一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法
【专利摘要】本发明公开了一种组合式多联产生物质快速炭化设备，包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统、尾气燃烧系统和电力与控制系统等5部分。农林废弃生物质通过烘干预处理系统预热并干燥，再进入连续炭化系统，在亚高温缺氧条件下转化为生物炭，经由带有插板的炭化室底板和绞龙自动出炭。炭化过程产生的可燃气经尾气净化系统实现气液分离和气固分离，并最终进入尾气燃烧系统引燃。所产生的热能供烘干预处理系统或含有蒸汽发电机和蓄电池的电力与控制系统使用，实现能源循环利用。
【专利说明】一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法。
【背景技术】
[0002]我国是农业大国，年产作物秸杆等废弃资源总量超过7亿吨，其中有近一半被丢弃或就地焚烧，不仅造成了生物质资源的严重浪费，破坏了土壤结构、使耕地生产能力下降，还导致了严重的环境污染，威胁交通运输和人们的生产、生活安全。
[0003]生物质炭化，特指将生物质转变为生物炭的过程，秸杆炭化还田即是将秸杆等低值农林废弃资源通过炭化技术制备成生物炭并返还土壤，可有效增加土壤输入，提高土壤质量，对促进农业循环可持续发展具有重要的现实意义(陈温福，等.生物炭应用技术研究.中国工程科学.2011，13 (2):83-89;孟军，等.农林废弃物炭化还田技术的发展与前景.沈阳农业大学学报.2011，42 (4):387-392)。
[0004]在炭化过程中，不仅可以得到生物炭，还同时产出可燃气体、木焦油和醋液等，如能加以多元化开发利用，可以在很大程度上解决可持续发展、节能降耗、环境保护与治理等领域面临的复杂问题，有助于构建低碳高效经济发展模式，对保障国家环境、能源、粮食安全意义重大。
[0005]目前，国内外普遍采用的炭化设备和生产模式主要有两种。一种是应用大型生产设备进行大规模集中炭化；另一种是应用简易制炭设备在原料产地就地或就近小批量炭化。前者的问题在于，大规模集中生产对原料的需求量非常大，而这些原料往往是低值的农林业废弃生物质,分布广、密度低,收储运环节成本高昂。同时,大规模生产往往对应大量的基础设施建设，例如土建工程等，投资量大，一旦落成就难以移动。大型化设备集中生产对原料的旺盛需求必将影响其`价格，而原料价格反过来则可能对生产厂家形成巨大冲击。当原料价格上涨超出其承受空间时，大型工厂难以及时调整，很可能面临停工停产的不利局面。后者的问题在于，简便的制炭设备对劳动力需求较大，而且生产条件比较艰苦，还可能因缺乏有效的环保设备或措施而对环境产生较大影响。因此，迫切需要一种可移动、高效环保的生产设备。
[0006]针对上述需求，本发明提供了一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法。用本发明生产的生物炭很好地保留了原有生物质的微米级孔隙结构，并增加了大量纳米级孔隙，表现出良好的吸附性能，且原料炭化均匀，无夹生炭。同时，生产过程半自动化，节省了劳动力，改善了劳动环境，尤其是在出炭环苄基本实现了连续和自动化，降低了劳动强度、提高了生产效率。通过尾气燃烧，该设备不但消减了 0)、氏和014等可燃气体排放，更就地利用余热烘干物料，不仅放宽了对原料含水量的要求，也进一步开阔了该设备的适用范围。在炭化过程中，实现了液态热解产物完全回收，杜绝了环境污染，也为后续深加工提高经济效益奠定了基础。本发明提供的炭化设备采用分体组合式的设计，装卸方便，易于运输，而且产能适中，与农林废弃资源分布特点匹配。[0007]本发明提供的一种组合式多联产生物质快速炭化设备及其制炭方法，可大量吸纳秸杆等农林废弃生物质，消减面源污染，实现低值资源高值化利用，具有清洁、环保、高效、低耗等特征，符合循环经济发展需求，对于农业可持续发展具有重要意义，应用前景广阔。
