一种卧式生物质连续式炭化炉的制作方法

本发明涉及生物质炭化技术领域，尤其涉及一种卧式生物质连续式炭化炉。

背景技术：

生物质能是继煤、石油、天然气之后的第四大能源，具有清洁、可再生、分布广泛、总量丰富、二氧化碳“净零排放”等优点，在能源利用与环境保护方面具有独特的优势；同时也存在能量密度低、运输成本高、利用设备不完善等问题，给收集、运输、存储和利用带来了一定的困难。

作为生物质热化学转化技术的一种，生物质炭化技术是指切碎或成型后的生物质原料在绝氧或低氧环境下被加热升温引起分子内部分解形成生物炭、生物油和不可冷凝气体产物的过程。生物炭可作为高品质能源、土壤改良剂，也可作为还原剂、肥料缓释载体和二氧化碳封存剂等，已广泛应用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等领域。其可在一定程度上为气候变化、环境污染和土壤功能退化等全球关切的热点问题提供解决方案。

中国具有悠久的烧炭历史，最早的炭化装置是以窑的形式出现，一般以土窑或砖窑为反应装置，将生物质原料如杂草、秸秆、枯枝、落叶等填入窑中，由窑内燃料燃烧提供炭化过程所需热量，然后将窑封闭，生物质在缺氧环境下被闷烧，并在窑内进行缓慢冷却，最终制成炭。但这种制炭方式存在炭化周期长、炭化过程难以控制、炭质量不稳定等问题。而目前市场上常见的生物质炭化炉结构复杂、体积庞大，造价十分昂贵，除此之外还存在炭化周期长、炭化温度不易准确控制、产量低、不能连续热解炭化、炭化后产生的焦油处理难等缺点。

技术实现要素：

本发明所需解决的技术问题是：提供一种能连续热解炭化、炭化速度快、炭化充分、炭化温度控温准确的卧式生物质连续式炭化炉。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述的一种卧式生物质连续式炭化炉，包括：机架，在机架上横卧设置有炉体，所述的炉体为由具有封闭内腔的内炉体和具有封闭内腔的外炉体构成的夹套式双层炉体；内炉体穿插于外炉体的封闭内腔中，且内炉体前端密封穿过外炉体前端面上的通孔后伸出外炉体外，在伸出外炉体前端面外的内炉体顶部侧壁上开设有与内炉体的封闭内腔连通的物料进料口，进料装置的出料口与物料进料口密封连通；内炉体后端密封穿过外炉体后端面上的通孔后伸出外炉体外，在伸出外炉体后端面外的内炉体底部侧壁上开设有与内炉体的封闭内腔连通的混合出口，储炭室顶部的混合进口与混合出口密封连通，出料装置的进料口与储炭室底部的生物炭出口密封连通，在储炭室顶部还设置有带过滤结构的顶部出气口，引风机的进气口与顶部出气口密封连通；绞龙轴通过轴承密封穿插设置于内炉体的封闭内腔中，绞龙轴前端密封穿过内炉体前端面上的通孔后与驱动装置连接，在驱动装置的驱动下，绞龙轴转动、从而推动位于内炉体的封闭内腔中的生物质原料由前向后输送；在外炉体前端底部侧壁上开设有第二出气口，第二出气口与内炉体与外炉体之间形成的夹层连通；在外炉体后段部分的底部侧壁上由后向前间隔开设有至少二个第一进气口，各第一进气口均与内炉体与外炉体之间形成的夹层连通，在每个第一进气口处的机架上均对应设置有燃烧室，在每个燃烧室顶部均设置有与燃烧室内腔连通的第二出气口，各燃烧室的第二出气口均与对应第一进气口密封连通；在每个燃烧室侧壁均设置有主燃烧器，主燃烧器的喷嘴密封穿过燃烧室侧壁上的通孔后伸入燃烧室内腔中，引风机的出气口通过管路分别与各主燃烧器的进气口密封连通；在每个燃烧室侧壁上均设置有与燃烧室内腔连通的连接口，辅助燃烧器的喷嘴密封穿过连接口伸入燃烧室内腔中；在每个燃烧室底部均设置有与燃烧室内腔连通的第二进气口，在机架上还设置有风机，风机的出风口与第一管路的进气口连接，在第一管路上设置有与燃烧室数量一致、并与各燃烧室的第二进气口对应匹配的第三出气口，各第三出气口分别与对应第二进气口密封连通；在第一管路上设置有分支管路，分支管路与第二管路侧壁上的进气口密封连通，在第二管路上设置有与燃烧室数量一致、并与燃烧室的各辅助燃烧器的进风口对应匹配的第四出气口，各第四出气口分别与对应辅助燃烧器的进风口密封连通，在分支管路上还设置有阀门；在每个燃烧室底部侧壁上均开设有出灰口，盖板密封封盖于出灰口处。

