CN105969415A - 连续式生物质炭气联产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式生物质炭气联产装置，炉体设置于支撑架上，在炉体顶部设置有进料口以及进料斗，在炉体底部设置有出料口以及卸料斗；炉体内腔从上至下依次设置有干燥室和碳化室；在碳化室顶部的炉体侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体进口，气体进口通过进气管道与燃烧室的出气口相连通；在卸料斗侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体出口，气体出口通过抽气管道与喷嘴相连接，喷嘴的喷嘴头密封穿过燃烧室上的通孔后伸入燃烧室内，在抽气管道上设置有抽气装置；在碳化室底部设置有筛孔板，碳化室与出料口之间通过筛孔板分隔，筛孔板由驱动装置驱动。该装置工作过程中产生的焦油含量少，得到的生物炭及可燃气体热值高。

Description

连续式生物质炭气联产装置

技术领域

本发明涉及生物质碳化技术领域，尤其涉及一种能产生生物炭及可燃气体的连续式生物质炭气联产装置。

背景技术

我国是木炭生产大国，每年木炭产量高达千万吨，随着国民经济的快速发展，木炭的需求量也逐年上升。同时，我国还是农业生产大国，每年农作物秸秆等生物质废弃物约为70亿吨左右，但其利用率仅为20％，而树枝、锯末、稻壳等生物质废弃物也有上亿吨被白白浪费掉。生物质碳化技术能有效地将这些生物质废弃物转化为生物质碳化产物——可燃气体和生物炭即木炭，这样就能大大降低对天然木材的需求量，从而有效地保护林业资源。生物质碳化就是利用热化学反应原理，以木屑、农作物秸秆、果壳等生物质废弃物作为生物质原料来制备绿色可再生燃料。在碳化过程中，生物质原料中多余的水分及挥发物被脱除，生物质原料中的纤维素、半纤维素、木质素等被部分分解，最终完成炭气联产得到生物质碳化产物。

目前常用的生物质碳化装置为手工碳化窑和半工业碳化釜，这两种生物质碳化装置在工作过程中始终需要依靠外界提供热能来对生物质原料进行高温碳化，碳化加热时间至少需要10天左右，碳化时间长、产率低、能耗高，而且在碳化过程中产生污染气体的程度更甚于将生物质原料直接焚烧所产生污染气体的程度，严重污染了环境。除此之外，上述两种生物质碳化装置均为间歇性的手工作业，无法实现连续生产，产量不高，并且碳化温度无法精确掌控，对技术工操作经验的依赖性比较强，得到的生物质碳化产物含量也不稳定，品质较差。也有部分采用炭气联产装置制炭及可燃气体，目前市场上常见的炭气联产装置在炭化过程中均会产生大量焦油，焦油具有相当大的危害性：降低生物质气化效率，影响生物质炭化品质及产率，焦油液化后容易堵塞管道，腐蚀金属，影响生物质炭化的正常运行，损害炭气联产装置，缩短炭气联产装置的使用寿命，焦油以及其燃烧后产生的气味对人体均有害，严重污染了周围的环境。目前一般采用水洗法去除炭气联产装置炭化过程中产生的焦油，但是水洗后的废水难以处理，回收利用难度大，严重污染水资源。