【发明内容】
[0008]为了克服现有炭化设备在可移动性、环保和生产效率上的不足，本发明提供一种组合式多联产生物质快速炭化设备，包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统、尾气燃烧系统和电力与控制系统等5大部分。具体而言，本发明解决了尾气排放与余热利用问题，解决了连续出炭问题，解决了炭化效率低的问题。同时，本发明还提供了应用该设备生产生物炭的方法。
[0009]为了充分利用炭化过程产生的混合可燃气并降低原料含水量提高炭化效率，本发明提供了烘干预处理系统，通过炭化炉炭化尾气燃烧为烘干筒加热。物料通过该系统后，水分含量可降低到20%以内，出口处物料温度可达到40-50°C。
[0010]为了提高炭化效率，降低劳动强度、改善劳动环境，本发明提供了半自动的连续炭化系统。烘干的物料进入连续炭化系统后，依靠重力向炭化炉底部移动，依次经过料封区、燃烧区和炭化区，完成从原料向受热燃烧再向绝氧炭化状态的转变。制成的生物炭通过插板开关从炭化室移动到炭化炉底部，并通过出料刮板和出炭绞龙进入炭斗容器。
[0011]为了实现炭化炉炭化尾气的净化、气固分离、气液分离，本发明提供了尾气净化系统，可实现液态热解产物的分级冷凝和高效回收。炭化过程产生的带有可燃性气体的尾气通过炭化炉内的布风器进入尾气净化系统，依次经过喷淋塔、冷却塔、除湿塔和储气罐。焦油和醋液通过喷淋塔、冷却塔、除湿塔和储气罐底部的阀门管道完全收集，静置后可用于生物炭肥料和土壤改良剂的生产。喷淋塔中的水可用于出炭时给生物炭降温和除尘。
[0012]为了实现炭化尾气的燃烧，本发明提供了尾气燃烧装置，分别用于烘干筒供热和尾气净化处理，其进气口与储气罐排气管相连，燃烧装置中的电阻丝引燃可燃气并完全燃烧，实现尾气净化目的。
[0013]为了实现节能降耗，本发明提供了电力与控制系统。包括控制柜、蒸汽发电机和蓄电池，为全系统供电。
[0014]本发明提供一种组合式多联产生物质快速炭化设备，包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统和尾气燃烧系统:
[0015]所述烘干预处理系统，包括上料斗1、上料绞龙2、烘干筒进料斗3、烘干筒4、干料斗7和尾气燃烧装置26 ;物料经上料斗、上料绞龙和烘干筒进料斗进入烘干筒，最后至干料斗；
[0016]所述连续炭化系统，包括炭化炉11、出炭绞龙12、炭桶13 ；
[0017]所述尾气净化系统，包括水箱9、喷淋塔17、冷却塔18、除湿塔19和储气罐21 ;炭化炉产生的尾气依次经过喷淋塔17、冷却塔18、除湿塔19进入储气罐21 ；
[0018]所述尾气燃烧系统，包括尾气燃烧装置，由电阻丝引燃，用于烘干筒供热和尾气净化处理。
[0019]所述炭化炉11为 圆柱体形，包括炉体T2、布风器T4、排气管T5、保护罩T6、卸料刮板T7、插板T8、炭化室底板T9、炭化炉底板Tl 1、轴及联轴器T12、电动机T13 ;[0020]布风器T4为圆锥体结构，通过底座与排气管Τ5相连；保护罩Τ6为下粗上细的截圆锥形，固定在轴及联轴器Τ12的顶端；卸料刮板Τ7由保护罩Τ6加强并连接在轴及联轴器Τ12上；插板Τ8为圆形结构，两端各有一个把手伸出炭化炉，便于以轴Τ12为中心开启或闭合；炭化室底板T9固定在炉壁上，当推动插板Τ8的把手，插板转动，卸料刮板Τ7可推动生物炭离开炭化室，落到炭化炉底板Tll上；电动机Τ13连接在轴及联轴器Τ12上。
[0021]本发明进一步提供了上述炭化设备生产生物炭的方法，包括备料、上料、引燃、装炉、调温、出炭、封炉等步骤。
[0022]所述的备料是指将农林废弃生物质自然风干，将含水量控制在25%以下，并采用现有技术中的任何破碎方式将上述生物质加工粉碎，制成长轴5-lOcm的小块，或先破碎后风干或烘干。
