CN112923688A - 模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统和工艺 - Google Patents

模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统和工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统和工艺，所述低高温两级烘干系统包括夹套式冷却水交换器，夹套式冷却水交换器上连接有一级低温烘干设备，夹套式冷却水交换器通过可调热风交换器连接二级高温烘干设备，一级低温烘干设备通过传送设备连接二级高温烘干设备，二级高温烘干设备上设有尾气排放系统；所述夹套式冷却水交换器包括烟风管道，烟风管道的外侧设有夹套，烟风管道与夹套之间形成有密封的水腔，夹套的外侧设有冷却水管道，冷却水管道上设有水泵。本发明具有可提高模块化生物质高速炭化设备热能利用率、设备组合灵活、生产产量大、设备占地少、热损耗少和移动方便的优点。

Description

模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系 统和工艺
技术领域
本发明属于模块化生物质高速炭化设备的配套设备领域，尤其涉及一种模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统和工艺。
背景技术
生物炭及生物炭土壤调理剂、果蔬专用炭基肥、生物炭黑、生物电极等产品是由生物质(包括木屑、各类秸秆、竹子等)在模块化生物质高速炭化设备中制得，能代替化肥，减少化肥投量，减轻土壤板结平衡土壤pH值，从根本上解决土壤酸化难题，有效促进农作物的生产。如申请号201911041310.7的可移动连续式多管生物质热裂解制炭一体机就是典型的模块化生物质高速炭化设备，具有移动方便的优点，在制炭过程中会产生1300℃至1600℃的高温余热(烟气温度)，所产生的烟气中的污染物含量低于直接排放标准，可直接排放至大气，但直排烟气会造成热能的浪费，热能利用率低。因此，现有的模块化生物质高速炭化设备存在热能利用率低的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统和工艺。本发明具有可提高模块化生物质高速炭化设备热能利用率、设备组合灵活、生产产量大、设备占地少、热损耗少和移动方便的优点。
本发明的技术方案：模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，所述低高温两级烘干系统包括与模块化生物质高速炭化设备连接的夹套式冷却水交换器，夹套式冷却水交换器上连接有一级低温烘干设备，夹套式冷却水交换器通过可调热风交换器连接二级高温烘干设备，一级低温烘干设备通过传送设备连接二级高温烘干设备，二级高温烘干设备上设有尾气排放系统。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述夹套式冷却水交换器包括烟风管道，烟风管道的外侧设有夹套，烟风管道与夹套之间形成有密封的水腔，夹套的外侧设有冷却水管道，冷却水管道的两端均与水腔连通，冷却水管道上设有水泵。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述一级低温烘干设备包括长方形的一级烘干箱体，一级烘干箱体内设有一级输送机，一级烘干箱体上设有一级进料口和一级出料口，一级进料口位于以及一级输送机的进料端一侧，一级出料口位于一级输送机的出料端一侧。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述一级烘干箱体的一侧设有与一级输送机进料端连接的前端送料装置。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述二级高温烘干设备包括二级烘干箱体，二级烘干箱体的下部连接可调热风交换器，二级烘干箱体的上部设有烘干区，二级烘干箱的下部设有热风区，烘干区与热风区之间设有二级输送机，二级烘干箱体上设有二级进料口和二级出料口，二级进料口位于二级输送机的进料端，传送设备通过二级进料口连接二级输送机，二级出料口位于二级输送机的出料端。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述可调热风交换器包括与夹套式冷却水交换器连接的炉膛管，炉膛管的外侧依次设有保温用的中间套管，中间套管的外侧设有外罩，炉膛管上设有多个冷风进口，冷风进口处设有可调气门。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述炉膛管通过稳压箱连接轴流风机，轴流风机通过延长管连接二级高温烘干设备。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统中，所述二级烘干箱体通过除尘装置连接尾气排放系统，除尘装置靠近二级输送机的出料端。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干工艺中，包括以下步骤，
