CN117660030A - 一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，该生物质热解碳化装置包括可移动设备、进料机构、热解碳化机构、热解气冷凝机构和气体处理机构；热解碳化机构包括热解室、设于热解室内的燃烧室，燃烧室提供的热量能够使通过进料机构落入热解室内的生物质碳化，气体处理机构包括燃气罐、送风机、第一换向器、第二换向器、第一蓄热箱和第二蓄热箱，通过换向器改变气流的方向，将烟气的热量储存在蓄热箱的陶瓷中，为再次换向的燃气和不可冷凝气体进行加热，提高燃料的利用率和燃烧速率。该装置结构紧凑，热解效率高，可以进行自热式热解。装载在农用车上，便于随时随地的进行生物质碳化处理。

Description

一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置

技术领域

本发明涉及生物质热解碳化技术领域，具体的说是一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置。

背景技术

生物质能是以太阳能的形式储存在生物质中，目前生物质常见的处理方式包括堆肥、焚烧、热解。其中热解是能源化利用的最有效方案，热解根据反应条件分为慢速热解、常规热解、快速热解，热解的产物可以根据需要制备生物碳、热解油和生物质热解气。

生物质大多为木材、秸秆、稻壳等，虽然这些物质产量丰富，分布广泛，但这些材料在收集和运输过程消耗大量人力物力。有些生物质处理装置结构复杂，体型庞大，不便于移动，导致大量生物质资源废弃在农田荒野之中，如果有一种就地进行生物质热解装备，便可以大大减少生物质运输成本并加以利用。

因此，结合以上目前生物质处理的情况，研发一种可以移动的生物质热解碳化处理设备，是生物质利用的关键问题。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，该装置结构紧凑，占地面积小，操作方便，热解效率高，可以进行自热式热解。装载在农用车上，便于随时随地的进行生物质碳化处理。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，包括可移动设备、进料机构、热解碳化机构、热解气冷凝机构、以及气体处理机构；

其中，热解碳化机构包括锥形的热解室、设于热解室内的圆柱型结构的燃烧室、以及与热解室下部相连通的生物碳储存箱；燃烧室的上端设有第一气体口，下端设有第二气体口，燃烧室提供的热量能够使通过进料机构落入热解室内的生物质碳化，碳化后得到的生物碳汇入生物碳储存箱内，碳化产生的热解气进入热解气冷凝机构进行处理，热解气中的可冷凝气体经热解气冷凝机构处理成液体并收集起来，不可冷凝气体的则排入气体处理机构；

所述气体处理机构包括燃气罐、送风机、第一换向器、第二换向器、第一蓄热箱和第二蓄热箱，其中，第一蓄热箱与第二气体口管路连通，第二蓄热箱与第一气体口管路连通，第一换向器包括五个端口，J端口与热解气冷凝机构管路连通、K端口与第二蓄热箱管路连通、L端口与进料机构管路连通、M端口与第一蓄热箱管路连通、N端口与燃气罐管路连通；第二换向器包含四个端口，O端口与送风机管路连通、P端口与第一蓄热箱管路连通、Q端口与进料机构管路连通、R端口与第二蓄热箱均管路连通；

第一状态时，第一换向器中的J端口和N端口与K端口相导通， M端口与L端口相导通，第二换向器中的O端口与R端口相导通，P端口与Q端口相导通，燃气罐提供的天然气、送风机提供的空气和不可冷凝气体能够通过第二蓄热箱和第一气体口进入燃烧室内，而自第二气体口流出的烟气经过第一蓄热箱和换向器进入进料机构中，所述烟气能够对第一蓄热箱和进料机构进行加热；

第二状态时，第一换向器中的J端口和N端口与M端口相导通，K端口与L端口相导通，第二换向器中的O端口与P端口相导通，R端口与Q端口相导通，燃气罐提供的天然气、送风机提供的空气和不可冷凝气体能够通过第一蓄热箱和第二气体口进入燃烧室内，而自第一气体口流出的烟气经过第二蓄热箱和换向器能够进入进料机构中，所述烟气能够对第二蓄热箱和进料机构进行加热。

进一步地，所述进料机构包括提升机和进料仓，经过提升机提升至进料仓内的生物质能够落入与进料仓相连通的热解室内。

进一步地，提升机外侧设有与两个换向器相连通的干燥管道。

进一步地，进料仓中部间隔安装有一级和二级共两级挡板，进料仓连接有抽气泵和氮气瓶，抽气泵用于将两级挡板与进料仓内壁所围成封闭空间内的空气吸出，氮气瓶用于向位于下方的二级挡板与出料口之间的空间内供应氮气。

