一種內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)資源綜合開發(fā)利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)熱解裝置，具體是以各類農(nóng)作物秸桿為原料，采用內(nèi)外組合加熱式固定床生物質(zhì)炭化技術(shù)原理，對生物質(zhì)進(jìn)行熱解炭化和熱解可燃?xì)饣赜玫姆磻?yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]生物炭(B1char)是生物有機(jī)材料(生物質(zhì))在缺氧或絕氧環(huán)境中，經(jīng)熱裂解后生成的固態(tài)產(chǎn)物，既可作為高品質(zhì)能源、土壤改良劑，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存劑等，已廣泛應(yīng)用于固碳減排、水源凈化、重金屬吸附和土壤改良等，可在一定程度上，為氣候變化、環(huán)境污染和土壤功能退化等全球關(guān)切的熱點問題提供解決方案，生物炭的生產(chǎn)和應(yīng)用已引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注。按照加熱方式生物質(zhì)炭化技術(shù)分為外熱式、內(nèi)熱式和自燃式3種類型。外熱式炭化技術(shù)一般采用流動的熱空氣通過炭化室外壁對物料進(jìn)行間接加熱，炭化工藝參數(shù)控制方便，由于屬間接加熱方式，換熱效率相對較低；內(nèi)熱式炭化技術(shù)將載熱氣體從爐體底部通入，與原料逆流接觸，載熱氣體一般控制在450~550°C，由于屬直接加熱方式，換熱效率較高；自燃式炭化技術(shù)是采用物料自燃的方式對炭化室內(nèi)的物料進(jìn)行直接加熱，在3種加熱方式中換熱效率最高，但對炭化工藝參數(shù)，尤其是設(shè)備進(jìn)風(fēng)量的控制要求嚴(yán)苛。
[0003]目前，國內(nèi)生物質(zhì)炭化技術(shù)與設(shè)備研宄取得了一定的成果，但相關(guān)研宄仍需深入，尤其是內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)炭化技術(shù)研宄較少，相關(guān)裝備的設(shè)計開發(fā)尚屬空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決技術(shù)背景中所述的在生物質(zhì)熱解炭化研宄中，內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)炭化技術(shù)與設(shè)備研宄不足的問題。為了達(dá)到這一目的，內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置所采取的技術(shù)方案包括熱解系統(tǒng)(I)、初級分離系統(tǒng)(2)、冷凝分離系統(tǒng)(3)、不可冷凝氣體收集與計量系統(tǒng)(4)、燃?xì)饣赜孟到y(tǒng)(5)、載氣供應(yīng)系統(tǒng)(6)和控制系統(tǒng)(7)，其特征在于反應(yīng)管(8)外部安裝熱解爐(24)，內(nèi)部裝有反應(yīng)管熱電偶(34)，反應(yīng)管(8)下端與載氣供應(yīng)系統(tǒng)(6)連接，上端與初級分尚系統(tǒng)(3)連接，冷凝分尚系統(tǒng)(3)與初級分尚系統(tǒng)
(2)的后端連接，不可冷凝氣體收集與計量系統(tǒng)(4)連接在冷凝分離系統(tǒng)(3)后端，不可冷凝氣體收集與計量系統(tǒng)(4)收集的燃?xì)饨?jīng)過燃?xì)饣赜孟到y(tǒng)(5)通過內(nèi)加熱方式給熱解系統(tǒng)
(I)提供熱量，整個炭化裝置由控制系統(tǒng)(7 )控制。
[0005]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，熱解系統(tǒng)(I)由熱解爐(24)、反應(yīng)管(8)、熱電偶排布器(9)組成，熱解爐(24)由熱解爐加熱絲(25)、熱解爐熱電偶(26)、保溫層電阻絲(27)和熱解爐外殼(28)組成，熱解爐(24)最高溫度和最大升溫速率分別為800°C和 30 °C /min。
[0006]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，熱解爐(24)可分為5段，每段溫度和升溫速率可單獨控制，炭化溫度和升溫速率可調(diào)，熱解爐(24)自上而下每段基準(zhǔn)控制炭化溫度分別為 520 °C、510 °C、500 °C、500 °C、510 °C。
