一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法

一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法
【專利摘要】本發明公開了一種組合式多聯產生物質快速炭化設備，包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統、尾氣燃燒系統和電力與控制系統等5部分。農林廢棄生物質通過烘干預處理系統預熱并干燥，再進入連續炭化系統，在亞高溫缺氧條件下轉化為生物炭，經由帶有插板的炭化室底板和絞龍自動出炭。炭化過程產生的可燃氣經尾氣凈化系統實現氣液分離和氣固分離，并最終進入尾氣燃燒系統引燃。所產生的熱能供烘干預處理系統或含有蒸汽發電機和蓄電池的電力與控制系統使用，實現能源循環利用。
【專利說明】一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農業機械領域，特別涉及一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法。
【背景技術】
[0002]我國是農業大國，年產作物秸桿等廢棄資源總量超過7億噸，其中有近一半被丟棄或就地焚燒，不僅造成了生物質資源的嚴重浪費，破壞了土壤結構、使耕地生產能力下降，還導致了嚴重的環境污染，威脅交通運輸和人們的生產、生活安全。
[0003]生物質炭化，特指將生物質轉變為生物炭的過程，秸桿炭化還田即是將秸桿等低值農林廢棄資源通過炭化技術制備成生物炭并返還土壤，可有效增加土壤輸入，提高土壤質量，對促進農業循環可持續發展具有重要的現實意義(陳溫福，等.生物炭應用技術研究.中國工程科學.2011，13 (2):83-89;孟軍，等.農林廢棄物炭化還田技術的發展與前景.沈陽農業大學學報.2011，42 (4):387-392)。
[0004]在炭化過程中，不僅可以得到生物炭，還同時產出可燃氣體、木焦油和醋液等，如能加以多元化開發利用，可以在很大程度上解決可持續發展、節能降耗、環境保護與治理等領域面臨的復雜問題，有助于構建低碳高效經濟發展模式，對保障國家環境、能源、糧食安全意義重大。
[0005]目前，國內外普遍采用的炭化設備和生產模式主要有兩種。一種是應用大型生產設備進行大規模集中炭化；另一種是應用簡易制炭設備在原料產地就地或就近小批量炭化。前者的問題在于，大規模集中生產對原料的需求量非常大，而這些原料往往是低值的農林業廢棄生物質,分布廣、密度低,收儲運環節成本高昂。同時,大規模生產往往對應大量的基礎設施建設，例如土建工程等，投資量大，一旦落成就難以移動。大型化設備集中生產對原料的旺盛需求必將影響其`價格，而原料價格反過來則可能對生產廠家形成巨大沖擊。當原料價格上漲超出其承受空間時，大型工廠難以及時調整，很可能面臨停工停產的不利局面。后者的問題在于，簡便的制炭設備對勞動力需求較大，而且生產條件比較艱苦，還可能因缺乏有效的環保設備或措施而對環境產生較大影響。因此，迫切需要一種可移動、高效環保的生產設備。
[0006]針對上述需求，本發明提供了一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法。用本發明生產的生物炭很好地保留了原有生物質的微米級孔隙結構，并增加了大量納米級孔隙，表現出良好的吸附性能，且原料炭化均勻，無夾生炭。同時，生產過程半自動化，節省了勞動力，改善了勞動環境，尤其是在出炭環芐基本實現了連續和自動化，降低了勞動強度、提高了生產效率。通過尾氣燃燒，該設備不但消減了 0)、氏和014等可燃氣體排放，更就地利用余熱烘干物料，不僅放寬了對原料含水量的要求，也進一步開闊了該設備的適用范圍。在炭化過程中，實現了液態熱解產物完全回收，杜絕了環境污染，也為后續深加工提高經濟效益奠定了基礎。本發明提供的炭化設備采用分體組合式的設計，裝卸方便，易于運輸，而且產能適中，與農林廢棄資源分布特點匹配。[0007]本發明提供的一種組合式多聯產生物質快速炭化設備及其制炭方法，可大量吸納秸桿等農林廢棄生物質，消減面源污染，實現低值資源高值化利用，具有清潔、環保、高效、低耗等特征，符合循環經濟發展需求，對于農業可持續發展具有重要意義，應用前景廣闊。

