一種鐘罩式生物質微波熱解試驗裝置的製作方法

2023-11-05 22:52:37

本實用新型屬於生物質微波熱解技術領域，特別涉及一種鐘罩式生物質微波熱解試驗裝置。

背景技術：

生物質能是一種有很大應用前景的清潔可再生能源。生物質熱解可以獲得可燃氣體、生物油和生物炭等產物。在當今嚴峻的能源形勢和環境壓力下，生物質熱解技術得以廣泛應用。生物質微波熱解因具有熱解速度快、能量利用效率高等特點受到高度重視。

生物質微波熱解過程伴隨著十分複雜的物理化學反應，熱解機理十分複雜，影響因素較多，而生物質微波熱解過程和機理的研究，對開發、設計相應的熱解裝置和獲取重要的控制參數具有十分重要的意義。

近年來，有關生物質微波熱解裝置的專利和文獻較多，而用於生物質微波熱解過程和機理研究的實驗裝置卻很少。熱重分析儀常被用來研究生物質的熱解過程，但目前已有的熱重分析儀沒有採用微波熱源，且傳統的熱重分析儀稱量的量程很小，要求的物料粒度很小，這與工業應用的情況存在很大的差別，其結果就難以很好地指導生產實踐。因此開發一臺具有較大稱重量程又能夠精確測量過程變化和熱解產物的生物質微波熱解實驗裝置，用來研究生物質微波熱解過程和機理，就顯得十分必要。

山東大學趙希強等人設計了小型微波熱解實驗裝置，整套裝置包括微波發生和控制系統、諧振腔、質量測定系統、溫度測定系統、熱解及產物收集分析系統和數據採集系統。該實驗裝置能夠實現物料重量和微波熱解反應溫度的在線採集與顯示，熱解反應產生的氣相產物可導出，依次經過高溫過濾裝置、冷卻裝置、洗氣裝置、乾燥裝置後，採用氣體分析儀進行氣體成分的在線檢測。但是整個反應在容積很小的石英容器中進行，裝載的生物質樣品量少，熱解產生的氣相產物在引出管道的壁面可能部分冷凝，會影響氣相產物的測試結果，特別是石英容器的接入端和輸出端均用管連接，這會較大地影響電子天平測量試樣重量的準確性。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於，針對上述現有技術的不足，提供一種鐘罩式生物質微波熱解試驗裝置，用於研究生物質微波熱解過程和機理。

為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是：

一種鐘罩式生物質微波熱解試驗裝置，包括排氣管道，還包括由吸波材料製成的鐘罩式熱解爐，該熱解爐的爐壁外側包覆有外保溫層，熱解爐底部開口處用隔熱層封口，所述排氣管道的一端與外界相通，排氣管道的另一端依次穿過外保溫層、熱解爐的爐壁與熱解爐的爐膛相通。

藉由上述結構，熱解爐的爐壁由吸波材料製成，在微波加熱過程中能保持較高的溫度，可防止生物質熱裂解過程產生的氣相產物中的焦油在熱解爐內壁冷凝，不會對氣相產物的測試結果造成影響。

進一步地，還包括隔熱層下方的在線天平，熱解爐爐膛內的裝料匣缽和內保溫層，該裝料匣缽由微波透射材料製作而成，所述內保溫層位於裝料匣缽底部，在線天平的支撐杆穿過隔熱層並與內保溫層相連。

裝料匣缽容積較大，可裝載較多的生物質樣品，對樣品粒度、樣品層厚度等參數開展實驗研究。保溫層的設計可減少裝料匣缽的傳熱損失，有利於裝料匣缽內的生物質物料快速升溫，同時防止熱量向下傳遞以免影響在線天平正常工作。

進一步地，還包括充氣管道，所述內保溫層和隔熱層之間具有間隙，所述充氣管道的一端與外界相通，充氣管道的另一端依次穿過外保溫層、熱解爐的爐壁與熱解爐的爐膛相通，充氣管道的開口正對內保溫層和隔熱層之間的間隙。

