CN105333728B - 结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，包括陶瓷窑炉以及至少二个燃烧器模组。陶瓷窑炉沿纵向方向分为冷却段、燃烧段以及预热段，燃烧器模组间隔连接至陶瓷窑炉的侧壁。每个燃烧器模组包括：至少一个烧嘴、引射混合器、第一连接管和第二连接管。其中，烧嘴设置于陶瓷窑炉的侧壁上用于将燃气混合气喷射至燃烧段内燃烧以加热陶瓷窑炉内的陶瓷。引射混合器包括助燃混合气入口、燃气混合气出口、生物质气入口以及引射管。引射混合器从生物质气入口吸入生物质气，生物质气与助燃混合气在引射混合器内形成燃气混合气，燃气混合气再通过第一连接管输送至烧嘴。

Description

结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统

技术领域

本发明涉及一种窑炉节能系统，特别涉及一种陶瓷窑炉节能系统。

背景技术

随着陶瓷的市场需求量越来越大，陶瓷窑炉也越建越长、截面也愈来愈宽，但同时窑内温度也越来越难以控制，而由于窑内温度不均匀造成的诸如变形、色差等烧成缺陷也日趋严重。

同时，陶瓷窑炉常以燃气作为热源，燃烧时燃气与空气的配比是否合理直接影响到能耗的大小。空气量过少时，燃烧不完全，不完全燃烧产物中含有大量污染环境的物质，同时也造成能源的浪费；而空气量过大时，过量的空气排出时又带走大量的热量，加大了热量的损失。

此外，煤气、天然气等化石能源都是不可再生资源，在人类大规模的开采下已逐渐枯竭。而且，这些燃料在燃烧时会向空气中排放大量的有毒有害气体，造成大气严重污染。

生物质燃料(简称BMF，比如农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)具有以下几个特点：1、BMF的能量来自于其生长时对自然界CO₂的吸收，因此BMF具有CO₂生态“零”排放的特点；2、BMF的燃烧以挥发份为主，其固定碳的含量为15％左右，是典型的低碳燃料；3、BMF的含硫量比柴油还低，仅为0.05％，不需设置脱硫装置就可实现SO₂的排放；4、BMF的灰份仅为1.8％，是煤基燃料的1/10左右，设置简单的除尘装置就能实现粉尘排放达标；5、BMF含氮量低，氧含量高，燃烧时生成较少的NO_X；6、BMF来源于农林废弃物，原料分布广泛多样，成本低，循环生长，取之不尽用之不竭，是典型的循环经济项目。

然而，业界至今还未研发出成熟的将生物质燃气用于陶瓷窑炉的设备和技术。

如中国专利公开第104006405A号揭示的一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，属于陶瓷窑炉的节能环保技术领域。该装置包括依次相连的富氧膜组件、水环真空泵、富氧气体缓冲罐、增压风机以及燃烧器；燃烧器包括燃烧器管体、主送风管道、燃料管路和燃烧器喷嘴，其中：燃烧器管体的一端封闭，另一端连接燃烧器喷嘴，燃烧器管体为多个；增压风机通过富氧气体管道连接主送风管道，燃料管路和主送风管道分别与每个燃烧器管体连接；主送风管道连接主送风风机。然而，该陶瓷窑炉富氧助燃节能装置存在以下缺点或不足：(1)、其采用富氧生成系统，一方面增加了设备的成本，另一方面富氧燃烧必然导致烟气中的二氧化碳含量过高，与目前节能领域大力提倡的碳减排概念相悖；(2)、其燃气管与空气管均采用集成控制，不能实现对陶瓷窑炉各区段分别进行精确控制。

又如中国专利公开第203273939U号揭示的一种陶瓷窑炉上可分段调节热气含氧量的节能装置，陶瓷窑炉为高温烧成区窑炉，包括一条向窑炉内引入助燃风的进风总管，炉内温度不同的各段窑炉内，分别设有各自独立且均与进风总管平行的进风分管，每段进风分管与进风总管之间，均间隔连有可自动调节进风量大小的自动阀，以及可手动调节进风量大小的手动阀，由于设置了进风分管及自动阀、手动阀，可自动或手动调节各段窑炉的助燃风大小。然而，该陶瓷窑炉上可分段调节热气含氧量的节能装置存在以下缺点或不足：(1)、其仅能实现对进风的分段调节，而不能实现对燃气的分段调节；(2)、其采用煤气作用燃料，成本高且不符合绿色环保理念；(3)、其燃烧器与窑炉一体式构造，这不利于根据陶瓷窑炉的大小随意增加或减少燃烧器模组。

因此，提供一种能够实现精确分段区控制、减少二氧化碳排放量的陶瓷窑炉系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其能够降低窑炉建造成本并能够减少烟气中的二氧化碳含量。

