阅读说明：本技术 一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺 (Equipment for producing biological coal by crop straws and preparation process thereof ) 是由 范嘉旖旎 张建超 王馨玉 张云飞 于 2020-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺,涉及生物煤技术领域,包括三楼平台、低温炭化炉、二楼平台和一楼平台,所述低温炭化炉的顶部通过进料管固定连接有密闭式螺旋进料筒,所述低温炭化炉的顶部一侧固定连接有气流管,所述低温炭化炉的底部固定连接有螺旋冷却出料筒。本发明通过设置气流管,使热流中的有机酸冷却留在木酸液收集桶的内部,使冷却过的还原性气体进入燃烧室与天然气混合燃烧,达到对废气进行热量回收的目的,通过设置密闭式螺旋进料筒和螺旋冷却出料筒,能够在对低温炭化炉内部进行进料的时候利用螺旋冷却出料筒出料,并将炭化好的生物煤进行冷却,达到连续进料和连续出料的目的。(The invention discloses equipment for producing biological coal by crop straws and a preparation process thereof, and relates to the technical field of biological coal. According to the invention, the airflow pipe is arranged, so that the organic acid in the heat flow is cooled and remained in the wood acid liquid collecting barrel, the cooled reducing gas enters the combustion chamber to be mixed and combusted with natural gas, and the purpose of heat recovery of waste gas is achieved.)

一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺

技术领域

本发明涉及生物煤技术领域，具体为一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺。

背景技术

我国地域辽阔，生物质原料遍布全国各地，资源丰富。每年可生产生物质煤约7亿吨。这些储量巨大的“绿色煤矿”，不仅是农业、林业产业发展的新亮点，更是解决城市垃圾，建设“城市煤矿”的好办法。传统能源石油、煤炭是不可再生资源，生产成本很高，也不是一种清洁的能源，其衍生产品的使用对人类生存的环境造成了严重的污染。因此，在能源资源短缺和环境污染的双重压力下，开发利用具有可再生性且更环保的新能源就成为人们的追求。由于生物质煤的原料均为木本和草本植物，生物质中的碳来自空气中的二氧化碳，通过光合作用将其固化在生物质中，而生物质煤在燃烧过程中，又产生等量的二氧化碳排放到空气中，即生物质生长和燃烧过程的整个生命周期，实现了二氧化碳的零排放。并且压块成型后的燃料比重大、体积小，便于储存和运输，是优质固体燃料，其热值可达3200-4500大卡，具有易燃、灰分少、成本低等特点，可替代木柴、原煤等燃料，广泛用于取暖、生活炉灶、锅炉、生物质发电厂等。

目前，现有技术中的农作物秸秆生产生物煤的设备其制备工艺在利用农作物秸秆生产生物煤的时候需要对农作物秸秆分批处理，在生产一批生物煤之后再将新的农作物秸秆原料加入炭化炉进行制备，这样的制备生物煤的效率非常的底，不能够达到连续进料连续出料的目的，并且现有的农作物秸秆生产生物煤的设备其制备工艺不能对制备过程产生的还原性气体进行回收利用，还原性气体直接排出不但会造成废气污染，还会造成大量的能源浪费。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺，具备能够连续进料和出料，并且能够对废气进行回收利用等优点，解决了背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现上述能够连续进料和出料，并且能够对废气进行回收利用目的，本发明提供如下技术方案：一种农作物秸秆生产生物煤的设备，包括三楼平台、低温炭化炉、二楼平台和一楼平台，所述低温炭化炉的顶部通过进料管固定连接有密闭式螺旋进料筒，所述密闭式螺旋进料筒的顶部一侧固定连接有地下式料斗，所述密闭式螺旋进料筒通过连接架与三楼平台固定连接，所述低温炭化炉的顶部一侧固定连接有溢流管，所述溢流管的中部固定连接有安全阀，所述溢流管的一端固定连接有废气处理箱，所述低温炭化炉的顶部另一侧固定连接有气流管，所述气流管的一端固定连接有冷却箱，所述冷却箱的底部固定连接有木酸液收集桶，所述木酸液收集桶的顶部一侧固定连接有尾气管，所述低温炭化炉的底部固定连接有螺旋冷却出料筒，所述螺旋冷却出料筒的侧面下部固定连接有冷水管，所述螺旋冷却出料筒的侧面顶部固定连接有冷水回收管，所述冷水管和冷水回收管均与外部冷水箱连通，所述低温炭化炉的底部一侧通过供热管固定连接有热风机，所述热风机通过连接管固定连接有燃烧室。