【發明內容】

[0008]為了克服現有炭化設備在可移動性、環保和生產效率上的不足，本發明提供一種組合式多聯產生物質快速炭化設備，包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統、尾氣燃燒系統和電力與控制系統等5大部分。具體而言，本發明解決了尾氣排放與余熱利用問題，解決了連續出炭問題，解決了炭化效率低的問題。同時，本發明還提供了應用該設備生產生物炭的方法。
[0009]為了充分利用炭化過程產生的混合可燃氣并降低原料含水量提高炭化效率，本發明提供了烘干預處理系統，通過炭化爐炭化尾氣燃燒為烘干筒加熱。物料通過該系統后，水分含量可降低到20%以內，出口處物料溫度可達到40-50°C。
[0010]為了提高炭化效率，降低勞動強度、改善勞動環境，本發明提供了半自動的連續炭化系統。烘干的物料進入連續炭化系統后，依靠重力向炭化爐底部移動，依次經過料封區、燃燒區和炭化區，完成從原料向受熱燃燒再向絕氧炭化狀態的轉變。制成的生物炭通過插板開關從炭化室移動到炭化爐底部，并通過出料刮板和出炭絞龍進入炭斗容器。
[0011]為了實現炭化爐炭化尾氣的凈化、氣固分離、氣液分離，本發明提供了尾氣凈化系統，可實現液態熱解產物的分級冷凝和高效回收。炭化過程產生的帶有可燃性氣體的尾氣通過炭化爐內的布風器進入尾氣凈化系統，依次經過噴淋塔、冷卻塔、除濕塔和儲氣罐。焦油和醋液通過噴淋塔、冷卻塔、除濕塔和儲氣罐底部的閥門管道完全收集，靜置后可用于生物炭肥料和土壤改良劑的生產。噴淋塔中的水可用于出炭時給生物炭降溫和除塵。
[0012]為了實現炭化尾氣的燃燒，本發明提供了尾氣燃燒裝置，分別用于烘干筒供熱和尾氣凈化處理，其進氣口與儲氣罐排氣管相連，燃燒裝置中的電阻絲引燃可燃氣并完全燃燒，實現尾氣凈化目的。
[0013]為了實現節能降耗，本發明提供了電力與控制系統。包括控制柜、蒸汽發電機和蓄電池，為全系統供電。
[0014]本發明提供一種組合式多聯產生物質快速炭化設備，包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統和尾氣燃燒系統:
[0015]所述烘干預處理系統，包括上料斗1、上料絞龍2、烘干筒進料斗3、烘干筒4、干料斗7和尾氣燃燒裝置26 ;物料經上料斗、上料絞龍和烘干筒進料斗進入烘干筒，最后至干料斗；
[0016]所述連續炭化系統，包括炭化爐11、出炭絞龍12、炭桶13 ；
[0017]所述尾氣凈化系統，包括水箱9、噴淋塔17、冷卻塔18、除濕塔19和儲氣罐21 ;炭化爐產生的尾氣依次經過噴淋塔17、冷卻塔18、除濕塔19進入儲氣罐21 ；
[0018]所述尾氣燃燒系統，包括尾氣燃燒裝置，由電阻絲引燃，用于烘干筒供熱和尾氣凈化處理。
[0019]所述炭化爐11為 圓柱體形，包括爐體T2、布風器T4、排氣管T5、保護罩T6、卸料刮板T7、插板T8、炭化室底板T9、炭化爐底板Tl 1、軸及聯軸器T12、電動機T13 ;[0020]布風器T4為圓錐體結構，通過底座與排氣管Τ5相連；保護罩Τ6為下粗上細的截圓錐形，固定在軸及聯軸器Τ12的頂端；卸料刮板Τ7由保護罩Τ6加強并連接在軸及聯軸器Τ12上；插板Τ8為圓形結構，兩端各有一個把手伸出炭化爐，便于以軸Τ12為中心開啟或閉合；炭化室底板T9固定在爐壁上，當推動插板Τ8的把手，插板轉動，卸料刮板Τ7可推動生物炭離開炭化室，落到炭化爐底板Tll上；電動機Τ13連接在軸及聯軸器Τ12上。
