重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉及方法技术

本发明专利技术公开了一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：它包括进料仓、炉膛、尖锥分料器、炉外风机、炉内中心支撑墙、出料绞龙、热解气排气管、三层物料通道和三层气体通道，本发明专利技术通过重力自流动、气固分级利用热量原位自维持，能解决炭化过程中炭化质量不高、气体释放不畅、焦油堵塞管道严重、炭化装置耗能大、能量利用率低等问题。

【技术实现步骤摘要】
重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉及方法
本专利技术属于农业废弃物资源化利用
，具体涉及一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉及方法。技术背景我国是农业大国，每年所产生的农业废弃物总量数值非常庞大，农业废弃物主要是指农作物秸秆一类的物质，其中蕴藏了开发前景广阔的生物质资源，如何高效利用农业废弃物并将其资源化备受研究者青睐。目前，生物质热解炭化技术是对农业废弃物进行有效、便捷利用的最重要手段之一。中国专利技术专利CN201821414537.2公开了一种斜置秸秆炭化炉，其装置包括底座、斜置转筒、进出料口、卷扬板、转轴、齿圈及驱动装置，其特点是利用翻转电机驱动转轴转动从而带动轴上卷扬板运动，将物料不断翻动，增大物料与热气的接触面积，从而提高炭化效率与质量。然而大量物料堆积且气固混合在一起，热解气燃烧过程中产生的高温杂质烟气会影响炭产物的质量。中国专利技术专利CN201910890071.6公开了一种内燃卧式旋转连续炭化炉，其采用双筒结构，将炭化过程物料受热炭化生成的可燃气体和汽化焦油，导入内滚筒并在内滚筒内通入空气与之燃烧，物料分布在夹层，热解气回收导入内筒，回用热解气的能量，整体热效率提高，但在导入热解气过程中会损失一部分热量。大多数连续式炭化炉采用绞龙进料、炭化、出料，如中国专利技术专利CN201510812456.2公开了一种生物质热解联产燃气/生物炭生产工艺，其采用绞龙进料，反应过程原料依靠热解气化绞龙传输，最后产物也由绞龙输出，这样致使炭化装置需要多处动力系统，耗能大、能量利用率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术问题，提供一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉及方法，本专利技术能解决炭化过程中炭化质量不高、气体释放不畅、焦油堵塞管道严重、炭化装置耗能大、能量利用率低等问题。为实现此目的，本专利技术所设计的一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：它包括进料仓、炉膛、尖锥分料器、炉外风机、炉内中心支撑墙、出料绞龙、热解气排气管、三层物料通道和三层气体通道，其中，所述进料仓通过进料口与炉膛内部连通，尖锥分料器的底部由炉内中心支撑墙支撑，尖锥分料器的尖锥位于进料口处，炉内中心支撑墙内设有与炉外风机相连的空气管道，炉内中心支撑墙内还设有燃气进气管；所述三层气体通道中的每层气体通道通过空气管道连通，三层气体通道的燃气进气端通过燃气进气管连接储气罐，三层气体通道的空气进气端通过空气管道连接炉外风机；三层气体通道中由储气罐提供的燃气和炉外风机吹入的空气进行燃烧，使炉膛升温到预设值A，炉膛升温到预设值A后，储气罐停止向三层气体通道提供燃气，并且三层物料通道内加入物料，炉膛对三层物料通道内的物料进行加热；三层气体通道侧壁开设有通气孔，三层物料通道中的物料加热后产生的热解气通过通气孔进入三层气体通道替代储气罐提供的燃气进行燃烧，实现对三层物料通道内的物料的持续热解，当炉膛温度低于预设值B和/或三层气体通道中气压低于预设值C时由储气罐提供补充的燃气；三层气体通道用于在空气管道停止送入空气，并使三层气体通道中的氧气耗尽后，将热解气通过热解气排气管输送到储气罐储存；所述炉膛的底部设有出料口，三层物料通道的进料端面向尖锥分料器的侧面，三层物料通道的出料端通向炉膛的出料口，出料口通过集炭口连接出料绞龙。一种利用上述炭化炉的生物质炭化方法，它包括如下步骤：步骤1：关闭进料仓，开启炉外风机向三层气体通道内通入空气，同时向储气罐中通入燃气，燃气经燃气进气管进入三层气体通道，燃气与空气在三层气体通道内扩散混合，然后开启点火器，燃气燃烧使炉膛内升温，当炉膛内温度稳定在550～650℃时，储气罐停止向三层气体通道提供燃气；步骤2：打开进料仓，将物料装入进料仓，物料在尖锥分料器的作用下陆续填满三层物料通道，在炉膛550～650℃温度的作用下三层物料通道内物料热解炭化产生热解气，热解气通过通气孔进入三层气体通道从而替代储气罐提供的燃气与空气混合燃烧，实现对三层物料通道内的物料的持续热解，从而提供关闭燃气后炉膛内物料炭化所需的热量并维持炉膛内温度，当炉膛温度低于500℃和/或三层气体通道中的气压低于0.1MPa时由储气罐提供补充的燃气；步骤3：当三层气体通道中的气压达到0.4MPa时，在空气管道停止送入空气，在三层气体通道中的氧气耗尽后三层气体通道将热解气通过热解气排气管输送到储气罐储存；待三层气体通道中的气压降回0.1MPa时，向三层气体通道内通入空气；步骤4：启动出料绞龙，出料绞龙连续出炭，将首次0.5个热解炭化周期流出的炭化物收集起来再次加入进料仓中准备二次炭化，此后每隔1个热解周期直接将新物料装入并填满进料仓，以保证整个热解炭化过程物料均处于重力流动状态。