CN102634356B - 一种生物质原料的木炭制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源工程中设备制造技术领域，涉及一种生物质原料的木炭制备装置，属于可连续生产的多级链带结构的立式窑炉，其多级炉排上下分级，热解气被引至立式炉膛外设置的燃烧室，在燃气燃烧的高温环境中着火放热；热源烟气自下而上流经加热的各级炉排上的制炭燃料时热能得到梯级利用，并且其含有的可吸入颗粒物及焦油颗粒等均被各燃料层滤下；立式炉膛的隧道木炭炉具有更高的热效率，排放符合环保友好的要求，生产容量可调，可替代中小型周期性生产的木炭炉和大型隧道窑炉，具有良好的应用前景和环境效益；其整体结构合理，操作使用简单，木炭烧制工艺科学，节能性好，烧制的木炭质量好，性能优良，经济效益明显。

Description

一种生物质原料的木炭制备装置

技术领域：

本发明属于能源工程中设备制造技术领域，涉及一种立式的连续生产并逐级控制加热的木炭炉，特别是一种以秸秆或其成型燃料、果木枝干等为燃烧物料的生物质原料的木炭制备装置，可连续生产优质木炭，为木炭生产技术的低耗能、低污染型转化设备，属于环保型节能技术设备。

背景技术：

中国大量生产和利用木炭的历史悠久，商周时期随着冶铜业兴起而开始了制炭业。木炭在工业中有着独特的用途。例如，在有色冶金工业中，铜精炼过程中炭作为脱氧剂，在铜材加工过程中浮在铜液表面产生保护性气氛；在锡精炼中炭作为吸附剂使浮渣与主金属彻底分离等。其他行业如化工、环保等也都消耗大量的木炭，作为脱色剂、吸附剂、催化剂等；在医药医疗方面，活性炭用于药物和血液过滤，也存在类似的问题。木炭的原料取材广泛，按原料中灰分含量对木炭质量评价和分类。木材，尤其是果木枝干是优质的制炭原料，灰分含量较少，机械强度高。随着我国木材资源受到保护，秸秆等生物质成型棒材燃料已经广泛取代了木材资源，则制备的木炭又称为机制炭。但是秸秆燃料中灰分含量较高，所生产的机制木炭不能满足食品、医药等特殊行业对木炭品质的严格要求。目前，国内外市场中木炭需求的缺口越来越大，其中，日本、美国、德国等先进国家是我国高质量木炭的主要出口国家。因为木炭的生产属于高能耗、高污染型，生产木炭常用的土窑式木炭炉热效率低下，制炭周期长，炭质地不均匀；炭化过程的热解气排入大气，既造成其中可燃物发热量的损失，也携带可吸入颗粒物、焦油等污染性组分排放给环境，带来严重的环境危害。近年来我国对生态环境的重视及环保指标的日益严格，小型作坊式木炭土窑被限制使用，大型的隧道窑式制炭技术，属于连续生产型卧式炉窑，占地面积大，水平烟道中链带上的木炭原料被逆流或顺流的热烟气加热而热解，链带进行前后分级，前一级链带上的木炭翻落到下一级链带时受热面翻转，因此增加了材料受热均匀性，尽管现有的一些炉型实现了机械化出入料，自动化程度高，可连续生产，但是，制备木炭的热源是外部燃料燃烧或木炭原料部分燃烧产生的热烟气，烟气携带制炭过程释放的热解气离开炉膛，一般其显热得以回收，但热解气具有的热值并没有得到利用，其热效率仍具有较大的提升空间。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种以杆桔等生物质为原料制备木炭的燃烧炉装置，该装置可连续生产的多级链带结构的立式窑炉，其多级炉排上下分级，热解气被引至立式炉膛外设置的燃烧室，在燃气燃烧的高温环境中着火放热；热源烟气自下而上流经加热的各级炉排上的制炭燃料时热能得到梯级利用，并且其含有的可吸入颗粒物及焦油颗粒等均被各燃料层滤下，其立式炉膛的隧道木炭炉具有更高的热效率，排放符合环保要求，生产容量可调，可替代中小型周期性生产的木炭炉和大型隧道窑炉，具有良好的应用前景和环境效益。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括顶部进料装置、立式炉膛、热源烟气进入室、灰室、出炉木炭余热回收室、引风机、燃烧室、助燃空气入口、二次风入口管、炉排、驱动电机、密封挡板、空气夹层、出炭炉排、送风机、燃气进口、流量调节阀、放空管道和放口流量调节阀；立式炉膛的内腔中上下排列间隔式横向制有2～16级相互间隔的炉排，立式炉膛的顶部一侧在上部第一个炉排的上侧制有顶部进料装置，顶部进料装置采用链带或链条结构的输送方式，使输入的燃烧物料整齐的层铺在上部炉排上，每级炉排的两端制有密封挡板；立式炉膛的底部空间构成热源烟气进入室，底部端处构成灰室，立式炉膛的底部一侧处，在最低炉排上侧构成外延式出炉木炭余热回收室，出炉木炭余热回收室的上下侧分别制有空气夹层，中间处横向制有出炭炉排，上侧的空气夹层处与送风机管道连通，下侧的空气夹层处通过管道式助燃空气入口与燃烧室连通，燃烧室的底部与热源烟气进入室和灰室连通，燃烧室的顶部制有二次风入口管，传送热解气和烟气；二次风入口管的上部制有流量调节阀，并与放空管道和引风机控制式连通，放空管道的出口处制有放口流量调节阀；引风机分别与立式炉膛和燃烧室控制式管道连通；每个炉排的两端对应密封挡板处均制有驱动电机，用以推动炉排的转动和翻送均匀燃烧物料；立式炉膛中的多级炉排的每相邻两级之间相向转动，由驱动电机控制和带动其转向和转速；燃烧室的顶部一侧外延式结构制有燃气进口，用于向燃烧室中输送燃气。

