CN111732961B - 用于秸秆的连续清洁炭化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的是一种用于秸秆的连续清洁炭化装置，用于秸秆的连续清洁炭化装置，其结构包括进料系统、上锥体、中部筒体、冷却出炭装置、中间旋转燃烧管；其中上锥体设于中部筒体的顶部，进料系统设于上锥体的外部侧面，冷却出炭装置设于中部筒体的底部；中间旋转燃烧管通过上轴承和下轴承安装于中部筒体内部的中轴线上。本发明通过设置连续进料和出料系统，进而实现炭化的连续性；设置带多级托盘的中间旋转燃烧管，实现可燃气直接在内部燃烧管内间接燃烧，提供炭化所需的热量，无需外送回烧，进而实现清洁炭化过程；并通过独特的托盘结构，可使秸秆不架桥，并通过刮板均匀下落，实现秸秆的充分炭化，得到高品质的秸秆炭。

Description

用于秸秆的连续清洁炭化装置
技术领域
本发明涉及的是用于秸秆的连续清洁炭化装置，属于生物质能源技术领域。
背景技术
在目前生物质材料的资源化利用过程中，农林生物质占生物质材料来源的主要部分，尤其是秸秆资源的有效利用是生物质能源研究和开发的重中之重。传统秸秆直燃技术中的分布式利用方法存在污染严重、成本高、秸秆收储运难以规模化等问题，许多专家研究指出将秸秆热解制成生物质炭，将生物质炭制备炭基肥以修复土壤或者用来生产机制炭棒用于烧烤取暖，可以克服直燃带来诸多问题。
传统的秸秆热解气化技术有以下几种：一是外热、单炉秸秆热解炭化技术，通过在反应釜中加入秸秆，在炉下使用可燃材料点火提供热解需要的热量，此种方式可以得到高品质热解炭，但是生产过程不能连续进行，每生产一釜产品后必须停炉再加入一釜原料，而且热解产生的大量有害气体排放会造成严重污染；为了克服上述缺陷，部分技术人员提出将气体收集回烧的方案，但是收集的气体燃烧后同样会产生大量的焦油和醋液，污染环境。二是回转窑式内热炭化技术，通过牺牲部分秸秆在回转窑内部燃烧来提供热解所需的热量，但此种方式得到秸秆炭品质差，也无法解决环境污染问题。三是回转窑外热式炭化技术，此种技术在现有秸秆炭生产线中应用较多，通过在回转窑下部设置有可燃气的燃烧腔，将秸秆热解产生的可燃气引出炉外净化后，再送入下部燃烧腔燃烧提供热解所需的热量，此种方式表面上可以实现连续生产，但是热解产生可燃气引出炉外后，需要净化炭化产生的大量焦油等有机物污染，长时间运行后会导致管道堵塞，使得生产过程中断，甚至引发安全事故。
发明内容
本发明的目的在于克服现有秸秆热解气化技术及装置存在的上述问题，提出一种新型的用于秸秆的炭化装置，实现秸秆炭化过程的连续进行，生产过程清洁环保，产物秸秆炭品质高。
本发明的技术解决方案：用于秸秆的连续清洁炭化装置，其结构包括进料系统、上锥体、中部筒体、冷却出炭装置、中间旋转燃烧管；其中上锥体设于中部筒体的顶部，上锥体的顶部设有盖板，中间旋转燃烧管的顶端通过上轴承固定于盖板的中心通孔处；进料系统设于上锥体的外部侧面，包括一级进料螺旋、过渡料筒、二级进料螺旋；其中一级进料螺旋相对水平安装于二级进料螺旋的上方，一级进料螺旋的进料端设有料斗；一级进料螺旋的出料端通过过渡料筒连接二级进料螺旋的进料端，过渡料筒的外表面上设有料位计；二级进料螺旋的出料端伸入上锥体的侧面；冷却出炭装置设于中部筒体的底部；中间筒体包括耐火层、底板、刮板；其中耐火层铺设于中间筒体的内侧表面，若干片刮板自上而下依次相间设于中间筒体内侧，每片刮板与一级物料托盘相对应设置；底板设于中间筒体的底部，并与主管的底部相接，底板上设有用于冷却秸秆炭的水夹套，并设有与冷却出炭装置连接的出料口。
进一步的，所述的中间旋转燃烧管包括旋转接头、空气管、陶瓷点火线、涡轮减速机、主燃烧管；其中空气管设于主燃烧管的内部中轴线上，空气管的顶端通过旋转接头与主燃烧管的顶端相连接；陶瓷点火线穿入空气管的内部；涡轮减速机安装于盖板的上表面，并与主燃烧管的端头管销接。