进一步地，所述热解室的底面呈一侧高一侧低的倾斜面，便于将生物碳汇入生物碳储存箱内。

进一步地，热解室的进料端设有一上大下小的锥形挡环，锥形挡环的小端直径大于燃烧室的直径。

进一步地，热解气冷凝机构包括旋风分离器、冷却箱和热解油储存瓶，旋风分离器的A端与热解室上的热解气出口管路连通，旋风分离器的C端与生物碳储存箱相连通、B端与冷却箱的D通口相连通，冷却箱的F通口与热解油储存瓶相连通，E通口与气体处理机构相连通，热解气自热解室流出进入旋风分离器内进行固气分离，使得热解气携带的固体经旋风分离器的C端汇入生物碳储存箱内，而气体经旋风分离器的B端和冷却箱的D端流入冷却箱内，其中，气体中的可冷凝气体经冷却箱冷却后通过F端直接流入热解油储存瓶内，不可冷凝气体则通过E端流入气体处理机构中。

进一步地，所述燃烧室外壁上设有若干肋片。

进一步地，两个蓄热箱内均设有陶瓷和混气腔。

有益效果：

1）、该发明中热解室围绕燃烧室设置，大大增加了生物质热解量，热解室包裹燃烧室，燃烧室外壁增加肋片，不仅能够增强生物质物料的扰动，而且通过增加燃烧室的传热面积，能够提高燃烧室热量利用率和传热效果。

2）、该装置与蓄热箱相结合，通过换向器改变气流的方向，将烟气的热量储存在蓄热箱的陶瓷中，为再次换向的燃气和不可冷凝气体进行加热，提高燃料的利用率和燃烧速率，换向器可以电脑控制，提高智能率。

3）、热解室的进料口设有上大下小的锥形挡环，中部设置一级挡板和二级挡板，可以营造密闭空间。中部设置抽气泵，保证热解在无氧或少量氧气的作用下进行热解。二级挡板与出料口之间的空间内通有氮气，不仅可以在热解前排除热解室内的空气，还可以充当生物质在重力作用下下落的气流。

4）、燃烧室燃烧所需的燃气为天然气和热解产生的不可冷凝气体，在一定情况下，不可冷凝气燃烧可以提供热量，形成生物质热解循环的自热形式。

5）、热解室设置成锥形结构，包裹在燃烧室的外部，一方面可以增大生物质热解量，另一方面可以增加物料在热解室的停留时间，使生物质充分燃烧。热解室底部为倾斜底面，方便生物碳的收集。

附图说明

图1为热解碳化装置的结构示意图之一。

图2为热解碳化装置的结构示意图之二。

其中，图1和图2中热解碳化装置的结构相同，只有气体流向不同。

图中：1、干燥管道，2、提升机，3、氮气瓶，4、抽气泵，5、进料仓，501、一级挡板，502、二级挡板，6、燃烧室，601、第一气体口，602、第二气体口，603、肋片，7、热解室，701、锥形挡环，8、旋风分离器，9、第二蓄热箱，10、送风机，11、第一换向器，12、第二换向器，13、冷却箱，14、热解油储存瓶，15、燃气罐，16、第一蓄热箱，17、生物碳储存箱。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，该热解碳化装置包括可移动设备（如车辆等）、设于可移动设备上的进料机构、热解碳化机构、热解气冷凝机构和气体处理机构，通过进料机构能够使生物质输送至热解碳化机构中，生物质在热解碳化机构中进行热解得到生物碳，热解过程中产生的热解气经热解气冷凝机构冷凝成液体收集起来，而热解气中的不可冷凝气体和热解过程中产生的烟气则进入气体处理机构进行处理，为进料机构、热解碳化机构提供部分热源。下面结合附图对各个机构的具体结构进行详细阐述。

<进料机构>

所述进料机构包括提升机2、进料仓5、抽气泵4和氮气瓶3，其中，倾斜设置的提升机2能够将生物质输送到进料仓5内，进料仓5包括进料口和出料口，所述出料口与热解碳化机构相连通。所述进料仓5内自上至下间隔设有一级挡板501和二级挡板502，两级挡板与进料仓5内壁形成一暂时密封的空间，该空间中部设有凸起部分，与抽气泵4相连接，以使该空间的生物质不携带氧气。

