木材連續炭化和氣化的方法與設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及木材熱解炭化和氣化技術領域，是關于木質材料在移動床中連續炭化和氣化的工藝與設備。
【背景技術】
[0002]木材熱解是一門歷史悠久的行業，以木材及其采伐、撫育、加工的剩余物(稱為“三剩物”)原料，經過切塊和干燥后送入干餾釜中隔絕空氣加熱，使原料中的半纖維素、纖維素和木質素裂解，生成木煤氣、木醋液、木焦油和木炭等產物。常用的設備一是外熱的車輛式干餾釜，二是立式內熱干餾釜，前者間歇(分批)式生產，后者屬于移動床連續生產，但加料和出炭是定時定量分批進行的。在立式內熱干餾釜中，加料裝置由加料斗、閘板閥、圓管、環形水封和三角罩組成；出料裝置由一個針形閥和二個閘板閥組成；爐體呈圓筒狀，其間還設置二個錐形漏斗和一個錐體，錐形漏斗與爐體內壁形成環狀間隙(環隙)，可以流通氣體，上環隙作為載熱氣體進口，下環隙作為熱交換氣體的出口 ；錐體置于出炭裝置的上方，起導流木炭的作用。在運行過程中，按一定時間間隔加料和出炭的情況下，原料在爐內逐漸下移，首先進入熱解段，被自下而上流動的載熱氣體所加熱，不斷升溫，依次發生干燥、預炭化、炭化和煅燒，繼續下移接著進入冷卻段，與自下而上的冷氣體發生熱交換，炭體的溫度被降至50°C以下，經由出炭裝置排出。該爐的優點是木炭的產量大、強度高，操作的機械化自動化程度高，正常運行時不需外加能源，缺點是爐子結構復雜，載熱氣體和冷卻氣體需要循環處理，配套系統龐大、投資高，操作和維護要求高，也難以使用“三剩物”中的小塊原料，僅適用于資源豐富地區大規模塵產，難以因地制宜進行推廣。
【發明內容】
[0003]本發明的目的之一是提供一種可以連續進行炭化和氣化的工藝；目的之二是提供一種最適合該工藝的設備；目的之三是利用該爐型既生產高品質木炭又副產高溫燃氣，用于發電或作為其他熱源利用。
[0004]本發明的工藝方案是在如圖1所示的重力移動床F中，將木質原料M按一定速度從頂部不斷加入，未氣化的固體炭C按一定速度從底部連續不斷排出；與此同時，在頂部有控制地分散導入一定量的空氣A，在床層內生成的高溫燃氣G與顆粒物料順流流動，在下部氣固分離后，由高溫引風機(17)從中下部連續引出并增壓，再送入燃燒器燃燒。
[0005]為實施上述工藝提出的設備方案是創造出一種創造出一種多點同步均衡連續出料的吸氣式內熱移動床炭化、氣化爐，簡稱為“炭氣聯產環保型炭化爐”。它是一種矩形截面的單爐膛爐。由于單爐膛爐在截面大到一定程度以后，氣流就難以分布均勻，限制了它的規模化應用，為此，本發明人獨特設計了具有多個環形間隙同時導氣的燃氣導出段(簡稱多環隙導氣段)(3)，雙層殼體水內冷式爐底板(簡稱水冷底板)(2)和具有抑制爐內煙氣外冒作用的抑煙爐口蓋(簡稱抑煙爐口蓋)(5)。多環隙導氣段(3)可以單層結構，但以雙層殼體水內冷式的結構為好。本爐的主要配置為:爐支架(I)上放置水冷底板(2)，其上端依次連接多環隙導氣段(3)、爐外殼(4)和抑煙爐口蓋(5)，其下端連接木炭冷卻管￠)，其內側砌耐火磚(7)和保溫層(8)，木炭冷卻管(6)下端連接多點同步均衡連續的撥料器(簡稱撥料器)(9)，其下再依次連接螺旋送料器(10)和星形出料閥(11);多環隙導氣段(3)的相對兩側面上設有抽氣管口(12)、冷卻水進口(13)和冷卻水出口(15)，抽氣管口(12)與高溫引風機(17)的進風口相連接；水冷底板⑵的相對兩側面上設有進水口(14)和出水口
(16)。
[0006]操作原理和方法。爐子運行時，首先在爐內加滿底料木炭，接著啟動高溫引風機
(17)，再用點火工具把爐口表面的木炭點燃，由于空氣吸入，木炭越燒越旺，適時開動撥料器(9)，爐內木炭憑借重力作用逐漸下移，燒紅的炭層烘烤爐芯磚，使爐內溫度不斷升高，與此同時，爐口開始不斷加入原料木片M，并使料位保持一定水平。入爐的木片首先進入干燥段，受熱后使水分蒸發，接著進入溫度約為180?250°C的預炭化段，開始熱解，有一些可燃氣體釋放出來，與吸入的空氣混合后產生放熱反應，使料溫進一步升高，達到300°C時，開始主炭化，有大量的含甲烷、氫和一氧化碳的可燃氣體生成，邊生成邊被導入空氣所燃燒，使爐溫升得更高，炭化更劇烈，此階段稱為炭化燃燒段，在此段，爐溫一般可達到并控制在750?850°C，在這樣的溫度下，炭層和氣體順流，并繼續下移，木炭得到進一步煅燒，并發生氣體的還原反應，部分二氧化碳和水蒸氣轉化成一氧化碳和氫氣，增加了燃氣的熱值。但由于上面熱裂解過程中，伴隨著一些付反應，燃氣中會帶有少量“焦油”和潛在焦油物質(例如苯同系物、萘、蒽、菲等)。因為還原反應為吸熱反應，炭和燃氣在繼續下移過程中溫度很快降到700°C以下，進入多環隙導氣段(3)時進一步降溫，同時進行氣固分離。高溫燃氣G從各個環隙經過抽氣管口(12)被高溫引風機(17)抽出，并在引風機內增壓后送入燃燒器中燃燒；木炭C則繼續下移至水冷底板(2)和木炭冷卻管(4)，冷卻至常溫后通過撥料器(9)、螺旋送料器(10)和星形出料閥(11)排出。
