一种农业废弃生物质气化固体残余物加工设备及工艺

技术领域

本发明涉及生物质气化残余物加工技术领域，具体涉及一种农业废弃生物质气化固体残余物加工设备及工艺。

背景技术

农业废弃生物质主要指农作物秸秆、木材、竹子、糟渣和畜禽粪便等。生物质气化技术凭借其无害化、减量化和资源化等优势，受到人们的重视。气化得到的气态燃料物质可以直接作为能源使用，得到的固态残余物需要及时从生物气化炉中分离，以免影响后续使用。废弃生物质气化后的固态残余物的主要成分为炉灰、生物质炭，还有极少量粘稠状的焦油，其中炉灰中含有大量的碳、钾、硅等无机成分，生物质炭和焦油可以直接以副产物回收作为燃料或其他用途使用。上述固态残余物在气化后以混合物形式出现，焦油和生物质炭的表面会裹满炉灰，直接回收作为燃料使用影响燃烧效率，并且生物炭刚冷却至室温缺少韧性在后续清洗和堆放过程中也容易疏散开裂，而炉灰在室温中容易团聚成块，增加后续加工处理的难度，并且炉灰中混入生物质碳和焦油后也会影响后续的加工处理，造成炉灰的副产物经济效益不高，而且也会造成固体残余物的各部分均无法得到最大化利用，以致于在后续加工过程，固体残余物的损失量过大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农业废弃生物质气化固体残余物加工设备及工艺，解决背景技术存在的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种农业废弃生物质气化固体残余物加工设备，包括：

低温转筒，由位于中间且呈倾斜状的转筒和位于转筒两端且通过转动件连接的固定箱式结构组成，其中位于转筒倾斜高端的固定箱式结构侧端依次设有压缩制冷气体注入管和用于固体残余物进入的进料口，利用压缩制冷气体对加工前的固体残余物进行低温处理；

筛分组件，与转筒倾斜低端的固定箱式结构连接，用于分离经过低温处理的炉灰以及生物质炭和焦油块；

炭块清洗组件，位于筛分组件一侧，用于对所述生物质炭和焦油块进行清洗；

炉灰处理组件，位于筛分组件和炭块清洗组件的下方，用于溶解所述炉灰获得碱性液体和硅类不溶物，所述炉灰处理组件远离筛分组件的一侧设有负压管，用于使得设备内的漂浮的炉灰在炉灰处理组件内形成带有炉灰的气流，且所述炉灰处理组件顶端设有连通所述炭块清洗组件的喷水管，利用所述生物质炭和焦油块的水洗液对带有炉灰的气流进行喷洒以收集漂浮在设备内的炉灰。

进一步改进在于，所述筛分组件的壳体内由上至下依次设有用于搅散炉灰以及生物质炭和焦油块的分散杆和用于分离炉灰以及生物质炭和焦油块的若干层倾斜的筛网，每层所述筛网的倾斜高端下方设有偏心轮，且倾斜底端的下端设有弹簧件，所述分散杆和偏心轮的驱动端通过传动件连接所述转筒倾斜低端的转动件，利用所述低温转筒驱动转动。

进一步改进在于，所述筛网的倾斜低端一侧朝向炭块清洗组件且设有自动升降的门板。

进一步改进在于，所述炭块清洗组件包括清洗池、位于清洗池内的用于承接筛分后生物质炭和焦油块的可抽拉的收集网以及位于收集网上方且用于清理水面炉灰漂浮物的水面清理结构。

进一步改进在于，所述水面清理结构包括往复丝杠、在往复丝杠往复滑动的滑块以及通过伸缩杆和滑块连接的叶轮，所述叶轮在往复移动时受到水流冲击力不停转动以将水面上漂浮的炉灰浸入水中，所述往复丝杠的驱动端通过传动件连接所述分散杆的从动端。

进一步改进在于，所述炉灰处理组件包括位于筛分组件和炭块清洗组件下方的溶解池以及分别位于溶解池两端的出液管和出固口，所述出液管的高度大于出固口的高度，所述负压管设于溶解池出固口同侧的上方。

