一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置及方法与流程

1.本技术涉及木材碳化技术领域，尤其涉及一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置及方法。


背景技术：

2.木炭是木材或其他木质原料(如木屑、秸秆等农林废弃物)经不完全燃烧，或在隔绝空气条件下热解所获得的高碳含量残留物。原木炭的主要分类包括黑炭和白炭。黑炭的炭化温度400到700度，其在窑内自然熄火、自然冷却后再将其取出。白炭的炭化温度和出炭都在1000度以上。白炭与黑炭相比是一种高端原木炭，其硬度高、密度高、热值高、挥发分含量低且敲击时有金属声。
3.相关技术中木炭生产设备所能承受的温度较低，难以生产出白碳，且自动化程度低，难以对原料进行自动化碳化操作。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置，提高了适用于大块生物质原料的高温碳化装置的耐受温度，可以提高加热温度，提高了木炭的品质，且实现了自动化对原料进行碳化操作，操作简单方便。
5.本技术还提出一种适用于大块生物质原料的高温碳化方法。
6.根据本技术第一方面实施例的适用于大块生物质原料的高温碳化装置，包括：
7.装置本体，所述装置本体内设置有腔体，所述腔体的壁面上设置有耐火隔热层，所述装置本体的侧壁面上设置有进气口和出气口；
8.温度检测组件，安装在所述装置本体上，所述温度检测组件用于检测所述装置本体内的温度；
9.装载件，用于承载原料；
10.驱动组件，与所述装载件连接，所述驱动组件用于带动所述装载件进出所述腔体；
11.冷却组件，位于所述驱动组件和所述装置本体之间，所述冷却组件用于对所述装载件上的碳化后的原料进行降温。
12.根据本技术实施例的适用于大块生物质原料的高温碳化装置，通过驱动组件带动承载组件移动到腔体内，使得木材移动到腔体内。然后将加热气体从进气口输送到腔体内，同时温度检测组件实时检测腔体内的温度，当腔体内的温度达到干燥温度时，保持腔体内的温度一定的时间，实现对木材的干燥处理。当干燥处理完成后，将加热气体通过进气口输送到腔体内，温度检测组件检测到腔体内的温度达到预碳化温度时，保持腔体内的温度一定的时间，对木材进行预碳化处理。预碳化处理结束后，逐渐提高输送到腔体内的加热气体温度，对木材进行碳化处理和煅烧处理，并通过温度检测组件实时检测腔体内的温度，确保腔体内的温度始终符合要求。然后通过驱动组件带动装载件离开腔体，并同时通过冷却组
件对装载件上的木炭进行降温处理，进而得到高品质的木炭。进而实现了通过在腔体的壁面上设置耐火隔热层，提高了适用于大块生物质原料的高温碳化装置的耐受温度，可以提高腔体内的加热温度，可以生产得到白碳，提高了木炭的品质，且实现了自动化对原料进行碳化操作，操作简单方便。
13.根据本技术的一个实施例，所述装置本体的两个相对的侧壁面上均设置有多个呈阵列分布的所述进气口。
14.根据本技术的一个实施例，所述适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括以下至少一种：
15.补燃口，设置于所述装置本体的侧壁面上；
16.观测口，设置于所述装置本体的侧壁面上。
17.根据本技术的一个实施例，所述装置本体靠近所述驱动组件的一侧设置有与所述腔体连通的开口，所述适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括密封门，所述密封门可在开启所述开口的打开状态和闭合所述开口的关闭状态之间切换。
18.根据本技术的一个实施例，所述密封门和所述装置本体之间设置有密封垫片。
19.根据本技术的一个实施例，所述温度检测组件包括以下至少一种：
20.至少一个第一测温热电偶，设置于所述装置本体的顶部；
21.至少一个第二测温热电偶，设置于所述进气口处。
22.根据本技术的一个实施例，所述驱动组件包括第一电机和第一连接件，所述第一电机与所述第一连接件的一端连接，所述第一连接件的另一端与所述装载件可拆卸连接。
23.根据本技术的一个实施例，所述驱动组件包括第二电机、移动轨道和第二连接件，所述第二连接件连接所述第二电机和所述移动轨道，所述腔体内设置有固定轨道，所述移动轨道的上表面和所述固定轨道的上表面处于同一水平线。
24.根据本技术的一个实施例，所述驱动组件包括限位器，所述限位器设置有所述移动轨道和所述第二电机之间。
25.根据本技术的一个实施例，所述冷却组件包括至少一个布料机构，所述布料机构位于所述装载件的上方。
26.根据本技术的一个实施例，所述出气口处设置有烟气组分检测组件，所述烟气组分检测组件用于检测通过所述出气口排放到外界的气体的组分。
27.根据本技术第二方面实施例的适用于大块生物质原料的高温碳化方法，包括：
28.干燥处理，通过150
±
20℃的加热气体对木材原料进行6
±
1.5小时的干燥处理；
29.预碳化处理，通过250
±
30℃且不含氧的加热气体对木材进行3.5
