CN110846055B - 单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置与方法，该装置包括稳燃回转炉体、支撑传动系统、微负压稳燃系统。该方法包括将烘干后的生物质原料加入稳燃回转炉体，在内筒体中沿筒体斜度向前输送中进行热解炭化并实现炭化料与可燃油气的高温分离，热解油气通过稳燃系统在炉内上方与自然吸入的空气持续稳定地不完全燃烧，所放出热量为后续热解供热，燃烧产生的高温烟气通过进出料系统余热回收，得到的生物质炭化料可进一步活化或提质用作各种用途。本发明装置使用微负压内热式供热，无需单独设置燃烧室，结构紧凑，热利用效率高，余热可回收，解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能耗高的问题。

Description

单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置与方法

技术领域

本发明属于生物质资源利用技术领域，具体涉及一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置与方法。

背景技术

生物质能由太阳能以化学形式储存在生物质中，可转化为常规的固、液、气态燃料，是一种可再生能源，同时也是自然界中唯一的可再生碳源。生物质能具有可再生，低碳清洁，来源广泛等诸多优点。在传统能源带来日益严重的能源和环境问题的背景下，生物质能源的开发利用具有突出的战略意义。

生物质热解炭化技术是生物质能源开发利用的一种重要途径。生物炭具有理化性质稳定，微观孔道结构丰富，比表面积大，表面官能团丰富等特点，应用十分广泛。生物炭常常被用作废气废水处理、水质净化等环境领域的用途。此外，生物炭作为土壤改良剂返还土壤时，可有效修复污染土壤，改善土壤理化性质、微生态环境，提升作物产量及品质。

近年来生物质热解炭化技术已得到一定的发展，但其炭化的设备、工艺仍存在许多不足。炭化回转炉分为内热式和外热式两种供热方式。外热式的炭化回转炉，需要单独设置燃烧室，占地空间大；其转筒一般为单一的圆筒，圆筒内除物料占用少量空间外，大部分空间没有得到有效利用；此外，外加热的供热方式换热效率不高，能耗较大。内热式的炭化设备结构紧凑、换热效率高，是理想的炭化方式，但由于其存在着供热不稳定，得炭质量差等问题而难以推广。因此，研发一种稳定高效的内热式炭化设备尤为重要。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置与方法，该装置使用微负压内热式供热，无需单独设置燃烧室，结构紧凑，热利用效率高，余热可回收，可解决生物质活性炭生产过程中炭化工艺能源消耗大、生产效率低等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气的装置，包括稳燃回转炉体、支撑传动系统、稳燃系统和微负压尾气回收系统。

所述的稳燃回转炉体包括：依次连接的进料口、筒体、炉尾、出料口，其中，所述筒体为单腔结构的炭化腔，内设配气管道及其上开设连接的液化石油气稳燃喷嘴，所述液化石油气稳燃喷嘴分散布置于炭化腔内上部；进料口与炭化腔前端相连，出料口与炭化腔后端相连，在进料口、出料口处开设有空气孔，用于漏进空气；

所述的支撑传动系统包括稳燃回转炉体外壁上的齿圈与若干滚圈，所述齿圈固定于炭化腔前端外壁上，与其连接的减速机与电机供能使其带动炭化腔转动；所述炭化腔外壁上间隔设置若干滚圈，支撑滚圈底部配有用于支撑的托轮；滚圈的作用是将筒体的全部重力传递给拖轮，使筒体在托伦上平稳旋转，其与筒体外壁中间有垫板，存在一定的间隙，随筒体一起转动；

所述的微负压尾气回收系统包括引风机与尾气回收输送管道；其中，炉尾上的尾气出口与炭化腔相连，尾气回收输送管道前端接入炉尾上的尾气出口，后端与引风机相连。

进一步的，稳燃回转炉体上部配有间距1.8米至2米、均匀分散的液化石油气稳燃喷嘴，设置连接在沿稳燃回转炉体中心轴周向布置的配气管道上，在运行过程中形成稳燃系统。

进一步的，进出料口上端各开设5至10个空气孔，孔直径为40毫米，空气孔处由炉体内外压差自然漏进空气，漏进空气量由微负压尾气回收系统中的引风机调节。炉体内部气路连通，引风机决定炉膛内持续微负压，即是小于一个大气压，运行中进出料口的空气由压差自然吸入炉体中。

本发明的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置实现的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气方法，包括以下步骤：

