CN113502170A - 低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法 - Google Patents

低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，涉及生物质热解技术领域，该低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，包括原料处理装置与碳化装置，原料处理装置外表面固定设置有控制面板，原料处理装置上端表面两侧开设有滑轨，滑轨上活动设置有上盖，原料处理装置包括粉碎机构，碳化装置包括碳化炉，碳化炉下端设置有燃料出口，碳化炉内部上端固定设置有过滤件，碳化炉靠近过滤件外表面通过管道固定连接有冷凝器，冷凝器排气口通过管道固定设置有过滤器，实现了该低温制备生物炭的炭化设备功能全面，成本较低，碳化全面且效果好。

Description

低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法
技术领域
本发明涉及生物质热解技术领域，具体为低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法。
背景技术
目前生物质能源化利用技术包括物理转化、生物转化和化学转化，物理转化主要为物理压缩、压块处理，制备生物质固体成型燃料；生物转化主要是厌氧消化制沼气和发酵生产乙醇；化学转化包括液化、气化、炭化等，是目前国内外研究的重点，通常通过生物质炭化制备生物质炭燃料。
生物质热解是指生物质在无氧或低氧的条件下，通过热化学反应将生物质大分子物质包括木质素、纤维素和半纤维素分解成较小分子的燃料物质包括固态炭、可燃气和生物油的热化学转化技术方法，而现有的碳化设备，结构功能单一，没有形成一体化，人工上料较为费时费力，且增加工人的劳动强度，在对椰壳或秸秆进行碳化时不能有效对原料的大小进行有效控制，且直接下料，原料不能与热气流充分接触，导致碳化过程不够有效彻底，在碳化过程中，碳化温度过高，所得产品，能量密度低，很难作为燃料使用，且成本较高，因此需要提供低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法以解决上述问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明公开了低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，包括：
原料处理装置，所述原料处理装置外表面固定设置有控制面板，所述原料处理装置上端表面两侧开设有滑轨，所述滑轨上活动设置有上盖，所述原料处理装置包括粉碎机构；
碳化装置，所述碳化装置包括碳化炉，所述碳化炉下端设置有燃料出口，所述碳化炉内部上端固定设置有过滤件，所述碳化炉靠近过滤件外表面通过管道固定连接有冷凝器，所述冷凝器排气口通过管道固定设置有过滤器。
优选的，所述原料处理装置内部上端固定设置有导料板，所述导料板下方活动设置有挤压辊。
优选的，所述粉碎机构包括固定座与电机，所述电机输出端通过转轴固定设置有齿轮盘，所述齿轮盘与主动齿轮啮合，所述主动齿轮中心固定设置有传动杆，所述传动杆两端均设置有锥齿轮组。
优选的，两个所述锥齿轮组上端均固定设置有立杆，所述立杆外表面等距离设置有若干粉碎刀，所述固定座上端表面为倾斜状，所述固定座上端立杆与粉碎刀外侧固定设置有防护罩，所述防护罩远离原料处理装置内壁一侧下端开设开口。
优选的，所述固定座远离原料处理装置内壁一侧上端活动设置有导料槽，所述导料槽远离固定座一端固定设置有复位弹簧，所述复位弹簧下端固定设置有弹簧槽。
优选的，所述弹簧槽一侧固定设置有电热丝，所述电热丝上端固定设置有鼓风机，所述原料处理装置靠近鼓风机一侧内壁表面固定设置有过滤网，所述原料处理装置靠近鼓风机一侧侧壁内设置有风扇，所述原料处理装置内部挤压辊一侧固定设置有原料收集仓，所述原料收集仓原料出口通过螺旋输送机与碳化炉上料口固定连接。
优选的，所述螺旋输送机输送筒内活动设置有转动杆，所述转动杆末端固定设置有一号锥齿轮，所述碳化炉上端内壁表面固定设置有分散装置，所述分散装置包括二号锥齿轮与连接轴，所述一号锥齿轮与二号锥齿轮啮合，所述二号锥齿轮下端表面通过连接轴固定设置有分散盘。
优选的，所述分散盘通过隔板形成若干分散槽，所述分散槽底面为倾斜状，所述分散盘下端表面通过轴承活动设置有活动杆，所述活动杆外侧固定设置有螺旋引导板。
优选的，所述螺旋引导板下端固定设置有导流盘，所述导流盘上设置有若干气流出口，所述导流盘气流进口通过管道固定设置有加热器，所述加热器下端固定设置有天然气储存瓶，所述加热器上端通过管道与过滤器排气口固定连接。
