CN115574582B - 一种分段式生物质连续干燥炭化设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段式生物质连续干燥炭化设备，包括：进料料斗；干燥回转窑，用于将热风与进料料斗供入的生物质对流换热进行干燥；封闭输送装置；缓冲料斗，通过封闭输送装置与干燥回转窑连通，所述封闭输送装置将干燥回转窑干燥的生物质输送至缓冲料斗内；螺旋进料机；炭化回转窑，通过螺旋进料机与缓冲料斗连通，所述螺旋进料机将缓冲料斗内干燥的生物质输送至炭化回转窑内；以及，热风炉，用于向炭化回转窑的窑壁夹层内供入热风，使生物质在炭化回转窑内与热风间接换热炭化。本发明提高了生物质的脱水和炭化质量，生产工艺简便，方便了生物质连续干燥炭化作业，而且减少了能源和材料的消耗，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及生物质炭化设备技术领域，具体为一种分段式生物质连续干燥炭化设备。
背景技术
利用秸秆、稻壳、锯末等生物质废弃物来制炭，是我国近几年兴起的一项新技术。目前，生物质炭化用炉主要采用内热式回转炭化炉和外热式回转炭化炉，现有技术采用外热式回转炭化炉时，一般是设置加热区，通过在加热区内点燃可燃气体，加热炭化炉。这样的外置加热区往往所占空间较大，散热面积大，从而导致所需的保温和密封的材料消耗较大。
同时生物质废弃物一般都含有一定的水分，含水率在20％-40％不等，这给生物质连续炭化带来非常致命的影响，因为目前的生物质连续炭化设备，一般只能炭化含水15％以下的生物质，需要另外增加采用电能或其他燃料作为热源的烘干设备对生物质进行预先烘干，如此不仅使得生产工艺繁琐，而且生产成本大大提高。
为此，我们提出一种分段式生物质连续干燥炭化设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分段式生物质连续干燥炭化设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种分段式生物质连续干燥炭化设备，包括：
进料料斗；
干燥回转窑，用于将热风与进料料斗供入的生物质对流换热进行干燥；
封闭输送装置；
缓冲料斗，通过封闭输送装置与干燥回转窑连通，所述封闭输送装置将干燥回转窑干燥的生物质输送至缓冲料斗内；
螺旋进料机；
炭化回转窑，通过螺旋进料机与缓冲料斗连通，所述螺旋进料机将缓冲料斗内干燥的生物质输送至炭化回转窑内；
以及，热风炉，用于向炭化回转窑的窑壁夹层内供入热风，使生物质在炭化回转窑内与热风间接换热炭化。
进一步改进在于，所述干燥回转窑包括窑体一、窑头罩一和窑尾罩一，所述窑头罩一和窑尾罩一均与窑体一连通，所述进料料斗的出料端穿过窑头罩一的轴心并延伸至窑体一内，所述封闭输送装置的进料端和出料端分别与窑尾罩一的出料端和缓冲料斗的进料端连通，所述窑头罩一上设有排气管，排气管上设有风机一。通过这种设置，使得进料料斗内的生物质进入干燥回转窑内进行干燥，干燥后的生物质从窑尾罩一的出料端进入封闭输送装置，经封闭输送装置输送至缓冲料斗内，风机一用于将干燥回转窑内的湿热风排出。
进一步改进在于，所述炭化回转窑包括窑体二、窑头罩二和窑尾罩二，所述窑头罩二和窑尾罩二均与窑体二连通；所述螺旋进料机的进料端与缓冲料斗的出料端连通，所述螺旋进料机的出料端穿过窑头罩二的轴心并延伸至窑体二内；所述螺旋进料机的螺杆螺距从进料端到出料端逐渐减小且中间轴的直径逐渐增大；所述窑头罩二固定在螺旋进料机中段；所述窑尾罩二的上下端分别设有排气口以及排料口。通过这种设置，使得缓冲料斗内的生物质在螺旋进料机进行一定程度的压缩排出空气后，输送至窑体二内进行炭化，炭化后热解气由排气口排出经后续处理收集，炭化后热解气由管道输送至热风炉中燃烧提供热量，炭化后的生物质由排料口排出冷却后储存。
