CN106318408A - 一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产生物质燃料的设备，尤其涉及一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，包括炉体，炉体内部设置有炭化腔室，且开设有与炭化腔室连通的进料口、生物质炭出口、燃气出口；传送旋转轴，传送旋转轴同轴设置在炉体内部，且其两端与炉体旋转密封连接；传送旋转轴内部设置有燃烧腔室，外部设置有螺旋叶片；传送旋转轴上开设有连通燃烧腔室与炭化腔室的至少一个第一导气孔，开设有与燃烧腔室连通的进气口以及烟气出口；第一驱动装置，驱动传送旋转轴在炉体内部旋转。本发明螺旋推进式生物质连续炭化一体炉能实现，炭化炉即可用作炭化炉又可用作气化炉，所需燃料自供给，燃烧产生的烟气用于物料干燥，结构简单，制造成本低。

Description

一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉

技术领域

本发明涉及一种生产生物质燃料的设备，尤其涉及一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉。

背景技术

我国生物质资源丰富，包括农业废弃物、林业废弃物及部分工业有机废弃物，主要有秸秆、木屑、刨花、锯末、甘蔗渣、生活垃圾、城镇污泥等，通常采用直接燃烧的方式进行利用，燃烧利用率低，浪费了宝贵的能源物质，并且燃烧过程中产生一氧化碳、氮氧化物以及粉尘等，造成大气污染。随着生物质能源的研究和开发，可以通过干馏产生燃气以及生物质炭来实现生物质的资源化利用，而炭化炉则是实现该用途的主要设备。

目前现有技术的炭化炉或者气化炉功能都较为单一，不能根据实际生产需要担任炭化炉与气化炉的双重角色；在生物质热解炭化或者裂解气化过程中需要大量燃料提供反应所需的热量，虽然一些设备通过改良后可以利用自身物料反应过程中产生的燃气用作反应所需燃料，但设备结构通常比较复杂，制造成本高，存在无法连续操作的缺点；燃料燃烧过程产生的烟气直接排放，污染大气，造成了能源浪费；收集的燃气纯净度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，通过炭化炉内部结构的优化设计配合烟气循环利用装置以及燃气循环利用装置的设置，能实现炭化炉即可用于各类生物质热解炭化亦可用于生物质裂解气化的多种功能；炭化过程所需燃料自行供给，无需另外补充大量燃料，实现连续操作；并可实现燃烧过程中产生的烟气用于生物质原料干燥，充分利用热能，节约能源；同时螺旋推进式生物质连续炭化一体炉结构设计更为巧妙简单，降低生产成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，包括炉体，炉体内部设置有炭化腔室，且开设有与炭化腔室连通的进料口、生物质炭出口、燃气出口；传送旋转轴，传送旋转轴同轴设置在炉体内部，且其两端与炉体旋转密封连接；传送旋转轴内部设置有燃烧腔室，外部设置有螺旋叶片；传送旋转轴上开设有连通燃烧腔室与炭化腔室的至少一个第一导气孔，开设有与燃烧腔室连通的进气口以及烟气出口；第一驱动装置，第一驱动装置与传送旋转轴连接，驱动传送旋转轴在炉体内部旋转。

进一步的，第一导气孔为条形孔，宽度为2-10mm，分布在传送旋转轴未设置螺旋叶片的位置。

进一步的，螺旋叶片由进料口至生物质炭出口方向由疏到密布置。

进一步的，还包括导气孔开度控制装置，导气孔开度控制装置设置在传送旋转轴上，用于控制第一导气孔的开度。

进一步的，炉体还包括烟气聚集腔，其中：烟气出口与烟气聚集腔连通，燃烧腔室内燃烧产生的烟气通过烟气出口进入烟气聚集腔。

进一步的，还包括螺旋上料机，螺旋上料机下部设有上料口、烘干气体进口；上部设有出料口，出料口与进料口连接；顶部开有蒸汽出口。

进一步的，还包括烟气循环利用装置，烟气循环装置的一端与烟气聚集腔连通，另一端连接至烘干气体进口，其中：烟气循环利用装置自烟气聚集腔一端至烘干气体进口一端包括通过管道依次连接的控制阀门、除尘器和第一引风机；烟气循环利用装置将烟气聚集腔内的烟气导入螺旋上料机内对原料进行烘干处理。

