申请/专利权人：黑龙江赫尔特生物质能源发展有限公司

申请日：2018-09-06

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN109114542B

主分类号：F23B40/00

分类号：F23B40/00;F23J1/00;F23K3/00;F23L5/02;C10J3/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2019.04.02#实质审查的生效;2019.01.01#公开

摘要：本发明涉及一种适合植物茎秆的自动送料、整捆燃烧的气化装置，该系统由系统组成部分之一的植物茎秆捆上料箱自动上料。该系统仅产出烟气，并由后续的组件如后燃烧室、热交换器和其它等进行补充用于满足许多应用目的。该系统即便是倍增至很大的热力系统，其仍然是由很多可以快速制造、可以通过公路运输的小的单元组成。在气化室中大量的植物茎秆同时在低温状态下完成气化，可高度安全防止结焦。系统的燃料供应由感应钮控制。在气化室燃烧区内燃料的移动不需要进一步的设施，仅由植物茎秆捆上料箱中的滑动盾完成。系统灰分分离和涡流燃烧室的燃烧得到优化。本发明装置特征是结构简单，性价比高，低磨损和易于操作。使用整捆，无论是圆捆还是方捆都能达到最大的经济收益。

主权项：1.适合植物茎秆的自动送料、整捆燃烧的气化装置，包括气化室35、涡流燃烧室39、植物茎秆捆上料箱2，气化室35包含送风装置、清灰螺杆36，气化室35设有水冷壁、内衬隔热轻质混凝土陶瓷层和硬质陶瓷层；其特征在于，气化室35在燃料捆运输方向倾斜向下布置，气化室35截面积沿燃料捆输送方向增大，燃料捆经由植物茎秆捆上料箱2中的送料链11和位于送料链11上方的滑动盾14移动，经过最后靠近火焰部分有水冷壁和陶瓷底板26的整捆上料通道17时，由滑动盾14沿送料方向推入气化室35后向下到达气化室35底部，植物茎秆捆上料箱2和投料站3在运行过程中封闭，植物茎秆捆上料箱2中整捆上料通道17有一个向上倾角，整捆上料通道17几乎被燃料捆封死，整捆上料通道17截面高度与滑动盾14高度一致，滑动盾14和燃料捆均能将植物茎秆捆上料箱2和气化室35封闭隔开。

全文数据：特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置技术领域本发明涉及一种植物茎秆的自动化、整捆式燃烧装置的建设。其特征在于简单和廉价的建造，低磨损和避免结焦，并且还可以使用较差燃烧性能的燃料。背景技术植物茎秆以整捆方式从地里取回然后用作燃料。在较小的燃烧装置中茎秆捆被直接投入前开门的燃烧室。这种模式需要有操作人员在场，并且在打开燃烧室时通常会产生烟雾。对于其它燃烧系统，植物茎秆捆需要拆包切碎后送入燃烧系统。如果植物茎秆捆中有石头等则拆包打散就会受到影响。而且燃烧室内植物茎秆过于松散，则长时间、低温气化过程不易实现。特别是对于大型植物茎秆燃烧系统，植物茎秆被切成小块在移动炉排上燃烧时尤其如此。而且这种作业方式往往会提高燃烧装置运行成本、系统需要维护，且炉膛中可容纳植物茎秆的数量有限。如此状态实现大容量燃料、低温、长时运行和不结焦的效果不令人满意，而且矿渣发生在循环过程中不能作为肥料返回农田。目前还没有见到简单实用、适合植物茎秆等的自动送料捆燃式气化装置。整捆气化，例如从W02005040680看到的，在该立式气化系统燃烧室内的植物茎秆捆依靠重力移动，燃气被向下吸走的同时也存在灰份也被抽走的风险，因此可能会恶化灰尘排放。