[0023]所述的上料是指在全部设备准备就绪后，启动设备，物料沿着上料绞龙、烘干筒、干料绞龙进入炭化炉，堆积在炭化室底板上，至布风器底部为止。
[0024]将炭化室内压放好的物料点燃。
[0025]所述的装炉是指在物料引燃后，继续将物料送入炭化室内，至高于布风器顶部10-20cm为止。而后根据燃烧状况继续加料，直至物料堆积至炭化炉颈部。
[0026]所述的调温是指当物料充分引燃后，当燃烧层高于最上一层观察孔后，关闭观察孔，此时启动引风机、喷淋水泵和尾气燃烧装置。根据热电偶观察物料受热状态，并据此关闭和打开观察孔，起到配风的作用。同时，工人在操作台上观察炭化炉内状况，用长杆拨动物料，用加料厚度控制炉体内氧气供应量，保证炭化均匀。
[0027]所述的出炭是指当燃烧层高于最上一层观察孔后，打开插板，启动刮板，使生物炭落到炭化炉底板上，并将其推送到出炭绞龙。同时，打开冷却水泵，用水箱中的水给炭桶内的生物炭降温并除尘。
[0028]与现有的大型集中炭化炉、简易炭化炉相比，本发明具有以下优点:
[0029]1、模块化、组合式设计，便于装卸，无需土建工程，可根据原料供给情况随时调整生产地点，也可根据生产规模灵活配置设备数量。可方便地运输到原材料产地，实现农林废弃物的就地炭化，将原材料运输转变为生物炭的运输，运输成本显著降低达70%。
[0030]2、节能环保，通过余热发电实现能源自给，无需外接能源。本发明开发的制炭工艺无需外界能源投入，仅依靠自燃完成炭化过程。炭化过程产生的可燃气充分燃烧，极大减轻了环境污染，其产生的热量不但可以用于原料预热烘干，还可连接到蒸汽发电机和蓄电池上，给电动机供电。
[0031]3、实现了半自动连续出炭，极大改善了劳动条件，提高了生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1A为组合式多联产生物质快速炭化炉俯视图。
[0033]图1B为组合式多联产生物质快速炭化炉侧视图。
[0034]图1C为尾气净化系统侧视图。
[0035]其中:⑴.上料斗，(2).上料绞龙，(3).烘干筒进料斗，(4).烘干筒，(5).齿轮，
(6).出气口，(7).干料斗，`(8).干料绞龙，(9).水箱，(10).分料器，(11).炭化炉，(12).出炭绞龙，(13).炭桶，(14).喷淋装置，(15).操作台，(16).水箱，(17).喷淋塔，(18).冷却塔，(19).除湿塔，(20).引风机，(21).储气罐，(22).尾气燃烧装置，(23).蒸汽发电机，(24).蓄电池，(25).控制柜，(26).尾气燃烧装置，(27).水槽，(28).溢流管。
[0036]图2为连续炭化系统结构示意图。
[0037]其中:(T1).颈部，(Τ2).炉体，(Τ3).保温层，(Τ4).布风器，(Τ5).排气管，(Τ6).保护罩，(Τ7).卸料刮板，(Τ8).插板，(T9).炭化室底板，(TlO).出料刮板，(Τ11).炭化炉底板，(Τ12).轴及联轴器，(Τ13).电动机，(Τ14).减速机，(Τ15).炭化炉底座，(Τ16).出炭绞龙，(Τ17).热电偶，(Τ18).观察孔，(Τ19).操作台(即15)。
[0038]图3为尾气净化系统中喷淋塔和水箱结构示意图。
[0039]其中:(Pl).出气口，(Ρ2).塔体，(Ρ3).进气口，(Ρ4).冷却水出口，(Ρ5).进水管，(Ρ6).冷却水泵，(Ρ7).冷却水滤网，(Ρ8).排水管，(Ρ9).喷淋水滤网，(PlO).喷淋水泵，(PU).喷淋管，(Ρ12).喷头。
[0040]图4为组合式多联产生物质快速炭化炉实体图
[0041]图5玉米芯炭微观结构
【具体实施方式】