[0021]本發明進一步提供了上述炭化設備生產生物炭的方法，包括備料、上料、引燃、裝爐、調溫、出炭、封爐等步驟。
[0022]所述的備料是指將農林廢棄生物質自然風干，將含水量控制在25%以下，并采用現有技術中的任何破碎方式將上述生物質加工粉碎，制成長軸5-lOcm的小塊，或先破碎后風干或烘干。
[0023]所述的上料是指在全部設備準備就緒后，啟動設備，物料沿著上料絞龍、烘干筒、干料絞龍進入炭化爐，堆積在炭化室底板上，至布風器底部為止。
[0024]將炭化室內壓放好的物料點燃。
[0025]所述的裝爐是指在物料引燃后，繼續將物料送入炭化室內，至高于布風器頂部10-20cm為止。而后根據燃燒狀況繼續加料，直至物料堆積至炭化爐頸部。
[0026]所述的調溫是指當物料充分引燃后，當燃燒層高于最上一層觀察孔后，關閉觀察孔，此時啟動引風機、噴淋水泵和尾氣燃燒裝置。根據熱電偶觀察物料受熱狀態，并據此關閉和打開觀察孔，起到配風的作用。同時，工人在操作臺上觀察炭化爐內狀況，用長桿撥動物料，用加料厚度控制爐體內氧氣供應量，保證炭化均勻。
[0027]所述的出炭是指當燃燒層高于最上一層觀察孔后，打開插板，啟動刮板，使生物炭落到炭化爐底板上，并將其推送到出炭絞龍。同時，打開冷卻水泵，用水箱中的水給炭桶內的生物炭降溫并除塵。
[0028]與現有的大型集中炭化爐、簡易炭化爐相比，本發明具有以下優點:
[0029]1、模塊化、組合式設計，便于裝卸，無需土建工程，可根據原料供給情況隨時調整生產地點，也可根據生產規模靈活配置設備數量。可方便地運輸到原材料產地，實現農林廢棄物的就地炭化，將原材料運輸轉變為生物炭的運輸，運輸成本顯著降低達70%。
[0030]2、節能環保，通過余熱發電實現能源自給，無需外接能源。本發明開發的制炭工藝無需外界能源投入，僅依靠自燃完成炭化過程。炭化過程產生的可燃氣充分燃燒，極大減輕了環境污染，其產生的熱量不但可以用于原料預熱烘干，還可連接到蒸汽發電機和蓄電池上，給電動機供電。
[0031]3、實現了半自動連續出炭，極大改善了勞動條件，提高了生產效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1A為組合式多聯產生物質快速炭化爐俯視圖。
[0033]圖1B為組合式多聯產生物質快速炭化爐側視圖。
[0034]圖1C為尾氣凈化系統側視圖。
[0035]其中:⑴.上料斗，(2).上料絞龍，(3).烘干筒進料斗，(4).烘干筒，(5).齒輪，
(6).出氣口，(7).干料斗，`(8).干料絞龍，(9).水箱，(10).分料器，(11).炭化爐，(12).出炭絞龍，(13).炭桶，(14).噴淋裝置，(15).操作臺，(16).水箱，(17).噴淋塔，(18).冷卻塔，(19).除濕塔，(20).引風機，(21).儲氣罐，(22).尾氣燃燒裝置，(23).蒸汽發電機，(24).蓄電池，(25).控制柜，(26).尾氣燃燒裝置，(27).水槽，(28).溢流管。
[0036]圖2為連續炭化系統結構示意圖。
[0037]其中:(T1).頸部，(Τ2).爐體，(Τ3).保溫層，(Τ4).布風器，(Τ5).排氣管，(Τ6).保護罩，(Τ7).卸料刮板，(Τ8).插板，(T9).炭化室底板，(TlO).出料刮板，(Τ11).炭化爐底板，(Τ12).軸及聯軸器，(Τ13).電動機，(Τ14).減速機，(Τ15).炭化爐底座，(Τ16).出炭絞龍，(Τ17).熱電偶，(Τ18).觀察孔，(Τ19).操作臺(即15)。
[0038]圖3為尾氣凈化系統中噴淋塔和水箱結構示意圖。
[0039]其中:(Pl).出氣口，(Ρ2).塔體，(Ρ3).進氣口，(Ρ4).冷卻水出口，(Ρ5).進水管，(Ρ6).冷卻水泵，(Ρ7).冷卻水濾網，(Ρ8).排水管，(Ρ9).噴淋水濾網，(PlO).噴淋水泵，(PU).噴淋管，(Ρ12).噴頭。