因此向下的排气口只能很小，但这样会在这个位点出现不希望的高温，有可能会提高出现结焦的风险。低气化温度需要一个大的气化室，同时还应该能够实现整捆自动喂料，因此必须能够实现整捆自动上料。能够实现以上功能的装置未见发表。发明内容整捆植物茎秆应该可以被自动送入捆燃式气化而不需要事先拆包，植物茎秆上料箱设计简单且性能可靠。整捆式气化装置应具有其燃烧能力匹配的大填充量，而且即便低温气化仍然能够生产足量的可燃烟气。那样就可以使得气化区的气化速度缓慢，气化过程产生的灰分几乎不被搅动并非常好的实现向下的移动。气化装置的设计必须能够实现以上目的。在气化装置中烟气的传送也不再需要昂贵的耐损耗设备。随后的气体燃烧将在相对较低风需求量的负压状态下进行，从而实现最清洁燃烧。整个系统会比以往的生物质燃烧系统有显著的低成本优势，同时通过将整个系统事先按模块或单元在工厂完整制造后运到系统所在地进行组装和安装，这样可以进一步降低成本。根据本发明，以下对采用新系统概念完成任务做进一步说明，特别是设计组装系统的部分。本发明的系统由功能单元组成，这些单元包含一个或若干个投料站、一个或多个上料箱和一个整捆燃烧式气化室，气化室可以是一个独立的小型单元，也可以将若干个适于公路运输的气化单元并列连接组成更大的系统。气化室是由一个圆形、水冷钢体结构组成，内部有一个呈斜角布置、非常大的、覆有陶瓷隔热层的气化空间，气化室截面沿燃料捆输送方向上升，其底板沿燃料捆输送方向下降。燃料捆在气化室内从上料箱出来后捆顶前捆，同时完成推灰过程。上料箱中燃料捆通道有一个向上倾角，这样仅有少量烟气从气化室进入上料箱。气化室内装满燃料捆后，气化室天花板上方悬置的一个具备防火功能的显示钮会发出信号，上料箱自动停止送料。燃烧后灰分由燃料捆推到气化室的最低点后再由清灰螺杆从气化室中送出。可燃烟气由一个接近于燃料捆宽度的烟气通道吸收，烟气从截面积较大低温区以一定压力高速流动，这样几乎可以避免可能的如含钾化合物和积碳等的结焦。这个通道引导烟气随逐渐减小截面积螺旋上行，烟气压力和速度逐渐提高后进入水平布置的旋风燃烧室，这时给入二次风。烟气通道由具有储热能力的陶瓷或者具有良好导热性能的石材组成，在气化空间吸收高温热量后，再反作用于来低燃烧性能燃料捆的较低烟气温度并支持其气化过程，较稳定和便利的管理好结焦产生风险。水平旋风燃烧室的底部是一个由耐火材料制成、中空、可从外部取出长圆槽，这里形成的结焦则可以便利的在外部进行清除。在这个槽下面有一个空间可以完成二次给风，通过槽底部可以对二次给风进行预热。一次给风来自燃料捆进入气化室位置的上部，也可以通过气化室底部的各种风管进行给风。整个燃烧过程对气化室的一次给风和二次给风的两个通道都由一个电磁阀在控制箱内控制，即通过中轴控制两个通道中的翼片实现闭合。两个通道中的这些翼片互相成90度角布置，一个通道关闭则另一个通道就打开到一个角度。这样赋予一个特定燃烧状态时的总给风量几乎接近恒定，仅在一次给风量和二次给风量配置之间变化。如果气化系统后燃烧室温度过低，则电磁阀就会打开一个通道进入更多的一次风，这样气化室就会获得更多的空气，同时会减少二次分量。如果后燃烧器中温度过高，则会出现相反的情况，即通过减少一次风量降低气化室产生的烟气总量，通过增加二次风量以确保后燃室的烟气更充分燃烧。位于气化室底部的二次送风弯管最好采用如碳化硅等耐磨、耐高温材料，这样就能承受燃料捆经过这些管道风口反复推入气化室。