一种卧式生物质快速热解装置及其热解方法与流程

1.本发明属于生物质快速热解技术领域，具体涉及一种卧式生物质快速热解装置与方法。


背景技术：

2.随着传统化石能源的枯竭以及日益严重的环境问题，新能源逐渐引起社会的广泛关注。生物质能作为新能源的一种，污染小，来源广泛，能转化为多种能源产品，具有替代化石能源的前景。因此，生物质的利用技术越来越引起人们的重视。生物质快速热解是生物质利用的一种技术，指在隔绝氧气或者低氧情况下快速升温生成热解油、生物炭和热解气三种能源产品的方法。目前，生物质快速热解由于操作简单，成本低，是生物质清洁利用领域的研究热点。
3.卧式装置是最常见的生物质快速热解装置之一，而目前最普遍的设计是先对炉体升温，然后通过推料装置推料或者通过设计转动结构、倾斜结构等特殊结构实现。
4.目前生物质或塑料固定床热解，将物料放入炉管中再升温，由于升温需要时间，只能实现一个慢速热解的过程。
5.若将炉管先升温到固定值，再投入物料，容易混入空气，无法做到特定气体的控制。
6.这些进料方式难免使得生物质物料与装置主体直接接触，一些具有腐蚀性的生物质会直接腐蚀炉体，如城市污泥垃圾或者经过酸碱预处理过的生物质。
7.因此，改进现有设备，研发一种生物质物料与炉体不直接接触的热解装置，同时减少人力劳动，实现半自动化，十分有必要。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种可实现快速热解同时避免空气混入炉管的卧式生物质快速热解装置及其热解方法。
9.本发明的技术方案：本发明所述的卧式生物质快速热解装置，包括卧式炉管和设置在所述卧式炉管外端面，用于对所述卧式炉管加热的加热炉；所述加热炉可沿所述卧式炉管长度方向往复运动；
10.所述卧式炉管一端依靠法兰盘密封，另一端设有热解气出口；所述卧式炉管内设有可沿所述卧式炉管长度方向往复运动的物料箱。
11.进一步的，所述卧式炉管包括预热段和速热段，所述加热炉有效加热范围与所述预热段和速热段的管体长度相同。
12.进一步的，所述加热炉安装在加热炉移动导轨上，通过电动控制装置控制加热炉沿着加热炉移动导轨左右移动。
13.进一步的，所述物料箱近法兰盘一侧设有推杆；所述推杆穿过所述法兰盘连接物料箱牵引块。
14.进一步的，所述卧式炉管的热解气出口端设有颗粒除尘器，所述颗粒除尘器出口与第一级冷凝塔进口相连；所述第一级冷凝塔出口与第二级冷凝塔进口相连，所述第二级冷凝塔出口连接热解气体收集装置。
15.进一步的，所述法兰盘包括内盘法兰和外盘法兰。
16.进一步的，所述颗粒除尘器内设有硅铝棉层和生物炭层，所述硅铝棉层和生物炭层间设有具有孔道结构的金属隔层。
17.本发明还公开了一种卧式生物质快速热解方法，包括打开用于密封卧式炉管的法兰盘，在物料箱内放置生物质物料后，将物料箱推入到卧式炉管的速热段处；用法兰盘密封卧式炉管，通入载气；
18.将加热炉移动至卧式炉管预热段，通入载气，对加热炉预升温，待其升温到指定温度并稳定时，控制加热炉移动到卧式炉管的速热段，对生物质物料进行快速热解；
19.热解完成后，关闭加热炉，并将加热炉复移动至预热段；待到卧式炉管速热段112冷却后，关闭载气，打开法兰盘，取出物料箱，收集物料箱内的生物炭。
20.本发明与现有技术相比的有益效果：
21.1.本发明装置将现有炉体上设置可移动的加热炉，可实现对炉管的部分加热，待将炉管部分加热至一定温度后，再将加热炉移至物料箱处，实现快速加热。设有可移动物料箱，解决了目前卧式热解方式生物质物料直接与炉体直接接触的问题，防止一些具有腐蚀性的生物质物料对炉体的腐蚀。
22.2.在卧式炉管设有预热段和速热段，在通过预热段对卧式炉管进行预热，待预热完成后，再将加热炉移动至速热段，实现对物料箱内材料的快速热解，避免物料箱内材料被缓慢加热，同时，在加热过程中，无需开舱，可避免空气进入。
附图说明
23.图1为本发明卧式生物质快速热解装置的整体结构示意图；
24.图2为本发明卧式生物质快速热解装置中，卧式炉管的具体结构示意图；
25.图3为本发明卧式生物质快速热解装置中，加热炉处于预热段的状态示意图；
26.图4为本发明卧式生物质快速热解装置中，加热炉处于速热段的状态示意图；
27.图5为本发明卧式生物质快速热解装置中，颗粒除尘器的具体结构示意图。
28.图中：1
