CN2614210Y - 一种生物质连续干馏热解炉 - Google Patents

Abstract

一种生物质连续干馏热解炉。本实用新型属于能源加工转换设备的技术领域。具体涉及到一种能够将生物质能源材料进行连续干馏热解的生产设备，以便能够克服目前生物质能源材料干馏热解只能间歇生产、规模小、成本高、热效率低的状况。该设备是由“干馏热解和气态产品显热利用系统”、“加热系统”、“原料干燥系统”、“卸料及水封和木炭显热利用系统”四个子系统组成的一个具有综合性能的生物质热化工设备。该设备使可以再生的生物质能成为我国在新世纪的一种主要清洁能源并大量应用于工业及民用燃料、氢燃料电池发电、有机合成化工的工业原料成为可能。

Description

一种生物质连续干馏热解炉

技术领域

一种生物质连续干馏热解炉。本实用新型属于能源加工转换设备的技术领域。具体涉及到一种适合于将生物质能源材料〔不论是自然产生状态或者是预先经过粉碎，又加工成具有一定比重和形状的‘成型原料’状态〕，通过干馏热解的转换途径，从而使生物质能源材料可以得到更充分、更合理、更方便利用的生物质热化工加工设备。

背景技术

可以作为背景技术的是以大连市环境科学研究院为代表的《农作物秸秆制炭技术》生产过程中所使用的“炭化炉”。

这是目前在市场上已经流行很广的一种主要以锯末、稻壳、树木枝叶、植物秸秆、有机质工业废料等‘原生态’〔即自然产生状态〕材料作为原材料，经过螺旋挤压机挤压并且在加热的条件下先将原材料压制成型，然后将成型的‘成型体’进行炭化的一种设备。

在这个“炭化炉”中，‘成型体’依靠自身的热能或者从外部输入的能量，完成有机质材料的干馏热解，产出木煤气〔以CH₄、H₂为主并含有数量不等的CO₂、N₂、CO、水蒸汽等〕、木炭、木焦油及其它热解物质。其中，木炭是它的主要产品。

其主要缺陷在于规模小而且不能连续生产。从全过程分析，这种“作坊式”生产的显著特点可以归纳为下列几点：

●生产过程中先将结构疏松、比重小、能量密度很低、分散的“原生态”有机质材料先加工成比重较大、能量密度较高的‘密实体’之后再去进行干馏热解。

这是国内外关于生物质能的其他利用方法〔比如秸秆气化和生物质气化技术〕所没有的优点。不足之处是成本较高而且生产率较低。因此，接受这项技术的主要是一些个体经营者，规模很小；

●生产过程为‘间歇式’，生产能力和全过程的热效率都不够高；

●生产过程中的各种余热资源〔如炉体蓄热、木炭及热解气显热、加热热源的烟气余热等〕很不容易得到利用。这导致生产过程的成本较高；

●由于促使生物质能材料发生裂解的外加热源和生物质能材料直接接触，致使木煤气中含有CO2、N2的组分。因此木煤气的发热量不够高。而且，如果回收木煤气时，投资又显得较大。

上述情况可以登陆中央电视台《金土地》2001年5月14日首页http：//www.cctv.com/financial/jintudi/shouye/daoshi0514.html获得。在这个网页上公布的大连市环境科学研究院《农作物秸秆制炭技术》，基本上描述了这种方法的全过程。

发明内容

针对上列缺陷，本实用新型在于提供一种克服上列缺陷并且能够大量、连续、稳定的进行生物质材料炭化的连续干馏热解炉。

该生物质连续干馏热解炉，包括台车式木炭出料及水封池(1)、燃烧室(2)、辐射板(3)、加热室(4)、烟道(5)、干馏材料预热室(6)、成型原料干燥室(7)、加料口密封盖板(8)、锥形仓(9)、炉体(10)、下部开孔的烟气管道(11)、燃烧器或高温烟气入口(12)、环形集烟烟道(13)、热煤气出口(14)、调温冷烟气入口(15)、废烟气出口(16)、卸料兼隔离口(17)、卸料阀门(18)、轨道(19)组成。

