一种生物质微波碳化装置的制作方法

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1.本发明涉及固废处理技术领域，具体涉及一种生物质微波碳化装置。

背景技术：

2.我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆、农业加工剩余物、林业木质剩余物资量超过7.5亿吨可作能源使用。生物质碳化能解决秸秆做成生物质燃料热值低、灰分大的劣势。生物质炭用做燃料，热值高、灰分小、无有害气体排出等优点，可成为替代煤炭、石油、天然气的清洁能源，价格也仅为煤炭的一半。生物质炭因其良好的吸附能力，能有效改善土壤环境，吸附土壤中的有害物质，增加作物产量。生物质炭同样可以用于环境治理，吸附空气中的甲醛、游离的灰尘、污水中的重金属等物质，性能优于常用的木质类炭。生物质炭，在环境、农业和能源等领域应用价值巨大，被誉为“黑黄金”。国际自然基金会2011年2月发布的《能源报告》认为，到2050年，将有60％的工业燃料和工业供热都采用生物质能源。根据我国《可再生能源中长期发展规划》统计，目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤，今后随着造林面积的扩大和经济社会的发展，我国生物质资源转换为能源的潜力可达10亿吨标准煤。在传统能源日渐枯竭的背景下，生物质能源是理想的替代能源，被誉为继煤炭、石油、天然气之外的“第四大能源”。
3.碳化的原理主要是在无氧条件下加热干燥有机物料，通过热解和干馏的作用，将有机物向水蒸气不凝性气体和碳转化。目前碳化常用方法包括高温碳化、中温碳化和低温碳化，但均存在一定的局限性。
4.高温碳化：高温碳化的过程中，首先必须进行干化，控制高温碳化炉的温度在800℃左右，在进行高温碳化的过程中，碳化炉不加压不加氧，完成碳化。但高温碳化工艺存在以下缺点：(1)能耗高，在进行高温碳化的过程中，原始物料当中的水分需要通过蒸发的方式被处理，在此过程中会带走大量的气化热。(2)投资大，在高温碳化系统当中主要包含两个组成部分，一个是碳化，一个是干化。高温碳化系统当中需要比当前纯干化系统的投资高，碳化炉在设计的过程中相对较为复杂，需要在无氧的情况下进行加热，直到800摄氏度的高温下，在此过程中都需要较高的材料和技术，需要较高的投资。(3) 碳化物可利用价值低，高温碳化的过程中在炭化炉当中的物料会发出可燃合成气，导致炭化炉最终形成的碳化物热值较低无法进行综合性的使用。(4)安全性不高，高温碳化过程中需要将温度升至800摄氏度以上，物料会发出可燃合成气，存在爆炸、意外着火等安全隐患。
5.中温碳化：碳化时不加压，温度为426—537℃。先将物料干化至含水率约90％，然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物。另外在提炼物当中具有较多的杂质，无法在市场上进行使用。由于中温碳化工艺当中污泥产生的重油品质不高，无法达到普通柴油的热值，目前已逐步退出市场。
6.低温碳化：低温碳化是指在低温(300℃)、中压(10mpa)条件下，将物料中的细胞裂解，将物料含水率降至50％以下。低温碳化的过程中，原始物料当中的75％的水分无法被蒸发出来，而是通过机械的方式被挤压出来，这样可以让水汽化造成的能量损失得到合理的
控制，低温碳化生成的碳化物的燃值很高，可以作为低级燃料进行使用，可以让物料的无害化减量化和资源化的目标得以实现，若是碳化物可以用于进行燃烧，则可以保存物料的减量化达到100％。但是传统低温碳化方法处理后，会产生大量废气，物料含水率较高，仍需进行后续处理才能得到最终产品，要较高的材料和技术，需要较高的投资。