优选的，所述低温炭化炉的底部通过固定架与一楼平台固定连接，所述低温炭化炉的中部与上部分与二楼平台和三楼平台焊接，所述低温炭化炉的内底壁设置有震动格栅，所述震动格栅由振动电机带动。

优选的，所述木酸液收集桶的底部一侧固定连接有放料管，所述放料管的中部固定连接有放料阀，所述木酸液收集桶的底部通过支撑座与二楼平台固定连接，所述气流管贯穿三楼平台，所述尾气管贯穿二楼平台。

优选的，所述废气处理箱的内部靠近溢流管的一侧固定连接有过滤网，所述废气处理箱的另一侧面下部固定连接有排放管，所述废气处理箱的内部靠近排放管的一侧固定连接有活性炭吸附层。

优选的，所述冷却箱的一侧面固定连接有冷凝机，所述冷却箱的内部设有冷凝管，所述冷凝管的两端均贯穿冷却箱的侧壁并与冷凝机连接，所述冷凝管在冷却箱的内部呈多层S形分布。

优选的，所述螺旋冷却出料筒有若干个，若干个所述螺旋冷却出料筒收尾连接，所述螺旋冷却出料筒的底部固定连接有支撑板，所述支撑板的底部与一楼平台固定连接。

优选的，所述燃烧室的侧面固定连接有天然气管和助燃剂管，所述燃烧室的顶部固定连接有进气管，所述燃烧室的侧面下部通过连接管固定连接有尾气风机，所述尾气风机的顶部与尾气管固定连接，所述尾气风机的底部与一楼平台固定连接。

优选的，所述螺旋冷却出料筒和密闭式螺旋进料筒的一端均固定连接有减速箱，所述减速箱的一侧面固定连接有动力电机，所述减速箱的输入轴与动力电机的输出轴传动连接，所述螺旋冷却出料筒和密闭式螺旋进料筒的内部均活动连接有绞龙轴，所述减速箱的输出轴与绞龙轴传动连接。

一种农作物秸秆生产生物煤制备工艺，将经过粉碎的农作物秸秆放进地下式料斗的内部，使农作物秸秆的粉碎粒径≤3cm、含水率≤16％，经过密闭式螺旋进料筒的输送将原料送进低温炭化炉的内部，使原料在低温炭化炉的内部进行热解反应，在低温炭化炉的内部有两股流体在垂直面以相反方向移动并形成持续反应区域，一股是通过外加热源的热气上升，从低温炭化炉的底部上升至顶部，另一股是固体流(秸秆颗粒)则从管道顶部下降到底部，在生物质颗粒(秸秆颗粒)从低温炭化炉的顶部降到底部的过程中，首先通过长度为12m的60～100℃区域，并在该区域耗时1.5h，秸秆颗粒首先会失去水分被干燥。接着秸秆颗粒持续下降，到达长度为8m的100～200℃区域，并在该区域耗时1h，秸秆颗粒开始低温裂解出CO、CH₄、CO₂、H₂、H₂O等。这些热解气体属于良好的还原性气体被热气流带到上部去干燥后续来的原料，最终进入气流管。然后秸秆颗粒继续下降到达长度为4m的200～240℃区域，并在该区域耗时0.5h，秸秆颗粒在此区域进行炭化和进一步干燥过程，此时半纤维体的多聚体被破坏。这一现象接着持续发生完成炭化，最后秸秆颗粒到达网栅形成生物质颗粒。气流管中热解出来的还原性气体经冷却后最终和天然气混合燃烧，其中95％进入超低温炭化炉进行热源补充，5％经活性炭吸附处理后排放大气。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺，具备以下有益效果：

1、该农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺，通过设置气流管，能够将低温炭化炉内部农作物秸秆热解产生的还原性气体跟随热流排进冷却箱，使热流中的有机酸冷却留在木酸液收集桶的内部，使冷却过的还原性气体进入燃烧室与天然气混合燃烧，达到对废气进行热量回收的目的。

