CN115418235A - 一种多滚筒直接换热式炭化炉 - Google Patents

一种多滚筒直接换热式炭化炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了生物质炭化炉技术领域的一种多滚筒直接换热式炭化炉，包括：回转式炭化炉，还包括干燥炉以及与干燥炉连通的储料箱和流化床，所述干燥炉用于将储料箱供入的生物质与流化床供入的换热后热风进行对流换热，所述回转式炭化炉的进料端与干燥炉、流化床之间均设有传料机构，所述回转式炭化炉出料端设有筛网，用于将沙子与炭化后得到生物质炭分离。本发明热风进入流化床与流化床内的沙子进行换热，换热后的热风进入到干燥炉，使生物质脱去水分，随后使得流化床内换热后的沙子与干燥炉内的生物质通过传料机构至回转式炭化炉内进行炭化，一方面大大提高生物质的炭化效率和炭化质量，另一方面节约了能源，降低了成本。

Description

一种多滚筒直接换热式炭化炉
技术领域
本发明涉及生物质炭化炉技术领域，具体为一种多滚筒直接换热式炭化炉。
背景技术
随着我国经济建设的不断发展，人民生活水平得到迅速提高，城乡日常生活用能源利用方式发生了质的变化。以传统农作物秸秆、谷壳、柴草等作为日常生活燃料已逐步被煤炭、液化石油气等替代。但随着一次性能源的不断消耗，煤炭及国际原油价格的不断上涨，因此，寻找开发一种新能源与可再生资源显得尤为迫切。
目前，常通过炭化炉来对生物质原料进行炭化以制取生物质炭，目前大多是将生物质投入炭化炉内进行炭化处理，但是部分生物质原料残留有水分，直接对其炭化，一方面炭化周期较长，炭化质量较差，另一方面能源耗费严重，使用成本较高。为此，我们提出一种可去除生物质水分，且能源耗费低的多滚筒直接换热式炭化炉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多滚筒直接换热式炭化炉，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多滚筒直接换热式炭化炉，包括：回转式炭化炉，还包括干燥炉以及与干燥炉连通的储料箱和流化床，所述流化床用于将热风与沙子进行换热，所述干燥炉用于将储料箱供入的生物质与流化床供入的换热后热风进行对流换热，所述回转式炭化炉的进料端与干燥炉、流化床之间均设有传料机构，用于将干燥炉内对流换热干燥后的生物质、以及流化床内换热后的沙子供入回转式炭化炉内进行炭化，所述回转式炭化炉出料端设有筛网，用于将沙子与炭化后得到生物质炭分离；
其中，所述流化床为竖截面呈斜式的三角锥状结构，所述流化床一端切向设有热风入口，另一侧设有与干燥炉连通的排气出口，且流化床内的流通通道截面面积由热风入口向排气出口处逐渐减小。
进一步改进在于，所述流化床的竖截面包括直边、第一斜边和第二斜边，所述第一斜边的一端和第二斜边的一端分别与直边的两端连接，所述第一斜边的另一端和第二斜边的另一端连接。通过这种设置，使得流化床内的流通通道截面面积由热风入口向排气出口处逐渐减小，也便于沙子与从热风入口进入的热风换热。
进一步改进在于，所述热风入口设于直边、第一斜边的连接处并与直边平行，所述排气出口设于第一斜边和第二斜边的连接处。通过这种设置，方便沙子与从热风入口进入的热风换热，降低沙子从排气出口排出量，也方便在流化床内储放沙子。
进一步改进在于，还包括设于筛网的生物质炭出料端的水冷换热器以及与筛网的沙子出料端对应的螺旋推进器一，所述螺旋推进器一的出料端与流化床连通，用于将沙子传导回流化床中，所述水冷换热器用于对生物质炭冷却。生物质炭通过水冷换热器换热后被冷却，以便后续人工对生物质炭进行收集利用，沙子通过螺旋推进器一重新传导回流化床中进行重复使用，降低能源消耗，降低使用成本。
