CN109609155A - 一种生物质炭化加料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质碳化加料装置，包括动力装置、转轴、螺旋叶片、加料筒体，所述加料筒体外部套设有热风夹套，所述加料筒体沿进料方向分为加料段、干燥段和出料段，所述干燥段沿进料方向分为进口区干燥区和出口区，所述加料段和出口区被设置为具有挤压生物质原料颗粒的结构，所述进口区和出口区被设置为具有释放被挤压的生物质原料颗粒的结构，本发明的加料装置可以在加料的过程中很好的隔绝空气，生物质原料颗粒过度炭化，同时干燥区被设置为具有充分的空间，允许生物质颗粒原料在加料段以充分蓬松和离散的状态而被搅拌，从而可以不断的更新其受热表面，还允许将热风引入转轴内部，实现筒壁、转轴表面甚至螺旋叶片表面的多维加热。

Description

一种生物质炭化加料装置

技术领域

本发明涉及一种生物质炭化装备的部件。具体涉及一种生物质炭化加料装置。

背景技术

秸秆、玉米芯、甘蔗渣等农业作物余料以及木屑、枯树枝等是常见且持续循环可再生的生物质材料。我国幅员辽阔，居民日常生产活动中会产生大量的上述生物质材料，而将这些生物质材料加以合理的利用，又可以产生非常可观的经济和环境收益。

生物质材料炭化制备活性炭是对生物质材料的一种常见利用方式，其原理是将生物质原料在绝氧或低氧环境中加热引起部分分解形成生物炭、生物焦油和生物质燃气的过程。实际生产过程中，生物质原料由于自身携带及堆放过程吸水等因素，往往含有较多的水分，需要先进行干燥脱除多余水分，以避免对后续炭化过程造成不利影响。

目前工业上常用的生物质原料烘干装置主要包括烘干箱和隧道烘干装置两类，前者将生物质原料至于滚筒内，并向滚筒内通入热风以吹散潮湿空气，达到干燥目的。这种干燥方式存在如下问题：对于粗切的生物质原料，由于其颗粒较大，热风往往仅能干燥颗粒表面，而难以脱除颗粒内部吸收的水分，使得干燥不彻底；而对于细切的小颗粒生物质原料，鼓入的热风会夹带大量的生物质颗粒，因而往往需要配合设置气固分离装置。隧道式烘干装置本质上是一种螺杆输料器，在输料器的外壁处设置加热夹套，在夹套内通热风，从而避免了热风与生物质原料的直接接触，但这种干燥方式仅依靠输料器的筒壁对生物质原料的烘烤，加之为了防止进料过程中将氧气带入炭化炉，螺旋输料器中输送的生物质原料通常处于被压缩的紧致状态以挤出空气，而这种压缩状态限制了生物质原料的迁移，使得远离筒壁的生物质原料与紧靠筒壁的生物质原料间形成非常明显的受热不均匀性，进而导致原料干燥状态的不均匀。

发明内容

本发明的目的是解决生物质原料干燥过程中的干燥不均匀及向碳化炉进料过程中的氧气夹带问题，同时能够充分理由生物质炭化过程产生的热烟气，减少额外能源消耗。

为解决上述问题，本发明提供一种生物质炭化加料装置，包括加料斗，加料筒体，转轴，螺旋叶片和动力装置，所述动力装置驱动连接在转轴的一端，所述螺旋叶片固定连接在所述转轴上构成旋进机构，所述旋进机构可转动的设在所述加料筒体内，所述加料斗与加料筒体靠近动力装置的一端连通，所述加料筒体远离动力装置的一端与炭化炉内腔连通，所述加料筒体的外壁上套设有热风夹套，所述热风夹套上设有连接至活化炉（图中未示出）的热风出口的第一热风进口。

所述加料筒体采用分段式构造，其沿进料方向依次包括加料段，干燥段和出料段，各段之间通过法兰、螺纹、卡扣等本领域公知的连接方式配合石墨垫圈、石棉垫片等耐高温密封件实现可拆卸的气密连接。其中，所述加料段被配置为用于接收生物质原料，并能够实现对空气的隔离。所述加料段的上端筒壁开设有与加料斗底部开口连通的加料口，所述加料口与加料斗之间的连接管道上可以设置类似于旋转阀的初步隔气装置。但是应当注意，旋转阀并不是严格的气密性部件，同时其也仅能使生物质原料尽量满的占据输送管道，即减少进料空腔而减少对空气的夹带，因而其仅能实现初步的隔气。

