CN105891253B - 一种钟罩式生物质微波热解试验装置 - Google Patents

一种钟罩式生物质微波热解试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钟罩式生物质微波热解试验装置，包括排气管道，还包括由吸波材料制成的钟罩式热解炉，该热解炉的炉壁外侧包覆有外保温层，热解炉底部开口处用隔热层封口，所述排气管道的一端与外界相通，排气管道的另一端依次穿过外保温层、热解炉的炉壁与热解炉的炉膛相通。本发明装置具有良好的密封性能，微波泄漏率低，安全可靠，可测试的生物质试样质量量程较大，能够获得较准确的实验参数；可实现生物质微波热裂解过程中样品重量和热解温度的在线测量，热解气相产物中的焦油不会在热解炉的炉壁上冷凝，配合在线气相分析仪器，可精确地测量相关数据，同时操作也很方便，非常适合于研究生物质微波热裂解的过程及其机理。

Description

一种钟罩式生物质微波热解试验装置
技术领域
本发明属于生物质微波热解技术领域，特别涉及一种钟罩式生物质微波热解试验装置。
背景技术
生物质能是一种有很大应用前景的清洁可再生能源。生物质热解可以获得可燃气体、生物油和生物炭等产物。在当今严峻的能源形势和环境压力下，生物质热解技术得以广泛应用。生物质微波热解因具有热解速度快、能量利用效率高等特点受到高度重视。
生物质微波热解过程伴随着十分复杂的物理化学反应，热解机理十分复杂，影响因素较多，而生物质微波热解过程和机理的研究，对开发、设计相应的热解装置和获取重要的控制参数具有十分重要的意义。
近年来，有关生物质微波热解装置的专利和文献较多，而用于生物质微波热解过程和机理研究的实验装置却很少。热重分析仪常被用来研究生物质的热解过程，但目前已有的热重分析仪没有采用微波热源，且传统的热重分析仪称量的量程很小，要求的物料粒度很小，这与工业应用的情况存在很大的差别，其结果就难以很好地指导生产实践。因此开发一台具有较大称重量程又能够精确测量过程变化和热解产物的生物质微波热解实验装置，用来研究生物质微波热解过程和机理，就显得十分必要。
山东大学赵希强等人设计了小型微波热解实验装置，整套装置包括微波发生和控制系统、谐振腔、质量测定系统、温度测定系统、热解及产物收集分析系统和数据采集系统。该实验装置能够实现物料重量和微波热解反应温度的在线采集与显示，热解反应产生的气相产物可导出，依次经过高温过滤装置、冷却装置、洗气装置、干燥装置后，采用气体分析仪进行气体成分的在线检测。但是整个反应在容积很小的石英容器中进行，装载的生物质样品量少，热解产生的气相产物在引出管道的壁面可能部分冷凝，会影响气相产物的测试结果，特别是石英容器的接入端和输出端均用管连接，这会较大地影响电子天平测量试样重量的准确性。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种钟罩式生物质微波热解试验装置，用于研究生物质微波热解过程和机理。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种钟罩式生物质微波热解试验装置，包括排气管道，还包括由吸波材料制成的钟罩式热解炉，该热解炉的炉壁外侧包覆有外保温层，热解炉底部开口处用隔热层封口，所述排气管道的一端与外界相通，排气管道的另一端依次穿过外保温层、热解炉的炉壁与热解炉的炉膛相通。
借由上述结构，热解炉的炉壁由吸波材料制成，在微波加热过程中能保持较高的温度，可防止生物质热裂解过程产生的气相产物中的焦油在热解炉内壁冷凝，不会对气相产物的测试结果造成影响。
进一步地，还包括隔热层下方的在线天平，热解炉炉膛内的装料匣钵和内保温层，该装料匣钵由微波透射材料制作而成，所述内保温层位于装料匣钵底部，在线天平的支撑杆穿过隔热层并与内保温层相连。
装料匣钵容积较大，可装载较多的生物质样品，对样品粒度、样品层厚度等参数开展实验研究。保温层的设计可减少装料匣钵的传热损失，有利于装料匣钵内的生物质物料快速升温，同时防止热量向下传递以免影响在线天平正常工作。
进一步地，还包括充气管道，所述内保温层和隔热层之间具有间隙，所述充气管道的一端与外界相通，充气管道的另一端依次穿过外保温层、热解炉的炉壁与热解炉的炉膛相通，充气管道的开口正对内保温层和隔热层之间的间隙。
充气管道安装在热解炉的下侧，实验前用惰性气体置换炉膛内的空气，避免空气对生物质微波热解过程的影响；实验时通入一定流量的惰性气体，可阻断生物质热解气相产物从支撑杆与隔热层之间的缝隙中逸出。
进一步地，热解炉上还设有热电偶，该热电偶的测量端伸入装料匣钵内。
热电偶用于实时测量物料的温度，热电偶需靠近物料并不与物料相接触，避免影响在线天平的测量结果。
进一步地，包括微波源，所述微波源安装在热解炉的侧上方。
作为一种优选方式，所述排气管道设于热解炉顶部。
排气管道作为热解产物导出管道，设于热解炉顶部，与装料匣钵不相连接，可实现试样样品重量的精确测量。
作为一种优选方式，所述热电偶设于热解炉顶部。
热电偶设于热解炉顶部，方便安装和维护。
进一步地，包括位于地面上的机架和升降台，所述热解炉固设于机架上段，所述在线天平和隔热层设于升降台上并可随升降台一起升降。
装料匣钵和内保温层由在线天平的支撑杆支撑，可与升降台一起升降。实验人员通过操控升降台，可方便地进行加料。
进一步地，所述升降台和热解炉之间采用砂封或水封。
升降台和热解炉之间采用砂封或水封，避免空气进入热解炉炉膛。
进一步地，所述升降台底部设有滚轮。
滚轮的设置可以方便移动整个实验装置。
本发明装置具有良好的密封性能，微波泄漏率低，安全可靠，可测试的生物质试样质量量程较大，全面考虑了可能对实验参数造成影响的外部条件，能够获得较准确的实验参数；可实现生物质微波热裂解过程中样品重量和热解温度的在线测量，热解气相产物中的焦油不会在热解炉的炉壁上冷凝，配合在线气相分析仪器，可精确地测量相关数据，同时操作也很方便，非常适合于研究生物质微波热裂解的过程及其机理。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
其中，1为微波源，2为热电偶，3为排气管道，4为外保温层，5为机架，6为装料匣钵，7为热解炉，8为内保温层，9为隔热层，10为升降台，11为充气管道，12为支撑杆，13为滚轮，14为在线天平。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一实施例包括微波源1和排气管道3，还包括由吸波材料制成的钟罩式热解炉7，所述微波源1安装在热解炉7的侧上方。该热解炉7的炉壁外侧包覆有外保温层4，热解炉7底部开口处用隔热层9封口，所述排气管道3的一端与外界相通，排气管道3的另一端依次穿过外保温层4、热解炉7的炉壁与热解炉7的炉膛相通。
本发明还包括隔热层9下方的在线天平14，热解炉7炉膛内的装料匣钵6和内保温层8，该装料匣钵6由微波透射材料制作而成，所述内保温层8位于装料匣钵6底部，在线天平14的支撑杆12穿过隔热层9并与内保温层8相连。
本发明还包括充气管道11，所述内保温层8和隔热层9之间具有间隙，所述充气管道11的一端与外界相通，充气管道11的另一端依次穿过外保温层4、热解炉7的炉壁与热解炉7的炉膛相通，充气管道11的开口正对内保温层8和隔热层9之间的间隙。其中图1中箭头所示方向为惰性气体充入方向。
热解炉7上还设有热电偶2，该热电偶2的测量端伸入装料匣钵6内。
所述排气管道3和热电偶2设于热解炉7顶部。
本发明还包括位于地面上的机架5和升降台10，所述热解炉7固设于机架5上段，所述在线天平14和隔热层9设于升降台10上并可随升降台10一起升降。
所述升降台10为手动升降台10，升降台10和热解炉7之间采用砂封或水封。升降台10底部设有滚轮13。