本发明采用立式烟道和多级链带或链条炉排；燃料与热源烟气逆流；热解气送入辅助燃烧室参与燃烧；木炭出炉前进行余热回收，制炭的秸秆或成型棒材、木材等生物质燃料根据炉膛和链带大小进行尺寸筛分，燃料入炉后由上下邻级相向转动的链带或链条炉排先经过水平输运后排放至下一级炉排，实现燃料多向受热并向下运行；通过调节与控制每一级炉排的移动速度和孔隙通风面积，使燃料入炉后具有合理的预热、干燥、热解升温速率和炉内停留时间，充分实现自下而上烟气热量的梯级利用；热烟气携带炉内产生的热解气离开炉膛，引风机作用下大部分气体以射流方式进入燃烧室，既起到二次风作用进行流场扰动，可燃组分在高温环境下参与燃烧，实现热解气发热量的利用；离开炉膛的烟气和热解气的一部分需要排空，造成能量浪费；燃烧室产生的高温烟气被立式烟道的烟囱效应和炉膛后引风机引入炉膛，自底部向上逐级加热各层炉排上原料，木炭出炉前温度在400℃以上，要进行余热回收，根据锅炉机组的冷渣机原理，设计的木炭出炉的输运管道为夹层结构，夹层中为强制对流的空气，木炭温度降至200℃以下，在空气中不发生氧化反应时排出，再降温后包装；炭室夹层中预热的空气送入燃烧室成为助燃空气，木炭余热重新回到系统；多级炉排上的层铺物料在水平输运、被烟气加热过程中，明显具有过滤作用，将穿过下一级炉排烟气携带上来的焦油颗粒和焦炭颗粒等热解产物吸附或截留，这些附着物随着物料下行，因热解温度逐级提高，焦油热裂解为热解气和木炭。