技术实现要素：

7.发明目的：本发明目的在于针对现有技术中碳化装置不能产生持续稳定的电磁场，不能够连续性碳化物料，稳定性不高的不足，提供一种采用微波碳化工艺，产生持续稳定的电磁场可以连续性碳化物料，稳定性高的生物质微波碳化装置。
8.技术方案：本发明提供的生物质微波碳化装置，包括微波碳化装置，微波碳化装置包括微波装置和碳化装置，碳化装置包括蓄热体，蓄热体对搅拌装置均匀供热，搅拌装置内放置有待加工物料；
9.碳化装置内设置有谐振腔，谐振腔包括外壳和内腔，谐振腔的内腔的侧壁上设置有蓄热体和余热回收口；蓄热体将搅拌装置的壳体的两侧包覆住；余热回收口与谐振腔的外壳连通，余热回收口是一根直径50mm长度25mm的不锈钢管，余热回收口焊接在谐振腔外壳上。当物料碳化完成后，通过风机作用将谐振腔内部蓄热体的热量传送到其他受热设施(如高温炉、预热设备)，可以使碳化装置内的物料加速冷却，同时富裕热量能够得到充分利用。
10.搅拌装置的内部设置有并列的两个搅拌腔体，分别为第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体内部均设置有用于混合物料的绞龙；搅拌装置还包括进料口和出料口。
11.当待加工物料通过进料口进入搅拌装置的搅拌腔体时，绞龙运转传送物料，同时，微波碳化装置发射微波并辐射到谐振腔，对谐振腔体内部的蓄热体进行加热，此时蓄热体为待加工物料提供温度，使物料达到碳化需要的温度。
12.进一步地，第一腔体和第二腔体之间设置有两个连通口，每个腔体的外部各外接有电动机，当两个电动机转动方向相反时，其中第一电机工作时，通过绞龙转动将物料由左边传送到右边；当第二电机工作时，则通过绞龙将物料由右边传送到左边，实现两个腔体内部物料的循环移动。
13.进一步地，还包括干燥装置，干燥装置包括抽湿风扇、抽湿阀门、温度探头以及泄压阀；抽湿风扇、抽湿阀门以及泄压阀设置在搅拌装置的顶部，温度探头设置在搅拌装置的温度探测口处。
14.进一步地，搅拌装置通过支撑座支撑。
15.进一步地，微波装置包括用于控制发射电磁波的微波发生模块、散热口和小机箱，散热口和小机箱分别连接有波纹软管，波纹软管通往装置的外部，小机箱和散热口上各设置有一个波纹软管连接件，波纹软管和连接件通过抱箍连接。连接件是由直径 120mm，长度20mm的不锈钢管制成，连接件和小机箱、散热口可以焊接或铆接连接。通过连接件，波纹软管、小机箱和散热口固定在一起，小机箱内部产生的热量沿着波纹软管通过散热口输送到设备外部。微波发生模块发射微波辐射到蓄热体上，使蓄热体升高温度达到物料碳化所需温度；散热系统通过抽湿风扇作用实现搅拌腔体内部同外界热交换，降低设备内部的温度；控制模块采用了plc控制系统，用于控制微波发生模块工作，使谐振腔体内部产生一个稳定
持续的电磁波场，具有自动化程度高、控制精准的特点。
16.工作原理：
17.微波是一种高频电磁波,用于微波加热的频率通常为915-2450mhz频段,水和有机物质是很好的微波吸收体，微波超强电磁辐射和穿透力、微波催化燃烧功能对有机质进行微波辐射和破坏，使所有有机物的分子链完全打断，裂解、改变物质结构。在微波作用下水和有机物质产生电磁共振效应，水和有机物质内部分子发生加剧运动产生摩擦发热效应,水和有机物质被迅速加热，水的气化温度是100℃,有机物质的气化温度 100-280℃。当微波热解腔体温度达到280℃,物料中的有机成分裂解成燃料气和炭黑。微波作为碳化设备的主要能量源，有如下特点