优选的，低温制备生物炭的炭化设备的使用方法，包括以下步骤：
S1、打开上盖，体积较大的秸秆通过挤压辊与粉碎机构工作变为小颗粒物料；
S2、向炭化炉内通入氮气使炉内为无氧或低氧环境，开启加热器在导流盘的作用下形成向上的热气流；
S3、通过鼓风机与电热丝工作有效将小颗粒物料吹起并干燥，进而通过风扇将小颗粒物料吹向原料收集仓，同时开启螺旋输送机将物料转运至碳化炉；
S4、原料进入碳化炉在分散装置的分散作用下有效落在螺旋引导板上并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉底部进入，从底部上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，通过热气流控制炭化炉底部的反应温度为240℃，炉内压力为1100mbar，控制反应时间为3h；
S5、通过燃料出口有效收集碳化完成的生物炭；
S6、关闭该低温制备生物炭的炭化设备，停止工作。
本发明公开了低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，其具备的有益效果如下：
1、该低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，通过电机工作，有效通过转轴带动齿轮盘转动，通过齿轮盘转动，有效带动主动齿轮与传动杆转动，通过传动杆转动在两端锥齿轮组的作用下有效带动立杆与粉碎刀转动进而对挤压后的秸秆或椰壳等进行粉碎切割，通过将固定座上端表面设置为倾斜状，方便原料下滑移动并由防护罩开口处滑出。
2、该低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，原料下滑移动并由防护罩开口处滑出，当原料数量累积到一定程度时，原料推动导料槽前端压缩复位弹簧下移，进而原料通过导料槽，与此同时，通过导料槽的原料，在鼓风机与电热丝的作用下有效被吹起并干燥，被吹起的小颗粒合格原料通过过滤网上升至顶部并在风扇的作用下，有效落入原料收集仓，进而通过螺旋输送机输送至炭化炉内。
3、该低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，通过螺旋输送机工作，原料转动杆与一号锥齿轮同步转动，通过一号锥齿轮转动有效带动二号锥齿轮转动在连接轴的传动作用下分散盘同步转动，由于分散槽底面为倾斜状，落在不同分散槽内的原料在自身重力及离心力的作用下有效脱离分散盘并落在螺旋引导板上，并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉底部进入，从底部顺着螺旋引导板上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，螺旋引导板可以有效起到分散原料，增加逆流反应区域的有效面积，且整个过程方便控制。
附图说明
图1为本发明主体结构示意图；
图2为本发明原料处理装置的正视图的剖视图；
图3为本发明碳化装置的正视图的剖视图；
图4为本发明图3中B处结构的放大示意图；
图5为本发明图2中A处结构的放大示意图；
图6为本发明图2中C处结构的放大示意图；
图7为本发明分散盘的俯视图。
图中：1、原料处理装置；101、控制面板；102、上盖；103、滑轨；2、碳化装置；3、导料板；4、挤压辊；5、粉碎机构；501、固定座；502、电机；503、防护罩；504、齿轮盘；505、主动齿轮；506、传动杆；507、锥齿轮组；508、立杆；6、导料槽；7、弹簧槽；8、复位弹簧；9、鼓风机；10、电热丝；11、过滤网；12、风扇；13、原料收集仓；14、碳化炉；1401、燃料出口；15、螺旋输送机；1501、转动杆；1502、一号锥齿轮；16、分散装置；1601、二号锥齿轮；1602、分散盘；1603、分散槽；17、活动杆；1701、螺旋引导板；18、过滤件；19、冷凝器；20、过滤器；21、加热器；22、天然气储存瓶；23、导流盘。
具体实施方式
本发明实施例公开低温制备生物炭的炭化设备及其使用方法，如图1-7所示，包括：
原料处理装置1，原料处理装置1外表面固定设置有控制面板101，原料处理装置1上端表面两侧开设有滑轨103，滑轨103上活动设置有上盖102，原料处理装置1包括粉碎机构5；
碳化装置2，碳化装置2包括碳化炉14，碳化炉14下端设置有燃料出口1401，碳化炉14内部上端固定设置有过滤件18，碳化炉14靠近过滤件18外表面通过管道固定连接有冷凝器19，冷凝器19排气口通过管道固定设置有过滤器20。
根据附图2所示，原料处理装置1内部上端固定设置有导料板3，导料板3下方活动设置有挤压辊4，通过设置有导料板3有效保证引导限制秸秆或椰壳的移动位置，通过设置有挤压辊4有效对秸秆或椰壳进行挤压与引导，缩小体积。
