專利名稱：秸稈炭化裝置及秸稈炭化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及秸桿炭化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種秸桿炭化裝置及秸桿炭化的方法。
背景技術(shù)：
鑒于化石燃料(煤、石油和天然氣)資源瀕臨桔竭和化石燃料燃燒過(guò)程中CO2的過(guò)量排放，對(duì)全球氣候變化的影響，人們注意到可再生能源物質(zhì)(各種作物籽粒、秸桿、殘?jiān)⒛静牡?的利用。試圖把生物質(zhì)(Biomass)材料進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化(如沼氣)和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，通稱熱解(Pyrolysis)，生產(chǎn)可再生清潔能源。生物材料通過(guò)熱解可產(chǎn)生固、氣、液三種形態(tài)的產(chǎn)品。根據(jù)目的，控制熱解條件，可得到需要的主要產(chǎn)品。從能源開(kāi)發(fā)角度，就是要把生物材料轉(zhuǎn)化為可燃性氣體，如CO、H2,甲烷、こ烷和丙烷等。1997年在美國(guó)建成了世界第一個(gè)商業(yè)用生物材料氣化工廠(Basu，2010)。固體產(chǎn)物是生物黑炭(Biochar)。2007年，Lehmann在Nature發(fā)表了生物黑炭(Biochar)加入到土壤后對(duì)于CO2有增匯(Sink)減排作用，也有研究報(bào)告指出，黒炭對(duì)于改良土壤性質(zhì)(Liang等，2006)，土壌氮素轉(zhuǎn)化和遷移產(chǎn)生影響 (Clough和Condron, 2010)。因此,生物黑炭受到了越來(lái)越多的關(guān)注；黑炭的這些功能和作用得到了認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。而中國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，水稻、小麥、玉米是中國(guó)的三大糧食作物，包括其它作物毎年要生產(chǎn)出約6億噸秸桿。目前情況下，在中國(guó)秸桿還田和用作生活燃料的比例很小，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)比例更小。目前處理的辦法是就地焚燒，這不僅影響交通和航運(yùn)，而且炭細(xì)顆粒物(PM2. 5)被人吸入將影響健康，嚴(yán)重時(shí)誘發(fā)癌癥。對(duì)此，政府雖明令禁燒，但有禁不止，至今尚無(wú)良策。黑炭生產(chǎn)的基本原理是在無(wú)氧條件下，把生物材料(Biomass)引入熱解容器中加熱烘焙(torrefaction)和熱解(Pyrolysis)。Basu(2010)指出，烘焙也是ー種熱解形式。當(dāng)前用于科學(xué)試驗(yàn)的黒炭一般都有實(shí)驗(yàn)室微型的炭化裝置如馬弗爐，高溫電爐來(lái)制備。實(shí)際上，將來(lái)如將黑炭應(yīng)用于田間的話，就必須需要適用于大規(guī)模生產(chǎn)的エ藝技術(shù)設(shè)備，且應(yīng)以可再生的緑色生物能源為加熱源，以滿足環(huán)保、低耗的要求。最近在中國(guó)南京召開(kāi)的黑炭研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)上有人介紹了美國(guó)Amazon公司基于干溜原理(Drydistillation)設(shè)計(jì)的規(guī)?；a(chǎn)黑炭的設(shè)備。然而所涉及的生物材料的范圍，只是甘蔗渣、棉花枝葉、生活污泥、動(dòng)物排泄物和飼養(yǎng)場(chǎng)廢棄物等，未涉及稻、麥和玉米等作物秸桿。因?yàn)檫@些作物的秸桿未經(jīng)加工處理，無(wú)法通過(guò)螺旋式推進(jìn)器把這些材料自動(dòng)送入熱解爐中，這就很難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)?，F(xiàn)有的干溜熱解系統(tǒng)所用的對(duì)生物材料加熱的能源一般都是用引入生物材料熱解氣化自身產(chǎn)生的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這需要消耗大量生物質(zhì)炭，炭化比率低且大大増加了碳排放量，這對(duì)于以生產(chǎn)黑炭為目的的生物材料熱解，并非妥善之舉，而不利于環(huán)境保護(hù)。