CN106678779A - 生物质成型燃料气化燃烧一体化装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，该装备包括上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统，上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统依次密闭连接；气化燃烧系统包括依次连接的主料仓、下料井、气化仓、气化仓清料装置和气化预压仓，主料仓还连接有增压供风装置，气化仓外还设置有气化仓隔热上腔和气化仓隔热下腔，气化仓隔热上腔连接有供氧供风装置，气化仓隔热下腔连接有气化供风装置。本发明的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备能够保证气化仓的可燃气不能通过下料井，解决可燃气外泄的问题，同时能最大程度利用了气化过程中的余热，大大提高气化仓、混合腔和燃烧腔的工作环境温度，也延缓了整体装备的使用寿命。

Description

生物质成型燃料气化燃烧一体化装备

技术领域

本发明涉及生物质燃料燃烧设备技术领域，尤其涉及一种生物质成型燃料气化燃烧一体化装备。

背景技术

我国由于属于农业大国，各种生物质废料在完成农业活动后被随意丢弃。如何利用这些生物质废料实现能源再生和利用是缓解能源危机，减少环境污染的一种有效方式。利用生物质燃烧机对生物质进行处理已经成为本领域技术人员常用的技术手段，申请号为201510290427.4的中国专利公开了一种生物质处理系统，包括处理装置，处理装置包括上下连接的气化仓及气化预压仓，气化仓与气化预压仓之间设有网孔板；气化仓外壁缠有废热回收管，废热回收管一端连接至气化风机，废热回收管另一端连接至气化预压仓；气化仓旁侧的出气口连接可燃气通道的一端。

上述专利公开的生物质处理系统虽然能够实现对生物质的处理，并产生可燃气在燃烧腔内燃烧，但是上述的生物质燃烧器存在如下几点问题：

1)主料仓和气化仓是通过下料井连通，燃料是通过料仓阀门的启闭来控制进入气化仓，设备正常运行时，料仓阀门是开启状态，燃料气化过程中会产生热能，热量会通过下料井进入到主料仓，在下料井处对燃料形成早期衍化膨胀，对下料井产生堵塞；

2)可燃气外泄情况严重，下料井与气化仓连通，当燃料从主料仓进入下料井时，料仓闸门开启，气化仓内的可燃气能够进入主料仓，进而经上料装置外泄，降低了可燃气利用的效率，同时增加了设备燃烧运行时的危险；

3)热量回收冷却效率低，上述专利仅利用缠绕的废热回收管回收气化仓外的热量，将其回收利用再次进入气化仓内，未能实现充分回收利用气化仓产生的热能，造成能源浪费及增加了高温环境下对气化仓等装置的损耗。

针对现有生物质燃烧处理系统存在的种种问题，获得一种解决生物质燃料在设备内气化后可燃气外泄及充分回收利用热量的新的、高效的、合理的技术方案成为本领域技术人员始终探索和试验的目标。

发明内容

为解决现有的生物质处理系统存在的缺陷，本发明提供了一种生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，实现一体化解决可燃气外泄及热量充分回收利用等技术目的。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，该设备包括上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统，上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统依次密闭连接；气化燃烧系统包括依次连接的主料仓、下料井、气化仓、气化仓清料装置和气化预压仓，主料仓还连接有增压供风装置，下料井与气化仓之间设置有料仓闸门机构，气化仓一侧通过可燃气通道与炉嘴燃烧装置连接；气化仓外还设置有气化仓隔热上腔和气化仓隔热下腔，气化仓隔热上腔连接有供氧供风装置，气化仓隔热下腔连接有气化供风装置。增压供风装置使主料仓空气呈正压状态，阻碍气化仓内的可燃气体和热量通过下料井溢出，提供设备的安全性和工作效率，供氧供风装置利用气化仓外壁的热量加热后用于燃烧的空气，大大提高燃烧效率，气化供风装置的空气经过气化仓隔热下腔加热后再通过气化预压仓透过气化仓清理装置进入气化仓内，保持了气化仓内温度恒定，减少设备损坏，延长使用寿命。气化仓内位于可燃气通道口处安装挡料装置，挡料装置为一竖板，挡料装置距可燃气通道端口的距离根据生物质成型燃料的大小进行有效调整、改变。该挡料装置将生物质颗粒阻挡在气化仓内，防止生物质颗粒随可燃气进入到可燃气通道中，避免生物质燃料燃烧不充分的情况发生。

