關(guān)鍵詞：生物炭；生物質(zhì)；秸稈；熱解；生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備

0 引言

生物炭（biochar）是利用生物殘?bào)w在缺氧的情況下，經(jīng)高溫慢熱解（通常lt;700°C）產(chǎn)生的一類難溶、穩(wěn)定、高度芳香化和富含碳素的固態(tài)物[1]。生物炭既可以作為高品質(zhì)能源、土壤改良劑，也可作為還原劑、肥料緩釋載體及二氧化碳封存劑等，已廣泛應(yīng)用于土壤改良、作物增產(chǎn)、環(huán)境修復(fù)和緩解溫室效應(yīng)等，受到人們的高度關(guān)注[2]。目前，生物炭制備技術(shù)主要分為固定床式和移動(dòng)床式兩類，其中傳統(tǒng)固定床式生物炭制備技術(shù)，從底部加熱，需要大量的外加熱能（燃燒木材、生物質(zhì)燃料、煤等），耗能大，同時(shí)物料不動(dòng)，反應(yīng)室各部位溫度梯度較大，導(dǎo)致設(shè)備生產(chǎn)效率低、炭化質(zhì)量差。而移動(dòng)床式生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)并且炭化質(zhì)量較好，但存在設(shè)備穩(wěn)定性不高或引用外源加熱為主導(dǎo)致能耗高等問題。黃宇等[3]研制一種悶燒熱解間接加熱的直立式生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備，炭得率21.18%。趙立欣等[4]研制一種連續(xù)式分段生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備，炭生產(chǎn)率4.1kg/h。朱華炳等[5]設(shè)計(jì)了一種內(nèi)燃加熱固定床式生物質(zhì)氣化爐，提高了燃?xì)鉄嶂?。蔣恩臣等[6]研制一種連續(xù)式生物質(zhì)熱解反應(yīng)裝置，處理速度30kg/h。目前的生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備多為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，炭化效率不高，仍處于試驗(yàn)階段，其技術(shù)裝備還有待進(jìn)一步提高。

為解決以上問題，本研究生物質(zhì)熱解炭化采用熱解可燃?xì)饣厝祭梅桨?，并利用回轉(zhuǎn)式連續(xù)輸送原理、生物炭循環(huán)水冷技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種雙筒回轉(zhuǎn)連續(xù)式生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成及工作原理等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并以玉米秸稈為原料進(jìn)行了熱解炭化試驗(yàn)，測(cè)試設(shè)備性能指標(biāo)。

1 工藝方案

1.1 設(shè)計(jì)要求

為提高生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備處理效率，保證生物炭產(chǎn)出率和出炭品質(zhì)，兼顧能源節(jié)約和環(huán)保的需求，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備需遵循以下4項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。

（1）生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)，生物質(zhì)熱解炭化過程均勻受熱，保證出炭品質(zhì)和生物炭得率。

（2）熱解可燃?xì)饣厥沼糜谏镔|(zhì)熱解炭化，節(jié)約外部能源消耗的同時(shí)有效避免環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。

（3）生物質(zhì)原料的進(jìn)料量可調(diào)控，并確保進(jìn)料過程的密封性。

（4）熱解獲得的生物炭具有較高溫度，直接出料遇空氣便會(huì)氧化燃燒，為此出料時(shí)需要對(duì)生物炭進(jìn)行冷卻處理，以保證出炭品質(zhì)。

1.2 生物質(zhì)熱解炭化工藝流程

采用秸稈、稻殼、花生殼等為原材料制備生物炭，工藝流程如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

2.1 整體結(jié)構(gòu)

雙筒回轉(zhuǎn)連續(xù)式生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，由螺旋進(jìn)料輸送機(jī)、溫度傳感器、炭化筒、可燃煙氣回收處理裝置、燃燒室、燃燒器、出料螺旋輸送機(jī)、托輪機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備進(jìn)、出料采用螺旋輸送機(jī)完成；炭化筒為雙層套筒回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間設(shè)有支柱連接固定，同步轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)、外筒分別設(shè)有導(dǎo)流葉片，并且導(dǎo)流葉片方向相反；可燃煙氣回收處理裝置包括一級(jí)煙氣凈化裝置、二級(jí)煙氣凈化裝置和引風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)可燃煙氣的凈化和輸送；炭化室和燃燒室分別設(shè)有溫度傳感器；炭化筒設(shè)有托輪支撐機(jī)構(gòu)，炭化筒的回轉(zhuǎn)利用齒圈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