进一步改进在于，所述炉灰处理组件还包括横跨溶解池的螺旋搅拌件，所述螺旋搅拌件的驱动端通过传动件连接所述转筒倾斜低端的转动件，利用所述低温转筒驱动转动。

进一步改进在于，所述溶解池的池体上方设有交叉分布的两排通道板，当溶解池的液面超过下排通道板时，在筛网下方区域和负压管之间形成“S”通道，所述喷水管位于溶解池的顶端且位于上排的相邻通道板之间。

进一步改进在于，所述喷水管的进水端位于炭块清洗组件的清洗池底端，利用生物质炭和焦油块的水洗液对空气中的炉灰进行喷水收集。

一种农业废弃生物质气化固体残余物加工工艺，利用上述农业废弃生物质气化固体残余物加工设备，包括以下步骤：

(1)农业废弃生物质气化固体残余物从进料口进入转动的低温转筒内，同时通过压缩制冷气体注入管注入压缩制冷气体以对所述固体残余物进行低温处理；

(2)经过低温处理后的固体残余物经过筛分组件筛分获得炉灰以及生物质炭和焦油块；

(3)炉灰落入炉灰处理组件进行溶解获得副产物碱性液体和硅类不溶物，生物质炭和焦油块进入炭块清洗组件进行清洗，获得水洗液以及副产物生物质炭和焦油块，启动负压管使得设备内的漂浮的炉灰在炉灰处理组件内形成带有炉灰的气流，然后开启喷水管，利用所述水洗液对带有炉灰的气流进行喷洒使得炉灰落入炉灰处理组件中继续进行溶解。

本发明的有益效果在于：

(1)利用压缩制冷气体对加工前的固体残余物进行低温处理，一是可以使得生物质炭快速冷冻，增加其韧性和硬度，相比较直接进行水洗，减少生物质炭开裂；二是可以减少炉灰的团聚，从而避免生物质炭包裹在炉灰内部，也可以减少炉灰溶解的时间；三是可以将粘稠的焦油块变成固体，便于脱落也便于分离，同时可以减少炉灰和生物质炭以及焦油块的粘连；均有利于生物质气化后固体残余物的后续处理，同时也能保证生物质气化后的各组分均能得到最大化的利用，同时也增加了后续副产物的性能、外观和经济效益。

(2)本发明所述的设备和工艺可以对农业废弃生物质气化固体残余物进行最大化加工，减少固体残余物在加工过程中的损耗，增加处理率。

附图说明

图1是实施例1中农业废弃生物质气化固体残余物加工设备结构示意图；

图2是实施例1中所述加工设备的筛分组件结构示意图；

图3是实施例1中所述加工设备的炭块清洗组件结构示意图；

图4是实施例1中所述加工设备的炉灰处理组件结构示意图；

图5是实施例2中农业废弃生物质气化固体残余物加工设备结构示意图；

图6是本发明农业废弃生物质气化固体残余物加工工艺流程示意图。

图中：

100、低温转筒；110、压缩制冷气体注入管；120、进料口；

200、筛分组件；210、分散杆；220、筛网；230、偏心轮；240、弹簧件；250、门板；

300、炭块清洗组件；310、收集网；320、水面清理结构；321、往复丝杠；322、滑块；323、叶轮；

400、炉灰处理组件；410、通道板；420、喷水管；430、出液管；440、出固口；450、螺旋搅拌件；

500、负压管。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步地说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1所示，本实施例的农业废弃生物质气化固体残余物加工设备，依次包括低温转筒100、筛分组件200、炭块清洗组件300和炉灰处理组件400，其中筛分组件200、炭块清洗组件300和炉灰处理组件400的壳体为一体式结构；

低温转筒100由位于中间且呈倾斜状的转筒和位于转筒两端且通过转动件连接的固定箱式结构组成，转筒在两个固定箱式结构之间转动：

转筒中间设有驱动齿轮组，驱动齿轮组的固定端设置在支撑结构上，驱动齿轮组由伺服电机驱动以驱动转筒旋转，转动原理类似于回转窑，转筒两端的转动件可以是外齿轮轴承等转动件；

