生物質成型燃料氣化燃燒一體化裝備的製作方法

2023-05-16 12:23:27

本實用新型涉及生物質燃料燃燒設備技術領域，尤其涉及一種生物質成型燃料氣化燃燒一體化裝備。

背景技術：

我國由於屬於農業大國，各種生物質廢料在完成農業活動後被隨意丟棄。如何利用這些生物質廢料實現能源再生和利用是緩解能源危機，減少環境汙染的一種有效方式。利用生物質燃燒機對生物質進行處理已經成為本領域技術人員常用的技術手段，申請號為201510290427.4的中國專利公開了一種生物質處理系統，包括處理裝置，處理裝置包括上下連接的氣化倉及氣化預壓倉，氣化倉與氣化預壓倉之間設有網孔板；氣化倉外壁纏有廢熱回收管，廢熱回收管一端連接至氣化風機，廢熱回收管另一端連接至氣化預壓倉；氣化倉旁側的出氣口連接可燃氣通道的一端。

上述專利公開的生物質處理系統雖然能夠實現對生物質的處理，並產生可燃氣在燃燒腔內燃燒，但是上述的生物質燃燒器存在如下幾點問題：

1)主料倉和氣化倉是通過下料井連通，燃料是通過料倉閥門的啟閉來控制進入氣化倉，設備正常運行時，料倉閥門是開啟狀態，燃料氣化過程中會產生熱能，熱量會通過下料井進入到主料倉，在下料井處對燃料形成早期衍化膨脹，對下料井產生堵塞；

2)可燃氣外洩情況嚴重，下料井與氣化倉連通，當燃料從主料倉進入下料井時，料倉閘門開啟，氣化倉內的可燃氣能夠進入主料倉，進而經上料裝置外洩，降低了可燃氣利用的效率，同時增加了設備燃燒運行時的危險；

3)熱量回收冷卻效率低，上述專利僅利用纏繞的廢熱回收管回收氣化倉外的熱量，將其回收利用再次進入氣化倉內，未能實現充分回收利用氣化倉產生的熱能，造成能源浪費及增加了高溫環境下對氣化倉等裝置的損耗。

針對現有生物質燃燒處理系統存在的種種問題，獲得一種解決生物質燃料在設備內氣化後可燃氣外洩及充分回收利用熱量的新的、高效的、合理的技術方案成為本領域技術人員始終探索和試驗的目標。

技術實現要素：

為解決現有的生物質處理系統存在的缺陷，本實用新型提供了一種生物質成型燃料氣化燃燒一體化裝備，實現一體化解決可燃氣外洩及熱量充分回收利用等技術目的。

為達到上述目的，本實用新型通過以下技術方案來實現。

一種生物質成型燃料氣化燃燒一體化裝備，該設備包括上料系統、氣化燃燒系統和殘料收集冷卻系統，上料系統、氣化燃燒系統和殘料收集冷卻系統依次密閉連接；氣化燃燒系統包括依次連接的主料倉、下料井、氣化倉、氣化倉清料裝置和氣化預壓倉，主料倉還連接有增壓供風裝置，下料井與氣化倉之間設置有料倉閘門機構，氣化倉一側通過可燃氣通道與爐嘴燃燒裝置連接；氣化倉外還設置有氣化倉隔熱上腔和氣化倉隔熱下腔，氣化倉隔熱上腔連接有供氧供風裝置，氣化倉隔熱下腔連接有氣化供風裝置。增壓供風裝置使主料倉空氣呈正壓狀態，阻礙氣化倉內的可燃氣體和熱量通過下料井溢出，提供設備的安全性和工作效率，供氧供風裝置利用氣化倉外壁的熱量加熱後用於燃燒的空氣，大大提高燃燒效率，氣化供風裝置的空氣經過氣化倉隔熱下腔加熱後再通過氣化預壓倉透過氣化倉清理裝置進入氣化倉內，保持了氣化倉內溫度恆定，減少設備損壞，延長使用壽命。氣化倉內位於可燃氣通道口處安裝擋料裝置，擋料裝置為一豎板，擋料裝置距可燃氣通道埠的距離根據生物質成型燃料的大小進行有效調整、改變。該擋料裝置將生物質顆粒阻擋在氣化倉內，防止生物質顆粒隨可燃氣進入到可燃氣通道中，避免生物質燃料燃燒不充分的情況發生。

