CN105505416A - 一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，包括窑体以及设置在窑体内的回转炉，回转炉缓慢旋转，回转炉首端安装有炉头、末端安装有炉尾，炉头与进料装置相连，回转炉沿炉体长度方向依次分为若干区域，每个区域的窑体中均设置有独立测温装置，每个区域的窑体还分别设有若干点火装置、若干燃气管道及若干助燃气管道，所述回转炉内设置有导流片。通过将回转炉分区并控制每个区域窑体内燃气和空气的进气量进行分区域温度控制，能够独立控制回转炉各个区域处在不同温度，充分节约能源，提高炭化效率；通过回转炉的旋转和导流片的导向，令秸秆在回转炉内缓慢旋转前行，从而在回转炉内实现秸秆的干燥、预炭化和炭化过程。

Description

一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置

技术领域

本发明涉及一种生物质炭化装置，具体涉及一种分区控温回转式连续热解秸秆炭化装置。

背景技术

随着石油枯竭和生态环境恶化，寻找新的能源替代化石能源是当务之急，其中生物质能源近年来备受关注。农作物生物质——如秸秆是当今世界仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。

目前较为普遍的是将秸秆等生物质进行压缩直接当做固体燃料发电，这种方法存在能源利用率低、环境二次污染的不足。而秸秆的热解作为一种古老而又十分有效的处理方式，一直以来都得到大家的认可，无论是秸秆气化、液化，本质上都是秸秆的热解过程，使得秸秆的应用领域更加广阔。但现有的秸秆炭化设备普遍产量较低，能耗较大，热量损失严重，炭化品质差，生产效率低。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，采用连续进料方式，并施行分区控温加热，能够实现连续热解炭化，并有效降低能耗。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，包括窑体以及设置在窑体内的回转炉，所述回转炉缓慢旋转，回转炉首端安装有炉头、末端安装有炉尾，炉头与进料装置相连，所述回转炉沿炉体长度方向依次分为若干区域，每个区域的窑体中均设置有独立测温装置，测温装置用于测量回转炉各区域温度，每个区域的窑体还分别设有若干点火装置、若干燃气管道及若干助燃气管道，所述点火装置设置在窑体内，所述燃气管道和助燃气管道分别与窑体内连通，所述燃气管道和助燃气管道上分别设有比例调节阀，所述回转炉内设置有导流片。

进一步的，所述若干区域至少包括干燥区、预炭化区和炭化区。

进一步的，所述干燥区导流片安装角度为10°-15°，所述预炭化区和炭化区导流片安装角度为5°-7°。

进一步的，所述窑体通过烟气管道与进料斗相连。

进一步的，所述进料装置包括括进料斗、进料管道、液压缸推杆与推料头，进料斗与进料管道连通，进料管道一端连通至回转炉炉头，推料头伸入进料管道另一端中用于推送物料，推料头由液压缸推杆驱动。

进一步的，所述调节装置包括比例调节阀。

进一步的，所述窑体倾斜2°-5°。

进一步的，回转炉转速为0.2-1.5r/min。

进一步的，所述干燥区温度为275℃±25℃，所述预炭化区温度为275-400℃，所述炭化区温度≥500℃。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1.通过将回转炉分区并控制每个区域窑体内燃气和空气的进气量进行分区域温度控制，能够独立控制回转炉各个区域处在不同温度，充分节约能源，提高炭化效率；通过回转炉的旋转和导流片的导向，令秸秆在回转炉内缓慢旋转前行，从而在回转炉内实现秸秆的干燥、预炭化和炭化过程。由于各区域之间不进行物理分隔，有利于各区域之间高温烟气的流动，节省低温区的燃气用量。

2.回转炉的旋转与进料装置的连续推送进料相配合，能够实现炉内流畅进料和炉头自密封状态，提高进料和炭化效率。

3.窑体和回转炉具有2°-5°的倾斜角度，该角度与导流片相配合，更有利于物料的翻转前进使其干馏热解炭化完全，从而提高热解炭化效率。

4.利用窑体内的高温烟气对进料斗中的物料进行预热干燥处理，节约能源，提高效率。

5.回转炉的转速控制能够令秸秆物料在炉体中停留时间超过60min，使物料反应充分，炭化品质高。

附图说明

图1为本发明提供的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置整体结构示意图。

图2为图1的截面示意图。

附图标记列表：

1-进料管道，11-推料头，12-液压缸推杆，13-进料斗，2-炉头，22-前挡轮，23-前托轮，24-前托辊，3-窑体外壳，31-干燥区温度表，32-预炭化区温度表，33-热解炭化区温度表，34-比例调节阀，35-燃气管道，36-助燃气管道，37-自动点火器，38-热电偶测温装置，41-后挡轮，42-后托轮，43-后托辊，44-大链条齿轮，46-链条，47-伺服电机，48-导流片，5-膨胀接头，51-第一接头法兰，52-第二接头法兰，6-炉尾，62-炉尾盖板，63-喷淋装置，64-排气方形管道，8-窑体，81-排烟烟囱，82-烟气管道。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

