CN108467735A - 一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动进出料生物质炭化‑冷却一体化自加热装置。一种自动进出料生物质炭化‑冷却一体化自加热装置，其结构主要包括进料区、炭化区、隔热区、烟气回流区、集液区、冷却区和出料区，所述烟气回流区由烟气冷凝管、烟气缓冲装置和燃气输入管组成。通过顶部螺旋输料管向炭化管道缓慢输送原料，加热丝对炭化管内原料进行预燃，热量促使原料炭化，炭化产生的可燃烟气通过循环管道进入炉膛进行回燃，继续维持原料炭化，当原料开始稳定产生热解气时停止电加热以及停止对炭化管道通气，冷却区对热炭进行冷却，冷却后的碳通过底端螺旋输料管输出，形成了一种能耗小，自循环，炭化与冷却一体化，可连续作业的外加热式热解装置。

Description

一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置及方法

技术领域

本发明涉及一种生物质炭化装置，具体涉及一种连续式生物质炭化-冷却一体化自加热装置，它属于农林废弃物资源化利用及生物质高温热裂解技术领域。

背景技术

生物质炭化是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子裂解生成生物炭、可冷凝液体和可燃气体的过程。生物炭广泛应用于冶金、化工、国防、农业及环境保护等方面；可冷凝液体包括木醋液和木焦油，木醋液是一种天然的植物生长调节剂，具有促进植物生长、杀菌、防虫、防腐、脱臭、改良土壤环境等多种功效；木焦油是生产防水、防腐的优质化工原料，国内主要用于橡胶生产中的抗氧剂和阻聚剂；可燃气体主要包括CO、H2和CH4等组分，单立方的热值可以达到15 MJ，作为一种清洁能源，可以为农村地区进行集中供气。

在生产中应用最为广泛的生物质炭化方法多为外热式加热，即物料与热源分开，对反应釜外壁进行加热，通过釜壁与物料以及物料内部间的热传导，实现生物质受热分解。但由于生物质热传导效率低，导致反应时间长，热解能耗升高，炭化产生的高热值可燃气体往往经过水洗之后直接排放到空气，既浪费资源又污染环境。另外，刚生成的生物炭由于具有较高温度，无法直接卸除收集，生产中常采用自然冷却方法，因此需要极长的冷却滞留时间，整体冷却效果很差，严重影响生产效率。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置，利用螺旋输料机构可实现连续式和批次两种方式的原料与炭化产物的输入和输出，通过加热丝对原料进行加热，原料在通气条件下开始自燃产生热量促使原料炭化，当炭化产生的可燃烟气通过烟气回流管道进入炉膛进行燃烧维持原料炭化时，停止电加热和向原料通气，产生的热炭通过冷却区快速冷却，形成了一种能耗小，自循环和操作简单方便的高效作业装置。

本发明的技术原理：

一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置，结构主要包括七个部分进料区、炭化区、烟气回流区、液体回收区、隔热区域、冷却区和出料区。打开进料盖板，生物质原料在进料区螺旋输料机构及变频电机作用下以固定的速率进入炭化区，同时进料料斗完成储料工作，可进行连续式进料和分批次进料。启动电加热和进气装置对原料炭化区内部分区域的物料进行加热并输入少量的空气(507.5 ml/s)，原料在热量和少量氧气的供应下发生燃烧反应产生热空气在炭化区内向上部区域移动，使得该区域温度迅速升高到达原料炭化热解所需温度（220℃），当原料开始稳定产生可燃气体时，关闭电加热丝和原料通气装置。原料在此区域发生炭化热解反应，挥发性烟气进入烟气回流区，可冷凝挥发性烟气在烟气回流区冷凝部分发生冷凝，产生液体流入烟气存储缓冲区域进行收集。不可冷凝挥发性烟气为可燃气体进入炭化区炉膛进行燃烧，可燃烟气在炉膛发生燃烧反应释放热量对炭化主体管道进行加热，可燃烟气燃烧产生的外部供热进一步促使炭化区内物料发生热裂解反应。外部供热使物料的热裂解反应加快，产生更多的可燃烟气，可燃烟气回流炉膛进行燃烧放热又进一步促使物料发生热裂解反应，相互促进如此循环。连续热解时物料不断缓慢流入炭化区并在重力作用下不断下降进入热量隔离区和热炭冷却区，最后从螺旋出料区出碳；批次热解时反应直到炭化区内物料完成炭化停止产生可燃气体，外部供热结束，物料炭化完成。

