CN212770567U - 移动式秸秆碳化裂解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动式秸秆碳化裂解装置，该装置包括破碎粉碎系统、干燥系统、碳化热解系统。各系统之间前一子系统为后一子系统提供原料。从田地收集的物料进入粉碎室后，旋转的碎刀盘与安装在机架上的定刀通过剪切力将秸秆切碎后再进行锤片旋转粉碎。粉碎后的秸秆粉粒通过管道送入干燥系统的料斗中。经过上料斗、进料螺旋输送机，秸秆粉粒从烘干机头部进入，向后运行，从尾部排出，经管道进入热解碳化炉料斗。经过上料操作，原料热解碳化，碳化颗粒进入集炭箱，热解气进行冷凝处理后以生物油的形式储存。本发明提供的装置结构简单紧凑，易于移动，可以到田间地头对秸秆直接碳化裂解，制备具有较高体积密度的生物碳和生物油。

Description

移动式秸秆碳化裂解装置

技术领域

本实用新型涉及秸秆碳化裂解技术领域，具体地说是一种移动式秸秆碳化裂解装置。

背景技术

我国是农业大国，每年产生的秸秆、稻草等有机废弃物可转换成为能源的潜力约为5亿吨标准煤。预计将来的潜力可以达到7-10亿吨标准煤，约为当今能耗的15%-20%，发展农林废弃物利用具有很好的社会效益、环境效益和经济效益。然而，由于秸秆的收集、运输及利用过程中所需的农机装备成本过高，产业链过短，缺乏技术支持和人们认知误区等问题使农作物秸秆利用率不高，相当多的地区将农作物秸秆废弃焚烧。农作物秸秆焚烧污染空气环境，危害人体健康；容易引发交通事故，影响道路安全；破坏土壤结构，造成耕地质量下降；升高土壤表面温度，造成土壤中有益微生物死亡，影响农田作物的产量和质量以及农业收益。

解决秸秆焚烧问题的根本方法是开发生物质深加工技术，实现农林废弃物的潜在价值，以经济效益驱动对生物质资源的高效利用。利用秸秆碳化裂解制备生物炭焦（生物炭）和生物质裂解油（生物油）是目前可行的处理方法之一。生物炭具有多级孔结构和丰富的含氧官能团，可以对肥料中的营养元素进行吸附和离子交换，延缓营养成分的释放和增加土壤有机质含量。生物油具有热不稳定性，利用其易于聚合的特点可以在基础肥料内、外表面形成结构可控的包覆层，实现营养元素的可控释放。

然而，农作物秸秆等生物质具有重量轻、体积大、分布性广、收集困难等问题，这造成了秸秆较高的利用难度和利用成本。秸秆收集的劳动强度大，人工收集导致较低的收集效率和较高的人力成本。秸秆的收集、运输和储存也尚未形成一个稳定的产业链条，这进一步提高了秸秆的收集成本。解决秸秆收集问题的关键在于尽可能的压缩秸秆的运输成本，这需要改变秸秆目前集中处理的模式，对秸秆实行分布式、就地处理，避免其长距离运输。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种移动式秸秆碳化裂解装置，将秸秆碳化裂解设备进行车载化，到田间地头对秸秆直接碳化裂解，制备具有较高体积密度的生物炭和生物油。

移动式秸秆碳化裂解装置，包括有破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置、工作台和控制器，所述破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置均安装在所述工作台上，所述破碎粉碎装置为所述干燥装置输送秸秆颗粒，所述干燥装置为所述高温热解碳化装置输送干燥秸秆颗粒，所述破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置分别与所述控制器连接。

