CN111440629A - 气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，它包括进料装置、进料绞龙、布料器、中心燃烧室、通气炉壁、快速炭热解炉膛、分散燃烧室、慢速炭热解炉膛、烟气保温隔层、破拱装置、通风管、空气分散管、慢速炭出料绞龙输送机、快速炭出料绞龙输送机和烟气保温隔层壁，本发明采用通气炉壁实现气固分级，从热解过程原位直接回收利用高温热解气的能量，实现了能量的循环利用，增大受热面积，确保生物质受热均匀，通过出料速度控制的差速热解，保证自热、保温、焦炭品质分级的协同，最大程度地实现了生物质热解炭化的梯级利用。

Description

气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置及方法

技术领域

本发明属于生物质能转化利用技术领域，具体涉及一种气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置及方法。

技术背景

近年来，化石燃料的日渐枯竭和全球温室气体排放造成的气候变化，可再生资源利用技术大力发展，以实现节能减排。我国每年产生的农业废弃物中秸秆产出量约为10亿吨，产量巨大，在农业废弃物蕴含着庞大的生物质资源，生物质炭又便于运输、储存、应用广泛，可用于改善土壤、增强土壤的保水保肥的能力。

目前，在热解炭化处理技术中，普遍存在能耗高，热解产物质量不高，输送效率低，能量消耗大。中国发明专利CN108728123A公开了一种采用分级逐步炭化的节能式生物质炭化炉，其结构包括燃烧室、燃料填充口、主炭化室、出料斗、蒸汽炭化室、进料斗、正反转驱动装置、分级逐步送料装置，其特点是利用螺纹旋转机构，通过旋转控制网格活动板，导热板的倾斜状态，实现生物质颗粒逐步送料，及自动出料的功能，并充分利用蒸汽余热对生物质颗粒进行加热，加快后期炭化速率，减少热能浪费。大量生物质堆积。热解气燃烧过程中产生的高温杂质烟气会影响炭产物的质量，同时热解气没有回收利用，其中能量未实现有效利用，造成了能量浪费，外界能量消耗增加；由于生物质堆积造成压实层和结拱现象，容易发生堵塞，阻碍出料效率。

中国发明专利CN201210516644公开了一种内加热连续式生物炭成套设备，其结构包括喂料斗、连续式炭化炉、操作平台、和三通出料口、连续式炭化炉内部的扰动器，设置主动压实器与搅动器，既让生物质处于欠氧状态，又可顺利出料，可活动结构过多，使用寿命减少；在热解气导出炉膛再进入连续式炭化炉中，损失了部分能量，若将热解气直接用于提供能量，可以避免能量消耗，装置结构得到简化；初始加热利用炉内部分生物质燃烧产生的热量，产生的灰分易于焦油粘结成块，使生物炭品质下降，若将燃烧部分与热解部分分隔开，可保证生物炭的品质，物料损失减少。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置及方法，本发明能解决现有技术中炉膛受热面积小、内部生物质颗粒炭化不彻底或者表层生物质炭化过度、热解气释放不畅、炉膛堵塞、烟气中存在的热值被浪费、能量利用率低等问题。

为实现此目的，本发明所设计的一种气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：它包括进料装置、进料绞龙、布料器、中心燃烧室、通气炉壁、快速炭热解炉膛、分散燃烧室、慢速炭热解炉膛、烟气保温隔层、破拱装置、通风管、空气分散管、慢速炭绞龙输送机、快速炭绞龙输送机和烟气保温隔层壁，其中，进料装置通过进料绞龙与布料器相连，中心燃烧室同轴布置在布料器下方，中心燃烧室内部同轴设置有空气分散管，所述通风管外套接有燃气管道，通风管和燃气管道从底部侧面进入中心燃烧室，布风板设置在中心燃烧室内壁的下部，燃气管道的出气口位于布风板的下方，通风管穿过布风板后与空气分散管连通，通风管的输入端连接风机，燃气管道的输入端连接储气罐，在布风板上方的中心燃烧室内壁上设有电弧点火器，围绕中心燃烧室均匀设置多个独立的快速炭热解炉膛，在每个快速炭热解炉膛的外围设置独立的慢速炭热解炉膛，相邻的两个快速炭热解炉膛之间通过分散燃烧室隔开，每个快速炭热解炉膛与对应的慢速炭热解炉膛之间通过分散燃烧室隔开，中心燃烧室、快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛的炉壁均为通气炉壁，布料器用于将物料分别送入每个快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛中，中心燃烧室燃烧产生热量，由中心燃烧室的通气炉壁输送的部分燃气和空气进入分散燃烧室也进行燃烧对快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛进行加热，快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛内的物料热解产生的热解气通过快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛各自的通气炉壁进入分散燃烧室和中心燃烧室继续燃烧，每个快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛中均设有破拱装置的炭扇叶，破拱装置的炭扇叶由搅动电机驱动；

烟气保温隔层壁包裹在所有慢速炭热解炉膛的外圈，烟气保温隔层壁与各个慢速炭热解炉膛的外圈之间形成烟气保温隔层，烟气保温隔层下方设置保温隔层烟气进口，烟气保温隔层上方设置保温隔层烟气出口；