2.2 工作原理

設(shè)備工作時(shí)，原料經(jīng)進(jìn)料斗落入進(jìn)料螺旋輸送機(jī)，被連續(xù)送入炭化筒的內(nèi)筒中；調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)炭化筒轉(zhuǎn)動(dòng)，炭化筒由內(nèi)筒和外筒構(gòu)成，內(nèi)、外筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)、外筒分別設(shè)有導(dǎo)流葉片，并且導(dǎo)流葉片方向相反，因此物料進(jìn)入內(nèi)筒后先向前緩慢運(yùn)動(dòng)進(jìn)行干化并逐漸熱解，再落到外筒反向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行炭化。物料熱解炭化過程中，采用沼氣與熱解可燃?xì)饴?lián)合提供熱能，并單獨(dú)設(shè)有供氣管路，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，利用增壓風(fēng)機(jī)將沼氣送入燃燒室內(nèi)通過燃燒器進(jìn)行燃燒，為物料熱解提供初始熱能加熱，物料隨著炭化筒轉(zhuǎn)動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)逐漸熱解炭化。在此過程中，伴隨有CH4、CO和H2等可燃?xì)怏w的混合熱解氣生成，熱解氣經(jīng)回收凈化后，由引風(fēng)機(jī)送入燃燒器回燃作為物料熱解炭化的熱源，燃燒室和炭化室內(nèi)分別設(shè)有溫度傳感器，通過溫度監(jiān)測(cè)以調(diào)控炭化溫度的穩(wěn)定。熱解后的高溫生物炭通過與外筒連接的出料口落入出料螺旋輸送機(jī)，出料螺旋輸送機(jī)設(shè)有循環(huán)水冷裝置，生物炭經(jīng)冷卻后排出收集。

2.3 技術(shù)參數(shù)

生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備主要相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.4 生物質(zhì)熱解炭化影響因素

2.4.1 原料

生物質(zhì)原料的含水量對(duì)熱解炭化效果會(huì)產(chǎn)生一定影響，直接影響到炭化速率和生物炭得率，為此含水量高的原料需干燥處理，將秸稈水分含量控制在15%以下。生物質(zhì)原料粒徑大小對(duì)生物炭產(chǎn)量影響并不十分明顯，本研究采用玉米秸稈為原料，考慮到裝料量和便于進(jìn)料輸送，對(duì)秸稈原料進(jìn)行破碎處理，破碎后秸稈粒度5～10mm。

2.4.2 熱解溫度

熱解溫度是影響生物炭品質(zhì)和產(chǎn)量的重要影響因素，熱解溫度越高越利于優(yōu)化生物炭性質(zhì)。研究表明，在400～600°C條件下，秸稈炭的孔隙相對(duì)較為豐富，具有較高的陽離子交換量，玉米秸稈的最佳熱解溫度400～500°C，此溫度下制備的生物炭得率相對(duì)較高，氮、碳養(yǎng)分損失少，生物炭的理化性能和養(yǎng)分利用均達(dá)到最優(yōu)[7]。本研究生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備熱解溫度450°C。

2.4.3 升溫速率

依據(jù)升溫速率可將熱解分為快速、慢速熱解。升溫速率對(duì)生物炭的理化性質(zhì)和生物炭得率影響較大，較高的升溫速率和反應(yīng)溫度可以提高生物油氣產(chǎn)量，而較慢的升溫速率和較低的溫度可以提高生物炭產(chǎn)量，同時(shí)升溫速率對(duì)生物炭的表面積、孔隙體積等形態(tài)特性也有影響?？紤]到本研究生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，原料受熱比較均勻，升溫速率可適當(dāng)提高，采用升溫速率20°C/min，因此將原料從常溫20°C提升至450°C的炭化溫度，整個(gè)過程需時(shí)21.5min。

