CN110182782B - 一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，包括装置外壳、秸秆预处理装置、炭化装置、生物炭处理装置和控制装置；装置外壳上设有进料口、排污口和除尘装置，装置外壳内设有加热内胆和温度感应装置，秸秆预处理装置用于对秸秆颗粒进行清洗，炭化装置包括电加热器、物料提升组件和热液喷洒组件，电加热器用于对加热内胆进行加热，物料提升组件用于将秸秆颗粒进行提升，热液喷洒组件用于向秸秆颗粒喷洒热液，生物炭处理装置用于对秸秆生物炭进行后期处理，控制装置用于控制装置的自动化运行；本发明结构设计合理、安全高效、秸秆炭化效率高，适宜大量推广。

Description

一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置

技术领域

本发明涉及秸秆炭化设备技术领域，具体涉及一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置。

背景技术

农作物秸秆是一种优良的生物质能源，而且每年都有很大的产量，以前由于对农作物秸秆的利用方式少，通常是堆叠在田地里直接焚烧，不仅浪费，而且污染环境。随着生物质能源的研究和开发，农作物秸秆作为优良的生物质能源，可以通过高温炭化，从而实现多种用途。农作物秸秆生物炭指在缺氧的条件下把生物质进行高温处理，生物质中的油和气燃烧掉，剩下的就是生物炭。植物的腐烂自然而然会令土壤中含有大量的碳元素，但是这些碳相对而言是不稳定的，受气候影响很大，一旦遇到像农耕这样的变化，土壤就会释放出二氧化碳。这使得它们既是碳源、又是碳汇。生物炭埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把碳封存进了土壤，有助于减缓全球变暖，全世界范围内引发了对生物炭的广泛兴趣。有不少科学家认为，用生物炭捕捉碳元素相当稳定，能将碳元素“锁”在地下数百年，并让土壤变得更肥沃；另外还可以减少二氧化氮和甲烷等温室气体的排放。

现有技术中，往往是通过高压反应釜来进行燃烧碳化的，但是通过燃烧法制备秸秆生物炭，需要大量的燃料来提供热量，炭化成本较高；同时，秸秆燃烧过程中易产生大量有毒有害气体，另一方面，部分已经被炭化的秸秆再次燃烧，使得秸秆生物炭的产量和品质受到影响。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种炭化效率高、无污染的利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置。

本发明的技术方案为：一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，包括装置外壳、秸秆预处理装置、炭化装置、生物炭处理装置和控制装置；装置外壳包括清洗腔、炭化腔和处理腔，清洗腔设置在炭化腔上端，清洗腔上端设置有进料口，清洗腔侧面底部设置有排污口，清洗腔与炭化腔连接处设置有密封组件，炭化腔内部套设有加热内胆，加热内胆内部设置有温度感应装置，炭化腔上连接有除尘装置，处理腔在炭化腔下端，处理腔与炭化腔连接处设置有密封组件，处理腔下端设置有滤网和排水口，炭化腔侧面铰接有箱门；秸秆预处理装置包括秸秆清洗喷头和秸秆翻搅组件，清洗喷头竖直设置在清洗腔侧面，秸秆翻搅组件包括翻搅电机和翻搅架，翻搅电机固定设置在清洗腔内部底端，翻搅电机为翻搅架提供动力；炭化装置包括电加热器、物料提升组件和热液喷洒组件，电加热器设置在加热内胆与装置外壳之间，电加热器的加热温度为400-750度，电加热器上连接有加热盘管，加热盘管缠绕设置在加热内胆的外壁上，物料提升组件包括提升电机和提升桨叶，提升电机固定设置在炭化腔内部底端，提升电机的输出轴为空心轴,提升桨叶固定设置在输出轴上，热液喷洒组件包括连接管和喷洒头，连接管的上端固定设置在炭化腔内部顶端，连接管的下端与输出轴活动卡接，连接管上设置有进液支管，进液支管贯穿装置外壳，喷洒头设置在提升桨叶上，喷洒头与连接管导通，热液为去离子水，热液的温度为180-240度，压力为0.5-3MPa；生物炭处理装置用于对秸秆生物炭进行后期处理；控制装置用于控制装置的自动化运行，用电设备由外部电源供电。