进一步的，所述的主燃烧管包括燃气进口、物料托盘、主管、刮炭板；其中燃气进口设于主管顶端侧面，若干级半圆形的物料托盘自上而下依次等间距地焊接于主管的侧面，相邻两级物料托盘在水平方向对称设置，物料托盘为半圆形，其表面均匀布满气孔，上下两级物料托盘构成一个整圆；物料托盘的数量与间距根据原料尺寸、密度来设定；刮炭板设于主管的底端，并与最后一级物料托盘在水平方向对称设置。
该装置的工作方法具体包括如下步骤：
1）将秸秆切为小段，送入进料口，通过二级进料系统送入炭化装置内部；
2）启动时通入少量天然气和空气混合器点火，使炭化装置整体预热，预热至一定温度时关闭天然气，直接通入空气；
3）打开涡轮减速机，中间旋转燃烧管缓慢旋转，各级物料托盘也跟着旋转，秸秆在刮板的推动下从上一级物料托盘均匀落入到下一级；
4）中间燃烧管通过辐射加热和物料托盘传热，使得秸秆在下落过程中热解产生秸秆炭，热解过程中产生的可燃气在烟气出口引风机的带动下，通过各级物料托盘上的气孔均匀向上流动，进入主燃烧管的燃气进口燃烧供热，
5）秸秆炭化后产生的秸秆炭在刮炭板的推动下送入冷却出炭装置送出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）通过设置连续进料和出料系统，进而实现炭化的连续性；
2）设置带多级托盘的中间旋转燃烧管，可以实现可燃气直接在内部燃烧管内间接燃烧，提供炭化所需的热量，无需外送回烧，进而实现清洁炭化过程；
3）设置独特的托盘结构，可使秸秆不架桥，并通过刮板均匀下落，实现秸秆的充分炭化，得到高品质的秸秆炭。
附图说明
附图1是本发明用于秸秆的连续清洁炭化装置的结构示意图。
附图2是图1中A-A剖面结构图。
附图3是主燃烧管的结构示意图。
附图4是托盘的结构示意图。
图中1是进料系统、1-1是一级进料螺旋、1-2是过渡料筒、1-3是二级进料螺旋、2是上锥体、2-1是盖板、3是中部筒体、3-1是耐火层、3-2是底板、3-3是刮板、4是冷却出炭装置、5是中间旋转燃烧管、5-1是旋转接头、5-2是空气管、5-3是陶瓷点火线、5-4是涡轮减速机、5-5是主燃烧管、5-5-1是燃气进口、5-5-2是物料托盘、5-5-3是主管、5-5-4是刮炭板、6是上轴承、7是下轴承。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“纵向”“横向”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或直接一体化组合连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是物理结构上的连接，也可以是电学上的连接或无线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其结构包括进料系统1、上锥体2、中部筒体3、冷却出炭装置4、中间旋转燃烧管5、上轴承6、下轴承7；其中上锥体2设于中部筒体3的顶部，进料系统1设于上锥体2的外部侧面，冷却出炭装置4设于中部筒体3的底部；中间旋转燃烧管5通过上轴承6和下轴承7安装于中部筒体3内部的中轴线上。
所述的进料系统1包括一级进料螺旋1-1、过渡料筒1-2、二级进料螺旋1-3；其中一级进料螺旋1-1相对水平安装于二级进料螺旋1-3的上方，一级进料螺旋1-1的进料端设有进料口料斗；一级进料螺旋1-1的出料端通过过渡料筒1-2连接二级进料螺旋1-3的进料端，过渡料筒1-2的外表面上设有料位计，可实时监测进料量；二级进料螺旋1-3的出料端伸入上锥体2的侧面。一级进料螺旋1-1、过渡料筒1-2和二级进料螺旋1-3均为封闭设计，使秸秆在进料时不接触空气，整个进料过程实现密闭进料。
所述的上锥体2的顶部设有盖板2-1，中间旋转燃烧管5的顶端通过上轴承6固定于盖板2-1的中心通孔处。
如图1、图3所示，所述的中间旋转燃烧管5包括旋转接头5-1、空气管5-2、陶瓷点火线5-3、涡轮减速机5-4、主燃烧管5-5；其中空气管5-2设于主燃烧管5-5的内部中轴线上，空气管5-2的顶端通过旋转接头5-1与主燃烧管5-5的顶端相连接；陶瓷点火线5-3穿入空气管5-2的内部；涡轮减速机5-4安装于盖板2-1的上表面，并与主燃烧管5-5的端头管销接。中间旋转燃烧管5的顶端为空气进口，底端为烟气出口，并连接外部引风机。