进一步改进在于，所述回转式炭化炉由至少三组转动倾斜设置的滚筒式炭化炉组成，各滚筒式炭化炉上均套设有齿轮，相邻两组所述滚筒式炭化炉之间通过齿轮传动连接，其中一组所述齿轮与电机传动连接，所述筛网设置在滚筒式炭化炉的出料端并随滚筒式炭化炉旋转。回转式炭化炉采用的是多滚筒形式，相较于单滚筒，处理同样质量的生物质，三滚筒的筒径更小，相对与单滚筒三滚筒的角速度更大，离心力也更大，颗粒之间的接触数更多，沙子与生物质颗粒的热量传递也更快，同时在多组滚筒式炭化炉通过齿轮传递旋转，无需设置多个电机，降低使用成本。
进一步改进在于，所述滚筒式炭化炉内壁环形阵列设有多组抄料板。在滚筒式炭化炉旋转的时候，抄料板会使生物质与沙子在滚筒式炭化炉内充分接触快速换热，使生物质的温度不断地升高，直至炭化。
进一步改进在于，所述传料机构包括至少具有三个出料端的等量分料装置以及设于各等量分料装置出料端的螺旋推进器二，所述螺旋推进器二的出料端与滚筒式炭化炉的进料端一一对应，所述等量分料装置用于将生物质或沙子等量导入对应的螺旋推进器二内。通过等量分料装置将沙子或生物质分别等量导入对应螺旋推进器二内，再通过螺旋推进器二分别输送至对应滚筒式炭化炉内，提高各滚筒式炭化炉内沙子与生物质的混合质量，从而提高生物质炭化质量。
进一步改进在于，所述抄料板包括安装部、第一连接部、第二连接部、T形活动部以及弹簧，所述第一连接部内开设有腔体，所述安装部一侧与滚筒式炭化炉内壁连接，另一侧与T形活动部的一端连接，所述T形活动部的另一端贯穿第一连接部一端并伸入腔体内与弹簧的一端连接，所述弹簧另一端与腔体内侧壁连接，所述第二连接部一体成型设于第一连接部远离安装部的一端，所述第二连接部与第一连接部之间形成一夹角。随着滚筒式炭化炉的旋转，在离心力以及弹簧的作用下，第一连接部带动第二连接部沿着活动部移动，增大抄料板外壁与滚筒式炭化炉内沙子与生物质的接触面积，提高抄料板的抄料范围，同时第二连接部与第一连接部之间形成一夹角，使得抄料板在接触沙子与生物质时能带起部分沙子与生物质，延长沙子与生物质在滚筒式炭化炉内的炭化时间。
进一步改进在于，所述干燥炉的一侧设有热风出口管，用于排出与流化床内沙子换热的气体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过热风进入流化床与流化床内的沙子进行换热，换热后热风的进入到干燥炉中与干燥炉内的生物质接触，使生物质脱去水分，随后流化床内换热后的沙子与干燥炉内的生物质通过传料机构至回转式炭化炉内进行炭化，一方面大大提高生物质的炭化效率和炭化质量，缩短了炭化周期，另一方面通过与沙子换热，并且沙子可重复使用，节约了能源，降低了成本；
(2)本发明的流化床采用斜式三角锥切向入口的方式，切向入口的目的是使热风在流化床中呈旋转流态，增大了热风在流化床中的运行距离，延长了热风在流化床中的运行时间，增强换热效果，同时斜式三角锥的流化床保留了切向进风的横向分速度，此外，流化床内的流通通道截面面积由热风入口向排气出口处逐渐减小，根据流体在同一截面的质量流量相等的原理，流体虽然在沙子的阻力下，流速减小，但截面面积的变小，又使得流速增大，两者相互作用下，维持了热风的流速，保证了对流换热的强度；
(3)本发明的回转式炭化炉采用的是三滚筒形式，生物质颗粒和沙子在滚筒中进行直接换热，由于采用的是多滚筒形式，相较于单滚筒，处理同样质量的生物质，三滚筒的筒径更小，相对与单滚筒三滚筒的角速度更大，离心力也更大，颗粒之间的接触数更多，沙子与生物质颗粒的热量传递也更快；
(4)本发明在滚筒式炭化炉尾部连接的有筛网，筛网利用滚筒式炭化炉旋转的性质，使生物质炭和沙子进行筛分分离。
附图说明
图1为本发明一种多滚筒直接换热式炭化炉结构示意图；
图2为本发明一种多滚筒直接换热式炭化炉中流化床结构示意图；
图3为本发明一种多滚筒直接换热式炭化炉中齿轮结构示意图；
图4为本发明一种多滚筒直接换热式炭化炉中抄料板结构剖视图。