在气化室上部一侧或两侧可分别插入具备防火能力的吹风器，吹风器可将经过压缩的气体吹向燃料捆，随气化室内燃烧物沿燃料捆茎秆进入燃料捆内部，并可以由内向外进行热分解和燃烧。防火吹风器的效果还会由于气化室上部的一次送风口附近的热气体含有更多氧气而得到加强。然而有多少新鲜空气进入气化室取决于送风控制本身，耐火吹风器本身并不输送新鲜空气。投料站是本发明系统的另一个可直接运输的单元。这个单元也不与外界空气接触，设有一个或多个密封门，通过密封门可以从后部或侧面插入燃料捆。最好是同时插入若干个捆，例如同时插入4个圆捆，两两相邻、两两连续，或者一排同时插入2个大的正方形捆。它们被储存在数个装袋站，每包宽度至少2个，在运输运行链条的方向，由链轮电动驱动。这些链子是由圆条组成的。这种链是不敏感的陷阱植物茎秆和腐蚀性冷凝物从水汽和植物液体。当植物茎秆捆加热干燥时，产生的一部分水蒸气也会进入冷插捆站，在这里冷凝并产生腐蚀性。这些燃料捆以最少平行两个宽度，沿送料链方向，燃料捆经送料链移动，由另一个电机带动的、覆有陶瓷涂层的滑动盾也用链条驱动，。滑动盾由一个长度约两倍于上料箱高度的支架推动。如此设计则滑动盾位移不需要过高，结构上不需要对滑动盾进行导引从而最大限度降低设备制造成本。滑动盾在上部沿送料方向向前倾斜，所以其向下的推力作用在燃料捆上更大，而且滑动盾运行时不会发生不会向上的位移。长支架可以使火区与驱动装置、链条和链轮之间有足够距离，这样可以使它们的温度保持在低水平。滑动盾由支撑轨道运行的轮子带动，其向上移动延伸到有陶瓷涂层和水冷却上料通道，在那里底板陶瓷涂层会厚出几厘米。当投料站停止投料时，最后一个秸秆捆会被输送在耐火吹风器区域并热解和燃烧。滑动盾在最后一个工位将气化室和上料箱封闭隔开，让燃烧产生热量完成工作过程。附图说明图1显示本发明整个系统图2所示为给风控制工作原理。图3所示为防火鼓风器的布置和执行。图4所示为包含上料和各运行单元的系统俯视图。图5所示为一个简化的框架携带4个直径1，3m的圆捆，或2个2.4米宽、1.3米高1.2米长的方形包，或3个2、4米宽、0、8米长、1、2米高的方形包。图中：1-整捆燃烧的气化系统，2-植物茎秆捆上料箱，3-投料站，4-投料站护墙，5-投料门，6-清洁闸板，7-烟尘吸口，8-温度传感器工位，9-灭火水管，10-植物茎秆包脱出器，11-送料链，12-链轮，13-链轮电机，14-滑动盾，15-陶瓷涂层，16-滑动盾支架，17-整捆上料通道，18-滚轮，19-上料轨道，20-驱动链，21-链轮，22-支减速电机，23-植物茎秆捆，24-冷却水，25-陶瓷绝缘层，26-陶瓷底板，27-钢制底板，28-清理设备，29-防火鼓风器，30-主空气供给口，31-导风管，32-气化室底板，33-感应钮，34-LOGO，35-气化室，36-清灰螺杆，37-栅格，38-烟气通道，39-涡流燃烧室，40-炉渣池，41-空间，42-间隙，43-结构托架，44-梯子，45-门，46-缓冲水箱，47-空气热交换器，48-房间，49-轴，50-翼板，51-翼板，52-进风口，53-吹风器叶轮，54-轴，55-金属通道，56-金属通道出口，57-固定装置，58-陶瓷填料，59-上料单元，60-上料单元，61-支架，62-叉杆，63-投料工位，64-陶瓷储热区。具体实施方式图1显示本发明整个系统。植物茎秆捆23的直径为1.3m，图4所示系统总热出力为9MW。该系统也可以建造的更小或者更大，具体大小可根据燃料捆尺寸和要求的热出力设计。