一种多功能全自动式的生物质炭化系统及生物质炭化方法与流程

1.本发明涉及一种生物质制炭化系统及炭化方法，具体涉及一种多功能全自动式的生物质炭化系统及生物质炭化方法。


背景技术：

2.生物质炭研究是最近兴起的一项新型研究。我国是一个农业大国，但是对农余产品的处理却一直没有形成行之有效的处理方式。将生物质进行炭化是现在国际普遍的做法，其主要原理是在低氧条件下对生物质进行高温裂解，将生物质中的油气除掉后，剩下的就是生物炭。生物炭的应用非常广泛，第一个非常具有前景的方向是生物炭锁碳，将生物质炭用作肥料放进土壤中，提高农业生产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产的同时让农业更具持续性。更妙的是，它把碳锁定在生物群内，而非让它排放到空气中，实现锁碳的功能。第二个是可用作农村家庭的燃料比寻常化石燃料更加清洁。第三个是可用作超级电容器的材料，电容炭的价值非常高。目前的生物质炭化系统主要存在的问题主要有：1)产能太小，难以满足逐渐增加的需求。2)无法实现自动化生产。3)难以对炉内温度进行控制，难以保证生物质炭的品质。4)对原料要求高，应用范围受到限制。5)能耗大，存在对环境的污染。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多功能全自动式的生物质炭化系统及生物质炭化方法，本发明利用粉碎机，干燥器，炭化炉，生物质炭收集装置形成自动化炭化系统。本生物质碳化系统将炭化生成的焦油储存起来，将生成的裂解气进行燃烧给炭化供热，烟气余热用于干燥器干燥生物质，实现能量的梯级利用。
4.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种多功能全自动式的生物质炭化系统，包括生物质粉碎机1、由烟气供热的生物质干燥器2、炭化炉、生物炭收集装置19、风机9、第一压力传感器3、第二压力传感器24、烟气温度传感装置4、余热利用装置6、烟气脱硫脱硝处理装置7、烟囱8、油气分离装置20、裂解气净化冷却装置10、第一阀门5、第二阀门23、第三阀门28、生物质进料口30、生物质出料口31、焦油收集罐21、裂解气储集罐22、裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26；生物质粉碎机1出口与生物质干燥器2的生物质进口通过管道相连，生物质干燥器2的生物质出口连通炭化炉的生物质进料口30，炭化炉的生物质出料口31连通生物质炭收集装置19；由生物质干燥器2干燥后的生物质进入炭化炉进行炭化，炭化后的生物质进入生物质炭收集装置19；炭化炉的出口与油气分离装置20进口通过管道连接；裂解气净化冷却装置10与油气分离装置20相连通，油气分离装置20下装有焦油储集罐21，裂解气净化冷却装置10净化后的裂解气通向炭化炉的管道装有裂解气储集罐22和第二阀门23，在裂解气储集罐22与炭化炉内燃烧器18连接的管道上装有裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26，天然气储气罐26与管道
连接处设置第三阀门28；炭化炉中的烟气夹套14出口与余热利用装置6烟气入口通过烟道连接，烟道上设置有第一阀门5，余热利用装置6烟气出口连通烟气脱硫脱硝处理装置7入口，烟气脱硫脱硝处理装置7出口连通烟囱8；风机9出口与余热利用装置6的冷空气入口连通，余热利用装置6的热空气出口与生物质干燥器2的热空气进口连通，风机9送风进入余热利用装置6进行换热，空气温度升高后进入生物质干燥器2对生物质间接加热干燥，然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气；余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
6.所述炭化炉由炭化炉本体13和设置在炭化炉本体13外周圈的烟气夹套14组成，炭化炉本体13中装有炭化温度传感装置29、电加热棒15和控制电加热棒15功率的温控箱16，炭化炉本体13中心设置有由电动机11带动的螺旋推料杆17，炭化炉本体13在与电动机11连接处设置轴套密封12防止空气泄露；烟气夹套14中装有燃烧器18、第一压力传感器3和烟气温度传感装置4，烟气夹套14上设有空气进口和烟气通道。