所述快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛的下方设置有由出料碟盘电机驱动旋转的出料碟盘，出料碟盘上设有慢速炭出料口和快速炭出料口，出料碟盘的下方设有慢速炭排炭室和快速炭排炭室，慢速炭出料口能依次与慢速炭热解炉膛的底部炉膛出料口连通，从而将各个慢速炭热解炉膛中的生物炭排入慢速炭排炭室中，快速炭出料口能依次与快速炭热解炉膛的底部炉膛出料口连通，从而将各个快速炭热解炉膛中的生物炭排入快速炭排炭室；

所述慢速炭排炭室的输出端设置慢速炭出料绞龙输送机，快速炭排炭室的输出端设置快速炭出料绞龙输送机，所述快速炭出料绞龙输送机的绞龙送料轴转速大于慢速炭出料绞龙输送机的绞龙送料轴转速。

一种上述生物质炭化装置的炭化方法，它包括如下步骤：

步骤1：将预先储在储气罐中的燃气经燃气管道通入中心燃烧室中，同时向中心燃烧室中通入空气，电弧点火器点燃燃气，开启破拱装置，使破拱装置的炭扇叶逆时针旋转，启动进料绞龙以320～330r/min的转速，通过布料器向快速炭热解炉膛和慢速炭热解炉膛中持续进料，直到装满布料器、快速炭热解炉膛、慢速炭热解炉膛、快速炭排炭室和慢速炭排炭室，当中心燃烧室温度达到500～700℃时，时间保持0.5～1.5h；

步骤2：然后，调节进料绞龙转速，以80～85r/min的速率持续进料，破拱装置的炭扇叶以20～25r/min的速率间隔2～3min运行2～3min的模式一直顺时针运行，同时启动慢速炭出料绞龙输送机以10～15r/min的转速持续出料，启动快速炭出料绞龙输送机以13～18r/min持续出料，出料碟盘在出料碟盘电机的控制下以8～12min/r匀速转动，并将首次0.5个周期热解的物料回炉进行二次热解，当中心燃烧室温度低于设定温度最低值时，加大燃气管道的燃气进量，并启动二次送风机通过二次送风管开始向中心燃烧室内二次送风，维持中心燃烧室温度在500～700℃，烟气循环管道输送烟气进入烟气保温隔层，对慢速炭热解炉膛进行保温，多余的热解气输送到在储气罐中存储；

步骤3：关闭进料绞龙，调整慢速炭出料绞龙输送机、快速炭出料绞龙输送机的转速，分别以32～37r/min和43～48r/min的转速运行，破拱装置与出料碟盘维持原转速持续运行，待生物炭完全运出，关闭慢速炭出料绞龙输送机、快速炭出料绞龙输送机。

本发明采用通气炉壁实现气固分级，同时将燃烧部分和热解部分分隔开，从热解过程原位直接回收利用高温热解气的能量，减少物料损失，石棉网隔绝了灰分，防止堵塞通气孔，为热解气持续扩散提供保证，实现了能量的循环利用；

本发明设置多个独立的热解炉膛，增大受热面积，确保物料受热均匀，传热速率提高，避免出现炭化不完全现象，成炭效果好，极大地提高了工作效率，生产产量高；本发明利用破拱装置解决了物料压实层，自流受阻碍的问题，使物料顺利下落；

本发明设置烟气保温隔层，通入高温烟气，对慢速炭热解炉膛进行进一步保温，加快炭化速率，并提高能量的利用效率。

本发明利用出料碟盘的出料口保证每一个独立的热解炉膛都可以出料，保证热解炉膛中始终充满物料，且物料处于类似流动状态，避免空烧导致的过烧成灰，装置利用效率不高的问题。

本发明利用慢速炭出料绞龙输送机和快速炭出料绞龙输送机送料轴转速不相同，来控制出料速度的不同，实现差速热解，保证自热、保温、焦炭品质分级的协同，最大程度地实现了生物质热解炭化的梯级利用。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明中A-A向剖视图；