进一步的，还包括燃气收集装置，燃气收集装置与燃气出口连接，用于收集炭化腔室内热解产生的燃气。

进一步的，还包括燃气循环利用装置，燃气循环利用装置的一端与燃气收集装置连接，另一端连通至进气口，其中：燃气循环利用装置自燃气收集装置一端至进气口一端包括通过管道依次连接的控制阀门和第二引风机；燃气循环利用装置将炭化腔室输出的生物质燃气输送进燃烧腔室。

进一步的，导气孔开度控制装置包括转筒以及第二驱动装置，其中：转筒同轴设置在传送旋转轴内部，并与传送旋转轴内壁贴合，转筒上对应传送旋转轴上的第一导气孔开设有第二导气孔；第二驱动装置与转筒连接，驱动转筒相对于传送旋转轴旋转，进而控制第二导气孔与第一导气孔的重合度。

本发明的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，具有以下有益效果：

1、通过在传送旋转轴中开设燃烧腔室以及设置导气孔，使物料热解产生的燃气直接进入燃烧腔室燃烧，节约了能源。

2、通过导气孔开度控制装置调节第一导气孔的开度，能够实现炭化炉即可用于生物质热解炭化亦可用于生物质裂解气化的多种功能。

3、本发明的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉结构设计简单巧妙，制造成本较低，具有较强的市场竞争力。

4、烟气循环利用装置的设置能够实现燃烧腔室燃料燃烧过程中产生的烟气用于原料干燥，充分利用热能；蒸汽出口处排出的气体经处理后再排放，避免直接排放污染大气。

5、燃气循环利用装置的设置，实现了收集的燃气可再次通过管路经进气口进入燃烧腔室作为燃料提供炭化过程所需热量。

6、炭化炉内部设置有温度监测装置对炭化腔室内温度时时监测，温度监测装置与鼓风机及进风管上的控制阀门组成温度调节装置，使得炭化腔室内温度始终维持在要求范围内，提高物料利用率，提高产量，降低生产成本。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉主视图(一)；

图2为本发明一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉主视图(二)；

图3为本发明传送旋转轴结构示意图；

图4为本发明传送旋转轴与转筒布置结构示意图(一)；

图5为本发明传送旋转轴与转筒布置结构示意图(二)；

图6为本发明传送旋转轴与转筒布置结构示意图(三)；

图7为本发明第一导气孔为圆弧导气孔时横截面结构示意图；

图8为本发明第二导气孔横截面结构示意图；

图中：11-炉体、111-进料口、112-生物质炭出口、113-燃气出口、12-炭化腔室、13传送旋转轴、131-燃烧腔室、132-螺旋叶片、133-第一导气孔、134-进气口、135-烟气出口、14-烟气聚集腔、15-第一驱动装置、21-控制阀门、22-除尘除焦设备、23-燃气收集箱、3-螺旋上料机、31-上料口、32-烘干气体进口、33-出料口、34-蒸汽出口、35-上料螺旋轴、36-变向机构、37-电机、41-控制阀门、42-除尘器、43-第一引风机、51-进风管、52-鼓风机、53-控制阀门、54-引燃口、61-控制阀门、62-第二引风机、7-转筒、71-第二驱动装置、72-第二导气孔、73-进气口、8-温度监测装置

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、图3所示，本发明实施例的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，包括炉体11，炉体11内部设置有炭化腔室12，且开设有与炭化腔室12连通的进料口111、生物质炭出口112、燃气出口113；传送旋转轴13，传送旋转轴13同轴设置在炉体11内部，且其两端与炉体11旋转密封连接；传送旋转轴13内部设置有燃烧腔室131，外部设置有螺旋叶片132；传送旋转轴13上开设有连通燃烧腔室131与炭化腔室12的至少一个第一导气孔133，开设有与燃烧腔室131连通的进气口134以及烟气出口135；第一驱动装置15，第一驱动装置15与传送旋转轴13连接，驱动传送旋转轴13在炉体11内部旋转。