[0040]圖4為組合式多聯產生物質快速炭化爐實體圖
[0041]圖5玉米芯炭微觀結構
【具體實施方式】
[0042]本發明提供的組合式多聯產生物質快速炭化爐包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統、尾氣燃燒系統和電力與控制系統等5部分。采用半封閉式亞高溫缺氧干餾工藝，可使用農林廢棄生物質為原料制備生物炭，但不限于農林廢棄生物質。該設備可人工操作、獨立運行，也可與原料傳送帶、攪拌器等設備配合使用。
[0043]一、為了充分利用炭化過程產生的混合可燃氣并降低原料含水量、提高炭化效率，本發明提供了烘干預處理系 統，包括上料斗1、上料絞龍2、烘干筒進料斗3、烘干筒4和干料斗7。為了提高烘干效率，烘干筒4內壁上設有若干翅片以提高其與物料的接觸面積。為了驅動烘干筒轉動，設齒輪5，由電動機驅動。烘干筒下設有尾氣燃燒裝置26，可提供烘干所需熱量。為了提高熱效率，烘干筒外設有一層保溫層，在燃燒裝置對應位置處開口并與其連接。為了排出已經過利用的熱源氣體，設出氣口 6。
[0044]所述的烘干筒置于方形框架上，兩側設滑輪支撐，保證烘干筒在轉動時穩定。
[0045]所述的料斗為矩形，邊長不小于50cm。
[0046]所述的上料絞龍長度不小于350cm，為有軸或無軸絞龍，也可用斗式提升機代替。
[0047]所述的烘干筒進料口與上料絞龍出口對應，開口向上，下部與烘干筒頂壁連通。
[0048]所述的烘干筒為滾筒，兩側頂壁固定在支架上，與烘干筒同心。烘干筒直徑80-120cm,長500-700cm。為了防止筒體變形，支架中間和兩側設有滑輪組支撐，中間位置處設齒輪，由電動機驅動轉動。
[0049]所述的翅片為矩形，與水平面呈一定夾角，以15-25°為宜，以便推動物料移動。
[0050]所述的保溫層為雙層板中充填保溫材料結構，在燃燒裝置對應位置處開口并與其連接。保溫材料可為耐火水泥、玻璃纖維或陶瓷纖維，優選使用陶瓷纖維。
[0051]所述的烘干預處理系統可使用普通碳鋼或不銹鋼板材或管材制作，優選使用不銹鋼；齒輪使用碳鋼或鑄鋼制作，優選使用鑄鋼。
[0052]二、烘干的物料經由干料絞龍8和分料器10進入連續炭化系統，該系統包括2臺炭化爐11、出炭絞龍12、炭桶13、噴淋裝置14和操作臺15。炭化爐設有爐蓋。炭化爐為圓柱體形，由炭化爐和底座組成。炭化爐的主要結構包括頸部Tl、爐體T2、保溫層T3、布風器T4、排氣管T5、保護罩T6、卸料刮板T7、插板T8、炭化室底板T9、出料刮板T10、炭化爐底板T11、軸及聯軸器T12、電動機T13、減速機T14、炭化爐底座T15、出炭絞龍T16、熱電偶T17、觀察孔T18和操作臺T19(即15)構成。
[0053]所述的干料絞龍長度不小于620cm，為有軸或無軸絞龍，也可用斗式提升機代替。
[0054]所述的分料器10分別于兩臺炭化爐連接，連接口開在爐體側壁頸部偏下位置處，以便閉合爐蓋。
[0055]所述的炭化爐直徑160-200cm，優選為180cm，高280_320cm，優選為300cm。底座高90-1 IOcm,優選為100cm，底面為寬180_220cm，長420_500cm的矩形。優選為寬200cm，長460cm。具體尺寸可根據產能設計自行調整。
[0056]所述的保溫層T3為爐體內側砌的耐火水泥，厚度5-lOcm，優選的為8cm。也可使用雙層筒體，內襯保溫材料的方法。保溫材料可為耐火水泥、玻璃纖維或陶瓷纖維，優選使用陶瓷纖維。
[0057]所述的布風器T4為圓錐體結構,底徑80_100cm,優選為90cm ;高50_70cm,優選為60cm。布風器各面密布直徑8-10mm的布風孔，通過底座與排氣管T5相連，底座由4_6條鋼筋連接在爐壁上，發揮定位和加固作用。