如图3所示，所述的主燃烧管5-5包括燃气进口5-5-1、物料托盘5-5-2、主管5-5-3、刮炭板5-5-4；其中燃气进口5-5-1设于主管5-5-3顶端接近上锥体2顶部的侧面，若干级半圆形的物料托盘5-5-2自上而下依次等间距地焊接于主管5-5-3的侧面，相邻两级物料托盘5-5-2在水平方向对称设置，物料托盘5-5-2的数量与间距根据原料尺寸、密度来设定，本实施例中为5级；刮炭板5-5-4设于主管5-5-3的底端，并与最后一级物料托盘5-5-2在水平方向对称设置。
如图4所示，所述的物料托盘5-5-2为半圆形，其表面均匀布满气孔，用于将热解产生的可燃气快速、稳定地溢出；上下两级物料托盘5-5-2构成一个整圆，从而实现托盘在跟随主燃烧管旋转时物料逐级下降的目的，使物料充分炭化，避免秸秆架桥情况出现。
所述的中间筒体3包括耐火层3-1、底板3-2、刮板3-3；其中耐火层3-1铺设于中间筒体3的内侧表面，若干片刮板3-3自上而下依次相间设于中间筒体3内侧，每片刮板3-3与一级物料托盘5-5-2相对应设置，用于在主燃烧管的旋转过程中推动反应物料落入下一级托盘，如图2所示；底板3-2设于中间筒体3的底部，并与主管5-5-3的底部相接，底板3-2上设有用于冷却秸秆炭的水夹套，并设有与冷却出炭装置4连接的出料口，用于将制得的秸秆炭通过刮炭板5-5-4送入冷却出炭装置4的出炭螺旋。
本发明的工作过程具体如下：
1）将秸秆切断为2-3cm的小段，送入进料口，通过一级进料螺旋、中间过渡料筒和二级进料螺旋，送入炭化装置内部的第一级物料托盘上；
2）启动时，通过空气进口通入少量天然气和空气混合器点火，使炭化装置整体预热，当装置内部中心温度达到500℃以上时，关闭天然气，直接通入空气；
3）打开涡轮减速机，中间旋转燃烧管在电机的带动下缓慢旋转，焊接在中间燃烧管上的各级物料托盘也跟着旋转，秸秆在刮板的推动下从上一级物料托盘均匀落入到下一级物料托盘；
4）中间燃烧管通过辐射加热和物料托盘传热，将大量的燃烧热传给秸秆，使得秸秆在下落过程中热解，热解过程中产生的可燃气在烟气出口引风机的带动下，通过各级物料托盘上的气孔均匀向上流动，进入主燃烧管的燃气进口；进入主燃烧管的可燃气与空气根据中间反应腔所需温度配置比例，实现稳定燃烧并供热解所需的热量，
5）秸秆炭化后产生的秸秆炭经过多级物料托盘旋转下落，落入中间筒体的底部，在刮炭板的推动下送入冷却出炭装置送出；在烟气出口可设置余热锅炉收集余热，由于秸秆在炭化过程中不与空气接触，无氧热解，最终秸秆炭产物品质高，整个炭化过程无废液、废渣，废气通过内部燃烧管循环利用，实现了连续清洁的炭化过程。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是包括进料系统（1）、上锥体（2）、中部筒体（3）、冷却出炭装置（4）、中间旋转燃烧管（5）、上轴承（6）、下轴承（7）；其中上锥体（2）设于中部筒体（3）的顶部，进料系统（1）设于上锥体（2）的外部侧面，冷却出炭装置（4）设于中部筒体（3）的底部；中间旋转燃烧管（5）通过上轴承（6）和下轴承（7）安装于中部筒体（3）内部的中轴线上；
所述的中间旋转燃烧管（5）包括旋转接头（5-1）、空气管（5-2）、陶瓷点火线（5-3）、涡轮减速机（5-4）、主燃烧管（5-5）；
中间旋转燃烧管（5）的顶端为空气进口，底端为烟气出口，并连接外部引风机；
所述的主燃烧管（5-5）包括燃气进口（5-5-1）、物料托盘（5-5-2）、主管（5-5-3）、刮炭板（5-5-4）；其中燃气进口（5-5-1）设于主管（5-5-3）顶端侧面，若干级半圆形的物料托盘（5-5-2）自上而下依次等间距地焊接于主管（5-5-3）的侧面，相邻两级物料托盘（5-5-2）在水平方向对称设置，
所述的物料托盘（5-5-2）为半圆形，其表面均匀布满气孔。