根据本发明的方案，提供一种结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，包括陶瓷窑炉以及至少二个燃烧器模组，陶瓷窑炉沿纵向方向分为冷却段、燃烧段以及预热段，冷却段与燃烧段之间设置第一阻火墙，燃烧段与预热段之间设置第二阻火墙，至少二个燃烧器模组间隔连接至陶瓷窑炉的侧壁。每个燃烧器模组包括：至少一个烧嘴、引射混合器、第一连接管和第二连接管。其中，至少一个烧嘴设置于陶瓷窑炉的侧壁上用于将燃气混合气喷射至燃烧段内燃烧以加热陶瓷窑炉内的陶瓷。引射混合器包括设于一端壁的助燃混合气入口、设于另一端壁的燃气混合气出口、设于侧壁的生物质气入口以及自助燃混合气入口向引射混合器内部延伸的引射管，引射管呈渐缩状使得在高速流入引射混合器内的助燃混合气形成的负压作用下从生物质气入口吸入生物质气，从而生物质气与助燃混合气在引射混合器内形成燃气混合气。第一连接管连通引射混合器的燃气混合气出口与至少一个烧嘴以将燃气混合气输送至至少一个烧嘴，第二连接管连通引射混合器的助燃混合气入口与总风管以将总风管内的助燃混合气输送至引射混合器。

可选择地，每个燃烧器模组进一步包括设置于第二连接管中用于控制助燃混合气流量的送风调节阀。

可选择地，每个燃烧器模组进一步包括邻近至少一个烧嘴设置于第一连接管中的用于使燃气混合气旋转混合的叶轮。

可选择地，每个燃烧器模组包括间隔设置的三个烧嘴，每个烧嘴分别通过支管与第一连接管连通。根据需要，每个燃烧器模组可以包括一个、二个或者三个以上的烧嘴。

优选地，引射混合器的引射管末端与一端壁之间的距离大于生物质气入口与一端壁之间的距离。

可选择地，模块式陶瓷窑炉节能系统进一步包括生物质气化炉，生物质气化炉的生物质气出口通过管线分别与每个燃烧器模组的引射混合器的生物质气入口相连以将生物质气化炉内生成的生物质气输送至每个燃烧器模组。

可选择的，生物质气化炉选用下吸式固定床气化炉，在下吸式固定床气化炉中，生物质原料从气化炉顶部的加料口送入，气化剂由炉体侧面的进气口进入炉内参与反应，反应产生的气体自上向下流动，最后由气化炉底部的燃气出口排出。其中，生物质的反应过程从上到下依次包括干燥层、热解层、还原层、氧化层。

其中，生物质气是以生物质为原料，以空气作为气化剂，在高温条件下通过热化学反应，将生物质中可燃的部分转化成的可燃气，气体主要成分包括H₂、CH₄和CO等。

可选择地，制备生物质气的生物质燃料可以为农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等。

可选择地，模块式陶瓷窑炉节能系统进一步包括空烟混合器，空烟混合器包括高温烟气入口、预热空气入口以及助燃混合气出口，高温烟气入口与陶瓷窑炉的预热段连通以将预热段内部分的高温低氧烟气回流至空烟混合器内，预热空气入口与陶瓷窑炉的冷却段连通以将冷却风与陶瓷换热后形成的预热空气输送至空烟混合器内，助燃混合气出口通过管线与总风管连通以将预热空气与高温低氧烟气混合形成的助燃混合气输送至总风管。

可选择地，陶瓷窑炉的预热段设有高温烟气出口和回流烟气出口，高温烟气出口通过烟气管道连接至烟囱，回流烟气出口通过管线与空烟混合器的高温烟气入口连通。

优选地，回流至空烟混合器内的高温低氧烟气以体积百分比计为预热段内的烟气总量的20％～30％。

优选地，来自预热段内的高温低氧烟气的含氧量以体积百分比计为10～15％，温度为250～350摄氏度。

可选择地，陶瓷窑炉的冷却段设有冷却风入口和预热空气出口，冷却风入口与第一风机相连，预热空气出口通过管线与空烟混合器的预热空气入口连通。

可选择地，预热空气出口与空烟混合器的预热空气入口之间的管线中设有第二风机。

可选择地，回流烟气出口与空烟混合器的高温烟气入口之间的管线中设有第三风机。

可选择地，空烟混合器的助燃混合气出口与总风管之间的管线中设有第四风机。

可选择地，送风调节阀可以为电磁控制阀、液压控制阀或其它类型的控制阀。

本发明的有益效果是：(1)、本发明采用模块式燃烧器组件，一方面能够调节对应的送风调节阀实现窑炉内各区段精确温度控制，另一方面能够根据窑炉的规模大小随意地增加或减少燃烧器组件，这有利于降低设备成本并简化建造工艺；(2)、本发明采用生物质气化炉生成的生物质气作为燃料，绿色环保；(3)、采用来自预热段的低氧高温烟气与来自冷却段的预热风混合后助燃，能够提高燃烧效率并显著减少排放烟气中的二氧化碳含量，同时，高温烟气及预热空气混合气体助燃还能起到节能和降低氮氧化物的作用；(4)、由于生物质气是通过助燃混合气流形成的负压作用吸入引射混合器的，因此通过送风调节阀调节第二连接管中的助燃混合气的流量，同时就可以调节从生物质气入口吸入的生物质气的流量，从而简便地实现了生物质气与助燃混合气同步调节的目的，避免生物质气与助燃混合气的空燃比失调，提高燃烧效率。