进一步地，所述破碎粉碎装置包括：送料机构、螺旋调节夹紧机构、粉碎单元，第一引风机。所述送料机构主动轮与驱动装置连接，通过链传动带动从动轮运动，完成秸秆的输送。所述螺旋调节夹紧机构位于进料口，通过调节丝杠螺母完成对进料量的控制，所述粉碎单元包括定刀、滚筒切盘、一级转子、二级转子、一级挡板、二级挡板、三级挡板、锤片式粉碎机。定刀安装在定刀座上，飞刀安装在滚筒上，且都为螺栓连接，所述一级转子，二级转子位于不同平面，一级转子位于二级转子斜上方，所述一级挡板、二级挡、三级挡板都通过螺栓固定在粉碎室内部，靠近转子一侧都有锯条齿，第一引风机与出料管道连接，将粉碎的物料带入出料管道。

进一步地，所述干燥装置包括：螺旋送料机、左、右滚圈、齿圈、烘干筒、热风机、左、右托轮、左、右托轮架、底座、烘干筒驱动电机、齿轮、第二引风机。所述底座上方安装有烘干筒，左侧为托架，托架上方安装直线滑轨，所述滑块安装在直线滑轨上，用于驱动滑块的滑块驱动气缸安装在滑块上，所述螺旋送料机安装在滑块上，所述热风机的管道和出料管道均插入烘干筒内部，热风机管道和出料管道外壁安装滚动轴承，所述烘干筒左右两端的中心处安装轴承座，所述烘干筒内壁安装有抄料板，所述烘干筒的外壁左侧安装有左滚圈，所述烘干筒的外壁右侧安装有右滚圈，所述烘干筒外壁中心处安装有齿圈，所述驱动烘干筒的电机安装在底座上，所述烘干筒驱动电机输出端固定有齿轮，所述齿轮与齿圈相互啮合，所述烘干筒驱动电机右端安装右托轮架，所述托轮架前后两端安装右拖轮，所述右拖轮与右滚圈相匹配。

进一步地，所述在烘干筒左端设有插槽，当向烘干筒输送物料时，在插槽内拔出插板，当烘干筒转动时，在插槽内插入插板，防止烘干筒在旋转的过程中，物料漏出。

进一步地，所述高温热解碳化装置包括：进料单元、分段热解碳化单元、生物炭冷却单元、热解气分离单元。

进一步地，所述进料单元包括：密封仓、闸阀、关风器和破拱装置。所述密封仓安装在分段加热炉上方，与分段加热炉的进料口连接。所述关风器安装在密封料仓内部，所述闸阀设置在热解气分离单元，闸阀和关风器的配合使用实现密封式连续进料。所述破拱装置主要是采用四杆机构原理，通过电机作为驱动力，使拨杆在料斗内往复搅动，保证物料正常输送。

进一步地，所述分段热解碳化单元包括：分段加热炉、热解主螺旋、变频电机、出炭口、出气口和过滤网。所述分段加热炉内侧为热解室，外侧为燃烧室，分段加热炉为单体PID控制的4个炉体。所述热解主螺旋位于分段加热炉内部，输送物料向分段加热炉右端移动，所述变频电机与热解主螺旋左端连接，为热解主螺旋提供动力。所述出炭口在分段加热炉右端的底部，与生物炭冷却单元连接。所述出气口在分段加热炉右端的顶部，与热解气分离单元连接。所述过滤网设置在分段加热炉的出气口，进行过滤除尘。

进一步地，所述生物炭冷却单元包括：出炭斜螺旋、循环水套管、集炭箱、斜螺旋驱动电机、变频水泵、水箱。所述出炭斜螺旋左端与分段加热炉的出炭口连接，所述出炭斜螺旋右端与斜螺旋驱动电机连接，通过斜螺旋驱动电机控制斜螺旋转速，以匹配前端的进料量，所述循环水套管安装在螺旋输送机的腔体，循环水套管的出水口与进水口分别于水箱的进水口和出水口连接。