18.(1)加热效率高，与传统加热相比，由于微波加热直接作用于物质的分子或离子、引起分子或离子的振动产生热量，而不是通过传统方式(热传导、热对流、热辐射)传热，因此它具有更快的加热效率。微波加热和常规加热的传热传质机理不同。常规加热是通过热传导、对流和辐射原理由表及里对物料进行加热，物料中不可避免地存在温度梯度(物料表面温度高于中心温度)。微波加热是通过电磁场与物质分子之间的相互作用引发分子内部的摩擦而产生的热量，物质内部与外部同时被加热，由于表面的散热作用，热量不断在物料内部累积并向外传递，导致物体中心温度高于表面温度。
19.(2)节能：与常规电加热方式相比，它一般可以节电30％～50％。在微波加热的过程中，微波能转化为热能的机理主要是偶极子转动机理。偶极子转动机理是由微波辐射引起物体内部的分子相互摩擦而产生热能。由于微波加热是电磁波直接与物料分子相互作用的结果，微波在空气中传播时的损耗是很小的，能量损耗主要集中于物料体积内，加上微波功率转换效率高，因此可节省电能消耗，提高经济效益。
20.(3)对大分子物质进行裂解，加快反应速率：
21.偶极子转动产生的加热效率取决于介质的弛豫时间、温度和黏度。微波发生器的磁控管接受电源功率而产生微波，通过波导输送到微波加热器，需要加热的物料在微波场的作用下被加热。理论分析表明，微波场的存在不但可以提高分子碰撞的概率和增加分子的碰撞能量，还可以改变分子能量的类型和分子碰撞的方位。在小试过程中发现微波不仅可以加快化学反应速率，还可以改变化学反应的途径。
22.蓄热体也称蓄热填充物，它相当于一个换热器，即蓄热式换热器。其作用是：通过微波模块作用产生高频电磁波，电磁波均匀辐射到蓄热体上，导致蓄热体温度升高。利用热的蓄热体将冷的物料加热,蓄热体将储存的热量释放,将物料加热到所需的温度。蓄热体具备如下性能：
23.(1)蓄热体具有超强的吸收微波能力，蓄热体通过吸收微波使自身温度升高。
24.(2)碳化温度在300℃以下的条件下进行，蓄热体需要能耐500℃左右的温度。
25.(3)蓄热体具有较高的热容量蓄热能力，可以长时间提供热量，维持物料碳化温度。
26.(4)蓄热体具有良好的传热性能和优良的导热和热辐射性能，即在物料碳化过程中能将热量迅速传递给较冷的物料；同时在碳化完成后能够迅速冷却降温。
27.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明采用微波碳化工艺，可以产生持续稳定的电磁场，能够连续性碳化物料，稳定性高；(2)本发明微波碳化结束后，微
波碳化产生的co、h2可以作为燃料回收再利用；(3)使用本发明碳化的产物含水率低、无需进行后续处理；(4)本发明在300℃以下的条件下进行碳化生产，不产生二恶英污染(二恶英在800℃以上，氧化不完全条件下产生)；(5)本发明运行成本低、投资小、最终碳化产品利用值高。
附图说明
28.图1是本发明的结构示意图；
29.图2是图1的俯视图；
30.图3是本发明中的另一结构示意图；
31.图4是本发明中微波装置的结构示意图。
具体实施方式
32.下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
33.如图1-图3所示的生物质微波碳化装置，由外置电动机5驱动，包括微波碳化装置，微波碳化装置包括微波装置和碳化装置，所述碳化装置包括蓄热体2，蓄热体2对搅拌装置均匀供热，搅拌装置内放置有待加工物料；