氮气瓶3用于向二级挡板502与出料口之间的空间内提供氮气，一方面为在热解前排空热解室7内的空气，另一方面在生物质下落的过程中提供流动气，便于在重力作用下下落至热解室内。

需要说明的是，本发明中在进料仓5上设有控制进料与否的阀门，当热解室内生物质的量达到要求量时，通过阀门控制进料过程暂停。

<热解碳化机构>

所述热解碳化机构包括锥形的热解室7、圆柱形的燃烧室6、以及与热解室7底部相连通的用于储存生物碳的生物碳储存箱17，热解室7包围燃烧室6设置，使得燃烧室6燃烧的热量尽可能多的提供给生物质热解。热解室6与进料仓5的出料口相连通，燃烧室6内燃气燃烧放出的热量通过燃烧室6侧壁传递至热解室7内，使热解室7内的生物质发生碳化，热解产生的固体产物（生物碳）汇入生物碳储存箱17内，生物质碳化产生的热解气则进入热解气冷凝机构内进行后续处理。

热解室7顶部设有一上大下小的锥形挡环701，锥形挡环701的最小端直径小于燃烧室6的直径，一方面，锥形挡环701能够使生物质沿锥形挡环701与燃烧室6之间的间隙落至热解室7内。优选地，燃烧室6外壁上设有若干肋片603，能够增强对生物质的扰动，增加燃烧室6的传热面积，提高燃烧室6热量利用率和传热效果；另一方面能够使生物质下落过程分布均匀。

燃烧室6的上下两端均设有气体口，分别记为设于上部的第一气体口601和设于下部的第二气体口602。

优选地，所述热解室7的底面呈一侧高一侧低的倾斜面，便于将生物碳汇入生物碳储存箱17内。

热解室7外部具有双层保温层，起到防止热量散失的作用。燃烧室6高出热解室7部分材料不一样，露出部分传热能力较差。

<热解气冷凝机构>

热解气冷凝机构包括旋风分离器8、冷却箱13和热解油储存瓶14，旋风分离器13的A端与热解室7上的热解气出口管路连通，旋风分离器13的C端（固体出口）与生物碳储存箱17相连通、B端（气体出口）与冷却箱13的D通口相连通，冷却箱13的F通口与热解油储存瓶14相连通，E通口与气体处理机构相连通，热解气经热解室7上的热解气出口流出，进入旋风分离器8内进行固气分离，使得热解气携带的固体经旋风分离器8的C端汇入生物碳储存箱17内，而气体经旋风分离器8的B端和冷却箱的D端流入冷却箱13内，其中，可凝气体经冷却箱13冷却后通过F端直接流入与其相连通的热解油储存瓶14内，不可冷凝气体则通过E端流入气体处理机构中。

<气体处理机构>

所述气体处理机构包括燃气罐15、送风机10、第一换向器11、第二换向器12、第一蓄热箱16和第二蓄热箱9。两个换向器用于切换气体流向。其中，燃气罐15用于在热解碳化初期向燃烧6室内供应天然气。第一换向器11具有5个端口，分别为J端口、K端口、L端口、M端口、N端口，第二换向器12具有4个端口，分别为O端口、P端口、Q端口、R端口，第一蓄热箱16具有三个端口，分别为G端口、H端口、I端口，第二蓄热箱9具有三个端口，分别为S端口、T端口、U端口。其中，冷却箱13的E通口与第一换向器11的J端口管路连通，燃烧室6的第二气体口602与第一蓄热箱16的G端口管路连通，第一蓄热箱16的H端口与第一换向器11的M端口管路连通，I端口与第二换向器12的P端口管路连通，第一换向器11的N端口与燃气罐15管路连通，L端口与进料机构管路连通，K端口与第二蓄热箱9的S端口管路连通。第二换向器12的O端口与送风机10管路连通，Q端口与进料机构管路连通，R端口与第二蓄热箱9管路连通，第二蓄热箱9的U端口与第一气体口601管路连通。