进一步地，生物炭处理装置包括压缩电机、压缩杆和压板，压缩电机设置有两个，两个压缩电机分别固定设置在装置外壳的外壁上，压板设置有两个，两个压板分别活动卡接在处理腔内部，压缩杆设置有两个，两个压缩杆均贯穿处理腔且与处理腔螺纹连接，两个压缩杆的一端分别与两个压板卡接，两个压缩杆的另一端分别与两个压缩电机连接；通过两个压缩电机带动两个压板对秸秆生物炭和水和混合物进行挤压，一方面能够将秸秆生物炭中的水分挤压出来，降低生物炭的含水量，同时挤压成块的生物炭更便于储存和运输。

进一步地，密封组件包括密封板、牵引电机和牵引杆，密封板设置有两个，两个密封板分别与装置外壳卡接，牵引电机设置有两个，两个牵引电机分别固定设置在装置外壳的侧壁上，牵引杆设置有两个，两个牵引杆分别与两个密封板连接，两个牵引电机分别为两个牵引杆提供动力，通过牵引电机带动牵引杆的移动，进而使得密封板左右移动，对炭化腔进行密封，提高炭化腔的气密性，保证秸秆在高温高压状态下炭化。

进一步地，控制装置包括控制器，处理器和控制面板，控制器与密封组件、翻搅电机、电加热器、提升电机和生物炭处理装置连接，处理器与温度感应装置和控制器连接，控制面板与处理器和控制器连接，使用时，通过操作控制面板，实现装置的自动化运行，大大提高工作效率。

进一步地，除尘装置包括除尘筒、挡尘帽和降尘板，除尘筒与炭化腔导通，除尘筒上设置有清理口，挡尘帽设置在除尘筒顶端，挡尘帽与除尘筒之间设置有间隙，降尘板设置在除尘筒内部，降尘板上设置有多个喷孔，降尘板通过降尘管与外部水源连接，炭化腔内的高温烟气通过除尘筒排出时，降尘板上的喷孔喷水，对高温烟尘中的颗粒污染物进行冲洗，颗粒污染物最终经过清理口排出，处理后的高温烟气通过挡尘帽后排出，避免高温烟气对环境造成污染。

进一步地，降尘板为碗状结构，喷孔设置在降尘板的内侧，提高降尘板对高温烟气的冲洗效果。

进一步地，装置外壳底部设置有支撑架，提高装置的稳定性好安全性。

本发明的工作原理为：使用时，将粉碎后的农作物秸秆颗粒通过进料口导入清洗腔，秸秆清洗喷头连接外部水源对秸秆进行冲洗，同时操作控制面板，通过控制器控制翻搅电机启动，带动翻搅架旋转，使得秸秆颗粒中混合的土粒被冲洗掉，清洗污水通过排污口排出；控制器控制清洗腔与炭化腔之间的牵引电机启动，两个密封板开启，秸秆颗粒落入炭化腔中，控制器控制牵引电机再次启动，两个密封板关闭，控制器控制电加热器开启，通过加热盘管对加热内胆进行加热，使加热温度达到400-750度，同时通过进液支管向炭化腔内持续通入温度为180-240度，压力为0.5-3MPa的去离子水40-60分钟，同时控制器控制提升电机启动，带动提升桨叶旋转，不断提升秸秆颗粒；通过温度感应装置感测炭化腔内部温度，当温度达到400-750度时，传递信号至处理器，处理器发送指令至控制器，控制电机热器关闭；炭化1.2-2小时后，控制器控制炭化腔与处理腔之间的牵引电机启动，两个密封板开启，炭化后的秸秆落入处理腔中，控制器控制压缩电机启动，带动压板将炭化后的秸秆挤压成块后，通过箱门取出进行转移；挤压出的炭化液体通过排水口排出；炭化过程中产生的烟气经过除尘筒内部的降尘板处理后，最终排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构设计合理、炭化效率高、节能环保；本发发明通过设置秸秆预处理装置，有效祛除了秸秆颗粒中的土粒和石块，有效提高了秸秆生物炭的品质，同时避免了土粒和石块对装置造成损坏；通过电加热器为装置提供热量，使得装置的加热温度精确可控，提供秸秆炭化效率；通过设置生物炭处理装置，将秸秆生物炭中的水分挤压出来，降低生物炭的含水量，同时挤压成块的生物炭更便于储存和运输；通过设置除尘装置，使得炭化过程中高温烟气中的颗粒污染物得到有效截留，有利于保护环境。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的右视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的提升桨叶的结构示意图；