为强化对空气的隔离效果，本发明的技术方案在加料段设置额外的空气隔离装置。具体为将处于加料段的所述旋进机构设置为挤压生物质原料以进一步缩减颗粒间的间隙，进而进一步的挤出存在与颗粒间隙内的空气。该挤压作用可通过如下方式实现：将位于加料段的螺旋叶片设置为沿进料方向螺距逐渐减小，或者将位于加料段的转轴设置为沿进料方向直径逐渐变大。这样的设置方式可以使颗粒状的生物质原料在沿进料方向旋进时，逐渐填满相邻螺旋叶片及加料筒体筒壁之间的通道，直至被压缩而尽可能的排出颗粒间隙中的空气。

所述干燥段被配置为加热生物质原料以使其脱水干燥，其包括与加料段气密连接的干燥段进口区，干燥区及与出料段连接的干燥段出口区。所述干燥段的外壁套设有热风夹套，所述热风夹套包括第一热风进口和第一冷风出口，所述热风进口可以连接至下游装置的热风出口，例如连接至活化炉的气固分离器出气口，或者连接至生物质燃气燃烧器的烟气出口以用于向热风夹套供应热风。所述干燥段的筒壁上还设置有贯穿热风夹套的排气管，用于排出生物质原料干燥过程产生的水蒸气、少量生物质燃气及生物焦油气体组成的混合气。所述排气管可连接至炭化炉出气管路，将排出的混合气并入碳化炉尾气，随后一同送入生物质燃气燃烧器。

为提供生物质原料颗粒在所述干燥段的受热均匀性，位于所述干燥区的旋进机构被配置为与筒壁形成更大的进料通道截面积，具体的可以通过将处于干燥段的螺旋叶片设置为具有相比于加料段更大的螺距，或者将位于该段的转轴设置为具有相比于加料段转轴更小的直径，从而使得生物质原料颗粒可以呈松散的状态旋进，并优选，生物质原料颗粒仅占据或覆盖干燥段筒体的下部。这样的设置方式使得螺旋叶片在旋转过程中可以不断的搅拌生物质原料颗粒，使其持续更新与筒壁的接触面，进而可以使在该处被加热的生物质原料颗粒均匀受热。同时，由于筒体上部未被生物质原料颗粒占据，从而形成干燥过程产生的混合气的集气腔，可以减少混合气对生物质原料颗粒的夹带。

为实现自加料段向干燥段的物料输送，位于干燥段与所述加料段连接处（即干燥段入口区）的旋进机构被设置为释放在加料段被逐渐挤压的生物质原料颗粒，使其恢复蓬松状态。具体可通过如下手段实现：使干燥段入口区的旋进机构的螺旋叶片沿进料方向螺距逐渐增大，或者使该段的转轴直径沿进料方向逐渐缩小，亦或者使该段的筒体直径沿进料方向逐渐增大，直至使完全蓬松后的生物质原料颗粒不能填满整个加料段筒体，优选仅能填满加料段筒体的中三分之二截面积。

为更好的实现在加料段被压缩至紧实状态的生物质原料颗粒在干燥段进口区的蓬松化，优选将干燥段进口区的螺旋叶片的外侧边上沿轴向开设有若干缺口；相对应的，在所述干燥段进口区筒体的下部筒壁上设置若干与所述缺口配合的松料齿或松料刃，所述松料齿或松料刃的横向最大尺寸及纵向最大尺寸均应小于所述缺口，以使所述螺旋叶片可以正常旋转，同时所述被所述螺旋叶片推送的生物质原料颗粒在所述缺口处被所述松料齿或松料刃阻挡，所述推送作用于阻挡作用的配合，使得紧实的生物质原料颗粒在该处被切碎而恢复蓬松化状态。

所述松料齿或松料刃可为三角锥状，三角柱状，锯齿状等。

所述干燥区的螺旋叶片上优选开设有通气孔，使得干燥区形成相互连通的气路，进而生物质原料颗粒在干燥区干燥产生的水蒸气、生物燃气及生物焦油气体可以自由的由干燥段筒体上部的排气管排出。

所述干燥段出口区的旋进机构优选被设置为再次挤压脱水干燥后的生物质原料颗粒，进而将所述干燥段与所述出料段的气路基本封闭。

所述出料段被配置为用于从加料筒体内排出干燥的生物质原料。优选其内的旋进机构被设置为再次膨化在干燥段出口区被挤压紧实的干燥后生物质原料颗粒，以利于进料及原料颗粒在炭化炉内部的均匀受热。

为进一步的强化生物质原料的受热均匀性，优选在加料段与出料段的外侧分别额外设置一个出气罩和进气罩。所述转轴可转动的穿过所述出气罩，可转动的穿过所述进气罩，或被所述转轴的末端被所述进气罩包住。所述进气罩通过第二热风进口与下游装置的热风出口连通，所述出气罩上设有第二冷风出口。优选所述转轴至少在进气罩与出气罩之间的区域具有中空结构，且位于所述进气罩、出气罩内的转轴的表面开设有若干供热风进入所述中空结构的通孔。所述中空的转轴可使得生物质原料颗粒在其表面被加热，进而被更均匀的干燥；同时，由于加热面积的增加，还可以显著缩短干燥段的长度，缩减设备尺寸。