±
1小时的预碳化处理；
30.碳化处理，通过700
±
50℃的加热气体对木材进行5.5
±
1小时的碳化处理；
31.煅烧处理，通过不超过1100℃的加热气体对木材进行0.75
±
0.5小时的煅烧处理；
32.冷却处理，将冷却介质铺设在经过煅烧处理的木材上，实现快速降温。
33.根据本技术实施例的适用于大块生物质原料的高温碳化方法，实现了可以生产得到白碳，提高了木炭的品质，操作简单方便。
34.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1是本技术实施例提供的一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置的结构示意图；
37.图2是本技术实施例提供的一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置的部分结构示意图；
38.图3是本技术实施例提供的一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置的冷却组件的结构示意图；
39.图4是本技术实施例提供的一种适用于大块生物质原料的高温碳化方法的原理图；
40.附图标记：
41.1、装置本体；2、温度检测组件；3、装载件；4、驱动组件；5、冷却组件；
42.6、密封门；7、吊架组；11、进气口；12、出气口；13、补燃口；
43.14、观测口；21、第一测温热电偶；41、第一电机；42、第一连接件；
44.43、第二电机；44、移动轨道；45、第二连接件；46、固定轨道；
45.47、限位器；51、布料机构；52、容器；53、变频电机；54、叶片转轴。
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。
47.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
49.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
50.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
51.下面结合图1至图4描述本技术的一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置及方法。
52.根据本技术第一方面的实施例，如图1、图2和图3所示，一种适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括
53.装置本体1，装置本体1内设置有腔体，腔体的壁面上设置有耐火隔热层，装置本体1的侧壁面上设置有进气口11和出气口12；
54.温度检测组件2，安装在装置本体1上，温度检测组件2用于检测装置本体1内的温度；
55.装载件3，用于承载原料；
56.驱动组件4，与装载件3连接，驱动组件4用于带动装载件3进出腔体；
57.冷却组件5，位于驱动组件4和装置本体1之间，冷却组件5用于对装载件3上的碳化后的原料进行降温。
58.在使用时，将待处理的木材防止在承载组件上，然后通过驱动组件4带动承载组件移动到腔体内，使得木材移动到腔体内。然后将加热气体从进气口11输送到腔体内，同时温度检测组件2实时检测腔体内的温度，当腔体内的温度达到干燥温度时，保持腔体内的温度一定的时间，实现对木材的干燥处理。当干燥处理完成后，将加热气体通过进气口11输送到腔体内，温度检测组件2检测到腔体内的温度达到预碳化温度时，保持腔体内的温度一定的时间，对木材进行预碳化处理。预碳化处理结束后，逐渐提高输送到腔体内的加热气体温度，对木材进行碳化处理和煅烧处理，并通过温度检测组件2实时检测腔体内的温度，确保腔体内的温度始终符合要求。然后通过驱动组件4带动装载件3离开腔体，并同时通过冷却组件5对装载件3上的木炭进行降温处理，进而得到高品质的木炭。进而实现了通过在腔体的壁面上设置耐火隔热层，提高了适用于大块生物质原料的高温碳化装置的耐受温度，可以提高腔体内的加热温度，可以生产得到白碳，提高了木炭的品质，且实现了自动化对原料进行碳化操作，操作简单方便。
59.在本技术的实施例中，耐火隔热层例如包括高温耐火砖和保温砖，保温砖设置于高温耐火砖和腔体的壁面之间，进而起到耐火隔热的作用。但是应当了解，耐火隔热层还可以由其他任何合适的结构件组成。
60.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，装置本体1的两个相对的侧壁面上均设置有多个呈阵列分布的进气口11。在使用时，通过在装置本体1的侧壁面上设置镀铬进气口11，且多个进气口11呈现分层排布的方式。通过进气口11向腔体内输送加热气体时，多个进气口11阵列分布的方式可以保证腔体内的温度场均匀性和气氛均匀性，可以精准的调控腔体内的气氛均匀性。