附图说明

图1示出了本发明结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统的构造示意图。

图2示出了本发明中引射混合器的构造示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的一种实施方式，结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统包括：陶瓷窑炉100以及三个燃烧器模组200。

其中，陶瓷窑炉100沿纵向方向分为冷却段110、燃烧段120以及预热段130，冷却段110与燃烧段120之间设置第一阻火墙121，燃烧段120与预热段130之间设置三个第二阻火墙122，三个燃烧器模组200等间隔连接至陶瓷窑炉100的侧壁。

其中，三个燃烧器模组200均采用相同的构造，下文以其中一个燃烧器模组200举例进行说明。

燃烧器模组200包括：三个烧嘴210、引射混合器220、第一连接管230和第二连接管240。三个烧嘴210分别通过支管(图未示)与第一连接管230连通，三个烧嘴210等间隔设置于陶瓷窑炉100的侧壁上，用于将燃气混合气喷射至燃烧段120内燃烧以加热陶瓷窑炉100内的陶瓷400。

图2示出了本发明中引射混合器220的剖面示意图，由图2所示，引射混合器220包括设于一端壁225的助燃混合气入口221、设于另一端壁226的燃气混合气出口222、设于侧壁227的生物质气入口223以及自助燃混合气入口221向引射混合器220内部延伸的引射管224。引射管224呈渐缩状使得在高速流入引射混合器220内的助燃混合气形成的负压作用下从生物质气入口223吸入生物质气，从而生物质气与助燃混合气在引射混合器220内形成燃气混合气。

其中，第一连接管230连通引射混合器220的燃气混合气出口222与三个烧嘴210以将燃气混合气输送至烧嘴210。第二连接管240连通引射混合器220的助燃混合气入口221与总风管500以将总风管500内的助燃混合气输送至引射混合器220。

每个燃烧器模组200进一步包括叶轮231以及送风调节阀241。叶轮231邻近烧嘴210设置于第一连接管230中以用于使燃气混合气旋转混合。送风调节阀241设置于第二连接管240中以用于控制助燃混合气流量。在该非限制性实施方式中，送风调节阀241为电磁控制阀。

在该非限制性实施方式中，引射混合器220的引射管224的末端与一端壁225之间的距离约为引射混合器220的侧壁227长度的三分之一，生物质气入口223与引射混合器220的一端壁225之间的距离约为引射混合器220的侧壁227长度的五分之一。

其中，该模块式陶瓷窑炉节能系统进一步包括生物质气化炉600，生物质气化炉600的生物质气出口610通过管线分别与每个燃烧器模组200的引射混合器220的生物质气入口223相连以将生物质气化炉600内生成的生物质气输送至每个燃烧器模组200。在该非限制性实施方式中，生物质气化炉600采用的是下吸式固定床气化炉。

其中，该模块式陶瓷窑炉节能系统进一步包括空烟混合器700。空烟混合器700包括高温烟气入口710、预热空气入口720以及助燃混合气出口730。高温烟气入口710与陶瓷窑炉100的预热段130连通以将预热段130内部分的高温低氧烟气回流至空烟混合器700内，预热空气入口720与陶瓷窑炉100的冷却段110连通以将冷却风与陶瓷400换热后形成的预热空气输送至空烟混合器700内，助燃混合气出口730通过管线与总风管500连通以将预热空气与高温低氧烟气混合形成的助燃混合气输送至总风管500。

其中，陶瓷窑炉100的预热段130设有高温烟气出口131和回流烟气出口132，高温烟气出口131通过烟气管道(未标号)连接至烟囱(图未示)，回流烟气出口132通过管线与空烟混合器700的高温烟气入口710连通。在该非限制性实施方式中，来自预热段130内的高温低氧烟气的含氧量以体积百分比计约为12％，温度约为300摄氏度。回流至空烟混合器700内的高温低氧烟气以体积百分比计为预热段130内的烟气总量的约25％。

陶瓷窑炉100的冷却段110设有冷却风入口111和预热空气出口112，冷却风入口111与第一风机113相连，预热空气出口112通过管线与空烟混合器700的预热空气入口720连通，预热空气出口112与空烟混合器700的预热空气入口720之间的管线中设有第二风机114。