充氣管道安裝在熱解爐的下側，實驗前用惰性氣體置換爐膛內的空氣，避免空氣對生物質微波熱解過程的影響；實驗時通入一定流量的惰性氣體，可阻斷生物質熱解氣相產物從支撐杆與隔熱層之間的縫隙中逸出。

進一步地，熱解爐上還設有熱電偶，該熱電偶的測量端伸入裝料匣缽內。

熱電偶用於實時測量物料的溫度，熱電偶需靠近物料並不與物料相接觸，避免影響在線天平的測量結果。

進一步地，包括微波源，所述微波源安裝在熱解爐的側上方。

作為一種優選方式，所述排氣管道設於熱解爐頂部。

排氣管道作為熱解產物導出管道，設於熱解爐頂部，與裝料匣缽不相連接，可實現試樣樣品重量的精確測量。

作為一種優選方式，所述熱電偶設於熱解爐頂部。

熱電偶設於熱解爐頂部，方便安裝和維護。

進一步地，包括位於地面上的機架和升降臺，所述熱解爐固設於機架上段，所述在線天平和隔熱層設於升降臺上並可隨升降臺一起升降。

裝料匣缽和內保溫層由在線天平的支撐杆支撐，可與升降臺一起升降。實驗人員通過操控升降臺，可方便地進行加料。

進一步地，所述升降臺和熱解爐之間採用砂封或水封。

升降臺和熱解爐之間採用砂封或水封，避免空氣進入熱解爐爐膛。

進一步地，所述升降臺底部設有滾輪。

滾輪的設置可以方便移動整個實驗裝置。

本實用新型裝置具有良好的密封性能，微波洩漏率低，安全可靠，可測試的生物質試樣質量量程較大，全面考慮了可能對實驗參數造成影響的外部條件，能夠獲得較準確的實驗參數；可實現生物質微波熱裂解過程中樣品重量和熱解溫度的在線測量，熱解氣相產物中的焦油不會在熱解爐的爐壁上冷凝，配合在線氣相分析儀器，可精確地測量相關數據，同時操作也很方便，非常適合於研究生物質微波熱裂解的過程及其機理。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施例的結構示意圖。

其中，1為微波源，2為熱電偶，3為排氣管道，4為外保溫層，5為機架，6為裝料匣缽，7為熱解爐，8為內保溫層，9為隔熱層，10為升降臺，11為充氣管道，12為支撐杆，13為滾輪，14為在線天平。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型的一實施例包括微波源1和排氣管道3，還包括由吸波材料製成的鐘罩式熱解爐7，所述微波源1安裝在熱解爐7的側上方。該熱解爐7的爐壁外側包覆有外保溫層4，熱解爐7底部開口處用隔熱層9封口，所述排氣管道3的一端與外界相通，排氣管道3的另一端依次穿過外保溫層4、熱解爐7的爐壁與熱解爐7的爐膛相通。

本實用新型還包括隔熱層9下方的在線天平14，熱解爐7爐膛內的裝料匣缽6和內保溫層8，該裝料匣缽6由微波透射材料製作而成，所述內保溫層8位於裝料匣缽6底部，在線天平14的支撐杆12穿過隔熱層9並與內保溫層8相連。

本實用新型還包括充氣管道11，所述內保溫層8和隔熱層9之間具有間隙，所述充氣管道11的一端與外界相通，充氣管道11的另一端依次穿過外保溫層4、熱解爐7的爐壁與熱解爐7的爐膛相通，充氣管道11的開口正對內保溫層8和隔熱層9之間的間隙。其中圖1中箭頭所示方向為惰性氣體充入方向。

熱解爐7上還設有熱電偶2，該熱電偶2的測量端伸入裝料匣缽6內。

所述排氣管道3和熱電偶2設於熱解爐7頂部。

本實用新型還包括位於地面上的機架5和升降臺10，所述熱解爐7固設於機架5上段，所述在線天平14和隔熱層9設於升降臺10上並可隨升降臺10一起升降。

所述升降臺10為手動升降臺10，升降臺10和熱解爐7之間採用砂封或水封。升降臺10底部設有滾輪13。