结合说明书附图中的〔附图1〕、〔附图2〕，更详细的说明如下：

一种生物质连续干馏的热解炉，包括有由锥形仓(9)、干馏材料预热室(6)、热煤气出口(14)、卸料兼隔离口(17)、卸料阀门(18)和炉体(10)组成的“干馏热解和气态产品显热利用系统”；由燃烧器或高温烟气入口(12)、燃烧室(2)、辐射板(3)、加热室(4)和炉体(10)组成的“加热系统”；由下部开孔的烟气管道(11)、调温冷烟气入口(15)、原料干燥室(7)、加料口密封盖板(8)、卸料兼隔离口(17)、废烟气出口(16)、炉体(10)组成的“原料干燥系统”；由台车式木炭出料池及水封池(1)、卸料阀门(18)、轨道(19)组成的“卸料及水封和木炭显热利用系统”四个子系统，其特征是：

a.“干馏热解和气态产品显热利用系统”的下部结构是由内部充填有生物质材料、单筒园锥角不大于5度的多根竖向贯通的管状锥形仓(9)均匀的分布在“加热系统”中，而上部的结构形式是在锥形仓(9)上部设置的一个内部装有生物质材料并且充满热解的气态产品的干馏材料预热室(6)；

b.“加热系统”和“原料干燥系统”是依靠置于炉体(10)外的环形集烟烟道(13)和烟道(5)来连接的；

c.隔绝空气从上部混入到“干馏热解和气态产品余热利用系统”中热解的煤气中去的方法是利用设置在最上部的原料干燥室(7)内充盈的废烟气和卸料兼隔离口(17)的协同工作；

d.杜绝空气从下部进入到“干馏热解和气态产品余热利用系统”中热解的煤气中去的方法是利用设置在炉子最下部的台车式木炭出料兼水封池(1)中所设置的水封液面。

由图示的结构形式和上述内容可以知道，“加热系统”和“干馏热解和气态产品余热利用系统”是两个相互交织在一起、互相独立、系统之间只发生能量交换的相对封闭系统。这种生产过程可以连续、外加热源和生物质材料又完全隔开、生物质材料在热解炭化的过程中又不和空气接触、生物质材料在热解炭化的过程中所需要的热能来源完全由燃烧器或高温烟气入口(12)输入的热能所决定的结构特征形式，使得生产过程的速度具备有很大的调整空间，也使得炭化后所产生的木煤气中不含有不可燃成分，同时也使过程中的各种余热资源〔如炉体蓄热、木炭及热解气显热、加热热源的烟气余热等〕很容易的都得到了利用。

上述特征的详细论述如下：

由于在干馏材料预热室(6)内充盈的烟气是经过调温冷烟气入口(15)调整到不致于使待干馏的材料着火燃烧的程度，因此这种充盈的烟气不但会对原材料进行预热而进行余热利用，而且在打开卸料兼隔离口(17)向干馏材料预热室(6)卸料的瞬间会隔绝空气混入到兼有蓄积热解的气态产品(主要是木煤气)功能的干馏材料预热室(6)内，因此可以有效的防止空气从卸料兼隔离口(17)处进入木煤气中；

由于下部水封可以阻止空气从下部进入“干馏热解和气态产品余热利用系统”的锥形仓(9)之中，因此可以不使锥形仓(9)内发生如背景技术那样的燃烧反应，所以在煤气中就没有空气带入的N₂成分。虽然在从卸料阀门(18)排放灼热的木炭过程中，由于其直接进入水中，因此会产生一定数量的水蒸汽并发生 的气化反应，而且这些水蒸汽如果进入锥形仓(9)中，仍然会和其中的灼热木炭发生同样的气化反应。但是它们都不会使空气进入锥形仓(9)内。