进一步的，还可以将螺旋叶片设置为具有中空结构，并将其与所述转轴的中空结构连接，从而进一步增加加热面积。

本发明相比于现有技术至少具备如下优点：本发明的加料装置可以在向生物质炭化炉加料的过程中很好的隔绝空气，避免因氧气的夹带而导致的生物质原料颗粒过度炭化，甚至燃烧产生导致的燃灰杂质多的问题；本发明将干燥段设置为相比于生物质原料的量而言具有充分的空间，允许生物质颗粒原料在加料段以充分蓬松和离散的状态而被搅拌，从而可以不断的更新其受热表面，避免了传统装置中的局部过热和整体干燥效率低下的问题；本发明通过在加料段进口区设置松料齿可以很好的保证物料进入干燥区后的蓬松状态；本发明通过设置气罩，将热风引入转轴内部，可以实现筒壁、转轴表面甚至螺旋叶片表面的多维加热，使得生物质原料颗粒在干燥区内无论从受热均匀性还是干燥效率角度而言都获得很大程度的改善。

附图说明

图1为本发明生物质炭化加料装置的外部整体示意图；

图2为本发明实施例1的内部结构示意图；

图3为本发明实施例1的干燥段入口区的放大示意图；

图4为本发明松料齿或松料刃的示意图；

图5为本发明实施例2的内部结构示意图；

图6为本发明实施例3的内部结构示意图；

图7为本发明实施例4的内部结构示意图；

图8为本发明实施例4的转轴剖视图。

图中：1加料斗，2旋转阀，3电机，4转轴，41螺旋叶片，411缺口，412通气孔，413转轴变径段，414筒体变径段，415通孔，416转轴中空部，5加料段，6干燥段，61松料齿，7热风夹套，8出料段，9法兰，10第一热风进口，11第一冷风出口，12出气管，121过滤单元，13出料口，14进气罩，15出气罩，16第二热风进口，17第二冷风出口。

具体实施方式

实施例1

一种生物质炭化加料装置，包括加料斗1，加料筒体，转轴4，螺旋叶片41和动力装置3，所述动力装置3驱动连接在转轴4的一端，所述螺旋叶片41固定连接在所述转轴4上构成旋进机构，所述旋进机构可转动的设在所述加料筒体内，所述加料斗1与加料筒体靠近动力装置3的一端连通，所述加料筒体远离动力装置3的一端与炭化炉内腔通过出料口13连通，所述加料筒体的外壁上套设有热风夹套7，所述热风夹套7上设有连接至活化炉（图中未示出）的热风出口的第一热风进口10。

所述加料筒体采用分段式构造，其沿进料方向依次包括加料段5，干燥段6和出料段8，各段之间通过法兰9配合石墨垫圈实现可拆卸的气密连接。所述加料段5的上端筒壁开设有与加料斗1底部开口连通的加料口，所述加料口与加料斗之间的连接管道上设有旋转阀2。

位于加料段5的螺旋叶片41被设置为沿进料方向螺距逐渐减小。

所述干燥段6包括与加料段5气密连接的干燥段进口区，干燥区及与出料段8连接的干燥段出口区。所述干燥段6的外壁套设有热风夹套7，所述热风夹套7包括第一热风进口10和第一冷风出口11，所述热风进口10连接至下游装置的热风出口。所述干燥段6的筒壁上还设置有贯穿热风夹套7的排气管12，用于排出生物质原料颗粒干燥过程产生的混合气。所述排气管12连接至炭化炉出气管路，将排出的混合气并入碳化炉尾气，随后一同送入生物质燃气燃烧器。所述排气管12内部设置有过滤单元121以过滤排气过程中夹带的少量生物质原料颗粒。

位于干燥段6入口区的旋进机构的螺旋叶片41沿进料方向螺距逐渐增大，且该处的螺旋叶片41的外侧边上沿轴向开设有若干缺口411；相对应的，在所述干燥段6进口区筒体的下部筒壁上设置若干与所述缺口411配合的松料齿61。所述松料齿61为三角锥状。

位于干燥区的螺旋叶片41上开设有通气孔412。

位于干燥段6出口区的旋进机构的螺旋叶片41沿进料方向螺距逐渐减小，进而再次挤压脱水干燥后的生物质原料颗粒，将所述干燥段6与所述出料段8的气路基本封闭。

所述出料段8内的旋进机构被设置为再次膨化在干燥段6出口区被挤压紧实的干燥后生物质原料颗粒，以利于进料及原料颗粒在炭化炉内部的均匀受热。

实施例2

区别于实施例1的，本实施例中旋进机构的螺旋叶片41的螺距保持不变，但位于加料段5和干燥段6出口区的转轴4被设置为沿进料方向直径逐渐变大；而位于干燥段6进口区和出料段8的转轴4则被设置为沿进料方向直径逐渐变小。处于各段的转轴4的直径平滑过渡。位于干燥区的转轴4具有相对小的直径，以使得在该区域内被干燥的蓬松生物质原料颗粒不能填满整个干燥区筒体。

