[发明专利]气流式大型快速秸秆炭化等压反应炉

说明书

技术领域

本设计为可再生生物能源大规模生产的设备。 

背景技术

本炉的设计就是体现快速、高效、节能的理念，尤其是它的大容量、大吨位快速秸秆炭化的能力，使大工业化的秸秆炭的生产成为可能。应用的技术有气流式加热脱水工作原理、气流式冷却工作原理及炭化阶段工作原理。 

发明内容

本发明为气流式大型快速秸秆炭化等压反应炉。传统的炭化炉窑，由于其传热、温控、材料的放置形式以及排湿的方式，造成原料脱水和炭化的时间周漫长而低效。虽然目前市场上已有一些新兴的秸秆炭化炉，但其工作原理及效率并未脱离传统的理念，并不适用于大规模的工业秸秆的开发和利用。而本人设计的炭化炉，不但脱水、炭化周期快速，并且其有效容积在1100m³左右，每2小时就能产出150吨的秸秆炭化的成品(包括进、出料的时间)。 

附图说明

图1是气流式大型快速秸秆炭化等压反应炉示意图，说明：1.整体结构以耐高温钢筋混凝土为主体。2.冷却管，热导气管，进料口(出料口)，外部空气引入管，煤气管，顶部排风设备口均应设置关断阀门。3.热导气管道均有保温。4.图中缺省长度单位均为毫米。5.搅拌叶片转速为8r/min。6.炭化炉膛有效容量为总容量的70％。7.炭化炉底钢板厚20mm。图2是气流式加热脱水工作原理示意图。图3是炭化阶段工作原理示意图。图4是气流式加热炉膛冷却工作原理示意图。图5是气流式炭化炉膛冷却工作原理示意图。 

具体实施方式

秸秆材料的含水量一般在30-40％之间，有两个因素决定其脱水的速度，就是温度和湿度。一般来说，环境温度越高，物体的脱水速度也就越快。但是对于秸秆的植物纤维来说，其本身的物理传热性能很差，局部的高温并不能通过植物纤维把热量迅速地传遍整个秸秆的单体，因此，单纯提高炉温并不能显著地提高秸秆的快速均匀的脱水过程。反而会造成一部分秸秆已经燃烧，而一部分材料还未完全脱水，最终会影响炭化产品的产量和品质。为了使秸秆材料能均匀、快速地受热而快速脱水，本炉的温度导热方式设计为大气流热能传送方式。炭化炉膛底部是煤气加热炉膛，两者之间由钢板相隔，煤气炉膛内的空气经燃烧加热后由8根2×0.5m的热导气管道经煤气炉膛引入炭化炉膛(见图1)。由于是热空气的加热方式，它能使秸秆材料快速均匀地受热。并且在炭化炉膛设置了叶片式的搅拌装置(见图1)，它能使原料更好地均匀受热。为了使炭化炉底的钢板温度不至于过高，也为了使加热炉膛内得到更多的空气补充，我们把6根直径40cm的外部空气引入管放置于加热炉的直径1.5m的中央管(见图1)。其出气口的高低位置是位于加热炉顶与加热煤气炉头之间，由于在加热炉四周设置有8根2×0.5m的热导气管，它们能迅速地、均匀地把热气流由加热炉膛送入炭化炉膛，随着加热炉膛内热空气流出，使其膛内压力下降，炉外的空气就能经外部空气引入管进入加热炉膛，它们在加热炉顶部和煤气炉头之间形成一层空气层，这样使外部进入的空气就先被燃烧的火头加热，并非被燃烧的煤气直接加热。炭化炉内的温度被控制在70℃左右，所以炉内的秸秆原料在快速脱水的同时不会被燃烧。由于采用了上述这些特殊设计，使得加热炉的热能得到了充分的利用，在提高成品的产量的同事也节省了大量的能源。 

环境湿度也涉及影响脱水速度的重要因素。在整个秸秆炭化成品的过程中，原料的脱水时间直接影响到产品的整个运行周期的长短。由于本炉是一个大容量和大产出的设计，为了在2个小时内的整个生产周期中能够得到将近150吨的炭化成品。就应在1小时内实现对原料完全脱水。从炉中排除水分将有70-100吨。此时快速降低炭化炉内的湿度，加快排出水分是影响秸秆脱水速度的关键因素。因此我们设计在炭化炉顶设置6台，每台最大风量25000m³/h的排风机，总排风能力达150000m³/h，也就是每秒能排出42m³的 空气，由于炭化炉中的大量空气的排出同时也带走了大量的水分。并且炭化炉内压力的下降也为加热炉膛热气流的进入提供了动力的来源。理论上在上述两种加热和排湿的方式作用下，1小时内使炉内秸秆完全脱水干燥成为可能。