CN110257091B - 一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，涉及生物质热解炉技术领域，包括竖直方向自上而下依次设置的进料区、预热区、炭化区、冷却区，预热区、炭化区、冷却区的内部设有竖直贯穿预热区、炭化区、冷却区的两个相对设置的半圆形竖管，进料区、预热区、炭化区、冷却区之间的连接处以及冷却区的底部均设有水平设置的内半圆炉孔板，两个半圆形竖管的内部相对炭化区与冷却区的连接处、冷却区的底部均设有气动截止阀，炉体的内壁与两个半圆形竖管的外壁之间的区域对应预热区、炭化区、冷却区依次设为预热火道、炭化火道、冷却水道，预热区一侧的上部设有与两个半圆形竖管分别连通的两个预热气出口；所述预热火道与炭化火道之间通过在炉体的外壁上设置U形管路连通，所述炭化区一侧的顶部设有与两个半圆形竖管分别连通的两个炭化气出口，预热火道、炭化火道、冷却水道内均设有折流板，本发明将独立设置预热区与炭化区，可以使目标产物的纯度得到提高，并且通过半圆形竖管和折流板的形式，可以得到品质较高的生物炭。

Description

一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉

技术领域

本发明涉及生物质热解炉技术领域，具体为一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉。

背景技术

生物质炭化设备从生产工艺分为两大类，一种是传统的有氧燃烧方式，一种是先进的无氧热裂解方式。两种不同的方式所生产出来的目标产物的质量是截然不同的，例如，有氧燃烧所产出炭的品质、可燃气的热值都不如无氧热裂解法，木醋酸液和木焦油的质量更加不如。有氧燃烧方式的设备分为窑式、池式、筒式、箱式等，其主要产品有北京炭宝科技公司的池式炭化炉，北京中诚炭基集团的筒式炭化炉等。无氧热裂解方式的设备分为釜式、旋转窑式，其主要产品有陕西杨凌亿鑫公司的间歇釜式热解炉、云南郎德热能环保科技公司的内盘旋转立式热解炉。

现有技术的无氧热裂解方式在生产木醋酸液、木焦油等产品时，木醋酸液和木焦油是在无氧热裂解之后混合在一起进入净化系统中，然后再进行后期的提纯，此种方式消耗的成本较大，且提纯效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，包括炉体，所述炉体包括竖直方向自上而下依次设置的进料区1、预热区2、炭化区3、冷却区4，所述预热区2、炭化区3、冷却区4的内部设有竖直贯穿所述预热区2、炭化区3、冷却区4的两个相对设置的半圆形竖管5，所述进料区1、预热区2、炭化区3、冷却区4之间的连接处以及冷却区4的底部均设有水平设置的内半圆炉孔板6，所述内半圆炉孔板6上设有两个与所述半圆形竖管5相对应的半圆形通孔7；两个所述半圆形竖管5的内部位于所述炭化区3与所述冷却区4的连接处、所述冷却区4的底部均设有气动截止阀8；所述炉体的内壁与两个所述半圆形竖管5的外壁之间的区域对应所述预热区2、炭化区3、冷却区4依次设为预热火道9、炭化火道10、冷却水道11，所述预热区2一侧的上部设有与所述预热火道9连通的废气出口12，所述预热区2另一侧的上部设有与两个所述半圆形竖管5分别连通的两个预热气出口13；所述预热火道9与所述炭化火道10之间通过在所述炉体的外壁上设置U形管路14连通；所述炭化区3一侧的顶部设有与两个所述半圆形竖管5分别连通的两个炭化气出口15，所述炭化区3一侧的下部设有高温气进口16；所述冷却区4一侧的上部设有与所述冷却水道11连通的冷却水出口17，所述冷却区4另一侧的下部设有与所述冷却水道11连通的冷却水进口18；所述预热火道9、炭化火道10、冷却水道11内均设有折流板19。

在优选的实施方案中，所述进料区1包括进料筒101、进料漏斗102、U形支架103、气动进料装置，所述进料漏斗102的一侧设有支撑杆105，所述支撑杆105的顶部与所述进料筒101的一侧固定连接，所述U形支架103竖直向下设置，且所述U形支架103的两端分别固定在所述进料漏斗102的两侧，所述U形支架103的顶部下端设有所述气动进料装置。