请参阅附图1、2，图中的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，包括由耐火砖砌成的隧道窑体8，窑体壁厚为150mm，形成耐火保温层，在窑体外还包裹有窑体外壳3，外壳由8mm钢板制成；窑体内安装有回转炉4，回转炉4整体为长圆筒形，炉体首端安装有炉头2，炉头2连接着进料装置1，回转炉末端通过缓冲装置与炉尾6相连。缓冲装置包括膨胀接头5、以及连接在膨胀接头两端的第一接头法兰51和第二接头法兰52。回转炉尾6内部设有喷淋装置63，通过喷水给生物质炭降温，防止生物质炭温度过高遇到空气燃烧，炉尾6底部设有出炭口，炉尾6远离炉体的一端设有炉尾盖板62，炉尾顶部设有排气方形管道64，排气方形管道64可以连接各种尾气净化和回收装置。回转炉4由伺服电机47作为动力源，伺服电机带动小链条齿轮45并进一步通过链条46带动大链条齿轮44传动，大链条齿轮44最终带动回转炉4转动。回转炉4前后端还设有托辊组作为传动单元，其中后端托辊组包括后托轮42、后挡轮41以及设置在炉体后端上的后托辊43，前端托辊组包括前挡轮22、前托轮23以及安装在回转炉体4上的前托辊24。由图1、2中可以看出，传动装置均安装在窑体外部，传动机构简单可靠便于维护。

回转炉4由炉头至炉尾分为三个区域——干燥区、预炭化区、热解炭化区，每个区域设有测温装置和控温装置，每个区域中都设有测温热电偶，并分别在窑体外壁上设置干燥区温度表31、预炭化区温度表32、热解炭化区温度表33，各温度表能够显示炉体中各个区域内热电偶测得的温度。窑体两侧分别设有燃气进气调节阀和助燃气进气调节阀，图1中窑体每侧设有18个燃气进气口和18个助燃气进气口，这些燃气进气口沿炉体长度方向较为均匀地分布，各燃气进气口通过比例调节阀34和燃气管道35连接，助燃气进气口通过比例调节阀34和助燃气管道36（通入空气）连接，比例调节阀调节各燃气进气口和助燃气进气口的进气量。各燃气口与窑体内部的各个喷燃装置相连，喷燃装置头部设有自动点火器37。这样燃气管道35和助燃气管道36向窑体多处供应燃气和空气，通过监控各区域温度表并分别控制燃气管道上的比例调节阀和窑体内的自动点火器能够分别控制进气量和点火与否，从而在窑体各部分实现独立分开的温度控制。

在进行秸秆炭化时干燥区温度在275℃左右（275℃±25℃）；预炭化区温度275-400℃，热解炭化温度超过500℃。回转炭化炉转速控制在0.2-1.5r/min，从而控制秸秆物料在炉体中停留时间超过60min。炭化炉热解气出口温度在500℃左右，炉尾部出炭口温度500℃左右。干燥区、预炭化区、热解炭化区彼此之间并没有明显的物理界限，这样避免了分区明显导致区域之间温度梯度过大，在分区界限处存在较大应力的问题。在使用中，炭化区的高温烟气会部分流向低温区，能够节约低温区的燃气用量。

本发明中的回转炉还可以分为更多区域，只要在各个区域分别设置温度表，并调节这些区域部分的点火器、燃气和助燃气比例调节阀就可以实现更多区域的分区温度控制。例如想得到木煤气时，可分为：干燥区、预炭化区、炭化区和煅烧区。

在回转炉内设有贯通整个炉体的导流片48，导流片48沿回转炉内壁圆周面均匀设置，图2中设置有4片导流片，根据需要也可以设置更多导流片。导流片有利于物料在炉体内的翻转前行，导流片为弧形，不易卡料，同时导流片能够令物料在炉体内停留一定的时间。甚至我们可以令每个区域安装的导流片角度不同，在干燥区的安装角度为10°-15°之间，最初的秸秆物料能够在较短时间内通过干燥区，提高炭化效率；而在预炭化区和炭化区的安装角度为5°-7°，能够控制并降低秸秆料的流速，增长其在炉内的停留时间，从而保证秸秆炭化更充分。显然，由于需要的角度不同，干燥区和预炭化区、炭化区需要分别安装不同的导流片。