位于转筒倾斜高端的固定箱式结构通过支撑结构固定，其侧端依次设有压缩制冷气体注入管110和用于固体残余物进入的进料口120，压缩制冷气体优选低温(零下)氮气，利用压缩制冷气体对加工前的固体残余物进行低温处理，有以下几个优点：一是可以使得生物质炭快速冷冻，增加其韧性和硬度，相比较直接进行水洗，减少生物质炭开裂；二是可以减少炉灰的团聚，从而避免生物质炭包裹在炉灰内部，也可以减少炉灰溶解的时间；三是可以将粘稠的焦油块变成固体，便于脱落也便于分离，同时可以减少炉灰和生物质炭以及焦油块的粘连；均有利于生物质气化后固体残余物的后续处理，也增加了后续副产物的性能、外观和经济效益。

进一步的，如图1和图2所示，筛分组件200与转筒倾斜低端的固定箱式结构连接，用于分离经过低温处理的炉灰以及生物质炭和焦油块；具体如下：

筛分组件200的壳体上端与转筒倾斜低端的固定箱式结构连接，壳体内由上至下依次设有用于搅散炉灰以及生物质炭和焦油块的分散杆210和用于分离炉灰以及生物质炭和焦油块的若干层倾斜的筛网220，每层筛网220的倾斜高端下方设有偏心轮230，且倾斜底端的下端设有弹簧件240；

分散杆210和偏心轮230的驱动端均设有驱动轮，驱动轮通过传动件(链条、皮带等)连接转筒倾斜低端的转动件，相当于分散杆210和偏心轮230由低温转筒100驱动转动，而且和低温转筒100同步转动，分散杆210对低温处理后的生物质炭和焦油块以及炉灰进行搅散，便于下一步筛分，落入到筛网220上，不同层筛网220的孔径大小相同，仅供炉灰通过，由于偏心轮230的转动，当偏心轮230的上端移动至筛网220下方时将筛网220顶起，偏心轮230离开筛网220时，筛网220自动下落，筛网220另一端通过弹簧件240连接，使得偏心轮230带动筛网220上升下落的过程起到振动的作用，使得炉灰被筛下，生物质炭和焦油块停留在筛网220上方；

进一步的，为了防止振动时炉灰大量落入炉灰处理组件400，在筛网220的倾斜低端一侧朝向炭块清洗组件300且设有自动升降的门板250，在筛分时，门板250是关闭状态，筛分后打开门板250使得生物质炭和焦油块由于重力和偏心轮230的转动从倾斜的筛网220进入炭块清洗组件300。

进一步的，如图1和图3所示，炭块清洗组件300位于筛分组件200一侧，用于对生物质炭和焦油块进行清洗；具体如下：

炭块清洗组件300包括清洗池、位于清洗池内的用于承接筛分后生物质炭和焦油块的可抽拉的收集网310以及位于收集网310上方且用于清理水面炉灰漂浮物的水面清理结构320；

清洗池与筛分组件200的其中一侧壳体为一体，清洗池的一侧与筛分组件200通过门板250隔开，筛分后获得的生物质炭和焦油块落入收集网310中，清洗池内装有水洗液，水洗液的液面至少位于收集网310的上方，至多不超过门板250的底端，生物质炭和焦油块进入到水中，由于经过低温处理，表面上的炉灰与其和分子连接力减小，极易脱离，而且采用浸没式清洗，水进入到生物质炭的孔隙中，孔隙中较轻的炉灰会被水压出，清洗效果更好，经过清洗后，生物质炭和焦油块上的表面95％以上的炉灰脱离进入到水中；

水面清理结构320包括往复丝杠321、在往复丝杠321往复滑动的滑块322以及通过伸缩杆和滑块322连接的叶轮323，往复丝杠321的上方还需通过限位杆限制滑块322的转动，往复丝杠321是能够在不改变转动方向前提下，使滑块322实现往复运动，叶轮323在往复移动时受到水流冲击力不停转动以将水面上漂浮的炉灰浸入水中，增加炉灰的处理率，往复丝杠321的驱动端设有驱动轮，驱动轮通过传动件连接分散杆210的从动端传动轮，利用低温转筒100的驱动力转动，减小驱动电机的设置，节约能耗。