根据附图2、5所示，粉碎机构5包括固定座501与电机502，电机502输出端通过转轴固定设置有齿轮盘504，齿轮盘504与主动齿轮505啮合，主动齿轮505中心固定设置有传动杆506，传动杆506两端均设置有锥齿轮组507，两个锥齿轮组507上端均固定设置有立杆508，立杆508外表面等距离设置有若干粉碎刀，固定座501上端表面为倾斜状，固定座501上端立杆508与粉碎刀外侧固定设置有防护罩503，防护罩503远离原料处理装置1内壁一侧下端开设开口，通过电机502工作，有效通过转轴带动齿轮盘504转动，通过齿轮盘504转动，有效带动主动齿轮505与传动杆506转动，通过传动杆506转动在两端锥齿轮组507的作用下有效带动立杆508与粉碎刀转动进而对挤压后的秸秆或椰壳等进行粉碎切割，通过将固定座501上端表面设置为倾斜状，方便原料下滑移动并由防护罩503开口处滑出。
根据附图2、3、6所示，固定座501远离原料处理装置1内壁一侧上端活动设置有导料槽6，导料槽6远离固定座501一端固定设置有复位弹簧8，复位弹簧8下端固定设置有弹簧槽7，弹簧槽7一侧固定设置有电热丝10，电热丝10上端固定设置有鼓风机9，原料处理装置1靠近鼓风机9一侧内壁表面固定设置有过滤网11，原料处理装置1靠近鼓风机9一侧侧壁内设置有风扇12，原料处理装置1内部挤压辊4一侧固定设置有原料收集仓13，原料收集仓13原料出口通过螺旋输送机15与碳化炉14上料口固定连接，原料下滑移动并由防护罩503开口处滑出，当原料数量累积到一定程度时，原料推动导料槽6前端压缩复位弹簧8下移，进而原料通过导料槽6，与此同时，通过导料槽6的原料，在鼓风机9与电热丝10的作用下有效被吹起并干燥，被吹起的小颗粒合格原料通过过滤网11上升至顶部并在风扇12的作用下，有效落入原料收集仓13，进而通过螺旋输送机15输送至炭化炉14内。
根据附图3、4所示，螺旋输送机15输送筒内活动设置有转动杆1501，转动杆1501末端固定设置有一号锥齿轮1502，碳化炉14上端内壁表面固定设置有分散装置16，分散装置16包括二号锥齿轮1601与连接轴，一号锥齿轮1502与二号锥齿轮1601啮合，二号锥齿轮1601下端表面通过连接轴固定设置有分散盘1602，分散盘1602通过隔板形成若干分散槽1603，分散槽1603底面为倾斜状，分散盘1602下端表面通过轴承活动设置有活动杆17，活动杆17外侧固定设置有螺旋引导板1701，螺旋引导板1701下端固定设置有导流盘23，导流盘23上设置有若干气流出口，导流盘23气流进口通过管道固定设置有加热器21，加热器21下端固定设置有天然气储存瓶22，加热器21上端通过管道与过滤器20排气口固定连接，通过螺旋输送机15工作，原料转动杆1501与一号锥齿轮1502同步转动，通过一号锥齿轮1502转动有效带动二号锥齿轮1601转动在连接轴的传动作用下分散盘1602同步转动，由于分散槽1603底面为倾斜状，落在不同分散槽1603内的原料在自身重力及离心力的作用下有效脱离分散盘1602并落在螺旋引导板1701上，并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉底部进入，从底部顺着螺旋引导板1701上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，螺旋引导板1701可以有效起到分散原料，增加逆流反应区域的有效面积，且整个过程方便控制。
实施例一
如图1-7所示低温制备生物炭的炭化设备，包括：
原料处理装置1，原料处理装置1外表面固定设置有控制面板101，原料处理装置1上端表面两侧开设有滑轨103，滑轨103上活动设置有上盖102，原料处理装置1包括粉碎机构5；
碳化装置2，碳化装置2包括碳化炉14，碳化炉14下端设置有燃料出口1401，碳化炉14内部上端固定设置有过滤件18，碳化炉14靠近过滤件18外表面通过管道固定连接有冷凝器19，冷凝器19排气口通过管道固定设置有过滤器20。
粉碎机构5中固定座501远离原料处理装置1内壁一侧上端活动设置有导料槽6，导料槽6远离固定座501一端固定设置有复位弹簧8，复位弹簧8下端固定设置有弹簧槽7，弹簧槽7一侧固定设置有电热丝10，电热丝10上端固定设置有鼓风机9，原料处理装置1靠近鼓风机9一侧内壁表面固定设置有过滤网11，原料处理装置1靠近鼓风机9一侧侧壁内设置有风扇12，原料处理装置1内部挤压辊4一侧固定设置有原料收集仓13，原料收集仓13原料出口通过螺旋输送机15与碳化炉14上料口固定连接，原料下滑移动并由防护罩503开口处滑出，当原料数量累积到一定程度时，原料推动导料槽6前端压缩复位弹簧8下移，进而原料通过导料槽6，与此同时，通过导料槽6的原料，在鼓风机9与电热丝10的作用下有效被吹起并干燥，被吹起的小颗粒合格原料通过过滤网11上升至顶部并在风扇12的作用下，有效落入原料收集仓13，进而通过螺旋输送机15输送至炭化炉14内，原料进入碳化炉14内在重力作用下向下移动，与此同时热气流从炭化炉14底部进入，从底部上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，通过燃料出口1401有效收集碳化完成的生物炭。
