CN116064058A - 一种生物质热解炭化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质能源利用领域，提供一种生物质热解炭化系统，生物质热解炭化系统包括：热解炭化装置，形成有反应腔；进料装置，包括进料仓以及与所述进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，所述第一进料组件用于将生物质原料输送至所述进料仓，所述第二进料组件用于将所述进料仓内的生物质原料输送至所述反应腔；出料装置，与所述热解炭化装置的出口联通；冷凝分馏装置，与所述反应腔连通。通过设置与进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，控制生物质原料分别进入进料仓和热解炭化装置，实现了生物质原料的连续进料和连续化生产，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物质能源利用领域，尤其涉及一种生物质热解炭化系统。
背景技术
木炭是木材或其他木质原料(如木屑、秸秆等农林废弃物)经不完全燃烧，或在隔绝空气条件下热解所获得的高碳含量残留物。传统的木炭应用主要有化工生产、工业冶炼、烧烤和生活燃料等。
目前，国内木炭工业化连续生产设备主要针对的原材料为粉碎至一定细度的木屑、秸秆等农林废弃物，针对较大块成型木材原料的木炭工业化连续生产设备较少且多为间歇操作的干馏釜，很难实现连续生产，这也制约了该类设备的生产效率和性价比。
由此可见，开发出一种能够实现工业化智能连续生产的生物质热解炭化设备迫在眉睫。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种生物质热解炭化系统，通过设置与进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，控制生物质原料分别进入进料仓和热解炭化装置，实现了生物质原料的连续进料和连续化生产，提高了生产效率。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，包括：
热解炭化装置，形成有反应腔；
进料装置，包括进料仓以及与所述进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，所述第一进料组件用于将生物质原料输送至所述进料仓，所述第二进料组件用于将所述进料仓内的生物质原料输送至所述反应腔；
出料装置，与所述热解炭化装置的出口联通；
冷凝分馏装置，与所述反应腔连通。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述第一进料组件和所述进料仓之间设置有第一进料封闭门，所述热解炭化装置与所述进料仓之间设置有第二进料封闭门，所述第一进料封闭门和所述第二进料封闭门可开闭于所述进料仓。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述热解炭化装置和所述出料装置之间设置有冷却装置，所述冷却装置包括多个依次相连的双腔式冷却室。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述双腔式冷却室之间设有可开闭的封闭门，和/或，所述双腔式冷却室与所述热解炭化装置之间设有可开闭的封闭门，和/或，所述双腔式冷却室与所述出料装置之间设有可开闭的封闭门。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述热解炭化装置包括：
壳体；
辐射加热管组件，设置在所述壳体内，一端与所述冷凝分馏装置连接，用于对生物质原料加热。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述热解炭化装置内还设置有烟气盘管，所述烟气盘管与所述辐射加热管组件连通，用于对生物质原料加热。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述冷凝分馏装置包括分馏装置和回收装置，所述分馏装置一端连通所述反应腔，另一端与所述回收装置连接，所述回收装置远离所述分馏装置的一端与所述辐射加热管组件连通。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述分馏装置包括依次连接的一级分馏器和二级分馏器，所述一级分馏器为喷淋冷却，所述二级分馏器为水冷冷却。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述第一进料组件包括：
进料平台，与所述进料仓连接；
第一进料推杆，与所述进料平台滑动连接，推动所述进料平台上的生物质原料进入所述进料仓。