7.所述炭化炉本体13包括外壳体和内壳体，外壳体不动用于固定整个炭化炉，内壳体27位于外壳内可旋转，并在内壳体内壁设有叶状金属突起，在金属突起内埋有电加热棒15用于为生物质炭化供热；炭化过程由烟气夹套14和内壳体27共同提供热源，通过螺旋推料杆17螺旋运动和内壳体27的旋转运动推动生物质完成炭化过程，内壳体27与螺旋推料杆17的运动同向或反向从而改变生物质炭化的速度；整个炭化系统通过控制螺旋推料杆17的功率，温控箱16控制电加热棒15的功率，内壳体27的旋转功率调节炭化的速度和温度，对不同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
8.使用送风机9提供生物质干燥所需热空气，干燥后的空气送往烟气夹套14以供裂解气燃烧；使用余热利用装置6，将烟气夹套14中排出的烟气用于给生物质干燥提供热量，提高整个系统的能源利用率。
9.使用油气分离装置20将裂解产生的焦油和裂解气进行分离，同时实现除尘的功能，分离后的焦油通过焦油收集罐21储存起来，裂解气给烟气夹套14供热。
10.所述油气分离装置20采用超声波油气分离装置或洗涤冷却油气分离装置。
11.通过油气分离装置20后的裂解气通过管道通向裂解气净化冷却装置10，进行进一步的净化除尘冷却；净化后的裂解气通过管道进入裂解气储集罐22储存，最后通向烟气夹套14中的燃烧器18进行燃烧。
12.在裂解气储集罐22通往燃烧器18的管道设置裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26，裂解产生的裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求，如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热。
13.炭化炉加热区涂有防腐蚀材料，烟气夹套14和炭化炉本体13用保温棉保温；生物质炭收集装置19中充满惰性气体保护生成的炭不被氧化。
14.所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统的生物质炭化方法，包括如下步骤：
15.步骤1：先由温控箱16控制的电加热棒15对内壳体27进行加热并启动，使炭化炉温度达到目标温度；然后启动生物质粉碎机1、生物质干燥器2、电动机11和风机9；开始送料，生物质原料在经过粉碎干燥后进入炭化炉本体13中；在炭化炉本体13中螺旋推料杆17和可旋转的内壳体27的作用下从炭化炉的前端生物质进料口30送往炭化炉末端的生物质出料
口31，在运动过程中通过内壳体中的电加热棒15对其进行加热完成炭化，炭化后的生物质炭进入生物炭收集装置19；炭化产生的裂解气和焦油由炭化炉上方的通道进入油气分离装置20将焦油进行分离并送入焦油收集罐21储存，剩余的裂解气经过裂解气净化冷却装置10进入裂解气储集罐22；
16.步骤2：在裂解气储集罐22达到一定压力后，关闭电加热棒15，将裂解气通入炭化炉，由裂解气燃烧给整个炭化过程供热，并打开第一阀门5；裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求，如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热；
17.步骤3：整个燃烧过程中的所需空气由风机9提供，利用烟气余热加热冷空气变成热空气供热，具体的，风机9送风进入余热利用装置6进行换热，空气温度升高后进入生物质干燥器2对生物质间接加热干燥，然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气；余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
18.本发明生物质制炭系统采用电动机带动螺旋推料杆和可旋转的装有电加热棒的内壳体，通过控制电动机功率和内壳体旋转速度实现对炭化速率进行控制。该炭化系统通过温控箱控制的电加热棒和裂解气燃烧给生物质炭化供热来实现对炭化速率进行控制。本发明将生物质炭化产生的焦油储存起来，裂解气进行燃烧给炭化供热。和现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：(1)本发明使用速度可以调节的螺旋推料杆，由温控箱控制的埋在内壳体的电加热棒，可旋转的内壳体调节炭化的速度和温度，对不同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