发明内容

本发明所需解决的技术问题是：提供一种炭化效率高、焦油含量少的连续式生物质炭气联产装置。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的连续式生物质炭气联产装置，包括：支撑架和带内腔的炉体，炉体设置于支撑架上，在炉体顶部设置有进料口以及进料斗，进料斗通过闸阀与进料口相连接，在炉体底部设置有出料口以及与出料口相连通的卸料斗；炉体内腔从上至下依次设置有干燥室和碳化室,干燥室与炉体顶部的进料口相连通，碳化室与炉体底部的出料口相连通；在碳化室顶部的炉体侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体进口，气体进口通过进气管道与燃烧室的出气口相连通，燃烧室内燃烧产生的高温烟气能通过气体管道、气体进口进入炉体内腔中；在卸料斗侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体出口，气体出口通过抽气管道与喷嘴相连接，喷嘴的喷嘴头密封穿过燃烧室上的通孔后伸入燃烧室内，在抽气管道上设置有抽气装置，在抽气装置的作用下，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体通过气体出口、抽气管道、喷嘴进入燃烧室内燃烧产生高温烟气；在碳化室底部设置有筛孔板，碳化室与出料口之间通过筛孔板分隔，筛孔板由驱动装置驱动，在驱动装置的驱动下筛孔板转动，从而使碳化室内炭化后的生物炭通过筛孔板上的各筛孔掉落至卸料斗中。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在与碳化室顶部相对的炉体侧壁中设置有中空的封闭腔室，气体进口设置于炉体外侧壁上且气体进口与封闭腔室相连通，在碳化室顶部的炉体内侧壁上开设有若干第一通孔，炉体内腔通过各第一通孔与封闭腔室相连通，燃烧室内燃烧产生的高温烟气通过气体管道、气体进口、封闭腔室及各第一通孔进入炉体内腔中。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在卸料斗中横向设置有出气管道，出气管道后端密封穿过气体出口后与抽气管道相连接，在出气管道下端开设有若干第二通孔，在抽气装置的作用下，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体能通过各第二通孔、出气管道、抽气管道、喷嘴进入燃烧室中。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在位于出气管道下方的卸料斗侧壁上设置有炉底料位计。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在碳化室底部的炉体内腔壁上设置有向内凹进的搁置槽，在筛孔板上设置有能伸入搁置槽中的第一连接板，第一连接板搁置于搁置槽中，从而将筛孔板悬空设置于碳化室底部；在搁置槽下方的炭化室内腔壁上还设置有至少二个支撑座，每个支撑座均由上支撑座和下支撑座构成，各工字形滚轮通过销轴支承设置于对应的上支撑座和下支撑座之间，在筛孔板下端设置有能伸入各工字形滚轮的凹槽中的第二连接板，第二连接板搁置于各工字形滚轮的凹槽中，筛孔板在驱动装置的驱动下转动时，第二连接板和各工字形滚轮相对转动。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，所述的驱动装置的结构为：在炉体外侧设置有驱动电机，驱动电机的电机轴与齿轮轴相连接，齿轮轴后端通过卸料斗上的通孔密封伸入卸料斗内，在伸入卸料斗内的齿轮轴上设置有第一锥齿轮，在筛孔板下端设置有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，驱动电机通过第一锥齿轮与第二锥齿轮的啮合传动来驱动筛孔板转动。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在炉体外侧还设置有将生物质原料输送至进料斗中的进料装置，所述的进料装置为提升机；在卸料斗下方还设置有出料装置，所述的出料装置为出料绞龙，卸料斗的出料口与出料绞龙的进料口密封连接。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在卸料斗外侧设置有使卸料斗中的生物炭冷却的冷却装置。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，所述的抽气装置为引风机。

进一步地，前述的连续式生物质炭气联产装置，其中，在炉体顶部设置有与干燥室相连通的气体管道以及将气体管道封盖住的封盖；在干燥室顶部设置有炉顶料位计；在干燥室和碳化室的的炉体侧壁上、卸料斗侧壁上以及进气管道上均分别设置有热电偶，在干燥室和碳化室的炉体侧壁上还设置有人孔。

本发明的有益效果是：(1)该装置结构简单，制造成本低，仅在装置启动初始阶段需要由外部提供热能，在装置正常工作高温碳化产生可燃气体后，炭化所需的热能则不需要由外界提供，能耗低，碳化过程中的能量利用率高；而且在碳化过程中无废气排放；(2)在炭化过程中采用高温烟气从炭化室顶部向下流动、炭化产生的可燃气体从炭化室底部流出的方式，传热效率高，能有效促进生物质原料的炭化，大大提高了碳化速率，生物质原料干燥、碳化全过程由原来的10小时缩短到8小时，此外还能有效降低可燃气体中的焦油含量，提高可燃气体及生物炭的品质；(3)采用该装置无需设置焦油去除装置，简化了装置的结构，大大降低制造成本，且不会污染水资源。