[0007]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，熱解爐(24)外形呈圓筒形結(jié)構(gòu)，采用對開設(shè)計，熱解爐加熱絲(25)安裝在熱解爐(24)內(nèi)側(cè)，保溫層(27)安裝在熱解爐加熱絲
(25)與熱解爐外殼(28)之間。
[0008]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，反應(yīng)管(8)包括石英管(29)、燒結(jié)底板(30)和具孔塞(31)，石英管(29)采用石英材質(zhì)，外觀呈圓筒形，上部連接處為磨砂口，下口設(shè)有具孔塞(31)，反應(yīng)管(8 )內(nèi)距具孔塞(31)距離A為40 mm處設(shè)有燒結(jié)托板(30 )，使用時反應(yīng)管(8)可更換。
[0009]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，熱電偶排布器(9)包括支撐管
(32)、托板(33)、反應(yīng)管熱電偶(34)和固定板(35)，支撐管(32)上下口均為磨砂口，7根反應(yīng)管熱電偶(34)均布在固定板(35)和托板(33)上。
[0010]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，初級分離系統(tǒng)(2)由導(dǎo)流器(47)、導(dǎo)流管(38)、套管過濾器(46)與收集瓶(45)組成，導(dǎo)流管(38)頂部開口處有導(dǎo)流器頂塞
(37)，在一側(cè)有導(dǎo)流器采樣支管(36)和導(dǎo)流器螺旋塞(48)，另一側(cè)通過導(dǎo)流管(38)與套管過濾器(46 )連接，初級分離系統(tǒng)(2 )安裝在恒溫箱(42 )內(nèi)。
[0011]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，套管過濾器(46)包含濾芯(43)和套管過濾器外殼(44)，套管過濾器(46)有兩個出口，上端通過過濾管(41)連接冷凝分離系統(tǒng)(3)，下端直接連接收集瓶(45)，在過濾管(41) 一側(cè)設(shè)有過濾器采樣支管(40)和過濾器螺旋塞(39 )，套管過濾器(46 )處于恒溫箱(42 )內(nèi)。
[0012]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，冷凝分離系統(tǒng)(3)包括冷凝管(56 )、彎管(52 )、密封塞(53 )、錐形瓶(54 )，其中，冷凝管(56 )包括螺旋管(50 )和冷凝管外殼(51、入水口(55)和出水口(49)，冷凝管(56)和錐形瓶(54)通過彎管(52)和密封塞(53)連接。
[0013]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，不可冷凝氣體收集與計量系統(tǒng)(4)包括不可冷凝氣總開關(guān)閥(10)、濕式流量計(11)、氣袋(12)和不可冷凝氣體收集開關(guān)閥
[13]，在不可冷凝氣總開關(guān)閥(10)的后側(cè)將不可冷凝氣體分為收集和計量兩個支路。
[0014]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，載氣供應(yīng)系統(tǒng)(6)包括載氣罐
(19)、載氣開關(guān)閥(20)、載氣電磁流量計(21)和載氣單向閥(22)，以上各部分通過軟管依次串接。
[0015]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，燃?xì)饣赜孟到y(tǒng)(5)由儲氣罐(15)、儲氣罐進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(14)、儲氣罐出氣調(diào)節(jié)閥(16)、空氣混配器(17)、燃燒噴嘴(18)組成，儲氣罐(15)與不可冷凝氣體收集與計量系統(tǒng)(4)連接，燃燒噴嘴(18)生成的熱煙氣通過管道直接進(jìn)入反應(yīng)管(8)內(nèi)。