进一步改进在于，窑体一内腔设有热风分配器，所述热风分配器沿窑体一轴线延伸并连通有一进风管，所述进风管远离热风分配器的一端穿过窑尾罩一并延伸至窑尾罩一外侧，所述进风管通过连通管与窑头罩二连通。炭化回转窑的窑壁夹层内流动的热风由窑头罩二收集，窑头罩二内的热风再经连通管进入进风管，随后从热风分配器喷出与进料料斗输入的生物质对流换热干燥，使生物质含水率降至15％左右。
进一步改进在于，所述热风分配器为空心正方柱体，所述热风分配器的一端开设有一进风口，所述进风口用于与进风管远离连通管的一端连通，所述热风分配器朝下的相邻侧面均开设有多组口径小于进风口的出风孔。通过这种设置使干燥回转窑进风集中在窑体一下部，而后热风在温差作用下上升，提高了生物质和热风的相对速度和混合效果，增强其对流换热，提高了生物质干燥效率。
进一步改进在于，所述窑体一和窑体二分别设于托轮组件上，且窑体一和窑体二分别通过驱动装置驱动旋转，所述窑体一和窑体二的内壁均环形阵列设有若干组抄板。通过托轮组件支撑窑体一和窑体二，使得窑体一和窑体二稳定的旋转，驱动装置驱动窑体一和窑体二旋转，以便生物质在窑体一或窑体二内进行干燥或炭化的工作，抄板在随窑体一或窑体二转动时扰动生物质，使换热更加均匀，提高了生物质干燥质量和炭化质量。
进一步改进在于，所述窑体二由窑体头部筒体、若干个窑体中部筒体和窑体尾部筒体连接组成，所述窑体二的外壁包裹有保温层，所述炭化回转窑的窑壁夹层包括开设在窑体二壁面的中空腔，且中空腔内环形阵列设有若干组斜向的肋板，所述肋板的数量为奇数，多组所述肋板将中空腔分隔成多组腔体，形成供热风流动的气体流道。通过这种设置，在不降低强度的同时减少了材料的消耗和窑体的重量，从而减少驱动能耗；保温层的设置降低窑体二向外侧的热量流失，热风进入气体流道，使得生物质在炭化回转窑内与热风间接换热炭化。
进一步改进在于，所述窑体头部筒体外壁外延至螺旋进料机中段，且与螺旋进料机外壁间形成夹层，所述夹层作为供热风流动的气体流道，与窑头罩二内腔和腔体连通。通过这种设置，炭化回转窑的窑壁夹层内流动的热风流入螺旋进料机外壁与窑体头部筒体外壁间的夹层，通过间接换热对生物质进行预热，提高炭化效率。
进一步改进在于，所述热风炉的出气端连接有一旋转接头，所述旋转接头连接有窑尾接管，所述窑尾接管穿过窑尾罩二并与炭化回转窑的窑壁夹层连通。旋转接头的设置，不干涉窑尾接管随窑体二旋转，以便热风稳定的进入窑体二内的腔体中。
进一步改进在于，所述进料料斗和缓冲料斗的出料端分别设有出料阀，连通管上设有风机二。通过设置出料阀，用于控制生物质的出料量，平衡干燥和碳化的速度，以便设备连续作业，通过风机二以便在炭化回转窑的窑壁夹层内流动的热风进入干燥回转窑。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过热风炉向炭化回转窑的窑壁夹层供入热风，热风在炭化回转窑的窑壁夹层内流动后进入干燥回转窑内与干燥回转窑内的生物质对流换热将生物质干燥，使生物质含水率降至15％左右，随后干燥后的生物质经封闭输送装置、缓冲料斗以及螺旋进料机输送至炭化回转窑中，通过热风在炭化回转窑的窑壁夹层内流动与生物质间接换热实现生物质的炭化，本发明对生物质的脱水质量高，生产工艺简便，方便了生物质连续炭化作业，而且能耗低，降低了生产成本；
(2)本发明的炭化回转窑的窑体二为中空结构，同时可以供热风流动并与窑体二内壁面对流换热，同时在中空腔内设有斜向的肋板，肋板随窑体二转动时对热气流有推动作用，使热风具有沿圆筒切向的速度，从而加强热风与窑体二内壁面的对流换热，提高换热效率，且斜向和奇数个肋板的设置，有助于肋板的热应力的平衡，防止热应力过大；
(3)本发明通过旋转接头和窑尾接管连接将热风送入炭化回转窑的腔体内和螺旋进料机外壁与窑体头部筒体外壁的夹层内进行间接换热，相比传统的外热式回转炭化炉，所需保温和密封的区域较少，从而减少了能量和材料的消耗；