第一次開(kāi)爐的啟動(dòng)能源不可避免地要用天然氣或其它化石燃料，在當(dāng)前能源日益緊張、環(huán)保壓カ大的形式下，這也是不可取的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供ー種可對(duì)各類生物秸桿資源進(jìn)行炭化利用且炭化比率高、碳排放量低的秸桿炭化裝置，該裝置還具有資源利用充分、炭化效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)；所公開(kāi)的秸桿炭化方法エ藝簡(jiǎn)單、適于規(guī)?；a(chǎn)且對(duì)環(huán)境友好。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
設(shè)計(jì)ー種秸桿炭化裝置，包括隧道窯式炭化爐體、加熱單元、煙塵收集處理單元，還設(shè)置有一定數(shù)量的帶蓋的具一定透氣性的燒結(jié)料箱、以及與所述炭化爐體的爐膛相匹配的軌道式載料車，所述燒結(jié)料箱安放在所述軌道式載料車中；所述加熱単元包括布設(shè)于炭化爐體爐膛內(nèi)的噴火槍、將所述噴火槍和燃?xì)庠催B通的燃?xì)夤苈?、及將所述噴火槍和助燃?xì)庠催B通的助燃?xì)夤苈贰Ｋ鰺焿m收集處理單元包括噴淋收集器、集污水池，所述噴淋收集器包括依次相接的引風(fēng)機(jī)、噴淋塔、循環(huán)水池。在所述軌道式載料車的尾端設(shè)置有隔焰擋火墻，其首端設(shè)置有與炭化爐體的進(jìn)ロ 相匹配的爐門(mén)。在所述炭化爐體的側(cè)壁或/和所述爐門(mén)上設(shè)置有觀察窗，便于觀察爐膛燃燒狀況。在所述炭化爐體的爐膛內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫計(jì)或溫度傳感器，便于爐膛內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)、控制。所述燒結(jié)料箱由導(dǎo)熱且耐高溫的材料制成；在所述燒結(jié)料箱的側(cè)壁或/和頂蓋上設(shè)置有一定數(shù)量的透氣孔或透氣狹縫，以使燒結(jié)料箱具有一定的透氣性，從而可使燒結(jié)料箱內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及焦油能溢至燒結(jié)料箱外的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒利用。所述燃?xì)庠窗ㄕ託獬亍?duì)應(yīng)于沼氣池的儲(chǔ)氣罐。利用上述秸桿炭化裝置進(jìn)行秸桿炭化的方法，包括以下步驟
(1)向燒結(jié)料箱中填滿待炭化秸桿并壓實(shí)，然后將裝滿秸桿的燒結(jié)料箱碼放在所述軌道式載料車中后，再將該軌道式載料車轉(zhuǎn)入所述炭化爐體的爐膛中，且使燒結(jié)料箱與爐膛四壁之間留有一定的間隙；
(2)密閉炭化爐體，經(jīng)由加熱單元中的燃?xì)夤苈泛椭細(xì)夤苈废蛩鰢娀饦尮┙o燃?xì)夂椭細(xì)?，并?jīng)由所述噴火槍向爐膛內(nèi)噴燃加熱，使?fàn)t膛內(nèi)升溫至480 550°C后保溫?zé)峤? 8小時(shí)，或使?fàn)t膛內(nèi)快速升溫至780 820°C后保溫?zé)峤? 4小時(shí)；
(3)爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙塵進(jìn)入煙塵收集處理單元，進(jìn)行回收焦油、降塵凈化處理，尾氣處理達(dá)標(biāo)后排空；
(4)缺氧條件下對(duì)所述燒結(jié)料箱強(qiáng)制降溫或自然冷卻后即成。在所述步驟(2)中，在加熱升溫過(guò)程中逐漸調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃?xì)饬髁浚猿浞掷媒諚U烘焙、熱解自生產(chǎn)生的可燃物CO、H2,甲烷、こ烷、丙烷及焦油作燃料。在所述步驟(3)中，將回收后的焦油送至炭化爐體的爐膛中進(jìn)行燃燒利用。本發(fā)明具有積極有益的效果
