CN111978968A - 一种生物质颗粒燃料气化制碳装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，包括进料***、燃烧***、送风***、点火***、喷淋***、储碳***、冷却***和控制***。燃烧***包括与进料***连通的燃烧室、燃烧绞龙、限位导流盖板和电动机；送风***包括分别通过风管与燃烧室底部、中部连通的各鼓风机，以及与两次风管连通的空压机，两次风管并联后与固定于燃烧室顶部的集气罩连通，与燃烧室形成一次风回路和二次风回路；储碳***包括依次连通的上、中、下焦炭通道和底部储碳室；冷却***中冷却水的水流方向与焦炭的滑落方向相反。本发明采用下进料上排碳的结构，利用高温碳层的强还原性降低氮氧化物排放量，多样化配气和控制措施可以适应不同类型的生物质颗粒燃料。

Description

一种生物质颗粒燃料气化制碳装置

技术领域

本发明涉及一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，属于生物质热解气化制碳技术领域。

背景技术

我国生物质资源丰富，生物质资源的利用也越来越得到大众重视。生物质颗粒燃料中挥发分含量高，在户用生物质颗粒炉具的实际使用中，普遍存在燃烧不充分导致氮氧化物、颗粒物、一氧化碳等污染物排放较高的问题。与生物质颗粒燃料相比，生物质颗粒热解后制取的焦炭中挥发分含量明显降低，固定炭含量大幅提高，在燃烧特性上更加接近煤炭。因此，生物质颗粒热解制取焦炭的研究正逐渐进入科研人员的视野。

现有的生物质颗粒热解制取焦炭工艺存在不少问题，比如控制热解参数的精准程度不高、热解工况参数与热解气体的组分之间关系不清晰、热解装置过于复杂、气化制碳设备自动化程度较低等。因此，研究新型的生物质颗粒气化制碳装置及控制方法对实现规模化的生物质清洁利用具有重要作用。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有生物质颗粒燃料气化制碳技术的不足之处，提供一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，该装置采用下进料上排碳的结构，利用高温碳层的强还原性降低氮氧化物排放量，多样化配气和控制措施可以适应不同类型的生物质颗粒燃料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，包括进料***、燃烧***、送风***、点火***、喷淋***、储碳***、冷却***和控制***；其中，

所述进料***包括料仓，以及与料仓下部依次连通的进料绞龙和进料管；

所述燃烧***包括与进料管连通的燃烧室、分别位于燃烧室内部和顶部的燃烧绞龙和限位导流盖板、以及位于燃烧室底部用于驱动燃烧绞龙的电动机；

所述送风***包括分别通过一次风管和二次风管与燃烧室底部、中部连通的一次风鼓风机和二次风鼓风机，以及与一次风管和二次风管连通的空压机，一次风管和二次风管并联后与固定于燃烧室顶部的集气罩连通，与燃烧室形成一次风回路和二次风回路；

所述喷淋***包括通过喷淋管路连通的喷水水泵和固定在燃烧室顶部内的淋水喷嘴；

所述点火***包括与燃烧室下部连通的电热丝和点火风机；

所述储碳***位于燃烧室外侧，包括依次连通的上焦炭通道、中部储碳室、下焦炭通道和底部储碳室，上焦炭通道与燃烧室上部侧壁的焦炭出口连通；

所述冷却***位于燃烧室外侧，包括冷凝器、冷却水循环水水泵、包裹于上焦炭通道外侧的上冷却套管和包裹于下焦炭通道外侧的下冷却套管；冷凝器的出水口与冷却水循环水水泵连接，冷却水循环水水泵通过冷却进水管分别与上冷却套管和下冷却套管的进水口连接，上冷却套管和下冷却套管的出水口分别通过冷却出水管与冷凝器进水口连接；冷却水的水流方向与焦炭的滑落方向相反；

所述控制***包括中控台，以及与控制台电连接的位于燃烧室内壁竖向均匀分布的多个的温度探头、位于冷却水进出口的温度探头、设置在冷却进水管上的冷却水流量计、分别设置于送风***的一次风管和二次风管上的一次风流量控制器和二次风流量控制器、分别设置于空压机与一次风管和二次风管连通支路上的第一空气流量控制器和第二空气流量控制器以及设置于喷淋管路上的第三流量控制器。