进一步地，所述热解气分离单元包括：列管换热器、冷水机、套管冷凝器、三相分离器。所述冷水机可提供出水口10℃的冷水，用于列管换热器和套管冷凝器换热，所述冷水机的出水口分别与列管换热器进水口和套管冷凝器进水口连接，冷水机的进水口分别与列管换热器出水口和套管冷凝器出水口连接。所述列管换热器进气口与分段热解碳化单元的出气口连接，所述列管换热器出气口与油气分离器进气口连接，所述油气分离器出料口与储油罐的进料口连接，所述储油罐用于储藏热解焦油。所述套管冷凝器进气口与油气分离器出气口连接，所述套管冷凝器出气口与三相分离器进气口连接，所述套管冷凝器出料口与轻油收集罐和储水罐的进料口连接，所述轻油收集罐用于储存轻油，所述储水罐用于储存木醋液。

本实用新型的有益效果是：移动式秸秆碳化裂解装置能够连续生产，通过连续进料、热解、出炭、油气分离等实现秸秆碳化过程的不间断作业，最大程度地提高设备生产率，同时可以就地对秸秆进行热解碳化处理，有效降低了运输成本。

附图说明

图1是本实用新型移动式秸秆碳化裂解装置结构示意图。

图2是螺旋送料装置结构示意图。

图3是碳化裂解炉及生物炭冷却装置结构示意图。

图中：1支撑架，2送料机构，3螺旋调节夹紧机构，4粉碎单元，401定刀，402滚筒刀盘，403一级转子，404二级转子，405锤片粉碎机，5第一引风机，6螺旋送料机，601托架，602直线滑轨，603滑块，604滑块驱动气缸，605螺旋驱动电机，606料斗，607输料螺旋，7左、右滚圈，8齿圈，9烘干筒，10热风机，11左、右托轮，12左、右托轮架，13底座，14烘干筒驱动电机，15齿轮，16第二引风机，17密封仓，18关风器，19分段加热炉，20热解主螺旋，21过滤网，22出气口，23变频电机，24出炭口，25出炭斜螺旋，26循环水套管，27斜螺旋驱动电机，28集炭箱，29控制器，30闸阀，31列管换热器，32油气分离器，33套管冷凝器，34三相分离器，35储油罐，36轻油收集罐，37储水罐，38气体流量计。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，移动式秸秆碳化裂解装置包括有破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置、工作台和控制器，破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置均安装在工作台上，破碎粉碎装置为干燥装置输送秸秆颗粒，干燥装置为高温热解碳化装置输送干燥秸秆颗粒，破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置分别与控制器连接。

本实施例破碎粉碎装置包括支撑架1、送料机构2、螺旋调节夹紧机构3、粉碎单元4、第一引风机5。送料机构2安装在支撑架1上，螺旋调节夹紧机构3和粉碎单元4均安装在粉碎室内。

送料机构2包括第一驱动电机、齿轮、输送带，第一驱动电机安装在支撑架1顶部，第一驱动电机与第一齿轮通过转动轴连接，通过第一驱动电机带动齿轮转动，第二齿轮通过第二齿轮安装架安装在支撑架1的顶部,第一齿轮与第二齿轮通过链条连接,第一齿轮与输送带的主动轮同轴连接,第二齿轮与输送带的从动轮同轴连接，使得料输送带的主动轮和从动轮同时转动,以此完成动力的传动，实现秸秆的传递。螺旋调节夹紧机构3安装在粉碎室入口处，可以通过调节螺旋夹紧机构3来控制进料量。