I.生物資源炭化比率高、碳排放量低秸桿裝在上述不完全密封(具一定透氣性)的燒結(jié)料箱中，加熱時(shí)由于箱內(nèi)生物質(zhì)中的水分蒸發(fā)和烘焙產(chǎn)生的氣體及箱內(nèi)物料空隙間殘留空氣受熱膨脹，箱內(nèi)壓カ大于爐膛，因此燃?xì)饧爸細(xì)獠粫?huì)進(jìn)至燒結(jié)料箱中，進(jìn)而可保證箱內(nèi)的秸桿在無(wú)氧條件下熱解，因而炭化比率高(如稻草達(dá)到3 1，麥桿達(dá)到3. 5 1，稻殼達(dá)到2. 5 1)，碳排放量大為降低。2.適應(yīng)性強(qiáng)該炭化裝置適用于各類可進(jìn)行炭化利用的生物資源，對(duì)待炭化原料無(wú)選擇性要求。3.生物資源利用充分、炭化效率高、能耗低可充分利用生物質(zhì)自身熱解產(chǎn)生的各類可燃物質(zhì)，原料利用充分，利用效率高。4.本發(fā)明秸桿炭化方法エ藝流程簡(jiǎn)單、適于規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)成本低且對(duì)環(huán)境友好，易于推廣普及。說(shuō)明書(shū)附圖

圖I為ー種秸桿炭化裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為ー種秸桿炭化裝置的噴火槍的安裝示意圖； 圖3為ー種秸桿炭化裝置的煙塵收集處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為炭化爐體，2為燒結(jié)料箱，3為軌道式載料車，4為隔焰擋火墻，5為爐門(mén)，6為小觀察窗，7為大觀察窗，8為噴淋塔，9為助燃?xì)夤苈罚?0、11、12為助燃?xì)夤苈烽y門(mén)，13、14、15為噴火槍，16為燃?xì)夤苈罚?7為燃?xì)夤苈烽y門(mén)，18為炭化爐體側(cè)壁的觀察窗，19為測(cè)溫孔，20為循環(huán)水箱，21為排污ロ，22為集污水池，23為引風(fēng)機(jī)，24為引風(fēng)機(jī)氣流量閥門(mén)，25為增氧風(fēng)機(jī)，26為燃?xì)饬髁勘?27為燃?xì)鈮亥怼?br> 具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。所涉及的結(jié)構(gòu)及部件如無(wú)特別說(shuō)明，均為常規(guī)結(jié)構(gòu)或部件。實(shí)施例I 一種秸桿炭化裝置，參見(jiàn)圖I、圖I、圖3，包括隧道窯式炭化爐體I、加熱單元、煙塵收集處理單元，還設(shè)置有一定數(shù)量的具一定透氣性的燒結(jié)料箱2、以及與所述炭化爐體I的爐膛相匹配的軌道式載料車3，燒結(jié)料箱2 (由不銹鋼材料制成)安放在所述軌道式載料車3中；所述加熱単元包括布設(shè)于炭化爐體爐膛內(nèi)的噴火槍、將所述噴火槍和燃?xì)庠?沼氣池、儲(chǔ)氣罐)連通的燃?xì)夤苈?6、及將所述噴火槍13、14、15和助燃?xì)庠催B通的助燃?xì)夤苈?2 ;所述煙塵收集處理單元包括噴淋收集器、集污水池22，所述噴淋收集器包括依次相接的引風(fēng)機(jī)23、噴淋塔8、循環(huán)水池20 ;在軌道式載料車3的尾端設(shè)置有隔焰擋火墻4，其首端設(shè)置有與炭化爐體I的進(jìn)ロ相匹配的爐門(mén)5 ;在爐門(mén)上5設(shè)置有便于觀察爐膛燃燒狀況的大觀察窗7和小觀察窗6 ;在炭化爐體的側(cè)壁上設(shè)置有測(cè)溫孔19，便于以溫度計(jì)監(jiān)測(cè)爐膛內(nèi)的溫度；在所述燒結(jié)料箱的頂蓋上設(shè)置有適宜數(shù)量的透氣孔，從而可使燒結(jié)料箱內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及焦油能溢至燒結(jié)料箱外的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒利用。各部件的具體參數(shù)如下
(1)隧道式窯炭化爐體外部爐體采用鋼結(jié)構(gòu)，爐體內(nèi)壁采用耐火磚砌成，保溫層由耐高溫玻璃棉等保溫隔熱填料構(gòu)成；爐膛有效尺寸為300 X 90 X 80cm ；
(2)燒結(jié)料箱由304，316L耐高溫不銹鋼制成，箱體尺寸為75X48X60cm，容積
0.216m3 ;裝滿壓實(shí)可裝載稻草45市斤，麥桿35市斤，稻殼谷45市斤。燒結(jié)料箱共10只，供兩批進(jìn)料用，由軌道式載料車運(yùn)載；