图3为本发明中B-B向剖视图；

图4为本发明中出料碟盘的示意图；

图5为本发明中通气炉壁结构的示意图。

其中，1—进料装置、2—进料绞龙、3—布料器、4—中心燃烧室、5—通气炉壁、5.1—第一层石棉网、5.2—带孔耐高温加强筋板、5.3—第二层石棉网、5.4—炉壁支撑轴、6—快速炭热解炉膛、7—分散燃烧室、8—慢速炭热解炉膛、9—保温隔层烟气出口、10—烟气保温隔层、11—温度传感器、12—破拱装置、12.1—炭扇叶、12.2—搅动电机、13—通风管、13.1—空气分散管、14—布风板、15—燃气管道、16—出料碟盘、16.1—慢速炭出料口、16.2—快速炭出料口、17—承重墙、18.1—慢速炭排炭、18.2—快速炭排炭室、18.3—排炭室支撑轴、19—出料碟盘电机、20.1—慢速炭出料绞龙输送机、20.2—快速炭出料绞龙输送机、21.1—慢速炭储炭室、21.2—快速炭储炭室、22—风机、23—电弧点火器、24—保温隔层烟气进口、25—引风机、26—单向进气阀、27—储气罐、27.1—第一热解气管道、27.2—第二热解气管道、28—二次送风机、29—二次送风管、30—烟气保温隔层壁、31—安全阀、32—旋风分离器、33—烟气传感器、34—烟气循环管道、35—净化系统、36—烟囱、37—外周支架。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1～5所示的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：它包括进料装置1、进料绞龙2、布料器3、中心燃烧室4、通气炉壁5、快速炭热解炉膛6、分散燃烧室7、慢速炭热解炉膛8、烟气保温隔层10、破拱装置12、通风管13、空气分散管13.1、慢速炭绞龙输送机20.1、快速炭绞龙输送机20.2和烟气保温隔层壁30，其中，进料装置1通过进料绞龙2与布料器3相连，中心燃烧室4同轴布置在布料器3下方，中心燃烧室4内部同轴设置有空气分散管13.1，该空气分散管13.1上设置有多个通风孔，所述通风管13外套接有燃气管道15，通风管13和燃气管道15从底部侧面进入中心燃烧室4(通风管13与燃气管道15之间保证密封)，布风板14设置在中心燃烧室4内壁的下部，燃气管道15的出气口位于布风板14的下方，通风管13穿过布风板14后与空气分散管13.1连通，通风管13的输入端连接风机22，燃气管道15的输入端连接储气罐27，储气罐27上设有安全阀31，在布风板14上方的中心燃烧室4内壁上设有电弧点火器23，围绕中心燃烧室4均匀设置多个独立的快速炭热解炉膛6，在每个快速炭热解炉膛6的外围设置独立的慢速炭热解炉膛8，相邻的两个快速炭热解炉膛6之间通过分散燃烧室7隔开，每个快速炭热解炉膛6与对应的慢速炭热解炉膛8之间通过分散燃烧室7隔开，中心燃烧室4、快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8的炉壁均为通气炉壁5，布料器3用于将物料分别送入每个快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8中，中心燃烧室4燃烧产生热量，由中心燃烧室4的通气炉壁5输送的部分燃气和空气进入分散燃烧室7也进行燃烧对快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8进行加热，快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8内的物料热解产生的热解气通过快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8各自的通气炉壁5进入分散燃烧室7和中心燃烧室4继续燃烧，每个快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8中均设有破拱装置12的炭扇叶12.1，破拱装置12的炭扇叶12.1由搅动电机12.2驱动；

烟气保温隔层壁30包裹在所有慢速炭热解炉膛8的外圈，烟气保温隔层壁30与各个慢速炭热解炉膛8的外圈之间形成烟气保温隔层10，烟气保温隔层10下方设置保温隔层烟气进口24，烟气保温隔层10上方设置保温隔层烟气出口9；

所述快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8的下方设置有由出料碟盘电机19驱动旋转的出料碟盘16，出料碟盘16上设有慢速炭出料口16.1和快速炭出料口16.2，出料碟盘16的下方设有慢速炭排炭室18.1和快速炭排炭室18.2，慢速炭出料口16.1能依次与慢速炭热解炉膛8的底部炉膛出料口连通，从而将各个慢速炭热解炉膛8中的生物炭排入慢速炭排炭室18.1中，快速炭出料口16.2能依次与快速炭热解炉膛6的底部炉膛出料口连通，从而将各个快速炭热解炉膛6中的生物炭排入快速炭排炭室18.2；

所述慢速炭排炭室18.1的输出端设置慢速炭出料绞龙输送机20.1，快速炭排炭室18.2的输出端设置快速炭出料绞龙输送机20.2，所述快速炭出料绞龙输送机20.2的绞龙送料轴转速大于慢速炭出料绞龙输送机20.1的绞龙送料轴转速。

上述技术方案中，快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8均为八个独立炉膛。各个独立炉膛的顶部与布料器3连通，各个独立炉膛的底部分别与出料碟盘16上的慢速炭出料口16.1和快速炭出料口16.2连通。

上述技术方案中，慢速炭出料绞龙输送机20.1用于将慢速炭排炭室18.1中的生物炭输送到慢速炭储炭室21.1中，快速炭出料绞龙输送机20.2用于将快速炭排炭室18.2中的生物炭输送到快速炭储炭室21.2中。

上述技术方案中，所述通气炉壁5由第一层石棉网5.1、一层带孔耐高温加强筋板5.2和第二层石棉网5.3粘接复合构成。

上述技术方案中，它还包括二次送风管29和二次送风机28，所述二次送风管29穿过一组慢速炭热解炉膛8和快速炭热解炉膛6后(并进行连接处的密封设置)进入中心燃烧室4，二次送风管29的输出端连通中心燃烧室4，二次送风管29的输入端连接二次送风机28。

上述技术方案中，所述通风管13缠绕在快速炭储炭室21.2外侧壁上，中心燃烧室4的内侧壁上设有温度传感器11，快速炭进入储炭室后，还有很高的温度，就想要利用这一部分热量，盘管式的结构增加接触面积，风机传输的空气在螺旋盘管式的地方可以进行预热。避免冷空气直接进入中心燃烧室内，温差太大，导致温度不能保持在设定范围内；