本发明的技术方案：

一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置包括进料区、炭化区、烟气回流区、集液区、隔热区域、冷却区和出料区，所述进料区上部设有进料料斗，左端设有变频电机与顶部螺旋输料管，所述进料料斗顶端连有进料盖板。

所述炭化区设有炭化管道，所述炭化管道设有电加热丝和空气输送管，上部与烟气回流区相连，四周由炉膛包裹，所述炉膛外层包裹保温层，底部与燃气输入管和燃烧器相连。

所述烟气回流区设有烟气回流管道和烟气储存缓冲管道，其中烟气回流管道外壁设有循环水冷区域；烟气回流管道下端连接烟气储存缓冲管道和燃气输入管；烟气储存缓冲管道下端与集液区相连。

所述燃气输入管有进气阀、气孔和防回火装置，防回火装置安装在燃烧器和燃气输入管之间。

所述集液区由阀门和集液罐两部分组成，阀门上方连接烟气储存缓冲管道，阀门下方连接集液罐。

所述隔热区由中空的耐火浇注料，材料为轻质耐火粘土砖，上端与炭化区炉膛相连下端与冷却区相连。

所述冷却区冷却区主体管道、冷却区外壁、温度传感器、进水口和出水口五个部分。冷却区采用冷却循环水进行冷却；冷却区外壁与冷却区主体管道之间充满冷却循环水。

所述出料区设有螺旋出料筒；螺旋出料筒顶端连接变径管道；螺旋出料筒内设有出料阀门；螺旋出料筒右端与电机相连。

所述加热丝和空气输送管均在炭化管道左右两侧设有对称两排，所述各部件之间均采用快装接头进行安装连接，所述的原料炭化区和热炭冷却区中的管道均设有温度探头。

作为优选，所述炭化区批次作业炭化原料质量为30千克，连续作业时原料输送速率为0.25千克每分钟。

作为优选，所述的原料炭化区总长度为1.3米，保温层厚度为80mm，材料选用保温棉，炭化管道内径为200mm。

作为优选，电加热进气装置距离炭化区底部为150 mm。整个炭化区主体高度为1000 mm，直径为560 mm。

作为优选，炭化区主体管道外径为200 mm，炉膛内径为400 mm。

作为优选，环形燃烧器为外径为400 mm，内径为200 mm的圆盘，选用厚度较厚的4mm 的耐热型310S不锈钢板。

作为优选，所述炭化管道采用厚度为5毫米310s耐高温不锈钢，所述除炭化管道之外的其他的金属壳体均采用3毫米304不锈钢。

作为优选，炭化区内的温度传感器插孔内径大小为30 mm。所述装置功率为20千瓦。

本发明所具有的有益效果：

本发明通过进料区和出料区的螺旋输料机构实现半连续的原料与炭化产物的输入和输出，节约了人力和物力；同时进料料斗能够存料，及时送料，实现批次作业和连续作业两种作业模式。利用电加热丝对原料进行预加热，达到温度后停止电加热，炭化产生的可燃烟气通过循环管道进入炉膛进行回燃，维持原料炭化。同时，冷却区对热炭进行在线冷却，原料炭化和热炭冷却同时进行，形成了一种能耗小，自循环的高效作业装置具有操作简单方便的特点。

附图说明

附图1、图2、图3 分别是本发明的一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置的主视图、左视图和剖视图。

图中：1.料斗密封盖板，2.进料料斗，3.变频电机，4.顶部螺旋输料管，5.上端温度探头，7.炭化区围壳，8.下端温度探头，9. 电加热进气装置，10. 隔热区围壳，11.热碳冷却区温度探头，12. 热碳冷却区围壳，13.冷却水进口，14.底部螺旋输料管，15.原料下降管，16.烟气输出管，17.冷却水出口，18.烟气回流区围壳，19.冷却水进口，20.点火装置，21.烟气缓冲区围壳，22. 燃气输入管，23.出水口，24.集液罐，25.变径管道，26.变频电机，27.烟囱，28.绞龙，29.保温层，30.炭化管道，31.炉膛，32.环形燃烧器，33.耐火黏土砖，34.生物碳下降管，35.冷却循环水，36.生物碳冷却管，37.绞龙，38.烟气冷凝管，39.冷却循环水，40.烟气缓冲装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