[0042]本发明提供的组合式多联产生物质快速炭化炉包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统、尾气燃烧系统和电力与控制系统等5部分。采用半封闭式亚高温缺氧干馏工艺，可使用农林废弃生物质为原料制备生物炭，但不限于农林废弃生物质。该设备可人工操作、独立运行，也可与原料传送带、搅拌器等设备配合使用。
[0043]一、为了充分利用炭化过程产生的混合可燃气并降低原料含水量、提高炭化效率，本发明提供了烘干预处理系 统，包括上料斗1、上料绞龙2、烘干筒进料斗3、烘干筒4和干料斗7。为了提高烘干效率，烘干筒4内壁上设有若干翅片以提高其与物料的接触面积。为了驱动烘干筒转动，设齿轮5，由电动机驱动。烘干筒下设有尾气燃烧装置26，可提供烘干所需热量。为了提高热效率，烘干筒外设有一层保温层，在燃烧装置对应位置处开口并与其连接。为了排出已经过利用的热源气体，设出气口 6。
[0044]所述的烘干筒置于方形框架上，两侧设滑轮支撑，保证烘干筒在转动时稳定。
[0045]所述的料斗为矩形，边长不小于50cm。
[0046]所述的上料绞龙长度不小于350cm，为有轴或无轴绞龙，也可用斗式提升机代替。
[0047]所述的烘干筒进料口与上料绞龙出口对应，开口向上，下部与烘干筒顶壁连通。
[0048]所述的烘干筒为滚筒，两侧顶壁固定在支架上，与烘干筒同心。烘干筒直径80-120cm,长500-700cm。为了防止筒体变形，支架中间和两侧设有滑轮组支撑，中间位置处设齿轮，由电动机驱动转动。
[0049]所述的翅片为矩形，与水平面呈一定夹角，以15-25°为宜，以便推动物料移动。
[0050]所述的保温层为双层板中充填保温材料结构，在燃烧装置对应位置处开口并与其连接。保温材料可为耐火水泥、玻璃纤维或陶瓷纤维，优选使用陶瓷纤维。
[0051]所述的烘干预处理系统可使用普通碳钢或不锈钢板材或管材制作，优选使用不锈钢；齿轮使用碳钢或铸钢制作，优选使用铸钢。
[0052]二、烘干的物料经由干料绞龙8和分料器10进入连续炭化系统，该系统包括2台炭化炉11、出炭绞龙12、炭桶13、喷淋装置14和操作台15。炭化炉设有炉盖。炭化炉为圆柱体形，由炭化炉和底座组成。炭化炉的主要结构包括颈部Tl、炉体T2、保温层T3、布风器T4、排气管T5、保护罩T6、卸料刮板T7、插板T8、炭化室底板T9、出料刮板T10、炭化炉底板T11、轴及联轴器T12、电动机T13、减速机T14、炭化炉底座T15、出炭绞龙T16、热电偶T17、观察孔T18和操作台T19(即15)构成。
[0053]所述的干料绞龙长度不小于620cm，为有轴或无轴绞龙，也可用斗式提升机代替。
[0054]所述的分料器10分别于两台炭化炉连接，连接口开在炉体侧壁颈部偏下位置处，以便闭合炉盖。
[0055]所述的炭化炉直径160-200cm，优选为180cm，高280_320cm，优选为300cm。底座高90-1 IOcm,优选为100cm，底面为宽180_220cm，长420_500cm的矩形。优选为宽200cm，长460cm。具体尺寸可根据产能设计自行调整。
[0056]所述的保温层T3为炉体内侧砌的耐火水泥，厚度5-lOcm，优选的为8cm。也可使用双层筒体，内衬保温材料的方法。保温材料可为耐火水泥、玻璃纤维或陶瓷纤维，优选使用陶瓷纤维。
[0057]所述的布风器T4为圆锥体结构,底径80_100cm,优选为90cm ;高50_70cm,优选为60cm。布风器各面密布直径8-10mm的布风孔，通过底座与排气管T5相连，底座由4_6条钢筋连接在炉壁上，发挥定位和加固作用。
[0058]所述的保护罩T6为下粗上细的截圆锥形，上表面直径25-35cm，优选为30cm ;下表面直径为40-60cm,优选为50cm。该保护罩固定在轴T12的顶端。
[0059]所述的卸料刮板T7为菱形放置的方钢或角钢，边长5-7cm，由保护罩T6加强并连接在轴T12上。