61.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括补燃口13，补燃口13设置于装置本体1的侧壁面上。在使用时，通过补燃口13向腔体内通入一定量燃气，以快速拉高装置内温度，实现对木材的高温煅烧工艺，进而可以获得白碳等高品质的木炭。
62.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括观测口14，观测口14设置于装置本体1的侧壁面上。在使用时，通过在装置本体1上设置至少一个与腔体连通的观测口14，进而可以通过观测口14观察腔体内的情况，便于及时了解腔体内原料的实际情况。
63.在本技术的一个实施例中，如图1所示，装置本体1靠近驱动组件4的一侧设置有与腔体连通的开口，适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括密封门6，密封门6可在开启开口的打开状态和闭合开口的关闭状态之间切换。在使用时，驱动组件4带动装载件3通过开口进出腔体。将原料放置在装载件3上，使得密封门6处于打开状态，然后驱动组件4带动装载件3通过开口进入腔体内，当装载件3进入腔体后，密封门6切换到关闭状态，使得开口闭合，避免腔体内的热量通过开口流失，密封门6还可以有效的防止原料碳化过程中通过开口对外界设备造成影响，提高了装置的气密性，可以有效的将热量及火苗阻挡在腔体内。当原料加工完成后，密封门6切换为打开状态，使得开口打开，装载件3可以通过开口离开腔体。
64.在本技术的一个实施例中，如图1所示，适用于大块生物质原料的高温碳化装置包括吊架组件7，吊架组件7与密封门6连接，吊架组件7用于带动密封门6在打开状态和关闭状态之间切换。在使用时，通过吊架组件7带动密封门6上下移动，使得密封门6可以在打开状态和关闭状态之间快速切换。
65.在本技术的实施例中，吊架组件7可以是现有的结构，也可以是其他任何合适的具有带动密封门6上下移动的结构。
66.在本技术的一个实施例中，密封门6和装置本体1之间设置有密封垫片。在使用时，通过在密封门6和装置本体1之间设置密封垫片，可以有效的提高密封门6和装置本体1之间连接的密封性。当密封门6处于关闭状态时，密封门6使得开口闭合，密封垫片则有效的提高了密封门6和开口之间连接的紧密型，有效的提高了装置的气密性。
67.在本技术的实施例中，密封垫片例如设置于密封门6靠近装置本体1的侧壁面上，使得密封垫片可以有提高密封门6和装置本体1之间连接的密封性。但是应当了解，密封垫片还可以设置于其他任何合适的位置。
68.在本技术的实施例中，密封垫片例如为耐高温柔性密封垫片。但是应当了解，密封垫片还可以是其他任何合适的密封垫片。
69.在本技术的一个实施例中，如图1所示，温度检测组件2包括至少一个第一测温热电偶21，第一测温热电偶21设置于装置本体1的顶部。在使用时，通过第一测温热电偶21实时的检测装置内的温度，进而可以得知腔体内的实时温度，便于对腔体内的原料进行精准的碳化处理，可以精准的控制碳化处理过程中不同步骤所需的温度。
70.在本技术的一个实施例中，温度检测组件2包括至少一个第二测温热电偶，第二测温热电偶设置于进气口11处。在使用时，通过第二测温热电偶对进气口11处的温度进行实时检测，进而可以得知通过进气口11输送到腔体内的加热气体的实际温度，便于判断输送
到腔体内的加热气体的温度是否符合要求，确保了输送到腔体内的加热气体符合当前步骤的温度要求，保证了原料碳化处理的效果。
71.在本技术的一个实施例中，装载件3的上部布置有耐火砌块，装载件3右侧设置耐火隔热门。在使用时，通过耐火砌块和耐火隔热门，可以有效的提高装载件3的耐火隔热性能。
72.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，驱动组件4包括第一电机41和第一连接件42，第一电机41与第一连接件42的一端连接，第一连接件42的另一端与装载件3可拆卸连接。在使用时，将原料放置在装载件3上，将第一连接件42的另一端与装载件3连接在一起，然后通过第一电机41带动第一连接件42向腔体往复移动，第一连接件42带动装载件3移动，进而使得装载件3自动进出腔体，无需人工操作，提高了装置的自动化程度。当装载件3进入腔体内时，可以使得连接件和装载件3之间的连接断开，然后第一电机41带动第一连接件42离开腔体，进而可以对原料进行碳化处理，当原料碳化处理完成后，将第一连接件42与装载件3连接，然后通过第一电机41带动第一连接件42，第一连接件42带动装载件3离开腔体。
73.在本技术的一个实施例中，装载件3上设置有与连接件相匹配的挂钩。在使用时，将连接件与挂钩卡接，使得连接件通过挂钩与装载件3连接，然后驱动组件4即可通过连接件带动装载件3移动，使得装载件3自动进出腔体。
74.在本技术的实施例中，第一连接件42例如为螺纹杆。但是应当了解，第一连接件42还可以是其他任何合适的连接件。