附图说明

图1是本发明所述的连续式生物质炭气联产装置的结构示意图。

图2是图1中去除支撑架以及进料装置后的连续式生物质炭气联产装置的内部结构示意图。

图3是图2中炭化室顶部的局部结构示意图。

图4所图3中A部分的局部放大结构示意图图。

图5是图2中炭化室底部的局部结构示意图。

图6是图5中B部分的局部放大结构示意图。

图7是图5中筛孔板与支撑座的连接结构示意图。

图8是图5中E部分的局部放大结构示意图。

图9是图2中卸料斗的局部结构示意图。

图10是图9中F部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明所述的连续式生物质炭气联产装置，包括：支撑架1和带内腔的炉体2，炉体2设置于支撑架1上，在炉体2的顶部设置有进料口21以及进料斗31，进料斗31通过闸阀32与炉体2的进料口21相连接，在炉体2的底部设置有出料口22以及与出料口22相连通的卸料斗33。在实际使用过程中，在支撑架1上从下至上间隔设置有若干平台11，在支撑架1上还设置有能到达任一平台11的梯子。炉体2的内腔从上至下依次设置有干燥室23和碳化室24,干燥室23与炉体2顶部的进料口21相连通，碳化室24与炉体2底部的出料口22相连通。在碳化室24顶部的炉体侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体进口25，气体进口25通过进气管道41与燃烧室5的出气口51相连通，燃烧室5内燃烧产生的高温烟气能通过气体管道41、气体进口25进入炉体内腔中。在卸料斗33的侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体出口34，气体出口34通过抽气管道42与喷嘴6相连接，喷嘴6的喷嘴头61穿过燃烧室5上的通孔后伸入燃烧室5内。在抽气管道42上设置有抽气装置，本实施例中抽气装置采用引风机43。启动引风机43，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体通过气体出口34、抽气管道42、喷嘴6进入燃烧室5内燃烧产生高温烟气。在碳化室24的底部设置有筛孔板7，碳化室24与炉体2的出料口22之间通过筛孔板7分隔，筛孔板7由驱动装置驱动，在驱动装置的驱动下筛孔板7转动，从而使碳化室24内炭化后的生物炭通过筛孔板7上的各筛孔掉落至卸料斗33中。

如图1所示，本实施例中在炉体2的外侧还设置有将生物质原料输送至进料斗31中的进料装置，本实施例中进料装置采用提升机10。在卸料斗33下方还设置有出料装置，本实施例中出料装置采用出料绞龙20，卸料斗33的出料口与出料绞龙20的进料口密封连接。工作时，从卸料斗33的出料口输出的生物炭温度较高，将卸料斗33的出料口与出料绞龙20的进料口密封连接，这样可以避免出现从卸料斗33的出料口输出的高温生物炭因接触外界含氧空气而燃烧的现象，此外还能通过出料绞龙20在出料运输过程中使生物炭在出料绞龙20中降温，保证从出料绞龙20的出料口输出的生物炭不会出现与空气接触而燃烧的现象。在实际操作中，为使生物炭冷却更加充分，通常还会在卸料斗33的外侧设置有使卸料斗33中的生物炭冷却的冷却装置，冷却装置可以水冷装置、风冷装置等，水冷装置可以采用能套设在卸料斗33上的水套，通过水套中的冷却水对卸料斗33中的生物炭间接冷却。本实施例中，在炉体2的顶部设置有与干燥室23相连通的气体管道以及将气体管道封盖住的封盖，在实际使用过程中气体管道通常处于被封盖封住状态，当炉体内腔中需要氧气时，可将封盖打开，为炉体内腔中补充氧气。本实施例中，在干燥室23的顶部还设置有炉顶料位计81。在干燥室23和碳化室24的的炉体侧壁上、卸料斗33的侧壁上以及进气管道41上均分别设置有热电偶83，在干燥室23和碳化室24的炉体侧壁上还设置有人孔84。

如图3和图4所示，为使进入炭化室24中的高温烟气能更均匀的与炭化室24中的生物炭接触换热，从而使位于炭化室24中的生物炭炭化更加充分，在与碳化室24顶部相对的炉体侧壁中设置有中空的封闭腔室26，气体进口25设置于炉体外侧壁上且气体进口25与封闭腔室26相连通，在碳化室24顶部的炉体内侧壁上开设有若干第一通孔261，炉体内腔通过各第一通孔261与封闭腔室26相连通，燃烧室5内燃烧产生的高温烟气能通过气体管道41、气体进口25、封闭腔室26及各第一通孔261进入炉体内腔中。如图9和图10所示，在卸料斗33中横向设置有出气管道44，出气管道44后端密封穿过气体出口34后与抽气管道42相连接，在出气管道44下端开设有若干第二通孔441，启动引风机43，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体能通过各第二通孔441、出气管道44、抽气管道42、喷嘴6进入燃烧室5中。本实施例中在位于出气管道44下方的卸料斗33的侧壁上设置有炉底料位计82，通过炉底料位计82保证掉落至卸料斗33中的生物炭不会堵住出气管道44下端的各第二通孔441。