19.(2)本发明使用电加热棒对炭化进行供热，既方便对温度进行控制调节，另一方面也节省能源减少温室气体的排放。
20.(3)炭化炉产生的可燃组分通入炭化炉，一方面实现能量梯级利用，无能量浪费，不依赖或最大限度的减少依赖外在能源，实现将生物质变成粉末状炭，运行成本低；另一方面有效解决污染环境问题。
21.(4)由生物质粉碎机，生物质干燥器，电动机带动的螺旋推料杆，形成的炭化流水线可以连续的进料出料实现炭化的自动化生产。
22.(5)系统流程简单，方便可控，每个单元设备都是成熟产品，运行安全稳定，经济效益和环境效益明显。
附图说明
23.图1为本发明多功能全自动式的生物质炭化系统的结构示意图。
24.图2为图1沿c
‑
c方向的剖视图。
25.图3为炭化炉本体的结构图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
27.如图1和图2所示，本发明一种多功能全自动式的生物质炭化系统，包括生物质粉碎机1、由烟气供热的生物质干燥器2、炭化炉、生物炭收集装置19、风机9、第一压力传感器3、第二压力传感器24、烟气温度传感装置4、余热利用装置6、烟气脱硫脱硝处理装置7、烟囱8、油气分离装置20、裂解气净化冷却装置10、第一阀门5、第二阀门23、第三阀门28、生物质
进料口30、生物质出料口31、焦油收集罐21、裂解气储集罐22、裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26；生物质粉碎机1出口与生物质干燥器2的生物质进口通过管道相连，生物质干燥器2的生物质出口连通炭化炉的生物质进料口30，炭化炉的生物质出料口31连通生物质炭收集装置19；由生物质干燥器2干燥后的生物质进入炭化炉进行炭化，炭化后的生物质进入生物质炭收集装置19；炭化炉的出口与油气分离装置20进口通过管道连接；裂解气净化冷却装置10与油气分离装置20相连通，油气分离装置20下装有焦油储集罐21，裂解气净化冷却装置10净化后的裂解气通向炭化炉的管道装有裂解气储集罐22和第二阀门23，在裂解气储集罐22与炭化炉内燃烧器18连接的管道上装有裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26，天然气储气罐26与管道连接处设置第三阀门28；炭化炉中的烟气夹套14出口与余热利用装置6烟气入口通过烟道连接，烟道上设置有第一阀门5，余热利用装置6烟气出口连通烟气脱硫脱硝处理装置7入口，烟气脱硫脱硝处理装置7出口连通烟囱8；风机9出口与余热利用装置6的冷空气入口连通，余热利用装置6的热空气出口与生物质干燥器2的热空气进口连通，风机9送风进入余热利用装置6进行换热，空气温度升高后进入生物质干燥器2对生物质间接加热干燥，然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气；余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
28.作为本发明的优选实施方式，所述炭化炉由炭化炉本体13和设置在炭化炉本体13外周圈的烟气夹套14组成，炭化炉本体13中装有炭化温度传感装置29、电加热棒15和控制电加热棒15功率的温控箱16，炭化炉本体13中心设置有由电动机11带动的螺旋推料杆17，炭化炉本体13在与电动机11连接处设置轴套密封12防止空气泄露；烟气夹套14中装有燃烧器18、第一压力传感器3和烟气温度传感装置4，烟气夹套14上设有空气进口和烟气通道。
29.如图3所示，作为本发明的优选实施方式，所述炭化炉本体13包括外壳体和内壳体，外壳体不动用于固定整个炭化炉，内壳体27位于外壳内可旋转，并在内壳体内壁设有叶状金属突起，在金属突起内埋有电加热棒15用于为生物质炭化供热；炭化过程由烟气夹套14和内壳体27共同提供热源，通过螺旋推料杆17螺旋运动和内壳体27的旋转运动推动生物质完成炭化过程，内壳体27与螺旋推料杆17的运动同向或反向从而改变生物质炭化的速度；整个炭化系统通过控制螺旋推料杆17的功率，温控箱16控制电加热棒15的功率，内壳体27的旋转功率调节炭化的速度和温度，对不同成分的生物质采用不同的炭化速度和温度来提高生物质炭的品质并提高能源利用率。