图中：1、干燥炉；2、储料箱；3、流化床；31、直边；32、第一斜边；33、第二斜边；4、热风入口；5、排气出口；6、热风出口管；7、回转式炭化炉；8、电机；9、齿轮；10、抄料板；101、安装部；102、第一连接部；103、第二连接部；104、腔体；105、活动部；106、弹簧；11、筛网；12、水冷换热器；13、传料机构；131、螺旋推进器二；14、螺旋推进器一。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-3，一种多滚筒直接换热式炭化炉，包括回转式炭化炉7，还包括干燥炉1以及与干燥炉1连通的储料箱2和流化床3，流化床3用于将热风与沙子进行换热，干燥炉1用于将储料箱2供入的生物质与流化床3供入的换热后热风进行对流换热，回转式炭化炉7的进料端与干燥炉1、流化床3之间均设有传料机构13，用于将干燥炉1内对流换热干燥后的生物质、以及流化床3内换热后的沙子供入回转式炭化炉7内进行炭化，回转式炭化炉7出料端设有筛网11，用于将沙子与炭化后得到生物质炭分离；其中，流化床3的竖截面呈斜式的三角锥状结构，流化床3一端切向设有热风入口4，另一端设有与干燥炉1连通的排气出口5，且流化床3内的流通通道截面积由热风入口4向排气出口5逐渐减小，进一步的，从图1可看出，回转式炭化炉7优先朝向流化床3倾斜设置，以便生物质和进入的热风对流换热，干燥炉1的一侧设有热风出口管6，用于将生物质脱去水分的热风排出。
流化床3采用斜式三角锥切向入口的方式，切向入口的目的是使热风在流化床3中呈旋转流态，增大了热风在流化床3中的运行距离，延长了热风在流化床3中的运行时间，增强换热效果，同时斜式三角锥的流化床3保留了切向进风的横向分速度，此外，流化床3内的流通通道截面面积由热风入口4向排气出口5处逐渐减小，根据流体在同一截面的质量流量相等的原理，流体虽然在沙子的阻力下，流速减小，但截面面积的变小，又使得流速增大，两者相互作用下，维持了热风的流速，保证了对流换热的强度。
使用时，热风从流化床3的热风入口4进入流化床3中，与流化床3中的沙子进行换热，换热后的热风经流化床3顶部排气出口5进入到干燥炉1中，生物质从储料箱2进入到干燥炉1中，热风与生物质进行对流换热，使生物质脱去水分，换热后的热风经热风出口管6排出。
作为优选的，本实施的流化床3的竖截面包括直边31、第一斜边32和第二斜边33，第一斜边32的一端和第二斜边33的一端分别与直边31的两端连接，第一斜边32的另一端和第二斜边33的另一端连接。使得流化床3内的流通通道截面面积由热风入口4向排气出口5处逐渐减小。热风入口4设于直边31、第一斜边32的连接处并与直边31平行，排气出口5设于第一斜边32和第二斜边33的连接处。方便沙子与从热风入口4进入的热风换热，降低沙子从排气出口5排出量，也方便在流化床3内储放沙子。
作为优选的，本实施还包括设于筛网11的生物质炭出料端的水冷换热器12以及与筛网11的沙子出料端对应的螺旋推进器一14，螺旋推进器一14的出料端与流化床3连通，用于将沙子传导回流化床3中，水冷换热器12用于对生物质炭冷却，水冷换热器12属于现有技术，在此不另做详述。生物质炭通过水冷换热器12换热后被冷却，以便后续人工对生物质炭进行收集利用，因为沙子还具有一定热量，因此通过螺旋推进器一14将沙子重新传导回流化床3中进行重复使用，降低能源消耗，降低使用成本。