如图5、图6、图7和图8所示，在碳化室24底部的炉体内腔壁上设置有向内凹进的搁置槽221，在筛孔板7上设置有能伸入搁置槽221中的第一连接板71，第一连接板71搁置于搁置槽221中，从而将筛孔板7悬空设置于碳化室24的底部；在搁置槽221下方的炭化室24的内腔壁上还设置有至少二个支撑座，每个支撑座均由上支撑座222和下支撑座223构成，各工字形滚轮224通过销轴225支承设置于对应的上支撑座222和下支撑座223之间，在筛孔板7的下端设置有能伸入各工字形滚轮224的凹槽226中的第二连接板72，第二连接板72搁置于各工字形滚轮224的凹槽226中，筛孔板7在驱动装置的驱动下转动时，第二连接板72和各工字形滚轮224相对转动。本实施例中所述的驱动装置的结构为：在炉体2的外侧设置有驱动电机9，驱动电机9的电机轴91与齿轮轴92相连接，齿轮轴92的后端通过卸料斗33上的通孔密封伸入卸料斗33内，在伸入卸料斗33内的齿轮轴92上设置有第一锥齿轮93，在筛孔板7下端设置有与第一锥齿轮93相啮合的第二锥齿轮73，驱动电机9通过第一锥齿轮93与第二锥齿轮73的啮合传动来驱动筛孔板7转动。本实施例中，如图7所示，在筛孔板7下端还设置有上端大、下端小的圆锥筒体70，第二连接板72及第二锥齿轮73设置于圆锥筒体70上。筛孔板7在驱动装置的驱动下转动时，堆积于筛孔板7上的生物炭能通过各筛孔、圆锥筒体70掉落至卸料斗33中。

该连续式生物质炭气联产装置的工作过程如下：打开闸阀32，破碎后的生物质原料经提升机10、进料斗31、闸阀32掉落至炉体内腔中，掉落至炉体内腔中的生物质原料堆积于筛孔板7上，当炉体内腔中的生物质原料堆积的高度到达炉顶料位计81后停止进料并关闭闸阀32。打开引风机43，并使燃烧室5燃烧产生高温烟气，装置启动初始阶段可在燃烧室5内放置可燃物，通过燃烧可燃物产生高温烟气，当装置正常工作高温炭化产生可燃气体后，即可通过燃烧可燃气体产生高温烟气，而无需再往燃烧室5内添加可燃物。高温烟气通过气体管道41、气体进口25、封闭腔室26及各第一通孔261进入炉体内腔中，并在引风机43的作用下向下流动，与堆积于炭化室24中的生物质原料接触换热进行高温炭化产生生物炭和可燃气体，高温炭化产生的可燃气体在引风机43的作用下，通过各第二通孔441、出气管道44、抽气管道42、喷嘴6进入燃烧室5中燃烧产生高温烟气。当堆积于筛孔板7上的生物质原料充分炭化形成生物炭后，启动驱动装置驱动筛孔板7转动，堆积于筛孔板7上的生物炭能通过筛孔板7上的各筛孔掉落至卸料斗33中。当卸料斗33中的生物炭堆积的高度到达炉底料位计82后使筛孔板7停止转动，此时又可通过提升机进行进料作业了，位于卸料斗33中的生物炭则通过出料绞龙20输出。在高温烟气与炭化室24中的生物质原料高温炭化的过程中，炭化室24内的温度能够对干燥室23中的生物质原料进行烘干处理。在炭化过程中采用高温烟气从炭化室24顶部向下流动、炭化产生的可燃气体从炭化室24底部流出的方式，保证炭化室24中的温度不低于高温炭化反应的温度，大大提高了生物质原料炭化速率，此外焦油对温度非常敏感，在高温环境能裂解充分，从而大大降低了可燃气体中焦油的含量，提高了生物炭及可燃气体的热值。

表1列举出了连续式生物质炭气联产装置在炉体高度相同、炉体内直径不同的情况下得到的生物炭和可燃气体的产量及热值参数。从表1中可以看出，炉体的体积越大，进料量、炭产量、可燃气体产量也越大。炭化过程中采用高温烟气从炭化室24顶部向下流动、炭化产生的可燃气体从炭化室24底部流出的方式，得到的生物炭的热值高达7000-8000kcal/kg，可燃气体的热值高达1250kcal/m³。

表1.炉体体积对生物炭及可燃气体参数的影响

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

本发明的有益效果是：(1)该装置结构简单，制造成本低，仅在装置启动初始阶段需要由外部提供热能，在装置正常工作高温碳化产生可燃气体后，炭化所需的热能则不需要由外界提供，能耗低，碳化过程中的能量利用率高；而且在碳化过程中无废气排放；(2)在炭化过程中采用高温烟气从炭化室24顶部向下流动、炭化产生的可燃气体从炭化室24底部流出的方式，传热效率高，能有效促进生物质原料的炭化，大大提高了碳化速率，生物质原料干燥、碳化全过程由原来的10小时缩短到8小时，此外还能有效降低可燃气体中的焦油含量，提高可燃气体及生物炭的品质；(3)采用该装置无需设置焦油去除装置，简化了装置的结构，大大降低制造成本，且不会污染水资源。