本发明与现有技术相比，其整体结构合理，操作使用简单，木炭烧制工艺科学，节能性好，烧制的木炭质量好，性能优良，生产环境友好，经济效益明显。

附图说明：

图1为本发明的整体结构与流程原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括顶部进料装置1、立式炉膛2、热源烟气进入室3、灰室4、出炉木炭余热回收室5、引风机6、燃烧室7、助燃空气入口8、二次风入口管9、炉排10、驱动电机11、密封挡板12、空气夹层13、出炭炉排14、送风机15、燃气进口16、流量调节阀17、放空管道18和放口流量调节阀19；立式炉膛2的内腔中上下排列横向制有2～16级相互间隔的炉排10，立式炉膛2的顶部一侧在上部第一个炉排10的上侧制有顶部进料装置1，顶部进料装置1采用链带或链条结构的输出方式，使输入的燃烧物料整齐的层铺在上部炉排10上，每级炉排10的两端制有密封挡板12；立式炉膛2的底部空间构成热源烟气进入室3，底部处构成灰室4，立式炉膛2的底部一侧处，在最低炉排10上侧构成外延式出炉木炭余热回收室5，出炉木炭余热回收室5的上下侧分别制有空气夹层13，中间处横向制有出炭炉排14，上侧的空气夹层13处与送风机15管道连通，下侧的空气夹层13处通过管道式助燃空气入口8与燃烧室7连通，燃烧室7的底部与热源烟气进入室3和灰室4连通，燃烧室7的顶部制有二次风入口管9，传送热解气和烟气；二次风入口管9的上部制有流量调节阀17，并与放空管道18和引风机6控制式连通，放空管道18的出口处制有放口流量调节阀19；引风机6分别与立式炉膛2和燃烧室7控制式管道连通；每个炉排10的两端的对应密封挡板12处均制有驱动电机11，用以带动炉排10的转动和翻送均匀燃烧物料；立式炉膛2中的多级炉排10的每相邻两级之间相向转动，由驱动电机11控制和带动其转向和转速；燃烧室7的顶部一侧外延式结构制有燃气进口16，用于向燃烧室7中输送燃气。

本实施例根据产量所需调节顶部进料装置1控制进料速度，调整立式炉膛2中上下排列的多级的炉排10的转速，保证各级炉排间输运速率的匹配，燃烧物料在炉排10上输运过程受到自下而上烟气冲刷加热而预热、干燥、热解；燃烧物料由上级炉排滑落至下一级炉排时的翻动，实现燃烧物料的各面受热；为保证木炭具有的机械强度，须进行慢速热解，热解主要阶段发生在350～450℃，且需恒温较长时间，需要两到三级链条炉排慢速移动来实现，木炭炭化结束后的温度在400℃以上，不能直接与空气接触，在运炭炉排经过密闭空间的出炉木炭余热回收室5时，空气夹层13中为鼓风机15送入的空气通过强制对流和辐射换热受热，将木炭冷却到200℃以下，出炭炉排14将炭送出出炉木炭余热回收室5；被预热的空气通过助燃空气入口8引到燃烧室7助燃；燃烧室7内的燃烧包括补充的燃气燃烧和烟气与热解气混合物中可燃组分的燃烧；燃烧室7内温度在550～650℃；立式炉膛2底部的热源烟气进入室3处热源烟气温度在550℃即可满足要求。

本实施例启动时，燃烧室7内燃气喷嘴接通燃气并点火，燃烧所需助燃空气为常温；烟气在引风机6的作用下进入立式炉膛2起到烘炉作用；入料后，通过驱动电机11调节各级炉排10的转速，热解造成燃料质量和体积的减小，立式炉膛2中下部空间处于300℃以上温度，该区域的炉排转速低于上面的几级炉排；燃料经慢速热解完全炭化后被卸料至出炭炉排14，此时出炉木炭余热回收室5的空气夹层13中的空气成为预热空气，助燃空气温度的提高促进燃烧室7中快速燃烧，加之烟气带入的热解气的燃烧，为控制进入立式炉膛2的烟温，可调节燃气流量和助燃空气流量，木炭经余热回收降温后出炉待包装。