粉碎单元4包括定刀401、滚筒刀盘402、一级转子403、二级转子404、锤片粉碎机405，定刀401安装在定刀座上连接方式为螺栓连接，第二驱动电机通过带传动使滚筒刀盘402转动，从而带动安装在滚筒切盘上的飞刀绕滚筒切盘的轴做圆周切削，飞刀与定刀配合，完成对秸秆的切断。切断后的秸秆受重力作用，沿着下料板进入到一级转子403，第三驱动电机通过带传动驱动一级转子403顺时针转动，物料碰到第一挡板后，受重力作用会继续落到一级转子403上，物料间相互打击、摩擦、粉碎。往复破碎后，秸秆落到顺时针旋转的二级转子404上，高速旋转的二级转子404会迫使秸秆撞击第二挡板、第三挡板，然后落入到锤片粉碎机405处，第四驱动电机通过带传动驱动锤片式粉碎机405高速旋转，锤片进一步的对秸秆进行粉碎，粉碎后的秸秆受重力作用落入粉碎室的底部，第一引风机5将粉碎后的秸秆带出粉碎室。

实施例2

本实施例干燥装置包括螺旋送料机6、左、右滚圈7、齿圈8、烘干筒9、热风机10、左、右托轮11、左、右托轮架12、底座13、烘干筒驱动电机14、齿轮15、第二引风机16。

如图2所示，螺旋送料机6包括托架601、直线滑轨602、滑块603、滑块驱动气缸604、螺旋驱动电机605、料斗606、输料螺旋607。直线滑轨602固定在托架601的上端面上，滑块603安装在直线滑轨602上，输料螺旋607和螺旋驱动电机605安装在滑块603上，螺旋驱动电机605右端与输料螺旋607左端连接。粉碎后的秸秆受重力作用落入料斗606后，滑块驱动气缸604驱动滑块603沿直线滑轨602向右运动，直至输料螺旋607右端进入烘干筒左端面后停止，螺旋驱动电机605驱动输料螺旋607转动，完成进料后，滑块603沿直线滑轨602向左运动，回到初始位置。

烘干筒9为圆筒形结构的金属件，烘干筒9安装在底座13上方，烘干筒9内壁固定有若干均匀设置的抄料板，抄料板不断地将物料抄起抛下，使物料与热空气充分接触，促进了热交换，并使物料自前向后移动。在烘干筒9的外壁中心处安装有齿圈8，在底座上方安装有烘干筒驱动电机14，在烘干筒驱动电机14的输出端固定有齿轮15，齿轮15与齿圈8啮合。烘干筒9的外壁左侧安装有左滚圈7，烘干筒9的外壁右侧安装有右滚圈7，烘干筒驱动电机14右端安装右托轮架12，托轮架12前后两端安装右拖轮11，右拖轮11与右滚圈7相匹配。热风机10通过管道与烘干筒9连接，热风机管道和出料管道外壁安装滚动轴承，烘干筒9左右两端的中心处安装轴承座。在筒体内，物料与热风充分接触混合，进行湿热交换：高温空气将热量传给湿物料，使湿物料温度升高，湿物料受热升温，所含水分蒸发出来排到热空气中，从而实现对湿物料的烘干。烘干完成后，第二引风机16将干燥物料带出烘干筒9。

为实现对烘干筒9内物料的阻挡，防止烘干筒在旋转的过程中，物料漏出，在烘干筒9左端设有插槽，当向烘干筒9输送物料时，在插槽内拔出插板，当烘干筒9转动时，在插槽内插入插板。

实施例三

高温热解碳化装置包括进料单元、分段热解碳化单元、生物炭冷却单元和热解气分离单元。

本实施例进料单元包括密封仓17、关风器18、闸阀30、破拱装置。通过密封仓17、关风器18和闸阀30的配合使用实现密封式连续进料，首先关闭闸阀30打开密封仓17端盖，进行上料，上料结束后关闭密封仓17端盖，打开关风器18和闸阀30，依次往复进行密封式上料操作。破拱装置主要是采用四杆机构原理，通过电机作为驱动力，使拨杆在料斗内往复搅动，保证物料正常输送。

