本申請涉及農(nóng)林廢棄生物質(zhì)資源化利用及生物炭制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種連續(xù)式出料火焰幕熱解窯及生物炭制備方法。

背景技術(shù)：

1、火焰幕熱解窯利用表層原料燃燒形成的缺氧環(huán)境，使內(nèi)部原料在無氧條件下熱解生成生物炭。該技術(shù)在木質(zhì)原料炭化處理中已具備較高效率，但在稻類輕質(zhì)秸稈的規(guī)模化應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)。

2、水稻、旱稻、小麥、青稞等稻類秸稈炭化后的生物炭質(zhì)輕多孔，質(zhì)量體積比不足木質(zhì)原料的1/10，導(dǎo)致單位體積內(nèi)原料質(zhì)量負荷較低，炭化產(chǎn)物迅速填滿熱解窯體內(nèi)部，每輪作業(yè)后均需清空，生產(chǎn)頻繁中斷，難以實現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)。為改善生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)方案嘗試在炭化前對秸稈進行壓縮，以提高單位體積的原料負荷。然而，稻類秸稈纖維含量高，壓縮后容易形成致密塊體，導(dǎo)致熱解過程受阻，炭化不均，造成生物炭品質(zhì)波動。同時，多孔生物炭的蓄熱效應(yīng)延緩了自然冷卻效率，限制了熱解窯體的周轉(zhuǎn)效率。若采用注水退火加快冷卻，低密度生物炭在水中易漂浮，冷卻不均勻，且吸水結(jié)塊會引發(fā)孔隙結(jié)構(gòu)坍塌，將導(dǎo)致生物炭質(zhì)量下降。

3、綜上所述，現(xiàn)有的裝置和方法制備生物炭的生產(chǎn)效率低，且得到的生物炭質(zhì)量差，亟需一種針對稻類輕質(zhì)秸稈的可連續(xù)制備高質(zhì)量生物炭的裝置，實現(xiàn)稻類秸稈生物炭的高效規(guī)模化制備。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種連續(xù)式出料火焰幕熱解窯及生物炭制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中稻類秸稈生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)生物炭質(zhì)量較差的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本申請?zhí)峁┝艘环N連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，該熱解窯包括中空的熱解窯體，熱解窯體頂部有投料口，熱解窯體的底部設(shè)有排料口。該熱解窯還包括支架和出料管道，熱解窯體設(shè)置于支架上，使得熱解窯體的下端懸空；出料管道一端設(shè)置有進料口，另一端設(shè)置有出料口，進料口一端設(shè)置于排料口的下端并與排料口連通。熱解產(chǎn)物由進料口進入出料管道，在出料管道中被壓縮和降溫，從出料口排出。

4、本申請通過將熱解窯體與出料管道相結(jié)合，實現(xiàn)高效熱解與連續(xù)出料的同步進行，有效解決了傳統(tǒng)方法中單位體積內(nèi)原料質(zhì)量負荷低、炭化產(chǎn)物填滿熱解窯體后需頻繁清空的問題。炭化產(chǎn)物在重力作用下直接進入出料管道進行壓縮處理，避免了生產(chǎn)的中斷，從而顯著提升了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了生物炭的連續(xù)化制備。

5、本申請采用炭化產(chǎn)物從熱解窯體底部排料的方式，充分利用熱解窯體內(nèi)部的溫度梯度特性，將高溫?zé)峤馀c低溫排料相結(jié)合，使炭化產(chǎn)物在排出前經(jīng)歷更長時間的自然降溫，并從溫度最低的位置排出，從而有效降低排料時的溫度上限，進一步提升降溫效果。同時，稻類秸稈炭化產(chǎn)物的熱量主要儲存在炭顆粒之間的空隙，而非炭顆粒本身，本申請利用出料管道在炭化產(chǎn)物壓縮輸送過程中對其進行同步冷卻，使炭化產(chǎn)物內(nèi)部的熱量得以排出，加速降溫，避免了出現(xiàn)傳統(tǒng)注水退火導(dǎo)致的低密度炭漂浮和孔隙坍塌的現(xiàn)象，從而保證了生物炭的結(jié)構(gòu)完整性和品質(zhì)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)方案相比，該方法不僅提高了制備生物炭的生產(chǎn)效率，還提升了生物炭的質(zhì)量，使其更適用于規(guī)模化應(yīng)用。