实施例二
如图1-7所示低温制备生物炭的炭化设备，包括：
原料处理装置1，原料处理装置1外表面固定设置有控制面板101，原料处理装置1上端表面两侧开设有滑轨103，滑轨103上活动设置有上盖102，原料处理装置1包括粉碎机构5；
碳化装置2，碳化装置2包括碳化炉14，碳化炉14下端设置有燃料出口1401，碳化炉14内部上端固定设置有过滤件18，碳化炉14靠近过滤件18外表面通过管道固定连接有冷凝器19，冷凝器19排气口通过管道固定设置有过滤器20。
原料处理装置1中原料收集仓13原料出口通过螺旋输送机15与碳化炉14上料口固定连接，螺旋输送机15输送筒内活动设置有转动杆1501，转动杆1501末端固定设置有一号锥齿轮1502，碳化炉14上端内壁表面固定设置有分散装置16，分散装置16包括二号锥齿轮1601与连接轴，一号锥齿轮1502与二号锥齿轮1601啮合，二号锥齿轮1601下端表面通过连接轴固定设置有分散盘1602，分散盘1602通过隔板形成若干分散槽1603，分散槽1603底面为倾斜状，分散盘1602下端表面通过轴承活动设置有活动杆17，活动杆17外侧固定设置有螺旋引导板1701，螺旋引导板1701下端固定设置有导流盘23，导流盘23上设置有若干气流出口，导流盘23气流进口通过管道固定设置有加热器21，加热器21下端固定设置有天然气储存瓶22，加热器21上端通过管道与过滤器20排气口固定连接，通过螺旋输送机15工作，原料转动杆1501与一号锥齿轮1502同步转动，通过一号锥齿轮1502转动有效带动二号锥齿轮1601转动在连接轴的传动作用下分散盘1602同步转动，由于分散槽1603底面为倾斜状，落在不同分散槽1603内的原料在自身重力及离心力的作用下有效脱离分散盘1602并落在螺旋引导板1701上，并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉14底部进入，从底部顺着螺旋引导板1701上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，螺旋引导板1701可以有效起到分散原料，增加逆流反应区域的有效面积，且整个过程方便控制。
实施例三
如图1-7所示低温制备生物炭的炭化设备，包括：
原料处理装置1，原料处理装置1外表面固定设置有控制面板101，原料处理装置1上端表面两侧开设有滑轨103，滑轨103上活动设置有上盖102，原料处理装置1包括粉碎机构5；
碳化装置2，碳化装置2包括碳化炉14，碳化炉14下端设置有燃料出口1401，碳化炉14内部上端固定设置有过滤件18，碳化炉14靠近过滤件18外表面通过管道固定连接有冷凝器19，冷凝器19排气口通过管道固定设置有过滤器20。
在实施例二的条件下，原料进入碳化炉14在分散装置16的分散作用下有效落在螺旋引导板1701上并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉14底部进入，从底部上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，进一步的，通过热气流分别控制炭化炉14底部的反应温度为220℃、220℃与220℃，炉内压力为1100mbar、1150mbar与1200mbar，控制反应时间为1h、3h与5h；通过燃料出口1401有效收集碳化完成的生物炭，关闭该低温制备生物炭的炭化设备，停止工作，通过对三种不同条件下产生生物炭能源得率进行检测，确定低温制备生物炭的炭化设备的工作状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于，包括：
原料处理装置(1)，所述原料处理装置(1)外表面固定设置有控制面板(101)，所述原料处理装置(1)上端表面两侧开设有滑轨(103)，所述滑轨(103)上活动设置有上盖(102)，所述原料处理装置(1)包括粉碎机构(5)；
碳化装置(2)，所述碳化装置(2)包括碳化炉(14)，所述碳化炉(14)下端设置有燃料出口(1401)，所述碳化炉(14)内部上端固定设置有过滤件(18)，所述碳化炉(14)靠近过滤件(18)外表面通过管道固定连接有冷凝器(19)，所述冷凝器(19)排气口通过管道固定设置有过滤器(20)。
