CN1548500A - 一种生产生物质炭的方法及复合型碳化炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产生物质炭的方法及复合型碳化炉。其方法步骤为：将生物质秸秆、树枝、果壳等农林废弃物料粉碎、取长10－30mm、直径5－10mm的物料分筛、烘干脱水，加入碳化炉干馏碳化，生成的生物质炭和燃气。碳化炉设燃烧室、碳化室，燃烧室底部设炉排和鼓风机，碳化室底部设出料口和燃气抽吸管口。上述物料送入碳化室作炭化原料，经分筛处理后的废料送燃烧室引燃，产生高温CO2作为炭化时热源，使碳化室中的原料炭化。优点是可同时产生生物质燃气和生物质炭，且原料来源广，属可再生资源的利用，便于大规模工业化生产，有利于保护环境、节约能源。可广泛用于生物质炭的生产和城镇发电、居民生活供气。
Description
技术领域：
本发明涉及一种将生物质秸杆、树枝、果壳等农林废弃物干馏碳化生产生物质炭的方法。具体地说，是一种将上述物料粉碎烘干后，利用复合型炭化炉干馏碳化，生产生物质炭的方法。
背景技术：
我国是传统的木质炭生产大国，近年来由于国家对环境保护的高度重视，各级政府加强对封山育林的管理，用树木生产木质碳的产量已直线下降，最终将至枯竭。利用农林废弃物生产生物质成型炭来替代树木生产的木质炭是一种炭化资源的补充，能够收到保护生态环境和节约能源的双重效益。
现有生物质炭的生产技术是：将生物质秸秆、树枝、果壳、稻壳等农林废弃物在不加任何粘结剂的情况下，用机械挤压或压缩成质地坚硬的棒状成型物料，然后加入碳化炉内进行炭化，生成生物质成型炭。现有生物质炭生产所使用的炭化炉是一个密闭的腔体，棒状成型物料被置于送料平板车上送入炭化炉内，然后引燃物料，关闭炉门，通过炉腔上开设的缓慢供氧通道向炉内缓慢供氧，使物料被炭化；在物料炭化过程中产生的可燃气成份从腔体上的排气口排出炉外而被燃烧掉。这种方法生产的生物质炭，其含炭量与传统的木质炭成份完全相同，并具有传统木质炭的同等强度和热值，清洁卫生，是理想的木质炭替代产品。但采用上述方法生产生物质炭存在如下缺陷：(1)秸秆、树枝、果壳、稻壳等农林废弃物经粉碎后，要用机械挤压或压缩成坚硬的棒状成型物料，然后才能加入碳化炉内在缺氧的情况下缓慢碳化，需要专门的挤压或压缩成型机械；(2)采用上述方法生产生物质不但产量低，生产规模小，而且碳化时间长，一般需要30小时以上；(3)物料在炉内碳化干馏过程中产生的挥发气成份被燃烧掉了，得不到充分利用，而造成较大的能源浪费：(4)农林废弃物的粉碎、机械挤压成型耗电量较大，每生产一吨棒状成型物料需耗电100-150KW之间，不但是浪费电力和人力资源，而且挤压成型机的螺杆磨损特别严重。
发明内容：
本发明的目的是提供一种利用复合型碳化炉，将生物质秸杆、树枝、果壳等农林废弃物经粉碎烘干后直接加入炉内干馏碳化成生物质炭的方法。
本发明的复合型碳化炉是将炉内燃烧室与炉内干馏碳化室分开设置，使加入炉内碳化室中的碳化物料不与空气发生氧化反应，而是由分开设置在炉内的燃烧室产生的高温二氧化碳对其进行高温干馏碳化，经炉内碳化室干馏碳化后的生物质炭中的灰份少、热值高、碳化速度快；同时炉内碳化物料干馏碳化时产生的挥发份在高温二氧化碳作用下，被裂解和还原生成CO、CH4、H2等可燃气，其热值可高达5000-6000KJ/m3，是内燃机组发电或城镇居民生活烧用的理想气体燃料。
本发明生产生物质炭的方法是通过如下工艺步骤实现的：
1、将生物质秸杆、树枝、果壳等农林废弃物粉碎，使粉碎后的物料长度保持在10-30mm，直径保持在5-10mm；
2、将以上经加工粉碎后的物料常规分筛，除去其中的灰土和不符合生产生物质炭要求的废料；
3、将筛选后用做碳化原料的上述粉碎物进行烘干脱水，使水份控制在10％左右；
4、将上述不符合生产生物质炭要求的废料用作燃料，加入复合型碳化炉内设置的燃烧室中，将符合生产生物质炭要求的碳化原料加入碳化炉内设置的炭化室中；
5、引燃燃烧室中的燃料，并启动鼓风机，向碳化炉内设置的燃烧室中鼓风，使加入的燃料充分燃烧，发生剧烈的氧化反应，生成温度在700-900℃的高温二氧化碳；上述高温二氧化碳在炉外设置的负压罗茨风机的作用下被吸入碳化炉内的碳化室中，在高温缺氧的状态下将碳化原料进行干馏碳化；