由于燃烧器或高温烟气入口(12)可以根据干馏热解需要而向“加热系统”输入足够的热能，而且在辐射板(3)的作用下，下部又有一个相对于加热室(4)的高温区，既可以防止由于加热室(4)温度过低而在低温热解时煤气中的CO₂、木焦油较多的缺陷，又可以使锥形仓(9)内所装的生物质原料能够充分、快速、大量、连续、稳定的进行生物质材料炭化，因此，本实用新型可以克服背景技术规模小、只能以“作坊式”生产的种种缺陷。

附图说明

“连续干馏热解炉”的组成见说明书附图〔附图1〕。〔附图2〕表示了在“(6)干馏材料预热室”向下看时的一个示意的剖视图。

在(附图一)中，“连续干馏热解炉”的部件代号表示了如下名称：

(1)台车式木炭出料及水封池、(2)燃烧室、(3)辐射板、(4)加热室、(5)烟道、(6)干馏材料预热室、(7)成型原料干燥室、(8)加料口密封盖板、(9)锥形仓、(10)炉体、(11)下部开孔的烟气管道、(12)燃烧器或高温烟气入口、(13)环形集烟烟道、(14)热煤气出口、(15)调温冷烟气入口、(16)废烟气出口、(17)卸料兼隔离口、(18)卸料阀门、(19)轨道。

具体实施方式

本实用新型结合《一种对造纸废液进行资源性转化普遍适用的治理方法》申请发明专利〔申请号：01115858.1申请日：2001.5.11.申请人：许绍良〕的实施，可以认为是目前条件下较好的一种实施形式。

由于造纸废液中含有大量的生物质能源材料并且具有一定的黏结性能，所以可以将粉碎的有机质材料和造纸废液按照一定比例混合后通过压力机压制成为‘成型原料’，经晾晒后加入炉中进行干馏处理。而且造纸废液还可以当作为水封材料使用，当从炉底排放灼热的木炭进入造纸废液中之后可以蒸发掉一部分水分而使造纸废液变浓，既达到了余热利用的目的，又减少了需要治理的造纸废液总量。因此可以认为是在目前条件下本实用新型效果较好的生产应用场所和方法。现结合实施例说明如下：

每小时处理结合造纸废液的“成型材料”5吨的连续干馏热解炉，其组成如〔附图1〕，内装12根园锥角α＝4.8°的锥形仓(9)，以辐射板(3)作为承重构件。所产煤气除供给自身需要还有盈余。可以根治一个3000t碱法草浆造纸厂所排出的废液，NaOH回收率为86％，收到了每生产一吨纸浆增加500元的综合经济效益。

其生产过程中的物料流动及操作程序和要点的详细说明如下：

关闭(14)和(17)→打开(8)→把通过垂直运输设备运来的有机质材料加入(7)中→关闭(8)→启动(14)运行→有机质材料在(7)中经过一定时间干燥处理后，在不打开(8)的情况下，打开(17)将原料卸入(6)及(9)中〔此时应停止排放热煤气〕→关闭(17)→启动(14)运行，干馏热解的热煤气由(14)送入另一个系统中进行脱除粉尘、焦油、水分及其它产物处理；干馏热解的木炭则通过(18)卸入(1)。

对于预先粉碎成一定大小的秸秆类材料或加工成一定规格的成型材料，在锥形仓(9)的园锥角α≯5度时，使用翻板式或抽板式阀门，一般不会使卸料不畅。但如果物料在(9)中形成‘内拱’，则会使卸料中断。因此配置一个震动机可能有助于一旦发‘内拱’时进行消除。

操作过程要注意卸料口应淹没在(1)的液面中，阻止空气从下部进入封闭的(9)中，则可以保证所产的煤气中尽量减少CO₂及N₂的成分。否则，在某种意义和程度上就会变成生物质气化炉了。