进一步的，如图1和图4所示，炉灰处理组件400位于筛分组件200和炭块清洗组件300的下方，用于溶解所述炉灰获得碱性液体和硅类不溶物，所述炉灰处理组件400远离筛分组件200的一侧设有负压管500，用于使得设备内的漂浮的炉灰在炉灰处理组件400内形成带有炉灰的气流，且所述炉灰处理组件400顶端设有连通所述炭块清洗组件300的喷水管420，利用所述生物质炭和焦油块的水洗液对带有炉灰的气流进行喷洒以收集漂浮在设备内的炉灰。具体如下：

炉灰处理组件400包括位于筛网220和清洗池下方的溶解池以及分别位于溶解池两端的出液管430和出固口440，出液管430的高度大于出固口440的高度，溶解池设有具有一定液位的溶解用水，炉灰溶解在溶解池后，会出现固液分层，液体从较高的出液管430被抽走，钾类溶解在水中，使得液体成碱性，该碱性液体作为副产物之一，经过浓缩、结晶后，制得硫酸钾、氯化钾和碳酸钾，作为钾肥使用；固体从出固口排出，硅类等不溶物作为副产物在经过几次酸洗后可用作水玻璃的原料，尤其是稻壳作为生物质原料时，生物质炉灰溶解后硅含量能达到47％；

炉灰处理组件400还包括横跨溶解池的螺旋搅拌件450，螺旋搅拌件450的驱动端与设有驱动轮，通过传动件连接转筒倾斜低端的转动件，分散杆210、偏心轮230和螺旋搅拌件450的驱动端的驱动轮均位于同一直线上，通过同一传动件与转筒倾斜低端的转动件(外齿轮轴承)啮合连接。

进一步的，在模拟中发现设备内部存在漂浮的炉灰，无法得到有效的处理，因此，在溶解池位于出固口440同侧的上方设置负压管500，且溶解池的池体上方设有交叉分布的两排通道板410，当溶解池的液面超过下排通道板410时，在筛网220和负压管500之间形成“S”通道，溶解池的顶端且位于上排的相邻通道板410之间设有喷水管420，用于收集漂浮在空气中的炉灰，在炉灰溶解过程中，启动负压管500，在设备内部产生气流，使得炉灰和气流混合在“S”通道中流动，通过喷水管420对“S”通道的“灰流进行喷水，使得漂浮的炉灰被水包裹落下至溶解池内被溶解。

进一步的，喷水管420的进水端位于炭块清洗组件300的清洗池底端，利用生物质炭和焦油块的水洗液对空气中的炉灰进行喷水收集，可以减少水的使用，同时也避免生物质固化残余物的流失，减小损失量。

如图6所示，本实施例的农业废弃生物质气化固体残余物加工工艺，利用上述农业废弃生物质气化固体残余物加工设备，包括以下步骤：

(1)农业废弃生物质气化固体残余物从进料口120进入转动的低温转筒100内，同时通过压缩制冷气体注入管110注入压缩制冷气体以对固体残余物进行低温处理；

(2)经过低温处理后的固体残余物经过筛分组件200筛分获得炉灰以及生物质炭和焦油块；

(3)炉灰落入炉灰处理组件400进行溶解，获得副产物碱性液体和硅类不溶物，生物质炭和焦油块进入炭块清洗组件300进行清洗，获得水洗液以及副产物生物质炭和焦油块，启动负压管500使得设备内的漂浮的炉灰在炉灰处理组件400内形成带有炉灰的气流，然后开启喷水管420，利用所述水洗液对带有炉灰的气流进行喷洒使得炉灰落入炉灰处理组件400中继续进行溶解，获得副产物碱性液体和硅类不溶物。

实施例2

如图5所示，与实施例1相比不同之处仅在于，低温转筒100、与炭块清洗组件300和炉灰处理组件400位于同一侧，适用于占地面积小的项目使用。

分散杆210的驱动端设有驱动轮，该驱动轮通过传动件和转筒倾斜低端的转动件啮合连接，偏心轮230的驱动端均设有驱动轮，驱动轮通过传动件(链条、皮带等)连接分散杆210的从动端传动轮，且螺旋搅拌件430的驱动端驱动轮也是通过传动件连接分散杆210的从动端传动轮，往复丝杠321的驱动端驱动轮通过传动件与分散杆210的驱动端驱动轮连接。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。