图1中的进料装置1包括进料斗13、进料管道1、液压缸推杆12与推料头11，进料斗13与进料管道连通，进料管道1一端连通至回转炉4炉头，而推料头11伸入进料管道1另一端中用于推送物料，推料头11由液压缸推杆驱动进行规律往复运动。秸秆碎料自进料斗13进入进料管道1中，液压缸推杆推动秸秆推料头推料到一定的距离后，推料头回程继续推料，前续物料由后续物料推动进入回转炉中，这样通过不断的进料，不断的堆积在管道内的秸秆料实现以料密封的作用，防止内外气体流通造成隐患，即能够流畅地进料，还能够做到进料通道自密封，提高的进料的效率。进料装置的角度可以独立调节，令其与回转炉形成一定的角度，这样进料管道和回转炉接口处的密封效果更好。更进一步的，在进料斗内还可设有螺旋送料杆，螺旋送料杆由送料驱动机构驱动。进料斗的物料下行方向与螺旋送料杆轴线方向一致。

此外，窑体内的高温烟气还能够通过排烟烟囱81经过烟气管道82直接输送到进料斗13，对进料斗13内的秸秆碎料进行预热干燥处理，节约能源，提高效率。当进料斗内设置螺旋送料杆时，送料杆能够令高温烟气与物料混合更为均匀，提高预热干燥效果。图1中，排烟烟囱设置在窑体头、尾，分别对应回转炉干燥区和热解炭化区，根据需要，在预炭化区位置窑体处也可以设置排烟烟囱81。

作为优选，在窑体底部还设有窑体底座7，炉头通过支架固定在窑体底座7上，窑体底座7由工字钢焊接而成，底座下部还有六个支撑脚71，通过调节各支撑脚的高度，能够令窑体及炭化炉具有一定的倾斜角度，该角度（窑体与水平面之间的夹角）以2°-5°为佳，回转炉也随之倾斜，其中炉头较高，炉尾较低。

使用本装置时，秸秆料首先在进料斗中预热，随即进入进料管道中，在推料头的作用下，秸秆料向回转炉方向行进一段距离，并被接连不断进入的后续物料推入回转炉中，在回转炉4的回转和炉内导流片48的作用下秸秆首先进入炉体干燥区，在此区域通过燃气和助燃气调节阀34将温度控制在275℃左右（275℃±25℃），通过干燥区温度表33实时监测此区域温度；炉体的回转速度保持在0.2-1.5r/min；干燥后的秸秆进入预炭化区，通过比例调节阀34控制进气量，通过预炭化区温度表实时监测，保持其温度在275℃-400℃之间；预炭化后的秸秆进入热解炭化区，温度控制在500℃左右。热解炭化后的生物质炭，经过膨胀接头5进入炉尾6，回转炉尾6内的喷淋装置63喷水给生物质炭降温，防止生物质炭温度过高遇到空气燃烧；其中排气方形管道64可以连接各种尾气净化和回收装置从而对气体进行二次利用。通过本装置进行秸秆的热解炭化品质高，有效节能达30%～50%。

本装置对物料的形状、含水率要求不高，可同时干馏热解固体废物、液体、胶体，对物料的适应性强。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，包括窑体以及设置在窑体内的回转炉，所述回转炉缓慢旋转，回转炉首端安装有炉头、末端安装有炉尾，炉头与进料装置相连，其特征在于：所述回转炉沿炉体长度方向依次分为若干区域，每个区域的窑体中均设置有独立测温装置，测温装置用于测量回转炉各区域温度，每个区域的窑体还分别设有若干点火装置、若干燃气管道及若干助燃气管道，所述点火装置设置在窑体内，所述燃气管道和助燃气管道分别与窑体内连通，所述燃气管道和助燃气管道上分别设有比例调节阀，所述回转炉内设置有导流片。

2.根据权利要求1所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述若干区域至少包括干燥区、预炭化区和炭化区。

3.根据权利要求2所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述干燥区导流片安装角度为10°-15°，所述预炭化区和炭化区导流片安装角度为5°-7°。

4.根据权利要求1所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述窑体通过烟气管道与进料斗相连。

5.根据权利要求1或4所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述进料装置包括括进料斗、进料管道、液压缸推杆与推料头，进料斗与进料管道连通，进料管道一端连通至回转炉炉头，推料头伸入进料管道另一端中用于推送物料，推料头由液压缸推杆驱动。

6.根据权利要求1所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述调节装置包括比例调节阀。

7.根据权利要求1所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述窑体倾斜2°-5°。

8.根据权利要求1或7所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：回转炉转速为0.2-1.5r/min。

9.根据权利要求2所述的分区控温回转式生物质连续热解炭化装置，其特征在于：所述干燥区温度为275℃±25℃，所述预炭化区温度为275-400℃，所述炭化区温度≥500℃。