根据本发明实施例的生物质热解炭化系统，所述热解炭化装置内还设置有温度监测组件和氧浓度监测组件。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本发明的实施例，提供一种生物质热解炭化系统，生物质热解炭化系统包括：热解炭化装置，形成有反应腔；进料装置，包括进料仓以及与所述进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，所述第一进料组件用于将生物质原料输送至所述进料仓，所述第二进料组件用于将所述进料仓内的生物质原料输送至所述反应腔；出料装置，与所述热解炭化装置的出口联通；冷凝分馏装置，与所述反应腔连通。通过设置与进料仓连接的第一进料组件和第二进料组件，控制生物质原料分别进入进料仓和热解炭化装置，实现了生物质原料的连续进料和连续化生产，提高了生产效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的生物质热解炭化系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的生物质热解炭化系统的俯视图；
图3是本发明实施例提供的生物质热解炭化系统的主视图；
图4是本发明实施例提供的生物质热解炭化系统的左视图；
图5是本发明实施例提供的热解炭化装置的结构示意图；
图6是图5所示的热解炭化装置的A-A剖视图；
图7是本发明实施例提供的进料装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的冷却装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的冷凝分馏装置的结构示意图。
附图标记：
1、热解炭化装置；11、壳体；12、辐射加热管组件；13、烟气盘管；14、链板；15、动力托辊；16、耐火隔热层；
2、进料装置；21、进料仓；22、第一进料组件；23、第二进料组件；24、第一进料封闭门；25、第二进料封闭门；221、进料平台；222、第一进料推杆；223、料筐；
3、出料装置；31、出料平台；32、出料推杆；
4、冷凝分馏装置；41、分馏装置；42、回收装置；411、一级分馏器；412、二级分馏器；43、第一排气口；44、第二排气口；
5、冷却装置；50、第一双腔冷却室；51、第二双腔冷却室；52、封闭门；521、第一出料封闭门；522、第二出料封闭门；523、第三出料封闭门。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明的一个方面的实施例，结合图1至图9所示，本发明的实施例，提供一种生物质热解炭化系统，生物质热解炭化系统包括：热解炭化装置1，形成有反应腔；进料装置2，包括进料仓21以及与进料仓21连接的第一进料组件22和第二进料组件23，第一进料组件22用于将生物质原料输送至进料仓21，第二进料组件23用于将进料仓21内的生物质原料输送至反应腔；出料装置3，与热解炭化装置1的出口联通；冷凝分馏装置4，与反应腔连通。通过设置与进料仓21连接的第一进料组件22和第二进料组件23，控制生物质原料分别进入进料仓21和热解炭化装置1，实现了生物质原料的连续进料和连续化生产，提高了生产效率。
根据本发明提供的一个实施例，参考图2和图3所示，第一进料组件22和进料仓21之间设置有第一进料封闭门24，热解炭化装置1与进料仓21之间设置有第二进料封闭门25，第一进料封闭门24和第二进料封闭门25可开闭于进料仓21。
可以理解的是，在生物质原料的进料过程中，首先打开第一进料组件22和进料仓21之间的第一进料封闭门24，然后动作第一进料组件22，将生物质原料推入进料仓21，关闭第一进料封闭门24，打开第二进料封闭门25，再动作第二进料组件23，将进料仓21内的生物质原料推入热解炭化装置1的反应腔进行热解炭化，通过控制模块控制第一进料组件22和第二进料组件23的推动以及第一进料封闭门24和第二进料封闭门25的开闭，可以实现生物质原料的连续化进料，同时解决了进料过程中装置协同进入热解炭化装置的难题，降低生产成本，提高了生产效率和质量。
进一步的，参考图4和图7所示，第一进料组件22包括：进料平台221和第一进料推杆222，进料平台221与进料仓21连接，中间设置有第一进料封闭门24；第一进料推杆222与进料平台221滑动连接，推动进料平台221上的生物质原料进入进料仓21。可选的，为了提高生产效率，可以将呈粉末状或较大块成型木材的生物质原料放置在料筐223中，料筐223置于进料平台221上，在第一进料封闭门24开启后，第一进料推杆222推动进料平台221上的料筐223进入进料仓21，实现生物质原料的一级进料。
根据本发明的一个实施例，参考图1、图2、图5和图6所示，所述热解炭化装置1包括：
壳体11和辐射加热管组件12，辐射加热管组件12设置在壳体11内部，且一端与冷凝分馏装置4连接，用于对生物质原料加热。可选的，本申请中的辐射加热管组件12为燃气辐射管，燃气辐射管应用到生物质热解炭化系统中可以降低生产成本，易于维修和更换，提高设备的使用寿命，同时，燃气辐射管的燃烧气体及燃烧产物不与生物质原料直接接触，大大提高了产品的质量，且其加热和冷却的速度快，调节幅度大，能够实现较复杂的温度控制以及加热程序化。其中，燃气辐射管可以采用直管型、套管型、U型管，优选的，燃气辐射管包括若干个U型燃气热辐射管和若干个W型燃气热辐射管，其表面温度分布较均匀，热效率高，加热效果更好。
可以理解的是，如图6所示，为了方便控制装有生物质原料的料筐223在热解炭化装置1中的移动，壳体11底部设置有传动组件，传动组件可以包括链板14和动力托辊15，通过链板14带动托辊的移动，进一步带动料筐223在热解炭化装置1内的水平步进移动。
