一种连续式燃烧炭化炉

技术领域

本发明属于农业装备领域，涉及一种炭化炉，特别涉及一种连续式燃烧炭化炉。

背景技术

在农业领域，植物的秸秆、枝条、粉末等可能会成为作业过程中的废弃物，这些农业废弃物采用填埋或者焚烧处理，废弃物填埋需要合适的场地；而农业废弃物、最典型如秸秆的直接焚烧，尾气排放会污染环境，而且无论填埋还是焚烧处理，这些农业废弃物中的生物质都没有得到有效的利用，反而产生了对环境的负面影响。

农业废弃物经过炭化以后，可以制成生物炭，纯度较高的生物炭可以作为商品炭使用，而纯度较低的炭化物可以直接还田改善土质，也可以作为农业肥料的组分。现有的农业废弃物的炭化炉多为间断式炭化炉，即间断式进料、间断式出炭，在这个炉膛开合的过程中热量大量散失，而且炉膛的加热和降温耗时长，效率低。现在也有连续式炭化炉，一种连续式炭化炉采用物料长时间在高温、绝氧环境内连续输送实现连续式炭化，如中国专利申请号为201810866400.9的一种螺杆挤出加工的生物炭及其制备方法，中国专利申请号为201310047977.4的一种防结块连续式炭化炉，这种炭化炉物料在输送通道内通过螺旋叶片推送，或者利用自重下落，由于秸秆等农业废弃物为轻质物料，在炭化过程中会在炉壁、螺旋叶片上结块，造成堵塞。也有一些采用振动、刮片等方式减少炭化结块的炭化炉，这类炭化炉结构更加复杂，无法在田间地头低成本适用。

而且现有的连续式炭化炉作为农业装备一般需要采用额外的燃料进行加热，对于田间地头农民的使用场景，燃料携带难度大，如果进一步考虑农民在田间地头的秸秆等农业废弃物的炭化需求，需要对秸秆进行处理，且最终的秸秆等农业废弃物的炭化产物直接用于还田改善土质，对产物的炭化率要求低，那么利用现有条件对秸秆进行消耗使用并产生合适的还田炭化产物，才能契合田间地头的炭化需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的农业炭化装备无法满足田间地头的农业废弃物的消耗和炭化物还田使用需求的问题，提供一种连续式燃烧炭化炉，利用秸秆等农业废弃物作为燃料和炭化原料，采用燃烧、炭化一体式的炉膛结构，形成灰-炭-秸秆残留物一体的炭化产物，直接用于还田或者用于生产农业肥料，成本低，使用方便，并通过炉膛多次过滤和二次供氧设计，解决了排放中的烟气和一氧化碳浓度超标问题，适合田间地头的直接使用。

本发明解决其技术问题所采用的一种技术方案是：一种连续式燃烧炭化炉，包括机架，所述机架上设置有从前向后输送的输送螺杆，输送螺杆外侧设置有螺杆套，所述螺杆套从前到后依次分段设置为进料段、一段或多段炉膛段、冷却段，所述螺杆套进料段上壁开口并连接有进料斗，进料斗后方的螺杆套上壁开设有点火口；所述螺杆套的炉膛段上壁开口并罩设有炉膛；所述冷却段上下左右均封闭、冷却段的后端为出料口；所述炉膛的顶部连接有排风管，所述排风管连接有水幕除尘器，水幕除尘器出风口通过排风风机连接有烟囱，水幕除尘器的出水口连接冷却段的后端或者设置于冷却段出料口的上方。