6、碳化室中的碳化原料在干馏碳化过程中所产生的挥发份与进入碳化室的高温二氧化碳气体作用下，被裂解和还原生成CO、CH4、H2等可燃气，在炉外设置的负压罗茨风机的作用下从碳化室下部燃气抽吸管口排至炉外；
7、碳化室内经干馏碳化后生成的生物质炭，由设置在碳化室底部出料口排出炉外，经收集即得生物质炭成品。
本发明生产生物质炭的复合型碳化炉由炉体、上炉顶组成，其特点是：上炉顶上设有燃烧室加料口、燃烧室耐火拱板；炉体内设有燃烧室、碳化室；燃烧室底部设有往复运动炉排、顶部设有炉上放散管，炉排的底部设有排灰装置和鼓风机；与碳化室的顶部开口相对应地在上炉顶上设有碳化室加料管口，碳化室内部设有耐火内衬、底部设有出料口；炉体底部一侧壁上设有燃气抽吸管口与碳化室的底部相连通。
上述碳化炉的另一特点是：燃烧室与碳化室呈倾斜布置，燃烧室的纵轴线与碳化室的纵轴线之间的夹角为锐角。
本发明的优点是：(1)从碳化炉内碳化室下部抽吸出来的可燃气，其热值可高达5000-6000KJ/m3，经收集、净化处理后(除去其中的焦油和杂质)可用做内燃发电机组的气体燃料，也可做城镇居民生活烧用的气体燃料。(2)经本工艺生产的生物质炭经粉碎后，加入水溶性高分子粘结剂，用机械加工成块状生物质炭，可替代原用木质炭的炭化材料，广泛用于工业、化工及环境保护等领域。(3)本工艺充分利用我国广大农村丰富的生物质秸杆、树枝、果壳、稻壳等农林废弃物生产生物质炭，属于对可再生资源的利用，可以减少人类对石化燃料的依赖，并能减少NO、SO2及CO2的排放量，对改善和提高城镇居民生活质量，加快小城镇的建设步阀发展农村经济、保护环境、节约能源极为有利，也有利于封山育林、保护生态环境，市场前景十分广阔。(4)本工艺采用的复合型碳化炉结构简单合理，制造、操作使用方便。而且对物料的处理量大，碳化速度快，效率高，生产的生物质炭灰份少、热值高。较之于现有的生物质炭生产工艺能降低能源消耗，便于大规模工业化生产。
附图说明：
图1是本发明之复合型碳化炉一实施例的结构示意图。
如图1所示：碳化炉炉体14的上炉顶1上设有燃烧室加料口2、燃烧室耐火拱板3，炉体内设有燃烧室5和碳化室7。其中，燃烧室5与碳化室7呈倾斜布置，燃烧室的纵轴线与碳化室的纵轴线之间的夹角为锐角α。燃烧室5底部设有往复运动炉排4、顶部设有炉上放散管6与上炉顶1连接，炉排4的底部设有排灰绞龙13和鼓风机12；在上炉顶1上设有碳化室加料管口8与碳化室7的顶部开口相对应，碳化室7内部设有用耐火砖砌成的耐火内衬9、底部设有出料口10；炉体底部一侧壁上设有燃气抽吸管口11与碳化室7的底部相连通。
具体实施方式：
实施例1：
以高梁、玉米秸秆为主要原料，按上述工艺粉碎，筛选除去其中的灰土和不符合作碳化原料要求的废料，而后烘干脱水，将其水份控制在8-10％，而后加入长4.5米、宽1.8米、高3.2米的上述复合型碳化炉的碳化室7中，以上述不符合作碳化原料用的高梁、玉米秸秆细料及稻壳等农林废弃物作燃料，加入上述碳化炉燃烧室5中引燃，启动鼓风机向燃烧室中鼓风，使加入的燃料充分燃烧，生成温度在750-800℃左右的高温二氧化碳，在炉外设置的负压罗茨风机的作用下被吸入碳化室7中，在高温缺氧的状态下对上述碳化原料进行干馏碳化，挥发份从燃气抽吸管口11中排出、收集，用作气体能源，其热值达5500KJ/m3左右；干馏碳化后的生物质炭从出料口10排出，即得成品。将其粉碎后加入水溶性高分子粘结剂，加工成块状，其强度和热值及外型都优于传统木质炭和生物质成型炭的标准。
该炉每小时耗用上述物料约1000kg。其中，用于炉内燃烧室的燃料约350kg/h(产生高温二氧化碳)，用于碳化原料约650kg/h，可生产生物质炭250-300kg/h，同时可产生物质燃气800-1000m3。
实施例2：
