高效熱解型生物質干餾爐的開發與設計

楊選民　薛少平

【摘 要】本文提出一種結合內部原料缺氧燃燒和外部燃料充分燃燒兩種供熱手段的高效熱解型生物質干餾爐的開發理念，可以解決生物質熱解效率低的行業技術難題，有望對生物質干餾生產提供一定的理論依據和技術支持。適合農戶型分散式經營，為改善農村生活環境和促進農民增收致富提供一種新方案。

【關鍵詞】生物質；干餾爐；熱解

中圖分類號： TK6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0019-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.008

【Abstract】In this paper， a new development concept of high-efficiency pyrolytic carbonization furnace is proposed， which combines the internal raw material anoxic combustion with the external fuel full combustion. It can solve the technical problems of low biomass pyrolysis efficiency and hopefully provide theoretical basis and technical support for biomass carbonization production. It is suitable for the decentralized management of peasant households and provides a new strategy for improving the rural living environment and promoting peasants to increase their income.

【Key words】Biomass；Carbonization furnace；Pyrolysis

0 引言

生物質干餾是指在絕氧或缺氧的環境中，加熱升溫引起生物質內部受熱裂解，形成固相、液相和氣相產物的過程[1]。它是一種最基本的熱化學反應，也是一種極具實用價值且被廣泛應用的技術。生物質干餾是以生產生物炭為主要目的的慢速熱解過程，也伴隨生成可燃氣和生物油。生物炭因其固定碳含量高、發熱量高，被認為是可部分替代普通化石燃料的重要能源[2]。

在生產過程中，生物質熱解炭化的加熱方式被廣泛應用的主要有兩種。一種是內部原料缺氧燃燒供熱，通過向反應爐內持續提供有限的空氣，使得生物質燃燒形成氧化層，釋放的熱量逐層傳遞，從而發生生物質的熱裂解反應，實現生物質的炭、氣、液、油多聯產。另外一種是外部燃料充分燃燒供熱，即原料與熱源分開，通過對反應爐外壁進行加熱，熱量從爐壁傳遞給原料，并在原料間由外及內傳導。由于生物質是熱傳導效率極低的物質，因此，以上兩種加熱方式雖被廣泛應用，但仍存在熱解效率低的關鍵問題，成為制約生物質干餾產業化發展的重要瓶頸。

本文提出一種結合內部原料缺氧燃燒和外部燃料充分燃燒兩種供熱手段的高效熱解型生物質干餾爐的開發理念，可以解決生物質熱解效率低的行業技術難題，不僅極大縮短生產周期，還可有效降低能耗，有望對生物質干餾生產提供一定的理論依據和技術支持。

1 開發與設計方案

1.1 總體方案

高效熱解型生物質干餾爐主要包括進料系統、熱解系統、出炭系統和凈化儲氣系統（圖1）。進料系統提供原料輸送功能，通過絞龍將生物質原料輸入至料斗內，打開進料閘閥后，原料落入熱解反應管和原料沉降室內。熱解系統是整個裝置的核心部分，熱解反應管在熱解系統的中心位置，耐火層與熱解反應管形成的空腔是干餾爐的爐膛，耐火層的外圍是保溫層。熱解反應管的中間位置安裝了多個進空氣的管路，通過調節閥門可以控制進空氣量，從而實現生物質原料的內部缺氧燃燒；熱解反應管的底部位置安裝了一個環形燃燒器，可以將凈化后的熱解氣充分燃燒后實現外熱式加熱。出炭系統提供炭冷卻和出炭功能，熱解反應管的末端通過出炭閘閥與出炭絞龍連接在一起，出炭絞龍外層循環流動著冷卻水，生物炭降至常溫后被輸送出去。凈化儲氣系統包含熱解氣凈化裝置、抽氣風機及儲氣罐，提供熱解氣的冷卻、除塵、脫焦及儲存功能。

1.2 使用方法

生物質干餾爐啟動時，關閉出炭閘閥，打開進料閘閥，通過進料絞龍將生物質原料填滿原料沉降室和熱解反應管，完成填料后關閉進料閘閥。將儲氣罐中的熱解氣與空氣混合后從燃氣進口引入環形燃燒器內燃燒，從而實現對熱解反應管外壁的加熱。打開抽氣風機和進空氣管路的閥門，將熱解反應管內生物質原料引燃，緩慢調節進空氣量，使得熱解反應管內部原料發生缺氧燃燒。生物質原料炭化過程中，高溫熱解煙氣由熱解氣出口逸出，在熱解氣凈化裝置處去除固體顆粒及灰塵，同時被快速冷卻脫除焦油，在抽風風機的作用下輸送至儲氣罐內。生物質原料炭化完全后，打開出炭閘閥和出炭絞龍，生物炭在與冷卻水的熱交換下被緩慢移出。出炭完畢后，關閉出炭閘閥和出炭絞龍，打開進料閘閥與進料絞龍，重新進行下一批的生產，如此循環往復，實現生物質原料的高效熱解炭化。

2 結束語

本文提出了一種高效熱解型生物質干餾爐的開發思路，成本低易操作，適合農戶型分散式經營，可以實現生物質廢棄資源的快速轉換與利用，不僅避免環境污染，還能變廢為寶，延長農業產業鏈條，為改善農村生活環境和促進農民增收致富提供一種新方案。

【參考文獻】

[1]趙立欣，賈吉秀，姚宗路，等.生物質連續式分段熱解炭化設備研究[J].農業機械學報，2016，47（8）：221-226.

[2]Thakkar J，Kumar A，Ghatora S，et al.Energy balance and greenhouse gas emissions from the production and sequestration of charcoal from agricultural residues[J].Renewable Energy，2016， 94：558-567.