本实用新型为大规模对植物秸秆类生物质能的利用，提供了一种可以大量、连续、稳定的进行生物质材料炭化的工业化生产设备。达到了生产过程连续、余/废热资源利用充分、木煤气的成分纯净(主要组分为CH₄、H₂、CO)、发热量高、综合投资少的积极效果。

这种成分很纯净的木煤气具有和天然气一样的能源品位，是一种高级的而且可以再生的清洁能源。

本实用新型的广泛采用，将有力的缓解我国油、气资源不足的矛盾。使可以再生的生物质能成为我国在新世纪的一种主要清洁能源并大量应用于民用燃料、工业炉及燃气轮机发电用燃料、氢燃料电池发电原料、有机合成化工的工业原料等方面成为可能。

Claims (6)

1.一种生物质连续干馏的热解炉，包括有由锥形仓(9)、干馏材料预热室(6)、热煤气出口(14)、卸料兼隔离口(17)、卸料阀门(18)和炉体(10)组成的“干馏热解和气态产品显热利用系统”；由燃烧器或高温烟气入口(12)、燃烧室(2)、辐射板(3)、加热室(4)和炉体(10)组成的“加热系统”；由下部开孔的烟气管道(11)、调温冷烟气入口(15)、原料干燥室(7)、加料口密封盖板(8)、卸料兼隔离口(17)、废烟气出口(16)、炉体(10)组成的“原料干燥系统”；由台车式木炭出料池及水封池(1)、卸料阀门(18)、轨道(19)组成的“卸料及水封和木炭显热利用系统”四个子系统，其特征是：

a.“干馏热解和气态产品显热利用系统”的下部结构是由内部充填有生物质材料、单筒园锥角不大于5度的多根竖向贯通的管状锥形仓(9)均匀的分布在“加热系统”中，而上部的结构形式是在锥形仓(9)上部设置的一个内部装有生物质材料并且充满热解的气态产品的干馏材料预热室(6)；

b.“加热系统”和“原料干燥系统”是依靠置于炉体(10)外的环形集烟烟道(13)和烟道(5)来连接的；

c.隔绝空气从上部混入到“干馏热解和气态产品余热利用系统”中热解的煤气中去的方法是利用设置在最上部的原料干煤室(7)内充盈的废烟气和卸料兼隔离口(17)的协同工作；

d.杜绝空气从下部进入到“干馏热解和气态产品余热利用系统”中热解的煤气中去的方法是利用设置在炉子最下部的台车式木炭出料兼水封池(1)中所设置的水封液面。

2.根据权利要求1所述的一种生物质连续干馏的热解炉，其特征在于对“加热系统”加热的热能是由设置在辐射板(3)下部的燃烧器或高温烟气入口(12)由系统以外的能源供入的；

3.根据权利要求1所述的一种生物质连续干馏的热解炉，其特征在于“加热系统”由辐射板(3)来形成板下的一个高温区。

4根据权利要求1所述的一种生物质连续干馏的热解炉，其特征在于“原料干燥系统”是指利用在加热室(4)完成换热之后仍然带有大量废热的废烟气资源“加热系统”的余热在这里经过烟道(5)送入原料干燥室(7)，通过下部开孔的烟气管道(11)使烟气离开管道，直接和新加入的原料接触进行以对流换热为主要方式的废热利用。

5.根据权利要求1所述的一种生物质连续干馏的热解炉，其特征在于“干馏热解和气态产品余热利用系统”的气态产品余热利用，是指从锥形仓(9)上端产出的挥发份物质产品所含有的显热资源，在流经干馏材料预热室(6)时，对待干馏的物料干燥而得到利用的。

6.根据权利要求1所述的一种生物质连续干馏的热解炉，其特征在于“卸料及水封和木炭显热利用系统”，是指从锥形仓(9)下端卸料阀门(18)产出的灼热木炭产品所含有的显热资源，在卸入台车式木炭出料及水封池(1)时，对水封的液体加热而得到利用的。

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