(4)本发明在干燥回转窑内设置热风分配器，使干燥回转窑进风集中在窑体一内下部，而后热风在温差作用下上升，相比传统的干燥回转窑，增强了干燥气流在纵向上的运动，同时生物质在抄板的作用下不断提升后倾洒到窑体内，能有效提高干燥回转窑内生物质和热风的相对速度和混合效果，增强其对流换热，提高干燥效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1中A结构放大示意图；
图3为本发明中的窑体中部筒体结构示意图；
图4为本发明中的热风分配器结构示意图；
图5为本发明中的窑体尾部筒体与窑尾接管连接结构示意图。
图中：1、进料料斗；11、出料阀；2、风机一；3、干燥回转窑；31、窑头罩一；32、托轮组件；33、驱动装置；34、窑尾罩一；35、进风管；36、热风分配器；361、进风口；362、出风孔；4、封闭输送装置；5、缓冲料斗；51、出料阀；6、螺旋进料机；7、炭化回转窑；71、窑头罩二；72、窑体头部筒体；73、保温层；74、托轮组件；75、驱动装置；76、窑体中部筒体；77、窑体尾部筒体；78、窑尾罩二；79、窑尾接管；710、肋板；711、腔体；712、抄板；713、夹层；8、风机二；9、旋转接头；10、热风炉。
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1，一种分段式生物质连续干燥炭化设备，包括：进料料斗1；干燥回转窑3，用于将热风与进料料斗1供入的生物质对流换热进行干燥；封闭输送装置4；缓冲料斗5，通过封闭输送装置4与干燥回转窑3连通，封闭输送装置4将干燥回转窑3干燥的生物质输送至缓冲料斗5内；螺旋进料机6；炭化回转窑7，通过螺旋进料机6与缓冲料斗5连通，螺旋进料机6将缓冲料斗5内干燥的生物质输送至炭化回转窑7内；以及，热风炉10，用于向炭化回转窑7的窑壁夹层内供入热风，使生物质在炭化回转窑7内与热风间接换热炭化。封闭输送装置4可采用本领域中应用广泛的封闭式带式输送机。进料料斗1和缓冲料斗5的出料端分别设有出料阀11，51，用于控制生物质的出料量，平衡干燥和炭化的速度。连通管上设有风机二8，通过风机二8将炭化回转窑7的窑壁夹层内流动的热风抽入干燥回转窑3。
作为优选的，本实施的干燥回转窑3包括窑体一、窑头罩一31和窑尾罩一34，窑头罩一31和窑尾罩一34不会随着窑体一旋转，窑头罩一31和窑尾罩一34均与窑体一连通，进料料斗1的出料端穿过窑头罩一31的轴心并延伸至窑体一内，使得进料料斗1内的生物质进入干燥回转窑3内进行干燥。封闭输送装置4的进料端与窑尾罩一34的出料端连通，封闭输送装置4的出料端与缓冲料斗5的进料端连通，干燥后的生物质从窑尾罩一34的出料端进入封闭输送装置4，经封闭输送装置4输送至缓冲料斗5内。窑头罩一31上设有排气管，排气管上设有风机一2，通过风机一2可将干燥回转窑3内的湿热风排出。
作为优选的，本实施的炭化回转窑7包括窑体二、窑头罩二71和窑尾罩二78，窑头罩二71和窑尾罩二78均与窑体二连通，窑头罩二71和窑尾罩二78不会随着窑体二旋转，螺旋进料机6的进料端与缓冲料斗5的出料端连通，螺旋进料机6的出料端穿过窑头罩二71的轴心并延伸至窑体二内，使得缓冲料斗5内的生物质经螺旋进料机6输送至窑体二内进行炭化。螺旋进料机6的螺杆螺距从进料端到出料端逐渐减小且中间轴的直径逐渐增大，在进料过程中对生物质进行压缩，减少空气进入。窑头罩二71固定在螺旋进料机6中段，窑尾罩二78的上下端分别设有排气口以及排料口，炭化后热解气由管道输送至热风炉10中燃烧提供热量，炭化后的生物质由排料口排出冷却后储存。
作为优选的2-4，本实施的窑体一内腔设有热风分配器36，热风分配器36沿窑体一轴线延伸并连通有一进风管35，进风管35远离热风分配器36的一端穿过窑尾罩一34并延伸至窑尾罩一34外侧，进风管35通过连通管与窑头罩二71连通。炭化回转窑7的窑壁夹层内流动的热风由窑头罩二71收集，窑头罩二71内的热风再经连通管进入进风管35，随后从热风分配器36喷出与进料料斗1输入的生物质对流换热干燥，使生物质含水率降至15％左右，进一步的，热风分配器36为空心正方柱体，热风分配器36的一端开设有一进风口361，进风口361用于与进风管35远离连通管的一端连通，热风分配器36朝下的相邻侧面均开设有多组口径小于进风口361的出风孔362。通过这种设置使干燥回转窑3进风集中在窑体一下部，而后热风在温差作用下上升，增强了干燥气流在纵向上的运动速度，提高了生物质和热风的相对速度和混合效果，增强其对流换热，提高了生物质干燥效率。