进一步地，前述的一种卧式生物质连续式炭化炉，其中，在内炉体与外炉体之间形成的夹层中设置有由后向前呈螺旋状设置的第一螺旋状引流板，各燃烧室内腔中产生的高温烟气通过各第一进气口进入夹层中后、沿第一螺旋状引流板呈螺旋状由后向前流动，与位于内炉体的封闭内腔中的生物质原料进行间隔换热后从第一出气口排出。

进一步地，前述的一种卧式生物质连续式炭化炉，其中，在外炉体后段部分的底部侧壁上由后向前间隔开设有二个第一进气口。

进一步地，前述的一种卧式生物质连续式炭化炉，其中，所述的进料装置的结构包括：进料仓和横卧设置的进料绞龙，进料仓底部出口为进料装置的出料口，进料绞龙的出料口密封穿过进料仓侧壁上的通孔后伸入进料仓中。

进一步地，前述的一种卧式生物质连续式炭化炉，其中，所述的出料装置为出料绞龙，出料绞龙的外壳体为夹套式双层壳体，在外壳体的夹层中还设置有由前向后、呈螺旋状设置的第二螺旋状引流板；在位于出料绞龙的进料口端的外壳体上设置有与外壳体的夹套相连通的进口，在位于出料绞龙的出料口端的外壳体上设置有与外壳体的夹套相连通的出口；冷媒介质通过进口进入外壳体的夹层中后、沿第二螺旋状引流板呈螺旋状由前向后流动，与位于出料绞龙中的生物炭进行间接换热后从出口排出。

本发明的有益效果是：①生物质炭化产生的高温可燃气体与生物炭一起从炉体的混合出口输出至储炭室，高温可燃气体为储炭室中未充分炭化的生物炭提供热量，使其进一步充分炭化，从而得到高品质、性能稳定的生物炭；②能很好地掌控内炉体的封闭内腔中的温度，当内炉体的封闭内腔中的温度过高时，通过风机为对应燃烧室内腔内补充外部空气来降低燃烧产生的高温气体的温度，防止内炉体的封闭内腔中的生物质原料因过热而烧毁；③物质原料炭化产生的可燃气体进入燃烧室内腔中燃烧，将生物质炭化过程中产生的焦油燃烧掉，因而无焦油、无污水排放，彻底解决炭化过程中焦油处理难、污水排放污染等问题。

附图说明

图1是本发明所述的一种卧式生物质连续式炭化炉的结构示意图。

图2是图1中的局部放大结构示意图。

图3是本发明所述的卧式生物质连续式炭化炉的内部结构示意图。

图4是图3中的局部放大结构示意图。

图5是炉体的内部结构示意图。

图6是绞龙轴通过轴承穿插于内炉体的封闭内腔中的结构示意图。

图7是出料装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

如图1和图3所示，本实施例所述的一种卧式生物质连续式炭化炉，包括：机架1，在机架1上横卧设置有炉体2，所述的炉体2为由具有封闭内腔210的内炉体21和具有封闭内腔220的外炉体22构成的夹套式双层炉体，在外炉体22的外表面上包裹有耐火层和保温层。内炉体21穿插于外炉体22的封闭内腔220中，且内炉体21的前端密封穿过外炉体22的前端面上的通孔后伸出外炉体22外，在伸出外炉体22前端面外的内炉体21的顶部侧壁上开设有与内炉体21的封闭内腔210连通的物料进料口211，进料装置3的出料口与物料进料口211密封连通。内炉体21的后端密封穿过外炉体22的后端面上的通孔后伸出外炉体22外，在伸出外炉体22后端面外的内炉体21的底部侧壁上开设有与内炉体21的封闭内腔210连通的混合出口212，储炭室4的顶部的混合进口41与混合出口212密封连通，出料装置5的进料口与储炭室4底部的生物炭出口42密封连通。

