本發明涉及一種外熱式連續生物炭生產系統，屬于生物質碳化技術領域。
背景技術：
生物炭技術是將諸如農作物秸稈和林業廢棄物等生物質或其衍生物進行碳化，然后以一定方式施用于土壤以獲得固碳作用和經濟、生態、環境收益的科學技術理念。該技術是近年國際學術界應對氣候變化研究的一個熱點。生物炭的獲得是生物炭技術研發不可缺少的前提和基礎。隨著生物炭技術研究從實驗室向中試或大田研究的轉變，多年來室內小規模的生物炭生產已不能滿足科研發展的需求，而必須研制能夠批量生產生物炭的設備。為此世界發達國家如英、美、澳大利亞等爭相研制具有一定生產規模的生物炭生產設備。我國是農業大國，擁有龐大農業資源，具有廣闊的生物炭技術應用前景，生物炭技術研究方興未艾。同國際研究一樣，國內許多單位的生物炭技術研究目前已從室內研究為主轉向以大田應用觀測研究為主階段，大量生物炭的缺乏已構成我國生物炭技術研發的技術瓶莖，因此迫切需要研制能夠批量生產符合國際生物炭標準的生物炭生產系統。
為滿足生物炭技術大田研究對生物炭的大量需求，國內外有關研發機構或個人開展了生物炭批量生產設備的研發。其中中國國家專利“一種生物炭改性設備和方法”（申請號ZL201420846944.6）公開了一種既可以對生物質進行碳化，又能對其進行改性的碳化設備。但該設備采用的是電加熱和批次式生產方式，加熱梯度的產生依靠從低溫向高溫慢速加熱，碳化速率慢，也不能對碳化所產生的裂解油氣進行有效的回收利用。專利“一種生物質碳化設備”（申請號ZL201410185600.X）公開了一種連續式生物質碳化設備，生產速率高，能夠將裂解油氣直接引入燃燒系統燃燒，為生物質的碳化提供能源，降低了對外部碳化能源的需求。但由于其技術方案中采用了燃燒系統直接對裂解腔體進行加熱的方法，碳化加熱不均勻，存在加熱的高溫斑塊，難以準確控制碳化的最高溫度。為生產符合國際生物炭協會推薦的高標準生物炭，碳化設備需要能夠準確調控碳化的最高溫度，需要為裂解腔體創造均勻的加熱環境。為提高生物炭的生產速率，碳化工藝不僅需要具有連續的生產方式，還需要造就一個從低溫到高溫的溫度分布梯度。為此，本專利申請公開了一種基于慢速干餾法原理的外熱式生物炭連續生產技術。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種外熱式連續生物炭生產系統，克服現有生物炭生產設備的不足，對碳化過程中關鍵技術指標進行調控，從而產生符合國際高質量標準的生物炭。
本發明的技術方案是：一種外熱式連續生物炭生產系統，包括進料系統、碳化系統和出料系統，還包括加熱系統、余熱采收系統和裂解油氣分離系統，其中，所述碳化系統由裂解腔、保溫層、物料傳輸和攪拌組件、碳化熱流通道組成，裂解腔呈圓柱形管狀，物料傳輸和攪拌組件安裝于裂解腔中，用于實現對物料的攪拌和傳輸，在裂解腔外部包裹有保溫層，在裂解腔外壁與保溫層之間設有所述碳化熱流通道，碳化熱流通道呈螺旋狀環繞于裂解腔外壁，碳化熱流通道的加熱氣流進口與加熱系統連接，碳化熱流通道的出氣口與余熱采收系統連接；裂解油氣分離系統與裂解腔內連通。
所述加熱系統包括加熱爐膛和燃燒機，在所述加熱爐膛壁上設置有燃燒機火焰進口，加熱爐膛通過該火焰進口與燃燒機連通。
所述燃燒機的進料口分別與燃料儲存和供應裝置、余熱采收系統和裂解油氣分離系統連接。
在所述加熱爐膛端壁還設有單向風閥，在燃燒機進料口上設有控制閥，該單向風閥和控制閥通過溫度控制器與安裝于加熱爐膛和裂解腔內的溫度探頭連接。
所述余熱采收系統由空氣換熱器和熱氣傳輸管道組成，熱氣傳輸管道與燃燒機的進料口連接。
所述裂解油氣分離系統由裂解油氣導出管、冷卻分離裝置和裂解合成氣導出管組成，其中裂解油氣導出管與裂解腔上部油氣排泄孔連接，用于將裂解油氣導入冷卻分離裝置，裂解合成氣導出管一端與冷卻分離裝置連接，另一端與燃燒機的進料口連接。
所述進料系統包括進料斗和進料螺旋輸送機，其中，進料斗下方出口與進料螺旋輸送機一端連接，進料螺旋輸送機的另一端穿過端壁與裂解腔連通。
所述出料系統包括出料螺旋輸送機和冷卻系統，其中，出料螺旋輸送機與冷卻系統連接。
所述物料傳輸和攪拌組件由螺旋軸及附著其上的槳葉片組成。
本發明的有益效果是：生物質能否被均勻和慢速加熱，是慢速干餾法生物炭生產的關鍵。對外熱式干餾法而言，要做到生物質的均勻加熱，不僅需要生物質的攪拌和混合，還需要在裂解腔外部造就一個均勻的溫度分布；而要做到生物質的慢速加熱，最有效的方法是在裂解腔外部創造一個溫度梯度，生物質經過這個溫度梯度的過程就是慢速加熱的過程。與相同設計思路的生物炭生產系統相比，本設計在上述兩個方面都具有創造性。首先本設計采用了加熱爐膛用以調節碳化最高溫度，由于燃燒機火焰的溫度在1000℃以上，直接對裂解腔加熱大大高出了慢速碳化最高溫度的允許值。而將火焰引入一個爐膛就可以在其中對溫度進行調整，然后再對裂解腔進行加熱，這樣就可避免直接加熱裂解腔所造成的溫度過高問題。加熱爐膛的設計為調控最高碳化溫度提供了一個重要的技術保障。在加熱爐膛之后，本設計采用了螺旋狀加熱氣流通道對裂解腔進行環繞式加熱，不僅加熱均勻，還自后向前產生了一個溫度梯度。