在优选的实施方案中，所述气动进料装置包括两个气动伸缩杆104，两个所述气动伸缩杆104的其中一端均与所述U形支架103的顶部下端固定连接，另一端均设有与所述半圆形竖管5相对应的压料密封块106。

在优选的实施方案中，所述折流板19的外壁为圆弧形且与所述炉体的内壁直径相同，所述折流板19的内壁为圆弧形且与两个所述半圆形竖管5的外壁直径相同，且所述折流板19的中间设有隔板，所述折流板19相对所述隔板为轴对称图形。

在优选的实施方案中，所述预热火道9、炭化火道10、冷却水道11内的所述折流板19均自上而下反方向间隔排列。

在优选的实施方案中，所述气动截止阀8包括两个与所述半圆形竖管5相对应的半圆形转板801、短轴802、长轴803、双肘节接头804，两个所述半圆形转板801的相对侧分别与所述短轴802、长轴803固定连接，且所述短轴802、长轴803的两端均贯穿所述炉体的外壁，所述短轴802、长轴803的两端均设有轴承座805，所述双肘节接头804设有两个，且所述短轴802的两端分别通过两个所述双肘节接头804与对应的所述长轴803的两端连接，所述长轴803的两端均设有中央耳轴型气缸806。

在优选的实施方案中，所述炉体的外壁上设有两层硅酸铝保温层，所述硅酸铝保温层的外壁上设有316L不锈钢层。

在优选的实施方案中，所述预热区2、炭化区3、冷却区4分别安装有用于测量所述半圆形竖管5内部温度、预热火道9内部温度、炭化火道10内部温度、冷却水道11内部温度的热电偶20。

本发明的有益效果为：

本发明将预热区与炭化区独立设置，可以使所需要的目标产物的质量相对较高，例如生物质原料中的木醋酸液在275℃左右就释放出来，所以预热区的温度要控制在这一区域内，得到的木醋酸液的质量纯度就较高，而炭化区的温度控制在600℃--700℃范围内，释放较多的就是木焦油，传统和现有的炭化设备这两个区域是不单独分开的，所以木醋酸液和木焦油基本上是混合在一起的，这样会给两个产品的后期分离提纯带来相应的高成本；

本发明采用半圆形竖管和折流板式的结构使热燃气能够均匀的在炉体内流动，这样可以使生物质原料在炉管内充分均匀的受高温炭化，可以提高炭化的效率，也能生产出品质较高的生物炭；

本发明采用了可拆卸模块化的炉型设计，能够提高设备的使用寿命，且降低设备维护更换的成本，需要维护更换时，只需更换相对的区域即可；

本发明采用气动系统输送原料和气动截止阀控制炭化进程，可以降低用电能耗。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的进料区结构示意图；