作为优选的，本实施的回转式炭化炉7由至少三组转动倾斜设置的滚筒式炭化炉组成，滚筒式炭化炉可转动倾斜设于支架上，各滚筒式炭化炉上均套设有齿轮9，相邻两组滚筒式炭化炉之间通过齿轮9传动连接，其中一组齿轮9与电机8传动连接，筛网11设置在滚筒式炭化炉的出料端并随滚筒式炭化炉旋转。具体地，电机8的输出端可设有主动齿轮，该主动齿轮与其中一组滚筒式炭化炉外壁的齿轮9啮合，即可驱使三组滚筒式炭化炉旋转，回转式炭化炉7采用的是多滚筒形式，相较于单滚筒，处理同样质量的生物质，三滚筒的筒径更小，相对与单滚筒三滚筒的角速度更大，离心力也更大，颗粒之间的接触数更多，沙子与生物质颗粒的热量传递也更快，同时在多组滚筒式炭化炉通过齿轮9传递旋转，无需设置多个电机8，降低使用成本。筛网11利用滚筒式炭化炉旋转的性质，使生物质炭和沙子进行筛分分离。
作为优选的，本实施的传料机构13包括至少具有三个出料端的等量分料装置以及设于各等量分料装置出料端的螺旋推进器二131，螺旋推进器二131的出料端与滚筒式炭化炉的进料端一一对应，等量分料装置用于将生物质或沙子等量导入对应的螺旋推进器二131内。通过等量分料装置将沙子或生物质分别等量导入对应的螺旋推进器二131内，再通过螺旋推进器二131输送至对应的滚筒式炭化炉内，提高各滚筒式炭化炉内沙子与生物质的混合质量，从而提高生物质炭化质量。例如，等量分料装置包括进料斗、设于进料斗出料端的圆筒、设于圆筒上方的叶片装置、设于圆筒内的三组挡板、三组挡板将圆筒内腔分隔成三个等规格的扇形腔，每个扇形腔对应一个螺旋推进器二131，生物质或沙子进入料斗，叶片装置旋转使生物质或沙子均匀的下落至三个扇形腔内，三个扇形腔使生物质或沙子均匀的洒落到每一个螺旋推进器中，当然，等量分料装置也不局限于上述结构。
请参阅图4，作为优选的，本实施的滚筒式炭化炉内壁环形阵列设有多组抄料板10。在滚筒式炭化炉旋转的时候，抄料板10会使生物质与沙子在滚筒式炭化炉内充分接触快速换热，使生物质的温度不断地升高，直至炭化。进一步的，抄料板10包括安装部101、第一连接部102、第二连接部103、T形活动部105以及弹簧106，第一连接部102内开设有腔体104，安装部101一侧与滚筒式炭化炉内壁连接，另一侧与T形活动部105的一端连接，T形活动部105可在腔体104内移动的同时不会脱离腔体104，T形活动部105的另一端贯穿第一连接部102一端并伸入腔体104内与弹簧106的一端连接，弹簧106另一端与腔体104内侧壁连接，第二连接部103一体成型设于第一连接部102远离安装部101的一端，第二连接部103与第一连接部102之间形成一夹角。随着滚筒式炭化炉的旋转，在离心力以及弹簧106的作用下，第一连接部102带动第二连接部103沿着活动部105移动，增大抄料板10外壁与滚筒式炭化炉内沙子与生物质的接触面积，提高抄料板10的抄料范围，需要说明的是，多组抄料板10中的第一连接部102向滚筒式炭化炉圆心移动至最大距离时各抄料板10中的第二连接部103不会相互接触，同时第二连接部103与第一连接部102之间形成一夹角，使得抄料板10在接触沙子与生物质时能带起部分沙子与生物质，延长沙子与生物质在滚筒式炭化炉内的炭化时间。
干燥后的生物质与流化床3内换热后沙子经传料机构13输送到回转式炭化炉7中的三组滚筒式炭化炉中，电机8驱使三组滚筒式炭化炉旋转，滚筒式炭化炉旋转的时候，抄料板10会使生物质与沙子在滚筒式炭化炉内充分接触快速换热，使生物质的温度不断地升高，直至炭化，同时筛网11利用滚筒式炭化炉的旋转能力也随之转动，使得滚筒式炭化炉内的沙子与生物质炭分离开来，分离开的沙子经过螺旋推进器一14又运回到流化床3中，生物质炭经水冷换热器12换热后被冷却，被收集利用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种多滚筒直接换热式炭化炉，包括：回转式炭化炉(7)，其特征在于：还包括干燥炉(1)以及与干燥炉(1)连通的储料箱(2)和流化床(3)，所述流化床(3)用于将热风与沙子进行换热，所述干燥炉(1)用于将储料箱(2)供入的生物质与流化床(3)供入的换热后热风进行对流换热，所述回转式炭化炉(7)的进料端与干燥炉(1)、流化床(3)之间均设有传料机构(13)，用于将干燥炉(1)内对流换热干燥后的生物质、以及流化床(3)内换热后的沙子供入回转式炭化炉(7)内进行炭化，所述回转式炭化炉(7)出料端设有筛网(11)，用于将沙子与炭化后得到生物质炭分离；