可选的，烟气盘管13与辐射加热管组件12连通，辐射加热管组件12所产生的高温烟气经主烟气管路被送入热解炭化装置1的烟气盘管13为生物质热解炭化过程提供热量。其中，烟气盘管13设置在热解炭化装置1的入口处的链板14的下方，距离链板14的下平面一定高度处，烟气盘管13还可以根据加热需要设置在反应腔内的其他位置，并具有相应的效果，本申请对此不做具体限定。
进一步的，为了提高热解炭化装置1的加热和保温效果，壳体11内部还设置有耐火隔热层16，耐火隔热层16可以由高温耐火砖和保温砖组成，其表面最高耐受温度可达800℃，且链板14和动力托辊15均采用耐高温钢材制作。
此外，对于干馏釜式工业化制炭设备，实际生产过程中很难实现木炭的快速冷却，大多数类似的生物质热解炭化设备只能选取极为耗时的自然冷却方式，冷却效率低下，这也制约了该类设备的生产效率和性价比，为了解决这个难题，根据本发明提供的一个实施例，热解炭化装置1和出料装置3之间设置有用于冷却生物炭的冷却装置5，生物炭在经过冷却装置5冷却到达预定温度后才进入出料装置3进行出料。其中，冷却装置5包括多个依次相连的双腔式冷却室。
可以理解的是，冷却室的数量可以根据需要冷却的生物炭的温度进行调整和设置，本申请对此不做具体限定，在一个优选的实施方式中，冷却室的数量为两个，即可实现对生物炭的充分冷却。
参考图2和图8所示，冷却装置5包括第一双腔冷却室50和第二双腔冷却室51，第一双腔冷却室50包括内腔体和外腔体，内腔体通过气体进行冷却，外腔体通过冷却液进行冷却，冷却液由外壳底部右侧的冷却水进口管路进入外腔体，经过外壳顶部左侧的冷却液出口管路从外腔体排出，冷却气体由外壳底部右侧的冷却气体进口管路进入内腔体，经过外壳顶部左侧的冷却气体出口管路从内腔体排出，对第一双腔冷却室内的生物炭进行冷却。
可以理解的是，第一双腔冷却室50内设有独立控制的一级冷却链板和一级动力托辊，可以控制料筐223在第一双腔冷却室50内移动，控制生物炭在第一双腔冷却室50内的冷却时间。
可以理解的是，第二双腔冷却室51和第一双腔冷却室50采用相同的结构和冷却方式，第二双腔冷却室51内也设有独立控制的二级冷却链板和二级动力托辊，对第二双腔冷却室51内的生物炭进行进一步冷却，使生物炭的温度降低到预设温度阈值以下才进行出料。
可以理解的是，参考图2和图8所示，为了提高冷却装置5的冷却效果，双腔式冷却室之间设有可开闭的封闭门52，双腔式冷却室与热解炭化装置1之间设有可开闭的封闭门52，双腔式冷却室51与出料装置3之间设有可开闭的封闭门52。热解炭化装置1的出口与第一双腔冷却室50的入口之间设置有第一出料封闭门521，第一双腔冷却室50和第二双腔冷却室51之间设置有第二出料封闭门522，第二双腔冷却室51和出料装置3之间设置有第三出料封闭门523。当装有生物炭的料筐223移动至热解炭化装置1的出口处后，打开第一出料封闭门52152，装有生物炭的料筐223在链板14的作用下被送至一级冷却链板，在一级冷却链板的拖动下，装有生物炭的料筐223完全进入第一双腔冷却室50后，关闭第一出料封闭门521，装有生物炭的料筐223随一级冷却链板进入第一双腔冷却室50出口后，打开第二出料封闭门522，装有生物炭的料筐223在一级冷却链板作用下被送到第二双腔冷却室51内，装有生物炭的料筐223完全进入第二双腔冷却室51后，关闭第二出料封闭门522，装有生物炭的料筐223随二级冷却链板到达第二双腔冷却室51出口后，打开第三出料封闭门523，装有生物炭的料筐223在二级冷却链板下被送至出料装置3，关闭第三出料封闭门523，完成对生物炭的冷却。
进一步的，第一双腔冷却室50的左侧、第二双腔冷却室51的左侧和第二双腔冷却室51的右侧都设置有红外线测温设备，用于监测生物炭的温度。
装有生物质原料的料筐223进入热解炭化装置1后，随链板14按一定速度由左至右向出料口运动，运动过程中料筐223内装有的生物质原料被烟气盘管13和辐射加热管组件12不断加热使其完全热解炭化得到生物炭，装有生物炭的料筐223随链板14移动至出料口并进入冷却装置5，高温热解气从壳体11顶部的第一排气口43和第二排气口44排出后进入冷凝分馏装置4进行分馏和回收。
根据本发明的一个实施例，如图2和图9所示，冷凝分馏装置4包括分馏装置41和回收装置42，分馏装置41一端连通反应腔，另一端与回收装置42连接，回收装置42远离分馏装置41的一端与辐射加热管组件12连通，其中，分馏装置41用于对反应腔中的高温热解气进行冷凝分馏，回收装置42用于将余下不可凝结的木燃气进行回收并输送至辐射加热管组件12，用于辐射加热管组件12的加热，实现能量的循环利用。
可选的，分馏装置41包括依次连接的一级分馏器411和二级分馏器412，
高温热解气通过第一排气口43和第二排气口44进入冷凝分馏装置414后，首先进入一级分馏器411，一级分馏器411为喷淋冷却的冷凝方式，高温热解气中的可凝气体在喷淋作用下以焦油的形式被捕获，降温后的热解气随后进入二级分馏器412，二级分馏器412为水冷冷却，降温后的热解气在冷却水盘管作用下进一步降温，脱除余下可凝结气体，剩余不可凝结的木燃气进入回收装置42进行循环利用，进入回收装置42的木燃气经过稳压后，通过木燃气循环管路送入热解炭化装置1的辐射加热管组件12作为燃料为生物质热解炭化过程提供热量。
其中，一级分馏器411和二级分馏器412都设置有温度测点，分馏过程中对温度实时监测，控制一级分馏器411的气体出口温度为120℃～150℃，二级分馏器412的气体出口温度为40℃～60℃。