图3是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的A-A截面示意图；

图4是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的B-B截面示意图；

图5是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的C-C截面示意图；

图6是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的D-D截面示意图；

图7是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的E-E截面示意图；

图8是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的内半圆炉孔板结构示意图；

图9是本发明实施例所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉的折流板结构示意图；

图中：

进料区；101、进料筒；102、进料漏斗；103、U形支架；104、气动伸缩杆；105、支撑杆；106、压料密封块；2、预热区；3、炭化区；4、冷却区；5、半圆形竖管；6、内半圆炉孔板；7、半圆形通孔；8、气动截止阀；801、半圆形转板；802、短轴；803、长轴；804、双肘节接头；805、轴承座；806、中央耳轴型气缸；9、预热火道；10、炭化火道；11、冷却水道；12、废气出口；13、预热气出口；14、U形管路；15、炭化气出口；16、高温气进口；17、冷却水出口；18、冷却水进口；19、折流板；20、热电偶。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-9所示，本发明实施例的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，包括炉体，所述炉体包括竖直方向自上而下依次设置的进料区1、预热区2、炭化区3、冷却区4，进料区1、预热区2、炭化区3、冷却区4之间通过法兰盘连接，预热区2、炭化区3、冷却区4的内部设有竖直贯穿所述预热区2、炭化区3、冷却区4的两个相对设置的半圆形竖管5，半圆形竖管5内用于放置需无氧热裂解的原料，进料区1、预热区2、炭化区3、冷却区4之间的连接处以及冷却区4的底部均设有水平设置的内半圆炉孔板6，内半圆炉孔板6上设有两个与所述半圆形竖管5相对应的半圆形通孔7，内半圆炉孔板6用于将各个分区之间分隔；两个半圆形竖管5的内部位于所述炭化区3与所述冷却区4的连接处、所述冷却区4的底部均设有气动截止阀8，气动截止阀8用于控制炭化区3的物料进入冷却区以及控制冷却区的物料从炉体下部排出；炉体的内壁与两个半圆形竖管5的外壁之间的区域对应所述预热区2、炭化区3、冷却区4依次设为预热火道9、炭化火道10、冷却水道11，所述预热区2一侧的上部设有与预热火道9连通的废气出口12，所述预热区2另一侧的上部设有与两个半圆形竖管5分别连通的两个预热气出口13，预热气出口13用于连接第一净化系统（图中未示出），净化系统为现有技术，用于将预热气净化处理后单独存储；所述预热火道9与炭化火道10之间通过在所述炉体的外壁上设置U形管路14连通；所述炭化区3一侧的顶部设有与两个半圆形竖管5分别连通的两个炭化气出口15，炭化气出口15用于连接第二净化系统（图中未示出），用于将炭化气净化处理后单独存储；所述炭化区3一侧的下部设有高温气进口16，用于连接燃烧器（图中未示出），燃烧器为现有技术，用于为炭化区3以及预热区2提供热燃气；所述冷却区4一侧的上部设有与所述冷却水道11连通的冷却水出口17，所述冷却区4另一侧的下部设有与所述冷却水道11连通的冷却水进口18，冷却水从冷却水进口18进入冷却水道11，进行冷却后从冷却水出口17流出；所述预热火道9、炭化火道10、冷却水道11内均设有折流板19。

具体的实施例中，进料区1包括进料筒101、进料漏斗102、U形支架103、气动进料装置，进料漏斗102的一侧设有支撑杆105，支撑杆105的顶部与所述进料筒101的一侧固定连接，U形支架103竖直向下设置，且U形支架103的两端分别固定在进料漏斗102的两侧，U形支架103的顶部下端设有气动进料装置；

气动进料装置包括两个气动伸缩杆104，两个气动伸缩杆104的其中一端均与U形支架103的顶部下端固定连接，另一端均设有与所述半圆形竖管5相对应的压料密封块106，本发明采用气动进料装置，可以实现进料的全自动控制，配合原料提升机（图中未示出）使用，原料提升机为现有技术，用于将原料从地面提升至炉体顶部的进料区；进料筒101位于气动进料装置的一侧，不影响气动进料装置的正常运行。

具体的实施例中，如图9所示，折流板19的外壁为圆弧形且与炉体的内壁直径相同，折流板19的内壁为圆弧形且与两个半圆形竖管5的外壁直径相同，且折流板19的中间设有隔板，折流板19相对所述隔板为轴对称图形；

如图1所示，预热火道9、炭化火道10、冷却水道11内的折流板19均自上而下反方向间隔排列，采用折流板式的结构使热燃气能够均匀的顺着折流板19的缺口处在炉体内流动，这样可以使生物质原料在半圆形炉管5内充分均匀的受高温炭化，可以提高炭化的效率，也能生产出品质较高的生物炭。

具体的实施例中，如图7所示，气动截止阀8包括两个与半圆形竖管5相对应的半圆形转板801、短轴802、长轴803、双肘节接头804，两个半圆形转板801的相对侧分别与短轴802、长轴803固定连接，且短轴802、长轴803的两端均贯穿所述炉体的外壁，短轴802、长轴803的两端均设有轴承座805，轴承座805通过安装支架固定在炉体的外壁上，所述双肘节接头804设有两个，且短轴802的两端分别通过两个双肘节接头804与对应的长轴803的两端连接，长轴803的两端均设有中央耳轴型气缸806，气动截止阀8动作时，通过中央耳轴型气缸806带动长轴803转动，长轴803通过两端的双肘节接头804带动短轴802跟随转轴，从而实现两个半圆形转板801在其对应的半圆形竖管5内启闭，炭化区3与冷却区4之间的气动截止阀8用于控制经炭化区3炭化的原料进入冷却区4进行冷却，冷却区4底部的气动截止阀8用于控制经冷却区4冷却后的炭排出炉体；双肘节接头804为现有技术，采用SMC双肘节接头；中央耳轴型气缸806为现有技术，型号为MBT100-250Z-W-M9P。

