阅读说明：本技术 一种基于微波炭化的制炭工艺 (Charcoal making process based on microwave carbonization ) 是由 刘福彬 李娟娟 姜文军 周建斌 于 2019-12-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于微波炭化的制炭工艺,包括以下步骤,S1：粉碎,将原木料进行粉碎；S2：进料,通过上料叉车和皮带输送机将粉碎料送到烘干滚筒中进行烘干；S3：烘干,粉碎料在烘干装置中受热烘干；S4：中间进料,烘干后由提升进料螺旋推动旋页之间的粉碎料前进送入炭化滚筒；S5：微波炭化,微波加热装置的温度在560度到750度之间；炭化持续时间是20分钟到27分钟之间；S6：出炭,在微波炭化成炭后,进入水冷结构中进行冷却,制得所需要的；本发明通过管道将炭化过程中产生的可燃气体抽回到微波加热装置,一方面减少了烟气对环境造成的污染,另一方面节约了后续炭化的外加能源充分利用了生物质本身的可利用能源,进一步提升了热能利用率。(The invention discloses a microwave carbonization-based charcoal making process, which comprises the following steps of S1: crushing, namely crushing the raw wood material; s2: feeding, namely conveying the crushed materials into a drying roller for drying through a feeding forklift and a belt conveyor; s3: drying, namely heating and drying the crushed materials in a drying device; s4: feeding in the middle, after drying, the crushed material between the rotary blades is pushed by the lifting feeding screw to advance to the carbonization roller; s5: carbonizing by microwave, wherein the temperature of a microwave heating device is 560-750 ℃; the charring duration is between 20 minutes and 27 minutes; s6: discharging the carbon, and cooling in a water cooling structure after the carbon is formed by microwave carbonization to obtain the required carbon; the invention pumps the combustible gas generated in the carbonization process back to the microwave heating device through the pipeline, thereby reducing the pollution of the smoke gas to the environment, saving the external energy of the subsequent carbonization, fully utilizing the available energy of the biomass and further improving the heat energy utilization rate.)

一种基于微波炭化的制炭工艺

技术领域

本发明属于制炭设备技术领域，尤其是涉及一种基于微波炭化的制炭工艺。

背景技术

活性炭具有化学稳定性好、比表面积大等优点，在吸附、分离、催化等领域具有广泛的应用。中国是世界上最早制炭的国家，采用土法制炭，但是普遍存在以下问题：首先是土法制炭产量较低，质量不易保证，占地面积很大；其次是污染环境，造成空气污染，并且劳动强度大。

现阶段活性炭的制备主要是采用煤进行化学活化的方式制得，传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大，回收率低，产生的废水废气对环境造成危害；由于煤的不可再生性、以及化学活化过程中带来的污染，化学活化法制炭已经不能满足时代发展的需求。

中国专利申请201910474556.7公开了一种农作物秸秆制炭炉及其制炭方法，炉筒内设置有炉胆，炉胆外壁与炉筒内壁之间设置有燃烧腔室，燃烧腔室底部设置有燃烧器，所述炉筒外设置有燃气进气管，炉胆上方设置有炉盖，炉胆内设置有搅拌装置，所述炉盖顶面设置有用于驱动搅拌装置转动的第一电机，炉胆底部侧壁上设置有穿过所述炉筒的出炭管，炉盖上方设置有进料蛟龙和可燃气处理装置；向炉胆内通入氮气，将农作物秸秆原料颗粒通过进料蛟龙加入到炉胆内，通过燃气进气管通入可燃气体，并由燃烧器在燃烧腔室内进行燃烧，反应生成生物质炭燃料从出炭管输出。