a、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对含水量45％-60％的生物质先进行低温烘干，使生物质的含水量减少10％-15％且温度达到70-90℃，得A品，
b、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对A品进行高温烘干，使A品的含水量进一步降低25-30％，得15％含水量成品。
前述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干工艺中，所述模块化生物质高速炭化设备以生物质为燃料。
与现有技术相比，本发明利用模块化生物质高速炭化设备的余热对用于制炭的生物质的烘干，烘干过程分低温预热烘干和高温烘干，烘干过程不间断的进行，生物质在低温预热烘干时可去掉10-15％左右的水分，并可将升温温至80℃左右，由于生物质预烘后温度升高，进行高温烘干时所需的提供温差的热能少，不仅可节约30％左右的热量，提高了余热的利用率，而且可缩短高温烘干的时间，使生物质的烘干效率高。本发明利用余热对生物质进行烘干，提高了模块化生物质高速炭化设备的热能利用率，并且生物质经过烘干后，制炭速度提高，生产产量提高。
本发明的前端采用的模块化生物质高速循环炭化设备，可使用秸秆、木屑、椰壳、油果壳、甘蔗渣、药渣、林业绿化修剪物等生物质为燃料，替代成本高昂的天然气和电能，不仅解决了了农林固废的减量减排问题，又给国家节约了宝贵的能源，经济价值和社会价值巨大。
本发明采用模块化结构，各个组成部分可在生物质炭化现场与模块化生物质高速炭化设备组合，集炭化、烘干为一体，集低温、高温烘干组合一体，具有设备组合灵活，生产产量大，设备占地少、热损耗少的优点。
针对模块化生物质高速循环炭化设备可移动的特点，本发明中的低温、高温烘干设备也可设计成集装箱形式，配套的其余设备，比如轴流风机可设计为可移动式，烟风管道预先制作，两端设置软连接，现场采用法兰螺栓连接；冷却水管道上设置预制阀门，采用法螺栓兰或快速接头形式连接，方便拆卸；需要使用时，只需将现场组装即可，便于本发明的移动。
因此，本发明具有可提高模块化生物质高速炭化设备热能利用率、设备组合灵活、生产产量大、设备占地少、热损耗少和移动方便的优点。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是夹套式冷却水交换器的结构示意图。
图3是可调热风交换器的结构示意图。
图4是二级高温烘干设备的结构示意图。
图5是除尘装置的结构示意图。
图6是模块化生物质高速炭化设备的俯视图。
图7是模块化生物质高速炭化设备的正视图。
图8是可调热风交换器的结构示意图。
附图中的标记为：1-夹套式冷却水交换器，100-烟风管道，101-夹套，102-水腔，103-冷却水管道，104-水泵；2-一级低温烘干设备，200-一级烘干箱体，201-一级输送机，202-一级进料口，203-一级出料口；3-可调热风交换器，300-延长管，301-轴流风机，302-中间套管，303-外罩，304-可调气门，305-稳压箱，306-炉膛管；4-二级高温烘干设备，400-二级烘干箱体，401-烘干区，402-热风区，403-二级输送机，404-二级进料口，405-二级出料口；5-尾气排放系统，7-前端送料装置；8-除尘装置，800-进气口，801-排气口，802-排渣口；900-炭化箱体，901-一燃室，902-二燃室，903-裂解区，904-初始炭化区，905-炭化区，906-预热区，907-排烟口，908-冷却区，909-出炭区，910-厌氧炭化管，911-螺杆，912-投料口；10-传送设备。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，如图1所示，所述低高温两级烘干系统包括与模块化生物质高速炭化设备连接的夹套式冷却水交换器1，夹套式冷却水交换器1上连接有一级低温烘干设备2，夹套式冷却水交换器1通过可调热风交换器3连接二级高温烘干设备4，一级低温烘干设备2通过传送设备10连接二级高温烘干设备4，二级高温烘干设备4上设有尾气排放系统5。
所述夹套式冷却水交换器1包括与模块化生物质高速炭化设备的排烟口连接的烟风管道100，烟风管道100的外侧设有夹套101，烟风管道100与夹套101之间形成有密封的水腔102，夹套101的外侧设有冷却水管道103，冷却水管道103的两端均与水腔102连通，冷却水管道103上设有水泵104。
所述一级低温烘干设备2包括长方形的一级烘干箱体200，一级烘干箱体200内设有一级输送机201，一级烘干箱体200上设有一级进料口202和一级出料口203，一级进料口202位于以及一级输送机201的进料端一侧的上方，一级出料口203位于一级输送机201的出料端一侧的下方。所述冷却水管道103的一部分位于一级烘干箱体200内。
所述一级烘干箱体200的一侧设有与一级输送机201进料端连接的前端送料装置7，所述送料装置7可采用皮带输送机或绞龙输送机，送料装置7上的生物质经一级进料口202掉落至一级输送机201。
所述二级高温烘干设备4包括二级烘干箱体400，二级烘干箱体400的下部连接可调热风交换器3，二级烘干箱体400的上部设有烘干区401，二级烘干箱的下部设有热风区402，烘干区401与热风区402之间设有二级输送机403，二级烘干箱体400上设有二级进料口404和二级出料口405，二级进料口404位于二级输送机403的进料端的上方，传送设备10通过二级进料口404连接二级输送机403，二级出料口405位于二级输送机403的出料端的下方。所述传送设备10是绞龙。