本发明具有以下优点及突出性效果：①通过设置进料***实现连续进料，保证了进料的稳定性，新颗粒直接进入燃烧室底部，增大了挥发分的反应空间；②燃烧绞龙可以将已经析出挥发分的焦炭运送至燃烧室上部区域，高温焦炭具有很强的还原性，可以显著烟气中氮氧化物的浓度；③通过设置二级配风***精确控制燃烧室内气氛，加上可以调节烟气回烧的比例，可以探究不同生物质颗粒的最佳热解气化制碳参数；④通过淋水喷嘴将水喷淋在高温焦炭上，一方面降低焦炭温度，有利于形成焦炭成品，另一方面产生水煤气进入集气罩，参与新颗粒燃料的燃烧；⑤通过中控台控制电机、风机、水泵的启停和转速，同时实现了对燃烧室内多点温度、循环水流量和温度等参数的实时监控，有利于实现自动化运行和多参数调节。

综上所述，本发明装置采用下进料上排碳的结构，利用高温碳层的强还原性降低氮氧化物排放量，通过调节一二级配风比例和燃烧绞龙转动速度，可以改变热解气体的成分，可以适应不同类型的生物质颗粒燃料。

附图说明

图1为本发明提供的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置的正面图。

图2为本发明提供的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置的俯视图，图中仅给出燃烧***主体结构、储碳***、进料***和烟气回烧管。

图中各部件表示：1-料仓；2-进料绞龙；3-二次风流量控制器；4-二次风鼓风机；5-第二空气流量控制器；6-空压机；7-第一空气流量控制器；8-一次风流量控制器；9-一次风鼓风机；10-进料管；11-二次风进口；12-喷水水泵；13-第三流量控制器；14-淋水喷嘴； 15-烟气回烧通道；16-燃烧绞龙；17-限位导流盖板；18-集气罩；19-燃烧室；20-隔热材料； 21-焦炭出口；22-冷却水出口；23-冷凝器进口管道；24-中部储碳室；25-冷凝器；26-焦炭通道；27-冷凝器出口管道；28-底部储碳室；29-中控台；30-一次风进口；31-集灰室；32- 带差速装置的电动机；33-基座；34-电热丝；35-点火风机；36-冷却水循环水泵；37-流量计；38-冷却水进口；39-冷却出水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置的应用实例。

参见图1、图2，本发明实施例的一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，包括进料***、燃烧***、送风***、点火***、喷淋***、储碳***、冷却***和控制***；其中，

进料***包括料仓1，以及与料仓1下部依次连通的进料绞龙2和进料管10；

燃烧***包括与进料管10连通的燃烧室19、分别位于燃烧室19内部和顶部的燃烧绞龙16和限位导流盖板17、以及位于燃烧室19底部用于驱动燃烧绞龙16的带有差速装置的电动机32；燃烧室19外侧壁包裹有隔热材料20，用于减少炉体向外界散热和降低表面温度避免烫伤使用人员；

送风***包括分别通过一次风管和二次风管与燃烧室19底部、中部连通的一次风鼓风机9和二次风鼓风机4，以及与一次风管和二次风管连通的空压机6，一次风管和二次风管并联后与固定于燃烧室19顶部的集气罩18连通，与燃烧室19形成一次风回路和二次风回路；

喷淋***包括通过喷淋管路连通的喷水水泵12和固定在燃烧室19顶部内的淋水喷嘴 14，淋水喷嘴14位于燃烧绞龙16四围呈环形布置；

点火***包括与燃烧室19下部连通的电热丝34和点火风机35；

储碳***位于燃烧室19外侧，包括依次连通的上焦炭通道21、中部储碳室24、下焦炭通道26和底部储碳室28，上焦炭通道21与燃烧室19上部侧壁的焦炭出口连通；

冷却***位于燃烧室19外侧，包括冷凝器25、冷却水循环水水泵36、包裹于上焦炭通道21外侧的上冷却套管22和包裹于下焦炭通道26外侧的下冷却套管38；冷凝器25的出水口通过出口管道27与冷却水循环水水泵36连接，冷却水循环水水泵36通过冷却进水管38分别与上冷却套管22和下冷却套管38的进水口连接，上冷却套管22和下冷却套管38的出水口分别通过冷却出水管39与冷凝器进水口23连接；

控制***包括中控台29、位于燃烧室19内壁竖向均匀分布的多个的温度探头(图1中未画出)、位于冷却水进出口的温度探头(图1中未画出)、设置在冷却进水管38上的冷却水流量计37、分别设置于送风***的一次风管和二次风管上的一次风流量控制器8和二次风流量控制器3、分别设置于空压机6与一次风管和二次风管连通支路上的第一空气流量控制器7和第二空气流量控制器5、设置于喷淋管路上的第三流量控制器13，中控台 29分别通过控制信号传输线(图1中虚线)与各电子器件连接，用于实时监测和记录各个子***关键部位运行参数，便于后期分析数据并确定最佳运行参数。