(1)稳燃回转炉体通过支撑传动系统中的齿圈、减速机、电机部件带动不断旋转；经破碎与烘干后的生物质原料，从进料口加入炭化腔中，在其下部沿筒体斜度向前输送；

(2)通过微负压尾气回收系统中引风机调节炉内形成微负压，使空气由进出料口处自然漏进炭化腔内；热解油气在炭化腔上方与自然吸入的空气不完全燃烧，稳燃系统形成稳定的火焰，使热解油气的燃烧反应持续稳定地进行，所放出热量为后续热解供热，产生的高温烟气通过微负压尾气回收系统余热回收。

(3)稳燃回转炉体中，向前输送的生物质原料在微负压下，由炭化腔上部的高温热解油气的不完全燃烧供热，进行热解炭化；热解结束后，在炭化腔内部通过负压实现炭化料与热解油气的高温分离，得到的生物质炭化料。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化腔上部的热解油气燃烧程度由生物质原料热解炭化所需热量决定，通过热解温度和引风机联动，调节空气量来调节。

进一步的，所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化腔上部经液化石油气稳燃喷嘴持续喷入液化石油气并燃烧形成稳定的火焰。

进一步的，所述步骤(3)中，热解温度为500℃～700℃。

有益效果：本发明提供的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气的装置与方法与现有发明相比，具有以下有益效果：

1、本发明装置结构简单紧凑，无需另外单独设置燃烧室，节省了大量空间与材料；

2、本发明装置采用内热式加热，高温烟气直接与物料接触，可显著增强换热效率，减少能耗，节约炉体长度。

3、本发明装置中采用微负压环境，通过热解气气压在热解炭化炉中实现产物炭、油气高温分离，利用热解气返回燃烧室燃烧，提供热量，节约能源；

4、本发明装置采用稳燃系统，保证高温可燃油气在回转炉内持续、稳定地燃烧，为原料热解供热，从而实现装置连续稳定运行；

5、本发明装置通过回收系统，实现不完全燃烧产生的高温尾气的余热回收，减少能量损失，提升系统热效率，并减少污染。

附图说明

图1为本发明的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气的装置结构示意图；

图中：1.进料口；2.炉体；3.炭化腔；4.稳燃喷嘴；5.齿圈；6.减速机；7.电机；8.滚圈；9.托轮；10.炉尾；11.出料口；12.引风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气的装置，包括稳燃回转炉体(Ⅰ)，为装置的主体部分，是生物质原料热解炭化的主要结构；支撑传动系统(Ⅱ)，用于支撑上述稳燃回转炉体(Ⅰ)，并通过传动装置，维持上述稳燃回转炉体(Ⅰ)的持续转动；稳燃系统(Ⅲ)，维持热解油气产物的不完全燃烧反应的持续性进行和稳定，为上述稳燃回转炉体(Ⅰ)中的热解反应供热；微负压尾气回收系统(Ⅲ)，用于提供上述稳燃回转炉体(Ⅰ)中的微负压环境，调节不完全燃烧所需空气量，并回收其产生的尾气余热；

具体的，稳燃回转炉体Ⅰ包括：依次连接的进料口1、筒体2、炉尾10、出料口11，其中，筒体2为单腔结构的炭化腔3，内设配气管道及其上开设连接的液化石油气稳燃喷嘴4，液化石油气稳燃喷嘴4分散布置于炭化腔3内上部；进料口1与炭化腔3前端相连，出料口11与炭化腔3后端相连，在进料口1、出料口11处开设有空气孔，用于漏进空气；

支撑传动系统Ⅱ包括稳燃回转炉体Ⅰ外壁上的齿圈5与若干滚圈8，齿圈5固定于炭化腔3前端外壁上，与其连接的减速机6与电机7供能使其带动炭化腔3转动；炭化腔3外壁上间隔设置若干滚圈8，支撑滚圈8底部配有用于支撑的托轮9；滚圈的作用是将筒体的全部重力传递给拖轮，使筒体在托伦上平稳旋转，其与筒体外壁中间有垫板，存在一定的间隙，随筒体一起转动；

微负压尾气回收系统Ⅲ包括引风机12与尾气回收输送管道13；其中，炉尾10上的尾气出口与炭化腔3相连，尾气回收输送管道13前端接入炉尾10上的尾气出口，后端与引风机12相连。

本发明利用所述装置进行生物质活性炭的单腔回转内热式炭化的方法，具体包括如下步骤：

(1)稳燃回转炉体通过支撑传动系统中的齿轮5、减速机7、电机8等部件带动不断旋转；经破碎与烘干后的生物质原料，从进料口1加入稳燃回转炉体中，在内筒体2下部沿筒体斜度向前输送。