2.根据权利要求1所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述原料处理装置(1)内部上端固定设置有导料板(3)，所述导料板(3)下方活动设置有挤压辊(4)。
3.根据权利要求1所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述粉碎机构(5)包括固定座(501)与电机(502)，所述电机(502)输出端通过转轴固定设置有齿轮盘(504)，所述齿轮盘(504)与主动齿轮(505)啮合，所述主动齿轮(505)中心固定设置有传动杆(506)，所述传动杆(506)两端均设置有锥齿轮组(507)。
4.根据权利要求3所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：两个所述锥齿轮组(507)上端均固定设置有立杆(508)，所述立杆(508)外表面等距离设置有若干粉碎刀，所述固定座(501)上端表面为倾斜状，所述固定座(501)上端立杆(508)与粉碎刀外侧固定设置有防护罩(503)，所述防护罩(503)远离原料处理装置(1)内壁一侧下端开设开口。
5.根据权利要求3所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述固定座(501)远离原料处理装置(1)内壁一侧上端活动设置有导料槽(6)，所述导料槽(6)远离固定座(501)一端固定设置有复位弹簧(8)，所述复位弹簧(8)下端固定设置有弹簧槽(7)。
6.根据权利要求5所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述弹簧槽(7)一侧固定设置有电热丝(10)，所述电热丝(10)上端固定设置有鼓风机(9)，所述原料处理装置(1)靠近鼓风机(9)一侧内壁表面固定设置有过滤网(11)，所述原料处理装置(1)靠近鼓风机(9)一侧侧壁内设置有风扇(12)，所述原料处理装置(1)内部挤压辊(4)一侧固定设置有原料收集仓(13)，所述原料收集仓(13)原料出口通过螺旋输送机(15)与碳化炉(14)上料口固定连接。
7.根据权利要求6所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述螺旋输送机(15)输送筒内活动设置有转动杆(1501)，所述转动杆(1501)末端固定设置有一号锥齿轮(1502)，所述碳化炉(14)上端内壁表面固定设置有分散装置(16)，所述分散装置(16)包括二号锥齿轮(1601)与连接轴，所述一号锥齿轮(1502)与二号锥齿轮(1601)啮合，所述二号锥齿轮(1601)下端表面通过连接轴固定设置有分散盘(1602)。
8.根据权利要求7所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述分散盘(1602)通过隔板形成若干分散槽(1603)，所述分散槽(1603)底面为倾斜状，所述分散盘(1602)下端表面通过轴承活动设置有活动杆(17)，所述活动杆(17)外侧固定设置有螺旋引导板(1701)。
9.根据权利要求8所述的低温制备生物炭的炭化设备，其特征在于：所述螺旋引导板(1701)下端固定设置有导流盘(23)，所述导流盘(23)上设置有若干气流出口，所述导流盘(23)气流进口通过管道固定设置有加热器(21)，所述加热器(21)下端固定设置有天然气储存瓶(22)，所述加热器(21)上端通过管道与过滤器(20)排气口固定连接。
10.根据权利要求1所述的低温制备生物炭的炭化设备的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、打开上盖(101)，体积较大的秸秆通过挤压辊(4)与粉碎机构(5)工作变为小颗粒物料；
S2、向炭化炉(14)内通入氮气使炉内为无氧或低氧环境，开启加热器(21)在导流盘(23)的作用下形成向上的热气流；
S3、通过鼓风机(9)与电热丝(10)工作有效将小颗粒物料吹起并干燥，进而通过风扇(12)将小颗粒物料吹向原料收集仓(13)，同时开启螺旋输送机(15)将物料转运至碳化炉(14)；
S4、原料进入碳化炉(14)在分散装置(16)的分散作用下有效落在螺旋引导板(1701)上并在重力作用下向下滑动，与此同时热气流从炭化炉底部进入，从底部上升至顶部，在炉内形成逆流反应区域，通过热气流控制炭化炉底部的反应温度为240℃，炉内压力为1100mbar，控制反应时间为3h；
S5、通过燃料出口(1401)有效收集碳化完成的生物炭；
S6、关闭该低温制备生物炭的炭化设备，停止工作。
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