如图6所示，绞龙轴6通过轴承密封穿插设置于内炉体21的封闭内腔210中，绞龙轴6的前端密封穿过内炉体21的前端面上的通孔后与驱动装置61连接，在驱动装置61的驱动下，绞龙轴6转动、从而推动位于内炉体21的封闭内腔中的生物质原料由前向后输送。驱动装置61可以采用驱动电机。

如图1和图2所示，在储炭室4顶部还设置有带过滤结构的顶部出气口43，市面上的过滤结构多种多样，这里过滤结构采用固体、粉尘无法通过、而气体能通过的过滤结构即可。引风机7的进气口与顶部出气口43密封连通。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，在外炉体22的前端底部侧壁上开设有第一出气口221，第一出气口221与内炉体21与外炉体22之间形成的夹层连通。在外炉体22的后段部分的底部侧壁上由后向前间隔开设有至少二个第一进气口222，本实施例中优选在外炉体22后段部分的底部侧壁上由后向前间隔开设有二个第一进气口222，以提高传热效果，同时使整个内炉体21的封闭内腔210布热更加均匀，提高炭化速度。各第一进气口222均与内炉体21与外炉体22之间形成的夹层连通。在每个第一进气口222处的机架1上均对应设置有燃烧室8，在每个燃烧室8顶部均设置有与燃烧室内腔80连通的第二出气口81，各燃烧室8的第二出气口81均与对应第一进气口222密封连通；在每个燃烧室8的侧壁上均设置有主燃烧器82，主燃烧器82的喷嘴密封穿过燃烧室8侧壁上的通孔后伸入燃烧室内腔80中，引风机7的出气口通过管路71分别与各主燃烧器82的进气口密封连通。

如图4和图5所示，在每个燃烧室8的侧壁上均设置有与燃烧室内腔80连通的连接口83，辅助燃烧器86的喷嘴密封穿过连接口83伸入燃烧室内腔80中；在每个燃烧室8的底部均设置有与燃烧室内腔80连通的第二进气口85，在机架1上还设置有风机105，风机105的出风口与第一管路101的进气口连接，在第一管路101上设置有与燃烧室8的数量一致、并与各燃烧室8的第二进气口85对应匹配的第三出气口100，各第三出气口100分别与对应第二进气口85密封连通。在第一管路101上设置有分支管路103，分支管路103与第二管路106侧壁上的进气口密封连通，在第二管路106上设置有与燃烧室8的数量一致、并与燃烧室8的各辅助燃烧器86的进风口对应匹配的第四出气口102，各第四出气口102分别与对应辅助燃烧器86的进风口密封连通，在分支管路103上还设置有阀门104。

通常还可以在炉体2上设置若干用于测量内炉体21的封闭内腔210中的温度的温度传感器，通过温度传感器了解生物质炭化温度。而风机105的设置能使使用者很好地掌控内炉体21的封闭内腔210中的温度。当卧式生物质连续式炭化炉正常工作高温炭化产生可燃气体后，阀门104是处于关闭状态，此时各辅助燃烧器86处于非工作状态，各主燃烧器82处于工作状态。当内炉体21的封闭内腔210中的温度过高时，启动风机105，通过风机105为对应燃烧室内腔80内补充外部空气来降低燃烧产生的高温气体的温度，防止内炉体21的封闭内腔210中的生物质原料因过热而烧毁，保证炭化质量。

在每个燃烧室8底部侧壁上均开设有出灰口84，盖板密封封盖于出灰口85处。

如图5所示，本实施例中，在内炉体21与外炉体22之间形成的夹层中设置有由后向前、呈螺旋状设置的第一螺旋状引流板23，各燃烧室内腔80中产生的高温烟气通过各第一进气口222进入夹层中后、沿第一螺旋状引流板23呈螺旋状由后向前流动，与位于内炉体21的封闭内腔中的生物质原料进行间隔换热后从第一出气口221排出。第一螺旋状引流板23的设置延长了高温烟气与生物质原料间接换热的时间，极大的提高了热交换效率，生物质原料炭化速度快、炭化充分。