34.碳化装置内设置有谐振腔1-1，谐振腔1-1包括外壳和内腔，谐振腔1-1的内腔的侧壁上设置有蓄热体2和余热回收口1-2；蓄热体2将搅拌装置的壳体的两侧包覆住；如图4所示，微波装置包括用于控制发射电磁波的微波发生模块1-6、散热口1-7，小机箱1-4和波纹软管1-5。本实施例中，谐振腔为4100mm*2200mm*1050mm的空心方形结构。谐振腔体内底部设置人字形支撑结构1-3，人字形支撑结构由两块宽度为380mm 厚不锈钢板呈90度搭接焊接而成，不锈钢板底部和壳体焊接。谐振腔内部两侧设置蓄热体。蓄热体内侧呈办u形结构，和搅拌机壳体紧密贴合。谐振腔侧面设置直径为 100mm的余热回收口1-2，余热回收口为直径100mm的不锈钢管，不锈钢管和谐振腔的外壳焊接。微波装置包括用于控制发射电磁波的微波发生模块1-6、散热口1-7和小机箱1-4，散热口1-7和小机箱1-4分别连接有波纹软管1-5，波纹软管1-5通往装置的外部，使得小机箱1-4和散热口1-7内的热量沿着波纹软管1-5输送到装置的外部。
35.搅拌装置的内部设置有并列的两个搅拌腔体，分别为第一腔体3-1和第二腔体3-2，第一腔体3-1和第二腔体3-2内部均设置有用于混合物料的绞龙3-7；搅拌装置还包括进料口3-4和出料口3-5。搅拌装置通过支撑座1-3支撑，化具有检修口3-3。本实施例中，两个搅拌腔体为两个直径为900mm的双u形结构。壳体顶部中心位置设置 600mm*600mm的检修口3-3，检修口基座和壳体焊接。壳体顶部靠近电机侧设置直径为600mm的进料口3-4，进料口基座和壳体焊接。进料口设置一挡板，挡板通过重力作用，可回落到初始位置，阻隔空气进入设备内部。壳体下部设置一直径200mm圆桶状出料口3-5。出料口和壳体焊接。出料口上设置一个带把手的截止阀，用于控制出料。壳体内部设置两根长度为4.3m长度的转轴，转轴和电机机械连接。转轴上设置直径为 800mm，间距430mm的绞龙。绞龙旋转可循环传送物料
36.当待加工物料通过进料口3-4进入搅拌装置的搅拌腔体时，绞龙运转传送物料，同时，微波碳化装置发射微波并辐射到谐振腔1-1，对谐振腔体内部的蓄热体2进行加热，此时
蓄热体为待加工物料提供温度，使物料达到碳化需要的温度。本实施例中，第一腔体3-1和第二腔体3-2之间设置有两个连通口，每个腔体的外部各外接有电动机，当两个电动机转动方向相反时，其中第一电机工作时，通过绞龙转动将物料由左边传送到右边；当第二电机工作时，则通过绞龙将物料由右边传送到左边，实现两个腔体内部物料的循环移动。
37.本实施例还包括干燥装置，干燥装置包括抽湿风扇4-1、抽湿阀门4-2、温度探头 4-3以及泄压阀4-4；抽湿风扇4-1、抽湿阀门4-2以及泄压阀4-4设置在搅拌装置3的顶部，温度探头4-3设置在搅拌装置的温度探测口处。当上电运行时，内部物料温度升高，通过温度探头检测到一定温度，打开抽湿阀门4-2和抽湿风扇4-1，将设备内部水汽排出；待水汽完全排出，温度探头检测温度持续上升，关闭抽湿阀门4-2和抽湿风扇 4-1；泄压阀4-4为安全保护元件，当内部压力过大，通过泄压阀4-4平衡内外压力。抽湿阀门设置在电动机对搅拌装置的壳体上，距离壳体顶部100mm处。抽湿风扇安装在抽湿阀门上，抽湿风扇和抽湿阀门法兰通过螺丝紧固连接。温度探头设置在搅拌装置壳体顶部温度探测口处，温度探测口为直径2cm的圆孔，圆孔有螺纹，温度探头和搅拌装置壳体通过螺纹连接。搅拌装置壳体顶部靠近温度传感器侧开一泄压阀安装口，泄压阀安装口为直径2cm圆孔，圆孔上有螺纹，泄压阀和泄压阀安装口通过螺纹紧密连接。
38.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

