CN104964284A - 一种生物质燃气***回火防爆控制器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种生物质燃气***回火防爆控制器及其操作方法，所述防爆控制器由净化箱，进气管孔，出气管，防爆膜，密封板，净化液控制器，溢水孔，进气管组成。生物质燃气从净化箱底部进入净化箱，并从进气管的出气口进入密闭的净化箱，通过净化液进行净化、去酸化，随后从上部的出气管排出进入燃烧器。该防爆控制器结构简单、实用，不仅能够防止回火、爆燃，还能够进一步净化燃气，大大减少生物质燃气对管道的腐蚀，延长设备使用寿命，增加安全性。

Description

一种生物质燃气***回火防爆控制器及其操作方法

技术领域

本发明涉及生物质燃气***中的防爆装置及其操作方法，特别涉及一种生物质燃气***回火防爆控制器及其操作方法。

技术背景

生物燃气(也称作生物质燃气)，即将生物质原料在生物质气化炉中通过高温气化，转化为生物质可燃气，替代燃料油或天然气应用于钢铁窑炉、玻璃窑炉、陶瓷窑炉。

生物质能具有分布广泛、可再生和环境友好等特点，开发利用可再生资源是我国实现可持续发展的一个主要方向。当前，生物质能转化技术主要分为生物质气化、液化、固化以及直接燃烧技术。生物质能气化技术是其中重要的方法之一。以气化方式实现低品位生物质能源的深层次利用，减少矿物燃料的供应量和直接燃用矿物燃料给环境带来的严重污染，对提高农村生活水平、改善生态环境、保障国家能源安全等具有重要意义。目前国内生物质气化所采用的炉型一般包括固定床气化炉和流化床气化炉。流化床气化炉由于气化效率高、原料适应范围广、合成气焦油含量低并可以大规模工业化应用等优点成为气化的首选方式。

需要指出的是，在现有的防爆设备中，大多是针对天然气或煤气开发的防爆设备，针对生物燃气开发的防爆设备报导比较少。由于生物燃气与传统的天然气或煤气具有一定的组成和性质差异，例如生物质燃气热值低、杂质含量高，并且往往酸性气含量可能更高，因此大多数适用于天然气或煤气的防爆设备并不适用于生物燃气的防爆，也不是简单改造后就能够适用于生物燃气的防爆。

CN101050841A公开了一种可燃气体防爆装置，其特征在于，它包括：罐体，在罐体内设有进气管，排气管，上部密封盖，下部密封盖，在罐体内设有滤网，所述滤网的四周与所述罐体内壁相连，在所述罐体内盛有水，所述水的最低水位限在所述滤网上部，所述进气管的进气口与所述可燃液体的出气管相连，所述进气管的喷气嘴置于所述滤网下部，所述排气管的上部收气口置于所述罐内水的最高水位限以上，所述排气管的下部排气口置于所述罐体外，且与所述灶具的进气管相连，其优点在于：该装置安全可靠。具有防止回火功能:阻止可燃气体因回火引发的储气罐及管道***。进而用水作为隔离手段，有效地防止了回火问题。

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CN104122300A公开了一种高密封式燃气检测仪防爆壳体，包括一个密封壳体，所述的密封壳体采用透明陶瓷制成，所述的密封壳体上设置有一个换气口，换气口处设置有一个阀门，所述的密封壳体的内壁上设置有一个防护罩，电机的尾部与防护罩之间设置有一个弹簧，所述的换气口靠近密封壳体外的一端固定有一个橡胶垫，该装置在换气口外部设置一个橡胶垫，需要通气时，空气经橡胶垫的通气孔、换气口、通气槽、防护罩进行如密封壳体内；而需要密封时，阀门贴合橡胶垫，配合将通气孔、通气槽都封闭住，保证了密封性。

