CN110079337A - 一种生物质热解气再循环利用的炭化炉及生物质炭化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炭化炉领域，具体地说一种生物质热解气再循环利用的炭化炉及生物质炭化方法。包括料斗、干燥热解室、炭化室以及冷却室；干燥热解室的顶部开设有热解气出口，热解气出口与热解气分离提纯装置相连，干燥热解室的底部与炭化室的顶部之间设有炉篦，在干燥热解室的侧壁并位于炉篦上方的位置间隔设有闷烧热解点火口和闷烧热解进风口；炭化室中设有燃烧室，燃烧室中设有用于加热炭化室的燃烧盘，燃烧盘的燃料进口分别与热解气分离提纯装置的出气口和外加燃气罐相连，炭化室的底部和冷却室的底部分别设有可开合的隔热板。本发明可充分利用生物质炭化中产生的热解气，从而降低能源消耗，对生物质原料进行更充分的收集利用。

Description

一种生物质热解气再循环利用的炭化炉及生物质炭化方法

技术领域

本发明涉及炭化炉领域，具体地说一种生物质热解气再循环利用的炭化炉及生物质炭化方法。

背景技术

随着人口增长，工业化、现代化程度的不断加深，能源紧缺问题凸显。因此，研究利用洁净、高效的可再生能源已成为全人类的共识。我国是农业大国，生物质资源储量丰富。而生物质热解炭化技术是一种热化学转化技术，是指生物质原料在绝氧或低氧环境中加热升温引起分内部分解形成生物炭、生物焦油和热解气的过程。其中生成的生物质炭可作为燃料，也可改良土壤，吸附土壤内重金属、农药等污染物，从而改善水质，还可降低温室气体排放。

现有技术中，当前生物质炭化技术存在炭化过程难以控制、生产不连续、其余炭化产物浪费、需消耗外部能源、出炭率低等一系列问题，亟待改善。

发明内容

本发明旨在提供一种生物质热解气再循环利用的炭化炉及生物质炭化方法，以充分利用生物质炭化中产生的热解气，从而降低能源消耗，对生物质原料进行更充分的收集利用。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，包括由上至下依次连通的料斗、干燥热解室、炭化室以及冷却室；干燥热解室的顶部开设有供干燥热解室和炭化室中产生的热解气排出的热解气出口，热解气出口与热解气分离提纯装置相连，干燥热解室的底部与炭化室的顶部之间设有炉篦，在干燥热解室的侧壁并位于炉篦上方的位置间隔设有闷烧热解点火口和闷烧热解进风口；炭化室中设有燃烧室，燃烧室中设有用于加热炭化室的燃烧盘，燃烧盘的燃料进口分别与热解气分离提纯装置的出气口和外加燃气罐相连，炭化室的底部和冷却室的底部分别设有可开合的隔热板。

优选的，热解气分离提纯装置包括顺次连接的集尘室、淬火塔以及多层交流床，集尘室的进气口与热解气出口连接，多层交流床的排气口与燃烧盘的燃料进口相连。

优选的，料斗和干燥热解室之间的进料管道中设有关风器。

优选的，在干燥热解室的顶部还设有用于阻挡粉尘进入热解气出口中的止回挡板。

优选的，炉篦转动设置在干燥热解室和炭化室之间，在炭化炉的外部设有用于驱动炉篦转动的伺服电机。

优选的，燃烧室的外壁上间隔设有多个用于将燃烧室内热量均匀导入炭化室中的导热片。

优选的，燃烧盘为环形双通道结构，内环通道的燃料进口与热解气分离提纯装置的出气口相连，外环通道的燃料进料口与外加燃气罐相连，在内环通道和外环通道上分别间隔 20mm 均匀分布有φ2 mm 的出火孔。

优选的，冷却室的顶部设有冷却水喷雾器和供冷却室中产生的水蒸汽排出的水蒸汽循环利用出口，在冷却室中位于冷却水喷雾器的下方设有水冷盘管，水冷盘管的两端分别与水冷器相连。

优选的，干燥热解室中设有第一温度传感器，炭化室中设有第二温度传感器，冷却室中设有第三温度传感器。

一种生物质热解炭化的方法，包括以下步骤：

1）、由外加燃气罐供气点燃燃烧盘以加热燃烧室，通过燃烧室为炭化室提供炭化热量；将生物质原料经料斗投入干燥热解室，当炭化室中的温度达到600-700℃后，在闷烧热解点火口处点火，对炉篦上的生物质原料进行闷烧，当干燥热解室中的温度达到180-250℃后，驱动炉篦转动，使经过闷烧热解后的生物质进入炭化室中进行炭化；