所述中心燃烧室4与各个快速炭热解炉膛6之间通过炉壁支撑轴5.4固定连接，各个快速炭热解炉膛6与对应的慢速炭热解炉膛8之间通过炉壁支撑轴5.4固定连接，各个慢速炭热解炉膛8与烟气保温隔层壁30之间通过炉壁支撑轴5.4固定连接，烟气保温隔层壁30的底部由承重墙17提供支撑，相邻的快速炭热解炉膛6之间也通过炉壁支撑轴5.4固定连接，相邻的慢速炭热解炉膛8之间也通过炉壁支撑轴5.4固定连接；

烟气保温隔层壁30的外壁通过炉壁支撑轴5.4固定在外周支架37中，慢速炭排炭室18.1和快速炭排炭室18.2之间通过排炭室支撑轴18.3固定连接。

上述技术方案中，所述带孔耐高温加强筋板5.2的通气孔的直径为2cm，加热时，在通气孔处的物料会燃烧产生灰分(由于整个物料是处于一个缓慢流动的状态，进料绞龙与两个出料绞龙相配合，使物料在重力的作用下缓慢的流动，同时配合破拱装置也在缓慢的转动，因此灰分不会一直在孔中堆积)，再去阻碍内部物料的燃烧。

上述技术方案中，每个快速炭热解炉膛6和对应的慢速炭热解炉膛8中设有上部和下部两组炭扇叶12.1，其中每两个快速炭热解炉膛6和对应的慢速炭热解炉膛8内上部的炭扇叶12.1由一个上部的破拱装置12带动旋转，每两个快速炭热解炉膛6和对应的慢速炭热解炉膛8内下部的炭扇叶12.1由一个下部的破拱装置12带动旋转，上部的破拱装置12和对应的下部的破拱装置12由一个对应的搅动电机12.2驱动，搅动电机12.2的动力输出端通过锥齿轮动力分配箱将动力平均分配给上部的破拱装置12和对应的下部的破拱装置12，驱动上部的破拱装置12和对应的下部的破拱装置12的转轴同步转动。

上述技术方案中，所述分散燃烧室7侧壁上部设置安全阀31，所述保温隔层烟气出口9通过引风机25连接烟囱36，烟囱36内设有净化系统35，中心燃烧室4的顶部设置烟气循环管道34，该烟气循环管道34通过保温隔层烟气进口24通向烟气保温隔层10，烟气循环管道34上还设有旋风分离器32和烟气传感器33，依靠旋风分离器32较大的惯性离心力，分离烟气中的水蒸汽和烟气中沸点高的物质如焦油，防止在管道中凝固造成堵塞。另外，燃气燃烧的废气成分主要为CO₂、空气中的N₂和少量的可燃气体，多余的可燃气体会通过烟气传感器检测烟气中可燃气体CO、H₂的浓度，达到一定的浓度后将可燃气体储存在储气罐27中。

上述技术方案中，所述烟气循环管道34与储气罐27之间设有第一热解气管道27.1和第二热解气管道27.2，第一热解气管道27.1和第二热解气管道27.2上均设置有引风机25，第一热解气管道27.1和第二热解气管道27.2上均设有单向进气阀26，烟气循环管道34中的气体只能通过第一热解气管道27.1和第二热解气管道27.2上的单向进气阀26流入储气罐27，燃气管道15上也设有引风机25和单向进气阀26，储气罐27中的气体只能通过燃气管道15的单向进气阀26流入中心燃烧室4。

上述技术方案中，物料从进料装置1经进料绞龙2输送到布料器3上方，进料绞龙2螺旋叶片直径均为Q＝10cm，转轴直径4cm，螺距为S＝4cm，慢速炭出料绞龙输送机20.1、快速炭出料绞龙输送机20.2螺旋叶片直径均为Q＝10cm，转轴直径4cm，螺距为S＝1cm。

上述技术方案中，布料器3高1m，底面直径2.3m，呈90°正锥形，容积为2.53m³，底面直径与烟气保温隔层10最大直径相等，保证物料可以顺利分散进入快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8，物料在布料器中进行预处理。

上述技术方案中，快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8均分为八个独立炉膛。快速炭热解炉膛6内直径66cm，外直径134cm，慢速炭热解炉膛8内直径166cm，外直径196cm，均被分散燃烧室7均分为八个独立炉膛，快速炭热解炉膛6总容积2.79m³，可容纳223.2kg的秸秆，慢速炭热解炉膛8总容积2.97m³，可容纳237.6kg的秸秆，快速炭热解炉膛6炭化时间短于慢速炭热解炉膛8炭化时间，充分利用辐射热能的扩散规律，确保快速炭的品质，可以使慢速炭充分炭化。