`[0060]所述的插板T8为圆形结构，直径略小于炭化炉内径，在半径方向开4-6个长50-70cm，宽10-20cm的方孔，呈星形。插板两端各有一个把手伸出炭化炉，便于以轴T12为中心开启或闭合。
[0061]所述的炭化室底板T9的结构与插板T8相同，区别在于其固定在炉壁上。当推动插板T8的把手，插板转动，其方孔与炭化室底板的方孔对齐时，卸料刮板T7可推动生物炭离开炭化室，落到炭化炉底板Tll上。炭化炉底板与炭化室底板间的高度为15-20cm，优选为 20cm。
[0062]所述的出料刮板TlO在结构上与卸料刮板T7的结构相同，区别在于没有保护罩。
[0063]所述的炭化炉底板开有一处长50_70cm，宽10_20cm的方孔，并以此和出炭绞龙T16相连。
[0064]所述的热电偶为K型铠装热电偶。
[0065]所述的观察孔T18为直径8-12cm的圆孔，设有孔盖。观察孔在炉体上分两层，分别位于布风室的顶端和底部，每层4-8个。
[0066]所述的工作平台T19(即15)通过框架与底座Τ15相连并固定，设有楼梯以方便上下。
[0067]三、为了将实现炭化尾气的净化、气固分离、气液分离，本发明提供了尾气净化系统，包括水箱9、喷淋塔17、冷却塔18、除湿塔19、引风机20和储气罐21。其中，水箱9和喷淋塔17结合为一体，包括出气口 Ρ1、塔体Ρ2、进气口 Ρ3、冷却水出口 Ρ4、进水管Ρ5、冷却水泵Ρ6、冷却水滤网Ρ7、排水管Ρ8、喷淋水滤网Ρ9、喷淋水泵Ρ10、喷淋管Pll和喷头Ρ12。[0068]所述的喷淋塔坐于水箱上方，并连通。喷淋塔直径50_70cm，优选为60cm。高度100-120cm，优选为 110cm。
[0069]所述的水箱高100cm、宽100cm，长340cm。水箱侧面设有进水管和出水管，由球阀控制。进水管高度为距水箱底部90cm，尽可能接近上表面。水箱上表面有盖板，以方便清理。
[0070]所述的出气口 Pl和冷却塔相连。
[0071]所述的进气口 P3和连续炭化系统的排气管T5相连。
[0072]所述的冷却水出口 P4与与喷淋装置14相连。
[0073]所述的冷却塔18为双层圆柱体结构，高180cm，外径80cm，内径70cm，中间夹层厚度为5cm，下有支架。夹层内充满水并与两个冷却塔顶端的水槽27连通。内部设直径2cm横管若干，交错排列，并与夹层连通。底部设开口，设有阀门。顶端设有安全阀和直径2cm的溢流管28。
[0074]所述的除湿塔19为单层圆柱体结构，高130cm,直径60cm,内有交错排列的挡板，挡板与水平面呈15-20。角。底部设开口，设有阀门。顶端设有安全阀。
[0075]所述的引风机20为离心风机，为本领域常用设备。
[0076]所述的储气罐21为单层圆柱状结构，高220-250cm，直径180_200cm。顶端设有排空筒和安全阀，偏上部侧壁上设有排气管。
[0077]所述的冷却水管和`喷淋水管均为内径2cm的不锈钢管。
[0078]如为特殊指出，所述的包含进气管和出气管在内的联通管道均为内径15.9cm的不锈钢管。其余部分为不锈钢板材制作。
[0079]四、为了实现炭化尾气的燃烧，本发明提供了尾气燃烧装置22和26，分别用于烘干筒供热和尾气净化处理，其进气口直径8cm，与直径15.9cm的储气罐排气管相连，燃烧装置高50cm,直径40cm。
[0080]所述的尾气燃烧装置22和26由电阻丝引燃。
[0081]五、为了实现电控，本发明提供了电力与控制系统。包括控制柜25。为了实现能源循环利用，可附加蒸汽发电机23和蓄电池24，为全系统供电。控制柜、蒸汽发电机和蓄电池均为本领域常用技术与设备。
[0082]本发明进一步提供了上述炭化设备生产生物炭的方法，包括备料、上料、引燃、装炉、调温、出炭、封炉等步骤。
