CN116179243A - 生物质热裂解设备及方法 - Google Patents

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CN116179243A CN202310019936.8A CN202310019936A CN116179243A CN 116179243 A CN116179243 A CN 116179243A CN 202310019936 A CN202310019936 A CN 202310019936A CN 116179243 A CN116179243 A CN 116179243A
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Abstract

本发明公开了生物质热裂解设备及方法，包括裂解炉、机架、进料机构、排气机构和连接在裂解炉上的输入管；进料机构包括投料箱和缓冲箱，投料箱底部出料端通过送料筒连接缓冲箱，缓冲箱底部出料端连接进料管，进料管底部通过输入管连接裂解炉内壳的内部；进料管内设有螺旋送料件，螺旋送料件轴端连接延伸出进料管的主动杆，机架上安装有用于驱动主动杆转动的驱动箱；本发明中投料箱、缓冲箱和进料管等结构的设置，利于生物质物料均匀的输入裂解炉中，减少对裂解炉中密闭性的影响，且能对生物质物料进行间歇性的输送，利于生物质的持续热裂解处理。

Description

生物质热裂解设备及方法
技术领域
本发明涉及生物质裂解技术领域，具体是生物质热裂解设备及方法。
背景技术
生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素(简称木质素)、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质热裂解(又称热解或裂解)，通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。生物质快速热解过程中，生物质原料在缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，从而引发了大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，称之为生物油或焦油。
现有专利公告号为CN105889903B公开的生物质气化锅炉中，包括炉体，炉体包括一封闭的炉壳，炉壳内设有各自独立的气化室和燃烧室，生物质固化块通过加料口进入气化室，锥形密封盖密闭后从掏灰口处点火，将管式炉排上的生物质固化块点燃，关紧掏灰口盖，上送风口和下送风口输送空气进行气化，同时上送风口和下送风口将生物质气化过程中产生的气体和火焰引至燃烧口处，气化过程中产生的气体到达燃烧口燃烧，同时气化室内产生的焦油通过气化室上端的圆弧形内壁和气化室内壁上的环形槽直接汇集到燃烧口下方的焦油二次气化内进行二次气化，产生的气体在燃烧室中燃烧产生热量加热循环水管中的循环水，达到利用热水的效果。
上述生物质气化锅炉可对生物质进行处理，但处理时，气化室顶部加料口在加料中，影响气化室内的密闭性，且不便于进行连续性的操作，生物质的处理效率仍需提高，而且目前生物质气化技术并不成熟。
针对以上问题，提出生物质热裂解设备及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供生物质热裂解设备及方法，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：
一种生物质热裂解设备，包括裂解炉、机架、进料机构、排气机构和连接在裂解炉上的输入管；
所述进料机构包括投料箱和缓冲箱，所述投料箱底部出料端通过送料筒连接缓冲箱，所述缓冲箱底部出料端连接进料管，所述进料管底部通过输入管连接裂解炉内壳的内部；
所述进料管内设有螺旋送料件，所述螺旋送料件轴端连接延伸出进料管的主动杆，所述机架上安装有用于驱动主动杆转动的驱动箱；
所述送料筒上转动安装驱动杆，所述送料筒内部设有若干个连接在驱动杆杆身上的拨片，所述主动杆上连接有联动件，用于主动杆反转时驱动驱动杆反转；
所述裂解炉内安装中心杆，所述中心杆底部连接有用于辅助裂解炉内壳底部灰室内灰渣排出的排灰件，所述螺旋送料件远离主动杆一侧的轴端连接有用于驱动中心杆转动的拨动件。
在一种可选方案中：所述联动件包括主动轮和联动轮，所述主动轮和联动轮通过齿轮同步带传动连接，所述联动轮安装在驱动杆轴端，所述主动轮固定连接在主动杆上。