作为优选的，本实施的窑体一和窑体二分别设于托轮组件32,74上，通过托轮组件32支撑窑体一，通过托轮组件74支撑窑体二，使得窑体一和窑体二稳定的旋转，且窑体一和窑体二分别通过驱动装置33，76驱动旋转，驱动装置33驱动窑体一旋转，驱动装置76驱动窑体二旋转，以便生物质在窑体一或窑体二内进行干燥或炭化的工作，例如，驱动装置76包括电机和齿轮组(大齿圈和齿轮)结构，当然也不限于这一种。窑体一和窑体二的内壁均环形阵列设有若干组抄板712。抄板712在随窑体一或窑体二转动时起到提升生物质的作用，生物质在抄板712的作用下不断上升而后倾洒到窑体内底部，使换热更加均匀，提高了生物质干燥质量和炭化质量。
作为优选的，本实施的窑体二由窑体头部筒体72、若干个窑体中部筒体76和窑体尾部筒体77连接组成，若干个窑体中部筒体76分段铸造，相邻两组窑体中部筒体76采用可拆卸固定连接的方式，需要说明的是，为了避免分段铸造出现漏气情况，可以通过外覆的绝热材料和涂料解决。窑体二的外壁包裹有保温层73，减少窑体向外侧的热量流失。炭化回转窑7的窑壁夹层包括开设在窑体二壁面的中空腔，且中空腔内环形阵列设有若干组斜向的肋板710，斜向的肋板710随窑体二转动时对热气流有推动作用，使热风具有沿圆筒切向的速度，从而加强热风与窑体二壁面的对流换热，提高换热效率，同时肋板710的数量为奇数，有助于肋板710热应力的平衡，防止热应力过大。多组肋板710将中空腔分隔成多组腔体711，形成供热风流动的气体流道。热风炉10供入的热风进入气体流道，使得生物质在炭化回转窑7内与热风间接换热炭化。
作为优选的，本实施例的窑体头部筒体72外壁外延至螺旋进料机6中段，且与螺旋进料机6外壁间形成夹层713，夹层713作为供热风流动的气体流道，与窑头罩二71和腔体711连通。炭化回转窑的窑壁夹层内流动的热风流入螺旋进料机6外壁与窑体头部筒体72外壁间的夹层713，在进料的同时通过间接换热对生物质进行预热，提高炭化效率。
作为优选的，热风炉10的出气端连接有一旋转接头9，旋转接头9连接有窑尾接管79，窑尾接管79穿过窑尾罩二78并与炭化回转窑7的窑壁夹层连通，窑尾接管79随炭化回转窑7旋转，旋转接头9的设置，不干涉窑尾接管79随窑体二旋转，以便热风稳定的进入窑体二内的腔体711中，从附图5可看出，窑尾接管79包括主管以及多组与主管连通的支管，以便窑尾接管79与旋转接头9和炭化回转窑7连接，热风炉10供入的热风经过旋转接头9和窑尾接管79进入炭化回转窑7的窑壁夹层中(即气体流道中)。
工作原理：破碎后的生物质送至进料料斗1，由进料料斗1上的出料阀11控制将一定量的生物质送入干燥回转窑3，生物质在干燥回转窑3中与热风直接对流换热干燥，使生物质含水率降至15％左右，干燥后的生物质由封闭输送装置4送入缓冲料斗5，经缓冲料斗5上的出料阀51将一定量的生物质送入螺旋进料机6，螺旋进料机6将干燥的生物质送入炭化回转窑7，生物质在炭化回转窑7与热风间接换热炭化，炭化后热解气由管道输送至热风炉10中燃烧提供热量，炭化后的生物质由排料口排出冷却后储存，干燥回转窑3对生物质干燥时通过驱动装置33驱动旋转，炭化回转窑7对生物质炭化时通过驱动装置76驱动旋转；
来自热风炉10的高温热风经旋转接头9进入窑尾接管79，高温热风经旋转接头9和窑尾接管79进入窑体二内的气体流道内，与炭化回转窑7内的生物质与热风间接换热炭化，换热后的热风后进入夹层713与螺旋进料机6输送的生物质间接换热，对输送的生物质进行预热，然后热风由窑头罩二71收集，再由风机二8送入干燥回转窑3与进料料斗1供入的生物质对流换热干燥，该种方式将高温热风的能量经炭化回转窑7一次利用后再进入干燥回转窑3对生物质进行对流换热干燥，对热风能量实现梯级充分利用。