进一步地，增压供风装置包括增压风机、第一管道和安装在第一管道上的增压启闭阀门，第一管道的一端与增压风机连接，另一端与主料仓连通。使主料仓内空气呈正压状态，阻隔因气化风机对从气化仓底部供风造成可燃气体和热量从顶部主料仓溢出的现象，保证下料井处于常温状态。

进一步地，供氧供风装置包括供氧风机、第二管道和安装在第二管道上的供氧启闭阀门，第二管道的一端与供氧风机连接，另一端与气化仓隔热上腔连接。供燃烧的空气经气化仓隔热上腔加热后燃烧，提高了燃烧效率。

进一步地，炉嘴燃烧装置与气化仓隔热上腔连通，并位于第二管道与气化仓隔热上腔连接处的相对设置，其包括空气室、混合腔、燃烧腔和燃烧嘴；燃烧腔为一锥筒，宽口端与空气室一端密封连接，空气室为一圆筒，其另一端与气化仓的可燃气通道连接，混合腔设置在空气室内，呈锥形筒状，窄口朝向气化仓内。

进一步地，气化供风装置包括气化风机、第三管道和安装在第三管道上的气化启闭阀门，第三管道的一端与气化风机连接，另一端与气化仓隔热下腔连接。利用气化仓外辐射的热量加热空气，节能效果明显。

进一步地，气化仓隔热下腔通过预压仓导向管与气化预压仓连接。将气化仓隔热下腔和气化预压仓连通，气化供风装置产生的空气依次经过气化仓隔热下腔和预压仓导向管后进入气化预压仓，再透过气化仓清理装置从下至上进入气化仓内。

进一步地，上料装置包括上料上仓和上料下仓，上料上仓与上料下仓之间设置有上料上仓闸门机构，上料下仓与主料仓连接，上料下仓与主料仓之间设置有上料下仓闸门机构。多层上料仓结构保证气化仓内可燃气体无法直接溢出，安全可靠。

进一步地，残料收集冷却系统安装在气化燃烧系统末端，其包括依次连接的冷却仓、冷却仓闸门机构和残料排出口，冷却仓与气化预压仓之间设置有气化预压仓闸门机构。多层密闭、定期清理的残料收集冷却系统保证设备能够连续运行。

通过采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备中的增压供风装置能够保持主料仓的气压略微大于气化仓内的气压，保证气化仓的可燃气不能通过下料井，解决可燃气外泄和下料井堵塞的问题；供氧供风装置及气化供风装置既能最大程度利用了气化过程中的余热，又大大提高了气化仓、混合腔和燃烧腔工作的环境温度，也延缓了整体装备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，11、上料上仓；111、上料上仓闸门机构；112、进料位开关；12、上料下仓；121、上料下仓闸门机构；21、主料仓；211、料位上限开关；212、料位下限开关；22、下料井；221、料仓闸门机构；23、气化仓；231、可燃气通道；232、气化仓隔热上腔；233、气化仓隔热下腔；234、预压仓导向管；235、高温浇注保温层；236、挡料装置；24、气化仓清理装置；25、气化预压仓；26、增压供风装置；261、增压风机；262、第一管道；263、增压启闭阀门；27、炉嘴燃烧装置；271、空气室；272、混合腔；273、燃烧腔；274、燃烧嘴；28、供氧供风装置；281、供氧风机；282、第二管道；283、供风启闭阀门；29、气化供风装置；291、气化风机；292、第三管道；293、气化启闭阀门；31、冷却仓；311、气化预压仓闸门机构；32、冷却仓闸门机构；33、残料排出口；4、液压泵；5、机架。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。如图1所示，生物质成型燃料气化燃烧一体化设备，它包括上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统，上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统依次密闭连接。