2）、打开热解气出口，使生物质炭化产生的热解气经炉篦与干燥热解室中产生的热解气一同由热解气出口进入热解气分离提纯装置，经热解气分离提纯装置将其中的烟尘凝结物和生物质焦油分别去除后通入燃烧盘，并通过分离提纯后的热解气的继续燃烧使炭化室中维持600-700℃，为炭化室中的生物质炭化持续提供热量；

3）、生物质炭化完成后，打开炭化室底部的隔热板以使高温的生物质炭进入冷却室中，首先利用水冷器和水冷盘管对高温的生物质炭进行间接的预降温，然后利用冷却水喷雾器进行直接的快速冷却，待生物质炭冷却至常温后，打开位于冷却室底部的隔热板将冷却后的生物质炭排出。

有益效果

本发明可实现生物质炭的连续生产，集生物质原料的炭化和生物质炭冷却为一体。

本发明可对生物质原料炭化和闷烧热解过程中产生的热解气通过热解气分离提纯装置实现回收利用。其中由热解气分离提纯装置中产生的热解气可通过控制阀门调节与外加燃气进入燃烧盘中的混合比例，从而使炭化室内的炭化温度处于最佳点，实现生物质炭化过程热量基本自供给。热解气分离提纯装置还可对热解气中的生物质焦油等物质进行回收以备再利用，避免炭化产物浪费。

本发明中的冷却水喷雾器用来加速冷却室内生物质炭的冷却，避免高温下生物质炭与空气接触后发生燃烧，提高出炭率，水蒸汽循环利用出口可回收利用冷却水。

附图说明

图1为本发明中的炭化炉部分的结构示意图；

图2为本发明中的热解气分离提纯装置部分的结构示意图；

图中标记：1、滑板，2、提升机，3、料斗，4、关风器，5、止回挡板，6、热解气出口，7、干燥热解室，8、热解气分离提纯装置，801、集尘室，802、淬火塔，803、多层交流床，9、闷烧热解进风口，10、第二温度传感器，11、炭化室，12、外加燃气罐，13、隔热板，14、水蒸汽循环利用出口，15、冷却水喷雾器，16、冷却室，17、第三温度传感器，18、出料机构，19、水冷器，20、水冷盘管，21、导热片，22、燃烧盘，23、燃烧室，24、炉篦，25、伺服电机，26、闷烧热解点火口，27、第一温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，包括炉体以及连接在炉体顶部并用于向炉体中投放生物质原料的进料机构和设置在炉体下方并用于将炉体中生成的生物质炭排出的出料机构18。炉体为图1中黑色填充部分，由上至下依次划分为三个腔室，分别为干燥热解室7、炭化室11以及冷却室16。干燥热解室7中设有第一温度传感器27，炭化室11中设有第二温度传感器10，冷却室16中设有第三温度传感器17。

本发明的进料机构包括提升机2、料斗3以及连接在提升机2和料斗3之间的滑板1。料斗3与炉体中的干燥热解室7通过进料管道相连，并在进料管道中设置有关风器4。通过关风器4实现连续密封进料，保证炉体的密封性，避免外部空气进入影响生物质炭化质量。

干燥热解室7的顶部开设有供干燥热解室7和炭化室11中产生的热解气排出的热解气出口6，以便于利用干燥热解室7和炭化室11中产生的热解气对生物质的炭化提供能源，使生物质炭化过程中的热量基本自供给，从而充分利用生物质资源，减小外加能源消耗。而由于从热解气出口6排出的热解气中混有烟尘固体颗粒和生物质焦油，无法直接利用，故本实施例中一方面本在干燥热解室7的顶部设置有环形的止回挡板5，使含杂热解气通过均匀间隔开设在环形止回挡板5上的细孔后再由热解气出口6排出，通过止回挡板5阻隔大颗粒的烟尘；另一方面，通过热解气分离提纯装置8对热解气进行进一步的分离提纯，消除热解气中的烟尘，并将生物质焦油从热解气中分离收集，提高生物质炭化产品的多样性。