根据本发明的一个实施例，为了监测热解炭化过程中的温度和氧气浓度，热解炭化装置1内还设置有温度监测组件和氧浓度监测组件，温度监测组件可以按预设间隔均匀布置在热解炭化装置1内部，用于监测反应腔内各点的温度，温度监测组件由若干个热电偶和数据采集器组成，氧浓度监测组件设置在第一排气口43和第二排气口44处。其中，热电偶的精度为±0.5℃，氧浓度监测组件7的精度为±0.5％ F.s。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，出料装置3包括出料平台31，出料推杆32，装有生物炭的料筐223到达出料装置3内时，出料推杆32推动料筐223至出料平台31。
本发明的实施例，提供一种生物质热解炭化系统，生物质热解炭化系统包括：热解炭化装置1，形成有反应腔；进料装置2，包括进料仓21以及与进料仓21连接的第一进料组件22和第二进料组件23，第一进料组件22用于将生物质原料输送至进料仓21，第二进料组件23用于将进料仓21内的生物质原料输送至反应腔；出料装置3，与热解炭化装置1的出口联通；冷凝分馏装置4，与反应腔连通。通过设置与进料仓21连接的第一进料组件22和第二进料组件23，控制生物质原料分别进入进料仓21和热解炭化装置1，实现了生物质原料的连续进料和连续化生产，提高了生产效率。
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种生物质热解炭化系统，其特征在于，包括：
热解炭化装置(1)，形成有反应腔；
进料装置(2)，包括进料仓(21)以及与所述进料仓(21)连接的第一进料组件(22)和第二进料组件(23)，所述第一进料组件(22)用于将生物质原料输送至所述进料仓(21)，所述第二进料组件(23)用于将所述进料仓(21)内的生物质原料输送至所述反应腔；
出料装置(3)，与所述热解炭化装置(1)的出口联通；
冷凝分馏装置(4)，与所述反应腔连通。
2.根据权利要求1所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述第一进料组件(22)和所述进料仓(21)之间设置有第一进料封闭门(24)，所述热解炭化装置(1)与所述进料仓(21)之间设置有第二进料封闭门(25)，所述第一进料封闭门(24)和所述第二进料封闭门(25)可开闭于所述进料仓(21)。
3.根据权利要求1所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述热解炭化装置(1)和所述出料装置(3)之间设置有冷却装置(5)，所述冷却装置(5)包括多个依次相连的双腔式冷却室。
4.根据权利要求3所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述双腔式冷却室之间设有可开闭的封闭门(52)，和/或，所述双腔式冷却室与所述热解炭化装置(1)之间设有可开闭的封闭门(52)，和/或，所述双腔式冷却室与所述出料装置(3)之间设有可开闭的封闭门(52)。
5.根据权利要求1所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述热解炭化装置(1)包括：
壳体(11)；
辐射加热管组件(12)，设置在所述壳体(11)内，一端与所述冷凝分馏装置(4)连接，用于对生物质原料加热。
6.根据权利要求5所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述热解炭化装置(1)内还设置有烟气盘管(13)，所述烟气盘管(13)与所述辐射加热管组件(12)连通，用于对生物质原料加热。
7.根据权利要求5所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述冷凝分馏装置(4)包括分馏装置(41)和回收装置(42)，所述分馏装置(41)一端连通所述反应腔，另一端与所述回收装置(42)连接，所述回收装置(42)远离所述分馏装置(41)的一端与所述辐射加热管组件(12)连通。
8.根据权利要求7所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述分馏装置(41)包括依次连接的一级分馏器(411)和二级分馏器(412)，所述一级分馏器(411)为喷淋冷却，所述二级分馏器(412)为水冷冷却。
9.根据权利要求1至8任一所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述第一进料组件(22)包括：
进料平台(221)，与所述进料仓(21)连接；
第一进料推杆(222)，与所述进料平台(221)滑动连接，推动所述进料平台(221)上的生物质原料进入所述进料仓(21)。
10.根据权利要求1至8任一所述的生物质热解炭化系统，其特征在于，所述热解炭化装置(1)内还设置有温度监测组件(6)和氧浓度监测组件(7)。
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| CN202310048509.2A CN116064058A (zh) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | 一种生物质热解炭化系统 |
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