在一种可选方案中：所述联动轮包括定位套和与齿轮同步带配合的外齿轮，所述定位套固定连接驱动杆轴端，所述外齿轮中部设有与驱动杆转动配合的转孔，所述定位套环形外壁连接若干个呈阵列排布的转动座，所述转动座上转动连接有拨杆，所述外齿轮弧形内壁连接有若干个与拨杆顶端配合的限位拨块，所述转动座靠近限位拨块一侧连接限位板，用于限制拨杆向限位拨块一侧翻转，所述拨杆远离限位拨块一侧铰接弹簧伸缩杆，所述弹簧伸缩杆远离拨杆一端铰接定位套环形外壁。
在一种可选方案中：所述排灰件包括清理杆和若干个清理板，所述清理杆与内壳底部的内壁配合，所述清理杆连接在中心杆底部杆身上，所述中心杆底部连接衔接轴，所述清理板连接在衔接轴上，且若干个清理板呈阵列排布，所述裂解炉底部连接有与内壳连通的排料筒，若干个清理板设置在排料筒内，所述排料筒一侧开口处连接出料管。
在一种可选方案中：所述拨动件包括主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述主动锥齿轮固定连接定位轴A，所述定位轴连接在螺旋送料件远离主动杆的一端，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合连接，所述从动锥齿轮通过定位轴B连接中心杆。
在一种可选方案中：所述裂解炉内壳的内腔顶部设有螺旋片，所述螺旋片外壁与内壳内壁配合，所述螺旋片进料处与输入管位置对应，所述裂解炉上安装有用于输入气体的辅助管，所述辅助管出气端置于螺旋片顶部且位于内壳内腔中。
在一种可选方案中：所述排气机构包括燃气管和连接在燃气管出气端的输出管，所述燃气管进气端置于内壳的内腔中，所述输出管外侧安装防护筒。
在一种可选方案中：所述裂解炉内壳和外壳之间设有盘管，所述盘管进液端连接置于裂解炉底部一侧的连通管，所述防护筒内壁和输出管外壁之间设有蛇形管，所述蛇形管出液端连接连通管，所述蛇形管进液端连接进水管，所述盘管出液端连接出水管。
在一种可选方案中：所述输出管出气端连接旋风分离器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中投料箱、缓冲箱和进料管等结构的设置，利于生物质物料均匀的输入裂解炉中，减少对裂解炉中密闭性的影响，且能对生物质物料进行间歇性的输送，利于生物质的持续处理；
本发明中驱动箱驱动主动杆反转，受联动件的作用，送料筒内的拨片绕驱动杆轴线转动，能将生物质物料均匀送至缓冲箱内，此时螺旋送料件不进行生物质物料的输送，驱动箱驱动主动杆正转，驱动杆不进行转动，螺旋送料件进行生物质物料的输送，利于生物质的批次输送；
本发明中螺旋送料件转动时，能通过拨动件带动中心杆转动，从而带动排灰件工作，对灰渣处理，利于灰渣的连续排出，减少生物质热裂解处理中堵塞。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中主动轮设置处的结构示意图。
图3为本发明中的局部结构示意图。
图4为本发明中裂解炉内部的结构示意图。
图5为本发明中联动轮的结构示意图。
图中：11、裂解炉；12、出料管；13、排气机构；14、旋风分离器；15、投料箱；16、送料筒；17、缓冲箱；18、进料管；19、驱动箱；20、机架；21、主动轮；22、齿轮同步带；23、联动轮；24、主动杆；25、主动锥齿轮；26、驱动杆；27、拨片；28、输入管；29、从动锥齿轮；30、中心杆；31、清理杆；32、衔接轴；33、清理板；34、排料筒；35、螺旋片；36、盘管；37、连通管；38、燃气管；39、输出管；40、防护筒；41、进水管；42、出水管；43、外齿轮；44、定位套；45、限位拨块；46、拨杆；47、转动座；48、弹簧伸缩杆。
具体实施方式
请参阅图1-图5，本发明实施例中，一种生物质热裂解设备，包括裂解炉11、机架20、进料机构、排气机构13和连接在裂解炉11上的输入管；
输入管可用于输入气体，或后续的清理操作；
所述进料机构包括投料箱15和缓冲箱17，所述投料箱15底部出料端通过送料筒16连接缓冲箱17，所述缓冲箱17底部出料端连接进料管18，所述进料管18底部通过输入管28连接裂解炉11内壳的内部；
设备一侧可铺设现有的上料提升机，用于生物质输送至投料箱15中；
投料箱15中的物料可通过送料筒17进入缓冲箱17，缓冲箱17中物料经过进料管18输入裂解炉11内壳的内部；
所述进料管18内设有螺旋送料件，所述螺旋送料件轴端连接延伸出进料管18的主动杆24，所述机架20上安装有用于驱动主动杆24转动的驱动箱19；
螺旋送料件为现有结构，本申请不作过多赘述；驱动箱19可为电动机；