上述技术方案中，快速炭热解炉膛6、慢速炭热解炉膛8的竖直炉壁为通气炉壁5，通气炉壁总面积为84.43m²，极大地增加了受热面积，生物质颗粒受热均匀，生物炭品质提高。耐火砖5.2厚4cm，高4.5m，通气孔直径2cm按照横向间距10cm，纵向间距为10cm分布规律均匀分布，最高设计温度为1000℃，便于热解气从快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8中扩散进入分散燃烧腔7和中心燃烧室4，达到气固分级的目的，石棉网可以阻隔物料和灰分进入分散燃烧室7与中心燃烧室4、减少物料的损失、避免堵塞通气孔以及挤压在分散燃烧室7底部。

上述技术方案中，中心燃烧室4高4.5m,直径58cm，容积为1.19m³，分散燃烧腔7以中心燃烧室4中心向八个方向放射状分布，间套内直径142cm，外直径158cm以中心燃烧4中心为原点的分散燃烧室圆环，通道宽度8cm，高度4.5m，总容积为2.37m³，上顶下底封闭，确保快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8为欠氧或无氧状态。

上述技术方案中，二次送风管29直径10cm，设置在距中心燃烧室4上部2m处，始端连接二次送风机28，末端连接在中心燃烧室4壁上，距离末端对侧上方30cm设置温度传感器11，检测中心燃烧室4上半部温度，但中心燃烧室4温度低于550℃时，加大燃气进气管15的燃气进量和二次送风机28开始送风，二次风与中心燃烧室4、分散燃烧室7内未燃尽的热解气充分混合燃烧，确保中心燃烧室4处于高温状态。

上述技术方案中，在物料进入热解炉膛时，破拱装置12可以使物料分布均匀，避免挤压，排炭时可以破坏压实层和焦油粘结的生物炭，并向下提供推力，加速生物炭在重力的作用下流入快速炭排炭室18.2和慢速炭排炭室18.1，同时减少了料层间的热解传热传质的阻碍，加快热解气扩散进入分散燃烧室7。

上述技术方案中，空气分散管13.1直径8cm，高4m，出气孔直径为2cm，孔间距10cm，上下左右相间分布，以空气分散管13.1为圆心形成圆柱形的燃烧层，可避免火焰下垂，由内而外向炉膛传递能量，极大地提高热解效率。

上述技术方案中，燃气管道15直径12cm，从储气罐27左下侧引出，靠近储气罐27端设置有单向进气阀26与引风机25，控制燃气进入中心燃烧室4的速度，燃气管道15套在通风管13上，并且燃气管道15的输出端与通风管13的输出端同轴设置，燃气管道15与通风管13交叉处设置密封结构实现燃气管道15与通风管13之间的密封隔离，末端位于空气分散管13.1底部的布风板14之下，布风板14分散燃气，确保向中心燃烧室4输出均匀的燃气。

上述技术方案中，在中心燃烧室4距布风板上方40cm设置电弧点火器23，用于中心燃烧室4最初引火，点燃燃气，提供热辐射，炉膛升温。

上述技术方案中，出料碟盘16位于炉膛底部，直径为2.2m，厚度10cm，对角设置快速炭出料口16.1和慢速炭出料口16.2，快速炭出料口16.1、慢速出料口16.2分别与快速炭热解炉膛6、慢速炭热解炉膛8配合，快速炭出料口16.1内直径60cm，外直径1.4m，慢速炭出料口16.2内直径1.6m，外直径2m，圆心角均为90°的扇形通道，在出料口上设置45°斜角，可以同时控制快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8的两个独立炉膛出料，保证每个炉膛的物料在热解时处于流动状态，同时提高出料的效率，便于热解炭排出。

上述技术方案中，烟气循环管道33进口位于中心燃烧室4顶部中心，直径12cm，外部靠近炉膛的位置设置烟气传感器32，检测管道中的烟气成分是否含有大量的CO、H₂等，旋风分离器32分离烟气中残余的焦油和水蒸气等物质，防止焦油堵塞烟气循环管道，保温隔层烟气出口9处的引风机25将烟气从中心燃烧室4中引出。

上述技术方案中，烟气保温隔层10高4.5m，内直径204cm，外直径220cm，烟气保温隔层外壁厚10cm，防止热量损耗，烟气保温隔层10左下侧设置有保温隔层烟气进口24，与循环烟气管道33末端相连，将中心燃烧室4内烟气通入烟气保温隔层10中，对慢速炭热解炉膛8内的物料进行进一步的保温，确保物料可以充分炭化，提高能量利用率。右上侧设置有保温隔层烟气出口9，靠近出口侧设置有引风机25，在管道内形成负压，净化系统35净化烟气中的有害气体，最终从烟囱36排出实现环保。

上述技术方案中，快速炭排炭室18.2和慢速炭排炭室18.1均由圆柱体与倒棱台组成，快速炭排炭室18.2圆柱体高30cm，直径1.4m，倒棱台高为55cm，容积为0.8m³，慢速炭排炭室18.1圆柱体高30cm，直径2m，倒棱台高85cm，容积为1.15m³，圆锥角均为90度，利于生物炭的自流动，在重力的作用下顺利的进入快速炭排炭室18.2和慢速炭排炭室18.1。