75.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，驱动组件4包括第二电机43、移动轨道44和第二连接件45，第二连接件45连接第二电机43和移动轨道44，腔体内设置有固定轨道46，移动轨道44的上表面和固定轨道46的上表面处于同一水平线。在使用时，第二电机43通过第二连接件45可以带动移动轨道44靠近或远离固定轨道46。将装载件3放置在移动轨道44上，将原料放置在装载件3上，然后第二电机43通过第二连接件45带动移动轨道44靠近固定轨道46，然后第一电机41通过第一连接件42带动装载件3移动，由于移动轨道44和固定轨道46的上表面处于同一水平线，使得装载件3可以沿着移动轨道44的上表面直接移动到固定轨道46的上表面，进而使得装载件3安装在腔体内的固定轨道46上。然后第二电机43通过第二连接件45带动移动轨道44远离固定轨道46，当移动轨道44离开腔体内时，开始对装载件3上的原料进行碳化处理。
76.在本技术的一个实施例中，如图1和图2所示，驱动组件4包括限位器47，限位器47设置有移动轨道44和第二电机43之间。在使用时，通过限位器47对移动轨道44起到限位作用，当移动轨道44移动到限位器47所在位置时，即说明此时移动轨道44已经完全离开腔体，不会对原料的碳化造成影响，则第二电机43不再带动移动轨道44移动，避免移动轨道44撞击第二电机43或其他设备。
77.在本技术的一个实施例中，如图1和图3所示，冷却组件5包括至少一个布料机构51，布料机构51位于装载件3的上方。在使用时，装载件3上的原料在腔体内碳化完成后，驱动组件4带动装载件3离开腔体，同时布料机构51在装载件3移动的同时向装载件3铺设冷却介质，实现对装载件3上的木炭进行快速降温冷却处理。
78.在本技术的实施例中，如图1和图3所示，布料机构51例如包括容器52、变频电机53
和叶片转轴54，叶片转轴54安装在容器52的出口处，变频电机53与叶片转轴54连接，通过变频电机53带动叶片转轴54转动，叶片转轴54带动叶片转动，进而使得容器52内的冷却介质均匀的铺设在下方的装载件3上。但是应当了解，布料机构51还可以是其他任何合适的结构。
79.在本技术的一个实施例中，出气口12处设置有烟气组分检测组件，烟气组分检测组件用于检测通过出气口12排放到外界的气体的组分。在使用时，通过烟气组分检测组件实时检测通过出气口12排放到外界的气体的组分，当检测到排放气体的组分存在异常时，烟气组分检测组件向终端发送相应的信号，使得工作人员可以及时进行处理，避免对环境造成污染，且可以防止装置出现问题的情况下继续对原料进行碳化处理。
80.根据本技术第二方面的实施例，如图4所示，提供一种适用于大块生物质原料的高温碳化方法，包括：
81.s1、干燥处理，通过150
±
20℃的加热气体对木材原料进行6
±
1.5小时的干燥处理；
82.具体的，通过进气口11将加热气体引入装置内部，用于干燥的加热气体温度度为150
±
20℃，用于干燥的加热气体可以为空气，也可以时其他气体；通过温度检测组件2监测装置内温度变化，当装置内温度达到150
±
20℃时，认为干燥开始，然后持续干燥6
±
1.5小时。
83.其中，在本实施例中，加热气体的温度例如为150
±
10℃。
84.s2、预碳化处理，通过250
±
30℃且不含氧的加热气体对木材进行3.5
±
1小时的预碳化处理；
85.具体的，将初始温度为250
±
30℃不含氧的加热气体送入装置，通过温度检测组件2监测装置内温度变化，当装置内温度达到250
±
30℃时，认为预炭化开始，预炭化时间为3.5-4小时。
86.其中，在本实施例中，加热气体的温度例如为250
±
25℃。
87.s3、碳化处理，通过700
±
50℃的加热气体对木材进行5.5
±
1小时的碳化处理；
88.具体的，逐渐提高加热气体温度，对装置内部木材进行炭化，经过6-7小时将气体温度提高至700
±
50℃，升温过程中时刻注意温度检测组件2监测数据，当装置内部达到700
±
50℃后，维持该状态5-6小时，确保所有木材原料炭化完全。
89.其中，在本实施例中，加热气体的温度例如为700
±
25℃.
90.s4、煅烧处理，通过不超过1100℃的加热气体对木材进行0.75
±
0.5小时的煅烧处理；
91.具体的，提高计入装置内气体氧含量，开始对对装置内原料进行煅烧提质，通过调节气体氧气含量控制装置内煅烧温度，煅烧温度不超过1100℃，煅烧时间为0.75
±
0.5小时。
92.其中，在本实施例中，煅烧时间例如为0.5小时到1小时。
93.s5、冷却处理，将冷却介质铺设在经过煅烧处理的木材上，实现快速降温。
94.具体的，将冷却介质，如湿的细沙或草灰，铺设在煅烧得到的木炭上，实现快速冷却降温。进而实现了可以生产得到白碳，提高了木炭的品质，操作简单方便。
95.最后应说明的是，以上实施方式仅用于说明本技术，而非对本技术的限制。尽管参
照实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本技术的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本技术的权利要求范围中。