所述送料筒16上转动安装驱动杆26，所述送料筒16内部设有若干个连接在驱动杆26杆身上的拨片27，所述主动杆24上连接有联动件，用于主动杆24反转时驱动驱动杆26反转；若干个拨片27在驱动杆26的带动下，能将投料箱15中物料送至缓冲箱17，驱动杆16停止转动时，能停止物料的输送；
所述裂解炉11内安装中心杆30，所述中心杆30底部连接有用于辅助裂解炉11内壳底部灰室内灰渣排出的排灰件，所述螺旋送料件远离主动杆24一侧的轴端连接有用于驱动中心杆30转动的拨动件；
在本实施例中，生物质物料经过外部的上料提升机送至投料箱15内，驱动箱19驱动主动杆24反转，受联动件的作用，送料筒16内的拨片27绕驱动杆26轴线转动，能将生物质物料均匀送至缓冲箱17内，此时螺旋送料件不进行生物质物料的输送；
驱动箱19驱动主动杆24正转，驱动杆26不进行转动，螺旋送料件进行生物质物料的输送，螺旋送料件转动时，能通过拨动件带动中心杆30转动，从而带动排灰件工作；
生物质物料在裂解炉11内壳中的内腔中反应，在热量的作用下，析出表面水分，当温度升高到三百度以上时开始进行热解反应，快速加热到较高反应温度，引发了大分子的分解，剩余木炭与输入管引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物干燥、热解和后续的还原反应，还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生反应，生成可燃气体从排气机构13输出，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。
在一个实施例中，如图3所示，所述联动件包括主动轮21和联动轮23，所述主动轮21和联动轮23通过齿轮同步带22传动连接，所述联动轮23安装在驱动杆26轴端，所述主动轮21固定连接在主动杆24上；
主动杆24转动，主动轮21可通过齿轮同步带22传动联动轮23。
在一个实施例中，如图5所示，所述联动轮23包括定位套44和与齿轮同步带22配合的外齿轮43，所述定位套44固定连接驱动杆26轴端，所述外齿轮43中部设有与驱动杆26转动配合的转孔，所述定位套44环形外壁连接若干个呈阵列排布的转动座47，所述转动座47上转动连接有拨杆46，所述外齿轮43弧形内壁连接有若干个与拨杆46顶端配合的限位拨块45，所述转动座47靠近限位拨块45一侧连接限位板，用于限制拨杆46向限位拨块45一侧翻转，所述拨杆46远离限位拨块45一侧铰接弹簧伸缩杆48，所述弹簧伸缩杆48远离拨杆46一端铰接定位套44环形外壁；
主动轮21顺时针转动(主动杆24正转)时，外齿轮43在齿轮同步带22的作用下转动，限位拨块45拨动拨杆46，拨杆46会挤压弹簧伸缩杆48，从而使外齿轮43转动时，定位套44不转动，驱动杆26不转动；主动轮21逆时针转动(主动杆24反转)时，外齿轮43在齿轮同步带22的作用下转动，限位拨块45拨动拨杆46，拨杆46受弹簧伸缩杆48拉扯，和限位板限制，在限位拨块45的带动下移动，从而带动定位套44转动，驱动杆26转动。
在一个实施例中，如图4所示，所述排灰件包括清理杆31和若干个清理板33，所述清理杆31与内壳底部的内壁配合，所述清理杆31连接在中心杆30底部杆身上，所述中心杆30底部连接衔接轴32，所述清理板33连接在衔接轴32上，且若干个清理板33呈阵列排布，所述裂解炉11底部连接有与内壳连通的排料筒34，若干个清理板33设置在排料筒34内，所述排料筒34一侧开口处连接出料管12；
清理杆31对内壳底部的内壁的灰渣清理，内壳中的灰渣流至排料筒34中，在清理板33的拨动下机内出料管12排出。
在一个实施例中，如图3和图4所示，所述拨动件包括主动锥齿轮25和从动锥齿轮29，所述主动锥齿轮25固定连接定位轴A，所述定位轴连接在螺旋送料件远离主动杆24的一端，所述主动锥齿轮25与从动锥齿轮29啮合连接，所述从动锥齿轮29通过定位轴B连接中心杆30；
主动锥齿轮25驱动从动锥齿轮29转动，从而实现中心杆30的转动。
在一个实施例中，如图4所示，所述裂解炉11内壳的内腔顶部设有螺旋片35，所述螺旋片35外壁与内壳内壁配合，所述螺旋片35进料处与输入管28位置对应，所述裂解炉11上安装有用于输入气体的辅助管，所述辅助管出气端置于螺旋片35顶部且位于内壳内腔中；螺旋片35能对输入的物料导向，延长物料行程，同时减少裂解时的气体流动至输入管28中。
在一个实施例中，如图4所示，所述排气机构13包括燃气管38和连接在燃气管38出气端的输出管39，所述燃气管38进气端置于内壳的内腔中，所述输出管39外侧安装防护筒40；燃气从燃气管38输出至输出管39中。