進一步地，增壓供風裝置包括增壓風機、第一管道和安裝在第一管道上的增壓啟閉閥門，第一管道的一端與增壓風機連接，另一端與主料倉連通。使主料倉內空氣呈正壓狀態，阻隔因氣化風機對從氣化倉底部供風造成可燃氣體和熱量從頂部主料倉溢出的現象，保證下料井處於常溫狀態。

進一步地，供氧供風裝置包括供氧風機、第二管道和安裝在第二管道上的供氧啟閉閥門，第二管道的一端與供氧風機連接，另一端與氣化倉隔熱上腔連接。供燃燒的空氣經氣化倉隔熱上腔加熱後燃燒，提高了燃燒效率。

進一步地，爐嘴燃燒裝置與氣化倉隔熱上腔連通，並位於第二管道與氣化倉隔熱上腔連接處的相對設置，其包括空氣室、混合腔、燃燒腔和燃燒嘴；燃燒腔為一錐筒，寬口端與空氣室一端密封連接，空氣室為一圓筒，其另一端與氣化倉的可燃氣通道連接，混合腔設置在空氣室內，呈錐形筒狀，窄口朝向氣化倉內。

進一步地，氣化供風裝置包括氣化風機、第三管道和安裝在第三管道上的氣化啟閉閥門，第三管道的一端與氣化風機連接，另一端與氣化倉隔熱下腔連接。利用氣化倉外輻射的熱量加熱空氣，節能效果明顯。

進一步地，氣化倉隔熱下腔通過預壓倉導向管與氣化預壓倉連接。將氣化倉隔熱下腔和氣化預壓倉連通，氣化供風裝置產生的空氣依次經過氣化倉隔熱下腔和預壓倉導向管後進入氣化預壓倉，再透過氣化倉清理裝置從下至上進入氣化倉內。

進一步地，上料裝置包括上料上倉和上料下倉，上料上倉與上料下倉之間設置有上料上倉閘門機構，上料下倉與主料倉連接，上料下倉與主料倉之間設置有上料下倉閘門機構。多層上料倉結構保證氣化倉內可燃氣體無法直接溢出，安全可靠。

進一步地，殘料收集冷卻系統安裝在氣化燃燒系統末端，其包括依次連接的冷卻倉、冷卻倉閘門機構和殘料排出口，冷卻倉與氣化預壓倉之間設置有氣化預壓倉閘門機構。多層密閉、定期清理的殘料收集冷卻系統保證設備能夠連續運行。

通過採用上述技術方案，本實用新型與現有技術相比，本實用新型的生物質成型燃料氣化燃燒一體化裝備中的增壓供風裝置能夠保持主料倉的氣壓略微大於氣化倉內的氣壓，保證氣化倉的可燃氣不能通過下料井，解決可燃氣外洩和下料井堵塞的問題；供氧供風裝置及氣化供風裝置既能最大程度利用了氣化過程中的餘熱，又大大提高了氣化倉、混合腔和燃燒腔工作的環境溫度，也延緩了整體裝備的使用壽命。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖中，11、上料上倉；111、上料上倉閘門機構；112、進料位開關；12、上料下倉；121、上料下倉閘門機構；21、主料倉；211、料位上限開關；212、料位下限開關；22、下料井；221、料倉閘門機構；23、氣化倉；231、可燃氣通道；232、氣化倉隔熱上腔；233、氣化倉隔熱下腔；234、預壓倉導向管；235、高溫澆注保溫層；236、擋料裝置；24、氣化倉清理裝置；25、氣化預壓倉；26、增壓供風裝置；261、增壓風機；262、第一管道；263、增壓啟閉閥門；27、爐嘴燃燒裝置；271、空氣室；272、混合腔；273、燃燒腔；274、燃燒嘴；28、供氧供風裝置；281、供氧風機；282、第二管道；283、供風啟閉閥門；29、氣化供風裝置；291、氣化風機；292、第三管道；293、氣化啟閉閥門；31、冷卻倉；311、氣化預壓倉閘門機構；32、冷卻倉閘門機構；33、殘料排出口；4、液壓泵；5、機架。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型做進一步說明，但不局限於說明書上的內容。如圖1所示，生物質成型燃料氣化燃燒一體化設備，它包括上料系統、氣化燃燒系統和殘料收集冷卻系統，上料系統、氣化燃燒系統和殘料收集冷卻系統依次密閉連接。