上述技术方案中，快速炭储炭室21.2与慢速炭储炭室21.1均长3m，宽2m，高2m。

一种上述生物质炭化装置的炭化方法，以秸秆为例，自然堆积密度为80kg/m³，它包括如下步骤：

步骤1：启动步骤，开启燃气管道15的引风机25和单向进气阀26，将预先储在储气罐27中的燃气经燃气管道15通入中心燃烧室4中，同时启动风机22，经通风管13向中心燃烧室4中通入空气，电弧点火器23点燃燃气，开启破拱装置12，使破拱装置12的炭扇叶12.1以20～25r/min的速度逆时针旋转，启动进料绞龙2，通过布料器3以320～330r/min的转速向快速炭热解炉膛6和慢速炭热解炉膛8中持续进料2h，装满布料器3、快速炭热解炉膛6、慢速炭热解炉膛8、快速炭排炭室18.2和慢速炭排炭室18.1当中心燃烧室4温度达到500～700℃时，时间保持0.5～1.5h；

步骤2：运行步骤，调节进料绞龙2转速，以80～85r/min的速率持续进料，破拱装置12的炭扇叶12.1以20～25r/min的速率间隔2～3min运行2～3min的模式一直顺时针运行，同时启动慢速炭出料绞龙输送机20.1以10～15r/min的转速持续出料，启动快速炭出料绞龙输送机20.2以13～18r/min持续出料，出料碟盘16在出料碟盘电机19的控制下以8～12min/r匀速转动，并将首次0.5个周期热解(周期热解就是炭化时间，物料通道里面装满物料时，物料从进口到出料通道的时间就是一个周期热解)的物料回炉进行二次热解，当中心燃烧室温度低于500℃时，加大燃气管道15的燃气进量，并启动二次送风机28通过二次送风管29开始向中心燃烧室4内二次送风，维持中心燃烧室4温度在500～700℃，烟气循环管道34输送烟气进入烟气保温隔层10，对慢速炭热解炉膛8进行保温，多余的热解气输送到在储气罐27中存储；

步骤3：停炉步骤，先关闭进料绞龙4，调整慢速炭出料绞龙输送机20.1、快速炭出料绞龙输送机20.2的转速，分别以32～37r/min和43～48r/min的转速运行，破拱装置12与出料碟盘16维持原转速持续运行，快速炭在2h内全部运出，慢速炭在3h内全部运出，待生物炭完全运出，关闭慢速炭出料绞龙输送机20.1、快速炭出料绞龙输送机20.2。待生物炭冷却到室温时即可打包。风机22持续向中心燃烧室4通入空气，待烟气传感器33检测CO低于限定浓度时，关闭风机22。

本发明中，快速炭热解炉膛6可容纳223.2kg秸秆，炭化周期为4h，慢速炭热解炉膛8中可容纳237.6kg秸秆，炭化周期为5h。正常运行时，24h可以炭化2479.7kg秸秆，快速炭热解炉膛产炭率约为30％，慢速炭热解炉膛产炭率约为35％，秸秆总热量中部分能量以热解气的形式用于燃烧提供热量，不足能量由外部燃气提供，装置可实现连续式炭化与出料自动化，快速炭的产炭率约16.7kg/h，快速炭日产炭量约为401.76kg，慢速炭的产炭率约16.6kg/h，慢速炭日产炭量约为399kg。出料碟盘转速为8～12r/min。

实施案例1：

原料为秸秆，自然堆积密度为80kg/m³，快速炭热解炉膛可容纳223.2kg秸秆，炭化周期为4h，慢速炭热解炉膛中可容纳237.6kg秸秆，炭化周期为5h。进料绞龙转速为80～85r/min，慢速炭出料绞龙输送机转速为10～15r/min，快速炭出料绞龙输送机转速为13～18r/min，24小时可炭化2479.7kg秸秆，快速炭热结炉膛产炭率约为30％，慢速炭热解炉膛产炭率约为35％，秸秆总热量中部分能量以热解气的形式用于燃烧提供炭化热量，不足能量由外部燃气提供，可实现连续式炭化与出料自动化，快速炭的产炭率约16.7kg/h，快速炭日产炭量约为401.76kg，慢速炭的产炭率约16.6kg/h，慢速炭日产炭量约为399kg。出料碟盘转速为8～12r/min。

实施案例2：

原料为谷壳，自然堆积密度为160kg/m³，快速炭热解炉膛可容纳446.4kg谷壳，炭化周期为4h，慢速炭热解炉膛可容纳475.2kg谷壳，炭化周期为5h，进料绞龙转速为40～45r/min，慢速炭出料绞龙输送机转速为13～18r/min，快速炭出料绞龙输送机转速为15～20r/min，稳定运行24h可以炭化4959kg谷壳，快速炭热解炉膛产炭率约为35％，慢速炭热解炉膛产炭率约为40％，谷壳总热量部分能量以热解气的形式用于燃烧提供热量，不足能量由燃气提供，可实现连续式炭化与出料自动化，快速炭的产炭率约39kg/h，快速炭日产炭量约为938kg，慢速炭的产炭率约35.7kg/h，慢速炭日产炭量约为857kg。出料碟盘转速为8～12r/min。