具体的，炉体11以及传送旋转轴13均可以为圆筒结构，其中在炉体11及传送旋转轴13的两端的位置设置旋转轴承副，以实现两者之间的旋转密封连接，旋转轴承副的具体结构和尺寸不做具体限定，本领域技术人员可以根据需要选用与设计。炉体11、传送旋转轴13与两组旋转轴承副之间限定的空间为炭化腔室12，螺旋叶片132全部处在此炭化腔室12内，生物质在炭化腔室12内进行热解炭化过程。进料口111设置于炭化炉一端的上部，生物质炭出口112位于炭化炉另一端的下部，燃气出口113位于生物质炭出口112的一侧。螺旋叶片132旋转工作时，螺旋叶片132带动生物质原料由进料口111位置前往生物质炭出口112位置。传送旋转轴13的一端伸出炉体11外，第一驱动装置15与该伸出部分连轴，第一驱动装置15可以为驱动电机加减速机的组合，本发明不做具体限定。烟气出口135一般情况下设置在与第一驱动装置15同侧的位置，且其设置在炭化腔室12外部，或通过管道倒出炭化腔室12外；进气口134相对烟气出口135设置在传送旋转轴13的另一侧，同样设置在炭化腔室12外部。

下面结合上述实施例以及附图，对上述实施例的螺旋推进式生物质连续炭化一体炉使用方法做以下说明：

炭化炉初始运转时，通过进气口134通入空气以及外部燃气进入燃烧腔室131并点燃，对传送旋转轴13整体进行加热，进而使炭化腔室12内的温度升高。当炭化腔室12内部的温度达到工艺要求时，将生物质原料由进料口111投入炭化炉炭化腔室12进行炭化，此时传送旋转轴13按照工艺要求速度旋转带动生物质原料向生物质炭出口112运动，同时生物质原料在运动的过程中进行炭化。生物质原料炭化过程中产生的燃气，在气压的作用下由炭化腔室12通过第一导气孔133进入燃烧腔室131，进而引燃，此时外部燃气可以停止供应，炭化炉自身可以依靠热解产生的燃气实现自加热，燃烧腔室131内部燃烧产生的烟气通过烟气出口135排出。当生物质原料随传送旋转轴13运行至生物质炭出口112时完成炭化，产生的生物质炭由生物质炭出口112落出，产生的多余燃气由燃气出口113引出。本发明的炭化炉正常运行后，只要不停止生物质原料的供应即可实现连续自加热炭化。

在本发明的一些实施例中，对第一导气孔133的形式进行了单独设计，具体的，第一导气孔133可以为均匀或不均匀分布在传送旋转轴13上且避开螺旋叶片132的条形孔、圆孔、椭圆孔等，具体的孔尺寸本发明不做具体限定。优选第一导气孔133为条形孔，宽度为2-10mm。具体的，如图3、图4所示，第一导气孔133为螺旋开设在传送旋转轴13上的螺旋导气孔，且导气孔不是连续的，为沿螺旋线间隔开设，间隔距离根据工艺需要设定；或者为如图5、图7所示，第一导气孔133在传送旋转轴13上沿圆周每隔60°均匀开设的圆弧导气孔，并且在轴向上均匀分布。对于第一导气孔133的具体形状及开设位置本发明不作具体限定。

在本发明的一些实施例中，螺旋叶片132由进料口111至生物质炭出口112方向由疏到密布置，由于生物质原料随着炭化的进行，体积会越来越小，所以螺旋叶片132由疏到密的设计，可以使炭化腔室12内的物料在任何位置都处在相对饱满的状态下，保证炭化效果。另外第一导气孔133也可以沿此方向由宽到窄或由密到疏布置。