其中，上料系統包括上料上倉11和上料下倉12，在上料上倉11與上料下倉12之間設置有上料上倉閘門機構111，上料下倉12與氣化燃燒系統的主料倉21連接，在上料下倉12和主料倉21之間設置有上料下倉閘門機構121。生物質顆粒通過外部的上料裝置進入上料上倉11時，上料上倉閘門機構111和上料下倉閘門機構121是關閉狀態。上料上倉11設置有進料位開關112，可進行料位控制，當生物質顆粒在上料上倉11進料到位時，上料停止，上料上倉閘門機構111打開，待上料上倉11內的生物質顆粒全部落入上料下倉12內後，上料上倉閘門機構111關閉，上料下倉閘門機構121打開，待上料下倉12內的生物質顆粒落入主料倉21後關閉上料下倉閘門機構121。保證設備在工作狀態下不了過程中各倉處於密閉狀態。

氣化燃燒系統包括依次連接的主料倉21、下料井22、氣化倉23、氣化倉清料裝置24和氣化預壓倉25，主料倉21還連接有增壓供風裝置26，在下料井22與氣化倉23之間設置有料倉閘門機構221，在氣化倉23一側通過可燃氣通道231與爐嘴燃燒裝置27連接，氣化倉23外包裹有高溫澆注保溫層235，在高溫澆注保溫層235的外側設置有氣化倉隔熱上腔232和氣化倉隔熱下腔233，氣化倉隔熱上腔232連接有供氧供風裝置28，氣化倉隔熱下233連接有氣化供風裝置29，氣化倉隔熱下腔233通過預壓倉導向管234與氣化預壓倉25連接，氣化倉23與氣化預壓倉25之間安裝有氣化倉清理裝置24，為一活動爐排，將氣化倉23殘料定期排入氣化預壓倉25內進而進入底部的殘料收集冷卻系統內，爐排中間留有縫隙，便於透過氣化空氣。氣化倉23內位於可燃氣通道231埠處安裝擋料裝置236，擋料裝置236為一豎板，擋料裝置236距可燃氣通道埠的距離根據生物質成型燃料的大小進行有效調整、改變。該擋料裝置236將生物質顆粒阻擋在氣化倉23內，防止生物質顆粒隨可燃氣進入到可燃氣通道231中，並允許過濾後的可燃氣從擋料裝置236與氣化倉23之間的縫隙通過，避免了生物質成型燃料燃燒不充分的情況發生。

主料倉21的頂部和底部設置有料位上限開關211和料位下限開關212，檢測和控制主料倉21的生物質顆粒料位，保證設備能夠連續運行。生物質顆粒通過上料系統進入主料倉21，當生物質顆粒在主料倉21進料到位時，上料系統停止工作；當了主料倉21缺料時，上料裝置開始工作給主料倉21進行補料。料倉閘門機構221控制生物質顆粒通過下料井22進入氣化倉23。工作狀態時，料倉閘門機構221完全打開，其只在開、停機時進行開啟和閉合動作，此時主料倉21與氣化倉23是連通的，生物質顆粒靠自身重力對氣化倉23進行自動補給，氣化倉23在工作狀態時倉內完全充盈生物質顆粒。

增壓供風裝置26包括增壓風機261、第一管道262和安裝在第一管道262上的啟閉閥門263，第一管道262的一端與增壓風機261連接，另一端與主料倉21連通；供氧供風裝置28包括供氧風機281、第二管道282和安裝在第二管道282上的啟閉閥門283，第二管道282的一端與供氧風機281連接，另一端與氣化倉隔熱上腔232連接；氣化供風裝置29包括氣化風機291、第三管道292和安裝在第三管道292上的啟閉閥門293，第三管道292的一端與氣化風機291連接，另一端與氣化倉隔熱下腔233連接。

當機器啟動時，增壓風機裝置26的啟閉閥門263打開，增壓風機261啟動，保證主料倉21內為正壓狀態。當機器停止時，增壓風機261停止工作，啟閉閥門263關閉。增壓風機261的風量大小是根據氣化風機291風量的大小正比例匹配，保持主料倉21的氣壓略微大於氣化倉23內的氣壓，保證氣化倉23內的可燃氣不能上升通過下料井22。

氣化風機291通過第三管道292連接至氣化倉隔熱下腔233，當機器啟動時，啟閉閥門293打開，氣化風機291啟動，保證氣化倉23內為正壓狀態。當機器停止時，氣化風機291停止工作，啟閉閥門293關閉。氣化倉隔熱下腔233通過預壓倉導向管234與氣化預壓倉25連通，空氣通過氣化倉隔熱下腔233變成熱空氣後進入氣化預熱倉25再向上運動，透過氣化倉清料裝置24進入氣化倉23，使生物質燃料在氣化倉23內底部劇烈氧化反應產生可燃氣，可燃氣向上運動進入可燃氣通道231。氣化風機291風量的大小與可燃氣濃度大小成正比。氣化供風裝置29產生的空氣依次經過氣化倉隔熱下腔233和預壓倉導向管234後進入氣化預壓倉25，再透過氣化倉清理裝置24從下至上進入氣化倉23內。