如图2所示，本实施例中热解气分离提纯装置8包括顺次连接的集尘室801、淬火塔802以及多层交流床803，集尘室801的进气口与热解气出口6连接，多层交流床803的排气口与燃烧盘22的燃料进口相连。图2中的虚线代表气体流向，即经热解气出气口排出的气体首先经过集尘室801（可选择布袋除尘器）以去除气体中的小颗粒烟尘（小颗粒烟尘沿集尘室801下方的实线箭头排出），然后通过淬火塔802水冷降温以使气体中的生物质焦油冷凝并沿淬火塔802下方的实现箭头排出以单独收集，去除生物质焦油的热解气再经过多层交流床803进一步提纯，位于多层交流床803最末端的最纯净热解气最适宜燃烧，可用于为炭化室11中的生物质炭化供能，位于多层交流床803中间位置的其它热解气可另行收集作为它用，同样提高了生物质炭化产品的多样性。

干燥热解室7的底部与炭化室11的顶部之间设有可转动的炉篦24，在炉体外部设有用于驱动炉篦24转动的伺服电机25。炉篦24的作用是一方面在炉篦24静置状态下可减缓生物质原料未经闷烧热解而快速进入炭化室11，另一方面保证闷烧热解后的生物质能够在炉篦24转动状态下顺利进入炭化室11炭化。在干燥热解室7的侧壁并位于炉篦24上方的位置间隔设有闷烧热解点火口26和闷烧热解进风口9。

本发明的炭化室11位于干燥热解室7的下方，通过炉篦24与干燥热解室7相隔，使生物质原料高温炭化，即在绝氧或低氧环境中加热升温生物质热分解形成生物炭的场所。在炭化室11的中部设有燃烧室23，燃烧室23中设有燃烧盘22，通过燃烧盘22燃烧燃料提高燃烧室23内的温度，然后通过燃烧室23加热整个炭化室11，达到生物质炭化温度，在炉体上对应燃烧室23的位置还开设有高温无氧燃气出风口，在燃烧室23的外壁上间隔设有多个导热片21，通过导热片21将燃烧室23内热量均匀导入炭化室11中。

本实施例中的燃烧盘22为环形双通道结构，在内环通道和外环通道上分别间隔20mm 均匀分布有φ2 mm 的出火孔。内环通道的燃料进口与热解气分离提纯装置8的出气口相连，外环通道的燃料进料口与外加燃气罐12相连。在炭化初期采用外加燃气罐12中的燃气燃烧供热，在炭化过程中，主要通过炭化和闷烧分解生物质产生的热解气燃烧供热。

本发明的冷却室16的顶部设有冷却水喷雾器15和供冷却室16中产生的水蒸汽排出的水蒸汽循环利用出口14，在冷却室16中位于冷却水喷雾器15的下方设有水冷盘管20，水冷盘管20的两端分别与水冷器19相连。

本发明中，基于上述炭化炉的一种生物质热解炭化的方法，包括以下步骤：

1）、由外加燃气罐12供气点燃燃烧盘22以加热燃烧室23，通过燃烧室23为炭化室11提供炭化热量；将生物质原料经提升机2、滑板1、料斗3以及关风器4投入干燥热解室7，当炭化室11中的温度达到后600-700℃达到生物质炭化条件后，在闷烧热解点火口26处点火，对炉篦24上的生物质原料进行闷烧。当干燥热解室7中的温度达到180-250℃后，控制伺服电机25驱动炉篦24转动，使经过闷烧热解后的生物质进入炭化室11中进行炭化；

2）、在炭化室11的生物质炭化过程中，炭化产生的热解烟气经过炉篦24和闷烧热解产生的热解烟气可向上自发流动，一方面可对后续进入干燥热解室7的生物质原料进行干燥，挺高整个装置能量利用率，另一方面向上流动的热解烟气可经过生物质原料的层层过滤，除去其中大部分的焦油和灰尘，便于后面的热解烟气分离提纯。打开热解气出口6，使生物质炭化产生的热解气经炉篦24与干燥热解室7中产生的热解气汇合，并由热解气出口6进入热解气分离提纯装置8，经热解气分离提纯装置8将其中的烟尘凝结物和生物质焦油分别去除后通入燃烧盘22，并通过分离提纯后的热解气的继续燃烧使炭化室11中维持600-700℃，为炭化室11中的生物质炭化持续提供热量；当生物质产生的热解烟气足够多，可为接下来的炭化过程提供充足热量时，可调小甚至关闭外加燃气阀门，节约能量；

3）、生物质炭化完成后，打开炭化室11底部的隔热板13以使高温的生物质炭进入冷却室16中。首先利用水冷器19和水冷盘管20对高温的生物质炭进行间接的预降温，然后利用冷却水喷雾器15进行直接的快速冷却，缩短工艺时间，冷却室16内产生的水蒸汽还可经水蒸汽循环利用出口14回收再利用，节约水资源。在冷却室16内将高温的生物质炭冷却至生物质炭的燃点以下后，打开位于冷却室16底部的隔热板13将冷却后的生物质炭排出，使生物质炭最终经出料电机带动出料机构18（螺旋输送机、刮板输送机或输送带）送出。