以棉花秸秆和桑树枝等为主要原料，按上述工艺粉碎，筛选除去其中的灰土和不符合作碳化原料要求的废料，而后烘干脱水，将其水份控制在8-10％，而后加入长6.2米，宽2.4米，高3.8米的上述复合型碳化炉的碳化室7中，以上述不符合作碳化原料用的秸秆细料及稻壳、锯木屑等农林废弃物作燃料，加入上述碳化炉燃烧室5中引燃，启动鼓风机向燃烧室中鼓风，使加入的燃料充分燃烧，产生温度在800-900℃左右的高温二氧化碳，在炉外设置的负压罗茨风机的作用下被吸入碳化室7中，在高温缺氧的状态下对上述碳化原料进行干馏碳化，挥发份从燃气抽吸管口11中排出、收集，用作气体能源，其热值约6000KJ/m3左右；干馏碳化后的生物质炭从出料口10排出，即得成品。将其粉碎后加入水溶性高分子粘结剂，加工成块状，其强度和热值及外型都优于传统木质炭和生物质成型炭的标准。
该炉每小时耗用上述物料约2000kg。其中，用于炉内燃烧室的燃料约700kg/h(产生高温二氧化碳)，用于碳化原料约1300kg/h，可生产生物质炭500-600kg/h，同时可产生物质燃气1600-2000m3。
实施例3：
以玉米、棉花秸秆为主要原料，按上述工艺粉碎，筛选除去其中的灰土和不符合作碳化原料要求的废料，而后烘干脱水，将其水份控制在8-10％，而后加入长7.6米，宽2.8米，高4.2米的上述复合型碳化炉的碳化室7中，以上述不符合作碳化原料用的废料等农林废弃物作燃料，加入上述碳化炉燃烧室5中引燃，启动鼓风机向燃烧室中鼓风，使加入的燃料充分燃烧，生成温度在750-850℃左右的高温二氧化碳，在炉外设置的负压罗茨风机的作用下被吸入碳化室7中，在高温缺氧的状态下对上述碳化原料进行干馏碳化，挥发份从燃气抽吸管口11中排出、收集，用作气体能源，其热值达5600KJ/m3左右；干馏碳化后的生物质炭从出料口10排出，即得成品。将其粉碎后加入水溶性高分子粘结剂，加工成块状，其强度和热值及外型都优于传统木质炭和生物质成型炭的标准。
该炉每小时耗用上述物料约4000kg。其中，用于炉内燃烧室的燃料约1500kg/h(产生高温二氧化碳)，用于碳化原料约2500kg/h，可生产生物质炭1000-1200kg/h，同时可产生物质燃气3200-4000m3。
Claims (4)
1、一种生产生物质炭的方法，其特征在于包括如下工艺步骤：
(1)将生物质秸杆、树枝、果壳等农林废弃物粉碎，使粉碎后的物料长度保持在10-30mm，直径保持在5-10mm；
(2)将以上经加工粉碎后的物料常规分筛，除去其中的灰土和不符合生产生物质炭要求的废料；
(3)将筛选后用做碳化原料的上述粉碎物进行烘干脱水，使水份控制在10％左右；
(4)将上述不符合生产生物质炭要求的废料用作燃料，加入复合型碳化炉内设置的燃烧室中，将符合生产生物质炭要求的碳化原料加入碳化炉内设置的炭化室中；
(5)引燃燃烧室中的燃料，并启动鼓风机，向碳化炉内设置的燃烧室中鼓风，使加入的燃料充分燃烧，发生剧烈的氧化反应，生成温度在700-900℃的高温二氧化碳；上述高温二氧化碳在炉外设置的负压罗茨风机的作用下被吸入碳化炉内的碳化室中，在高温缺氧的状态下将碳化原料进行干馏碳化；
(6)碳化室中的碳化原料在干馏碳化过程中所产生的挥发份在进入碳化室的高温二氧化碳气体作用下，被裂解和还原生成CO、CH4、H2等可燃气，在炉外设置的负压罗茨风机的作用下从碳化室下部燃气抽吸管口排至炉外；
(7)碳化室内经干馏碳化后生成的生物质炭，由设置在碳化室底部出料口排出炉外，经收集即得生物质炭成品。
2、根据权利要求1所述方法的复合型碳化炉，由炉体(14)、上炉顶(1)组成，其特征在于：炉体(14)的上炉顶(1)上设有燃烧室加料口(2)、燃烧室耐火拱板(3)；炉体内设有燃烧室(5)、碳化室(7)；燃烧室(5)的底部设有往复运动炉排(4)、顶部设有炉上放散管(6)，炉排(4)的底部设有排灰装置(13)和鼓风机(12)；与碳化室(7)的顶部开口相对应地在上炉顶(1)上设有碳化室加料管口(8)，碳化室(7)内部设有耐火内衬(9)、底部设有出料口(10)；炉体底部一侧壁上设有燃气抽吸管口(11)与碳化室(7)的底部相连通。
3、根据权利要求2所述的复合型碳化炉，其特征在于：燃烧室(5)与碳化室(7)呈倾斜布置，燃烧室(5)的纵轴线与碳化室(7)的纵轴线之间的夹角为锐角α。
4、根据权利要求2所述的复合型碳化炉燃烧室(5)的底部设有往复运动炉排(4)，其特征：可采用阶梯形运动炉排，链式运动炉排、辊底炉排和西格斯炉排等多种形式的炉排。
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