本装置以农作物秸秆作为农业废弃物物料进行说明，本装置中，输送螺杆从前向后输送秸秆，螺杆套可以为方形或者圆形，秸秆从下料斗往输送螺杆进料段下料，输送螺杆将秸秆向后输送，在点火口出进行点燃后，继续输送至炉膛段，此时螺杆套作为炉膛的底部进行一次进风燃烧，经过定时燃烧的秸秆进入冷却段，冷却段环周封闭绝氧，可以起到熄灭明火，利用余热闷炭的作用，提高炭化比例，最终从出料口出料，而炉膛段的排风经过水幕除尘器后排放尾气清洁，水幕除尘器的水源可以采用水泵在田间就近取水，也可以在机架上设置水箱携带用水，水幕除尘器的排放水滴落到出料口的出料产物中，可以进一步降温熄灭明火，防止复燃，且不会影响最终出料产物还田或者用于肥料配料使用。本方案中秸秆在输送过程中燃烧炭化同步进行，秸秆部分燃烧、部分炭化、部分残余，炭化的比例可以通过输送螺杆的输送速度进行范围内的调节，最终出料产物的含炭量可以达到10～50％之间。本方案最终产物的含炭量虽不高，但已经达到还田或最为肥料配方的要求，本装置结构简单，成本低，炭化原料在田间地头随处可见、且原料正是农民所希望进行处理的秸秆等废弃物，避免了秸秆直接堆叠焚烧产生的污染和安全隐患，也规避了秸秆打包收集进行利用的收集和运输成本。

作为优选，所述输送螺杆包括螺杆轴和螺旋叶片，所述螺旋叶片从前向后间距逐步增大；所述输送螺杆包括前螺杆段、中螺杆段、后螺杆段，前螺杆段、中螺杆段、后螺杆段螺旋叶片间距依次增大，前螺杆段和中螺杆段的交接处设置在进料斗和点火口之间，中螺杆段和后螺杆段交接处设置在最靠后炉膛段的后部。输送螺杆采用多段逐渐增加螺旋叶片间距的设计，采用料斗进料时候，相邻螺旋叶片间满叠的物料由于螺旋叶片间距的增大而减少对接高度，方便后续的输送、点火，也减少炉膛底部的物料高度，避免大量物料被一次进风吹起。经过炉膛进入冷却段的物料在经过燃烧后高度降低，经过螺旋叶片间距进一步增大后，平铺于螺旋叶片的底部，既减少粘附，又将物料摊平减少厚度，使物料在冷却段均匀炭化，且减少出料口的出料厚度，减少物料内部的余火复燃。

作为优选，所述螺杆套的炉膛段下侧以及左右侧的下部设置有进风夹套，所述进风夹套连接有一次进风风机，进风夹套对应的炉膛段侧壁均匀开设有进风孔。进风夹套对炉膛底部进行一次进风，是物料燃烧。

作为优选，所述螺杆套的炉膛段上方依次叠设有下炉膛、上炉膛、顶盖，所述下炉膛与上炉膛之间设置有滤网、所述上炉膛和顶盖之间设有滤网；所述上炉膛的下部或者下炉膛内穿设有二次进风管，二次进风管上均匀设置二次进风孔，二次进风管连接有二次进风风机；所述顶盖顶面设有连接排风管的出风口。由于螺杆套中的燃料充足，且最终产物为灰-炭-秸秆参与的混合物用于还田，因此炉膛底部的燃烧必然存在燃烧不充分的现象，会产生大量的飞灰、可燃漂浮物和一氧化碳进入炉膛上部，可燃漂浮物平均尺寸大于飞灰，在扬起的过程中挂在滤网上继续燃烧，此时由于上升气流已经用于炉膛底部助燃，氧气浓度不足，滤网上的燃烧会同样会产生一氧化碳。上述的飞灰和一氧化碳在秸秆燃烧中大量产生，直接排放会污染环境，这同样也是传统的秸秆堆叠在田间焚烧的主要污染物。本方案中，在下炉膛或者上炉膛的底部设置二次进风管，在高于炉膛底部的位置进行二次进风，二次进风的助燃风氧气充足，而高于炉膛底部的高度确保二次进风不会对炉膛底部的充足物料进行助燃，而是利用炉膛内火焰的高温、结合二次进风充足的含氧量对上升气流中的一氧化碳和滤网上的可燃漂浮物的充分燃烧，减少尾气中的一氧化碳，使之达到排放标准。本方案解决了燃烧炭化一体式炉膛的排放中烟气和一氧化碳浓度超标问题，利用简单的结构适配田间地头秸秆等农业废弃物的直接炭化使用。