2、该农作物秸秆生产生物煤的设备及其制备工艺，通过设置密闭式螺旋进料筒和螺旋冷却出料筒，能够在对低温炭化炉内部进行进料的时候利用螺旋冷却出料筒出料，并将炭化好的生物煤进行冷却，达到连续进料和连续出料的目的。

附图说明

图1为本发明主视立体结构示意图；

图2为本发明后视立体结构示意图；

图3为本发明废气处理箱剖面结构示意图；

图4为本发明冷却箱剖面结构示意图。

图中：1、地下式料斗；2、密闭式螺旋进料筒；3、废气处理箱；4、三楼平台；5、低温炭化炉；6、二楼平台；7、冷水回收管；8、一楼平台；9、支撑板；10、螺旋冷却出料筒；11、供热管；12、燃烧室；14、尾气风机；15、热风机；16、尾气管；17、木酸液收集桶；18、冷却箱；19、气流管；20、减速箱；21、溢流管；22、冷水管；23、安全阀；24、排放管；25、过滤网；26、活性炭吸附层；27、冷凝机；28、冷凝管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种农作物秸秆生产生物煤的设备，包括三楼平台4、低温炭化炉5、二楼平台6和一楼平台8，所述低温炭化炉5的底部通过固定架与一楼平台8固定连接，所述低温炭化炉5的中部与上部分与二楼平台6和三楼平台4焊接，所述低温炭化炉5的内底壁设置有震动格栅，所述震动格栅由振动电机带动，所述低温炭化炉5的顶部通过进料管固定连接有密闭式螺旋进料筒2，所述密闭式螺旋进料筒2的顶部一侧固定连接有地下式料斗1，所述密闭式螺旋进料筒2通过连接架与三楼平台4固定连接，所述低温炭化炉5的顶部一侧固定连接有溢流管21，所述溢流管21的中部固定连接有安全阀23，所述溢流管21的一端固定连接有废气处理箱3，所述废气处理箱3的内部靠近溢流管21的一侧固定连接有过滤网25，所述废气处理箱3的另一侧面下部固定连接有排放管24，所述废气处理箱3的内部靠近排放管24的一侧固定连接有活性炭吸附层26，所述低温炭化炉5的顶部另一侧固定连接有气流管19，所述气流管19的一端固定连接有冷却箱18，所述冷却箱18的一侧面固定连接有冷凝机27，所述冷却箱18的内部设有冷凝管28，所述冷凝管28的两端均贯穿冷却箱18的侧壁并与冷凝机27连接，所述冷凝管28在冷却箱18的内部呈多层S形分布，所述冷却箱18的底部固定连接有木酸液收集桶17，所述木酸液收集桶17的底部一侧固定连接有放料管，所述放料管的中部固定连接有放料阀，所述木酸液收集桶17的底部通过支撑座与二楼平台6固定连接，所述气流管19贯穿三楼平台4，所述尾气管16贯穿二楼平台6，所述木酸液收集桶17的顶部一侧固定连接有尾气管16，所述低温炭化炉5的底部固定连接有螺旋冷却出料筒10，所述螺旋冷却出料筒10有若干个，若干个所述螺旋冷却出料筒10收尾连接，所述螺旋冷却出料筒10的底部固定连接有支撑板9，所述支撑板9的底部与一楼平台8固定连接，所述螺旋冷却出料筒10和密闭式螺旋进料筒2的一端均固定连接有减速箱20，所述减速箱20的一侧面固定连接有动力电机，所述减速箱20的输入轴与动力电机的输出轴传动连接，所述螺旋冷却出料筒10和密闭式螺旋进料筒2的内部均活动连接有绞龙轴，所述减速箱20的输出轴与绞龙轴传动连接，所述螺旋冷却出料筒10的侧面下部固定连接有冷水管22，所述螺旋冷却出料筒10的侧面顶部固定连接有冷水回收管7，所述冷水管22和冷水回收管7均与外部冷水箱连通，所述低温炭化炉5的底部一侧通过供热管11固定连接有热风机15，所述热风机15通过连接管固定连接有燃烧室12，所述燃烧室12的侧面固定连接有天然气管和助燃剂管，所述燃烧室12的顶部固定连接有进气管，所述燃烧室12的侧面下部通过连接管固定连接有尾气风机14，所述尾气风机14的顶部与尾气管16固定连接，所述尾气风机14的底部与一楼平台8固定连接。