Claims (8)

1.一种钟罩式生物质微波热解试验装置，包括排气管道（3），其特征在于，还包括由吸波材料制成的钟罩式热解炉（7），该热解炉（7）的炉壁外侧包覆有外保温层（4），热解炉（7）底部开口处用隔热层（9）封口，所述排气管道（3）的一端与外界相通，排气管道（3）的另一端依次穿过外保温层（4）、热解炉（7）的炉壁与热解炉（7）的炉膛相通；所述排气管道（3）入口开设于钟罩式热解炉（3）顶部；还包括隔热层（9）下方的在线天平（14），热解炉（7）炉膛内的装料匣钵（6）和内保温层（8），该装料匣钵（6）由微波透射材料制作而成，所述内保温层（8）位于装料匣钵（6）底部，在线天平（14）的支撑杆（12）穿过隔热层（9）并与内保温层（8）相连；还包括充气管道（11），所述内保温层（8）和隔热层（9）之间具有间隙，所述充气管道（11）的一端与外界相通，充气管道（11）的另一端依次穿过外保温层（4）、热解炉（7）的炉壁与热解炉（7）的炉膛相通，充气管道（11）的开口正对内保温层（8）和隔热层（9）之间的间隙；所述在线天平（14）和隔热层（9）设于升降台（10）上并可随升降台（10）一起升降。
2.如权利要求1所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，热解炉（7）上还设有热电偶（2），该热电偶（2）的测量端伸入装料匣钵（6）内。
3.如权利要求1所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，包括微波源（1），所述微波源（1）安装在热解炉（7）的侧上方。
4.如权利要求1所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，所述排气管道（3）设于热解炉（7）顶部。
5.如权利要求2所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，所述热电偶（2）设于热解炉（7）顶部。
6.如权利要求1所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，包括位于地面上的机架（5）和升降台（10），所述热解炉（7）固设于机架（5）上段。
7.如权利要求6所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，所述升降台（10）和热解炉（7）之间采用砂封或水封。
8.如权利要求6或7所述的钟罩式生物质微波热解试验装置，其特征在于，所述升降台（10）底部设有滚轮（13）。
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