碳化模块通过第一油气输送管与生物油收集模块连接，生物油收集模块通过第二油气输送管与裂解气燃烧模块连接；所述裂解气燃烧模块燃烧产生的热量为碳化模块供热。

优选地，所述碳化模块通过热量传输管道为第一物料输送烘干装置、第二物料输送烘干装置供热，该种方式能实现碳化模块溢出热量的进一步利用。

优选地，所述人工干预模块装配有温度显示装置，该温度显示装置又与安装在碳化模块上，用于监测生物质碳化温度的温度探测装置连接，这样驾驶人员能够实时观测碳化模块中的碳化温度，从而便于调整炭化炉的温度和碳化速度。

优选地，所述生物油收集模块包括喷淋冷却系统、生物油收集容器、生物油收集容器排放装置和裂解气输出管道，其中喷淋冷却系统分别与裂解气输出管道和生物油收集容器连接，生物油收集容器与生物油收集容器排放装置连接，该种结构简单，便于实现裂解油气的分离及收集。

优选地，所述人工干预模块分别与生物油收集可视装置和生物油收集容器排放装置连接，生物油收集可视装置又与布置在生物油收集容器内的油位传感器连接，这样驾驶员能够实时观测生物油收集容器中生物油的收集量，从而便于决定是否要进行裂解油的排空操作。

优选地，所述裂解气燃烧模块包括燃料燃烧器、裂解气接入装置、燃料储存装置、空气预热装置和空气接入装置，燃料燃烧器分别与裂解气接入装置、燃料储存装置和空气预热装置连接，空气预热装置又与空气接入装置连接，这种结构具有当分离的裂解气不够产生足够的热源时，可通过燃料储存装置补充燃油，当分离的裂解气能产生足够的热源时，即可关闭燃料储存装置。

优选地，所述空气接入装置与人工干预模块连接，这样便于控制裂解气燃烧模块的燃烧及关闭。

本发明的有益效果是：本发明中联合生物质碳化机通过将生物质的收割、粉碎、碳化、油气分离收集，以及裂解气的燃烧回收利用等功能集成于一体，并载于运动模块之上，可实现秸秆等生物质的现场碳化，为生物质废弃物的高值利用和规模化利用提供了技术条件。对农业生产而言，该自走式联合生物质碳化系统不仅可以从根本上解决秸秆焚烧及其大气污染问题，也为农业增收提供了新途径。

附图说明

图1是运动模块与联合生物质碳化机的总体结构图；

图2是联合生物质碳化机各功能模块及物料和热量传输路线图；

图3是碳化模块功能结构及控制流程图；

图4是生物油收集模块结构及控制流程图；

图5是裂解气燃烧模块结构及控制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明自走式联合生物质碳化系统，包括运动模块、收割模块、粉碎模块、碳化模块、生物油收集模块、裂解气燃烧模块和人工干预模块，其中运动模块用于承载联合生物质碳化机，选择一般车载机械；收割模块用于对生物质原料进行收割，选择一般秸秆收割机，根据秸秆类型和立地条件选择不同的收割刀头，如立于土地上的玉米秸秆选择玉米秸秆收割头，立于土地上的棉花秸秆选择棉花秸秆收割头；粉碎模块用于对生物质原料进行粉碎，选择一般切片式粉碎机；碳化模块用于对生物质进行碳化，选择专利申请号为2014202251739，授权公告号为CN203807395U的生物质碳化设备；生物油收集模块用于对裂解油气进行油气分离，它包括喷淋冷却系统、生物油收集容器、生物油收集容器排放装置和裂解气输出管道，其中喷淋冷却系统分别与裂解气输出管道和生物油收集容器连接，生物油收集容器与生物油收集容器排放装置连接，生物油收集容器排放装置采用电动阀门；裂解气燃烧模块用于对裂解油气的燃烧，选择市售燃料燃烧器，它包括燃料燃烧器、裂解气接入装置、燃料储存装置、空气预热装置和空气接入装置，燃料燃烧器为重油燃烧器、或柴油燃烧器、或煤气燃烧器、或天然所燃烧器。燃烧器分别与裂解气接入装置、燃料储存装置和空气预热装置连接，空气预热装置又与空气接入装置连接；人工干预模块用于实现联合生物质碳化机各种功能的控制，如运动模块的行驶控制，收割模块的收割控制，粉碎模块的粉碎控制，碳化模块的碳化控制，生物油收集模块的油气分离控制，以及裂解气燃烧模块的燃烧控制，选择常规PLC单片机集成。