CN201454248U公开了一种生物质燃气过滤器防爆装置，包括过滤器外壳，所述过滤器外壳下方设置有进气口，顶端设置有出气口，底部放置在水封箱中水封，所述出气口上设有过压安全阀门，所述过滤器外壳上开设有至少一个通孔，所述通孔内密封填充有石棉板，所述过滤器外壳上开设有三个通孔，所述石棉板厚2mm-3mm。

US2011094880A1公开了一种防爆传感器，其可用于探测可燃气体的防爆传感器，具有玻璃绝缘子用于建立与外壳内腔的导电连接，其外壳的抗压强度应该改善，为了解决此任务，设计使玻璃绝缘子至少在一边具有抗弯的，机械地使玻璃绝缘子保持稳定的铸/注件。

WO00/52293A1公开了一种用于确保一基本封闭的腔室的气态气氛不发生***的方法，该腔室中具有潜在的易燃气体源并含有空气，该方法包括：(a)通过在所述基本封闭的腔室内导入足够量的惰性气体而使空气的氧化剂含量混合并稀释，不论其中的易燃气体含量如何，使其中的空气和任何易燃气体的混合物不易燃；以及(b)通过将空气和任何易燃气体的不可燃混合物从基本封闭的腔室排到大气中，从而在所述基本封闭的腔室内留下基本惰性的气氛。

“玻璃料道燃气混合气燃烧防爆安全措施”，刘全清，玻璃纤维，1998年第3期，介绍了玻璃料道目前普遍地采用燃气混合燃料作为加热方式时采用的防爆措施，指出由于燃气混合气发生回火***对生产和安全构成很大威胁，因此防爆安全措施于关重要，分析了燃气混合气产生***的原因，***地提出了混合气燃烧***中实际采用的防爆安全措施。

然而，如上文所述，在现有的防爆设备中，大多是针对天然气或煤气等传统燃气开发的防爆设备，针对生物燃气开发的防爆设备报导比较少。由于生物燃气与传统的天然气或煤气具有较大的组成和性质差异，例如生物质燃气热值低、杂质含量高，因此大多适用于天然气或煤气的防爆设备并不适用于生物燃气的防爆，也不是简单改造后就能够适用于生物燃气的防爆。现有的生物燃气防爆设备通常没有考虑到生物燃气中的酸性气体对防爆膜和防爆设备密封材料的腐蚀作用，导致在实际应用中存在防爆失效的风险。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，即克服生物燃气中酸性气的腐蚀作用和有效去除，在现有技术的基材上，本发明人经过深入研究和大量实验以及综合开发，提出了如下技术方案：

在本发明的一方面，提供了一种生物质燃气***回火防爆控制器，其特征在于，该防爆控制器包括净化箱，进气管孔，出气管，防爆膜，密封板，净化液控制器，溢水孔，和进气管。

生物燃气中酸性气含量比较高，并且与天然气或煤气中的酸性气不同的是，生物燃气中的酸性气成分COS和硫醇含量往往要高出很多，这样的酸性气难以通过常规水洗完全除去，这样就有可能对防爆膜提出了特殊的要求例如防腐蚀要求。本发明提供了一种优选的防爆膜，该防爆膜由防腐膜、密封膜和强度膜三层结构构成，所述防腐膜在最下层，上面依次是密封膜和强度膜，防腐膜的厚度为5-10μm，密封膜的厚度为20-100μm，强度膜的厚度为200-500μm。三层膜之间优选通过粘合剂紧密贴合在一起。

