一種內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質資源綜合開發(fā)利用技術領域，具體涉及一種生物質熱解裝置，具體是以各類農作物秸桿為原料，采用內外組合加熱式固定床生物質炭化技術原理，對生物質進行熱解炭化和熱解可燃氣回用的反應裝置。
【背景技術】
[0002]生物炭(B1char)是生物有機材料(生物質)在缺氧或絕氧環(huán)境中，經熱裂解后生成的固態(tài)產物，既可作為高品質能源、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切的熱點問題提供解決方案，生物炭的生產和應用已引起國內外廣泛關注。按照加熱方式生物質炭化技術分為外熱式、內熱式和自燃式3種類型。外熱式炭化技術一般采用流動的熱空氣通過炭化室外壁對物料進行間接加熱，炭化工藝參數控制方便，由于屬間接加熱方式，換熱效率相對較低；內熱式炭化技術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；自燃式炭化技術是采用物料自燃的方式對炭化室內的物料進行直接加熱，在3種加熱方式中換熱效率最高，但對炭化工藝參數，尤其是設備進風量的控制要求嚴苛。
[0003]目前，國內生物質炭化技術與設備研宄取得了一定的成果，但相關研宄仍需深入，尤其是內外組合加熱式生物質炭化技術研宄較少，相關裝備的設計開發(fā)尚屬空白。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決技術背景中所述的在生物質熱解炭化研宄中，內外組合加熱式生物質炭化技術與設備研宄不足的問題。為了達到這一目的，內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置所采取的技術方案包括熱解系統(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)、燃氣回用系統(tǒng)(5)、載氣供應系統(tǒng)(6)和控制系統(tǒng)(7)，其特征在于反應管(8)外部安裝熱解爐(24)，內部裝有反應管熱電偶(34)，反應管(8)下端與載氣供應系統(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)收集的燃氣經過燃氣回用系統(tǒng)(5)通過內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]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，熱解系統(tǒng)(I)由熱解爐(24)、反應管(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]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，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，熱解爐(24)自上而下每段基準控制炭化溫度分別為 520 °C、510 °C、500 °C、500 °C、510 °C。
[0007]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，熱解爐(24)外形呈圓筒形結構，采用對開設計，熱解爐加熱絲(25)安裝在熱解爐(24)內側，保溫層(27)安裝在熱解爐加熱絲
(25)與熱解爐外殼(28)之間。
[0008]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，反應管(8)包括石英管(29)、燒結底板(30)和具孔塞(31)，石英管(29)采用石英材質，外觀呈圓筒形，上部連接處為磨砂口，下口設有具孔塞(31)，反應管(8 )內距具孔塞(31)距離A為40 mm處設有燒結托板(30 )，使用時反應管(8)可更換。
[0009]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，熱電偶排布器(9)包括支撐管
(32)、托板(33)、反應管熱電偶(34)和固定板(35)，支撐管(32)上下口均為磨砂口，7根反應管熱電偶(34)均布在固定板(35)和托板(33)上。
[0010]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，初級分離系統(tǒng)(2)由導流器(47)、導流管(38)、套管過濾器(46)與收集瓶(45)組成，導流管(38)頂部開口處有導流器頂塞
(37)，在一側有導流器采樣支管(36)和導流器螺旋塞(48)，另一側通過導流管(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。
[0011]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，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) 一側設有過濾器采樣支管(40)和過濾器螺旋塞(39 )，套管過濾器(46 )處于恒溫箱(42 )內。
[0012]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，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]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，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閥(10)、濕式流量計(11)、氣袋(12)和不可冷凝氣體收集開關閥
[13]，在不可冷凝氣總開關閥(10)的后側將不可冷凝氣體分為收集和計量兩個支路。
[0014]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，載氣供應系統(tǒng)(6)包括載氣罐
(19)、載氣開關閥(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]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，燃氣回用系統(tǒng)(5)由儲氣罐(15)、儲氣罐進氣調節(jié)閥(14)、儲氣罐出氣調節(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入反應管(8)內。
[0016]上述的內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置，控制系統(tǒng)(7 )包括控制主機(23 )、熱解爐熱電偶(26)、反應管熱電偶(34)、不可冷凝氣體電磁調節(jié)閥(10)、濕式流量計(11)、儲氣罐進氣調節(jié)閥(14)、儲氣罐出氣調節(jié)閥(16 )、空氣混配器(17 )、載氣開關閥(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)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0018](I)本發(fā)明采用內外組合加熱式生物質熱解炭化技術原理，集生物質熱解炭化、熱解產物冷卻分離、不可冷凝氣體收集回用及炭化氣氛調節(jié)技術于，創(chuàng)新開發(fā)了生物質炭化技術設備。
[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，保證了反應管恒溫區(qū)的長度，可提高生物質熱解產物品質。
[0020](3)本發(fā)明采用兩級分離系統(tǒng)，可以根據不同裂解產物的冷凝溫度，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)明在反應管內多點布設熱電偶，可實時采集反應管多點溫度，為研宄溫度場對生物質熱解特性的影響提供了條件。
[0022](5)本發(fā)明設有載氣供應系統(tǒng)，供氣速度可控可測，可作為熱解產物的載氣，也可用于改變熱解氣氛，提高了設備功能。
[0023](6)本發(fā)明在不同位置設有多個熱解三態(tài)產物采集口，可實現(xiàn)熱解產物的多點采樣與分析。
[0024](7)本發(fā)明設有可燃氣回用系統(tǒng)，采用可燃氣燃燒后熱風和熱解爐加熱，組成了生物質炭化內外組合式加熱系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0025]圖1為內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置結構示意圖。
[0026]圖2為內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置熱解爐示意圖。
[0027]圖3為內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置反應管示意圖。
[0028]圖4為內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置熱電偶排布器示意圖。
[0029]圖5為內外組合加熱式生物質熱解炭化裝置初級分離系統(tǒng)示意圖。
[0030]圖6為內外組合加熱式生物質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為燃氣回用系統(tǒng)、6為載氣供應系統(tǒng)、7為自動控制系統(tǒng)、8為反應管、9為熱電偶排布器、10為不可冷凝氣總開關閥、11為濕式流量計、12為氣袋、13為不可冷凝氣收集開關閥、14為儲氣罐進氣開關閥、15為儲氣罐、16為儲氣罐出氣開關閥、17為空氣混配器、18為燃燒噴嘴、19載氣罐、20為載氣開關閥、21載氣電磁流量計、22為載氣單向閥、23為控制主機、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為燒結底板、31為具孔塞
[0034]圖4中:32為支撐管、33為托板、34為反應管熱電偶、35為固定板
[0035]圖5中36為導流器采樣支管、37導流器頂塞、38為導流管、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為導流器、48為導流器螺旋塞
[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