其中，上料系统包括上料上仓11和上料下仓12，在上料上仓11与上料下仓12之间设置有上料上仓闸门机构111，上料下仓12与气化燃烧系统的主料仓21连接，在上料下仓12和主料仓21之间设置有上料下仓闸门机构121。生物质颗粒通过外部的上料装置进入上料上仓11时，上料上仓闸门机构111和上料下仓闸门机构121是关闭状态。上料上仓11设置有进料位开关112，可进行料位控制，当生物质颗粒在上料上仓11进料到位时，上料停止，上料上仓闸门机构111打开，待上料上仓11内的生物质颗粒全部落入上料下仓12内后，上料上仓闸门机构111关闭，上料下仓闸门机构121打开，待上料下仓12内的生物质颗粒落入主料仓21后关闭上料下仓闸门机构121。保证设备在工作状态下不了过程中各仓处于密闭状态。

气化燃烧系统包括依次连接的主料仓21、下料井22、气化仓23、气化仓清料装置24和气化预压仓25，主料仓21还连接有增压供风装置26，在下料井22与气化仓23之间设置有料仓闸门机构221，在气化仓23一侧通过可燃气通道231与炉嘴燃烧装置27连接，气化仓23外包裹有高温浇注保温层235，在高温浇注保温层235的外侧设置有气化仓隔热上腔232和气化仓隔热下腔233，气化仓隔热上腔232连接有供氧供风装置28，气化仓隔热下233连接有气化供风装置29，气化仓隔热下腔233通过预压仓导向管234与气化预压仓25连接，气化仓23与气化预压仓25之间安装有气化仓清理装置24，为一活动炉排，将气化仓23残料定期排入气化预压仓25内进而进入底部的残料收集冷却系统内，炉排中间留有缝隙，便于透过气化空气。气化仓23内位于可燃气通道231端口处安装挡料装置236，挡料装置236为一竖板，挡料装置236距可燃气通道端口的距离根据生物质成型燃料的大小进行有效调整、改变。该挡料装置236将生物质颗粒阻挡在气化仓23内，防止生物质颗粒随可燃气进入到可燃气通道231中，并允许过滤后的可燃气从挡料装置236与气化仓23之间的缝隙通过，避免了生物质成型燃料燃烧不充分的情况发生。

主料仓21的顶部和底部设置有料位上限开关211和料位下限开关212，检测和控制主料仓21的生物质颗粒料位，保证设备能够连续运行。生物质颗粒通过上料系统进入主料仓21，当生物质颗粒在主料仓21进料到位时，上料系统停止工作；当了主料仓21缺料时，上料装置开始工作给主料仓21进行补料。料仓闸门机构221控制生物质颗粒通过下料井22进入气化仓23。工作状态时，料仓闸门机构221完全打开，其只在开、停机时进行开启和闭合动作，此时主料仓21与气化仓23是连通的，生物质颗粒靠自身重力对气化仓23进行自动补给，气化仓23在工作状态时仓内完全充盈生物质颗粒。

增压供风装置26包括增压风机261、第一管道262和安装在第一管道262上的启闭阀门263，第一管道262的一端与增压风机261连接，另一端与主料仓21连通；供氧供风装置28包括供氧风机281、第二管道282和安装在第二管道282上的启闭阀门283，第二管道282的一端与供氧风机281连接，另一端与气化仓隔热上腔232连接；气化供风装置29包括气化风机291、第三管道292和安装在第三管道292上的启闭阀门293，第三管道292的一端与气化风机291连接，另一端与气化仓隔热下腔233连接。