本发明实施例中各部件的具体实现方式及功能分别描述如下：

进料***，料仓1固定于燃烧室19外部，料仓1的出料口依次通过进料绞龙2和进料管10与燃烧室19的下部连通，使得料仓1中的生物质颗粒可以顺利进入燃烧室19。

燃烧***，燃烧室1为筒状结构，燃烧室19的外侧壁设有环形引流风道。燃烧室19的底部由基座33安装固定于地面，燃烧室1的顶部安装有集气罩18，用于燃烧室19内烟气的回收。位于燃烧室19内的燃烧绞龙16的叶片上设有孔洞，便于风在燃烧室19内的扩散；燃烧绞龙16的上端由限位导流盖板17固定，并通过限位导流盖板17引导燃烧室 19内的烟气进入集气罩18；燃烧绞龙16的下端与安装于基座33内的电动机32的输出轴连接，由该电动机32驱动燃烧绞龙16的旋转，电动机32带有差速装置，可根据实际需要调节电动机32输出轴的转速，改变燃烧绞龙16的转动速度，从而改变生物质颗粒在炉内的停留和反应时间。

送风***及喷淋***，一次风鼓风机9和二次风鼓风机4分别与燃烧室19外侧壁环形引流风道的下部和中部上预留的一次进风口30、二次进风口11连接，同时空压机6分别与一次风管和二次风管连通，用于向燃烧室19内送入含有空气的风，使得进入燃烧室 19内的生物质颗粒先在燃烧室19底部被点燃，然后在燃烧绞龙16的携带作用下向燃烧室 19中、上部区域移动，在二次风的作用下进一步支持燃烧室19内生物质颗粒的高温氧化反应，二次风的具体流量需要根据实际情况调节；生物质颗粒燃烧产生的高温焦炭当移动到燃烧室19顶部时，与位于燃烧室19上部区域，呈环形布置的淋水喷嘴14喷出的水相接触，发生化学反应生成水煤气(主要含有一氧化碳和氢气)，即喷淋***一方面使得焦炭温度降低，另一方面使焦炭产生可燃性气体，该可燃性气体首先经过限位导流盖板17 进入集气罩18内，随后经烟气回烧通道15分别流入一次风管和二次风管中，从而回到燃烧室19内参与生物质颗粒的燃烧。生物质颗粒在燃烧室19内燃烧时产生的灰尘落入位于燃烧室19底部的集灰室31内，需定期清理集灰室31。

点火***，电热丝34与燃烧室19接触，通过点火风机35加热电热丝34，当点火***通电工作时，加热电热丝34产生的高温空气将会点燃燃烧室19内的生物质颗粒。

储碳***，上焦炭通道21、中部储碳室24、下焦炭通道26和底部储碳室28均采用密封材料制成，以减少空气的进入。通过储碳***存储燃烧室19内产生的焦炭。

冷却***，用于尽快降低储碳***中焦炭的温度，以避免该焦炭与空气接触氧化起火，其中，冷凝器25可以为水冷式、空冷式等任意形式。冷却***的下冷却套管38的进水口低于上冷却套管22的进水口，使得冷却水的水流方向与焦炭的滑落方向相反，焦炭与冷却水逆流换热，能够最大限度发挥冷却效果，降低冷却水用量从而降低冷却水用能。

控制***，中控台29分别通过控制信号传输线(图1中虚线所示)与位于燃烧室19内壁的温度探头(图1中未画出)、上冷却套管22和下冷却套管38的进出水口的温度探头(图1中未画出)、设置在冷却进水管38上的冷却水流量计37、分别设置于送风***的一次风管和二次风管上的一次风流量控制器8和二次风流量控制器3、分别设置于空压机 6与一次风管和二次风管连通支路上的第一空气流量控制器7和第二空气流量控制器5以及设置于喷淋管路上的第三水流量控制器13相连，进行信号传输。中控台检测和记录各个子***关键部件的参数如温度、流量等，同时也控制着泵、电动机、风机等设备的启停。