其中，所述流化床(3)为竖截面呈斜式的三角锥状结构，所述流化床(3)一端切向设有热风入口(4)，另一端设有与干燥炉(1)连通的排气出口(5)，且流化床(3)内的流通通道截面面积由热风入口(4)向排气出口(5)处逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述流化床(3)的竖截面包括直边(31)、第一斜边(32)和第二斜边(33)，所述第一斜边(32)的一端和第二斜边(33)的一端分别与直边(31)的两端连接，所述第一斜边(32)的另一端和第二斜边(33)的另一端连接。
3.根据权利要求2所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述热风入口(4)设于直边(31)、第一斜边(32)的连接处并与直边(31)平行，所述排气出口(5)设于第一斜边(32)和第二斜边(33)的连接处。
4.根据权利要求1所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：还包括设于筛网(11)的生物质炭出料端的水冷换热器(12)以及与筛网(11)的沙子出料端对应的螺旋推进器一(14)，所述螺旋推进器一(14)的出料端与流化床(3)连通，用于将沙子传导回流化床(3)中，所述水冷换热器(12)用于对生物质炭冷却。
5.根据权利要求1所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述回转式炭化炉(7)由至少三组转动倾斜设置的滚筒式炭化炉组成，各滚筒式炭化炉上均套设有齿轮(9)，相邻两组所述滚筒式炭化炉之间通过齿轮(9)传动连接，其中一组所述齿轮(9)与电机(8)传动连接，所述筛网(11)设置在滚筒式炭化炉的出料端并随滚筒式炭化炉旋转。
6.根据权利要求5所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述滚筒式炭化炉内壁环形阵列设有多组抄料板(10)。
7.根据权利要求5所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述传料机构(13)包括至少具有三个出料端的等量分料装置以及设于各等量分料装置出料端的螺旋推进器二(131)，所述螺旋推进器二(131)的出料端与滚筒式炭化炉的进料端一一对应，所述等量分料装置用于将生物质或沙子等量导入对应的螺旋推进器二(131)内。
8.根据权利要求6所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述抄料板(10)包括安装部(101)、第一连接部(102)、第二连接部(103)、T形活动部(105)以及弹簧(106)，所述第一连接部(102)内开设有腔体(104)，所述安装部(101)一侧与滚筒式炭化炉内壁连接，另一侧与T形活动部(105)的一端连接，所述T形活动部(105)的另一端贯穿第一连接部(102)一端并伸入腔体(104)内与弹簧(106)的一端连接，所述弹簧(106)另一端与腔体(104)内侧壁连接，所述第二连接部(103)一体成型设于第一连接部(102)远离安装部(101)的一端，所述第二连接部(103)与第一连接部(102)之间形成一夹角。
9.根据权利要求1所述的一种多滚筒直接换热式炭化炉，其特征在于：所述干燥炉(1)的一侧设有热风出口管(6)。
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