技术特征：

1.一种生物质微波碳化装置，包括微波碳化装置，其特征在于：微波碳化装置包括微波装置和碳化装置，所述碳化装置包括蓄热体(2)，所述蓄热体(2)对搅拌装置均匀供热，所述搅拌装置内放置有待加工物料；所述碳化装置内设置有谐振腔(1-1)，所述谐振腔(1-1)包括外壳和内腔，所述谐振腔(1-1)的内腔的侧壁上设置有蓄热体(2)和余热回收口(1-2)；所述蓄热体(2)将搅拌装置的壳体的两侧包覆住；所述余热回收口(1-2)与谐振腔(1-1)的外壳连通；所述搅拌装置的内部设置有并列的两个搅拌腔体，分别为第一腔体(3-1)和第二腔体(3-2)，所述第一腔体(3-1)和第二腔体(3-2)内部均设置有用于混合物料的绞龙(3-7)；所述搅拌装置还包括进料口(3-4)和出料口(3-5)；当待加工物料通过进料口(3-4)进入搅拌装置的搅拌腔体时，绞龙运转传送物料，同时，微波碳化装置发射微波并辐射到谐振腔(1-1)，对谐振腔体内部的蓄热体(2)进行加热，此时蓄热体为待加工物料提供温度，使物料达到碳化需要的温度。2.根据权利要求1所述的一种生物质微波碳化装置，其特征在于：所述第一腔体(3-1)和第二腔体(3-2)之间设置有两个连通口，每个腔体的外部各外接有电动机，当两个电动机转动方向相反时，其中第一电机工作时，通过绞龙转动将物料由左边传送到右边；当第二电机工作时，则通过绞龙将物料由右边传送到左边，实现两个腔体内部物料的循环移动。3.根据权利要求1所述的一种生物质微波碳化装置，其特征在于：还包括干燥装置，所述干燥装置包括抽湿风扇(4-1)、抽湿阀门(4-2)、温度探头(4-3)以及泄压阀(4-4)；所述抽湿风扇(4-1)、抽湿阀门(4-2)以及泄压阀(4-4)设置在搅拌装置(3)的顶部，所述温度探头(4-3)设置在所述搅拌装置的温度探测口处。4.根据权利要求1所述的一种生物质微波碳化装置，其特征在于：所述搅拌装置(3)通过支撑座(1-3)支撑。5.根据权利要求1所述的一种生物质微波碳化装置，其特征在于：所述微波装置包括用于控制发射电磁波的微波发生模块(1-6)、散热口(1-7)和小机箱(1-4)，所述散热口(1-7)和小机箱(1-4)分别连接有波纹软管(1-5)，所述波纹软管(1-5)通往装置的外部，使得小机箱(1-4)和散热口(1-7)内的热量沿着波纹软管(1-5)输送到装置的外部。

技术总结

本发明提供的一种生物质微波碳化装置，包括微波碳化装置，微波碳化装置包括微波装置和碳化装置，碳化装置包括蓄热体，蓄热体对搅拌装置均匀供热，搅拌装置内放置有待加工物料；碳化装置内设置有谐振腔，谐振腔内部的侧壁上设置有蓄热体和余热回收口；蓄热体将搅拌装置的壳体的两侧包覆住；搅拌装置的内部设置有并列的两个搅拌腔体，分别为第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体内部均设置有用于混合物料的绞龙；搅拌装置还包括进料口和出料口。本发明采用微波碳化工艺，可以产生持续稳定的电磁场，能够连续性碳化物料，稳定性高；并且微波碳化结束后，微波碳化产生的CO、H2可以作为燃料回收再利用。燃料回收再利用。燃料回收再利用。