如图3所示，本实施例分段热解碳化单元包括分段加热炉19、热解主螺旋20、过滤网21、出气口22、变频电机23、出炭口24。分段加热炉19内测为热解室，外侧为燃烧室，分段加热炉19为单体PID控制的4个炉体，单段炉温可调节，最高温度可达800℃。热解主螺旋20位于分段加热炉19内部，使物料在物料充分加热并输送物料向分段加热炉右端移动，变频电机23为其提供动力，可通过调节变频电机23频率控制主螺旋转速进而调节物料的加热时间。分段加热炉19右端顶部设有出气口22，物料经过加热后产生的热解气由此处进入热解气分离单元，出气口22内部设有过滤网21，过滤网21主要用于固气分离，防止热解完成后高温热解气携带的灰尘和炭粉等固体杂质进入管道，起到热解气的过滤作用，分段加热炉右端底部设有出炭口24，物料经过加热后产生的生物炭由此处进入生物炭冷却单元。

本实施例生物炭冷却单元包括出炭斜螺旋25、循环水套管26、斜螺旋驱动电机27、集炭箱28、变频水泵、水箱。出炭斜螺旋25左端与分段加热炉19的出炭口24连接，右端与斜螺旋驱动电机27连接，通过斜螺旋驱动电机27控制出炭斜螺旋25转速，以匹配前端的进料量。经过高温碳化后的物料高达600℃左右，采用套管冷凝的方式为高温生物炭降温，循环水套管26安装在螺旋输送机的腔体，出水口和进水口分别与水箱的进水口和出水口连接。水泵电机也采用变频器调速，用以改变水流量，进而适应不同产量生物炭的降温，使其出炭温度降至100℃以下，防止生物炭温度过高而自燃。

本实施例热解气分离单元包括列管换热器31、油气分离器32、套管冷凝器33、三相分离器34、冷水机。冷水机通过自身的压缩机和循环泵可提供出水口10℃的冷水，用于列管换热器31和套管冷凝器33换热，并将换热后的温水回流至水箱进行冷凝。冷水机的出水口分别与列管换热器31进水口和套管冷凝器33进水口连接，冷水机的进水口分别与列管换热器31出水口和套管冷凝器33出水口连接。

列管换热器31进气口与分段热解碳化单元的出气口连接，列管换热器31出气口与油气分离器32进气口连接，油气分离器32出料口与储油罐35的进料口连接。列管换热器31经过冷水换热将热解气温度降至200℃左右，热解焦油在油气分离器里分离出来，收集至储油罐35。

套管冷凝器33进气口与油气分离器32出气口连接，套管冷凝器33出气口与三相分离器34进气口连接，三相分离器34出料口与轻油收集罐36和储水罐37的进料口连接，套管冷凝器33将热解气的温度降至常温，使得热解气中的轻油、木醋液和热解气等在三相分离器34中进行分离并收集至轻油收集罐36和储水罐37。分离后的不可冷凝气体如CO、CO2、H2、CH4经过气体流量计38通至燃烧器39燃烧排空。

Claims (8)

1.移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于：包括有破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置、工作台和控制器，所述破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置均安装在所述工作台上，所述破碎粉碎装置为所述干燥装置输送秸秆颗粒，所述干燥装置为所述高温热解碳化装置输送干燥秸秆颗粒，所述破碎粉碎装置、干燥装置、高温热解碳化装置分别与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述破碎粉碎装置包括：送料机构、螺旋调节夹紧机构、粉碎单元，第一引风机；所述送料机构主动轮与驱动装置连接，通过链传动带动从动轮运动，完成秸秆的输送，所述螺旋调节夹紧机构位于进料口，通过调节丝杠螺母完成对进料量的控制，所述粉碎单元包括定刀、滚筒切盘、一级转子、二级转子、一级挡板、二级挡板、三级挡板、锤片式粉碎机；定刀安装在定刀座上，飞刀安装在滚筒上，且都为螺栓连接，所述一级转子，二级转子位于不同平面，一级转子位于二级转子斜上方，所述一级挡板、二级挡、三级挡板都通过螺栓固定在粉碎室内部，靠近转子一侧都有锯条齿，所述第一引风机与出料管道连接，将粉碎的物料带入出料管道。