[0058]所述的保護罩T6為下粗上細的截圓錐形，上表面直徑25-35cm，優選為30cm ;下表面直徑為40-60cm,優選為50cm。該保護罩固定在軸T12的頂端。
[0059]所述的卸料刮板T7為菱形放置的方鋼或角鋼，邊長5-7cm，由保護罩T6加強并連接在軸T12上。
`[0060]所述的插板T8為圓形結構，直徑略小于炭化爐內徑，在半徑方向開4-6個長50-70cm，寬10-20cm的方孔，呈星形。插板兩端各有一個把手伸出炭化爐，便于以軸T12為中心開啟或閉合。
[0061]所述的炭化室底板T9的結構與插板T8相同，區別在于其固定在爐壁上。當推動插板T8的把手，插板轉動，其方孔與炭化室底板的方孔對齊時，卸料刮板T7可推動生物炭離開炭化室，落到炭化爐底板Tll上。炭化爐底板與炭化室底板間的高度為15-20cm，優選為 20cm。
[0062]所述的出料刮板TlO在結構上與卸料刮板T7的結構相同，區別在于沒有保護罩。
[0063]所述的炭化爐底板開有一處長50_70cm，寬10_20cm的方孔，并以此和出炭絞龍T16相連。
[0064]所述的熱電偶為K型鎧裝熱電偶。
[0065]所述的觀察孔T18為直徑8-12cm的圓孔，設有孔蓋。觀察孔在爐體上分兩層，分別位于布風室的頂端和底部，每層4-8個。
[0066]所述的工作平臺T19(即15)通過框架與底座Τ15相連并固定，設有樓梯以方便上下。
[0067]三、為了將實現炭化尾氣的凈化、氣固分離、氣液分離，本發明提供了尾氣凈化系統，包括水箱9、噴淋塔17、冷卻塔18、除濕塔19、引風機20和儲氣罐21。其中，水箱9和噴淋塔17結合為一體，包括出氣口 Ρ1、塔體Ρ2、進氣口 Ρ3、冷卻水出口 Ρ4、進水管Ρ5、冷卻水泵Ρ6、冷卻水濾網Ρ7、排水管Ρ8、噴淋水濾網Ρ9、噴淋水泵Ρ10、噴淋管Pll和噴頭Ρ12。[0068]所述的噴淋塔坐于水箱上方，并連通。噴淋塔直徑50_70cm，優選為60cm。高度100-120cm，優選為 110cm。
[0069]所述的水箱高100cm、寬100cm，長340cm。水箱側面設有進水管和出水管，由球閥控制。進水管高度為距水箱底部90cm，盡可能接近上表面。水箱上表面有蓋板，以方便清理。
[0070]所述的出氣口 Pl和冷卻塔相連。
[0071]所述的進氣口 P3和連續炭化系統的排氣管T5相連。
[0072]所述的冷卻水出口 P4與與噴淋裝置14相連。
[0073]所述的冷卻塔18為雙層圓柱體結構，高180cm，外徑80cm，內徑70cm，中間夾層厚度為5cm，下有支架。夾層內充滿水并與兩個冷卻塔頂端的水槽27連通。內部設直徑2cm橫管若干，交錯排列，并與夾層連通。底部設開口，設有閥門。頂端設有安全閥和直徑2cm的溢流管28。
[0074]所述的除濕塔19為單層圓柱體結構，高130cm,直徑60cm,內有交錯排列的擋板，擋板與水平面呈15-20。角。底部設開口，設有閥門。頂端設有安全閥。
[0075]所述的引風機20為離心風機，為本領域常用設備。
[0076]所述的儲氣罐21為單層圓柱狀結構，高220-250cm，直徑180_200cm。頂端設有排空筒和安全閥，偏上部側壁上設有排氣管。
[0077]所述的冷卻水管和`噴淋水管均為內徑2cm的不銹鋼管。
[0078]如為特殊指出，所述的包含進氣管和出氣管在內的聯通管道均為內徑15.9cm的不銹鋼管。其余部分為不銹鋼板材制作。
[0079]四、為了實現炭化尾氣的燃燒，本發明提供了尾氣燃燒裝置22和26，分別用于烘干筒供熱和尾氣凈化處理，其進氣口直徑8cm，與直徑15.9cm的儲氣罐排氣管相連，燃燒裝置高50cm,直徑40cm。
[0080]所述的尾氣燃燒裝置22和26由電阻絲引燃。
[0081]五、為了實現電控，本發明提供了電力與控制系統。包括控制柜25。為了實現能源循環利用，可附加蒸汽發電機23和蓄電池24，為全系統供電。控制柜、蒸汽發電機和蓄電池均為本領域常用技術與設備。