具体的实施例中，所述炉体的外壁上设有两层硅酸铝保温层，所述硅酸铝保温层的外壁上设有316L不锈钢层，能够有效减少炉体内热量的损失，同时能够有效防腐蚀。

具体的实施例中，所述预热区2、炭化区3、冷却区4分别安装有用于测量半圆形竖管5内部温度、预热火道9内部温度、炭化火道10内部温度、冷却水道11内部温度的热电偶20，便于系统随时监控各个区域的温度。

工作原理：

本发明实施例中，高温气进口16用于连接燃烧器，为炭化区和预热区提供热燃气，首先热燃气顺着折流板均匀的在炭化区内的炭化火道内部向上流动，随后热燃气经U形管路14流入预热区，在预热火道内再次均匀向上部流动，经废气出口12排出；

本发明实施例中，以生产木醋酸液和木焦油为例，生物质原料中的木醋酸液在275℃左右就释放出来，木焦油需要在600℃--700℃范围内释放，首先将待处理的原料在进料区经气动进料装置压入半圆形竖管5内，在预热区的原料，因预热区的温度低，且安装有热电偶，能随时监控预热区的温度，通过调节高温气进口16的进气温度，将预热区内的温度控制在275℃左右，此时预热区内的原料经高温炭化，产生的含木醋酸液的预热气经预热气出口排出，净化处理后可以得到木醋酸液；原料经预热区进入炭化区后，将炭化区的温度控制在600℃--700℃范围内，此时原料经高温炭化后，产生的含木焦油的气体经炭化气出口排出，净化处理后可以得到木焦油；传统和现有的炭化设备在这两个区域内是不单独分开的，所以木醋酸液和木焦油基本上是混合在一起的，这样会给两个产品的后期分离提纯带来相应的高成本，且提纯效果不佳；

原料经炭化区高温炭化后，由炭化区与冷却区之间的气动截止阀控制其进入冷却区，在冷却区通过冷却水循环冷却后，即可通过冷却区下部的气动截止阀排出，经包装处理后即可成为不同的炭产品，冷却水经冷却水道内的折流板均匀向上流动，使得冷却效果更好。

综合利用后的经济效果：

（1）年处理1.3万吨秸秆的成本测算

序号	费用项目	数量	价格	年费用	说明
						1	秸秆原材料采购	13000吨	250元/吨	325万元	含运费
2	炭基肥原料	3万吨	1500元/吨	4500万元	牲畜粪便和有机肥
						3	包装袋	80万个	5元/个	400万元	每个袋子装50KG计算
4	人工费	30人	4.8万元/年人均	144万元	两班制
						5	电费	400kw	0.6元/度	240万元	峰谷电
6	维修费		2万元/月	24万元
						7	设备折旧费	675万元	67.5万元/年	67.5万元	按10年折旧
8	管理费	10人	9万元/年人均	90万元	管理人员工资和销售费
						11	合计			5790.5万元

（2）年处理1.3万吨秸秆可产出的产品及价值

产品名称	产量	单价	价值	说明
					秸秆炭基肥	39000	2000元	7800万元	秸秆炭基肥加入10%的炭原料
可燃气体	390万M³	2元/M³	如果有用户可以作为产值计算	自用50%其余用于或发电自用如外销可燃气可获得300万元的收益
					木醋液	3900吨	4000元	1560×0.6=936万元	市场PH值2.8的价格，因含水按60%计算
木焦油	650吨	2000元	130万元
					合计			8866万元	未包含可燃气体对外销售300万元的效益

（3）年产值和成本效益测算

序号	项目	数量（万元）	说明
				1	年产值	8866	全年满负荷生产销售额
2	年成本支出	5790.5	全年生产成本支出
				3	税前效益	3075.5	未包含可燃气体发电自用可节约120万元电费和可燃气外销获得300万元的收益
4	投资回报期	4个月	深加工的全部投入共计万元785万元，4个月可收回投入