具体地，联合生物质碳化机载于运动模块上，并通过人工干预模块实现联合生物质碳化机的各种功能控制。收割模块与粉碎模块之间通过第一物料输送烘干装置连接，第一物料输送烘干装置选择一般输送机，其外部套以烘干管道，既能实现生物质原料从收割模块到粉碎模块的输送，还能实现生物质原料的预热烘干。粉碎模块与碳化模块之间通过第二物料输送烘干装置连接，第二物料输送烘干装置选择外表套有加热烘干层的螺旋输送机，既能实现原料从粉碎模块到碳化模块的输送，还能实现已粉碎生物质原料的进一步烘干，以提高后续生物质碳化效果。碳化模块与生物油收集模块通过第一油气输送管连接，第一油气输送管选择一般油气输送管道，其一端安装在碳化设备的碳化腔体内，另一端与喷淋冷却系统的接入口连接，以实现碳化模块裂解油气接入到生物油收集模块的功能。生物油收集模块与裂解气燃烧模块通过第二油气输送管连接，第二油气输送管也选择一般油气输送管道，以实现从生物油收集模块分离出来的裂解气接入到裂解气燃烧模块上实现裂解气燃烧利用的功能。

另外，前述裂解气燃烧模块通过热量传输管道为碳化模块、第一物料输送烘干装置和第二物料输送烘干装置供热。

在碳化模块上安装有用于监测生物质碳化温度的温度探测装置，该温度探测装置与温度显示装置连接，温度显示装置又与人工干预模块连接。

在生物油收集容器内装配油位传感器，该油位传感器与生物油收集可视装置连接，生物油收集可视装置又与人工干预模块连接，人工干预模块又与生物油收集容器排放装置连接，人工干预模块还与生物质碎片输入系统和连续式高温干馏系统连接。

空气接入装置与人工干预模块连接，便于实现裂解气燃烧模块的燃烧控制。

本发明的工作原理为：运动模块带动联合生物质碳化机移动，在收割模块收割秸秆后，将秸秆输送到粉碎模块进行切碎，然后进入碳化模块碳化，碳化产生的油气经生物油收集模块油气分离后，裂解气作为裂解气燃烧模块的燃烧原料燃烧，燃烧产生的热量为碳化模块补充热能 ，从碳化模块溢出的热量输送到第一物料输送烘干装置、第二物料输送烘干装置作为烘干热源使用。

Claims (4)

1.一种自走式联合生物质碳化系统，其特征在于：包括运动模块和载于运动模块之上的联合生物质碳化机，在所述运动模块上设有用于控制联合生物质碳化机的人工干预模块；所述联合生物质碳化机包括收割模块、粉碎模块、碳化模块、生物油收集模块和裂解气燃烧模块，其中收割模块用于对生物质原料进行收割，粉碎模块用于对生物质原料进行粉碎，碳化模块用于对生物质进行碳化，生物油收集模块用于对裂解油气进行油气分离，裂解气燃烧模块用于对裂解油气的燃烧；所述收割模块通过第一物料输送烘干装置与粉碎模块连接，所述粉碎模块通过第二物料输送烘干装置与碳化模块连接，所述碳化模块通过第一油气输送管与生物油收集模块连接，生物油收集模块通过第二油气输送管与裂解气燃烧模块连接；所述裂解气燃烧模块燃烧产生的热量为碳化模块供热；所述碳化模块通过热量传输管道为第一物料输送烘干装置、第二物料输送烘干装置供热；所述裂解气燃烧模块包括燃烧器、裂解气接入装置、燃料储存装置、空气预热装置和空气接入装置，燃烧器分别与裂解气接入装置、燃料储存装置和空气预热装置连接，空气预热装置又与空气接入装置连接，所述空气接入装置与人工干预模块连接。

2.根据权利要求1所述的自走式联合生物质碳化系统，其特征在于：所述人工干预模块装配有温度显示装置，该温度显示装置又与安装在碳化模块上、用于监测生物质碳化温度的温度探测装置连接。

3.根据权利要求1所述的自走式联合生物质碳化系统，其特征在于：所述生物油收集模块包括喷淋冷却系统、生物油收集容器、生物油收集容器排放装置和裂解气输出管道，其中喷淋冷却系统分别与裂解气输出管道和生物油收集容器连接，生物油收集容器与生物油收集容器排放装置连接。

4.根据权利要求1或3所述的自走式联合生物质碳化系统，其特征在于：所述人工干预模块分别与生物油收集可视装置和生物油收集容器排放装置连接，生物油收集可视装置又与安装在生物油收集容器内的油位传感器连接。