2.5 熱工計(jì)算

2.5.1 生物質(zhì)熱解過程

生物質(zhì)熱解一般指生物質(zhì)熱裂解，包括4個(gè)階段。第1階段為預(yù)加熱和干燥階段，為物理變化，一般爐溫在150°C以下，原料所含水分逐漸蒸發(fā)；隨著溫度的上升，進(jìn)入了干餾熱解的預(yù)炭化階段。第2階段為預(yù)炭化階段，溫度150～275°C，原料中的半纖維素等不穩(wěn)定成分開始分解，副產(chǎn)物主要是CO2、CO和少量的醋酸，以上兩個(gè)階段都是吸熱反應(yīng)[8]。當(dāng)溫度繼續(xù)上升，超過275°C時(shí)，原料開始加快分解，進(jìn)入炭化階段。第3階段為放熱反應(yīng)的炭化階段，可保持到450°C，這一階段不用外加熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去，考慮到溫度較高時(shí)爐體會(huì)向外界散熱造成熱量損失，為此可以設(shè)置外保溫結(jié)構(gòu)以維持熱解溫度的穩(wěn)定上升，出于環(huán)保和能源節(jié)約的目的，倘若熱解氣回收利用裝置設(shè)計(jì)合理，熱解炭化的副產(chǎn)可燃?xì)饧纯蓾M足后續(xù)炭化過程的熱源供應(yīng)[9]。第4階段為需要外部熱源供給的煅燒階段，排除殘留在生物炭中的各種雜質(zhì)，提高含碳率。

生物質(zhì)熱解過程的吸熱量包括生物質(zhì)預(yù)加熱所需熱量和發(fā)生熱解反應(yīng)所需熱量，將質(zhì)量為1kg的生物質(zhì)秸稈從常溫20°C升至450°C的炭化溫度，需要的熱量按397kJ進(jìn)行計(jì)算，質(zhì)量1kg的水由常溫升至450°C水蒸氣吸收的熱量按2984.29kJ/kg計(jì)算[10-11]。得出1kg秸稈完成熱解反應(yīng)吸收總熱量QP450為622.09kJ/kg（秸稈含水率按8.7%計(jì)）。

2.5.2 熱解炭化產(chǎn)物

秸稈熱裂解產(chǎn)物主要由生物炭、焦油、木醋液和生物質(zhì)可燃?xì)獾冉M成。加熱條件的變化可改變熱裂解的實(shí)際過程及反應(yīng)速率，從而影響熱裂解產(chǎn)物生成量[12]。以玉米秸稈為例，炭化溫度450°C條件下，1kg玉米秸稈可產(chǎn)約0.35kg生物炭，同時(shí)可產(chǎn)木醋液0.308kg、焦油0.072kg、生物質(zhì)可燃?xì)?.3m3，可燃?xì)庵饕煞郑w積百分比）包括CO2（46.3%）、CO（31.2%）、H2（13.7%）和CH4（8.8%）[13-14]。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)料螺旋輸送機(jī)

進(jìn)料螺旋輸送機(jī)用于生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備連續(xù)進(jìn)料使用，其結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。進(jìn)料斗下方設(shè)有關(guān)風(fēng)器，用于進(jìn)料過程密封，工作時(shí)，減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)料螺旋軸為分段式結(jié)構(gòu)，由螺旋葉片I、光軸、螺旋葉片II構(gòu)成，進(jìn)料時(shí)，物料由進(jìn)料斗加入，經(jīng)關(guān)風(fēng)器落入螺旋輸送機(jī)，在螺旋葉片I推動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，經(jīng)光軸段壓實(shí)，隔絕空氣進(jìn)入炭化筒內(nèi)，再經(jīng)螺旋葉片II破開壓實(shí)的物料送入炭化筒中實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料，采用關(guān)風(fēng)器及分段式螺旋軸壓實(shí)密封的雙重密封結(jié)構(gòu)，以確保進(jìn)料密封可靠。