整个系统都是由可以公路运输的单元组成。一般是斜置式整捆燃烧的气化系统1在主厂房封顶前先就位，然后就位植物茎秆捆上料箱2和投料站3。燃料捆在整捆燃烧的气化系统1内是向下坠落，在投料站3和植物茎秆捆上料箱2内是呈仰角向上移动。投料站3外面设有没有冷却和隔热功能的投料站护墙4，投料门5和清除燃料捆残留物的清洁闸板6。在打开投料门5之前，由封闭翼板与后燃室通道连接的烟尘吸口7将投料站3内的烟气吸走。植物茎秆捆上料箱2所有墙体和投料门5平时都是封闭的，气化室35的烟气只有极少量能够进入植物茎秆捆上料箱2和整捆上料通道17，这极少量烟气有助于整捆上料通道17内秸秆捆的进一步干燥。然而意外情况时，如投料门5、清洁闸板6长时间开放，导致温度传感器工位8温度超过105摄氏度，连接灭火水管9的自由阀就会自动触发消防水源，灭火水往低处流动经清洁闸板6排出。装料车通过投料门5将燃料捆装入后见图5，燃料捆经植物茎秆包脱出器10脱捆后落在送料链11上。送料链11是由坚固的眼状钢制成的，无论是燃料捆卡住、链条锈蚀都不会像其它类链条一样出现故障。送料链11由链轮12和外置链轮电机13驱动见图4。在送料链11的上方有一个滑动盾14，滑动盾14朝向气化室35侧有一个厚的陶瓷涂层15用来与火接触。滑动盾14连接至少2个滑动盾支架16，这些支架长度是整捆上料通道17内部高度的3倍。滑动盾14由滚轮18带动，滚轮18在上料轨道19上滚动。带有滑动盾支架16的滑动盾14由驱动链20通过链轮21和支减速电机22驱动见图4。滑动盾14在运输方向上稍微向后部倾斜。这使得植物茎秆捆23上的推力降低，同时也起到了向下的垂直力分量，因此，由于滑动盾16的原因，滑动盾14在推力中没有被提升，因此无需进一步指导，从而实现了低成本的制造。至少有2个滑动盾支架16的滑动盾14与驱动链20相连。每条驱动链20必须至少能够承担大尺寸燃料捆推力的一半。植物茎秆捆上料箱2包含由双层钢板制成的墙体，墙体内装有冷却水24。内部四面采用陶瓷绝缘层25，优选由10cm厚的蛭石轻质混凝土层和10cm厚的耐磨硬耐火混凝土层组成。如此耐磨性好，使用寿命长。陶瓷层由许多由薄的圆形钢制成的混凝土钩支撑，每个钩焊接在钢内壁上，大约33英时长。植物茎秆捆上料箱2的陶瓷底板26在送料链11开始的地方结束，在它下面是钢制底板27，在此之上设置有一由钢丝绳滚轮和不锈钢钢丝绳与支架组成的清理设备28，将从燃料捆上部掉落的茎秆和颗粒等输送到清理闸板6。当燃料捆进入整捆燃烧的气化系统1时，首先经过防火鼓风器29区域。防火鼓风器29将燃烧的烟气吹入燃料捆上部和两侧，燃料捆燃烧和热解析开始。在整捆燃烧的气化系统1的入口通过一次主空气供给口30从上面送风，但因为一次送风量需求较大，更大部分一次送风是气化室底板32上的各种由非常耐高温、防腐蚀和抗磨损的碳化硅和陶瓷涂料构成的导风管31完成。气化室35的气化室底板32继续下行，有助于较轻的燃料捆和灰进入。气化室35沿燃料捆前进方向的内截面增大，形成了一个非常大的填充腔可以让更多燃料捆填入同时参与气化过程。所以尽管气化室内每一点位温度不高，但却可以产生足够量烟气。低温气化降低了结焦风险。在这个例子中，采用圆形燃料捆每MW热出力需要可容纳500公斤的燃料气化空间，如果是方捆则气化空间要求更大。植物茎秆捆上料箱2通过来自感应钮33的信号来管理燃料捆的添加。一旦感应钮33信号被触发，填料立即停止。该感应钮33由防火钢制成，最好涂有碳化硅材料。