本发明要求燃烧室内的相关部件，如燃烧绞龙16、限位导流盖板17等，其材料应为耐1000℃的高温材料，其余各组成零部件均为常规产品。

本发明的原理和工作过程如下：

闭合冷却***电源开关，冷却水循环水水泵36开始工作，待流量计37测得的流量稳定后，记录流量和冷却进水管38进出口的温度数据。将适量生物质颗粒倒入料仓1，料仓1下部依次通过进料绞龙2、进料管10与燃烧室19相连，生物质颗粒进入燃烧室19的下部区域。闭合点火***电源开关，当电热丝34温度达到设定温度，点火风机35将高温空气吹入燃烧室19下部区域，点燃生物质颗粒。闭合送风***电源开关，一次风鼓风机9、二次风鼓风机4开始工作。调节合适的一次风、二次风流量值(需要通过多次试验确定各个流量参数，当上焦炭通道21入口处的焦炭达到预期标准时说明各个参数较为合理)并做好记录，一次风和二次风风管分别通过一次风进口30和二次风进口11，与位于燃烧室 19外壁的环形引流风道相连，风通过环形引流风道内侧的预留开孔进入燃烧室19，参与燃烧反应。通过调节一次风流量控制器8、二次风流量控制器3、第一空气流量控制器7、第二空气流量控制器5，选择适合不同燃料的一二次风风配比和烟气回烧比例。在燃烧过程中，生物质颗粒进入燃烧室19底部区域被点燃，然后在燃烧绞龙16的携带作用下向燃烧室19上部区域移动。燃烧绞龙16的叶片上预留有孔，因此风在燃烧室19内扩散。在移动过程中，生物质颗粒燃料的发挥分会逐渐完全挥发，当生物质颗粒燃料移动至燃烧室19上部区域时完全变为焦炭。淋水喷嘴14向高温焦炭喷淋水时，降低了焦炭的温度，也产生了可燃性气体。中部储碳室24与燃烧器19的上部区域相连，淋水后的焦炭从上焦炭通道21进入中部储碳室24，然后经过被冷却***包裹的下焦炭通道26进入底部储碳室 28。位于燃烧器底部的集灰室31主要用于储存在燃烧室19内因为尺寸过小无法通过燃烧绞龙16输送的灰渣。炉具停止运行时，先切断进料绞龙2的电源，待燃烧室19中的焦炭基本排出后，切断进风***、燃烧***的电源。待底部储碳室28的温度降低达到安全温度后，切断冷却***电源。最后是清理集灰室31中的灰渣，对设备进行保养维护。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，包括进料***、燃烧***、送风***、点火***、喷淋***、储碳***、冷却***和控制***；其中，

所述进料***包括料仓(1)，以及与料仓(1)下部依次连通的进料绞龙(2)和进料管(10)；

所述燃烧***包括与进料管(10)连通的燃烧室(19)、分别位于燃烧室(19)内部和顶部的燃烧绞龙(16)和限位导流盖板(17)、以及位于燃烧室(19)底部用于驱动燃烧绞龙(16)的电动机(32)；

所述送风***包括分别通过一次风管和二次风管与燃烧室(19)底部、中部连通的一次风鼓风机(9)和二次风鼓风机(4)，以及与一次风管和二次风管连通的空压机(6)，一次风管和二次风管并联后与固定于燃烧室(19)顶部的集气罩(18)连通，与燃烧室(19)形成一次风回路和二次风回路；

所述喷淋***包括通过喷淋管路连通的喷水水泵(12)和固定在燃烧室(19)顶部内的淋水喷嘴(14)；

所述点火***包括与燃烧室(19)下部连通的电热丝(34)和点火风机(35)；

所述储碳***位于燃烧室(19)外侧，包括依次连通的上焦炭通道(21)、中部储碳室(24)、下焦炭通道(26)和底部储碳室(28)，上焦炭通道(21)与燃烧室(19)上部侧壁的焦炭出口连通；

所述冷却***位于燃烧室(19)外侧，包括冷凝器(25)、冷却水循环水水泵(36)、包裹于上焦炭通道(21)外侧的上冷却套管(22)和包裹于下焦炭通道(26)外侧的下冷却套管(38)；冷凝器(25)的出水口与冷却水循环水水泵(36)连接，冷却水循环水水泵(36)通过冷却进水管(38)分别与上冷却套管(22)和下冷却套管(38)的进水口连接，上冷却套管(22)和下冷却套管(38)的出水口分别通过冷却出水管(39)与冷凝器进水口(23)连接；冷却水的水流方向与焦炭的滑落方向相反；

所述控制***包括中控台(29)，以及与控制台(29)连接的位于燃烧室(19)内壁竖向均匀分布的多个的温度探头、位于冷却水进出口的温度探头、设置在冷却进水管(38)上的冷却水流量计(37)、分别设置于送风***的一次风管和二次风管上的一次风流量控制器(8)和二次风流量控制器(3)、分别设置于空压机(6)与一次风管和二次风管连通支路上的第一空气流量控制器(7)和第二空气流量控制器(5)以及设置于喷淋管路上的第三流量控制器(13)。

2.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述电动机(32)带有差速装置，通过该差速装置调节生物质颗粒在燃烧室(19)内的停留和反应时间。

3.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述燃烧室(19)外侧壁包裹有隔热材料(20)。

4.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述燃烧绞龙(16)的叶片上设有孔洞。

5.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述燃烧室(19)底部且位于电动机(32)上方设有集灰室(31)。

6.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述淋水喷嘴(14)位于燃烧绞龙(16)四围呈环形布置。

7.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料气化制碳装置，其特征在于，所述冷凝器(25)为水冷式或空冷式冷凝器。

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