在本发明的一些实施例中，如图2、图4、图5所示，还包括导气孔开度控制装置，导气孔开度控制装置设置在传送旋转轴13上，用于控制第一导气孔133的开度。导气孔开度控制装置包括转筒7以及第二驱动装置71，其中：转筒7同轴设置在传送旋转轴13内部，并与传送旋转轴13内壁贴合，转筒7上对应传送旋转轴13上的第一导气孔133开设有第二导气孔72；第二驱动装置71与转筒7连接，驱动转筒7相对于传送旋转轴13旋转，进而控制第二导气孔72与所述第一导气孔133的重合度。转筒7可以通过密封轴承等设置传送旋转轴13内。

通过导气孔开度控制装置控制第一导气孔133，可以控制燃烧腔室131内的燃烧程度，进而控制炭化腔室12内的温度，实现对炭化产物的最终控制。具体调控参数本案不做具体说明与限定，本领域技术人员可以通过需要设置开度参数。

在如图5、图8所示，第二导气孔72可以与第一导气孔133形状一致，也可以为如图6所示长条结构，长条结构为优选结构，此时燃烧腔室131热量向炭化腔室12传送更为快速，燃料利用率更高。当设置转筒时，在转筒的端部设置进气口73。

在本发明的一些实施例中，炉体11内还设置有烟气聚集腔14，烟气出口135与烟气聚集腔14连通，燃烧腔室131内燃烧产生的烟气通过烟气出口135进入烟气聚集腔14。因为烟气出口135是随传送旋转轴13一同转动的，无法将烟气引出利用，设置烟气聚集腔14后，可以通过其引出烟气再利用。

在上述所有实施例的基础上，本发明的螺旋推进式生物质连续炭化一体炉还包括螺旋上料机3，如图2所示，螺旋上料机3下部设有上料口31、烘干气体进口32；上部设有出料口33，出料口33与进料口111连接；顶部开有蒸汽出口34；内部安装有上料螺旋轴35；螺旋上料机3内表面还依次设置有保温层以及电加热层。

具体的，生物质由上料口31进入螺旋上料机3，出料口33高于炭化炉进料口111，出料口33与进料口111通过管道连通，生物质原料由螺旋上料机3上料后经管道进入炭化炉炭化腔室12；上料螺旋轴35的下端伸出螺旋上料机3与变向机构36输出轴连接，变向机构36输入轴连接电机37，带动上料螺旋轴35旋转，完成生物质的上料过程；在生物质的上料过程中，电加热层不断对生物质进行加热干燥，且实现生物质在高温状态下进入炭化炉，避免了对炭化炉内部温度的影响，加热过程中产生的气体由蒸汽出口34排出，蒸汽出口34外可设置气体净化装置(图中未示)。

在上述实施例的基础上，如图2所示，还包括烟气循环利用装置，烟气循环装置的一端与烟气聚集腔14连通，另一端连接至烘干气体进口32，其中：烟气循环利用装置自烟气聚集腔一端至烘干气体进口32一端包括通过管道依次连接的控制阀门41、除尘器42和第一引风机43。为了安全起见，其中控制阀门41可选用防爆电磁闸阀，除尘器42可选用防爆除尘器。

具体的，打开第一引风机43，调节控制阀门41的开度，烟气聚集腔14内聚集的烟气由烟气循环利用装置引出，通过第一导气孔133进入燃烧腔室的微小生物质原料也会随烟气被引出，引出的烟气经除尘器42除尘处理后由烘干气体进口32进入螺旋上料机3，用于生物质原料的干燥，充分利用热能。

进一步的如图2所示，还包括燃气收集装置，燃气收集装置与燃气出口113连接，用于收集炭化腔室12内热解产生的燃气。其中燃气收集装置由燃气出口113方向依次设置有控制阀门21、除尘除焦设备22以及燃气收集箱23。

进一步的如图2所示，进气口134连接有进风管51，进风管51与安装在炭化炉外鼓风机52出风口连通，鼓风机52提供燃料燃烧所需助燃剂，可以为空气或者氧气，在该进风管51上安装有控制阀门53，通过调节鼓风机52以及控制阀门53可以控制助燃剂供给量，进风管51靠近炭化炉一端开有引燃口54。