提高能源利用率、降低能源消耗是生物炭生產的一個永恒主題。本發明中加熱尾氣余熱采收利用技術有利于該目標的實現，這是本設計的第三項技術創新。螺旋輸送式碳化腔是國內外連續式生物炭設備常用的技術方案，但物料的輸送多用實體螺旋。本發明將實體螺旋改為槳葉式，增強了對物料的攪拌功能，構成了本設計的第四項技術創新。
另外，本發明中裂解油氣分離系統可對生物質裂解所產生的油氣進行分離，分離后的重油可回收利用，氣體作為燃燒機的原料使用，這樣既能回收利用重油資源，又能避免燃氣造成的污染問題。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖；
圖中，1、碳化熱流通道，2、保溫層，3、裂解腔，4、進料螺旋輸送機，5、進料斗，6、熱氣傳輸管道，7、空氣換熱器，8、裂解油氣導出管，9、冷卻分離裝置，10、裂解合成氣導出管，11、出料螺旋輸送機，12、單向風閥，13、加熱爐膛，14、火焰進口，15、燃燒機，16、控制閥，17、進料口，18、油氣排泄孔。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
如圖1所示，本發明外熱式連續生物炭生產系統，包括進料系統、碳化系統、出料系統、加熱系統、溫度控制系統、余熱采收系統和裂解油氣分離系統。
碳化系統由裂解腔3、保溫層2、物料傳輸和攪拌組件、碳化熱流通道1組成，其中，裂解腔3采用耐熱的圓柱形管制作，在裂解腔3外部包裹有保溫層2，在裂解腔3外壁與保溫層2之間設有所述碳化熱流通道1，碳化熱流通道1呈螺旋狀環繞于裂解腔3外壁，碳化熱流通道1的加熱氣流進口與加熱系統連接，物料傳輸和攪拌組件安裝于裂解腔3中，由螺旋軸及附著其上的槳葉片組成，槳葉片平面與螺旋軸軸線方向呈一定角度，用于實現對物料的攪拌和傳輸。
進料系統包括進料斗5和進料螺旋輸送機4，其中，進料斗5下方出口與進料螺旋輸送機4一端連接，進料螺旋輸送機4的另一端穿過端壁與裂解腔3連通。
出料系統包括出料螺旋輸送機11和冷卻系統，其中，出料螺旋輸送機11與冷卻系統連接。冷卻系統可采用常規的冷卻方式，也可在出料螺旋輸送機11外壁設置冷卻腔體，用于實現冷卻水的循環流動。
加熱系統包括加熱爐膛13）和燃燒機15，在加熱爐膛13壁上設置火焰進口14和單向風閥12，以讓熱量通過該火焰進口14進入到碳化熱流通道1中，以及使加熱爐膛13內的熱量單向流入到碳化熱流通道1中；燃燒機15的進料口17分別與燃料儲存和供應裝置、余熱采收系統和裂解油氣分離系統連接；在燃燒機15進料口17上還安裝有控制閥16，該控制閥16和單向風閥12均與溫度控制器連接，溫度控制器又與安裝于加熱爐膛13和裂解腔3內的溫度探頭連接，這樣溫度控制器可通過對控制閥16及單向風閥12的開度控制，以實現對系統碳化溫度的調控。
余熱采收系統由空氣換熱器7和熱氣傳輸管道6組成，空氣換熱器7的入口端與碳化熱流通道1的熱氣出口端連通，熱氣傳輸管道6末端與燃燒機15的進料口17連接，用于實現空氣的預熱及傳輸。其中空氣換熱器7為常規的換熱器。
裂解油氣分離系統由裂解油氣導出管8、冷卻分離裝置9和裂解合成氣導出管10組成，裂解油氣導出管8與裂解腔3上部油氣排泄孔18連接，用于將裂解油氣導入冷卻分離裝置9，所述裂解合成氣導出管10一端與冷卻分離裝置9連接，另一端與燃燒機15的進料口17連接。在工作中，裂解油氣分離系統可對生物質裂解所產生的油氣進行分離，分離后的重油可回收利用，氣體作為燃燒機15的原料使用，這樣既能回收利用重油資源，又能避免燃氣造成的污染問題。其中冷卻分離裝置9為常規的油氣冷卻分離裝置。
在發明中，可將前述系統固定安裝在一個可移動的支架上，以便于整個生產系統的移動。
本發明的工作過程為：當生物質在裂解腔3內被正反轉碳化時，其產生的裂解油氣經由裂解油氣分離系統被分離為生物油和合成氣，生物油可被回收利用，合成氣被輸送并作為燃燒機15的燃料，燃燒產生的熱氣經進火焰口14進入加熱爐膛13內過渡調整，接著被輸送到碳化熱流通道1內對裂解腔3進行加熱，然后由出熱氣口輸出并穿過余熱采收系統，余熱采收系統內熱氣傳輸管道6的氣體因此被預熱，后經管道被輸送到燃燒機15進料口17作為燃燒空氣使用或預熱生物生物質等使用。生物質原料經原料漏斗輸入到碳化腔體，在碳化腔體中被攪拌、向前輸送、同時被加熱碳化，完成碳化后的物質被輸送至冷卻系統，在冷卻螺旋輸送機向前輸送的同時被冷卻輸出。如此形成連續的生物炭生產。