当机器启动时，增压风机装置26的启闭阀门263打开，增压风机261启动，保证主料仓21内为正压状态。当机器停止时，增压风机261停止工作，启闭阀门263关闭。增压风机261的风量大小是根据气化风机291风量的大小正比例匹配，保持主料仓21的气压略微大于气化仓23内的气压，保证气化仓23内的可燃气不能上升通过下料井22。

气化风机291通过第三管道292连接至气化仓隔热下腔233，当机器启动时，启闭阀门293打开，气化风机291启动，保证气化仓23内为正压状态。当机器停止时，气化风机291停止工作，启闭阀门293关闭。气化仓隔热下腔233通过预压仓导向管234与气化预压仓25连通，空气通过气化仓隔热下腔233变成热空气后进入气化预热仓25再向上运动，透过气化仓清料装置24进入气化仓23，使生物质燃料在气化仓23内底部剧烈氧化反应产生可燃气，可燃气向上运动进入可燃气通道231。气化风机291风量的大小与可燃气浓度大小成正比。气化供风装置29产生的空气依次经过气化仓隔热下腔233和预压仓导向管234后进入气化预压仓25，再透过气化仓清理装置24从下至上进入气化仓23内。

炉嘴燃烧装置27还与气化仓隔热上腔232连通，并位于第二管道282与气化仓隔热上腔233连接处的相对设置，其包括空气室271、混合腔272、燃烧腔273和燃烧嘴274；燃烧腔273为一锥筒，宽口端与空气室271一端密封连接，空气室271与燃烧腔273之间设置有带网孔的环形板，空气室271为一圆筒，其另一端与气化仓23的可燃气通道231连接，混合腔272设置在空气室271内，为一呈锥形筒状的网筒，窄口朝向气化仓23内。

空气经供氧供风装置28的供氧风机281通过第二管道282连接至气化仓隔热上腔232，吸收气化仓23外壁预热后变成热空气进入空气室271，当设备启动时，启闭阀门283打开，供氧风机281启动，保证空气室271内在正压状态；当设备停止时，供氧风机281待燃烧冷却后停止工作，启闭阀门283关闭。随后热空气一部分空气通过混合腔272的锥形网筒上的网孔在混合腔272内为可燃气提供氧气，形成混合气体进行燃烧，一部分空气通过空气室271与燃烧腔273之间的环形板上的网孔二次补充入燃烧腔273里实现充分燃烧。因混合腔272嵌套在空气室271内部并为圆锥状，同时燃烧腔273也是圆锥状，两者的底部及圆锥状的底部相互连通，形成一个中间大两头小的腔体形状，该形状的主要作用是，增强内部混合和燃烧的空间，延长氧气与燃烧气体的混合时间，实现充分混合作用，同时还减少了回火现象，避免燃烧时火焰进入燃气管道内引起爆燃现象。其中，供氧供风装置28回收气化仓23外热量，热空气为生物质可燃气提供富氧环境进行充分燃烧。

本发明的设备燃烧三个阶段，由PLC智能控制，分步梯级完成步骤如下：

第一阶段为控氧燃烧，在气化仓23内进行，温度达600-1000℃；

第二阶段为富氧燃烧，在混合腔272及燃烧腔273内进行，温度达1000-1200℃；

第三阶段为完全燃烧，在燃烧嘴外进行，温度达1200-1500℃。

整个燃烧过程无烟、无尘、无味，清洁环保。

燃烧后的生物质颗粒经残料冷却收集系统处理，残料收集冷却系统安装在气化燃烧系统末端，其包括依次连接的冷却仓31、冷却仓闸门机构32和残料排出口33，冷却仓31与气化预压仓25之间设置有气化预压仓闸门机构311，并密封连接。当气化预压仓25内生物质燃料氧化反应后的残渣和粉尘积余到一定数量后，打开气化预压仓闸门机构311，让残渣和粉尘进入冷却仓31内。当残渣和粉尘冷却到常温状态后，打开冷却仓闸门机构32，通过残料排出口33排出。确保气化仓23、气化预压仓25和主料仓21在工作状态时处于正压密闭状态，及整体设备能满足全天候连续作业的需求。