30.作为本发明的优选实施方式，使用送风机9提供生物质干燥所需热空气，干燥后的空气送往烟气夹套14以供裂解气燃烧；使用余热利用装置6，将烟气夹套14中排出的烟气用于给生物质干燥提供热量，提高整个系统的能源利用率。
31.作为本发明的优选实施方式，使用油气分离装置20将裂解产生的焦油和裂解气进行分离，同时实现除尘的功能，分离后的焦油通过焦油收集罐21储存起来，裂解气给烟气夹套14供热。
32.作为本发明的优选实施方式，所述油气分离装置20采用超声波油气分离装置或洗涤冷却油气分离装置。
33.作为本发明的优选实施方式，通过油气分离装置20后的裂解气通过管道通向裂解气净化冷却装置10，进行进一步的净化除尘冷却；净化后的裂解气通过管道进入裂解气储集罐22储存，最后通向烟气夹套14中的燃烧器18进行燃烧。
34.作为本发明的优选实施方式，在裂解气储集罐22通往燃烧器18的管道设置裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26，裂解产生的裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求，如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热。
35.作为本发明的优选实施方式，炭化炉加热区涂有防腐蚀材料，烟气夹套14和炭化炉本体13用保温棉保温；生物质炭收集装置19中充满惰性气体保护生成的炭不被氧化。
36.如图1所示，本发明所述的一种多功能全自动式的生物质炭化系统的生物质炭化方法，包括如下步骤：
37.步骤1：先由温控箱16控制的电加热棒15对内壳体27进行加热并启动，使炭化炉温度达到目标温度；然后启动生物质粉碎机1、生物质干燥器2、电动机11和风机9；开始送料，生物质原料在经过粉碎干燥后进入炭化炉本体13中；在炭化炉本体13中螺旋推料杆17和可旋转的内壳体27的作用下从炭化炉的前端生物质进料口30送往炭化炉末端的生物质出料口31，在运动过程中通过内壳体中的电加热棒15对其进行加热完成炭化，炭化后的生物质炭进入生物炭收集装置19；炭化产生的裂解气和焦油由炭化炉上方的通道进入油气分离装置20将焦油进行分离并送入焦油收集罐21储存，剩余的裂解气经过裂解气净化冷却装置10进入裂解气储集罐22；
38.步骤2：在裂解气储集罐22达到一定压力后，关闭电加热棒15，将裂解气通入炭化炉，由裂解气燃烧给整个炭化过程供热，并打开第一阀门5；裂解气用于燃烧前先检测其成分是否满足供热需求，如果不满足则通过天然气储气罐26提供天然气共同供热；
39.步骤3：整个燃烧过程中的所需空气由风机9提供，利用烟气余热加热冷空气变成热空气供热，具体的，风机9送风进入余热利用装置6进行换热，空气温度升高后进入生物质干燥器2对生物质间接加热干燥，然后进入炭化炉中的烟气夹套14用作燃烧所用的空气；余热利用后的烟气通过烟气脱硫脱硝处理装置7处理后从烟囱8排出。
40.实施例：
41.使用图1所示的生物质炭化系统进行制炭的主要过程如下；
42.生物质种类很多，现已玉米秸秆为例。
43.启动温控箱16控制的电加热棒15对炭化炉进行加热，当炭化炉中心温度大概稳定在600℃左右。开始启动生物质粉碎机1和由烟气供热的生物质干燥器2；将生物质送入炭化炉中进行炭化。玉米秸秆水分8.79％，灰分9.14％，挥发分65.94％，固定碳16.13％；电动机11启动带动螺旋推料杆17，内壳体开始旋转运动推动生物质进行炭化。炭化完成生成的生物质炭将会进入位于炭化炉末端用惰性气体保护的生物炭收集装置19。炭化过程生成的裂解气和焦油将从炭化炉上方的管道进入超声波油气分离装置20，实现焦油与裂解气的分离，裂解气将进一步的进入裂解气净化冷却装置10，完成净化冷却的裂解气从输气管道进入裂解气储集罐21储存，后进入烟气夹套14的燃烧器18为生物质炭化供热。当裂解气储集达到一定压力便可以关掉温控箱16控制的电加热棒15，由裂解气燃烧给炭化过程供热，为满足裂解的温度需求，在裂解气储集罐21通往燃烧器18的管道上装有裂解气成分检测装置25和天然气储气罐26，检测裂解气成分是否满足燃烧要求，如果不满足由天然气辅助燃烧，保证烟气夹套14的温度保持稳定。供热后的烟气从烟气夹套的上方的烟气管道排出，余热利用后达到180℃的排烟温度后通过烟气脱硫脱硝装置处理后从烟囱中排放。
44.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。