在所述防爆膜中，防腐膜在最下层，直接与生物燃气接触，防腐膜除了提供耐受酸性气体侵蚀作用外，也能够提供一定的密封性。

防腐膜可以采用常规天然气管道内衬防腐膜，例如高密度聚乙烯、聚乙烯醇等。

最优选地，本发明防腐膜的材质为硅氧烷改性的聚乙烯。所述硅氧烷优选为下式(a)和(b)所示多甲基硅氧烷的混合物，二者在改性聚乙烯中的摩尔比优选为1:1。

其中n表示1-20的整数；

其中x表示F、Cl或Br，m表示2或3的整数。

式(a)所示化合物优选为九甲基五硅硅氧烷。式(b)所示化合物优选为氯代多甲基硅氧烷。

其改性方法可以按照本领域的常规聚乙烯改性方法进行。

密封膜的材质优选为聚四氟乙烯。

强度膜为本领域的常规压力防爆强度膜，例如金属片层或聚酯片层，本领域技术人员可以根据防爆极限压力进行选择。

所述粘合剂可以为用于层压材料的粘合剂，例如聚氨酯粘合剂。

本发明的多层复合防爆膜对生物燃气具有较强的针对性，能够兼顾防腐蚀、防爆等多种性能。

在所述防爆控制器中，进气管可通过进气管孔从净化箱底部进入净化箱，并在液面下延伸一定长度，延伸的管子上面有若干出气孔，出气孔的孔径梯次加大，使燃气能够从进气管上的各个出气孔以平稳压力流出，燃气从出气孔进入密闭的净化箱，随后从上部的出气管排出进入燃烧器。如图1所例示，显示了3个进气管孔，从而使进气管的三个支管能够从中穿过进入净化箱。当然，如本领域技术人员可以意识到，当进气管具有多个支管时，可以相应采用多个进气管孔。

优选地，支管上的出气孔为圆孔。在进气管的每个支管上具有多于3个出气孔。出气孔的半径随着进入净化箱的深度越深而逐渐增加，即，距离进气管孔越远，孔半径越大。本发明人经过大量研究发现，当孔半径之间满足如下关系时，可以使各个出气孔的生物燃气流量更均匀，从而在防爆控制器中造成的压力波动最小：所述出气孔等距离布置，相邻出气孔之间的距离为L，从距离进气管孔最近的出气孔开始，下一个出气孔的半径r_i与前一个出气孔半径的r_i-1满足r_i/r_i-1＝(L+r_i-1)/L，i为2以上的整数。出乎意料地发现，当满足该关系时，能够使生物燃气在各个出气孔的流量分配更加均匀，从而对防爆净化液的扰动更小，使防爆净化液控制器的工作精确度大幅提高。在现有技术中，采用的出气孔往往只有一个，即使有多个出气孔，通常也是等孔径设计。

在本发明的一个优选实施方式中，所述防爆控制器中的密封板的周缘施加有密封材料。所述密封材料优选为碳纤维增强的聚四氟乙烯。

在本发明的另一方面，还提供了操作上述防爆控制器的方法，该方法包括：通过进气管使生物质燃气从净化箱底部进入净化箱，从进气管的出气孔进入密闭的净化箱，气体通过净化液进行净化、去酸化，随后从上部的出气管排出进入燃烧器，在发生燃气回火时到达净化箱液面时燃烧被终止，并且在压力增大时防爆膜瞬间打开防止气爆发生。

净化液通常为包含脱酸性气物质的水溶液。

优选地，定期更换所述净化液。其更换频率根据净化液的失效状况而定。

本发明人经过研究发现，当在净化液中加入季铵碱其中R是(n为3～8的整数)时，对生物燃气的综合脱酸性气效果最佳。推测其原因，该季铵碱碱性比较强，与酸性气反应能力强，同时由于本申请的季铵结构具有醚键，末端有羟基，因而水溶性好，与酸性气例如硫醇形成配合物盐易于溶解在水性净化液中，不宜被生物燃气溶解带出，并且可再生重复使用。这样的脱酸性气成分是一般脱酸性气成分例如氢氧化十八烷基二甲基苄基铵的脱酸性气能力的1.2-1.8倍，并且可重复使用4-8次，而氢氧化十八烷基二甲基苄基铵一般只可重复使用一次。所述季铵碱的加入浓度可以根据生物燃气的酸性加以确定。由于良好的脱酸性气效果，该净化液的使用使得甚至可以使用常规防爆膜。

