一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉的制作方法

本发明涉及一种生产生物质燃气的设备，尤其涉及一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉。

背景技术：

我国生物质能源及其丰富，包括秸秆、木屑、刨花、锯末、甘蔗渣等，通常采用直接燃烧的方式进行利用，燃烧利用率低，浪费了宝贵的能源物质，并且燃烧过程中产生一氧化碳、氮氧化物以及粉尘等，造成大气污染。随着生物质能源的研究和开发，可以通过裂解气化产生可燃气体来实现生物质原料的利用，而炭化炉则是实现该用途的主要设备。

目前现有技术炭化炉多为燃烧炭化炉，存在以下弊端：生物质原料与明火接触，造成生物质原料部分甚至大量燃烧，导致生物质炭；裂解气化反应时间有限，生物质原料燃料反应不充分，造成原料的浪费；反应过程中的温度难以控制，造成气化效率低下，产生的可燃气体热值低；裂解气化过程中产生大量焦油，导致烟气治理困难，二次污染严重；炭化炉的生物质原料适用范围比较单一等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉，通过炭化炉内部传送旋转轴结构设计配合第一加热装置以及第二加热装置，实现炭化炉能适应多种生物质原料裂解气化，并避免生物质原料与明火的接触；炭化炉炉体内实现焦油的二次充分裂解，收集大量高质量燃气；温度监测装置与第一加热装置以及第二加热装置的配合实现裂解气化过程中的温度时时监测与调控；同时螺旋推进式电加热生物质炭化炉结构设计巧妙简单，减小设备布置占用空间。

为了解决上述问题，本发明提供了一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉，包括炉体，炉体内部设置有气化腔室，且开设有与气化腔室连通的进料口、卸渣口、燃气出口；沿炉体内壁设置有第一夹层，第一夹层内布置有第一加热装置。传送旋转轴，传送旋转轴同轴设置在炉体内部，且其两端与炉体旋转密封连接；传送旋转轴内部设置有内腔，外部设置有螺旋叶片；沿内腔设置有第二 夹层，第二夹层内布置有第二加热装置；传送旋转轴上开设有连通内腔与气化腔室的至少一个导热孔。第一驱动装置，第一驱动装置与传送旋转轴连接，驱动传送旋转轴在炉体内部旋转。

进一步的，还包括焦油吸附装置，焦油吸附装置布置在内腔内，用于吸附沿导热孔流入内腔的焦油。

进一步的，还包括燃气收集装置，燃气收集装置与燃气出口连接，用于收集气化腔室内气化产生的燃气。

进一步的，第一加热装置与第二加热装置为电加热管。

进一步的，螺旋叶片由进料口至落渣口方向布置由密到疏。

进一步的，第二夹层内还布置有防漏装置，防止生物质物料经导热孔进入内腔。

进一步的，炉体的内表面还附着有保温层。

进一步的，还包括螺旋上料机，螺旋上料机下部设有上料口；上部设有出料口，出料口与进料口连接；顶部开有蒸汽出口；内部安装有上料螺旋轴，上料螺旋轴由第二驱动装置驱动。

进一步的，焦油吸附装置包括芯轴以及吸附层，芯轴同轴设置在传送旋转轴内部，吸附层沿芯轴外表面均匀敷设。

进一步的，还包括深入所述气化腔室内部的温度监测装置，温度监测装置对气化腔室内部温度时时监测；温度监测装置与第一加热装置以及第二加热装置组成温度调节装置。

本发明的一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉，具有以下有益效果：

1、通过传送旋转轴的结构设计，配合第一加热装置以及第二加热装置，使得炭化炉能够适应多种生物质原料的裂解气化，并避免了生物质原料与明火接触，芯部与外部同时加热使得生物质原料受热更加均匀。

2、裂解气化过程中产生的焦油沿螺旋叶片流向传送旋转轴，并且部分进入内腔，焦油在第二加热装置的高温作用下可实现二次裂解。

3、焦油吸附装置可有效吸附沿导热孔进入内腔的焦油，延长了焦油处于高温区的时间，使得焦油二次裂解更为充分。

4、本发明的一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉结构设计巧妙简单，设备 布置占用空间小，且制造成本较低。

5、裂解气化产生的燃气依次经除尘除焦设备、洗涤器、冷凝器处理，可收集高质量燃气。

6、螺旋叶片由进料口至卸渣口方向布置由密到疏，有效延长了生物质原料裂解气化的反应时间，提高了生物质原料利用率。

7、温度监测装置对炭化炉内部反应温度时时监测，温度监测装置与第一加热装置以及第二加热装置组成温度调节装置，对反应温度时时监测、调节，保证了反应温度始终维持在工艺要求范围内。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉主视图；

图2为本发明传送旋转轴内部结构示意图(一)；

图3为本发明传送旋转轴内部结构示意图(二)；

图4为本发明传送旋转轴结构示意图(一)；

图5为本发明传送旋转轴结构示意图(二)；

图6为本发明传送旋转轴结构示意图(三)；

图中：11-炉体、111-进料口、112-卸渣口、113-燃气出口、114-第一夹层、12-气化腔室、13-第一加热装置、14-传送旋转轴、141-内腔、142-螺旋叶片、143-第二夹层、144-第二加热装置、145-导热孔、146-防漏装置、15-第一驱动装置