但是上述制炭设备存在较多的烟气，没有完善的排烟系统，造成一定程度的热量损失，同时对环境造成一定成度的污染，

中国专利申请201510715653.2公开了一种连续制炭装置及制炭方法，包括旋转炭化炉，气化炉，引风机，管道以及燃烧器；所述旋转炭化炉通过管道与燃烧器连接；所述气化炉通过管道与燃烧器连接；所述引风机设置在管道中，可将旋转炭化炉以及气化炉产生的可燃气抽出并输送至燃烧器燃烧为炭化炉提供热量；所述管道中靠近旋转炭化炉处还设有阀门，初始时关闭，当旋转炭化炉内产生可燃气后打开，使得炉内可燃气抽出并输送至燃烧器点燃继续加热炉体。

但是上述现有技术中，成炭效率低，采用燃烧器对炭化炉进行加热，造成热量损失较大，热能利用率低。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于微波炭化的制炭工艺，炭化装置内的木材炭化时将产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到微波加热装置内燃烧，以使微波加热装置又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。

本发明提供如下技术方案：

一种基于微波炭化的制炭工艺，所述制炭工艺包括以下步骤：

S1、粉碎：将原木材进行粉碎；

S2、进料：将粉碎料送到烘干滚筒中进行烘干；

S3、烘干：粉碎料在烘干装置中受热烘干，受热温度为W1，烘干持续时间为T1，将木材中的含水率烘至15％-20％；

S4、中间进料：烘干后由单头提升进料螺旋推动粉碎料前进，送入炭化滚筒；

S5、炭化：采用智能化微波加热装置将温度快速提升至粉碎料炭化反应温度；

S6、出炭：在微波炭化成炭后，进入水冷系统中进行螺旋式冷却，制得所需要的。

优选的，在步骤S1中，通过皮带输送机将木材输送到双轴撕碎机和对辊粉碎机进行粉碎。

优选的，在步骤S2中，通过进料双螺旋和皮带输送机将粉碎料送到烘干滚筒中进行烘干。

优选的，在步骤S3中，所述受热温度W1为200-250摄氏度。

优选的，在步骤S3中，所述烘干持续时间T1为15-25分钟。

优选的，在步骤S5中，采用微波加热装置将炭化温度控制在W2为560-750摄氏度，当温度低于设定温度时，微波加热装置将自动启动加热，当温度达到设定值后，微波加热装置将自动关闭；炭化持续时间T2为20-27分钟。

优选的，在步骤S6中，所述的水冷系统为螺旋结构，所述螺旋结构共四级。

优选的，所述皮带传送机有多个，皮带传送机之间设有双轴撕碎机和对辊粉碎机。

优选的，在步骤S4中，一级单头进料螺旋连接有二级单头进料螺旋，通过一级单头进料螺旋和二级单头进料螺旋将粉碎料送入炭化滚筒。

优选的，一种基于微波炭化的制炭系统，所述制炭系统包括传送系统、烘干系统、炭化系统、水冷系统、挤压系统、成品烘干系统；所述传送系统包括多个皮带传送机，皮带传送机之间设有双轴撕碎机和对辊粉碎机；所述传送系统还包括上料叉车在地面运输木料；所述烘干系统包括进料双螺旋，进料双螺旋连接有进料提升皮带，进料提升皮带另一端连接有单头螺旋，单头螺旋的下方设有烘干供热风机；烘干供热风机设有烘干供热输送风管，烘干供热输送风管与炭化滚筒连通。

优选的，所述单头螺旋的另一端连接烘干滚筒的输入端，所述烘干滚筒上设有第一前支撑托辊和第一后支撑托辊；烘干滚筒靠近第一后支撑托辊端设有烘干传动机；所述烘干滚筒的输出端连接一级提升进料螺旋，一级提升进料螺旋连接有二级提升进料螺旋；所述一级提升进料螺旋上方连接有除尘器，所述除尘器连通烘干风机，烘干风机连通烟气除尘排放仓。