注：由此来看，深加工的效益非常可观，假如原材料涨价250万元（玉米秸秆由250元/吨涨到400元/吨），也不会影响深加工示范厂的效益。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：包括炉体，所述炉体包括竖直方向自上而下依次设置的进料区（1）、预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4），所述预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4）的内部设有竖直贯穿所述预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4）的两个相对设置的半圆形竖管（5），所述进料区（1）、预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4）之间的连接处以及冷却区（4）的底部均设有水平设置的内半圆炉孔板（6），所述内半圆炉孔板（6）上设有两个与所述半圆形竖管（5）相对应的半圆形通孔（7）；两个所述半圆形竖管（5）的内部位于所述炭化区（3）与所述冷却区（4）的连接处、所述冷却区（4）的底部均设有气动截止阀（8）；所述炉体的内壁与两个所述半圆形竖管（5）的外壁之间的区域对应所述预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4）依次设为预热火道（9）、炭化火道（10）、冷却水道（11），所述预热区（2）一侧的上部设有与所述预热火道（9）连通的废气出口（12），所述预热区（2）另一侧的上部设有与两个所述半圆形竖管（5）分别连通的两个预热气出口（13）；所述预热火道（9）与所述炭化火道（10）之间通过在所述炉体的外壁上设置U形管路（14）连通；所述炭化区（3）一侧的顶部设有与两个所述半圆形竖管（5）分别连通的两个炭化气出口（15），所述炭化区（3）一侧的下部设有高温气进口（16）；所述冷却区（4）一侧的上部设有与所述冷却水道（11）连通的冷却水出口（17），所述冷却区（4）另一侧的下部设有与所述冷却水道（11）连通的冷却水进口（18）；所述预热火道（9）、炭化火道（10）、冷却水道（11）内均设有折流板（19），所述折流板（19）的外壁为圆弧形且与所述炉体的内壁直径相同，所述折流板（19）的内壁为圆弧形且与两个所述半圆形竖管（5）的外壁直径相同，且所述折流板（19）的中间设有隔板，所述折流板（19）相对所述隔板为轴对称图形。

2.根据权利要求1所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述进料区（1）包括进料筒（101）、进料漏斗（102）、U形支架（103）、气动进料装置，所述进料漏斗（102）的一侧设有支撑杆（105），所述支撑杆（105）的顶部与所述进料筒（101）的一侧固定连接，所述U形支架（103）竖直向下设置，且所述U形支架（103）的两端分别固定在所述进料漏斗（102）的两侧，所述U形支架（103）的顶部下端设有所述气动进料装置。

3.根据权利要求2所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述气动进料装置包括两个气动伸缩杆（104），两个所述气动伸缩杆（104）的其中一端均与所述U形支架（103）的顶部下端固定连接，另一端均设有与所述半圆形竖管（5）相对应的压料密封块（106）。

4.根据权利要求1所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述预热火道（9）、炭化火道（10）、冷却水道（11）内的所述折流板（19）均自上而下反方向间隔排列。

5.根据权利要求1所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述气动截止阀（8）包括两个与所述半圆形竖管（5）相对应的半圆形转板（801）、短轴（802）、长轴（803）、双肘节接头（804），两个所述半圆形转板（801）的相对侧分别与所述短轴（802）、长轴（803）固定连接，且所述短轴（802）、长轴（803）的两端均贯穿所述炉体的外壁，所述短轴（802）、长轴（803）的两端均设有轴承座（805），所述双肘节接头（804）设有两个，且所述短轴（802）的两端分别通过两个所述双肘节接头（804）与对应的所述长轴（803）的两端连接，所述长轴（803）的两端均设有中央耳轴型气缸（806）。

6.根据权利要求1所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述炉体的外壁上设有两层硅酸铝保温层，所述硅酸铝保温层的外壁上设有316L不锈钢层。

7.根据权利要求1所述的一种可拆装立式半圆形管体的生物质热解炉，其特征在于：所述预热区（2）、炭化区（3）、冷却区（4）分别安装有用于测量所述半圆形竖管（5）内部温度、预热火道（9）内部温度、炭化火道（10）内部温度、冷却水道（11）内部温度的热电偶（20）。

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