在一个实施例中，如图4所示，所述裂解炉11内壳和外壳之间设有盘管36，所述盘管36进液端连接置于裂解炉11底部一侧的连通管37，所述防护筒40内壁和输出管39外壁之间设有蛇形管，所述蛇形管出液端连接连通管37，所述蛇形管进液端连接进水管41，所述盘管36出液端连接出水管42；
燃气中热量传递中蛇形管中，蛇形管中升温后的水流动至盘管36底部，盘管36底部的灰渣余温能再次加热水，之后水在盘管36中流动，能起到保温的作用。
在一个实施例中，如图1所示，所述输出管39出气端连接旋风分离器14；可将燃气中灰渣分离。
本发明的工作原理是：生物质物料经过外部的上料提升机(现有外设的设备)送至投料箱15内，驱动箱19驱动主动杆24反转；
受联动件的作用，送料筒16内的拨片27绕驱动杆26轴线转动，能将生物质物料均匀送至缓冲箱17内，此时螺旋送料件不进行生物质物料的输送；
驱动箱19驱动主动杆24正转，驱动杆26不进行转动，螺旋送料件进行生物质物料的输送，同时输入管输入空气或氧气，螺旋送料件转动时，能通过拨动件带动中心杆30转动，从而带动排灰件工作；
生物质物料在裂解炉11内壳中的内腔中与空气接触反应，在热量的作用下，析出表面水分，当温度升高到三百度以上时开始进行热解反应，剩余木炭与引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物干燥、热解和后续的还原反应，还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生反应，生成可燃气体从燃气从燃气管38输出至输出管39中，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程；
燃气中热量传递中蛇形管中，蛇形管中升温后的水流动至盘管36底部，盘管36底部的灰渣余温能再次加热水，之后水在盘管36中流动，能起到保温的作用。
本发明中的生物质可为秸秆、材废弃物、农林废弃物等；
生物质也可制备为活性炭，活性炭是含碳的物质经过炭化和活化制成，具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积，可用作吸附剂，催化剂和催化剂载体，广泛应用于环境保护、化学工业、交通能源、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护和人们的衣食住行等各个领域；
例如生物质进行炭化，使含碳有机物在加热状态下发生分解，非碳元素以挥发性气体逸出，生成富含碳元素的固体热解产物，然后用二氧化碳、水蒸气或空气等氧化性气体活化，活化好的炭称为活化料，经过进一步处理制成活性炭产品；或采用化学改性法将生物质制备成活性炭等；
活性炭，可以在污水、废气治理上发挥良好的作用；
生物质炭化后可改良土壤，活性炭一样具备改良土壤的作用，由于活性炭是经生物炭活化生产的，其吸附性更好，对降低土壤中的重金属和改善土壤微生物群落有更好的作用。对改良土壤和固碳，具有双重减碳的效果。

Claims (10)

1.一种生物质热裂解设备，包括裂解炉(11)、机架(20)、进料机构、排气机构(13)和连接在裂解炉(11)上的输入管；
其特征在于，所述进料机构包括投料箱(15)和缓冲箱(17)，所述投料箱(15)底部出料端通过送料筒(16)连接缓冲箱(17)，所述缓冲箱(17)底部出料端连接进料管(18)，所述进料管(18)底部通过输入管(28)连接裂解炉(11)内壳的内部；
所述进料管(18)内设有螺旋送料件，所述螺旋送料件轴端连接延伸出进料管(18)的主动杆(24)，所述机架(20)上安装有用于驱动主动杆(24)转动的驱动箱(19)；
所述送料筒(16)上转动安装驱动杆(26)，所述送料筒(16)内部设有若干个连接在驱动杆(26)杆身上的拨片(27)，所述主动杆(24)上连接有联动件，用于主动杆(24)反转时驱动驱动杆(26)反转；
所述裂解炉(11)内安装中心杆(30)，所述中心杆(30)底部连接有用于辅助裂解炉(11)内壳底部灰室内灰渣排出的排灰件，所述螺旋送料件远离主动杆(24)一侧的轴端连接有用于驱动中心杆(30)转动的拨动件。
2.根据权利要求1所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述联动件包括主动轮(21)和联动轮(23)，所述主动轮(21)和联动轮(23)通过齿轮同步带(22)传动连接，所述联动轮(23)安装在驱动杆(26)轴端，所述主动轮(21)固定连接在主动杆(24)上。