实施例一

一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置包括进料区、炭化区、隔热区、烟气回流区、集液区、冷却区和出料区，所述进料区上部设有进料料斗2，左端设有变频电机3与顶部螺旋输料管4，所述进料料斗2顶端连有进料盖板1。

所述炭化区主体为炭化管道30，所述炭化管道30上部连接原料下降管15和烟气输出管16，四周由保温层29包裹，内部设有温度探头，底部设有环形燃烧器32、点火器20和电加热进气装置9。

所述隔热区上部与炭化管道30相连，内部设有耐火黏土砖33，下端连接生物碳冷却区。

所述烟气回流区主体为烟气冷凝管38，四周由冷凝水39包围，下端设有烟气缓冲装置40和燃气输入管22，所述烟气缓冲装置40底部与集液区相连，所述集液区设有集液罐和快接装置。

所述冷却区主体为生物碳冷却管36，四周由冷却循环水35包围，设有进出水口和温度探头。

所述出料区上部连接变径管道25，右部连接变频电机25与底部螺旋输料管14。

实施例二

本发明结构主要包括进料区、炭化区和出料区。批次工作时打开进料盖板1，生物质原料在进料区螺旋输料机构4及变频电机3作用下以固定的速率进入炭化区，同时进料料斗2完成储料工作，送料完成后安装好密封盖板1，启动电源炭化区内电加热进气装置9对生物质原料进行加热通气，温度较高的原料在空气输送管送入少量氧气条件下，炭化管道30内开始局部发生燃烧反应，燃烧释放的热量使得炭化区上部的原料发生炭化产生可燃烟气，当炭化区温度达到220 ℃时,关闭电源，电加热进气装置停止加热通气。炭化管道30内的可燃烟气通过烟气冷凝管道38冷凝回收木醋，可燃气回流到炉膛31底部并在燃烧器32作用下在炉膛31底部进行燃烧反应，对炭化管道30进行加热，维持炭化管道30内原料进一步炭化。当炭化区上端温度探头5和下端温度探头8都检测到炭化温度为520 ℃时，炭化管道30部分原料碳化完成并通过隔热区进入冷却管36对原料炭化产生的高温热炭进行冷却降温，当炭化区完成生物质原料炭化的同时，冷却区也完成了上批次高温热炭的冷却，炭化区生物炭在重力作用下，进入变径管道25，并通过底部螺旋输料机构14输出装置。当炭化区生物炭输出完成时，进料料斗2内生物质原料在顶部螺旋输料机构4及变频电机3作用下再次向炭化区输送原料，启动电源装置再次工作。连续作业时，在批次作业基础上，在热解反应能自维持的时候，利用顶部螺旋输料机构4及变频电机3缓慢进料，同时生成的生物碳缓慢通过底部螺旋输料机构14缓慢出料，实现连续作业。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置及方法，其特征在于：包括进料区、炭化区、隔热区、冷却区、烟气回流区、集液区和出料区，所述进料区上部设有进料料斗，下端与炭化区相连，左端设有变频电机与顶部螺旋输料管，所述进料料斗顶端有进料密封盖板。

2.根据权利要求1所述的一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置及方法，其特征在于：所述烟气回流区设有冷却管道，四周由冷却区壳体包裹，所述冷却区壳体外表面设有进水口和出水口，内部装有冷却循环水，低端设有烟气缓冲装置和燃气输入管，所述烟气缓冲装置低端与集液区连接。

3.根据权利要求1所述的一种自动进出料生物质炭化-冷却一体化自加热装置及方法，其特征在于：启动电加热和进气装置对原料炭化区内部分区域的物料进行加热并输入少量的空气(507.5 ml/s)，原料在热量和少量氧气的供应下发生燃烧反应产生热空气在炭化区内向上部区域移动，使得该区域温度迅速升高到达原料炭化热解所需温度（220℃），当原料开始稳定产生可燃气体时，关闭电加热丝和原料通气装置。