6、進一步地，出料管道內(nèi)部設(shè)置有螺桿和螺旋片，出料管道支撐螺桿繞其中心軸線轉(zhuǎn)動，螺旋片固定設(shè)置于螺桿上。螺桿及螺旋片繞出料管道的中心軸線旋轉(zhuǎn)，使得炭化產(chǎn)物在出料管道中能夠被穩(wěn)定、連續(xù)地推送，避免堆積，確保物料均勻排出。螺旋片能夠在輸送過程中對炭化產(chǎn)物施加擠壓作用，增加生物炭的密度。

7、更進一步地，螺桿貫穿出料管道。該設(shè)計通過螺桿貫穿出料管道，并與出料管道形成轉(zhuǎn)動支撐連接，能夠有效增強出料管道內(nèi)部輸送結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時螺桿更長，便于在兩端為螺桿提供旋轉(zhuǎn)動力支撐。

8、更進一步地，螺旋片的螺紋間距由進料口一端到出料口一端逐漸變小。逐漸變小的螺紋間距是為了更好的壓縮熱解炭化產(chǎn)物。通過梯度壓縮設(shè)計，使炭塊密度從初始松散狀態(tài)提升至終態(tài)的2-3倍，顯著減少碎屑率，且炭塊成型更規(guī)則。

9、更進一步地，出料管道的外側(cè)壁上設(shè)有散熱片。散熱片能夠增加出料管道的散熱面積，強化熱交換效率，使炭化產(chǎn)物在輸送過程中能夠更快速地降溫。

10、更進一步地，排料口的尺寸大于進料口的尺寸。排料口尺寸大，便于炭化產(chǎn)物排出，減少產(chǎn)物堆積；進料口尺寸小，便于控制進料量，使出料管道內(nèi)炭化產(chǎn)物被均勻壓縮。

11、更進一步地，熱解窯體包括側(cè)壁和底壁，排料口設(shè)置于底壁的中間。底壁中間的排料口可便于物料排出。

12、更進一步地，側(cè)壁與底壁的夾角為105°-115°。該傾斜角度使炭化產(chǎn)物能夠順利滑落到熱解窯底部，降低炭化產(chǎn)物的滑落阻力，同時有效規(guī)避水平段堆積造成的熱解死角。

13、更進一步地，側(cè)壁上設(shè)置有進氣孔。通過進氣孔的設(shè)計將燃燒面控制在指定范圍內(nèi)，形成穩(wěn)定的火焰幕，從而使秸稈在無煙燃燒條件下充分熱解。

14、本申請還提出了一種生物炭制備方法，該方法包括如下步驟：

15、s1、將秸稈持續(xù)投入熱解窯體中，點燃后進行熱解反應(yīng)；

16、s2、熱解生成的炭化產(chǎn)物從熱解窯體的底部進入出料管道，在出料管道中進行壓縮和降溫，制備好的生物炭從出料管道的出料口排出；

17、方法使用上述熱解窯實現(xiàn)。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

19、（1）本申請中熱解窯體與出料管道連通，熱解完成后的產(chǎn)物從熱解窯體底部排料口進入出料管道，在出料管道中進行壓縮和散熱，最終生成高質(zhì)量生物炭從出料口排出。炭化產(chǎn)物不會迅速填滿熱解窯體內(nèi)部，不需要每輪作業(yè)后進行清空，避免了生產(chǎn)中斷，提升了炭化產(chǎn)物的出料效率，只需要持續(xù)向投料口投入生物質(zhì)原料，就可以從出料口獲得生物炭。因此，本申請熱解窯能夠?qū)崿F(xiàn)生物炭穩(wěn)定、高效的連續(xù)式生產(chǎn)。相較于傳統(tǒng)間歇式熱解工藝，提升了生產(chǎn)效率，并避免了水淬造成的生物炭質(zhì)量下降問題。