[0083]所述的备料是指将农林废弃生物质自然风干，将含水量控制在25%以下，并采用现有技术中的任何破碎方式将上述生物质加工粉碎，制成长轴5-lOcm的小块，或先破碎后风干或烘干。所述的农林废弃生物质是指玉米秸杆、玉米芯、花生壳、稻壳、稻草或生产用废弃食用菌基质中的一种或几种，但并不限于此。
[0084]所述的上料是指在全部设备准备就绪后，启动设备，物料沿着上料绞龙、烘干筒、干料绞龙进入炭化炉，堆积在炭化室底板上，至布风器底部为止。此时尾气燃烧装置22和26未工作。
[0085]所述的引燃是指将燃烧器内压放好的物料点燃。
[0086]所述的装炉是指在物料引燃后，继续将物送入炭化室内，至高于布风器顶部10-20cm为止。此时引风机未启动，观察孔处于打开状态。物料被点燃后，持续自燃，而后继续加料，至物料堆积到炭化炉颈部为止。每次追加物料的厚度为10-30厘米，优选为15-20厘米。也可根据炉体内的物料燃烧状况随时补充物料控制氧气供应量。
[0087]所述的调温是指当物料充分引燃后，当燃烧层高于最上一层观察孔后，关闭观察孔，此时启动引风机、喷淋水泵和尾气燃烧装置。根据热电偶观察物料受热状态，并据此关闭和打开观察孔，起到配风的作用。同时，工人在操作台上观察炭化炉内状况，用长杆拨动物料，或及时补充物料控制氧气供应量，保证炭化均匀。物料在亚高温条件下缺氧炭化，亚高温条件为温度260°C _450°C。优选为450°C。用加料厚度控制炉体内氧气供应量。
[0088]所述的出炭是指当燃烧层高于最上一层观察孔后，打开插板，启动刮板，使生物炭落到炭化炉底板上，并将其推送到出炭绞龙。同时，打开冷却水泵，用水箱中的水给炭桶内的生物炭降温并除尘。
[0089]当尾气未达到燃烧状态时，燃烧装置中的电阻丝持续工作，系统由蓄电池供电；当尾气被引燃时，燃烧装置中的电阻丝将自动断电，启动蒸汽发电机组给蓄电池和系统供电。
[0090]炭化工作结束后，可打开尾气净化系统中各组件的底部阀门，收集焦油和醋液；也可在炭化过程中打开冷却塔地部的阀门，同时收集焦油和醋液。
[0091]实施例1 一种组合式多联产生物质快速炭化炉
[0092]本实施例示例性描述了一种组合式多联产生物质快速炭化炉，包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统、尾气燃烧系统和电力与控制系统等5大部分。
[0093]料斗为矩形，边长不小于50cm ;上料绞龙为长度350cm的有轴绞龙；烘干筒直径100cm，长600cm，两侧架于框架上的滑轮组上，中间位置处设齿轮，由2.2KW的电机和速比15: I的减速机驱动；烘干筒内翅片长20cm，宽10cm，在筒体内沿螺旋线分布，螺距50cm，翅片与水平面夹角15° ;烘干筒外设有一层保温层，双层板中充填耐火水泥，内径110cm，外径115cm，上部设出气口两个，高30cm，直径15.9cm ;干料绞龙为长620cm的有轴绞龙；分料器为倒Y形，上部截面为长 40cm、宽15cm的矩形，下部截面为长40cm、宽20cm的矩形，下部截面与炭化炉侧壁颈部偏下位置相连；炭化炉直径180cm,高300cm,底座高100cm,底面为宽200cm，长460cm的矩形，与操作台的规格一致；炭化炉的保温层为耐火水泥，厚度8cm ;布风器底径90cm,高60cm,密布直径8mm的布风孔，由4条钢筋连接在炉壁上；卸料刮板为菱形放置的方钢，边长7cm,长度80cm ;保护罩上表面直径为30cm,下表面直径为50cm ；插板直径164cm,在半径方向开4个长50cm,宽15cm的矩形孔,星均匀分布形；插板两端各有一个长40cm,直径2cm的把手伸出炭化炉；炭化室底板直径164cm,在半径方向开4个长50cm,宽15cm的矩形孔,星均匀分布形；炭化炉底板与炭化室底板间的高度为15_20cm,优选为20cm ;炭化炉底板开有一处长50cm,宽20cm的矩形孔；观察孔为直径12cm的圆孔,设有孔盖，在炉体上分布两层，分别对应布风室的顶端和底部，每层6个；喷淋塔直径60cm，高度为110cm，冷却水管和喷淋水管直径2cm ;水箱高100cm、宽100cm，长340cm，进水管高度为距水箱底部90cm，水箱上表面有盖板；冷却塔为双层圆柱体结构，高180cm，外径80cm，内径70cm,中间夹层厚度为5cm,下有支架,夹层内充满水并与两个冷却塔顶端的直径80cm的水槽连通；冷却塔内部设直径2cm横管170根，长度依所处位置弦长而定，层间交错排列，并与夹层连通，冷却塔底部设开口，设有阀门，顶端设有安全阀和直径2cm的溢流管；除湿塔为单层圆柱体结构，高130cm,直径60cm,内有交错排列的挡板,挡板与水平面呈15°角，底部设开口，设有阀门，顶端设有安全阀；引风机功率2KW ;储气罐为单层圆柱状结构，高250cm,直径200cm。顶端设有直径15.9cm的排空筒和4个安全阀，偏上部侧壁上设有直径15.9cm排气管；尾气燃烧装置进气口直径8cm，与直径15.9cm的储气罐排气管相连，燃烧装置出气口处设电阻丝，功率2KW;包含进气管和出气管在内的联通管道均为内径15.9cm的不锈钢管，其余罐体为不锈钢板材制作，炭化炉为碳钢和铸钢制作；控制柜宽80cm，高120cm，液晶屏显示；热电偶为K型铠装热电偶。电力设备为20KW蒸汽发电机组；蓄电池为220V蓄电池组。
[0094]实施例2 —种组合式多联产生物质快速炭化炉
[0095]该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于不采用电力与控制系统，使用220V民用电驱动，手动开启电动机、电阻丝的电力供应。
[0096]实施例3 —种组合式多联产生物质快速炭化炉
[0097]该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于只使用一台炭化炉，分料器取消。
[0098]实施例4 一种组合式多联产生物质快速炭化炉
[0099]该实施例与实施例1大致相同，不同之处仅在于取消烘干预处理系统。
[0100]实施例5玉米芯颗粒炭示例性生产方法
[0101]本实施例以实施例1为基础，示例性描述了利用本发明提供的组合式多联产生物质快速炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括备料、上料、引燃、装炉、调温、出炭、封炉等步骤。
[0102]所述的备料是指将玉米芯自然风干，将含水量控制在25%以下，采用秸杆粉碎机将上述生物质加工粉碎，制`成长轴5-lOcm的小块。
[0103]所述的上料是指在全部设备准备就绪后，启动设备，物料沿着上料绞龙、烘干筒、干料绞龙进入炭化炉，堆积在炭化室底板上，至布风器底部为止。此时尾气燃烧装置22和26未工作。
[0104]所述的引燃是指将燃烧器内压放好的物料点燃。
[0105]所述的装炉是指在物料引燃后，继续将物送入炭化室内，至高于布风器顶部20cm为止。此时引风机未启动，观察孔处于打开状态。物料被点燃后，持续自燃，而后继续间歇式加料，至物料堆积到炭化炉颈部为止。每次追加物料的厚度为10-30厘米，优选为15-20厘米。也可根据炉体内的物料燃烧状况随时补充物料控制氧气供应量。
[0106]所述的调温是指当物料充分引燃后，当燃烧层高于最上一层观察孔后，关闭观察孔，此时启动引风机、喷淋水泵和尾气燃烧装置。根据热电偶观察物料受热状态，并据此关闭和打开观察孔，起到配风的作用。同时，工人在操作台上观察炭化炉内状况，用长杆拨动物料，或及时补充物料控制氧气供应量，保证炭化均匀。
[0107]所述的出炭是指当燃烧层高于最上一层观察孔后，打开插板，启动刮板，使生物炭落到炭化炉底板上，并将其推送到出炭绞龙。同时，打开冷却水泵，用水箱中的水给炭桶内的生物炭降温并除尘。