附图说明

图1是根据本发明的生物燃气***回火防爆控制器的结构示意图；

图2是安装在图1所示防爆控制器上的进气管的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种生物质燃气***回火防爆控制器，该防爆控制器包括净化箱1、进气管孔2、出气管3、防爆膜4、密封板5、净化液控制器6、溢水孔7和进气管8，进气管8通过进气管孔2从净化箱底部进入净化箱1，并在液面下延伸一定长度，延伸的管子上面有若干出气孔9，出气孔的孔径梯次加大，使燃气能够从进气管8上的各个出气孔9流出，燃气从出气孔9进入密闭的净化箱1，随后从上部的出气管3排出进入燃烧器。所述出气孔9为圆孔。在进气管8具有3个支管，每个支管上具有15个出气孔9；出气孔的半径随着进入净化箱的深度越深而逐渐增加，即，距离进气管孔2越远，孔半径越大，所述出气孔等距离布置，相邻出气孔之间的距离为1cm，从距离进气管孔最近的出气孔开始，下一个出气孔的半径r_i与前一个出气孔半径的r_i-1满足r_i/r_i-1＝(L+r_i-1)/L，第一个出气孔的半径r₁为0.5mm。防爆膜由防腐膜、密封膜和强度膜三层结构构成，防腐膜为聚乙烯膜，密封膜为聚四氟乙烯膜，强度膜为聚碳酸酯膜。净化液中加入0.1wt.％的季铵碱其中R是(n为4)。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于所述防爆膜为常规的铝箔片。

对比例2

对比例2与实施例1的区别仅在于所述脱酸性气成分为0.1wt.％氢氧化十八烷基二甲基苄基铵。

通过实施例1和对比例1的比较发现，对于由农作物副产品气化获得的生物燃气，实施例1的防爆膜寿命是对比例1防爆膜寿命的48倍，且二者防爆极限压力相当。

通过实施例1和对比例2的比较发现，对于由农作物副产品气化获得的生物燃气，实施例1的净化液脱酸气效果是对比例2的净化液的1.48倍，且实施例1的净化液脱酸性气成分即季铵碱可以回收重复使用5次，而对比例2仅可回收使用2次。

所有这些的效果是本领域技术人员所预料不到的。

上述实施例和对比例二者比较所显示的效果仅仅是本发明装置的优点之一，如上文所述，本发明装置的优点绝不限于此。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (6)

1.一种生物质燃气***回火防爆控制器，其特征在于，该防爆控制器包括净化箱(1)，进气管孔(2)，出气管(3)，防爆膜(4)，密封板(5)，净化液控制器(6)，溢水孔(7)，和进气管(8)。

2.根据权利要求1的防爆控制器，进气管(8)通过进气管孔(2)从净化箱底部进入净化箱(1)，并在液面下延伸一定长度，延伸的管子上面有若干出气孔(9)，出气孔的孔径梯次加大，使燃气能够从进气管(8)上的各个出气孔(9)流出，燃气从出气孔(9)进入密闭的净化箱(1)，随后从上部的出气管(3)排出进入燃烧器。

3.根据权利要求1或2的防爆控制器，其特征在于，所述出气孔(9)为圆孔。

4.根据权利要求2或3所述的防爆控制器，其特征在于，所述密封板(5)的周缘施加有密封材料。

5.一种操作根据权利要求1-4中任一项所述的防爆控制器的方法，该方法包括：通过进气管(8)使生物质燃气从净化箱底部进入净化箱(1)，从进气管(8)的出气孔(9)进入密闭的净化箱(1)，气体通过净化液进行净化、去酸化，随后从上部的出气管(3)排出进入燃烧器，在发生燃气回火时到达净化箱液面时燃烧被终止，并且在压力增大时防爆膜瞬间打开防止气爆发生。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，定期更换所述净化液。