如图6所示，所述的进料装置3的结构包括：进料仓32和横卧设置的进料绞龙31，进料仓32底部出口为进料装置3的出料口，进料绞龙31的出料口密封穿过进料仓32侧壁上的通孔后伸入进料仓32中。

如图7所示，所述的出料装置5为出料绞龙，出料绞龙的外壳体为夹套式双层壳体，在外壳体的夹层51中还设置有由前向后、呈螺旋状设置的第二螺旋状引流板9；在位于出料绞龙的进料口端52的外壳体上设置有与外壳体的夹套相连通的进口，在位于出料绞龙的出料口端53的外壳体上设置有与外壳体的夹套相连通的出口；冷媒介质通过进口进入外壳体的夹层51中后、沿第二螺旋状引流板9呈螺旋状由前向后流动，与位于出料绞龙中的生物炭进行间接换热后从出口排出。冷媒介质可以采用冷却水、蒸汽等冷媒介质。进入出料绞龙中的生物炭温度通常在500℃以上，而蒸汽温度通常只有100℃左右，因而蒸汽也可以作为冷媒介质。第二螺旋状引流板9的设置延长了冷媒介质与生物炭间接换热的时间，极大的提高了热交换效率，生物炭冷却效果好。

上述卧式生物质连续式炭化炉的工作过程原理如下：生物质原料通常采用呈颗粒状、切割成条状的生物质原料，生物质原料经进料绞龙31、进料仓32、物料进料口211源源不断地进入内炉体21的封闭内腔210中，在驱动装置61的驱动下，绞龙轴6转动、从而推动源源不断进入内炉体21的封闭内腔中的生物质原料由前向后输送。

卧式生物质连续式炭化炉启动的初始阶段需要往各燃烧室内腔80中引入可燃物，这里可燃物采用天然气，打开阀门104，启动风机105，为各辅助燃烧器86补充空气，并使辅助燃烧器86的进气口与天然气气源连通，通过燃烧天然气产生高温烟气，当卧式生物质连续式炭化炉正常工作高温炭化产生可燃气体后，关闭风机105、关闭阀门104，关闭各辅助燃烧器86，启动各主燃烧器82，此时可通过燃烧生物质高温炭化产生的可燃气体来产生高温烟气，而无需再借助辅助燃烧器86。当内炉体21的封闭内腔210中的温度过高时，启动风机105，通过风机105为对应燃烧室内腔80内补充外部空气来降低燃烧产生的高温气体的温度，防止内炉体21的封闭内腔210中的生物质原料因过热而烧毁，保证炭化质量。

各燃烧室内腔80中燃烧产生的高温烟气通过第二出气口81、对应第一进气口222进入夹层中后、沿第一螺旋状引流板23呈螺旋状由后向前流动，与位于内炉体21的封闭内腔210中的由前向后输送的生物质原料进行间隔换热后从第一出气口221排出。与高温烟气进行间隔换热的生物质原料吸热、高温炭化产生生物炭和可燃气体，生物炭和高温可燃气体一起从内炉体21的混合出口212输出至储炭室4，高温可燃气体为储炭室4中未充分炭化的生物炭提供热量，使其进一步充分炭化，从而得到高品质、性能稳定的生物炭，生物炭经生物炭出口42、出料绞龙输送及冷却后从出料绞龙的出料口端输出。可燃气体则在引风机7的作用下经管路71分别进入各燃烧室8的燃烧器82中后，喷入燃烧室内腔80中燃烧，产生高温烟气。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。

本发明的优点是：①生物质炭化产生的高温可燃气体与生物炭一起从炉体的混合出口41输出至储炭室4，高温可燃气体为储炭室4中未充分炭化的生物炭提供热量，使其进一步充分炭化，从而得到高品质、性能稳定的生物炭；②能很好地掌控内炉体21的封闭内腔210中的温度，当内炉体21的封闭内腔210中的温度过高时，通过风机105为对应燃烧室内腔80内补充外部空气来降低燃烧产生的高温气体的温度，防止内炉体21的封闭内腔210中的生物质原料因过热而烧毁；③物质原料炭化产生的可燃气体进入燃烧室内腔80中燃烧，将生物质炭化过程中产生的焦油燃烧掉，因而无焦油、无污水排放，彻底解决炭化过程中焦油处理难、污水排放污染等问题。