2.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是所述的进料系统（1）包括一级进料螺旋（1-1）、过渡料筒（1-2）、二级进料螺旋（1-3）；其中一级进料螺旋（1-1）相对水平安装于二级进料螺旋（1-3）的上方，一级进料螺旋（1-1）的进料端设有料斗；一级进料螺旋（1-1）的出料端通过过渡料筒（1-2）连接二级进料螺旋（1-3）的进料端，过渡料筒（1-2）的外表面上设有料位计；二级进料螺旋（1-3）的出料端伸入上锥体（2）的侧面。
3.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是所述的上锥体（2）的顶部设有盖板（2-1），中间旋转燃烧管（5）的顶端通过上轴承（6）固定于盖板（2-1）的中心通孔处。
4.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是所述空气管（5-2）设于主燃烧管（5-5）的内部中轴线上，空气管（5-2）的顶端通过旋转接头（5-1）与主燃烧管（5-5）的顶端相连接；陶瓷点火线（5-3）穿入空气管（5-2）的内部；涡轮减速机（5-4）安装于盖板（2-1）的上表面，并与主燃烧管（5-5）的端头管销接。
5.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是物料托盘（5-5-2）的数量与间距根据原料尺寸、密度来设定。
6.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是所述刮炭板（5-5-4）设于主管（5-5-3）的底端，并与最后一级物料托盘（5-5-2）在水平方向对称设置。
7.根据权利要求1或6所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是上下两级物料托盘（5-5-2）构成一个整圆。
8.根据权利要求1所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是所述的中间筒体（3）包括耐火层（3-1）、底板（3-2）、刮板（3-3）；其中耐火层（3-1）铺设于中间筒体（3）的内侧表面，若干片刮板（3-3）自上而下依次相间设于中间筒体（3）内侧，每片刮板（3-3）与一级物料托盘（5-5-2）相对应设置；底板（3-2）设于中间筒体（3）的底部，并与主管（5-5-3）的底部相接，底板（3-2）上设有用于冷却秸秆炭的水夹套，并设有与冷却出炭装置（4）连接的出料口。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的用于秸秆的连续清洁炭化装置，其特征是该装置的秸秆连续清洁炭化方法具体包括如下步骤：
1）将秸秆切断为2-3cm的小段，送入进料口，通过一级进料螺旋、中间过渡料筒和二级进料螺旋，送入炭化装置内部的第一级物料托盘上；
2）启动时，通过空气进口通入少量天然气和空气混合器点火，使炭化装置整体预热，当装置内部中心温度达到500℃以上时，关闭天然气，直接通入空气；
3）打开涡轮减速机，中间旋转燃烧管在电机的带动下缓慢旋转，焊接在中间旋转燃烧管上的各级物料托盘也跟着旋转，秸秆在刮板的推动下从上一级物料托盘均匀落入到下一级物料托盘；
4）中间旋转燃烧管通过辐射加热和物料托盘传热，将大量的燃烧热传给秸秆，使得秸秆在下落过程中热解，热解过程中产生的可燃气在烟气出口引风机的带动下，通过各级物料托盘上的气孔均匀向上流动，进入主燃烧管的燃气进口；进入主燃烧管的可燃气与空气根据中间反应腔所需温度配置比例，实现稳定燃烧并供热解所需的热量，
5）秸秆炭化后产生的秸秆炭经过多级物料托盘旋转下落，落入中间筒体的底部，在刮炭板的推动下送入冷却出炭装置送出；在烟气出口可设置余热锅炉收集余热。
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