3.根据权利要求2所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述联动轮(23)包括定位套(44)和与齿轮同步带(22)配合的外齿轮(43)，所述定位套(44)固定连接驱动杆(26)轴端，所述外齿轮(43)中部设有与驱动杆(26)转动配合的转孔，所述定位套(44)环形外壁连接若干个呈阵列排布的转动座(47)，所述转动座(47)上转动连接有拨杆(46)，所述外齿轮(43)弧形内壁连接有若干个与拨杆(46)顶端配合的限位拨块(45)，所述转动座(47)靠近限位拨块(45)一侧连接限位板，用于限制拨杆(46)向限位拨块(45)一侧翻转，所述拨杆(46)远离限位拨块(45)一侧铰接弹簧伸缩杆(48)，所述弹簧伸缩杆(48)远离拨杆(46)一端铰接定位套(44)环形外壁。
4.根据权利要求1所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述排灰件包括清理杆(31)和若干个清理板(33)，所述清理杆(31)与内壳底部的内壁配合，所述清理杆(31)连接在中心杆(30)底部杆身上，所述中心杆(30)底部连接衔接轴(32)，所述清理板(33)连接在衔接轴(32)上，且若干个清理板(33)呈阵列排布，所述裂解炉(11)底部连接有与内壳连通的排料筒(34)，若干个清理板(33)设置在排料筒(34)内，所述排料筒(34)一侧开口处连接出料管(12)。
5.根据权利要求1所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述拨动件包括主动锥齿轮(25)和从动锥齿轮(29)，所述主动锥齿轮(25)固定连接定位轴A，所述定位轴连接在螺旋送料件远离主动杆(24)的一端，所述主动锥齿轮(25)与从动锥齿轮(29)啮合连接，所述从动锥齿轮(29)通过定位轴B连接中心杆(30)。
6.根据权利要求1所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述裂解炉(11)内壳的内腔顶部设有螺旋片(35)，所述螺旋片(35)外壁与内壳内壁配合，所述螺旋片(35)进料处与输入管(28)位置对应，所述裂解炉(11)上安装有用于输入气体的辅助管，所述辅助管出气端置于螺旋片(35)顶部且位于内壳内腔中。
7.根据权利要求1所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述排气机构(13)包括燃气管(38)和连接在燃气管(38)出气端的输出管(39)，所述燃气管(38)进气端置于内壳的内腔中，所述输出管(39)外侧安装防护筒(40)。
8.根据权利要求7所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述裂解炉(11)内壳和外壳之间设有盘管(36)，所述盘管(36)进液端连接置于裂解炉(11)底部一侧的连通管(37)，所述防护筒(40)内壁和输出管(39)外壁之间设有蛇形管，所述蛇形管出液端连接连通管(37)，所述蛇形管进液端连接进水管(41)，所述盘管(36)出液端连接出水管(42)。
9.根据权利要求7所述的生物质热裂解设备，其特征在于，所述输出管(39)出气端连接旋风分离器(14)。
10.一种权利要求1所述的生物质热裂解设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、生物质物料经过外部的上料提升机送至投料箱(15)内，驱动箱(19)驱动主动杆(24)反转，受联动件的作用，送料筒(16)内的拨片(27)绕驱动杆(26)轴线转动，能将生物质物料均匀送至缓冲箱(17)内，此时螺旋送料件不进行生物质物料的输送；
步骤二、驱动箱(19)驱动主动杆(24)正转，驱动杆(26)不进行转动，螺旋送料件进行生物质物料的输送，同时输入管输入空气或氧气，螺旋送料件转动时，能通过拨动件带动中心杆(30)转动，从而带动排灰件工作；
步骤三、生物质物料在裂解炉(11)内壳中的内腔中与空气接触反应，在热量的作用下，析出表面水分，当温度升高到三百度以上时开始进行热解反应，剩余木炭与引入的空气发生反应，同时释放大量的热以支持生物干燥、热解和后续的还原反应，还原过程没有氧气存在，氧化层中的燃烧产物及水蒸气与还原层中木炭发生反应，生成可燃气体从排气机构(13)输出，完成了固体生物质向气体燃料的转化过程。
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