生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備設(shè)計(jì)原料處理量300kg/h，根據(jù)輸送量，進(jìn)料螺旋輸送機(jī)選用LS200型，功率1.1kW。進(jìn)料螺旋輸送機(jī)螺旋軸轉(zhuǎn)速n取決于輸送量的大小，可由螺旋輸送機(jī)輸送量按式（1）計(jì)算[15]。

3.2 炭化筒及燃燒室

炭化筒及燃燒室結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。炭化筒用于生物質(zhì)原料的熱解炭化反應(yīng)，炭化筒選用耐高溫不銹鋼材質(zhì)，主要由內(nèi)筒、外筒、支柱、窯尾蓋、導(dǎo)流葉片I、導(dǎo)流葉片II和擋料板等構(gòu)成，采用內(nèi)外雙筒回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒前端設(shè)有擋料板，外筒后端設(shè)有窯尾蓋，內(nèi)筒與外筒同軸，內(nèi)外筒筒壁上沿周向四線螺旋形式均勻布置設(shè)有導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片直徑300mm、高度80mm、間距240mm和傾角25°，因此在內(nèi)外筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，筒內(nèi)物料在葉片推送作用下緩慢前行，同時(shí)物料會(huì)被導(dǎo)流葉片掀起翻落到筒壁，實(shí)現(xiàn)物料均勻受熱。

工作時(shí)，物料由進(jìn)料螺旋輸送機(jī)送入內(nèi)筒前端，在導(dǎo)流葉片I的作用下向前緩慢運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)熱干化并逐漸開始熱解，物料行至內(nèi)筒末端再落入外筒，并在導(dǎo)流葉片II的作用下反向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行炭化，雙層筒結(jié)構(gòu)與單筒相比大大縮短生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備長度，節(jié)約占地空間；另外可通過控制炭化筒轉(zhuǎn)速來控制物料滯留時(shí)間，保證炭化質(zhì)量和產(chǎn)率。

燃燒室位于炭化筒中部外側(cè)，如圖4所示。燃燒室兩側(cè)面設(shè)有燃燒器和爐門，燃燒室頂部設(shè)有燃燒室煙口和溫度傳感器，考慮能源節(jié)約，在燃燒室的外部設(shè)有保溫結(jié)構(gòu)，主要由內(nèi)襯板、耐火層、隔熱保溫層、外護(hù)板和密封結(jié)構(gòu)等構(gòu)成，通過設(shè)置保溫結(jié)構(gòu)可減少熱量散失，維持炭化溫度的穩(wěn)定，保證出炭質(zhì)量。

3.3 可燃?xì)馊紵鳠嵊?jì)算

生物質(zhì)熱解包含了分子鍵的斷裂、異構(gòu)，以及原子或者小分子之間的相互聚合成鍵的過程，其熱解炭化過程遵循以下熱解反應(yīng)方程[16]。

本研究生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備在初始運(yùn)行預(yù)加熱過程需少量外部熱源供應(yīng)外，連續(xù)熱解炭化過程中所消耗熱量為熱解可燃?xì)饣厝籍a(chǎn)生的高溫?zé)煔?，需要確定可燃?xì)獾臒嶂?、燃燒所需空氣量、燃燒產(chǎn)生的煙氣量及燃燒溫度。

3.3.1 可燃?xì)鉄嶂涤?jì)算

熱解可燃?xì)怏w主要由CH4、H2、CO等氣體組成，則依照混合法則，熱解可燃?xì)獾牡臀粺嶂蛋凑帐剑?）計(jì)算[17]。

通過式（2）求得HL=8.63MJ/m3（干燃?xì)猓?。熱解產(chǎn)生的可燃?xì)獍?.3m3/kg計(jì)算，可求出秸稈熱解獲得的可燃?xì)馄淇偀嶂?.589MJ/kg，因此，完全能夠滿足發(fā)生熱解反應(yīng)1kg玉米秸稈吸收的熱量（622.09kJ/kg）。