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温度和流量程序控制设备；2
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支撑柜；3
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滑轨控制仪；4
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滑轨；5
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推杆；6
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法兰盘；7
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流量计；8
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温度计；9
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加热炉；10
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物料箱；11
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卧式炉管；111
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预热段；112
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速热段；12
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颗粒除尘器；121
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硅铝棉层；122
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活性炭层；123
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金属隔板；13
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第一级冷凝塔；14
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第二级冷凝塔；15
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电动控制装置；16
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加热炉移动导轨；17
‑
卧式炉管支撑架。
具体实施方式
29.为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
30.如图1
‑
5所示，其中箭头方向，为载气流动方向；本发明所述的卧式生物质快速热解装置包括本卧式生物质快速热解装置包括卧式炉管11和设置在卧式炉管11外端面，用于对卧式炉管11加热的加热炉9；加热炉9可沿卧式炉管11长度方向往复运动；
31.卧式炉管11一端依靠法兰盘6密封，另一端设有热解气出口；卧式炉管11内设有可沿卧式炉管11长度方向往复运动的物料箱10。卧式炉管11包括预热段111和速热段112，加热炉9有效加热范围与预热段111和速热段112的管体长度相同。
32.加热炉9安装在加热炉移动导轨16上，通过电动控制装置15控制加热炉9沿着加热炉移动导轨16左右移动。
33.物料箱10近法兰盘6一侧设有推杆5；推杆5穿过法兰盘6连接物料箱牵引块4。
34.具体来说，本装置可分为电动加热炉系统、卧式反应器系统、温度和流量控制系统、冷凝系统、支撑系统；
35.其中，电动加热炉系统,属于装置的供热部分，是实现生物质物料半自动化快速热解的主要结构；