[0082]本發明進一步提供了上述炭化設備生產生物炭的方法，包括備料、上料、引燃、裝爐、調溫、出炭、封爐等步驟。
[0083]所述的備料是指將農林廢棄生物質自然風干，將含水量控制在25%以下，并采用現有技術中的任何破碎方式將上述生物質加工粉碎，制成長軸5-lOcm的小塊，或先破碎后風干或烘干。所述的農林廢棄生物質是指玉米秸桿、玉米芯、花生殼、稻殼、稻草或生產用廢棄食用菌基質中的一種或幾種，但并不限于此。
[0084]所述的上料是指在全部設備準備就緒后，啟動設備，物料沿著上料絞龍、烘干筒、干料絞龍進入炭化爐，堆積在炭化室底板上，至布風器底部為止。此時尾氣燃燒裝置22和26未工作。
[0085]所述的引燃是指將燃燒器內壓放好的物料點燃。
[0086]所述的裝爐是指在物料引燃后，繼續將物送入炭化室內，至高于布風器頂部10-20cm為止。此時引風機未啟動，觀察孔處于打開狀態。物料被點燃后，持續自燃，而后繼續加料，至物料堆積到炭化爐頸部為止。每次追加物料的厚度為10-30厘米，優選為15-20厘米。也可根據爐體內的物料燃燒狀況隨時補充物料控制氧氣供應量。
[0087]所述的調溫是指當物料充分引燃后，當燃燒層高于最上一層觀察孔后，關閉觀察孔，此時啟動引風機、噴淋水泵和尾氣燃燒裝置。根據熱電偶觀察物料受熱狀態，并據此關閉和打開觀察孔，起到配風的作用。同時，工人在操作臺上觀察炭化爐內狀況，用長桿撥動物料，或及時補充物料控制氧氣供應量，保證炭化均勻。物料在亞高溫條件下缺氧炭化，亞高溫條件為溫度260°C _450°C。優選為450°C。用加料厚度控制爐體內氧氣供應量。
[0088]所述的出炭是指當燃燒層高于最上一層觀察孔后，打開插板，啟動刮板，使生物炭落到炭化爐底板上，并將其推送到出炭絞龍。同時，打開冷卻水泵，用水箱中的水給炭桶內的生物炭降溫并除塵。
[0089]當尾氣未達到燃燒狀態時，燃燒裝置中的電阻絲持續工作，系統由蓄電池供電；當尾氣被引燃時，燃燒裝置中的電阻絲將自動斷電，啟動蒸汽發電機組給蓄電池和系統供電。
[0090]炭化工作結束后，可打開尾氣凈化系統中各組件的底部閥門，收集焦油和醋液；也可在炭化過程中打開冷卻塔地部的閥門，同時收集焦油和醋液。
[0091]實施例1 一種組合式多聯產生物質快速炭化爐
[0092]本實施例示例性描述了一種組合式多聯產生物質快速炭化爐，包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統、尾氣燃燒系統和電力與控制系統等5大部分。
[0093]料斗為矩形，邊長不小于50cm ;上料絞龍為長度350cm的有軸絞龍；烘干筒直徑100cm，長600cm，兩側架于框架上的滑輪組上，中間位置處設齒輪，由2.2KW的電機和速比15: I的減速機驅動；烘干筒內翅片長20cm，寬10cm，在筒體內沿螺旋線分布，螺距50cm，翅片與水平面夾角15° ;烘干筒外設有一層保溫層，雙層板中充填耐火水泥，內徑110cm，外徑115cm，上部設出氣口兩個，高30cm，直徑15.9cm ;干料絞龍為長620cm的有軸絞龍；分料器為倒Y形，上部截面為長 40cm、寬15cm的矩形，下部截面為長40cm、寬20cm的矩形，下部截面與炭化爐側壁頸部偏下位置相連；炭化爐直徑180cm,高300cm,底座高100cm,底面為寬200cm，長460cm的矩形，與操作臺的規格一致；炭化爐的保溫層為耐火水泥，厚度8cm ;布風器底徑90cm,高60cm,密布直徑8mm的布風孔，由4條鋼筋連接在爐壁上；卸料刮板為菱形放置的方鋼，邊長7cm,長度80cm ;保護罩上表面直徑為30cm,下表面直徑為50cm ；插板直徑164cm,在半徑方向開4個長50cm,寬15cm的矩形孔,星均勻分布形；插板兩端各有一個長40cm,直徑2cm的把手伸出炭化爐；炭化室底板直徑164cm,在半徑方向開4個長50cm,寬15cm的矩形孔,星均勻分布形；炭化爐底板與炭化室底板間的高度為15_20cm,優選為20cm ;炭化爐底板開有一處長50cm,寬20cm的矩形孔；觀察孔為直徑12cm的圓孔,設有孔蓋，在爐體上分布兩層，分別對應布風室的頂端和底部，每層6個；噴淋塔直徑60cm，高度為110cm，冷卻水管和噴淋水管直徑2cm ;水箱高100cm、寬100cm，長340cm，進水管高度為距水箱底部90cm，水箱上表面有蓋板；冷卻塔為雙層圓柱體結構，高180cm，外徑80cm，內徑70cm,中間夾層厚度為5cm,下有支架,夾層內充滿水并與兩個冷卻塔頂端的直徑80cm的水槽連通；冷卻塔內部設直徑2cm橫管170根，長度依所處位置弦長而定，層間交錯排列，并與夾層連通，冷卻塔底部設開口，設有閥門，頂端設有安全閥和直徑2cm的溢流管；除濕塔為單層圓柱體結構，高130cm,直徑60cm,內有交錯排列的擋板,擋板與水平面呈15°角，底部設開口，設有閥門，頂端設有安全閥；引風機功率2KW ;儲氣罐為單層圓柱狀結構，高250cm,直徑200cm。頂端設有直徑15.9cm的排空筒和4個安全閥，偏上部側壁上設有直徑15.9cm排氣管；尾氣燃燒裝置進氣口直徑8cm，與直徑15.9cm的儲氣罐排氣管相連，燃燒裝置出氣口處設電阻絲，功率2KW;包含進氣管和出氣管在內的聯通管道均為內徑15.9cm的不銹鋼管，其余罐體為不銹鋼板材制作，炭化爐為碳鋼和鑄鋼制作；控制柜寬80cm，高120cm，液晶屏顯示；熱電偶為K型鎧裝熱電偶。電力設備為20KW蒸汽發電機組；蓄電池為220V蓄電池組。
[0094]實施例2 —種組合式多聯產生物質快速炭化爐
[0095]該實施例與實施例1大致相同，不同之處僅在于不采用電力與控制系統，使用220V民用電驅動，手動開啟電動機、電阻絲的電力供應。
[0096]實施例3 —種組合式多聯產生物質快速炭化爐
[0097]該實施例與實施例1大致相同，不同之處僅在于只使用一臺炭化爐，分料器取消。
[0098]實施例4 一種組合式多聯產生物質快速炭化爐
[0099]該實施例與實施例1大致相同，不同之處僅在于取消烘干預處理系統。
[0100]實施例5玉米芯顆粒炭示例性生產方法
[0101]本實施例以實施例1為基礎，示例性描述了利用本發明提供的組合式多聯產生物質快速炭化爐生產玉米芯顆粒炭的方法，包括備料、上料、引燃、裝爐、調溫、出炭、封爐等步驟。
[0102]所述的備料是指將玉米芯自然風干，將含水量控制在25%以下，采用秸桿粉碎機將上述生物質加工粉碎，制`成長軸5-lOcm的小塊。
[0103]所述的上料是指在全部設備準備就緒后，啟動設備，物料沿著上料絞龍、烘干筒、干料絞龍進入炭化爐，堆積在炭化室底板上，至布風器底部為止。此時尾氣燃燒裝置22和26未工作。
[0104]所述的引燃是指將燃燒器內壓放好的物料點燃。
[0105]所述的裝爐是指在物料引燃后，繼續將物送入炭化室內，至高于布風器頂部20cm為止。此時引風機未啟動，觀察孔處于打開狀態。物料被點燃后，持續自燃，而后繼續間歇式加料，至物料堆積到炭化爐頸部為止。每次追加物料的厚度為10-30厘米，優選為15-20厘米。也可根據爐體內的物料燃燒狀況隨時補充物料控制氧氣供應量。
[0106]所述的調溫是指當物料充分引燃后，當燃燒層高于最上一層觀察孔后，關閉觀察孔，此時啟動引風機、噴淋水泵和尾氣燃燒裝置。根據熱電偶觀察物料受熱狀態，并據此關閉和打開觀察孔，起到配風的作用。同時，工人在操作臺上觀察炭化爐內狀況，用長桿撥動物料，或及時補充物料控制氧氣供應量，保證炭化均勻。
[0107]所述的出炭是指當燃燒層高于最上一層觀察孔后，打開插板，啟動刮板，使生物炭落到炭化爐底板上，并將其推送到出炭絞龍。同時，打開冷卻水泵，用水箱中的水給炭桶內的生物炭降溫并除塵。