本专利技术设计三层物料通道与三层气体通道实现了热解炭化过程中的气固分级利用(气体燃烧、固体热解)，每个炭化周期采用大型进料仓一次性进料并借助物料自身重力作用形成一种自流动状态，通过防焦油堵塞板和往复刮炭板解决了炭化过程中焦油和焦炭造成堵塞的问题，从产生源直接回用高温热解气的能量，实现了能量的循环利用，能量利用率高，热解炭化均匀、充分，炭化过程实现自动化，连续出炭，产炭率高，工艺简单，节省人力，整体装置的热效率高，另外，若干此种结构炭化炉进行前后拼接可以实现生物炭的规模化生产。附图说明图1为本专利技术重力流动气固分级自热式炭化炉的结构示意图；图2为图1的局部剖视图；图3为本专利技术中炭化炉的侧视图；图4为本专利技术中第一气体通道的结构示意图其中，1—进料仓、2—进料口、3—炉膛、4—尖锥分料器、5.1—第三物料通道、5.2—第二物料通道、5.3—第一物料通道、6—检修口、7—点火器、8.1—第一气体通道、8.2—第二气体通道、8.3—第三气体通道、9—安全泄压阀、10—通气孔、11—防焦油堵塞板、12—出料通道、13—燃气进气管、14—空气管道、15—炉外风机、16—防焦油堵塞板电机、17—出料口、18—集炭口、19—出料绞龙、20—绞龙电机、21—炉内中心支撑墙、22—刮炭板电机、23—外壁墙、24—往复刮炭设备、25—刮炭设备安装位、26—储炭仓、27.1—第一热解气排气管、27.2—第二热解气排气管、28.1—第一单向进气阀、28.2—第二单向进气阀、28.3—第三单向进气阀、29—储气罐、30—储气罐安全阀、31—输气短管、32—双向进气阀、33—烟囱、34—烟囱支撑台。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明：如图1～4所示的一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，它包括进料仓1、炉膛3、尖锥分料器4、炉外风机15、炉内中心支撑墙21、出料绞龙19、热解气排气管、三层物料通道和三层气体通道，其中，所述进料仓1通过进料口2与炉膛3内部连通，尖锥分料器4的底部由炉内中心支撑墙21支撑，尖锥分料器4的尖锥位于进料口2处，炉内中心支撑墙21内设有与炉外风机15相连的空气管道14，炉内中心支撑墙2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：它包括进料仓(1)、炉膛(3)、尖锥分料器(4)、炉外风机(15)、炉内中心支撑墙(21)、出料绞龙(19)、热解气排气管、三层物料通道和三层气体通道，其中，所述进料仓(1)通过进料口(2)与炉膛(3)内部连通，尖锥分料器(4)的底部由炉内中心支撑墙(21)支撑，尖锥分料器(4)的尖锥位于进料口(2)处，炉内中心支撑墙(21)内设有与炉外风机(15)相连的空气管道(14)，炉内中心支撑墙(21)内还设有燃气进气管(13)；/n所述三层气体通道中的每层气体通道通过空气管道(14)连通，三层气体通道的燃气进气端通过燃气进气管(13)连接储气罐(29)，三层气体通道的空气进气端通过空气管道(14)连接炉外风机(15)；/n三层气体通道中由储气罐(29)提供的燃气和炉外风机(15)吹入的空气进行燃烧，使炉膛(3)升温到预设值A，炉膛(3)升温到预设值A后，储气罐(29)停止向三层气体通道提供燃气，并且三层物料通道内加入物料，炉膛(3)对三层物料通道内的物料进行加热；三层气体通道侧壁开设有通气孔(10)，三层物料通道中的物料加热后产生的热解气通过通气孔(10)进入三层气体通道替代储气罐(29)提供的燃气进行燃烧，实现对三层物料通道内的物料的持续热解，当炉膛温度低于预设值B和/或三层气体通道中气压低于预设值C时由储气罐(29)提供补充的燃气；/n三层气体通道用于在空气管道(14)停止送入空气，并使三层气体通道中的氧气耗尽后，将热解气通过热解气排气管输送到储气罐(29)储存；/n所述炉膛(3)的底部设有出料口(17)，三层物料通道的进料端面向尖锥分料器(4)的侧面，三层物料通道的出料端通向炉膛(3)的出料口(17)，出料口(17)通过集炭口(18)连接出料绞龙(19)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：它包括进料仓(1)、炉膛(3)、尖锥分料器(4)、炉外风机(15)、炉内中心支撑墙(21)、出料绞龙(19)、热解气排气管、三层物料通道和三层气体通道，其中，所述进料仓(1)通过进料口(2)与炉膛(3)内部连通，尖锥分料器(4)的底部由炉内中心支撑墙(21)支撑，尖锥分料器(4)的尖锥位于进料口(2)处，炉内中心支撑墙(21)内设有与炉外风机(15)相连的空气管道(14)，炉内中心支撑墙(21)内还设有燃气进气管(13)；
所述三层气体通道中的每层气体通道通过空气管道(14)连通，三层气体通道的燃气进气端通过燃气进气管(13)连接储气罐(29)，三层气体通道的空气进气端通过空气管道(14)连接炉外风机(15)；
三层气体通道中由储气罐(29)提供的燃气和炉外风机(15)吹入的空气进行燃烧，使炉膛(3)升温到预设值A，炉膛(3)升温到预设值A后，储气罐(29)停止向三层气体通道提供燃气，并且三层物料通道内加入物料，炉膛(3)对三层物料通道内的物料进行加热；三层气体通道侧壁开设有通气孔(10)，三层物料通道中的物料加热后产生的热解气通过通气孔(10)进入三层气体通道替代储气罐(29)提供的燃气进行燃烧，实现对三层物料通道内的物料的持续热解，当炉膛温度低于预设值B和/或三层气体通道中气压低于预设值C时由储气罐(29)提供补充的燃气；
三层气体通道用于在空气管道(14)停止送入空气，并使三层气体通道中的氧气耗尽后，将热解气通过热解气排气管输送到储气罐(29)储存；
所述炉膛(3)的底部设有出料口(17)，三层物料通道的进料端面向尖锥分料器(4)的侧面，三层物料通道的出料端通向炉膛(3)的出料口(17)，出料口(17)通过集炭口(18)连接出料绞龙(19)。