Claims (10)

1.连续式生物质炭气联产装置，包括：支撑架和带内腔的炉体，炉体设置于支撑架上，在炉体顶部设置有进料口以及进料斗，进料斗通过闸阀与进料口相连接，在炉体底部设置有出料口以及与出料口相连通的卸料斗；其特征在于：炉体内腔从上至下依次设置有干燥室和碳化室,干燥室与炉体顶部的进料口相连通，碳化室与炉体底部的出料口相连通；在碳化室顶部的炉体侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体进口，气体进口通过进气管道与燃烧室的出气口相连通，燃烧室内燃烧产生的高温烟气能通过气体管道、气体进口进入炉体内腔中；在卸料斗侧壁上设置有与炉体内腔相连通的气体出口，气体出口通过抽气管道与喷嘴相连接，喷嘴的喷嘴头密封穿过燃烧室上的通孔后伸入燃烧室内，在抽气管道上设置有抽气装置，在抽气装置的作用下，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体通过气体出口、抽气管道、喷嘴进入燃烧室内燃烧产生高温烟气；在碳化室底部设置有筛孔板，碳化室与出料口之间通过筛孔板分隔，筛孔板由驱动装置驱动，在驱动装置的驱动下筛孔板转动，从而使碳化室内炭化后的生物炭通过筛孔板上的各筛孔掉落至卸料斗中。

2.按照权利要求1所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在与碳化室顶部相对的炉体侧壁中设置有中空的封闭腔室，气体进口设置于炉体外侧壁上且气体进口与封闭腔室相连通，在碳化室顶部的炉体内侧壁上开设有若干第一通孔，炉体内腔通过各第一通孔与封闭腔室相连通，燃烧室内燃烧产生的高温烟气能通过气体管道、气体进口、封闭腔室及各第一通孔进入炉体内腔中。

3.按照权利要求1所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在卸料斗中横向设置有出气管道，出气管道后端密封穿过气体出口后与抽气管道相连接，在出气管道下端开设有若干第二通孔，在抽气装置的作用下，炉体内腔中的生物质原料炭化产生的可燃气体通过各第二通孔、出气管道、抽气管道、喷嘴进入燃烧室中。

4.按照权利要求3所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在位于出气管道下方的卸料斗侧壁上设置有炉底料位计。

5.按照权利要求1、2或3所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在碳化室底部的炉体内腔壁上设置有向内凹进的搁置槽，在筛孔板上设置有能伸入搁置槽中的第一连接板，第一连接板搁置于搁置槽中，从而将筛孔板悬空设置于碳化室底部；在搁置槽下方的炭化室内腔壁上还设置有至少二个支撑座，每个支撑座均由上支撑座和下支撑座构成，各工字形滚轮通过销轴支承设置于对应的上支撑座和下支撑座之间，在筛孔板下端设置有能伸入各工字形滚轮的凹槽中的第二连接板，第二连接板搁置于各工字形滚轮的凹槽中，筛孔板在驱动装置的驱动下转动时，第二连接板和各工字形滚轮相对转动。

6.按照权利要求5所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：所述的驱动装置的结构为：在炉体外侧设置有驱动电机，驱动电机的电机轴与齿轮轴相连接，齿轮轴后端通过卸料斗上的通孔密封伸入卸料斗内，在伸入卸料斗内的齿轮轴上设置有第一锥齿轮，在筛孔板下端设置有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，驱动电机通过第一锥齿轮与第二锥齿轮的啮合传动来驱动筛孔板转动。

7.按照权利要求1所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在炉体外侧还设置有将生物质原料输送至进料斗中的进料装置，所述的进料装置为提升机；在卸料斗下方还设置有出料装置，所述的出料装置为出料绞龙，卸料斗的出料口与出料绞龙的进料口密封连接。

8.按照权利要求1或7所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在卸料斗外侧设置有使卸料斗中的生物炭冷却的冷却装置。

9.按照权利要求1所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：所述的抽气装置为引风机。

10.按照权利要求1所述的连续式生物质炭气联产装置，其特征在于：在炉体顶部设置有与干燥室相连通的气体管道以及将气体管道封盖住的封盖；在干燥室顶部设置有炉顶料位计；在干燥室和碳化室的的炉体侧壁上、卸料斗侧壁上以及进气管道上均分别设置有热电偶，在干燥室和碳化室的炉体侧壁上还设置有人孔。