21-控制阀门、22-引风机、23-除尘除焦设备、24-洗涤器、25-冷凝器、26-燃气收集箱

3-焦油吸附装置、31-芯轴、32-吸附层

4-螺旋上料机、41-上料口、42-出料口、43-蒸汽出口、44-上料螺旋轴、45-第二驱动装置、451-变向机构、452-电机

5-温度监测装置

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、图2所示，本实施例的推一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉，包括炉体11，炉体11内部设置有气化腔室12，且开设有与气化腔室12连通的进料口111、卸渣口112、燃气出口113；沿炉体11内壁设置有第一夹层114，第一夹层114内布置有第一加热装置13。传送旋转轴14，传送旋转轴14同轴设置在炉体11内部，且其两端与炉体11旋转密封连接；传送旋转轴14内部设置有内腔141，外部设置有螺旋叶片142；沿内腔141设置有第二夹层143，第二夹层143内布置有第二加热装置144；传送旋转轴14上开设有连通内腔141与气化腔室12的至少一个导热孔145。第一驱动装置15，第一驱动装置15与传送旋转轴14连接，驱动传送旋转轴14在炉体11内部旋转。

具体的，炉体11以及传送旋转轴14均可以为圆筒结构，其中在炉体11及传送旋转轴14的两端的位置设置旋转轴承副，以实现两者之间的旋转密封连接，旋转轴承副的具体结构和尺寸不做具体限定，本领域技术人员可以根据需要选用与设计。炉体11、传送旋转轴14与两组旋转轴承副之间限定的空间为气化腔室12，螺旋叶片142全部处在此气化腔室12内，生物质原料在气化腔室12内进行裂解气化过程。进料口111设置于炭化炉一端的上部，卸渣口112位于炭化炉另一端的下部，燃气出口113位于卸渣口112的一侧。螺旋叶片142旋转工作时，螺旋叶片142带动生物质原料由进料口111位置前往卸渣口112位置。第一夹层114沿炉体11内壁设置，第一夹层114内布置第一加热装置13，第一加热装置对生物质原料外部进行加热；第二夹层143沿内腔141腔壁设置，第二夹层143内布置第二加热装置144，第二加热装置144对生物质原料芯部进行加热，第一加热装置13与第二加热装置144的配合，使得生物质原料受热更为均匀。传送旋转轴14的一端伸出炉体11外，第一驱动装置15与该伸出部分连 轴，第一驱动装置15可以为驱动电机加减速机的组合，本发明不做具体限定。

下面结合上述实施例以及附图，对上述实施例的螺旋推进式电加热生物质炭化炉使用方法做以下说明：

炭化炉初始运转时，第一加热装置13以及第二加热装置144同时对气化腔室12加热，当气化腔室12内部的温度达到工艺要求时，将生物质原料由进料口111投入炭化炉气化腔室12进行气化，此时传送旋转轴14按照工艺要求速度旋转带动生物质原料向卸渣口112运动，同时生物质原料在运动的过程中进行气化。当生物质原料随传送旋转轴14运行至卸渣口112时完成气化过程，产生的炉渣由卸渣口112落出，产生的燃气由燃气出口113引出。本发明的炭化炉运行后，气化过程中气化腔室12内产生的焦油可沿螺旋叶片142流向传送旋转轴14，并且部分经导热孔145进入内腔141，由于靠近第二加热装置144，焦油处在高温区，焦油在高温作用下可实现二次裂解，使得收集的燃气质量更高。

在本发明的一些实施例中，对导热孔145的形式进行了单独设计，具体的，导热孔145可以为均匀或不均匀分布在传送旋转轴14上且避开螺旋叶片142的条形孔、圆孔、椭圆孔等，具体的孔形状本发明不做具体限定。优选导热孔145为条形孔，导热孔145的宽度，本领域的技术人员可以根据具体需要确定。具体的，如图2、图4、图6所示，导热孔145为螺旋开设在传送旋转轴14上的螺旋导热孔，且导热孔145不是连续的，为沿螺旋线间隔开设，间隔距离根据工艺需要设定；或者为如图5所示，导热孔在传送旋转轴14上沿圆周均匀或不均匀开设的圆弧导热孔，导热孔145的开设数量，本发明不做具体限定。对于导热孔145其他具体形状及开设位置本发明不再一一介绍，均属于本发明的保护范围。导热孔145的开设使得第二加热装置144对传送旋转轴14加热时，加快了热量向气化腔室12的传递速度。