所述可调热风交换器3包括与烟风管道100连接的炉膛管306，炉膛管306的外侧依次设有保温用的中间套管302，中间套管302的外侧设有外罩303，炉膛管306上设有三个冷风进口，其中一个冷风进口设置于炉膛管306的前端，其余冷风进口设置于炉膛管306的后侧，冷风进口处设有可调气门304。所述可调气门上具有温度感应器，可根据设定温度以及炉膛管306内的检测到的温度自动调节气门开度，从而调节进入到炉膛管306内的空气流量，为现有技术。
所述炉膛管306通过稳压箱305连接轴流风机301，轴流风机301通过延长管300连接二级高温烘干设备4。所述稳压箱305为箱形结构，对气流起缓冲作用，使气流压力稳定。
所述二级烘干箱体400通过除尘装置8连接尾气排放系统5，除尘装置8靠近二级输送机403的出料端。所述除尘装置8和尾气排放系统5均为现有技术，除尘装置8上设有进气口800、排气口801和排渣口802，烟气从进气口800进入到除尘装置8中分离出颗粒灰尘，颗粒灰尘经排气口801排出，剩余烟气经排气口801进入到尾气排放系统5中进一步处理。
所述模块化生物质高速炭化设备是现有技术，其主要的结构如图和图7所示，包括长方形的炭化箱体900，炭化箱体900内设有一燃室901和二燃室902，一燃室901内设有裂解区903、初始炭化区904和炭化区905，二燃室902内设有预热区906，炭化箱体900上设有与烟风管道100连接的排烟口907，炭化箱体900一端的外侧设有冷却区908和出炭区909，炭化箱体900内设有厌氧炭化管910，厌氧炭化管910上设有多个排气孔，厌氧炭化管910内设有电驱动的螺杆911，厌氧炭化管910依次穿过预热区906、裂解区903、初始炭化区904和炭化区905，厌氧炭化管910的一端伸出炭化箱体900并设有投料口912。
模块化生物质高速炭化设备的工作原理：生物质经投料口912进入到厌氧炭化管910内，在螺杆911作用下，依次经过预热区906、裂解区903、初始炭化区904和炭化区905、冷却区908和出炭区909，生物质在裂解区903推进过程中释放可燃的裂解气，一部分裂解气在一燃室901燃烧产生炭化所需要的400-500℃热能，另一部分会进入二燃室902继续燃烧并从排烟口907随烟气排出，温度可达1300-1600℃。所述一燃室901和二燃室902内采用秸秆、木屑、椰壳、油果壳、甘蔗渣、药渣、林业绿化修剪物等生物质为燃料。
夹套式冷却水交换器1的工作原理：从模块化生物质高速炭化设备排出的1300-1600℃的高温烟气，从排烟口907进入烟风管道100，高温烟气使水腔102中的冷却水变成热水，热水在水泵104作用下通过冷却水管道103将热量散发至一级烘干箱体200中，热水冷却后回流至水腔102中继续受热。高温烟气中的温度降低后从烟风管道100的另一端排出，温度可降低至800-1000℃，进入到到可调热风交换器3中。
一级低温烘干设备2的工作原理：制炭用的生物质(通常含水50％左右)放置于前端送料装置7上，经前端送料装置7输送，从一级进料口202进入到一级烘干箱体200中，掉落在一级输送机201上，并经一级输送机201传送从另一端掉落，掉落的生物质在进入到传送设备10，从一级出料口203离开一级烘干箱体200。生物质在传送的过程中被预烘，含水量降低。
可调热风交换器3的工作原理：轴流风机301工作，带动冷空气从可调气门304进入到炉膛管306中，从烟风管道100排出的烟气进入到炉膛管306中，与冷空气混合，温度降可降低至200-220℃，进入到稳压箱305中，再经延长管300进入到二级烘干箱体400中，进入热风区402。由于刚进入炉膛管306的烟气温度仍然高达800-1000℃，在冷空气中氧气作用下，烟气中的裂解气会进一步燃烧，从而降低进一步烟气的毒性并进一步提高预热利用率，然后烟气继续与冷空气混合，在炉膛管306的后端降低温度至200-220℃。所述可调热风交换器3使进入二级高温烘干设备4的热风流量增加，更加全面的与二级高温烘干设备4内的物料接触，进一步提高物料的烘干速度，并可使物料烘干的更加均匀。
二级高温烘干设备4的工作原理：从传送设备10送出的预烘过的生物质从二级进料口404进入到二级烘干箱体400中，掉落在二级输送机403上，经二级输送机403输送从二级出料口405排出，排出的生物质可通过绞龙输送至投料口912。热风区402中的热风向上运动至烘干区401对二级输送机403上的生物质进行高温烘干。
本发明总的工作原理：模块化生物质高速炭化设备在生产过程中所产生的高温烟气，经过夹套式冷却水交换器1与冷却水进行热交换，热交换出去的热量可将冷却水加热至90℃左右，用于一级低温烘干设备2中对生物质进行低温预烘，烟气温度可降低至800-1000℃。烟气经可调热风交换器3作用混合冷空气进入进入到二级高温烘干设备4中，进入二级高温烘干设备4中的烟气温度可降至200-220℃，对生物质进行高温烘干，经过低高温两级烘干的生物质进入模块化生物质高速炭化设备进行制炭。