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 (3)
1.一种分段式生物质连续干燥炭化设备，其特征在于，包括：
进料料斗(1)；
干燥回转窑(3)，用于将热风与进料料斗(1)供入的生物质对流换热进行干燥；
封闭输送装置(4)；
缓冲料斗(5)，通过封闭输送装置(4)与干燥回转窑(3)连通，所述封闭输送装置(4)将干燥回转窑(3)干燥的生物质输送至缓冲料斗(5)内；
螺旋进料机(6)；
炭化回转窑(7)，通过螺旋进料机(6)与缓冲料斗(5)连通，所述螺旋进料机(6)将缓冲料斗(5)内干燥的生物质输送至炭化回转窑(7)内；
以及，热风炉(10)，用于向炭化回转窑(7)的窑壁夹层内供入热风，使生物质在炭化回转窑(7)内与热风间接换热炭化；
所述干燥回转窑(3)包括窑体一、窑头罩一(31)和窑尾罩一(34)，所述窑头罩一(31)和窑尾罩一(34)均与窑体一连通，所述进料料斗(1)的出料端穿过窑头罩一(31)的轴心并延伸至窑体一内，所述封闭输送装置(4)的进料端和出料端分别与窑尾罩一(34)的出料端和缓冲料斗(5)的进料端连通，所述窑头罩一(31)上设有排气管，排气管上设有风机一(2)；
所述炭化回转窑(7)包括窑体二、窑头罩二(71)和窑尾罩二(78)，所述窑头罩二(71)和窑尾罩二(78)均与窑体二连通；所述螺旋进料机(6)的进料端与缓冲料斗(5)的出料端连通，所述螺旋进料机(6)的出料端穿过窑头罩二(71)的轴心并延伸至窑体二内；所述螺旋进料机(6)的螺杆螺距从进料端到出料端逐渐减小且中间轴的直径逐渐增大；所述窑头罩二(71)固定在螺旋进料机(6)中段；所述窑尾罩二(78)的上下端分别设有排气口以及排料口；
窑体一内腔设有热风分配器(36)，所述热风分配器(36)沿窑体一轴线延伸并连通有一进风管(35)，所述进风管(35)远离热风分配器(36)的一端穿过窑尾罩一(34)并延伸至窑尾罩一(34)外侧，所述进风管(35)通过连通管与窑头罩二(71)连通；
所述热风分配器(36)为空心正方柱体，所述热风分配器(36)的一端开设有一进风口(361)，所述进风口(361)用于与进风管(35)远离连通管的一端连通，所述热风分配器(36)朝下的相邻侧面均开设有多组口径小于进风口(361)的出风孔(362)；
所述窑体一和窑体二分别设于托轮组件(32，74)上，且窑体一和窑体二分别通过驱动装置(33，75)驱动旋转，所述窑体一和窑体二的内壁均环形阵列设有若干组抄板(712)；
所述窑体二由窑体头部筒体(72)、若干个窑体中部筒体(76)和窑体尾部筒体(77)连接组成，所述窑体二的外壁包裹有保温层(73)，所述炭化回转窑(7)的窑壁夹层包括开设在窑体二壁面的中空腔，且中空腔内环形阵列设有若干组斜向的肋板(710)，所述肋板(710)的数量为奇数，多组所述肋板(710)将中空腔分隔成多组腔体(711)，形成供热风流动的气体流道；
所述窑体头部筒体(72)外壁外延至螺旋进料机(6)中段，且与螺旋进料机(6)外壁间形成夹层(713)，所述夹层(713)作为供热风流动的气体流道，与窑头罩二(71)内腔和腔体(711)连通。
2.根据权利要求1所述的一种分段式生物质连续干燥炭化设备，其特征在于：所述热风炉(10)的出气端连接有一旋转接头(9)，所述旋转接头(9)连接有窑尾接管(79)，所述窑尾接管(79)穿过窑尾罩二(78)并与炭化回转窑(7)的窑壁夹层连通。
3.根据权利要求1所述的一种分段式生物质连续干燥炭化设备，其特征在于：所述进料料斗(1)和缓冲料斗(5)的出料端分别设有出料阀(11，51)，连通管上设有风机二(8)。
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