进一步的如图2所示还包括燃气循环利用装置，燃气循环利用装置的一端与燃气收集装置连接，另一端连通至进气口134，其中：燃气循环利用装置自燃气收集装置一端至进气口134一端包括通过管道依次连接的控制阀门61和第二引风机62；燃气循环利用装置将炭化腔室12输出的生物质燃气输送进燃烧腔室131。

具体的，燃气循环利用装置一端自燃气收集箱23引出，另一端连接进气管51与进风口134连通；打开控制阀门61，第二引风机62将燃气引入燃烧腔室131，实现燃气的循环利用。

进一步的，炭化炉炉体11的内表面附着有耐火保温层，具体的可采用耐高温陶瓷纤维棉。

进一步的，还包括深入炭化腔室内部的温度监测装置8，对炭化腔室12内部温度时时监测；温度监测装置8与鼓风机52及进风管51上的控制阀门53组成温度调节装置，可以保证炭化温度始终维持在要求范围内，提高生物质利用率，降低生产成本。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内部设置有炭化腔室，且开设有与所述炭化腔室连通的进料口、生物质炭出口、燃气出口；

传送旋转轴，所述传送旋转轴同轴设置在所述炉体内部，且其两端与所述炉体旋转密封连接；所述传送旋转轴内部设置有燃烧腔室，外部设置有螺旋叶片；所述传送旋转轴上开设有连通所述燃烧腔室与所述炭化腔室的至少一个第一导气孔，开设有与所述燃烧腔室连通的进气口以及烟气出口；

第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述传送旋转轴连接，驱动所述传送旋转轴在所述炉体内部旋转。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：所述第一导气孔为条形孔，宽度为2-10mm，分布在所述传送旋转轴未设置螺旋叶片的位置。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：所述螺旋叶片由所述进料口至所述生物质炭出口方向由疏到密布置。

4.根据权利要求2所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：还包括导气孔开度控制装置，所述导气孔开度控制装置设置在所述传送旋转轴上，用于控制所述第一导气孔的开度。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：所述炉体还包括烟气聚集腔，其中：

所述烟气出口与所述烟气聚集腔连通，所述燃烧腔室内燃烧产生的烟气通过所述烟气出口进入所述烟气聚集腔。

6.根据权利要求5所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：还包括螺旋上料机，所述螺旋上料机下部设有上料口、烘干气体进口；上部设有出料口，所述出料口与所述进料口连接；顶部开有蒸汽出口。

7.根据权利要求6所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：还包括烟气循环利用装置，所述烟气循环装置的一端与所述烟气聚集腔连通，另一端连接至所述烘干气体进口，其中：

所述烟气循环利用装置自所述烟气聚集腔一端至所述烘干气体进口一端包括通过管道依次连接的控制阀门、除尘器和第一引风机；

所述烟气循环利用装置将所述烟气聚集腔内的烟气导入所述螺旋上料机内对原料进行烘干处理。

8.根据权利要求1所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：还包括燃气收集装置，所述燃气收集装置与所述燃气出口连接，用于收集所述炭化腔室内热解产生的燃气。

9.根据权利要求8所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：还包括燃气循环利用装置，所述燃气循环利用装置的一端与所述燃气收集装置连接，另一端连通至所述进气口，其中：

所述燃气循环利用装置自所述燃气收集装置一端至所述进气口一端包括通过管道依次连接的控制阀门和第二引风机；

所述燃气循环利用装置将所述炭化腔室输出的生物质燃气输送进所述燃烧腔室。

10.根据权利要求4所述的一种螺旋推进式生物质连续炭化一体炉，其特征在于：所述导气孔开度控制装置包括转筒以及第二驱动装置，其中：

所述转筒同轴设置在所述传送旋转轴内部，并与所述传送旋转轴内壁贴合，所述转筒上对应所述传送旋转轴上的第一导气孔开设有第二导气孔；

所述第二驱动装置与所述转筒连接，驱动所述转筒相对于所述传送旋转轴旋转，进而控制所述第二导气孔与所述第一导气孔的重合度。