3.3.2 燃?xì)馔耆紵杩諝饬坑?jì)算

實(shí)際空氣量V按V=αV0計(jì)算，對(duì)于工業(yè)設(shè)備，過?？諝庀禂?shù)α一般控制在1.05～1.20，本研究取α=1.2，求得V=2.231m3/m3。

3.3.3 燃?xì)馔耆紵蔁煔饬坑?jì)算

忽略燃?xì)夂瑵窳?，取值空氣含濕?.01kg/m3，水蒸氣基態(tài)時(shí)的比體積1.266m3/kg。求得=0.863m3/m3，=0.346m3/m3，=1.572m3/m3，代入式（4）求出Vf0=2.781m3/m3。

3.3.4 燃?xì)馊紵郎囟扔?jì)算

設(shè)空氣溫度Ta=20°C，燃?xì)鉁囟萒g=100°C。20°C時(shí)空氣和水的體積定壓熱容分別為ca=1.2573kJ/（m3K）、1.4367kJ/（m3K）；燃?xì)庠?和100°C時(shí)的體積定壓熱容cg分別為1.4165和1.4791kJ/（m3K）；由于隨著溫度改變平均比熱容也會(huì)隨之變化，因此理論燃燒溫度要經(jīng)過多次試算才可確定。理論燃燒溫度假設(shè)為1500°C，依照式（12）計(jì)算理論燃燒溫度tth，求得tth=1516.39°C，比較發(fā)現(xiàn)理論燃燒溫度的計(jì)算值與假設(shè)值的誤差lt;1.1%[18]。

炭化筒壁厚8mm，實(shí)際傳熱面積A=8.58m2gt;6.42m2，滿足要求。綜上，炭化筒為外筒內(nèi)徑960mm、內(nèi)筒內(nèi)徑560mm、長度4500mm的雙層筒狀結(jié)構(gòu)，燃燒室長度2800mm，燃燒室內(nèi)設(shè)有高溫燃?xì)馊紵?，燃燒室頂部設(shè)有煙口和溫度傳感器，燃燒室側(cè)壁設(shè)有耐火隔熱保溫層，減少熱量散失，節(jié)約能源消耗。

3.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

3.4.1 結(jié)構(gòu)及原理

生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，主要由鏈輪、大齒圈、小齒輪、轉(zhuǎn)軸、軸承座、調(diào)速電機(jī)和傳動(dòng)鏈等構(gòu)成。沿炭化筒外側(cè)均勻分布設(shè)有若干固定板，固定板與大齒圈內(nèi)側(cè)用螺栓連接固定，因此大齒圈旋轉(zhuǎn)的同時(shí)可以帶動(dòng)炭化筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒圈下方設(shè)置有小齒輪，小齒輪與大齒圈嚙合，小齒輪通過轉(zhuǎn)軸與從動(dòng)鏈輪連接固定，從動(dòng)鏈輪與主動(dòng)鏈輪之間通過傳動(dòng)鏈傳動(dòng)，主動(dòng)鏈輪固定安裝在調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，因此工作時(shí)，在調(diào)速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)逐級(jí)帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪、小齒輪和大齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)炭化筒回轉(zhuǎn)工作。

3.4.2 傳動(dòng)功率計(jì)算

炭化筒回轉(zhuǎn)所需傳動(dòng)功率按式（17）計(jì)算[21]。

炭化筒回轉(zhuǎn)過程中，受摩擦力作用物料隨筒內(nèi)壁升起，當(dāng)物料表面與水平面的夾角大于物料休止角ψ時(shí)，受重力作用物料向下滑落，物料此時(shí)因重心偏移，其重力P會(huì)產(chǎn)生一反轉(zhuǎn)力矩，欲克服這一力矩所需功率N1按式（18）計(jì)算[21-22]。