(2)通过微负压尾气回收系统中引风机12调节炉内形成微负压，使空气由筒体连接处自然漏进内筒体2内；热解油气在内筒体2上方与自然吸入的空气不完全燃烧，稳燃系统形成稳定的火焰，使热解油气的燃烧反应持续稳定地进行，所放出热量为后续热解供热，产生的高温烟气通过微负压尾气回收系统余热回收。

(3)稳燃回转炉体中，向前输送的生物质原料在微负压下，由内筒体2上部的高温可燃的热解油气的不完全燃烧供热，进行热解炭化；热解结束后，在内筒体2内部实现炭化料与可燃热解油气的高温分离，得到的生物质炭化料可进一步活化或提质用作各种用途。

上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置，其特征在于：包括稳燃回转炉体(Ⅰ)、支撑传动系统(Ⅱ)、微负压尾气回收系统(Ⅲ)；

所述的稳燃回转炉体(Ⅰ)包括：依次连接的进料口(1)、筒体(2)、炉尾(10)、出料口(11)，其中，所述筒体(2) 为单腔结构的炭化腔（3），内设配气管道及其上开设连接的液化石油气稳燃喷嘴(4)，所述液化石油气稳燃喷嘴(4)分散布置于炭化腔(3) 内上部，在运行过程中形成稳燃系统；进料口(1)与炭化腔(3)前端相连，出料口(11)与炭化腔(3)后端相连，在进料口(1)、出料口(11)处开设有空气孔，用于漏进空气；

所述的支撑传动系统(Ⅱ)包括稳燃回转炉体(Ⅰ)外壁上的齿圈(5)与若干滚圈(8)，所述齿圈(5)固定于炭化腔(3)前端外壁上，与其连接的减速机(6)与电机(7)供能使其带动炭化腔(3) 转动；所述炭化腔(3) 外壁上间隔设置若干滚圈(8)，滚圈(8)底部配有用于支撑的托轮(9)；

所述的微负压尾气回收系统(Ⅲ)包括引风机(12)与尾气回收输送管道(13)；其中，炉尾(10)上的尾气出口与炭化腔(3)相连，尾气回收输送管道(13)前端接入炉尾(10)上的尾气出口，后端与引风机(12)相连。

2.根据权利要求1所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置，其特征在于：稳燃回转炉体(Ⅰ)上部配有间距1.8米至2米、均匀分散的液化石油气稳燃喷嘴(4)，设置连接在沿稳燃回转炉体(Ⅰ)中心轴周向布置的配气管道上，在运行过程中形成稳燃系统。

3.根据权利要求1所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置，其特征在于：进出料口上端各开设5至10个空气孔，孔直径为40毫米，空气孔处由炉体内外压差自然漏进空气，漏进空气量由微负压尾气回收系统(Ⅲ)中的引风机(12)调节。

4.利用权利要求1~3任一所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气装置实现的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)稳燃回转炉体(Ⅰ)通过支撑传动系统(Ⅱ)中的齿圈(5)、减速机(6)、电机(7)部件带动不断旋转；经破碎与烘干后的生物质原料，从进料口(1)加入炭化腔(3)中，在其下部沿筒体斜度向前输送；

(2)通过微负压尾气回收系统(Ⅲ)中引风机(12)调节炉内形成微负压，使空气由进出料口处自然漏进炭化腔(3)内；热解油气在炭化腔(3)上方与自然吸入的空气不完全燃烧，稳燃系统形成稳定的火焰，使热解油气的燃烧反应持续稳定地进行，所放出热量为后续热解供热，产生的高温烟气通过微负压尾气回收系统(Ⅲ)余热回收；

(3)稳燃回转炉体(Ⅰ)中，向前输送的生物质原料在微负压下，由炭化腔(3)上部的高温热解油气的不完全燃烧供热，进行热解炭化；热解结束后，在炭化腔(3)内部通过负压实现炭化料与热解油气的高温分离，得到的生物质炭化料。

5.根据权利要求4所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气方法，其特征在于：所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化腔(3)上部的热解油气燃烧程度由生物质原料热解炭化所需热量决定，通过热解温度和引风机(12)联动，调节空气量来调节。

6.根据权利要求4所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气方法，其特征在于：所述步骤(2)与步骤(3)中，所述炭化腔(3)上部经液化石油气稳燃喷嘴(4)持续喷入液化石油气并燃烧形成稳定的火焰。

7.根据权利要求4所述的单腔内热式回转炉生物质炭化联产可燃气方法，其特征在于：所述步骤(3)中，热解温度为500℃~700℃。

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