爐嘴燃燒裝置27還與氣化倉隔熱上腔232連通，並位於第二管道282與氣化倉隔熱上腔233連接處的相對設置，其包括空氣室271、混合腔272、燃燒腔273和燃燒嘴274；燃燒腔273為一錐筒，寬口端與空氣室271一端密封連接，空氣室271與燃燒腔273之間設置有帶網孔的環形板，空氣室271為一圓筒，其另一端與氣化倉23的可燃氣通道231連接，混合腔272設置在空氣室271內，為一呈錐形筒狀的網筒，窄口朝向氣化倉23內。

空氣經供氧供風裝置28的供氧風機281通過第二管道282連接至氣化倉隔熱上腔232，吸收氣化倉23外壁預熱後變成熱空氣進入空氣室271，當設備啟動時，啟閉閥門283打開，供氧風機281啟動，保證空氣室271內在正壓狀態；當設備停止時，供氧風機281待燃燒冷卻後停止工作，啟閉閥門283關閉。隨後熱空氣一部分空氣通過混合腔272的錐形網筒上的網孔在混合腔272內為可燃氣提供氧氣，形成混合氣體進行燃燒，一部分空氣通過空氣室271與燃燒腔273之間的環形板上的網孔二次補充入燃燒腔273裡實現充分燃燒。因混合腔272嵌套在空氣室271內部並為圓錐狀，同時燃燒腔273也是圓錐狀，兩者的底部及圓錐狀的底部相互連通，形成一個中間大兩頭小的腔體形狀，該形狀的主要作用是，增強內部混合和燃燒的空間，延長氧氣與燃燒氣體的混合時間，實現充分混合作用，同時還減少了回火現象，避免燃燒時火焰進入燃氣管道內引起爆燃現象。其中，供氧供風裝置28回收氣化倉23外熱量，熱空氣為生物質可燃氣提供富氧環境進行充分燃燒。

本實用新型的設備燃燒三個階段，由PLC智能控制，分步梯級完成步驟如下：第一階段為控氧燃燒，在氣化倉23內進行，溫度達600-1000℃；第二階段為富氧燃燒，在混合腔272及燃燒腔273內進行，溫度達1000-1200℃；

第三階段為完全燃燒，在燃燒嘴外進行，溫度達1200-1500℃。

整個燃燒過程無煙、無塵、無味，清潔環保。

燃燒後的生物質顆粒經殘料冷卻收集系統處理，殘料收集冷卻系統安裝在氣化燃燒系統末端，其包括依次連接的冷卻倉31、冷卻倉閘門機構32和殘料排出口33，冷卻倉31與氣化預壓倉25之間設置有氣化預壓倉閘門機構311，並密封連接。當氣化預壓倉25內生物質燃料氧化反應後的殘渣和粉塵積餘到一定數量後，打開氣化預壓倉閘門機構311，讓殘渣和粉塵進入冷卻倉31內。當殘渣和粉塵冷卻到常溫狀態後，打開冷卻倉閘門機構32，通過殘料排出口33排出。確保氣化倉23、氣化預壓倉25和主料倉21在工作狀態時處於正壓密閉狀態，及整體設備能滿足全天候連續作業的需求。

本實用新型的生物質燃料氣化燃燒設備中的上料上倉閘門機構111、上料下倉閘門機構121、料倉閘門機構221、氣化預壓倉閘門機構311和冷卻倉閘門機構32均為液壓元件，分別與液壓泵4連接，由液壓泵4提供動力。氣化風機291和供氧風機281所供的空氣經過氣化倉23外的氣化倉隔熱上腔232和氣化倉隔熱下腔233預熱的熱空氣，既能最大程度利用了氣化過程中的餘熱，又大大提高了氣化倉23、混合腔272和燃燒腔273工作的環境溫度，也延緩了整體設備的使用壽命。如圖1所示，本實用新型的大部分裝置固定在機架5上，方便各零部件的安裝和分布。

顯然，本實用新型的上述實施方式僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非是對本實用新型的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬於本實用新型的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍之列。