(3)熱解用的燃?xì)?沼氣)通過(guò)管道，一頭與沼氣池連通，另ー頭與噴槍連通，連接管道間裝有氣壓表，并安裝了與沼氣儲(chǔ)氣罐區(qū)隔的閥門(mén)；(4)爐膛溫度觀測(cè)因限于經(jīng)費(fèi)，未安裝爐膛溫度的連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，而是通過(guò)爐體通空氣的小孔，插入溫度計(jì)不定時(shí)觀測(cè)。(5)煙塵收集處理單元的噴淋塔收集排出的不可燃的煙灰(微粒炭)和在爐膛未燃燒掉的少量焦油的，噴淋塔的出口裝有過(guò)濾網(wǎng)，細(xì)顆粒煙灰和焦油進(jìn)入污水池，焦油可不定期收集加入爐內(nèi)再次燃燒，噴淋用水為每小時(shí)50升。利用上述秸桿炭化裝置進(jìn)行秸桿炭化的方法，包括以下步驟
(1)向燒結(jié)料箱中填滿待炭化秸桿并壓實(shí)，然后將裝滿秸桿的燒結(jié)料箱碼放在所述軌道式載料車中后，再將該軌道式載料車轉(zhuǎn)入所述炭化爐體的爐膛中，且使燒結(jié)料箱與爐膛四壁之間留有一定的間隙；
(2)密閉炭化爐體，經(jīng)由加熱單元中的燃?xì)夤苈泛椭細(xì)夤苈废蛩鰢娀饦尮┙o燃?xì)夂椭細(xì)?，并?jīng)由所述噴火槍向爐膛內(nèi)噴燃加熱，使?fàn)t膛內(nèi)升溫至500±20°C后保溫 熱解7 8小時(shí)；在加熱升溫過(guò)程中逐漸調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃?xì)饬髁?，以充分利用秸桿烘焙、熱解自生產(chǎn)生的可燃物CO、H2,甲烷、こ烷、丙烷及焦油作燃料；以連續(xù)熱解為最好，可省燃料、省エ；連續(xù)炭化吋，當(dāng)爐膛溫度降至400°C，切換第二批裝料箱，6小時(shí)可完成炭化，取出的第一批裝料箱，用冷水噴灑，使之迅速降至100°C以下，以免箱內(nèi)黒炭自燃；第三次切換，5小時(shí)可完成炭化；24小時(shí)內(nèi)可生產(chǎn)3批黑炭。(3)爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙塵進(jìn)入煙塵收集處理單元，進(jìn)行回收焦油、降塵凈化處理，尾氣處理達(dá)標(biāo)后排空；將回收后的焦油送至炭化爐體的爐膛中進(jìn)行燃燒利用；
(4 )無(wú)氧條件下對(duì)所述燒結(jié)料箱強(qiáng)制降溫或自然冷卻后即成。以年熱解10萬(wàn)公斤秸桿，利用上述裝置及エ藝生產(chǎn)3300kg黑炭為目標(biāo)。以稻麥兩季每畝年產(chǎn)800kg秸桿計(jì)算，通過(guò)這ー規(guī)模的秸桿炭化裝置，毎年可消耗125畝農(nóng)田產(chǎn)出的稻桿。配套建設(shè)800m3沼氣池和600m3的儲(chǔ)氣罐，日供氣能力為200m3 ；200立方沼氣又可消耗11萬(wàn)公斤秸桿。利用秸桿生產(chǎn)沼氣，不僅消耗了大量秸桿，而且動(dòng)物排泄物，人糞尿，農(nóng)村固體生活垃圾可一同投入沼氣池，作為產(chǎn)氣材料，從而大大改善農(nóng)村生活和生產(chǎn)環(huán)境。這ー規(guī)模的秸桿熱解爐及生產(chǎn)供熱解用的沼氣，毎年可消耗約20萬(wàn)kg以上的生物秸桿。當(dāng)氣溫低于25°C時(shí)，可利用炭化裝置產(chǎn)生的余熱，通過(guò)特別設(shè)計(jì)的管道加熱沼液，使沼氣池溫度保持在25 30°C，從而大大增加產(chǎn)氣量。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作ー些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種秸桿炭化裝置，包括隧道窯式炭化爐體、加熱單元、煙塵收集處理單元，其特征在于，還設(shè)置有一定數(shù)量帶蓋的具一定透氣性的燒結(jié)料箱、以及與所述炭化爐體的爐膛相匹配的軌道式載料車，所述燒結(jié)料箱安放在所述軌道式載料車中；所述加熱単元包括布設(shè)于炭化爐體爐膛內(nèi)的噴火槍、將所述噴火槍和燃?xì)庠催B通的燃?xì)夤苈?、及將所述噴火槍和助燃?xì)庠催B通的助燃?xì)夤苈贰?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，所述煙塵收集處理單元包括噴淋收集器、集污水池，所述噴淋收集器包括依次相接的引風(fēng)機(jī)、噴淋塔、循環(huán)水池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，在所述軌道式載料車的尾端設(shè)置有隔焰擋火墻，其首端設(shè)置有與炭化爐體的進(jìn)ロ相匹配的爐門(mén)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，在所述炭化爐體的側(cè)壁或/和所述爐門(mén)上設(shè)置有觀察窗。