优选的，所述二级提升进料螺旋的上方连接设有炭化风机，炭化风机设有除尘器，炭化风机连接有可燃气输送管道，所述可燃气输送管道的另一端连通微波加热装置；所述二级提升进料螺旋的另一端连接有炭化滚筒传动机，炭化滚筒传动机另一端连接第二前支撑托辊。

优选的，所述炭化系统包括炭化滚筒机构，炭化滚筒机构与第二前支撑托辊连接，所述炭化滚筒机构上方连接有微波加热装置，所述微波加热装置设有磁控管，微波加热装置和磁控管之间设有波导；所述炭化滚筒机构的另一端连接有第二后支撑托辊；第二后支撑托辊连接有水冷系统。

优选的，所述水冷系统共包括四级水冷螺旋结构，所述第二后支撑托辊连接有一级冷却螺旋，一级冷却螺旋连接有二级冷却螺旋，二级冷却螺旋连接有三级冷却螺旋，三级冷却螺旋连接有四级冷却螺旋。

优选的，所述微波加热装置设有烟气输送管道，所属烟气输送管道连通型炭烘干室；所述微波加热装置和型炭存放区之间设有挤压系统，成炭冷却之后经挤压系统处理成基质炭，后续做包装处理。

优选的，挤压系统包括对称设置的炭粉搅拌机，所述炭粉搅拌机均链接有炭粉输送螺旋，所述炭粉输送螺旋连接有型炭挤压机，型炭挤压机连接型炭输送皮带；型炭输送皮带将型炭输送至型炭烘干室，型炭烘干室设有多个型炭移动车，再由型炭移动车送至型炭烘房，在烘房内集中烘干处理。

优选的，为了增加制炭产量，保证炭化质量，烘干的温度W1和烘干时间T1满足以下关系W1/T1大于等于7.5小于等于16.6。

优选的，在微波炭化的过程中，为了保证炭化质量，加热温度W2和加热时间T2满足以下关系W2/T2大于等于20.7小于等于37.6。

优选的，在整个制炭过程中，采用微波方法制炭，需要对温度严格控制，以保证良好的制炭效率和出炭率，同时减少热量的损失；烘干的温度W1、烘干时间T1、微波加热温度W2和加热时间T2满足以下关系式：

W2＝α·W1T2/T1；

上式中，W1、W2单位为摄氏度，T1、T1单位为分钟；α的取值范围为1.24-5.01。

另外，本设备在使用时，先检查设备系统，链条、转动辊筒、炭化滚筒两头盘根并加润滑油；冷却水开启，冷却螺旋的冷却水泵开启；为了进料通敞，是从生产线的后面先开，前面后开，开机顺序为冷却螺旋、微波加热装置、炭化滚筒，一级提升进料螺旋、二级提升进料螺旋、烘干滚筒、皮带输送机、进料双螺旋。

所述微波加热装置外部砌有墙头，由四层耐火材料组成；微波加热装置内温度小于1000度(本设备的制炭温度在500度与750度之间)，而耐火材料的耐温为1400度；足够耐温，外墙头温度小于40度；生产过程中停电时立即开动发电机供电，受热的炭化滚筒长时间未转动会因局部受热变形，发电的同时，要有人用手柄摇动炭化滚筒的减速机，只要有一点转动便可，并转动20度左右角度时可停半分钟，再转一点角度，再停半分钟，如此循环。发电机正常运行后，手柄摇动的人方可离开，立即切换为发电机供电模式。

所述微波加热装置还能够接收来自炭化装置排出的可燃气体，用于燃烧，给烘干装置供热，而且，而且炭化装置排出的可燃气体也可以供给燃气轮组燃烧发电。

本设备日处理木料为75-80吨之间，占地长为141米宽为23米；含水率20％左右的木料得炭率约为25％。

优选的，在炭化过程中，为了减少烟气的热量损失，增加热能利用率，烟气中颗粒物的粒子直径满足：

D·ρ＝(μv₀)^1/2/NT；

其中D为烟气颗粒物的粒子直径cm，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气的初始流速m/s，，ρ为烟气密度mg/m³；N为气体摩尔质量；T为温度。