在该非限制性实施方式中，回流烟气出口132与空烟混合器700的高温烟气入口710之间的管线中设有第三风机133，空烟混合器700的助燃混合气出口730与总风管500之间的管线中设有第四风机750，用于将高温烟气及预热空气抽吸混合后送入总风管500。

根据本发明的模块式陶瓷窑炉节能系统，来自陶瓷窑炉100的预热段130的高温低氧烟气与来自陶瓷窑炉100的冷却段110的预热空气在空烟混合器700中混合，形成的助燃混合气通过管道输送至总风管500，总风管500内的助燃混合气通过第二连接管240输送至引射混合器220中，助燃混合气形成的负压作用吸入来自生物质气入口233中的生物质气，混合形成的燃气混合气通过第一连接管230输送至烧嘴210进入陶瓷窑炉100的燃烧段120内燃烧加热陶瓷400。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。例如，可以根据具体使用条件变换燃烧器模组数量，或者，本系统可以不包括生物质气化炉，而是直接采用其它系统供给的生物质气。此外，系统各处的温度或压力等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。

Claims (8)

1.一种结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，包括陶瓷窑炉以及至少二个燃烧器模组，所述陶瓷窑炉沿纵向方向分为冷却段、燃烧段以及预热段，所述冷却段与所述燃烧段之间设置第一阻火墙，所述燃烧段与所述预热段之间设置第二阻火墙，所述至少二个燃烧器模组间隔连接至所述陶瓷窑炉的侧壁；

其特征在于，每个所述燃烧器模组包括：

至少一个烧嘴，所述至少一个烧嘴设置于所述陶瓷窑炉的侧壁上用于将燃气混合气喷射至所述燃烧段内燃烧以加热所述陶瓷窑炉内的陶瓷；

引射混合器，所述引射混合器包括设于一端壁的助燃混合气入口、设于另一端壁的燃气混合气出口、设于侧壁的生物质气入口以及自所述助燃混合气入口向所述引射混合器内部延伸的引射管，所述引射管呈渐缩状使得在高速流入所述引射混合器内的助燃混合气形成的负压作用下从所述生物质气入口吸入生物质气，从而生物质气与助燃混合气在所述引射混合器内形成燃气混合气；

第一连接管，所述第一连接管连通所述引射混合器的所述燃气混合气出口与所述至少一个烧嘴以将燃气混合气输送至所述至少一个烧嘴；以及

第二连接管，所述第二连接管连通所述引射混合器的所述助燃混合气入口与总风管以将所述总风管内的助燃混合气输送至所述引射混合器；

其中，所述结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统进一步包括生物质气化炉和空烟混合器；所述生物质气化炉的生物质气出口通过管线分别与每个所述燃烧器模组的所述引射混合器的所述生物质气入口相连以将所述生物质气化炉内生成的生物质气输送至每个所述燃烧器模组；所述空烟混合器包括高温烟气入口、预热空气入口以及助燃混合气出口，所述高温烟气入口与所述陶瓷窑炉的所述预热段连通以将所述预热段内部分的高温低氧烟气回流至所述空烟混合器内，所述预热空气入口与所述陶瓷窑炉的所述冷却段连通以将冷却风与陶瓷换热后形成的预热空气输送至所述空烟混合器内，所述助燃混合气出口通过管线与所述总风管连通以将预热空气与高温低氧烟气混合形成的助燃混合气输送至所述总风管。

2.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，每个所述燃烧器模组进一步包括设置于所述第二连接管中用于控制助燃混合气流量的送风调节阀。

3.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，每个所述燃烧器模组进一步包括邻近所述至少一个烧嘴设置于所述第一连接管中的用于使燃气混合气旋转混合的叶轮。

4.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，每个所述燃烧器模组包括间隔设置的三个烧嘴，每个烧嘴分别通过支管与所述第一连接管连通。

5.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，所述引射混合器的所述引射管末端与所述一端壁之间的距离大于所述生物质气入口与所述一端壁之间的距离。

6.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，回流至所述空烟混合器内的高温低氧烟气以体积百分比计为所述预热段内的烟气总量的20％～30％。

7.如权利要求6所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，所述陶瓷窑炉的所述预热段设有高温烟气出口和回流烟气出口，所述高温烟气出口通过烟气管道连接至烟囱，所述回流烟气出口通过管线与所述空烟混合器的所述高温烟气入口连通。

8.如权利要求1所述的结合生物质气化炉的模块式陶瓷窑炉节能系统，其特征在于，所述陶瓷窑炉的所述冷却段设有冷却风入口和预热空气出口，所述冷却风入口与第一风机相连，所述预热空气出口通过管线与所述空烟混合器的所述预热空气入口连通。