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，在所述炭化爐體的爐膛內(nèi)設(shè)置有測(cè)溫計(jì)或溫度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，所述燒結(jié)料箱及其蓋均由導(dǎo)熱且耐高溫的材料制成；在所述燒結(jié)料箱的側(cè)壁或/和頂蓋上設(shè)置有一定數(shù)量的透氣孔或透氣狹縫。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的秸桿炭化裝置，其特征在于，所述燃?xì)庠窗ㄕ託獬亍?duì)應(yīng)于沼氣池的儲(chǔ)氣罐。
8.利用權(quán)利要求I所述秸桿炭化裝置進(jìn)行秸桿炭化的方法，包括以下步驟 (1)向燒結(jié)料箱中填滿待炭化秸桿并壓實(shí)，蓋上蓋，然后將裝滿秸桿的燒結(jié)料箱碼放在所述軌道式載料車中后，再將該軌道式載料車轉(zhuǎn)入所述炭化爐體的爐膛中，且使燒結(jié)料箱與爐膛四壁之間留有一定的間隙； (2)密閉炭化爐體，經(jīng)由加熱單元中的燃?xì)夤苈泛椭細(xì)夤苈废蛩鰢娀饦尮┙o燃?xì)夂椭細(xì)?，并?jīng)由所述噴火槍向爐膛內(nèi)噴燃加熱，使?fàn)t膛內(nèi)升溫至480 550°C后保溫?zé)峤? 8小時(shí)，或使?fàn)t膛內(nèi)快速升溫至780 820°C后保溫?zé)峤? 4小時(shí)； (3)爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生的少量煙塵進(jìn)入煙塵收集處理單元，進(jìn)行回收焦油、降塵凈化處理，尾氣處理達(dá)標(biāo)后排空； (4 )缺氧條件下對(duì)所述燒結(jié)料箱強(qiáng)制降溫或自然冷卻后即成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的秸桿炭化的方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，在加熱升溫過(guò)程中逐漸調(diào)節(jié)進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃?xì)饬髁浚猿浞掷媒諚U烘焙、熱解自生產(chǎn)生的可燃物CO、H2,甲烷、こ烷、丙烷及焦油作燃料。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的秸桿炭化的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，將回收后的焦油送至炭化爐體的爐膛中進(jìn)行燃燒利用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種秸稈炭化裝置及秸稈炭化的方法。包括隧道窯式炭化爐體、加熱單元、煙塵收集處理單元，還設(shè)置有燒結(jié)料箱、軌道式載料車，其燒結(jié)料箱安放在軌道式載料車中；其加熱單元包括布設(shè)于爐膛內(nèi)的噴火槍、燃?xì)夤苈贰⒅細(xì)夤苈?；秸稈裝載置于載料車中的燒結(jié)料箱，并移至炭化爐體中，密閉后經(jīng)由加熱單元中的燃?xì)夤苈泛椭細(xì)夤苈废蛩鰢娀饦尮┙o燃?xì)夂椭細(xì)?，并?jīng)由所述噴火槍向爐膛內(nèi)噴燃加熱，使?fàn)t膛內(nèi)升溫至480～550℃后保溫5～8小時(shí)后降溫冷卻即成。本發(fā)明裝置炭化利用各類生物秸稈資源，且具有炭化比率高、碳排放量低、資源利用充分、炭化效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)；所公開(kāi)的秸稈炭化方法工藝簡(jiǎn)單、適于規(guī)?；a(chǎn)且對(duì)環(huán)境友好。
文檔編號(hào)C10B53/02GK102863975SQ20121026777
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者王慎強(qiáng), 趙旭, 邢光熹, 裴煥初, 楊林章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所