36.包括加热炉9、电动控制装置15、加热炉移动导轨16；其中，加热炉9安装在加热炉移动导轨16上，加热炉9轴线方向与移动导轨16平行，通过电动控制装置15控制加热炉9沿着加热炉移动导轨16左右移动；通过电动控制装置15，加热炉9可沿着加热炉移动导轨16匀速左右移动，达到分别对卧式炉管11中预热段111或速热段112加热的目的。
37.卧式炉管11一端依靠法兰盘6密封，另一端设有热解气出口。法兰盘6分内外两片，内盘套在卧式炉管11上，外盘用于封住卧式炉管11开口。卧式炉管11长度约为加热炉9长度的两倍，分为预热段111和速热段112。
38.物料箱10纵截面呈圆形，与卧式炉管11管壁贴合，减小移动过程中与卧式炉管11内壁的摩擦。横截面呈梯形，上端开口，用于放置生物质物料。
39.推杆5呈l形，一端焊接在物料箱10上，推杆5中间部位焊接在法兰盘6的外盘圆心，另一端与滑轨4上的滑块连接。
40.颗粒除尘器12内含硅铝棉和生物炭，中间用具有孔道结构的金属隔层隔开。可除去热解油中重质组分和灰分。二级冷凝塔内的温度保持在0℃左右，能够完全冷凝并收集热解产生的高品质生物油。
41.利用温度和流量控制系统的负反馈程序控制加热炉9温度的稳定，热电偶8用于检测加热炉9内的热解温度，流量计7用于控制载气流速。
42.卧式炉管支撑架17具有左右两根，用于固定卧式炉管11，保证加热炉9左右移动时卧式炉管11的稳定性。
43.卧式反应器系统,用于提供生物质物料快速热解的密封环境，是进料和收集生物炭的主要结构；包括卧式炉管11、物料箱10、推杆5、法兰盘6和滑轨4和滑轨控制仪3；滑轨控制仪3用于控制滑轨4上滑块的运动，从而带动滑杆5和物料箱10的运动。
44.其中，卧式炉管11位于加热炉9中心位置。推杆5呈直角形，一端焊接在物料箱10上，推杆5中间部位焊接在法兰盘6的外盘圆心，另一端与滑轨4上的滑块连接。滑轨控制仪3用于控制滑轨4上滑块的运动。
45.温度和流量控制系统,用于测量上述电动加热炉系统的炉体温度，并利用负反馈程序控制快速热解温度的稳定性，同时控制载气流速；包括温度和流量程序控制设备1、热电偶8和流量计7；其中，热电偶8安装于加热炉内的中间位置，流量计7安装于卧式炉管11的载气进气口前端；
46.冷凝系统,其中颗粒除尘器可除去热解油中重质组分和灰分，、第一级冷凝塔13、
第二级冷凝塔14能够完全收集热解产生的高品质热解油。包括颗粒除尘器12、第一级冷凝塔13、第二级冷凝塔14。颗粒除尘器12进口与卧式炉管11出口相连，颗粒除尘器12出口与第一级冷凝塔13进口相连，第一级冷凝塔出口13与第二级冷凝塔14进口相连，第二级冷凝塔14出口连接后续热解气体收集装置；
47.支撑系统,用于支撑固定上述电动热解炉系统、反应器系统、温度和流量控制系统，实现装置的一体化，保证装置的稳定运行；包括支撑柜2和卧式炉管支撑架17。的电动控制装置15、加热炉移动导轨16、滑轨4、滑轨控制仪3、温度和流量程序控制设备1和卧式炉管支撑架17均安装于支撑柜2上；卧式炉管支撑架17有左右两根，上端均与卧式炉管11底部焊接。
48.其中，卧式炉管11为钢质圆柱筒，加热炉9由耐高温材料制成，上半部分可以打开，轴心开一个与卧式炉管11直径大小相同的通道，以便刚好裹住卧式炉管9，达到最佳热传导效果。
49.本发明还包括一种卧式生物质快速热解的方法，具体包括如下步骤：
50.在卧式反应器系统中，拧开卧式炉管11一端两片法兰盘，利用滑轨控制仪3控制滑轨4上滑块的移动，带动推杆5和物料箱10向外移动至卧式炉管11出口处。
51.在物料箱10内放置生物质物料后，同样利用滑轨控制仪3将物料箱10推入到卧式炉管11速热段112内；关闭法兰盘6，并封闭卧式炉管11，通入载气。
52.在电动加热炉系统中，利用电动控制装置13将加热炉9移动至卧式炉管11的预热段111；通入载气，利用温度和流量控制系统控制载气流速并对加热炉9预升温，待其升温到指定温度并稳定时，电动控制加热炉9移动到卧式炉管11速热段112，对生物质物料进行快速热解，此时，冷凝收集系统中，利用颗粒除尘器12分离出重质组分和灰分，利用二级冷凝塔对热解油充分冷凝并收集。
53.在热解完成后，将加热炉9移动至卧式炉管11预热段111同时关闭加热炉9；待到卧式炉管11的速热段112冷却后，关闭载气，打开法兰盘6，滑轨控制仪3控制滑轨4上滑块的移动，带动推杆5和物料箱10向外移动，收集生物炭。
54.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。