优选的，v₀的取值范围为5m/s～20m/s。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，炭化装置中对木材的炭化不通过明火炭化，而是通过微波加热装置对炭化装置进行热传导加热，从而迅速提生炭化滚筒的温度。

(2)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，炭化装置内的木材炭化时将产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到微波加热装置内燃烧，以使微波加热装置又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。

(3)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，本发明通过管道将产生的可燃气体回到微波加热装置，一方面减少了烟气对环境造成的污染，另一方面进一步提升了热能利用率。

(4)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，在炭化过程中，为了减少烟气的热量损失，限制了D、ρ、μ、v₀、N、T之间的关系，进一步提升了热能利用率，加快炭化过程。

(5)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，通过烘干的温度W1、烘干时间T1、微波加热温度W2和加热时间T2的限定，对温度严格控制，以保证良好的制炭效率和出炭率。

(6)本发明一种基于微波炭化的制炭工艺，通过烘干的温度W1、烘干时间T1、微波加热温度W2和加热时间T2的限定，进一步减少了热量的损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明的工作流程示意图。

图2是本发明的传送系统示意图。

图3是本发烘干系统进料部分明示意图。

图4是本发明烘干系统烘干滚筒示意图。

图5是本发明烘干系统的除尘示意图。

图6是本发明炭化系统示意图。

图7是本发明挤压系统示意图。

图8是本发明型炭烘干室结构示意图。

图中：101、皮带输送机；102、双轴撕碎机；103、上料叉车；104、对辊粉碎机；201、进料双螺旋；202、进料提升皮带；203、单头螺旋；204、烘干供热风机；205、烘干供热输送风管；301、第一前支撑托辊；302、烘干滚筒；303、第一后支撑托辊；304、烘干传动机；401、一级单头进料螺旋；402、二级单头进料螺旋；403、炭化滚筒传动机；404、可燃气输送管；405、烟气除尘排气仓；406、烘干风机；407、炭化风机；408、除尘器；409、第二前支撑托辊；501、微波加热装置；502、波导；503、磁控管；504、炭化滚筒机构；505、烟气输送管道；506、第二后支撑托辊；507、一级冷却螺旋；508、二级冷却螺旋；509、三级冷却螺旋；5010、四级冷却螺旋；5011、冷却水泵；5012、冷却水箱；601、炭粉搅拌机；602、炭粉输送螺旋；603、型炭挤压机；604、型炭皮带输送机；605、炭粉存放区；701、型炭烘干机；702、型炭移动车；703、拉车。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1-7，一种基于微波炭化的制炭工艺，所述制炭工艺包括以下步骤：

S1、粉碎：将原木材进行粉碎；

S2、进料：将粉碎料送到烘干滚筒中进行烘干；

S3、烘干：粉碎料在烘干装置中受热烘干，受热温度为W1，烘干持续时间为T1，将木材中的含水率烘至15％-20％；

S4、中间进料：烘干后由单头提升进料螺旋推动粉碎料前进，送入炭化滚筒；

S5、炭化：采用智能化微波加热装置将温度快速提升至粉碎料炭化反应温度；

S6、出炭：在微波炭化成炭后，进入水冷系统中进行螺旋式冷却，制得所需要的。

在步骤S1中，通过皮带输送机将木材输送到双轴撕碎机和对辊粉碎机进行粉碎。

在步骤S2中，通过进料双螺旋和皮带输送机将粉碎料送到烘干滚筒中进行烘干。

在步骤S3中，所述受热温度W1为200-250摄氏度。

在步骤S3中，所述烘干持续时间T1为15-25分钟。

在步骤S5中，采用微波加热装置将炭化温度控制在W2为560-750摄氏度，当温度低于设定温度时，微波加热装置将自动启动加热，当温度达到设定值后，微波加热装置将自动关闭；炭化持续时间T2为20-27分钟。