[0016]上述的內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置，控制系統(tǒng)(7 )包括控制主機(jī)(23 )、熱解爐熱電偶(26)、反應(yīng)管熱電偶(34)、不可冷凝氣體電磁調(diào)節(jié)閥(10)、濕式流量計(11)、儲氣罐進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥(14)、儲氣罐出氣調(diào)節(jié)閥(16 )、空氣混配器(17 )、載氣開關(guān)閥(20 )和載氣電磁流量計(21)、恒溫箱(42)等組成，用于完成炭化裝置反應(yīng)溫度與氣體流量的信號采集與控制。
[0017]具有而言，本發(fā)明專利與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0018](I)本發(fā)明采用內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化技術(shù)原理，集生物質(zhì)熱解炭化、熱解產(chǎn)物冷卻分離、不可冷凝氣體收集回用及炭化氣氛調(diào)節(jié)技術(shù)于，創(chuàng)新開發(fā)了生物質(zhì)炭化技術(shù)設(shè)備。
[0019](2)本發(fā)明采用五段式加熱爐，各段溫度可實現(xiàn)分段程序控制，爐膛有足夠大的長徑比，保證了反應(yīng)管恒溫區(qū)的長度，可提高生物質(zhì)熱解產(chǎn)物品質(zhì)。
[0020](3)本發(fā)明采用兩級分離系統(tǒng)，可以根據(jù)不同裂解產(chǎn)物的冷凝溫度，實現(xiàn)液液分離和氣液分離，將木焦油和木醋液分別收集利用。
[0021](4)本發(fā)明在反應(yīng)管內(nèi)多點布設(shè)熱電偶，可實時采集反應(yīng)管多點溫度，為研宄溫度場對生物質(zhì)熱解特性的影響提供了條件。
[0022](5)本發(fā)明設(shè)有載氣供應(yīng)系統(tǒng)，供氣速度可控可測，可作為熱解產(chǎn)物的載氣，也可用于改變熱解氣氛，提高了設(shè)備功能。
[0023](6)本發(fā)明在不同位置設(shè)有多個熱解三態(tài)產(chǎn)物采集口，可實現(xiàn)熱解產(chǎn)物的多點采樣與分析。
[0024](7)本發(fā)明設(shè)有可燃?xì)饣赜孟到y(tǒng)，采用可燃?xì)馊紵鬅犸L(fēng)和熱解爐加熱，組成了生物質(zhì)炭化內(nèi)外組合式加熱系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0025]圖1為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置熱解爐示意圖。
[0027]圖3為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置反應(yīng)管示意圖。
[0028]圖4為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置熱電偶排布器示意圖。
[0029]圖5為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置初級分離系統(tǒng)示意圖。
[0030]圖6為內(nèi)外組合加熱式生物質(zhì)熱解炭化裝置冷凝分離系統(tǒng)示意圖。
[0031]圖1中:I為熱解系統(tǒng)、2為初級分離系統(tǒng)、3為冷凝分離系統(tǒng)、4為不可冷凝氣收集與計量系統(tǒng)、5為燃?xì)饣赜孟到y(tǒng)、6為載氣供應(yīng)系統(tǒng)、7為自動控制系統(tǒng)、8為反應(yīng)管、9為熱電偶排布器、10為不可冷凝氣總開關(guān)閥、11為濕式流量計、12為氣袋、13為不可冷凝氣收集開關(guān)閥、14為儲氣罐進(jìn)氣開關(guān)閥、15為儲氣罐、16為儲氣罐出氣開關(guān)閥、17為空氣混配器、18為燃燒噴嘴、19載氣罐、20為載氣開關(guān)閥、21載氣電磁流量計、22為載氣單向閥、23為控制主機(jī)、24為熱解爐
[0032]圖2中:25為熱解爐加熱絲、26為熱解爐熱電偶、27為保溫層、28為熱解爐外殼
[0033]圖3中:29為石英管、30為燒結(jié)底板、31為具孔塞
[0034]圖4中:32為支撐管、33為托板、34為反應(yīng)管熱電偶、35為固定板
[0035]圖5中36為導(dǎo)流器采樣支管、37導(dǎo)流器頂塞、38為導(dǎo)流管、39為過濾管螺旋塞、40為過濾器采樣支管、41為過濾管、42為恒溫箱、43為濾芯、44為套管過濾器外殼、45為收集瓶、46為套管過濾器、47為導(dǎo)流器、48為導(dǎo)流器螺旋塞
[0036]圖6中:49為出水口、50為螺旋管、51為冷凝管外殼、52為彎管、53為密封塞、54為錐形瓶