图5是本发明的提升桨叶与喷洒头的连接示意图；

图6是本发明的降尘板的结构示意图；

图7是本发明的控制框图；

其中，1-装置外壳、10-清洗腔、100-进料口、101-排污口、11-炭化腔、12-处理腔、120-滤网、121-排水口、122-箱门、13-密封组件、130-密封板、131-牵引电机、132-牵引杆、14-加热内胆、15-支撑架、2-秸秆预处理装置、20-秸秆清洗喷头、21-秸秆翻搅组件、210-翻搅电机、211-翻搅架、3-炭化装置、30-电加热器、300-加热盘管、31-物料提升组件、310-提升电机、311-提升桨叶、312-输出轴、32-热液喷洒组件、320-连接管、321-喷洒头、322-进液支管、4-生物炭处理装置、40-压缩电机、41-压缩杆、42-压板、5-温度感应装置、6-除尘装置、60-除尘筒、600-清理口、61-挡尘帽、62-降尘板、620-喷孔、621-降尘管。

具体实施方式

实施例：如图1、2、3所示的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，包括装置外壳1、秸秆预处理装置2、炭化装置3、生物炭处理装置4和控制装置；装置外壳1包括清洗腔10、炭化腔11和处理腔12，清洗腔10设置在炭化腔11上端，清洗腔10上端设置有进料口100，清洗腔10侧面底部设置有排污口101，清洗腔10与炭化腔11连接处设置有密封组件13，密封组件13包括密封板130、牵引电机131和牵引杆132，密封板130设置有两个，两个密封板130分别与装置外壳卡接，牵引电机131设置有两个，两个牵引电机131分别固定设置在装置外壳1的侧壁上，牵引杆132设置有两个，两个牵引杆132分别与两个密封板130连接，两个牵引电机131分别为两个牵引杆132提供动力，通过牵引电机131带动牵引杆132的移动，进而使得密封板130左右移动，对炭化腔11进行密封，提高炭化腔11的气密性，保证秸秆在高温高压状态下炭化；炭化腔11内部套设有加热内胆14，加热内胆14内部设置有温度感应装置5，炭化腔11上连接有除尘装置6，处理腔12在炭化腔11下端，处理腔12与炭化腔11连接处设置有密封组件13，处理腔12下端设置有滤网120和排水口121，炭化腔12侧面铰接有箱门122；装置外壳1底部设置有支撑架15，提高装置的稳定性好安全性；

如图1、2所示，秸秆预处理装置2包括秸秆清洗喷头20和秸秆翻搅组件21，清洗喷头20竖直设置在清洗腔10侧面，秸秆翻搅组件21包括翻搅电机210和翻搅架211，翻搅电机210固定设置在清洗腔10内部底端，翻搅电机210为翻搅架211提供动力；

如图1、2、4、5所示，炭化装置3包括电加热器30、物料提升组件31和热液喷洒组件32，电加热器30设置在加热内胆14与装置外壳1之间，电加热器的加热温度为530度，电加热器30上连接有加热盘管300，加热盘管300缠绕设置在加热内胆14的外壁上，物料提升组件31包括提升电机310和提升桨叶311，提升电机310固定设置在炭化腔11内部底端，提升电机310的输出轴312为空心轴,提升桨叶311固定设置在输出轴312上，热液喷洒组件32包括连接管320和喷洒头321，连接管320的上端固定设置在炭化腔11内部顶端，连接管320的下端与输出轴312活动卡接，连接管320上设置有进液支管322，进液支管322贯穿装置外壳1，喷洒头321设置在提升桨叶311上，喷洒头321与连接管320导通，热液为去离子水，热液温度为220度，压力为2.2MPa；