本实施例的立式炉膛2中的多级两两相向输运的转动炉排，控制了热解速率，热源烟气的热量得到梯级利用；多级的炉排10上的燃料吸附过滤了烟气中的焦油颗粒和可吸入颗粒物；加之木炭余热的回收和热解气热值的利用，该炉型结构为节能环保型制炭装置。

Claims (2)

1.一种生物质原料的木炭制备装置，其特征在于主体结构包括顶部进料装置、立式炉膛、热源烟气进入室、灰室、出炉木炭余热回收室、引风机、燃烧室、助燃空气入口、二次风入口管、炉排、驱动电机、密封挡板、空气夹层、出炭炉排、送风机、燃气进口、流量调节阀、放空管道和放口流量调节阀；立式炉膛的内腔中上下排列间隔式横向制有2～16级相互间隔的炉排，立式炉膛的顶部一侧在上部第一个炉排的上侧制有顶部进料装置，顶部进料装置采用链带或链条结构的输送方式，使输入的燃烧物料整齐的层铺在上部炉排上，每级炉排的两端制有密封挡板；立式炉膛的底部空间构成热源烟气进入室，底部端处构成灰室，立式炉膛的底部一侧处，在最低炉排上侧构成外延式出炉木炭余热回收室，出炉木炭余热回收室的上下侧分别制有空气夹层，中间处横向制有出炭炉排，上侧的空气夹层处与送风机管道连通，下侧的空气夹层处通过管道式助燃空气入口与燃烧室连通，燃烧室的底部与热源烟气进入室和灰室连通，燃烧室的顶部制有二次风入口管，传送热解气和烟气；二次风入口管的上部制有流量调节阀，并与放空管道和引风机控制式连通，放空管道的出口处制有放口流量调节阀；引风机分别与立式炉膛和燃烧室控制式管道连通；每个炉排的两端对应密封挡板处均制有驱动电机，用以推动炉排的转动和翻送均匀燃烧物料；立式炉膛中的多级炉排的每相邻两级之间相向转动，由驱动电机控制和带动其转向和转速；燃烧室的顶部一侧外延式结构制有燃气进口，用于向燃烧室中输送燃气。

2.根据权利要求1所述的生物质原料的木炭制备装置，其特征在于燃料与热源烟气逆流；热解气送入燃烧室参与燃烧；木炭出炉前进行余热回收，制炭的生物质燃料根据立式炉膛和链带大小进行尺寸筛分，燃料入炉后由上下邻级相向转动的炉排先经过水平输运后排放至下一级炉排，实现燃料多向受热并向下运行；通过调节与控制每一级炉排的移动速度和孔隙通风面积，使燃料入炉后具有合理的预热、干燥、热解升温速率和炉内停留时间，充分实现自下而上烟气热量的梯级利用；热烟气携带炉内产生的热解气离开立式炉膛，在引风机作用下气体以射流方式进入燃烧室，起到二次风作用进行流场扰动，可燃组分在高温环境下参与燃烧，实现热解气发热量的利用；燃烧室产生的高温烟气被引风机引入立式炉膛，自底部向上逐级加热各层炉排上原料，木炭出炉前温度在400℃以上，要进行余热回收，木炭温度降至200℃以下，在空气中不发生氧化反应时排出，再降温后包装；空气夹层中预热的空气送入燃烧室成为助燃空气，木炭余热重新回到系统；多级炉排上的层铺物料在水平输运并被烟气加热过程中具有过滤作用，将穿过下一级炉排烟气携带上来的焦油颗粒和焦炭颗粒热解产物吸附或截留，这些颗粒状吸附物随着物料下行，因热解温度逐级提高，焦油热裂解为热解气和木炭。