实施案例3：

原料为生物质颗粒料，自然堆积密度为300kg/m³，快速炭热解炉膛可容纳837kg，炭化周期为4h，慢速炭热解炉膛可容纳891kg，炭化周期为5h。进料绞龙转速为40～45r/min，慢速炭出料绞龙输送机转速为25～30r/min，快速炭出料绞龙输送机转速为28～33r/min，24h可以炭化9299kg生物质颗粒，快速炭热解炉膛产炭率约为33％，慢速炭热解炉膛产炭率约为37％，生物质颗粒料总热量部分能量以热解气的形式用于燃烧提供热量，其他能量由燃气提供，可实现连续式炭化与出料自动化，快速炭的产炭率约69kg/h，快速炭日产炭量约为1657kg，慢速炭的产炭率约62kg/h，慢速炭日产炭量约为1486.5kg。出料碟盘转速为8～12r/min。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：它包括进料装置(1)、进料绞龙(2)、布料器(3)、中心燃烧室(4)、通气炉壁(5)、快速炭热解炉膛(6)、分散燃烧室(7)、慢速炭热解炉膛(8)、烟气保温隔层(10)、破拱装置(12)、通风管(13)、空气分散管(13.1)、慢速炭出料绞龙输送机(20.1)、快速炭出料绞龙输送机(20.2)和烟气保温隔层壁(30)，其中，进料装置(1)通过进料绞龙(2)与布料器(3)相连，中心燃烧室(4)同轴布置在布料器(3)下方，中心燃烧室(4)内部同轴设置有空气分散管(13.1)，所述通风管(13)外套接有燃气管道(15)，通风管(13)和燃气管道(15)从底部侧面进入中心燃烧室(4)，布风板(14)设置在中心燃烧室(4)内壁的下部，燃气管道(15)的出气口位于布风板(14)的下方，通风管(13)穿过布风板(14)后与空气分散管(13.1)连通，通风管(13)的输入端连接风机(22)，燃气管道(15)的输入端连接储气罐(27)，在布风板(14)上方的中心燃烧室(4)内壁上设有电弧点火器(23)，围绕中心燃烧室(4)均匀设置多个独立的快速炭热解炉膛(6)，在每个快速炭热解炉膛(6)的外围设置独立的慢速炭热解炉膛(8)，相邻的两个快速炭热解炉膛(6)之间通过分散燃烧室(7)隔开，每个快速炭热解炉膛(6)与对应的慢速炭热解炉膛(8)之间通过分散燃烧室(7)隔开，中心燃烧室(4)、快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)的炉壁均为通气炉壁(5)，布料器(3)用于将物料分别送入每个快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)中，中心燃烧室(4)燃烧产生热量，由中心燃烧室(4)的通气炉壁(5)输送的部分燃气和空气进入分散燃烧室(7)也进行燃烧对快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)进行加热，快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)内的物料热解产生的热解气通过快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)各自的通气炉壁(5)进入分散燃烧室(7)和中心燃烧室(4)继续燃烧，每个快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)中均设有破拱装置(12)的炭扇叶(12.1)，破拱装置(12)的炭扇叶(12.1)由搅动电机(12.2)驱动；

烟气保温隔层壁(30)包裹在所有慢速炭热解炉膛(8)的外圈，烟气保温隔层壁(30)与各个慢速炭热解炉膛(8)的外圈之间形成烟气保温隔层(10)，烟气保温隔层(10)下方设置保温隔层烟气进口(24)，烟气保温隔层(10)上方设置保温隔层烟气出口(9)；

所述快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)的下方设置有由出料碟盘电机(19)驱动旋转的出料碟盘(16)，出料碟盘(16)上设有慢速炭出料口(16.1)和快速炭出料口(16.2)，出料碟盘(16)的下方设有慢速炭排炭室(18.1)和快速炭排炭室(18.2)，慢速炭出料口(16.1)能依次与慢速炭热解炉膛(8)的底部炉膛出料口连通，从而将各个慢速炭热解炉膛(8)中的生物炭排入慢速炭排炭室(18.1)中，快速炭出料口(16.2)能依次与快速炭热解炉膛(6)的底部炉膛出料口连通，从而将各个快速炭热解炉膛(6)中的生物炭排入快速炭排炭室(18.2)；

所述慢速炭排炭室(18.1)的输出端设置慢速炭出料绞龙输送机(20.1)，快速炭排炭室(18.2)的输出端设置快速炭出料绞龙输送机(20.2)，所述快速炭出料绞龙输送机(20.2)的绞龙送料轴转速大于慢速炭出料绞龙输送机(20.1)的绞龙送料轴转速。

2.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：慢速炭出料绞龙输送机(20.1)用于将慢速炭排炭室(18.1)中的生物炭输送到慢速炭储炭室(21.1)中，快速炭出料绞龙输送机(20.2)用于将快速炭排炭室(18.2)中的生物炭输送到快速炭储炭室(21.2)中。

3.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：所述通气炉壁(5)由第一层石棉网(5.1)、一层带孔耐高温加强筋板(5.2)和第二层石棉网(5.3)粘接复合构成。