如图1所示，生物炭处理装置4包括压缩电机40、压缩杆41和压板42，压缩电机40设置有两个，两个压缩电机40分别固定设置在装置外壳1的外壁上，压板42设置有两个，两个压板42分别活动卡接在处理腔12内部，压缩杆41设置有两个，两个压缩杆41均贯穿处理腔12且与处理腔2螺纹连接，两个压缩杆41的一端分别与两个压板卡接，两个压缩杆41的另一端分别与两个压缩电机40连接；通过两个压缩电机40带动两个压板42对秸秆生物炭和水和混合物进行挤压，一方面能够将秸秆生物炭中的水分挤压出来，降低生物炭的含水量，同时挤压成块的生物炭更便于储存和运输；

如图2、6所示，除尘装置6包括除尘筒60、挡尘帽61和降尘板62，除尘筒60与炭化腔11导通，除尘筒60上设置有清理口600，挡尘帽61设置在除尘筒60顶端，挡尘帽61与除尘筒60之间设置有间隙，降尘板62设置在除尘筒60内部，降尘板62上设置有多个喷孔620，降尘板62通过降尘管621与外部水源连接，炭化腔11内的高温烟气通过除尘筒60排出时，降尘板62上的喷孔620喷水，对高温烟尘中的颗粒污染物进行冲洗，颗粒污染物最终经过清理口600排出，处理后的高温烟气通过挡尘帽61后排出，避免高温烟气对环境造成污染；降尘板62为碗状结构，喷孔620设置在降尘板62的内侧，提高降尘板62对高温烟气的冲洗效果；

如图1、2所示，控制装置包括控制器，处理器和控制面板，控制器为市售，控制器与密封组件13、翻搅电机210、电加热器30、提升电机310和生物炭处理装置4连接，处理器与温度感应装置5和控制器连接，控制面板与处理器和控制器连接，使用时，通过操作控制面板，实现装置的自动化运行，大大提高工作效率；用电设备由外部电源供电。