[0108]當尾氣未達到燃燒狀態時，燃燒裝置中的電阻絲持續工作，系統由蓄電池供電；當尾氣被引燃時，燃燒裝置中的電阻絲將自動斷電，啟動蒸汽發電機組給蓄電池和系統供電。
[0109]炭化工作結束后，可打開尾氣凈化系統中各組件的底部閥門，收集焦油和醋液；也可在炭化過程中打開冷卻塔地部的閥門，同時收集焦油和醋液。
[0110]實施例6花生殼炭示例性生產方法[0111]本實施例以實施例2為基礎，示例性描述了利用本發明提供的組合式多聯產生物質快速炭化爐生產花生殼炭的方法，包括備料、上料、引燃、裝爐、調溫、出炭、封爐等步驟，與實施例5基本相同，不同之處僅在于調溫過程主要由工人在操作臺上觀察炭化爐內狀況，控制觀察孔，用長桿撥動物料，保證炭化均勻。
[0112]實施例7煙梗炭示例性生產方法
[0113]本實施例以實施例4為基礎，示例性描述了利用本發明提供的組合式多聯產生物質快速炭化爐生產煙梗炭的方法，包括上料、引燃、裝爐、調溫、出炭、封爐等步驟，與實施例5基本相同，不同之處僅在于煙梗含水量低，僅為10 %，不經過烘干預熱系統也可以很好地完成炭化過程。
[0114]實施例8組合式多聯產生物質快速炭化爐的技術效果
[0115]本實施例以實施例1為基礎，示例性描述了本發明提供的組合式多聯產生物質快速炭化爐及其生產的玉米芯炭。穩定運行后，該設備每24小時產出生物炭3-4噸。(圖4)
[0116]應用該設備生產的生物炭很好地保留了原植物材料的細胞分室結構，比表面積由0.8m2 / g提高到2.3m2 / g,總孔體積由0.003ml / g提高到0.018ml / g,碳元素含量由42mg / kg提聞到80mg / kg。吸附性能的大幅提聞，為以生物炭為基質生廣炭基緩釋肥和土壤改良劑奠定了基礎。(圖5)
[0117]與專利號是ZL201110073104.1的中國發明專利所描述的簡易顆粒炭化爐進行性能比較，結果如下表。
[0118]表1 性能比較表
[0119]
【權利要求】
1.一種組合式多聯產生物質快速炭化設備，其特征在于包括烘干預處理系統、連續炭化系統、尾氣凈化系統和尾氣燃燒系統: 所述烘干預處理系統，包括上料斗(I)、上料絞龍(2)、烘干筒進料斗(3)、烘干筒(4)、干料斗(7)和尾氣燃燒裝置(26);物料經上料斗、上料絞龍和烘干筒進料斗進入烘干筒，最后至干料斗； 所述連續炭化系統，包括炭化爐(11)、出炭絞龍(12)、炭桶(13)； 所述尾氣凈化系統，包括水箱(9)、噴淋塔(17)、冷卻塔(18)、除濕塔(19)和儲氣罐(21);炭化爐產生的尾氣依次經過噴淋塔(17)、冷卻塔(18)、除濕塔(19)進入儲氣罐(21)； 所述尾氣燃燒系統，包括尾氣燃燒裝置，由電阻絲引燃，用于烘干筒供熱和尾氣凈化處理。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于所述炭化爐(11)為圓柱體形，包括爐體(T2)、布風器(T4)、排氣管(T5)、保護罩(T6)、卸料刮板(T7)、插板(T8)、炭化室底板(T9)、炭化爐底板(T11)、軸及聯軸器(T12)、電動機(T13)； 布風器(T4)為圓錐體結構，通過底座與排氣管(T5)相連；保護罩(T6)為下粗上細的截圓錐形，固定在軸及聯軸器(T12)的頂端；卸料刮板(T7)由保護罩(T6)加強并連接在軸及聯軸器(T12)上；插板(T8)為圓形結構，兩端各有一個把手伸出炭化爐，便于以軸(T12)為中心開啟或閉合；炭化室底板(T9)固定在爐壁上，當推動插板(T8)的把手，插板轉動，卸料刮板(T7)可推動生物炭離開炭化室，落到炭化爐底板(Tll)上；電動機(T13)連接在軸及聯軸器(T12)上。`
【文檔編號】C10B53/02GK103773404SQ201410016121
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】陳溫福, 劉金, 孟軍 申請人:陳溫福