3.5 冷卻出炭裝置

由于熱解制得的生物炭溫度較高，與空氣接觸極易產(chǎn)生自然，為保證出炭質(zhì)量，設(shè)計(jì)了冷卻出炭裝置，如圖6所示。出炭用螺旋輸送機(jī)設(shè)有冷卻循環(huán)水套，冷卻通道內(nèi)設(shè)有隔柵，起到阻流作用，可使冷卻水與循環(huán)冷卻通道充分接觸。將循環(huán)水通入斜螺旋水套內(nèi)對(duì)制得的高溫生物炭進(jìn)行換熱降溫，按照生物炭初始溫度450°C進(jìn)行計(jì)算，利用流量0.472m3/h的循環(huán)水將生物炭降溫至50°C，使生物炭低于著火點(diǎn)排出并收儲(chǔ)，水套入口處水溫20°C、水套出口處水溫45°C，此裝置設(shè)計(jì)可提高出炭質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)常溫出炭。

4 試驗(yàn)測(cè)試

4.1 試驗(yàn)條件

生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備樣機(jī)制造完工后，進(jìn)行了秸稈熱解炭化試驗(yàn)，試驗(yàn)地點(diǎn)在松原市乾安縣讓字鎮(zhèn)實(shí)驗(yàn)基地，試驗(yàn)用玉米秸稈從讓字鎮(zhèn)農(nóng)戶處獲取，并對(duì)秸稈原料進(jìn)行粉碎處理，粉碎至粒徑5mm左右，測(cè)得玉米秸稈原料含水率8.93%。試驗(yàn)樣機(jī)如圖7所示。

4.2 試驗(yàn)方法

熱解炭化過程中，利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)炭化室和燃燒室內(nèi)溫度，燃燒室內(nèi)溫度在500°C以上，炭化室內(nèi)溫度維持在450°C左右，保持熱解溫度的穩(wěn)定，連續(xù)炭化試驗(yàn)3h，以出料螺旋輸送機(jī)開始出炭時(shí)計(jì)時(shí)開始，直到生物炭完全排出時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束。生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備性能測(cè)試如下。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

炭化試驗(yàn)測(cè)試表明，秸稈炭化能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，炭化試驗(yàn)測(cè)試時(shí)長180min、總出炭量307.4kg，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備性能測(cè)試結(jié)果及制得的生物炭特性如表2和表3所示。

生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備純小時(shí)生產(chǎn)率103.8kg/h、生物炭得率34.6%，實(shí)現(xiàn)了常溫出炭。所得生物炭固定碳含量56.39%、總碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)62.32%，碳含量達(dá)到I級(jí)生物炭（總碳≥60%、固定碳≥50%）標(biāo)準(zhǔn)。利用煙氣分析儀進(jìn)行熱解可燃?xì)獬煞址治?，其中CO2為39.3%、CO為34.7%、H2為8.5%、CH4為9.2%及其他為8.3%，作為主要燃燒成分的CO、H2和CH4占總氣體質(zhì)量百分比為52.4%，與設(shè)計(jì)參考值53.7%相吻合。

綜上所述，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備設(shè)計(jì)較為合理，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行，生物炭得率高，出炭品質(zhì)較好，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

5 結(jié)束語

采用熱解可燃?xì)饣厥绽梅桨?，同時(shí)結(jié)合回轉(zhuǎn)式連續(xù)輸送原理、生物炭循環(huán)水冷技術(shù)，設(shè)計(jì)了雙筒回轉(zhuǎn)連續(xù)式生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備，利用熱解可燃?xì)饣厝脊?，?shí)現(xiàn)了熱解氣的循環(huán)利用，減少污染排放，節(jié)約能源消耗，采取的雙筒回轉(zhuǎn)連續(xù)輸送技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了生物炭的連續(xù)生產(chǎn)，使傳統(tǒng)炭化爐生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)效率不高、物料受熱不均等問題得以解決，提高出炭品質(zhì)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行生產(chǎn)生物炭，設(shè)備原料處理量300kg/h、純小時(shí)生產(chǎn)率103.8kg/h、生物炭得率34.6%和出炭溫度47°C，所得生物炭固定碳含量56.39%、總碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.32%，達(dá)到I級(jí)生物炭標(biāo)準(zhǔn)，生物質(zhì)熱解炭化設(shè)備生物炭得率高，出炭品質(zhì)較好，總體達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。