使用时，将粉碎后的农作物秸秆颗粒通过进料口100导入清洗腔，秸秆清洗喷头20连接外部水源对秸秆进行冲洗，同时操作控制面板，通过控制器控制翻搅电机210启动，带动翻搅架211旋转，使得秸秆颗粒中混合的土粒被冲洗掉，清洗污水通过排污口101排出；控制器控制清洗腔10与炭化腔11之间的牵引电机131启动，两个密封板130开启，秸秆颗粒落入炭化腔11中，控制器控制牵引电机131再次启动，两个密封板130关闭，控制器控制电加热器30开启，通过加热盘管300对加热内胆14进行加热，同时通过进液支管322向炭化腔11内持续通入温度为220度，压力为2.2MPa的去离子水50分钟，同时控制器控制提升电机310启动，带动提升桨叶311旋转，不断提升秸秆颗粒；通过温度感应装置5感测炭化腔11内部温度，当温度达到530度时，传递信号至处理器，处理器发送指令至控制器，控制电机热器30关闭；炭化1.6小时后，控制器控制炭化腔11与处理腔12之间的牵引电机131启动，两个密封板130开启，炭化后的秸秆落入处理腔12中，控制器控制压缩电机40启动，带动压板42将炭化后的秸秆挤压成块后，通过箱门122取出进行转移；挤压出的炭化液体通过排水口121排出；炭化过程中产生的烟气经过除尘筒60内部的降尘板62处理后，最终排出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，包括装置外壳(1)、秸秆预处理装置(2)、炭化装置(3)、生物炭处理装置(4)和控制装置；所述装置外壳(1)包括清洗腔(10)、炭化腔(11)和处理腔(12)，所述清洗腔(10)设置在炭化腔(11)上端，清洗腔(10)上端设置有进料口(100)，清洗腔(10)侧面底部设置有排污口(101)，清洗腔(10)与炭化腔(11)连接处设置有密封组件(13)，所述炭化腔(11)内部套设有加热内胆(14)，所述加热内胆(14)内部设置有温度感应装置(5)，炭化腔(11)上连接有除尘装置(6)，所述处理腔(12)在炭化腔(11)下端，处理腔(12)与炭化腔(11)连接处设置有密封组件(13)，处理腔(12)下端设置有滤网(120)和排水口(121)，炭化腔(12)侧面铰接有箱门(122)；所述秸秆预处理装置(2)包括秸秆清洗喷头(20)和秸秆翻搅组件(21)，所述清洗喷头(20)竖直设置在清洗腔(10)侧面，所述秸秆翻搅组件(21)包括翻搅电机(210)和翻搅架(211)，所述翻搅电机(210)固定设置在清洗腔(10)内部底端，翻搅电机(210)为翻搅架(211)提供动力；所述炭化装置(3)包括电加热器(30)、物料提升组件(31)和热液喷洒组件(32)，所述电加热器(30)设置在加热内胆(14)与装置外壳(1)之间，电加热器(30)上连接有加热盘管(300)，所述加热盘管(300)缠绕设置在加热内胆(14)的外壁上，所述物料提升组件(31)包括提升电机(310)和提升桨叶(311)，所述提升电机(310)固定设置在炭化腔(11)内部底端，提升电机(310)的输出轴(312)为空心轴,所述提升桨叶(311)固定设置在输出轴(312)上，所述热液喷洒组件(32)包括连接管(320)和喷洒头(321)，所述连接管(320)的上端固定设置在炭化腔(11)内部顶端，连接管(320)的下端与输出轴(312)活动卡接，连接管(320)上设置有进液支管(322)，所述进液支管(322)贯穿装置外壳(1)，所述喷洒头(321)设置在提升桨叶(311)上，喷洒头(321)与连接管(320)导通；所述生物炭处理装置(4)用于对秸秆生物炭进行后期处理；所述控制装置用于控制装置的自动化运行。

2.根据权利要求1所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述生物炭处理装置(4)包括压缩电机(40)、压缩杆(41)和压板(42)，所述压缩电机(40)设置有两个，两个压缩电机(40)分别固定设置在装置外壳(1)的外壁上，所述压板(42)设置有两个，两个压板(42)分别活动卡接在处理腔(12)内部，所述压缩杆(41)设置有两个，两个压缩杆(41)均贯穿处理腔(12)且与处理腔(2)螺纹连接，两个压缩杆(41)的一端分别与两个压板卡接，两个压缩杆(41)的另一端分别与两个压缩电机(40)连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述控制装置包括控制器，处理器和控制面板，所述控制器与密封组件(13)、翻搅电机(210)、电加热器(30)、提升电机(310)和生物炭处理装置(4)连接，所述处理器与温度感应装置(5)和控制器连接，所述控制面板与处理器和控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述除尘装置(6)包括除尘筒(60)、挡尘帽(61)和降尘板(62)，所述除尘筒(60)与炭化腔(11)导通，除尘筒(60)上设置有清理口(600)，挡尘帽(61)设置在除尘筒(60)顶端，挡尘帽(61)与除尘筒(60)之间设置有间隙，所述降尘板(62)设置在除尘筒(60)内部，降尘板(62)上设置有多个喷孔(620)，降尘板(62)通过降尘管(621)与外部水源连接。

5.根据权利要求4所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述降尘板(62)为碗状结构，所述喷孔(620)设置在降尘板(62)的内侧。

6.根据权利要求1所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述装置外壳(1)底部设置有支撑架(15)。

7.根据权利要求4所述的一种利用水热法制备秸秆生物炭的环保型装置，其特征在于，所述降尘板(62)为倒锥形结构，所述喷孔(620)设置在降尘板(62)的内侧。

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