第一状态时，第一换向器11中的J端口和N端口与K端口相导通， M端口与L端口相导通，第二换向器12中的O端口与R端口相导通，P端口与Q端口相导通，燃气罐15提供的天然气、送风机10提供的空气和不可冷凝气体能够通过第二蓄热箱9和第一气体口601进入燃烧室6内，而自第二气体口602流出的烟气经过第一蓄热箱16和换向器进入进料机构中，所述烟气能够对第一蓄热箱16和进料机构进行加热；

第二状态时，第一换向器11中的J端口和N端口与M端口相导通，K端口与L端口相导通，第二换向器12中的O端口与P端口相导通，R端口与Q端口相导通，燃气罐15提供的天然气、送风机10提供的空气和不可冷凝气体能够通过第一蓄热箱16和第二气体口602进入燃烧室6内，而自第一气体口601流出的烟气经过第二蓄热箱9和换向器能够进入进料机构中，所述烟气能够对第二蓄热箱9和进料机构进行加热。

上述的第一状态和第二状态即为换向器换向前后的状态。

详细地，两个蓄热箱16,9内装有陶瓷，具有很好的蓄热功能，烟气流过蓄热箱，将热量储存在陶瓷中，还可以降低烟气出口温度。转换换向器的开关可以使燃气和空气流过经过烟气加热的蓄热箱，对燃气进行加热。蓄热箱中间设有混气腔，便于空气与燃气混合，改变空气系数，调整热解室温度。提高了燃气在燃烧室内的燃烧速率和利用率。

下面结合附图对气体处理机构的具体工作过程进行详细阐述。

请参考图1，在生物质碳化的初期，燃烧室6燃烧所使用的气体为天然气，燃气罐15提供的天然气由第一换向器11的N端口流入K端口流出，送风机10提供的空气由第二换向器12的O端口进入R端口流出，两者在第二蓄热箱9混合后，通过第一气体口601流入燃烧室6，在燃烧喷嘴的作用下，天然气燃烧，使得燃烧室6温度逐渐上升，同时将热量传递至热解室7，当热解室7内温度达到生物质热解碳化温度时，生物质发生热解碳化，产生的固体产物经管路汇入生物碳储存箱17内，燃烧时产生的烟气经第二气体口602进入第一蓄热箱16内，对第一蓄热箱16内的陶瓷进行加热，然后分两路流出：其中一路由M端口进入第一换向器11中并自L端口流出，另一路由P端口进入第二换向器12中并自Q端口流出，流出的烟气均通过管路流入进料机构中。生物质热解产生的热解气进入热解气冷凝机构中，其中，能够冷凝的部分(记为“冷凝气体”)经过冷却箱13冷凝后流入位于冷却箱13下方的热解油储存瓶14中，不可冷凝的部分（即为“不冷凝气体”）由冷却箱13的E端口排出，经管路由J端口进入第一换向器11中，天然气和不冷凝气体均可通过第一换向器11的K端口流出进入第二蓄热箱9中，同时，送风机10提供的空气由第二换向器12的O端口进入R端口流出，三者在第二蓄热箱9混合后，通过第一气体口601流入燃烧室6。其中，需要说明的是，由于不冷凝气体中包含可燃气体，随着不冷凝气体的产出量增多，天然气的量可以逐渐减少，甚至可以为零。

当达到既定热解时长后，通过电脑或人为控制两个换向器转向。请参考图2，第一气体口601变为烟气出口，第二气体口602变为天然气进口。燃气罐15提供的天然气由第一换向器11的N端口流入M端口流出，不冷凝气体由第一换向器11的J端口流入M端口流出，送风机10提供的空气由第二换向器12的O端口进入P端口流出，天然气、不冷凝气体和空气在第一蓄热箱16混合，同时被第一蓄热箱16的陶瓷加热，加热后的混合气通过第二气体口602流入燃烧室6，燃烧室6持续向热解室7供热，燃烧时产生的烟气经第一气体口601进入第二蓄热箱9内，对第二蓄热箱9内的陶瓷进行加热，然后分两路流出：其中一路由K端口进入第一换向器11中并自L端口流出，另一路由R端口进入第二换向器12中并自Q端口流出，流出的烟气均通过管路流入进料机构中。

也就是说，通过换向器改变气流的方向，能够将自燃烧室6排出的烟气所携带的热量储存在蓄热箱的陶瓷中，为再次换向的燃气进行加热。提高燃料的利用率和燃烧速率，换向器可以电脑控制，提高智能率。

