一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置及方法

本发明涉及生物质热解装置，具体涉及一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置及方法。

背景技术：

1、面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源，生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。生物质热解是指生物质在没有氧化剂(空气、氧气、水蒸气等)存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质(木质素、纤维素和半纤维素)分解成较小分子的燃料物质(固态炭、可燃气、生物油)的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5％，最大限度的将生物质能量转化为能源产品。

2、生物质热解设备主要分为间歇式和连续式两类，间歇式热解设备精度要求不高、制造简单、成本低，但存在生产效率低、能源利用率低、产品批次品质均匀度差等缺陷；连续式生物质热解设备可以实现生物质物料的连续进料和连续热解，提高了生物质的热解效率，满足工业发展要求。

3、但是，现有的连续式生物质炭化设备仍然存在很多不足。重力竖流式炭化设备结构简单，运行所需费用低，但在运输物料的过程中极易发生堵塞，从而引起焦化结渣等问题。螺旋式连续热解炭化设备可调控物料在炭化室内的停留时间，物料运输过程稳定，但其螺旋轴不宜过长，否则容易变形。回转筒式热解炭化设备不受规模限制，且物料在筒内不断翻转，受热更为均匀，但是现有的回转式炭化设备结构复杂，且大多引用外部热源加热，导致筒内物料受热均匀性差、温度水平不易控制、热解产物质量难保证、总体热效率低、能源浪费严重等缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置及方法，通过内外耦合加热的方式提高生物质的热解效率。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，包括回转圆筒本体，所述回转圆筒本体内部沿轴向间隔设置多个微波发生器，所述回转圆筒本体的外部设置有外加热套筒，所述回转圆筒本体的筒壁和外加热套筒的筒壁之间留有间隙，且通入热烟气；所述微波发生器从内向外对生物质进行加热，所述热烟气从外向内对生物质进行加热，通过内外耦合加热对生物质进行热解。

4、在本发明的一些实施方式中，所述回转圆筒本体的一端设置螺旋给料机，另一端设置出炭口和生物质热解气出口。

5、在本发明的一些实施方式中，所述回转圆筒本体的中心位置设置有中心轴，所述中心轴上通过柔性链条连接有碾压球体。

6、在本发明的一些实施方式中，所述碾压球体间隔设置有多个，中心轴上柔性链条的两侧设置有限位件，使得每个碾压球体相对于回转圆筒本体的内壁面做圆周方向运动。

7、在本发明的一些实施方式中，所述微波发生器通过筒内支架固定在回转圆筒本体的轴线上，且微波发生器套在中心轴上。

8、在本发明的一些实施方式中，所述微波发生器通过筒内支架固定在回转圆筒本体的轴线上，且微波发生器套在中心轴上。

9、在本发明的一些实施方式中，所述回转圆筒本体的内壁面上设置有抄料板，所述抄料板在回转圆筒本体的内壁面上在圆周方向均匀排布。

10、在本发明的一些实施方式中，所述回转圆筒本体的筒壁和外加热套筒的筒壁之间的间隙为300mm-500mm，所述外加热套筒内侧砌耐火砖类隔热保温材料。

11、在本发明的第二方面，提供了一种微波辅助内热式生物质回转热解气化方法，包括以下步骤：

12、物料进入回转圆筒本体内部，回转圆筒本体持续转动，在外部烟气加热和内部微波定向加热的共同作用下进行热解，热解产生的热解炭经过回转圆筒本体内部的出料口排出；热解产生的生物质燃气净化后存储备用，完成生物质的热解。

13、进一步地，在生物质进行加热热解的同时，碾压球体对生物质进行碾压破碎。

14、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

15、(1)本发明提供的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，采用热解气直燃获取的高温烟气加热筒壁方式间接加热待热解物料；内热采用镶嵌固定与回转圆筒内部的微波发生装置直接加热，可使物料实现非接触式的直接快速加热，可迅速提高热解温度，物料整体受热升温均匀，温控效果好，同时还能维持筒内适量空气/含氧量，带走热解气。

