连续式生物质炭炭化设备设计制造.doc

Gongyi Sanxiong charcoal machine manufacturer生物环境与能源工程连续式生物质炭炭化设备设计制造摘要：针对国内生物质炭炭化设备中存在的运行自动化程度低、炭产量小、烟气污染环境、副产品回收利用难等问题，巩义市三兄木炭机厂设计了连续式生物质炭炭化设备，利用炭化自身产生的高温烟气循环燃烧产生的热量来进行炭化。设备根据热解反应机理，对气化炉炭气联产、炭化主机、高温烟气净化冷却系统、PLC数控进行了有机结合，合理设计制造了连续式炭化生产线。三兄生产技术人员选用稻壳、锯末、竹屑、棕榈壳、秸秆、麻杆等多种原料进行了炭化实验，实验结果证明：该炭化设备实现了连续稳定运行、原料适用性广、环保无污染、 自动化程度高、炭化效率高、能源损耗低的优势。炭化终温为500-600，小时产炭率为300kg、600kg、800kg，炭化得率为99%，实现了设计目标，为中国生物质炭产业发展提供了理论基础和技术支持。关键词：炭化设备、环保炭化、连续炭化、生物质炭引言：化石燃料的燃烧、农业和土地利用的变化以及工业生产过程中产生的二氧化碳等温室气体导致全球日益变暖，已经成为当今影响最为深远的全球性环境问题之一。目前，全球二氧化碳减排形势面临挑战和考验。生物质炭可以稳定地将碳元素固定长达数百年，其中的碳元素被矿化后很难再分解。生物质炭作为一种废物再生能源燃料，发热量高，无烟，无味，无毒，清洁卫生，用途广泛，工业、农业、医药、畜牧业及民用等行业需求量很大，在农业上可以有碳封存和改良土壤的作用，是未来减排的主要途径之一，同时生物质炭还是一种很好的低成本吸附剂，可吸附一些常见的环境污染物包含农药、重金属等。副产品木焦油、木醋液都是很好的化工原料。生物质炭在工业上的用途更是高达上百种行业，是活性炭、炭化硅、结晶硅、保温材料的生产以及冶炼厂、铜加工厂、钢厂、橡胶厂、二硫化炭厂、蚊香厂、炸药厂、铸造厂等行业的必备原料。目前，生物炭的制取已成为国内外的研究热点。传统炭化设备间歇式生产，生产能力低，生产周期长，副产品回收利用难，污染大，产炭质量难以保证，能源转化与利用率低，耗能高；为解决在生物质热裂解过程中不能连续生产、出炭率低、炭化废气污染环境、副产品回收难等难题，巩义市三兄木炭机厂设计了连续式生物质炭炭化设备，利用炭化烟气转化为可燃气给炭化炉加热连续生产，环保高效节能。设计原则把内燃式和外加热式有机结合，不需附加其他热源高效率生产，炭化温度可灵活控制，高出炭速率，一机可以炭化不同形状、硬度、湿度、粒径的原料同时运行方式为连续添加原料连续产出生物炭，工艺水平和技术要求较高。为保证炭化产品的品质及炭产出率，同时考虑经济性及环境保护的需求，该炭化设备还满足副产品回收再利用，对环境无污染。连续式生物炭炭化设备设计制造1、整套方案设计气化炉靠内燃产炭的同时，产出烟气作为炭化主机前期外加热热源；主机正常运行期间外加热热源用自身产生的烟气；气化炉和主机产生的烟气经过净化处理，转化分离为纯净燃气、水、木焦油、木醋液，彻底摆脱污染。整体结构如图所示，主要有气化炉、烟气净化装置、进料装置、炭化主机、出炭装置、燃烧器、可编程逻辑控制器PLC控制柜。2、热解参数的选择影响生物质热解炭化的因素有：原料（种类、粒径、水分）、热解温度、反应时间等。（1）原料 设备适合多种生物质原料如： 气化炉对原料水分要求比较严格，需控制在15%以下；炭化原料要求不严，但是水分过大会降低产量，原料经过干燥处理水分控制在20%以下最好。原料粒径要求在1mm-30mm之间，粒径大小对产量影响不大。（2）炭化温度该生产线炭化温度具备可控性，可根据不同原料来设定炭化温度，炭化温度设定合适能优化生物质炭性质、增加芳香化结构、增加比表面积、提高孔隙率、提升吸附能力。（3）反应时间反应时间对炭的品质具有重要影响，原料在高温区停留的时间长，会降低产量，但增加炭的空隙结构。本设备螺旋推送原料的速率具备可控性，从而控制原料反应时间，得到最优质高产的炭产品。3、炭化过程生物质炭炭化过程主要为以下四阶段：气化炉炭气联产、烟气净化再利用、煅烧升温、原料干燥、预炭化、高温炭化升温所需热量、水分蒸发所需热量、反应热、设备刚启动时，第一阶段需要内燃焖烧提供热量以保证，第三四阶段靠气化炉提供外加热热源，第五阶段由气化炉和自身放出的反应热共同完成，最后的高温炭化完全可以自给自足，第二阶段保证主机外加热热源的纯度和杜绝污染，并分离收集木焦油等副产品，此过程需要循环水吸热、热交换器散热来达到冷却分离效果。正常运行后，无需气化炉再提供热源，自给自足连续循环生产。4、炭化产物 生物质热裂解产物主要由生物炭、可燃气、焦油、木醋液等组成。加热条件的变化可改变热裂解的实际过程及反应速率，从而影响热裂解产物生成量按照炭化平均温度450，以玉米秸秆为例，1 kg秸秆可得生物炭约0.33 kg，热值为20 000 kJ/kg；可燃气0.3 m（主要成分体积分数包括CO245%、CO30%、H215%、CH4 10%）焦油为0.05 kg，热值为40 000 kJ/kg