作为优选，所述下炉膛下部为从下向上横截面逐渐增大的漏斗状。减少炉膛上部的气流流速，增加一氧化碳二次燃烧的时间。

作为优选，所述螺杆套的炉膛段开口处设有向上的延伸段，延伸段顶面向外设置翻边，下炉膛底面与延伸段翻边采用法兰连接。下炉膛底部与螺杆套的连接宽度小，采用法兰连接确保连接可靠。

作为优选，所述下炉膛的顶面采用夹板夹持固定滤网，上炉膛扣设在下炉膛的上方，下炉膛顶面夹板上设有若干定位上炉膛的角钢定位片；上炉膛的顶面采用夹板夹持固定滤网，顶盖扣设在上炉膛的上方，上炉膛顶面夹板上设有若干定位顶盖的角钢定位片。上炉膛、顶盖的底面宽度大，采用可拆卸的扣设结构，在确保稳定的同事方便拆卸，对滤网进行清理更换。

作为优选，所述下炉膛或上炉膛的端面设有若干观察口。

作为优选，所述输送螺杆的前端和后端分别设置有前轴承和后轴承；所述机架上还设有驱动输送螺杆转动的输送电机，所述输送电机与输送螺杆前端采用带传动、链传动或齿轮传动；输送螺杆前轴承固定在螺杆套的前端；所述冷却段的顶面焊接有槽钢，槽钢后端伸出至冷却段的后方并居中开设通槽，所述通槽内设有可升降的调节螺杆，调节螺杆下端吊设有定位输送螺杆后轴承。

作为优选，所述机架的底端设置一组或多组左右对称的滚轮。机架可以为固定设置，也可以设置滚轮进行推动，方便在田间地头转进。

本发明采用燃烧炭化一体式炉膛进行农业废弃物的炭化处理，并解决排放中烟气和一氧化碳超标问题；本装置利用简单的结构适配田间地头秸秆等农业废弃物的直接炭化使用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的一种输送螺杆在机体中穿插结构示意图。

图3是本发明的一种输送螺杆结构示意图。

图4是本发明的图2中A-A结构示意图。

图5是本发明的一种炉膛的结构示意图。

图6是本发明的图2中B-B结构示意图。

图7是本发明的一种螺杆套炉膛段示意图。

图8是本发明的图2中C向结构示意图。

图9是本发明的一种冷却段结构示意图。

图中 ：1、螺杆套，2、进料段，3、第一炉膛段，4、第二炉膛段，5、冷却段，6、出料口，7、输送电机，8、前轴承，9、进料斗，10、点火口，11、第一炉膛，12、第二炉膛，13、排风管，14、水幕除尘器，15、烟囱，16、排风风机，17、后轴承，18、二次进风管，19、输送螺杆，20、进风夹套，21、一次进风风机，22、二次进风风机，23、前螺杆段，24、中螺杆段，25、后螺杆段，26、下炉膛，27、上炉膛，28、顶盖，29、出风口，30、滤网，31、夹板，32、角钢定位片，33、观察口，34、炉膛段开口，35、延伸，36、翻边，37、槽钢，38、通槽，39、调节螺杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种连续式燃烧炭化炉，如图1所示，包括机架，机架可以为固定结构，也可以在机架的底部设置一组或多组左右对称的滚轮，形成滚动支架。

如图1、2所示，所述机架上设置有从前向后输送的输送螺杆19，输送螺杆外侧设置有螺杆套1。所述螺杆套从前到后依次分段设置为进料段2、第一炉膛段3、第二炉膛段4、冷却段5。螺杆套进料段2上壁开口并连接有进料斗9，进料斗9后方的螺杆套上壁开设有点火口10；所述螺杆套1的第一炉膛段3上壁开口并罩设有第一炉膛11；所述螺杆套1的第二炉膛段4上壁开口并罩设有第二炉膛12；所述冷却段5上下左右均封闭、冷却段5的后端为出料口6。第一炉膛11和第二炉膛12的顶部连接有排风管13，所述排风管13连接有水幕除尘器14，水幕除尘器14出风口通过排风风机16连接有烟囱15，水幕除尘器的出水口设置于冷却段出料口6的上方。所述螺杆套1的进料段2、第一炉膛段3、第二炉膛段4、冷却段5分段设置并采用法兰依次串联。