20、（2）本申請采用的是先熱解后壓縮的生物炭制備方式，使熱解反應(yīng)在無干擾的狀態(tài)下進行，避免了傳統(tǒng)方式因物料致密化導(dǎo)致的熱解受阻問題，熱解產(chǎn)生的氣體和水分能夠順暢排出，從而保證炭化均勻，提升生物炭的質(zhì)量。隨后，炭化產(chǎn)物在出料管道中進行壓縮，確保了生物炭的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免了先壓縮導(dǎo)致的孔隙塌縮問題，并使最終制備得到的生物炭質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。

21、（3）本申請的生物炭制備工藝中，炭化產(chǎn)物從熱解窯體底部排出且在出料管道中隨輸送過程溫度逐漸降低，實現(xiàn)熱量的均勻釋放。這種方式避免了局部溫度過高導(dǎo)致的生物炭過度焦化，從而影響炭化質(zhì)量；還有效減少了因驟冷引發(fā)的內(nèi)部應(yīng)力集中現(xiàn)象，使炭顆粒在收縮定型過程中保持孔隙結(jié)構(gòu)的完整性，提升最終形成的生物炭質(zhì)量。

22、（4）本申請出料管道中壓縮過程和散熱過程協(xié)同增效，形成良性循環(huán)。輸送過程中，壓縮力使炭體顆粒自然排列形成小孔，又使熱量從孔隙中散發(fā)；持續(xù)散熱使被壓縮的炭體在逐步降溫過程中硬化定型，保持形狀穩(wěn)定，防止了炭體局部結(jié)塊。最終得到透氣性好、質(zhì)地穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，進一步提升生物炭的質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，所述熱解窯包括中空的熱解窯體，所述熱解窯體頂部有投料口，其特征在于：所述熱解窯體的底部設(shè)有排料口，所述熱解窯還包括支架和出料管道，所述熱解窯體設(shè)置于所述支架上，使得所述熱解窯體的下端懸空，所述出料管道一端設(shè)置有進料口，另一端設(shè)置有出料口，所述進料口一端設(shè)置于所述排料口的下端并與所述排料口連通，熱解產(chǎn)物由所述進料口進入所述出料管道，在所述出料管道中被壓縮和降溫，從所述出料口排出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述出料管道內(nèi)部設(shè)有螺桿和螺旋片，所述出料管道支撐所述螺桿繞其中心軸線轉(zhuǎn)動，所述螺旋片固定設(shè)置于所述螺桿上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述螺桿貫穿所述出料管道。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述螺旋片的螺紋間距由所述進料口一端到所述出料口一端逐漸變小。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述出料管道的外側(cè)壁上設(shè)有散熱片。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述排料口的尺寸大于所述進料口的尺寸。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述熱解窯體包括側(cè)壁和底壁，所述排料口設(shè)置于所述底壁的中間。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述側(cè)壁與所述底壁的夾角為105°-115°。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)式出料火焰幕熱解窯，其特征在于：所述側(cè)壁上設(shè)置有進氣孔。

10.一種生物炭制備方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及農(nóng)林廢棄生物質(zhì)資源化利用及生物炭制備領(lǐng)域。本申請?zhí)岢隽艘环N連續(xù)式出料火焰幕熱解窯及生物炭制備方法，熱解窯包括中空的熱解窯體，熱解窯體頂部有投料口，熱解窯體的底部設(shè)有排料口；熱解窯還包括支架和出料管道，熱解窯體設(shè)置于支架上，使得熱解窯體的下端懸空；出料管道一端設(shè)有進料口，另一端設(shè)有出料口，進料口一端設(shè)置于排料口的下端并與排料口連通。方法包括如下步驟：S1、將秸稈持續(xù)投入熱解窯體中，點燃后進行熱解反應(yīng)；S2、熱解產(chǎn)物從熱解窯體的底部進入出料管道，在出料管道中進行壓縮和降溫，制備好的生物炭從出料管道的出料口排出。本申請?zhí)嵘说绢惤斩捝锾康纳a(chǎn)效率，并促進了有效冷卻，提高了生物炭制備質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：廖承菌,唐麗群,吳郅俊,劉曉躍,葛長榮,胡洋山,張建昆,羅文明
受保護的技術(shù)使用者：云南農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24