4.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：它还包括二次送风管(29)和二次送风机(28)，所述二次送风管(29)穿过一组慢速炭热解炉膛(8)和快速炭热解炉膛(6)后进入中心燃烧室(4)，二次送风管(29)的输出端连通中心燃烧室(4)，二次送风管(29)的输入端连接二次送风机(28)。

5.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：所述通风管(13)缠绕在快速炭储炭室(21.2)外侧壁上；

所述中心燃烧室(4)与各个快速炭热解炉膛(6)之间通过炉壁支撑轴(5.4)固定连接，各个快速炭热解炉膛(6)与对应的慢速炭热解炉膛(8)之间通过炉壁支撑轴(5.4)固定连接，各个慢速炭热解炉膛(8)与烟气保温隔层壁(30)之间通过炉壁支撑轴(5.4)固定连接，烟气保温隔层壁(30)的底部由承重墙(17)提供支撑；

烟气保温隔层壁(30)的外壁通过炉壁支撑轴(5.4)固定在外周支架(37)中，慢速炭排炭室(18.1)和快速炭排炭室(18.2)之间通过排炭室支撑轴(18.3)固定连接。

6.根据权利要求2所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：所述带孔耐高温加强筋板(5.2)的通气孔的直径为2cm，加热时，在通气孔处的物料会燃烧产生灰分，再去阻碍内部物料的燃烧。

7.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：每个快速炭热解炉膛(6)和对应的慢速炭热解炉膛(8)中设有上部和下部两组炭扇叶(12.1)，其中每两个快速炭热解炉膛(6)和对应的慢速炭热解炉膛(8)内上部的炭扇叶(12.1)由一个上部的破拱装置(12)带动旋转，每两个快速炭热解炉膛(6)和对应的慢速炭热解炉膛(8)内下部的炭扇叶(12.1)由一个下部的破拱装置(12)带动旋转，上部的破拱装置(12)和对应的下部的破拱装置(12)由一个对应的搅动电机(12.2)驱动。

8.根据权利要求1所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：所述分散燃烧室(7)侧壁上部设置安全阀(31)，所述保温隔层烟气出口(9)通过引风机(25)连接烟囱(36)，中心燃烧室(4)的顶部设置烟气循环管道(34)，该烟气循环管道(34)通过保温隔层烟气进口(24)通向烟气保温隔层(10)。

9.根据权利要求8所述的气固分级热解差速分级的连续式生物质炭化装置，其特征在于：所述烟气循环管道(34)与储气罐(27)之间设有第一热解气管道(27.1)和第二热解气管道(27.2)，第一热解气管道(27.1)和第二热解气管道(27.2)上均设置有引风机(25)，第一热解气管道(27.1)和第二热解气管道(27.2)上均设有单向进气阀(26)，烟气循环管道(34)中的气体只能通过第一热解气管道(27.1)和第二热解气管道(27.2)上的单向进气阀(26)流入储气罐(27)，燃气管道(15)上也设有引风机(25)和单向进气阀(26)，储气罐(27)中的气体只能通过燃气管道(15)的单向进气阀(26)流入中心燃烧室(4)。

10.一种基于权利要求1所述生物质炭化装置的炭化方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：将预先储在储气罐(27)中的燃气经燃气管道(15)通入中心燃烧室(4)中，同时向中心燃烧室(4)中通入空气，电弧点火器(23)点燃燃气，开启破拱装置(12)，使破拱装置(12)的炭扇叶(12.1)逆时针旋转，启动进料绞龙(2)以320～330r/min的转速，通过布料器(3)向快速炭热解炉膛(6)和慢速炭热解炉膛(8)中持续进料，直到装满布料器(3)、快速炭热解炉膛(6)、慢速炭热解炉膛(8)、快速炭排炭室(18.2)和慢速炭排炭室(18.1)，当中心燃烧室(4)温度达到500～700℃时，时间保持0.5～1.5h；

步骤2：然后，调节进料绞龙(2)转速，以80～85r/min的速率持续进料，破拱装置(12)的炭扇叶(12.1)以20～25r/min的速率间隔2～3min运行2～3min的模式一直顺时针运行，同时启动慢速炭出料绞龙输送机(20.1)以10～15r/min的转速持续出料，启动快速炭出料绞龙输送机(20.2)以13～18r/min持续出料，出料碟盘(16)在出料碟盘电机(19)的控制下以8～12min/r匀速转动，并将首次0.5个周期热解的物料回炉进行二次热解，当中心燃烧室温度低于设定温度最低值时，加大燃气管道(15)的燃气进量，并启动二次送风机(28)通过二次送风管(29)开始向中心燃烧室(4)内二次送风，维持中心燃烧室(4)温度在500～700℃，烟气循环管道(34)输送烟气进入烟气保温隔层(10)，对慢速炭热解炉膛(8)进行保温，多余的热解气输送到在储气罐(27)中存储；

步骤3：关闭进料绞龙(4)，调整慢速炭出料绞龙输送机(20.1)、快速炭出料绞龙输送机(20.2)的转速，分别以32～37r/min和43～48r/min的转速运行，破拱装置(12)与出料碟盘(16)维持原转速持续运行，待生物炭完全运出，关闭慢速炭出料绞龙输送机(20.1)、快速炭出料绞龙输送机(20.2)。

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