如图2、3所示，输送螺杆19包括螺杆轴和螺旋叶片，所述输送螺杆19包括前螺杆段23、中螺杆段24、后螺杆段25，前螺杆段23、中螺杆段24、后螺杆段25螺旋叶片间距依次增大，前螺杆段23和中螺杆段24的交接处设置在进料斗9和点火口10之间，中螺杆段23和后螺杆段24交接处设置在第二炉膛段12的后部。后螺杆段25的螺旋叶片间距为前螺杆段螺旋叶片间距的1.5倍以上，确保后螺杆段的物料高度低于螺杆轴，减少物料炭化结块粘附在螺杆轴上。所述输送螺杆19的前端和后端分别设置有前轴承8和后轴承17；所述机架上还设有驱动输送螺杆转动的输送电机7，所述输送电机与输送螺杆前端采用带传动、链传动或齿轮传动。输送螺杆前轴承固定在螺杆套的前端。如图8、9所示，所述冷却段5的顶面焊接有槽钢37，槽钢后端伸出至冷却段的后方并居中开设通槽38，所述通槽内设有可升降的调节螺杆39，调节螺杆下端吊设有定位输送螺杆后轴承17。

如图4所示，进料斗9采用锥形料斗，进料斗底部与螺杆套的进料段开口对齐。

各炉膛结构相同，以第一炉膛11为例，如图5、6、7所示，螺杆套炉膛段3下侧以及左右侧的下部设置有进风夹套20，所述进风夹套连接有一次进风风机21，进风夹套20对应的炉膛段侧壁均匀开设有进风孔。螺杆套炉膛段3上方依次叠设有下炉膛26、上炉膛27、顶盖28，所述下炉膛26与上炉膛27之间设置有滤网30、所述上炉膛27和顶盖28之间设有滤网30；所述上炉膛的下部靠近滤网30设有二次进风管18，二次进风管18上均匀设置二次进风孔，二次进风管连接有二次进风风机22；所述顶盖28顶面设有连接排风管13的出风口29。下炉膛27下部为从下向上横截面逐渐增大的漏斗状。螺杆套的炉膛段开口34处设有向上的延伸段35，延伸段顶面向外设置翻边36，下炉膛26底面与延伸段翻边36采用法兰连接。下炉膛26的顶面采用夹板31夹持固定滤网30，上炉膛扣设在下炉膛的上方，下炉膛顶面夹板上设有若干定位上炉膛的角钢定位片32；上炉膛的顶面采用夹板31夹持固定滤网30，顶盖扣设在上炉膛的上方，上炉膛顶面夹板上设有若干定位顶盖的角钢定位片32。下炉膛的两端面均设有观察口。

以秸秆为物料时，本装置使用时，往进料斗添加秸秆，秸秆落入输送螺杆后，输送螺杆在向后输送时候由于螺旋叶片间距的增大，使满载的秸秆高度下沉10～30%，方便点火，物料在点火口点火后依次进入第一炉膛和第二炉膛，第一炉膛和第二炉膛底部的进风夹套送风助燃，使秸秆燃烧，燃烧过程中产生的可燃漂浮物挂在滤网上烧尽，燃烧过程中产生的一氧化碳在高温的炉膛上部被二次进风管送入的充足氧气消耗燃烧，而飞灰经过水幕除尘器除尘，排放的尾气清洁、符合排放标准，经过第一炉膛和第二炉膛的物料被螺旋叶片间距的二次增大进一步摊平并低于螺杆轴，进入冷却段后封闭绝氧、均匀炭化，并最终从出料口送出，水幕除尘器的出水滴到出料口的最终产物上进行降温，防止复燃。本装置集物料燃烧炭化于一体，秸秆在田间地头就地取材，最终产物为灰-炭-残余秸秆混合物，可以直接还田，燃烧排放的尾气经过除一氧化碳、出灰后清洁度高。本装置结构简单粗犷，无精细化要求，原料为田间地头急需处理的农业废弃物，产物可以直接还田，排放清洁，尤其适合田间地头的农作物秸秆等废弃物的直接炭化处理。