我国是农业大国,秸秆资源丰富,但目前秸秆回收利用难度较大,相关技术尚不成熟,因此我国多数地区仍将就地焚烧作为秸秆主要处理方式,既污染环境,也是一种能源的浪费,而利用高温热裂解技术,可将秸秆转化为生物炭、可燃气、焦油和木醋液等可利用产物,能够应用于农业、能源、环境保护等多个领域。目前炭化设备的主要问题是物料输送不平稳和换热效果不理想。本文在已有生物质热解设备的基础上,针对现有问题,设计了四线螺旋输料结构及多腔旋流梯级换热系统,并进行了相应的试验研究。主要工作如下:(1)结合生物质的热解原理与炭化过程,通过查阅文献资料,明确加热温度、反应时间和系统压力对生物炭品质的影响,在现有工艺方案的基础上,制定并细化主要包括密封进料、物料干燥、低氧热解、保温炭化、冷却出料和热解副产品回用加热等满足设计要求的工艺方案。根据热解气的理化特性,提出燃气净化分离及回用方案,并进行选型。(2)针对现有炭化设备物料输送不平稳的问题,设计一种四线螺旋输料结构,将螺旋叶片与抄板相结合,使螺旋抄板镶嵌于回转筒内壁,物料在向前推送的同时进行上下翻动,受热更加均匀,也可避免螺旋轴因挠度问题对设备尺寸的限制,因螺旋变成间断式,可以实现多线设计,对物料输送量控制精度更高。(3)针对现有炭化设备换热效果不理想的问题,设计了多腔旋流梯级换热系统,采用矩形凹槽结构,将换热烟腔分为4部分,将螺旋折流板换热结构器与管壳式换热器相结合,使换热效果达到炭化要求;并运用Fluent软件对换热结构的速度场和温度场进行仿真模拟,得出高温热烟气的流动特性和温度分布。(4)分别进行设备性能指标、四线螺旋输料系统的输料能力和多腔旋流梯级换热系统稳定性等试验,试验结果表明:回转连续式热解设备原料处理能力为28.1kg/h,生物炭得率为31.4%,燃气热值为16.3MJ/Nm~3,温度控制精度为±10℃,压力控制精度±10Pa,四线螺旋输料结构在对物料滞留时间的控制上较为精准,原料热解所产生的热解气燃烧能够满足设备的持续稳定运行,各项技术指标均达到了总体设计目标与要求。