在步骤S6中，所述的水冷系统为螺旋结构，所述螺旋结构共四级。

所述皮带传送机有多个，皮带传送机之间设有双轴撕碎机和对辊粉碎机。

在步骤S4中，一级单头进料螺旋连接有二级单头进料螺旋，通过一级单头进料螺旋和二级单头进料螺旋将粉碎料送入炭化滚筒。

实施例二：

请参阅图1-7，与实施例一的不同之处在于，所述一种基于微波炭化的制炭系统，所述制炭系统包括传送系统、烘干系统、炭化系统、水冷系统、挤压系统；所述传送机构包括多个皮带传送机101，皮带传送机101之间设有双轴撕碎机102和对辊粉碎机104；所述传送机构还包括上料叉车103在地面运输木料；所述烘干机构包括进料双螺旋201，进料双螺旋201连接有进料提升皮带202，进料提升皮带202另一端连接有单头螺旋203，单头螺旋203的下方设有烘干供热风机204；烘干供热风机204设有烘干供热输送风管205，烘干供热输送风管205与制炭滚筒机构504连通。

所述单头螺旋203的另一端连接烘干滚筒302的输入端，所述烘干滚筒302上设有第一前支撑托辊301和第一后支撑托辊303；烘干滚筒302靠近第一后支撑托辊303端设有烘干传动机304；所述烘干滚筒302的输出端连接一级提升进料螺旋401，一级提升进料螺旋401连接有二级提升进料螺旋402；所述一级提升进料螺旋401上方连接有除尘器408，所述除尘器408连通烘干风机406，烘干风机406连通烟气除尘排放仓405。

所述二级提升进料螺旋402的上方连接设有炭化风机407，炭化风机407设有除尘器408，炭化风机407连接有可燃气输送管道404，所述可燃气输送管道404的另一端连通微波加热装置501；所述二级提升进料螺旋402的另一端连接有制炭滚筒传动机403，制炭滚筒传动机403另一端连接第二前支撑托辊409。

所述炭化系统包括制炭滚筒机构504，制炭滚筒系统504与第二前支撑托辊409连接，所述制炭滚筒系统504上方连接有微波加热装置501，所述微波加热装置501设有磁控管503，微波加热装置501和磁控管503之间设有波导502；所述制炭滚筒系统504的另一端连接有第二后支撑托辊506；第二后支撑托辊506连接有水冷系统。

所述水冷系统共包括四级水冷螺旋结构，所述第二后支撑托辊506连接有一级冷却螺旋507，一级冷却螺旋507连接有二级冷却螺旋508，二级冷却螺旋508连接有三级冷却螺旋509，三级冷却螺旋509连接有四级冷却螺旋5010。

所述微波加热装置501设有烟气输送管道505，所述烟气输送管道505连通型炭烘干室701；所述微波加热装置501和型炭烘干室701之间设有挤压系统，成炭冷却之后经挤压系统处理成机制炭，后续根据需求做包装处理。

挤压系统包括对称设置的炭粉搅拌机601，所述炭粉搅拌机601均链接有炭粉输送螺旋602，所述炭粉输送螺旋602连接有型炭挤压机603，型炭挤压机603连接型炭输送皮带604；型炭输送皮带604将型炭输送至型炭烘干室701，型炭烘干室701设有多个型炭移动车702，通过拉车703将型炭集中处理。

实施例三：

请参阅图1-7，与实施例一的不同之处在于，另外，本系统在使用时，先检查设备系统，链条、转动辊筒、炭化炉两头盘根并加润滑油；冷却水开启，冷却螺旋的冷却水泵开启；为了进料通敞，是从生产线的后面先开，前面后开，开机顺序为冷却螺旋、微波加热装置501、制炭滚筒机构504，一级提升进料螺旋401、二级提升进料螺旋402、烘干主机、皮带输送机101、进料双螺旋。