2.根据权利要求1所述的重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：它包括由刮炭板电机(22)提供动力的往复刮炭设备(24)，炉膛(3)的前后侧的外壁墙(23)上设置有刮炭设备安装位(25)，所述往复刮炭设备(24)设置在刮炭设备安装位(25)上，往复刮炭设备(24)用于将物料热解后产生的炭化物刮向出料口(17)。


3.根据权利要求1所述的重力流动生物质气固分级的自热式炭化炉，其特征在于：所述三层物料通道具有左侧三层物料通道和右侧三层物料通道，三层气体通道有左侧三层气体通道和右侧三层气体通道；
左侧三层气体通道和右侧三层气体通道均包括相互平行的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)，左侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)的一侧均与炉膛(3)的外壁墙(23)的左前侧固定连接，左侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)的另一端均与炉膛(3)的外壁墙(23)左后侧固定连接；
右侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)的一侧均与炉膛(3)的外壁墙(23)的右前侧固定连接，右侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)的另一端均与炉膛(3)的外壁墙(23)右后侧固定连接；
左侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)之间通过空气管道(14)连通；
右侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)、第二气体通道(8.2)和第三气体通道(8.3)之间通过空气管道(14)连通；
左侧三层气体通道的第三气体通道(8.3)与第二气体通道(8.2)之间形成左侧三层物料通道的第一物料通道(5.3)，左侧三层气体通道的第二气体通道(8.2)与第一气体通道(8.1)之间形成左侧三层物料通道的第二物料通道(5.2)，左侧三层气体通道的第一气体通道(8.1)与外壁墙(23)之间形成左侧三层物料通道的第三物料通道(5.1)；

【专利技术属性】
技术研发人员：易宝军，张子杭，张旗，樊啟洲，刘弼臣，孙正帅，邓伟其，邱雯奕，王铖鑫，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42