实施例3

区别于实施例1和2的，本实施例中旋进机构的螺旋叶片41的螺距及转轴4的直径均保持不变。但所述加料段5和干燥段6出口区的筒体直径沿进料方向逐渐变小；所述干燥段6进口区和出料段8的筒体直径沿进料方向逐渐变大。

实施例4

区别于实施例1-3的，本实施例在加料段5与出料段8的外侧分别额外设置一个出气罩15和进气罩14。所述转轴4可转动的穿过所述出气罩15，可转动的穿过所述进气罩14，或所述转轴4的末端被所述进气罩14包住。所述进气罩14通过第二热风进口16与下游装置的热风出口连通，所述出气罩15上设有第二冷风出口17。所述转轴4至少在进气罩14与出气罩15之间的区域具有中空结构，且位于所述进气罩14、出气罩15内的转轴4的表面开设有若干供热风进入所述中空结构的通孔415。所述中空的转轴4可使得生物质原料颗粒在其表面被加热，进而被更均匀的干燥；同时，由于加热面积的增加，还可以显著缩短干燥段的长度，缩减设备尺寸。

进一步的，还可以将螺旋叶片41设置为具有中空结构，并将其与所述转轴4的中空结构连接，从而进一步增加加热面积。

Claims (10)

1.一种生物质炭化加料装置，包括加料斗（1），加料筒体，转轴（4），螺旋叶片（41）和动力装置（3），所述转轴（4）及螺旋叶片（41）构成旋进机构并被可转动的设在所述加料筒体内，其特征在于：所述加料筒体由沿进料方向依次设置的加料段（5），干燥段（6）和出料段（8）组成，干燥段（6）的外壁套设有热风夹套（7），所述热风夹套（7）包括第一热风进口（10）和第一冷风出口（11），干燥段（6）的筒壁上还设有贯穿热风夹套（7）的排气管（12），其中干燥段（6）沿进料方向依次包括进口区、干燥区和出料区，加料段（5）与加料斗（1）连通，位于加料段（5）和出料区的旋进机构被设置为沿进料方向逐渐挤压生物质原料；位于进口区和出料段（8）的旋进机构被设置为沿进料方向逐渐释放被挤压的生物质原料。

2.如权利要求1所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：可挤压生物质原料的旋进机构包括沿进料方向螺距逐渐减小的螺旋叶片（41）；可释放被挤压的生物质原料的旋进机构包括沿进料方向螺距逐渐减小的螺旋叶片（41）。

3.如权利要求2所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：位于干燥段（6）进口区的螺旋叶片（41）的外侧边上沿轴向开设有若干缺口（411）；在所述干燥段（6）进口区筒体的下部筒壁上设置若干与所述缺口（411）配合的松料齿（61）。

4.如权利要求1所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：螺旋叶片（41）的螺距保持不变，位于加料段（5）和干燥段（6）出口区的转轴（4）具有沿进料方向逐渐变大的直径；位于干燥段（6）进口区和出料段（8）的转轴（4）具有沿进料方向逐渐变小的直径。

5.如权利要求1所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：螺旋叶片（41）的螺距及转轴（4）的直径均保持不变，加料段（5）和干燥段（6）出口区的筒体直径沿进料方向逐渐变小；所述干燥段（6）进口区和出料段（8）的筒体直径沿进料方向逐渐变大。

6.如权利要求1-5中任一项所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：位于干燥区的旋进机构的螺旋叶片螺距、转轴直径及筒体直径被设置为使得在该区被干燥的蓬松生物质原料颗粒不能填满整个干燥区筒体。

7.如权利要求6所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：位于干燥区的螺旋叶片（41）上开设有通气孔（412）。

8.如权利要求7所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：加料段（5）与出料段（8）的外侧分别设有一个出气罩（15）和进气罩（14），所述转轴（4）可转动的穿过所述出气罩（15）和进气罩（14），所述进气罩（14）上设有第二热风进口（16），出气罩（15）上设有第二冷风出口（17），所述转轴（4）至少在进气罩（14）与出气罩（15）之间的区域具有中空结构，且位于所述进气罩（14）、出气罩（15）内的转轴（4）的表面开设有若干供热风进入所述中空结构的通孔（415）。

9.如权利要求8所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：所述螺旋叶片（41）也具有中空结构，且其与所述转轴（4）的中空结构连通。

10.如权利要求9所述的生物质炭化加料装置，其特征在于：加料段（5）与加料斗（1）之间的连接管道上设有旋转阀（2）。