本发明的生物质燃料气化燃烧设备中的上料上仓闸门机构111、上料下仓闸门机构121、料仓闸门机构221、气化预压仓闸门机构311和冷却仓闸门机构32均为液压元件，分别与液压泵4连接，由液压泵4提供动力。气化风机291和供氧风机281所供的空气经过气化仓23外的气化仓隔热上腔232和气化仓隔热下腔233预热的热空气，既能最大程度利用了气化过程中的余热，又大大提高了气化仓23、混合腔272和燃烧腔273工作的环境温度，也延缓了整体设备的使用寿命。如图1所示，本发明的大部分装置固定在机架5上，方便各零部件的安装和分布。

显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，该装备包括上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统，其特征在于，上料系统、气化燃烧系统和残料收集冷却系统依次密闭连接，所述气化燃烧系统包括依次连接的主料仓(21)、下料井(22)、气化仓(23)、气化仓清料装置(24)和气化预压仓(25)，所述主料仓连接有增压供风装置(26)，所述下料井与气化仓之间设置有料仓闸门机构(221)；所述气化仓一侧通过可燃气通道(231)与炉嘴燃烧装置(27)连接，气化仓外还设置有气化仓隔热上腔(232)和气化仓隔热下腔(233)，所述气化仓隔热上腔连接有供氧供风装置(28)，气化仓隔热下腔连接有气化供风装置(29)，气化仓内位于可燃气通道口处安装有挡料装置(236)，挡料装置为一竖板，挡料装置距可燃气通道端口的距离根据生物质成型燃料的大小进行有效调整、改变。

2.根据权利要求1所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述增压供风装置包括增压风机(261)、第一管道(262)和安装在第一管道上的增压启闭阀门(263)，第一管道的一端与增压风机连接，另一端与主料仓连通。

3.根据权利要求1所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述供氧供风装置包括供氧风机(281)、第二管道(282)和安装在第二管道上的供氧启闭阀门(283)，第二管道的一端与供氧风机连接，另一端与气化仓隔热上腔连接。

4.根据权利要求3所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述炉嘴燃烧装置与气化仓隔热上腔连通，并位于第二管道与气化仓隔热上腔连接处的相对设置，其包括空气室(271)、混合腔(272)、燃烧腔(273)和燃烧嘴(274)；燃烧腔为一锥筒，宽口端与空气室一端密封连接，空气室为一圆筒，其另一端与气化仓的可燃气通道连接，混合腔设置在空气室内，呈锥形筒状，窄口朝向气化仓内。

5.根据权利要求1所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述气化供风装置包括气化风机(291)、第三管道(292)和安装在第三管道上的气化启闭阀门(293)，第三管道的一端与气化风机连接，另一端与气化仓隔热下腔连接。

6.根据权利要求1或5所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述气化仓隔热下腔通过预压仓导向管(234)与气化预压仓连接，气化供风装置产生的空气依次经过气化仓隔热下腔和预压仓导向管后进入气化预压仓，再透过气化仓清理装置从下至上进入气化仓内。

7.根据权利要求1所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述上料装置包括上料上仓(11)和上料下仓(12)，上料上仓与上料下仓之间设置有上料上仓闸门机构(111)，上料下仓与气化燃烧系统的主料仓连接，上料下仓与主料仓之间设置有上料下仓闸门机构(121)，上述各闸门机构闭合后，各仓为密闭独立体。

8.根据权利要求1所述的生物质成型燃料气化燃烧一体化装备，其特征在于，所述残料收集冷却系统安装在气化燃烧系统末端，其包括依次连接的冷却仓(31)、冷却仓闸门机构(32)和残料排出口(33)，冷却仓与气化预压仓之间设置有气化预压仓闸门机构(311)。