优选地，本发明中提升机2的外侧设有干燥管道1，所述干燥管道1与第一换向器11的L端口和第二换向器12的Q端口相连接，使得未冷凝气体和由燃烧室6排出的烟气所携带的热量能够对生物质进行预热干燥。

综上，该装置结构紧凑，占地面积小，操作方便，物质处理量大，热解效率高，可以进行自热式热解。装载在农用车上，便于随时随地的进行生物质碳化处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非随本发明作任何形式上的限制。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，包括可移动设备、进料机构、热解碳化机构、热解气冷凝机构、以及气体处理机构；

其中，热解碳化机构包括锥形的热解室、设于热解室内的圆柱型结构的燃烧室、以及与热解室下部相连通的生物碳储存箱；燃烧室的上端设有第一气体口，下端设有第二气体口，燃烧室提供的热量能够使通过进料机构落入热解室内的生物质碳化，碳化后得到的生物碳汇入生物碳储存箱内，碳化产生的热解气进入热解气冷凝机构进行处理，热解气中的可冷凝气体经热解气冷凝机构处理成液体并收集起来，不可冷凝气体的则排入气体处理机构；

所述气体处理机构包括燃气罐、送风机、第一换向器、第二换向器、第一蓄热箱和第二蓄热箱，其中，第一蓄热箱与第二气体口管路连通，第二蓄热箱与第一气体口管路连通，第一换向器包括五个端口，J端口与热解气冷凝机构管路连通、K端口与第二蓄热箱管路连通、L端口与进料机构管路连通、M端口与第一蓄热箱管路连通、N端口与燃气罐管路连通；第二换向器包含四个端口，O端口与送风机管路连通、P端口与第一蓄热箱管路连通、Q端口与进料机构管路连通、R端口与第二蓄热箱均管路连通；

第一状态时，第一换向器中的J端口和N端口与K端口相导通， M端口与L端口相导通，第二换向器中的O端口与R端口相导通，P端口与Q端口相导通，燃气罐提供的天然气、送风机提供的空气和不可冷凝气体能够通过第二蓄热箱和第一气体口进入燃烧室内，而自第二气体口流出的烟气经过第一蓄热箱和换向器进入进料机构中，所述烟气能够对第一蓄热箱和进料机构进行加热；

第二状态时，第一换向器中的J端口和N端口与M端口相导通，K端口与L端口相导通，第二换向器中的O端口与P端口相导通，R端口与Q端口相导通，燃气罐提供的天然气、送风机提供的空气和不可冷凝气体能够通过第一蓄热箱和第二气体口进入燃烧室内，而自第一气体口流出的烟气经过第二蓄热箱和换向器能够进入进料机构中，所述烟气能够对第二蓄热箱和进料机构进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，所述进料机构包括提升机和进料仓，经过提升机提升至进料仓内的生物质能够落入与进料仓相连通的热解室内。

3.根据权利要求2所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，提升机外侧设有与两个换向器相连通的干燥管道。

4.根据权利要求2所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，进料仓中部间隔安装有一级和二级共两级挡板，进料仓连接有抽气泵和氮气瓶，抽气泵用于将两级挡板与进料仓内壁所围成封闭空间内的空气吸出，氮气瓶用于向位于下方的二级挡板与出料口之间的空间内供应氮气。

5.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，所述热解室的底面呈一侧高一侧低的倾斜面，便于将生物碳汇入生物碳储存箱内。

6.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，热解室的进料端设有一上大下小的锥形挡环，锥形挡环的小端直径大于燃烧室的直径。

7.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，热解气冷凝机构包括旋风分离器、冷却箱和热解油储存瓶，旋风分离器的A端与热解室上的热解气出口管路连通，旋风分离器的C端与生物碳储存箱相连通、B端与冷却箱的D通口相连通，冷却箱的F通口与热解油储存瓶相连通，E通口与气体处理机构相连通，热解气自热解室流出进入旋风分离器内进行固气分离，使得热解气携带的固体经旋风分离器的C端汇入生物碳储存箱内，而气体经旋风分离器的B端和冷却箱的D端流入冷却箱内，其中，气体中的可冷凝气体经冷却箱冷却后通过F端直接流入热解油储存瓶内，不可冷凝气体则通过E端流入气体处理机构中。

8.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，所述燃烧室外壁上设有若干肋片。

9.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的移动式生物质热解碳化装置，其特征在于，两个蓄热箱内均设有陶瓷和混气腔。