进一步的，如图1、图2、图3所示，第一加热装置13与第二加热装置144为电加热管。电加热管在耐高温不锈钢无缝管内均匀地分布高温电阻丝，在空隙部分致密地填入导热性能和绝缘性能均良好的结晶氧化镁粉，这种热效率高，而且发热均匀效率高；另外也可以选择红外线加热管，以辐射的方式将能量传递到传送旋转轴14或者生物质原料，加热速度快，热效率很高，且不会有任何污染性物质产生，是一种非常清洁环保的加热方式，同时因为灯丝的热惯性很 小，便于实现快速精确的温度控制，第一加热装置13以及第二加热装置144可以根据生产的具体需要选择，本发明不做具体限定，均属于本发明保护范围。采用电加热方式可以避免生物质原料与明火接触，造成生物质原料部分或者大量燃烧，造成浪费。

本在发明的一些实施例中，螺旋叶片142由进料口111至落渣口112方向由密到疏布置。由于生物质原料裂解气化主要集中在气化腔室12的前部，即进料口111方向，此处螺旋叶片142布置密集可以有效加长生物质原料在气化腔室12内停留时间，使得生物质原料裂解气化更为充分，提高生物质原料利用率。

在本发明的一些实施例中，还包括焦油吸附装置，焦油吸附装置布置在内腔内，用于吸附沿导热孔145流入内腔的焦油。具体的，裂解气化过程中产生的焦油经导热孔145进入内腔141被焦油吸附装置吸附，避免焦油在传送旋转轴14旋转过程中再次经导热孔145流出，有效延长了焦油处在高温区的时间，使得焦油的二次裂解更为彻底。

在本发明的一些实施例中，对焦油吸附装置进行了单独设计，如图3所示，焦油吸附装置包括芯轴31以及吸附层32，芯轴31同轴设置在传送旋转轴14内部，吸附层32沿芯轴31外表面均匀敷设。具体的，芯轴31为空心轴或实心轴均可，芯轴31与传送旋转轴14同轴布置，芯轴31两端分别与传送旋转轴14两端固定连接，随传送旋转轴14一起旋转，也可以通过轴承副与传送旋转轴14旋转连接，具体的连接方式以及其他布置情况本发明不做具体限定，均属于本发明保护范围；吸附层32可以选用膨胀石墨、活性炭、合成沸石、介孔复合材料等耐高温吸附材料，吸附层32的厚度以及配合的芯轴31尺寸本领域技术人员可根据具体情况进行设计。

进一步的，第二夹层143内还布置有防漏装置146，防止生物质原料经导热孔145进入内腔141，在内腔141内积聚。具体的，防漏装置146可以为网状结构，如钢丝网。防漏装置146的设置使得炭化炉可以适应多种生物质原料，例如：秸秆、木屑、刨花、锯末、甘蔗渣、生活垃圾、城市污泥等。

在上述所有实施例的基础上，本发明的一种螺旋推进式电加热生物质炭化炉还包括螺旋上料机4，如图1所示，螺旋上料机4下部设有上料口41；上部设有出料口42，出料口42与进料口111连接；顶部开有蒸汽出口43；内 部安装有上料螺旋轴44，上料螺旋轴44由第二驱动装置驱动45；螺旋上料机4内表面还依次设置有保温层以及电加热层。

具体的，生物质原料由上料口41进入螺旋上料机4，出料口42高于炭化炉进料口111，出料口42与进料口111通过管道连通，生物质原料由螺旋上料机4上料后经管道进入炭化炉气化腔室12；上料螺旋轴44的下端伸出螺旋上料机4与变向机构451输出轴连接，变向机构451输入轴连接电机452，带动上料螺旋轴44旋转，完成生物质原料的上料过程；在生物质原料的上料过程中，电加热层不断对生物质原料进行加热干燥，且实现生物质原料在高温状态下进入炭化炉，避免了对炭化炉内部温度的影响，加热过程中产生的气体由蒸汽出口43排出。

进一步的如图1所示，还包括燃气收集装置，燃气收集装置与燃气出口113连接，用于收集气化腔室12内气化产生的燃气。其中燃气收集装置由燃气出口113方向依次设置有控制阀门21、引风机22、除尘除焦设备23、洗涤器24、冷凝器25以及燃气收集箱26。具体的控制阀门21为了安全起见可选用电磁防爆闸阀；引风机22的具体型号，本领域技术人员可以根据具体燃气产生量进行选择；除尘除焦设备23用钢板制成，且宜选用具有防爆功能的除尘除焦设备；洗涤器24同样可用钢板制成，内部装有喷淋装置以及供水循环装置；燃气收集箱26用于燃气的收集，燃气收集箱26上可开设燃气引出口，便于燃气引出利用。

具体的，打开燃气收集装置的控制阀门21及引风机22，生物质原料裂解气化产生的燃气在引风机22的作用下依次经除尘除焦设备23、洗涤器24、冷凝器25处理后，由燃气收集箱26收集。

进一步的，炭化炉炉体11的内表面还附着有保温层，具体的可采用耐高温陶瓷纤维棉、硅酸铝纤维等，本发明不作具体限定。

进一步的，还包括深入气化腔室12内部的温度监测装置5，对气化腔室12内部温度时时监测；温度监测装置5与第一加热装置13以及第二加热装置144组成温度调节装置，可以保证气化温度始终维持在工艺要求范围内，始终产生高热值燃气，提高生物质原料利用率，降低生产成本。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的 普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。