在使用时，首先将经过粉碎的农作物秸秆通过输送带输送到地下式料斗1，经过密闭式螺旋进料筒2的输送使原料进入低温炭化炉5的内部，在低温炭化炉5内部的原料从上到下会经过干燥、热解和炭化的过程，低温炭化炉5内部固体流下降的同时，由热风机15通过供热管11提供的热气流将产生的气体带到低温炭化炉5的上方，由于尾气风机14将木酸液收集桶17内部的气体不断抽出，会使木酸液收集桶17和冷却箱18的内部产生负压，将低温炭化炉5内部的热气流通过气流管19排进冷却箱18，经过冷却的有机酸留在木酸液收集桶17的内部，同时经过冷却的还原性气体通过尾气管16被尾气风机14吸走，然后通过连接管将还原性气体送进燃烧室12与天然气混合，在助燃剂的作用下与天然气一起燃烧，热风机15将燃烧的热量送进低温炭化炉5的底部形成热力循环，低温炭化炉5内部的固体流在低温炭化炉5的内部下降，最后经过网栅之后，由震动电机带动的网栅将炭化的生物煤形成颗粒，然后落进螺旋冷却出料筒10的内部进行运输，同时由冷水管22提供的冷水进行冷却，使生物煤降温之后能进行直接包装。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明的效果。

在实施例中，以玉米秸秆为原料进行工艺加工，其中原料要求为：采用已粉碎粒径≤3cm、含水率≤16％的玉米秸秆。

通过输送带将原料输送到地下式料斗，通过密闭式螺旋输送机将原料输送到超低温炭化炉，炭化过程中的热解是一个持续性反应，其中有两股流体在垂直面以相反方向移动并形成持续反应区域。外加热源的热气上升，从低温炭化炉的底部上升至顶部，固体流(秸秆颗粒)则从低温炭化炉顶部下降到底部。当生物质颗粒(秸秆颗粒)从炭化炉顶部降到底部时，首先通过60～100℃区域(12m)耗时1.5h，秸秆颗粒首先会失去水分被干燥。秸秆颗粒持续下降，到达100～200℃区域(8m)耗时1h，秸秆颗粒开始低温裂解出CO、CH₄、CO₂、H₂、H₂O等。这些热解气体属于良好的还原性气体被热气流带到上部去干燥后续来的原料，最终进入气体循环系统。秸秆颗粒继续下降到达200～240℃区域(4m)耗时0.5h，秸秆颗粒在此区域进行炭化和进一步干燥过程，此时半纤维体的多聚体被破坏。这一现象接着持续发生，秸秆颗粒到达网栅形成生物质颗粒。在气体循环系统热解出来的还原性气体经冷却后和天然气混合燃烧，其中95％进入超低温炭化炉进行热源补充，5％经活性炭吸附处理后排放大气，在低温炭化炉底部获得的解聚/干燥的产品被称为生物煤，不需进行压块等处理。然后通过密闭送料系统将成品送入冷却系统进行降温即可袋装入库。因生物质产品结构较密实，包装过程中产生粉尘较少。生产过程为连续进料，连续出料，设计进料速度为7.5t/h，年可处理生物质原料6万t，因此本项目可满足年生产4万t生物质成型燃料的规模(年进料6万t)。生产过程中裂解气经冷却后废气量约为15Nm³/t产品，年产生气体量为60万Nm³/a，本项目补充天然气燃烧废气量为1386万Nm³，裂解气占燃烧废气量的4.3％，因此，本项目气体循环后排放5％的废气可实现气体平衡。

从上述实施例中可以看出，本发明相对于现有技术能够实现生物煤生产进料和出料同步进行，可以达到每年4万t生物质成型燃料的生产规模，并且年产生气体量为60万Nm³/a，本项目补充天然气燃烧废气量为1386万Nm³，能够实现废气的热能循环利用，实现气体平衡。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。