3.根据权利要求1所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述干燥装置包括：螺旋送料机、左、右滚圈、齿圈、烘干筒、热风机、左、右托轮、左、右托轮架、底座、烘干筒驱动电机、齿轮、第二引风机；所述底座上方安装有烘干筒，左侧为托架，托架上方安装直线滑轨，滑块安装在直线滑轨上，用于驱动滑块的滑块驱动气缸安装在滑块上，所述螺旋送料机安装在滑块上，所述热风机的管道和出料管道均插入烘干筒内部，热风机管道和出料管道外壁安装滚动轴承，所述烘干筒左右两端的中心处安装轴承座，所述烘干筒内壁安装有抄料板，所述烘干筒的外壁左侧安装有左滚圈，所述烘干筒的外壁右侧安装有右滚圈，所述烘干筒外壁中心处安装有齿圈，驱动烘干筒的电机安装在底座上，烘干筒驱动电机输出端固定有齿轮，所述齿轮与齿圈相互啮合，烘干筒驱动电机右端安装右托轮架，所述托轮架前后两端安装右拖轮，所述右拖轮与右滚圈相匹配。

4.根据权利要求1所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述高温热解碳化装置包括：进料单元、分段热解碳化单元、生物炭冷却单元、热解气分离单元。

5.根据权利要求4所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述进料单元包括：密封仓、闸阀、关风器和破拱装置；所述密封仓安装在分段加热炉上方，与分段加热炉的进料口连接，所述关风器安装在密封料仓内部，所述闸阀设置在热解气分离单元，闸阀和关风器的配合使用实现密封式连续进料，所述破拱装置主要是采用四杆机构原理，通过电机作为驱动力，使拨杆在料斗内往复搅动，保证物料正常输送。

6.根据权利要求4所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述分段热解碳化单元包括：分段加热炉、热解主螺旋、变频电机、出炭口、出气口和过滤网；所述分段加热炉内侧为热解室，外侧为燃烧室，分段加热炉为单体PID控制的4个炉体，所述热解主螺旋位于分段加热炉内部，输送物料向分段加热炉右端移动，所述变频电机与热解主螺旋左端连接，为热解主螺旋提供动力，所述出炭口在分段加热炉右端的底部，与生物炭冷却单元连接，所述出气口在分段加热炉右端的顶部，与热解气分离单元连接，所述过滤网设置在分段加热炉的出气口，进行过滤除尘。

7.根据权利要求4所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述生物炭冷却单元包括：出炭斜螺旋、循环水套管、集炭箱、斜螺旋驱动电机、变频水泵、水箱；所述出炭斜螺旋左端与分段加热炉的出炭口连接，所述出炭斜螺旋右端与斜螺旋驱动电机连接，所述循环水套管安装在螺旋输送机的腔体，循环水套管的出水口与进水口分别于水箱的进水口和出水口连接。

8.根据权利要求4所述移动式秸秆碳化裂解装置，其特征在于，所述热解气分离单元包括：列管换热器、冷水机、套管冷凝器、三相分离器；所述冷水机可提供出水口10℃的冷水，用于列管换热器和套管冷凝器换热，所述冷水机的出水口分别与列管换热器进水口和套管冷凝器进水口连接，冷水机的进水口分别与列管换热器出水口和套管冷凝器出水口连接，所述列管换热器进气口与分段热解碳化单元的出气口连接，所述列管换热器出气口与油气分离器进气口连接，所述油气分离器出料口与储油罐的进料口连接，所述储油罐用于储藏热解焦油，所述套管冷凝器进气口与油气分离器出气口连接，所述套管冷凝器出气口与三相分离器进气口连接，所述套管冷凝器出料口与轻油收集罐和储水罐的进料口连接，所述轻油收集罐用于储存轻油，所述储水罐用于储存木醋液。

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