所述微波加热装置501外部砌有墙头，由四层耐火材料组成；微波加热装置内温度小于1000度(本设备的制炭温度在500度与750度之间)，而耐火材料的耐温为1400度；足够耐温，外墙头温度小于40度；生产过程中停电时立开动发电机供电，受热的炭化炉停后时间长就变形，发电的同时，要有人用手柄摇动炭化转炉的减速机，只要有一点转动便可，并转动20度左右角度时可停半分钟，再转一点角度，再停半分钟，如此循环。当发好电后，手摇动的人离开，并立用发出的电来开机。

所述微波加热装置501还能够接收来自炭化装置排出的可燃气体用于燃烧，给烘干装置供热；而且炭化装置排出的可燃气体也可以供给燃气轮组燃烧发电。

本设备日处理木料为75-80吨之间，占地长为141米宽为23米；含水率20％左右的木料得炭率约为25％。

为了增加制炭产量，保证炭化质量，烘干的温度W1和烘干时间T1满足以下关系W1/T1大于等于7.5小于等于16.6。

在微波炭化的过程中，为了保证炭化质量，加热温度W2和加热时间T2满足以下关系W2/T2大于等于20.7小于等于37.6。

在整个制炭过程中，采用微波方法制炭，需要对温度严格控制，以保证良好的制炭效率和出炭率，同时减少热量的损失；烘干的温度W1、烘干时间T1、微波加热温度W2和加热时间T2满足以下关系式：

W2＝α·W1T2/T1；

上式中，W1、W2单位为摄氏度，T1、T1单位为分钟；α的取值范围为1.24-5.01。

实施例四

另外，本系统在使用时，先检查设备系统，链条、转动辊筒、炭化炉两头盘根并加润滑油；冷却水开启，冷却螺旋的冷却水泵开启；为了进料通敞，是从生产线的后面先开，前面后开，开机顺序为冷却螺旋、微波加热装置501、制炭滚筒系统504，一级提升进料螺旋401、二级提升进料螺旋402、烘干主机、皮带输送机101、进料双螺旋。

所述微波加热装置501外部砌有墙头，由四层耐火材料组成；微波加热装置内温度小于1000度(本设备的制炭温度在500度与750度之间)，而耐火材料的耐温为1400度；足够耐温，外墙头温度小于40度；生产过程中停电时立开动发电机供电，受热的炭化炉停后时间长就变形，发电的同时，要有人用手柄摇动炭化转炉的减速机，只要有一点转动便可，并转动20度左右角度时可停半分钟，再转一点角度，再停半分钟，如此循环。当发好电后，手摇动的人离开，并立用发出的电来开机。

所述微波加热装置501还能够接收来自炭化装置排出的可燃气体用于燃烧，给烘干装置供热；而且炭化装置排出的可燃气体也可以供给燃气轮组燃烧发电。

本设备日处理木料为75-80吨之间，占地长为141米宽为23米；含水率20％左右的木料得炭率约为25％。

在炭化过程中，为了减少烟气的热量损失，增加热能利用率，烟气中颗粒物的粒子直径满足：

D·ρ＝(μv₀)^1/2/NT；

其中D为烟气颗粒物的粒子直径cm，μ为空气粘度Pa·s，v₀为烟气的初始流速m/s，，ρ为烟气密度mg/m³；N为气体摩尔质量；T为温度。

v₀的取值范围为5m/s～20m/s。

通过上述技术方案得到的装置是一种基于微波炭化的制炭工艺，，炭化装置中对木材的炭化不通过明火炭化，而是通过微波加热装置对炭化装置进行热传导加热，从而提生炭化滚筒的温度；炭化装置内的木材炭化时将产生可燃气体，这些可燃气体通过管道回到微波加热装置内燃烧，以使微波加热装置又可通过管道向烘干装置和炭化装置供热，以此形成能源循环利用的系统。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。