[0007]本發明的優點:一是設備加工制造容易，投資低廉；二是連續化作業，省力省工，操作方便；三是生產過程不需另加燃料，能源高效利用，生產成本降低；四是無廢渣、廢水和廢氣排放，環保優勢明顯；五是可以使用小材小料，因地制宜建廠，資源充分利用。
【附圖說明】
[0008]圖1表示“炭氣聯產環保型炭化爐”的正剖面圖，圖2表示圖1的A-A剖面圖，圖3表示本發明工藝原理的示意圖。在上述圖中:(I)爐支架、(2)水冷底板、(3)多環隙導氣段、(4)爐外殼、(5)抑煙爐口蓋、(6)木炭冷卻管、(7)耐火磚、(8)保溫層、(9)撥料器、
(10)螺旋送料器、(11)星形出料閥、(12)抽氣管口、(13)多環隙導氣段的冷卻水進口、(14)水冷底板的冷卻水進口、(15)多環隙導氣段的冷卻水出口、(16)水冷底板的冷卻水出口、
(17)高溫引風機。
【具體實施方式】
[0009]一臺如圖1、圖2所示的“炭氣聯產環保型炭化爐”，爐膛凈尺寸:長L = 3.Sm、寬=2.6m、深=1.4m。多環隙導氣段(3)為雙層殼體水內冷式結構。耐火磚采用粘土質標型磚，保溫層采用膨脹珍珠巖耐火混凝土 ；爐支架(I)采用鋼管和槽鋼；水冷底板(2)、多環隙導氣段(3)、爐外殼(4)、抑煙爐口蓋(5)木炭冷卻管(6)和螺旋送料器(10)均采用6mm鋼板加工制造；星形出料閥(11)為市售品，鑄鋼制造；多點同步均衡連續的撥料器(9)采用中國專利CN201120450680.9的“多點同步連續出料器”。原料木片:粒度20?60mm，最大(80mm，最小> 10mm，含水率< 20%。通過調節撥料器(9)的轉速來控制出炭速度，炭化燃燒段溫度保持在750?800°C ;冷卻水溫:進水< 25°C，出水< 60°C ;連續運轉5天，平均每天出炭量2.4t,出氣約1000m3/h,產炭率?18% (干基)，產氣率?1.8m3/kg(干基)，木炭的固定碳含量> 88 % (干基)，木炭熱值28000?32000kJ/kg，燃氣熱值4000?4200kJ/m3。
【主權項】
1.一種木材炭化和氣化的方法，其特征在于:在重力移動床F中，將木質原料M按一定速度從頂部不斷加入，未氣化的固體炭C按一定速度從底部連續不斷排出；與此同時，在頂部有控制地分散導入一定量的空氣A，在床層內生成的高溫燃氣G與顆粒物料順流流動，在中下部氣固分離后，由高溫引風機(17)連續引出并壓縮后送入燃燒器燃燒。
2.—種立式移動床炭化和氣化設備，其特征在于:爐膛截面為矩形，在爐支架(I)上放置水冷底板(2)，其上端依次連接多環隙導氣段(3)、爐外殼(4)和抑煙爐口蓋(5)，其下端連接木炭冷卻管出)，其內側砌耐火磚(7)和保溫層(8);木炭冷卻管￠)的下端連接多點同步均衡連續的撥料器(9)，其下再依次連接螺旋送料器(10)和星形出料閥(11);在多環隙導氣段的相對二側面設有抽氣管口(12)、冷卻水進口(13)和冷卻水出口(15)，抽氣管口(12)與高溫引風機(17)的進風口相連接；水冷底板(2)的相對二側面設有進水口(14)和出水口(16)。
3.根據權利要求1所述的立式移動床炭化和氣化設備，其特征在于:多環隙導氣段(3)和水冷底板(2)為雙層殼體水內冷式結構。
【專利摘要】木材連續炭化和氣化的方法與設備。將木質原料M按一定速度從頂部不斷加入，未氣化的固體炭C按一定速度從底部連續不斷排出；與此同時，在頂部有控制地分散導入一定量的空氣A，在床層內生成的高溫燃氣G由高溫引風機(17)從下部連續引出并增壓后送入燃燒器燃燒。設備簡稱為“炭氣聯產環保型炭化爐”，在爐支架(1)上放置水冷底板(2)，其上部依次連接具有多環隙導氣功能的燃氣導出段(3)、爐外殼(4)和抑煙爐口蓋(5)，其下部連接木炭冷卻管(6)，其內側砌耐火磚(7)和保溫層(8)，木炭冷卻管(6)下部連接多點同步均衡連續的撥料器(9)，其下再依次連接螺旋送料器(10)和星形出料閥(11)。其優點：制造容易，投資低廉，操作方便，節約能源，沒有三廢。
【IPC分類】C10B53-02, C10B57-00, C10B1-00
【公開號】CN104804752
【申請號】CN201410293717
【發明人】胡福昌, 王正郁
【申請人】杭州大沃軟件有限公司, 杭州富來森科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年6月19日