上述模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统的工艺：包括以下步骤，
a、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对含水量50％左右生物质先进行低温烘干，使生物质的含水量减少10％-15％且温度达到70-90℃，得A品，
b、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对A品进行高温烘干，使A品的含水量进一步降低，得含水量15％左右的成品。
所述模块化生物质高速炭化设备以秸秆、木屑、椰壳、油果壳、甘蔗渣、药渣、林业绿化修剪物等生物质为燃料。
本发明具有可提高模块化生物质高速炭化设备热能利用率、设备组合灵活、生产产量大、设备占地少、热损耗少和移动方便的优点。

Claims (10)

1.模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述低高温两级烘干系统包括与模块化生物质高速炭化设备连接的夹套式冷却水交换器(1)，夹套式冷却水交换器(1)上连接有一级低温烘干设备(2)，夹套式冷却水交换器(1)通过可调热风交换器(3)连接二级高温烘干设备(4)，一级低温烘干设备(2)通过传送设备(10)连接二级高温烘干设备(4)，二级高温烘干设备(4)上设有尾气排放系统(5)。
2.根据权利要求1所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述夹套式冷却水交换器(1)包括烟风管道(100)，烟风管道(100)的外侧设有夹套(101)，烟风管道(100)与夹套(101)之间形成有密封的水腔(102)，夹套(101)的外侧设有冷却水管道(103)，冷却水管道(103)的两端均与水腔(102)连通，冷却水管道(103)上设有水泵(104)。
3.根据权利要求2所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述一级低温烘干设备(2)包括长方形的一级烘干箱体(200)，一级烘干箱体(200)内设有一级输送机(201)，一级烘干箱体(200)上设有一级进料口(202)和一级出料口(203)，一级进料口(202)位于以及一级输送机(201)的进料端一侧，一级出料口(203)位于一级输送机(201)的出料端一侧。
4.根据权利要求3所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述一级烘干箱体(200)的一侧设有与一级输送机(201)进料端连接的前端送料装置(7)。
5.根据权利要求1所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述二级高温烘干设备(4)包括二级烘干箱体(400)，二级烘干箱体(400)的下部连接可调热风交换器(3)，二级烘干箱体(400)的上部设有烘干区(401)，二级烘干箱的下部设有热风区(402)，烘干区(401)与热风区(402)之间设有二级输送机(403)，二级烘干箱体(400)上设有二级进料口(404)和二级出料口(405)，二级进料口(404)位于二级输送机(403)的进料端，传送设备(10)通过二级进料口(404)连接二级输送机(403)，二级出料口(405)位于二级输送机(403)的出料端。
6.根据权利要求5所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述可调热风交换器(3)包括与夹套式冷却水交换器(1)连接的炉膛管(306)，炉膛管(306)的外侧依次设有保温用的中间套管(302)，中间套管(302)的外侧设有外罩(303)，炉膛管(306)上设有多个冷风进口，冷风进口处设有可调气门(304)。
7.根据权利要求6所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述炉膛管(306)通过稳压箱(305)连接轴流风机(301)，轴流风机(301)通过延长管(300)连接二级高温烘干设备(4)。
8.根据权利要求1所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干系统，其特征在于：所述二级烘干箱体(400)通过除尘装置(8)连接尾气排放系统(5)，除尘装置(8)靠近二级输送机(403)的出料端。
9.模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干工艺，其特征在于：包括以下步骤，
a、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对含水量40％-60％生物质先进行低温烘干，使生物质的含水量减少10％-15％且温度达到70-90℃，得A品，
b、利用模块化生物质高速炭化设备排出的烟气中的余热，对A品进行高温烘干，使A品的含水量进一步降低，得含水量10％-20％成品。
10.根据权利要求9所述的模块化生物质高速炭化设备余热为热源的低高温两级烘干工艺，其特征在于：所述模块化生物质高速炭化设备以生物质为燃料。
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