16、(2)本发明提供的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，采用双螺旋输料机构，一方面实现了喂料侧外界与回转圆筒内部的气相阻断，保证了热解过程所需的气氛条件；另一方面在双螺旋挤压作用下，生物质原料破碎粒度均匀可控，为热解的均一性提供条件。

17、(3)本发明热解过程生物质料在密封状况下进行，无外部空气、高温烟气直接接触，预热升温驱除的水蒸气在圆筒内部起活化剂作用，对后期活性炭的孔隙结构具有较好的提升改善作用。

18、(4)本发明的碾压破碎球体采用吸波性能良好的金属氧化物材质制成，在微波作用下快速升温，球体与物料直接接触，起到碾压破碎和向生物质料快速传热的作用；燃烧器和微波发生器按工艺要求分区布置，可以灵活调控生物质料在各区间的目标温度；另外，本发明为连续型生物质热解装置，物料破碎粒度可调，制备不同品级的活性炭和生物质热解气。

19、(5)本发明集外热、内热、碾压破碎于一体，进行生物质料的密封热解活化，同时制备生物质热解气和活性炭，本发明具有设备投资低，能源利用效率高，生产成本低等优点。

技术特征：

1.一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，包括回转圆筒本体，所述回转圆筒本体内部沿轴向间隔设置多个微波发生器，所述回转圆筒本体的外部设置有外加热套筒，所述回转圆筒本体的筒壁和外加热套筒的筒壁之间留有间隙，且通入热烟气；所述微波发生器从内向外对生物质进行加热，所述热烟气从外向内对生物质进行加热，通过内外耦合加热对生物质进行热解。

2.如权利要求1所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述回转圆筒本体的一端设置螺旋给料机，另一端设置出炭口和热解气出口。

3.如权利要求1所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述回转圆筒本体的中心位置设置有中心轴，所述中心轴上通过柔性链条连接有生物质原料破碎碾压球体。

4.如权利要求3所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述碾压球体间隔设置有多个，中心轴上柔性链条的两侧设置有限位件，使得每个碾压球体相对于回转圆筒本体的内壁面做圆周方向运动。

5.如权利要求3所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述微波发生器通过筒内支架固定在回转圆筒本体的轴线上，且微波发生器套在中心轴上。

6.如权利要求3所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述中心轴采用中空结构，所述中心轴上设置有热解气集气口，回转圆筒本体内的热解气通过中心轴排出，中心轴上的热解气出口经过过滤装置与储气罐相连。

7.如权利要求1所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述回转圆筒本体的内壁面上设置有抄料板，所述抄料板在回转圆筒本体的内壁面上在圆周方向均匀排布。

8.如权利要求1所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化装置，其特征在于，所述回转圆筒本体的筒壁和外加热套筒的筒壁之间的间隙为300mm-500mm，所述外加热套筒内侧砌耐火砖类隔热保温材料。

9.一种微波辅助内热式生物质回转热解气化方法，采用如权利要求1-8任一项所述的回转热解气化装置来实现，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的微波辅助内热式生物质回转热解气化方法，其特征在于，在生物质进行加热热解的同时，碾压球体对生物质进行碾压破碎。

技术总结本发明公开了一种微波辅助内热式生物质回转热解气化装置及方法，所述装置包括回转圆筒本体，所述回转圆筒本体内部沿轴向间隔设置多个微波发生器，所述回转圆筒本体的外部套设置有外加热套筒，所述回转圆筒本体的筒壁和外加热套筒的筒壁之间留有间隙，且通入热烟气；所述微波发生器从内向外对生物质进行加热，所述热烟气从外向内对生物质进行加热，通过内外耦合加热对生物质进行热解；本发明采用热解气直燃获取的高温烟气加热筒壁方式间接加热待热解物料；内热采用镶嵌固定与回转圆筒内部的微波发生装置直接加热，可使物料实现非接触式的直接快速加热，物料整体受热升温均匀，温控效果好，同时还能维持筒内适量空气/含氧量，带走热解气。技术研发人员：耿文广,孙荣峰,付开玲,赵改菊,张卫杰,黄继凯,李光元,薛旭方,闫培宁,员冬玲受保护的技术使用者：山东省科学院能源研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17