[0108]当尾气未达到燃烧状态时，燃烧装置中的电阻丝持续工作，系统由蓄电池供电；当尾气被引燃时，燃烧装置中的电阻丝将自动断电，启动蒸汽发电机组给蓄电池和系统供电。
[0109]炭化工作结束后，可打开尾气净化系统中各组件的底部阀门，收集焦油和醋液；也可在炭化过程中打开冷却塔地部的阀门，同时收集焦油和醋液。
[0110]实施例6花生壳炭示例性生产方法[0111]本实施例以实施例2为基础，示例性描述了利用本发明提供的组合式多联产生物质快速炭化炉生产花生壳炭的方法，包括备料、上料、引燃、装炉、调温、出炭、封炉等步骤，与实施例5基本相同，不同之处仅在于调温过程主要由工人在操作台上观察炭化炉内状况，控制观察孔，用长杆拨动物料，保证炭化均匀。
[0112]实施例7烟梗炭示例性生产方法
[0113]本实施例以实施例4为基础，示例性描述了利用本发明提供的组合式多联产生物质快速炭化炉生产烟梗炭的方法，包括上料、引燃、装炉、调温、出炭、封炉等步骤，与实施例5基本相同，不同之处仅在于烟梗含水量低，仅为10 %，不经过烘干预热系统也可以很好地完成炭化过程。
[0114]实施例8组合式多联产生物质快速炭化炉的技术效果
[0115]本实施例以实施例1为基础，示例性描述了本发明提供的组合式多联产生物质快速炭化炉及其生产的玉米芯炭。稳定运行后，该设备每24小时产出生物炭3-4吨。(图4)
[0116]应用该设备生产的生物炭很好地保留了原植物材料的细胞分室结构，比表面积由0.8m2 / g提高到2.3m2 / g,总孔体积由0.003ml / g提高到0.018ml / g,碳元素含量由42mg / kg提闻到80mg / kg。吸附性能的大幅提闻，为以生物炭为基质生广炭基缓释肥和土壤改良剂奠定了基础。(图5)
[0117]与专利号是ZL201110073104.1的中国发明专利所描述的简易颗粒炭化炉进行性能比较，结果如下表。
[0118]表1 性能比较表
[0119]
【权利要求】
1.一种组合式多联产生物质快速炭化设备，其特征在于包括烘干预处理系统、连续炭化系统、尾气净化系统和尾气燃烧系统: 所述烘干预处理系统，包括上料斗(I)、上料绞龙(2)、烘干筒进料斗(3)、烘干筒(4)、干料斗(7)和尾气燃烧装置(26);物料经上料斗、上料绞龙和烘干筒进料斗进入烘干筒，最后至干料斗； 所述连续炭化系统，包括炭化炉(11)、出炭绞龙(12)、炭桶(13)； 所述尾气净化系统，包括水箱(9)、喷淋塔(17)、冷却塔(18)、除湿塔(19)和储气罐(21);炭化炉产生的尾气依次经过喷淋塔(17)、冷却塔(18)、除湿塔(19)进入储气罐(21)； 所述尾气燃烧系统，包括尾气燃烧装置，由电阻丝引燃，用于烘干筒供热和尾气净化处理。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于所述炭化炉(11)为圆柱体形，包括炉体(T2)、布风器(T4)、排气管(T5)、保护罩(T6)、卸料刮板(T7)、插板(T8)、炭化室底板(T9)、炭化炉底板(T11)、轴及联轴器(T12)、电动机(T13)； 布风器(T4)为圆锥体结构，通过底座与排气管(T5)相连；保护罩(T6)为下粗上细的截圆锥形，固定在轴及联轴器(T12)的顶端；卸料刮板(T7)由保护罩(T6)加强并连接在轴及联轴器(T12)上；插板(T8)为圆形结构，两端各有一个把手伸出炭化炉，便于以轴(T12)为中心开启或闭合；炭化室底板(T9)固定在炉壁上，当推动插板(T8)的把手，插板转动，卸料刮板(T7)可推动生物炭离开炭化室，落到炭化炉底板(Tll)上；电动机(T13)连接在轴及联轴器(T12)上。`
【文档编号】C10B53/02GK103773404SQ201410016121
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】陈温福, 刘金, 孟军 申请人:陈温福