Claims (10)

1.一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：包括由上至下依次连通的料斗（3）、干燥热解室（7）、炭化室（11）以及冷却室（16）；干燥热解室（7）的顶部开设有供干燥热解室（7）和炭化室（11）中产生的热解气排出的热解气出口（6），热解气出口（6）与热解气分离提纯装置（8）相连，干燥热解室（7）的底部与炭化室（11）的顶部之间设有炉篦（24），在干燥热解室（7）的侧壁并位于炉篦（24）上方的位置间隔设有闷烧热解点火口（26）和闷烧热解进风口（9）；炭化室（11）中设有燃烧室（23），燃烧室（23）中设有用于加热炭化室（11）的燃烧盘（22），燃烧盘（22）的燃料进口分别与热解气分离提纯装置（8）的出气口和外加燃气罐（12）相连，炭化室（11）的底部和冷却室（16）的底部分别设有可开合的隔热板（13）。

2.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：热解气分离提纯装置（8）包括顺次连接的集尘室（801）、淬火塔（802）以及多层交流床（803），集尘室（801）的进气口与热解气出口（6）连接，多层交流床（803）的排气口与燃烧盘（22）的燃料进口相连。

3.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：料斗（3）和干燥热解室（7）之间的进料管道中设有关风器（4）。

4.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：在干燥热解室（7）的顶部还设有用于阻挡粉尘进入热解气出口（6）中的止回挡板（5）。

5.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：炉篦（24）转动设置在干燥热解室（7）和炭化室（11）之间，在炭化炉的外部设有用于驱动炉篦（24）转动的伺服电机（25）。

6.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：燃烧室（23）的外壁上间隔设有多个用于将燃烧室（23）内热量均匀导入炭化室（11）中的导热片（21）。

7.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：燃烧盘（22）为环形双通道结构，内环通道的燃料进口与热解气分离提纯装置（8）的出气口相连，外环通道的燃料进料口与外加燃气罐（12）相连，在内环通道和外环通道上分别间隔 20mm 均匀分布有φ2 mm 的出火孔。

8.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：冷却室（16）的顶部设有冷却水喷雾器（15）和供冷却室（16）中产生的水蒸汽排出的水蒸汽循环利用出口（14），在冷却室（16）中位于冷却水喷雾器（15）的下方设有水冷盘管（20），水冷盘管（20）的两端分别与水冷器（19）相连。

9.根据权利要求1所述的一种生物质热解气再循环利用的炭化炉，其特征在于：干燥热解室（7）中设有第一温度传感器（27），炭化室（11）中设有第二温度传感器（10），冷却室（16）中设有第三温度传感器（17）。

10.一种利用权利要求1所述的生物质热解气再循环利用的炭化炉进行生物质热解炭化的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、由外加燃气罐（12）供气点燃燃烧盘（22）以加热燃烧室（23），通过燃烧室（23）为炭化室（11）提供炭化热量；将生物质原料经料斗（3）投入干燥热解室（7），当炭化室（11）中的温度达到后600-700℃后，在闷烧热解点火口（26）处点火，对炉篦（24）上的生物质原料进行闷烧，当干燥热解室（7）中的温度达到180-250℃后，驱动炉篦（24）转动，使经过闷烧热解后的生物质进入炭化室（11）中进行炭化；

2）、打开热解气出口（6），使生物质炭化产生的热解气经炉篦（24）与干燥热解室（7）中产生的热解气一同由热解气出口（6）进入热解气分离提纯装置（8），经热解气分离提纯装置（8）将其中的烟尘凝结物和生物质焦油分别去除后通入燃烧盘（22），并通过分离提纯后的热解气的继续燃烧使炭化室（11）中维持600-700℃，为炭化室（11）中的生物质炭化持续提供热量；

3）、生物质炭化完成后，打开炭化室（11）底部的隔热板（13）以使高温的生物质炭进入冷却室（16）中，首先利用水冷器（19）和水冷盘管（20）对高温的生物质炭进行间接的预降温，然后利用冷却水喷雾器（15）进行直接的快速冷却，待生物质炭冷却至常温后，打开位于冷却室（16）底部的隔热板（13）将冷却后的生物质炭排出。