燃料捆将灰分推到气化室35的最深处，这里设置了一个清灰螺杆36，清灰螺杆36在整捆燃烧的气化系统1的侧面将灰分送出，清灰螺杆36上面是耐火钢制栅格37，可在很大程度上防止未充分燃烧的燃料进入输灰蜗杆36。在气化室35尾部黑色区域可设置一个储热区64，该区域可由陶瓷、耐火砖等材料构成。当气化室35温度较高时储热区64可发挥储热功能，当气化室35温度较低时陶瓷储热区64可散发热量。这样温度曲线峰值降低从而支撑气化过程。部分已经燃烧的气体被提到烟气通道38后沿旋转轨道进入涡流燃烧室39。由于烟气通道38截面积很大，所以烟气速度非常慢，灰分几乎不会被翻动或搅动。随后由于涡流燃烧室39截面积比烟气通道38截面积小约25％，加之烟气的负压状态会使得进入涡流燃烧室39的烟气流动速度大大加快。随后，卧式涡流燃烧室39烟气涡流使烟气燃烧过程得到强化。涡流燃烧室39内衬有防火层，防火层最好由蛭石轻质混凝土等制成。涡流燃烧室39的下部有一个由耐火钢与高温耐火混凝土制成的长槽式炉渣池40，炉渣池40可从整捆燃烧的气化系统1侧面抽出。在炉渣池40和气化室35水冷钢壁形成空间41，二次给风经空隙42进入涡流燃烧室39。因此炉渣池40从下面得到冷却、二次风得到预热。通过这种炉渣池40可以很好的解决系统后续部分各单元的结焦问题。设立在结构托架43上的整捆燃烧的气化系统1和在基础和支撑结构上的植物茎秆捆上料箱2和投料站3都未做详细显示。在整捆燃烧的气化系统1上部有一个通过梯子44和门45可以进入的空间。这里有一个支持冷却和水-空气换热器47的缓冲水箱46，当冷却水的热量不需要利用时可使用风扇对其进行冷却。气化室35下方的房间48可用于布置导风管31上分配给风的控制总成，导风管31上有可手动调控的滑块以减少截面积，以减少截面。同时此处没有表现出来的泵也可以调整冷却水和给风的量。图2所示为给风控制工作原理。一个通道用于一次风，另一通道用于二次风。两个通道都由一个轴49带动一个翼板50、51，翼板50、51几乎可以完全关闭通道。两个翼板50、51互成90度角，由一个此处没有表现出来的电机控制轴每次旋转90度，旋转时一个通道打开，另一个通道关闭。图3所示为防火鼓风器29的布置和执行。空气经进风口52被吸入气化室35中的。吹风器叶轮53由一种耐高温的合金钢制成，例如一种商标名称为Nicrofen的合金钢，轴54也是由耐热钢制成，空气还可被进一步压入金属通道55并通过金属通道出口56进入植物茎秆捆23。金属通道55由固定装置57固定，其中陶瓷填料58具有高耐火性能。图4所示为包含上料和各运行单元的系统俯视图。整捆燃烧的气化系统1由两个可移动上料单元59、60组成，两部分用螺栓连在一起形成一个大的标准气化室35，两个各自控制的植物茎秆捆上料箱2分别与气化室35相连。同样两个投料站3分别由各自的感应钮33控制，燃料捆通过投料门5投料，滚轮18在上料轨道19上向上滚动。图5所示为一个简化的框架61携带4个直径1，3m的圆捆，或2个2.4米宽、1.3米高1.2米长的方形包，或3个2、4米宽、0、8米长、1、2米高的方形包。这些燃料捆只需要由一个简单的、带有两个叉杆的前装载机框架装入投料站3，不需要使用特殊设备。如果图1所示的滑动盾14位于整捆上料通道17内位置62处，应重新在投料门5填充燃料捆。4个圆捆由送料链11和滑动盾14带动，以均速度运行到送料链11末端。然后滑动盾14和送料链11回到原位推送来另外4个圆捆进入植物茎秆捆上料箱2，再通过两次往返一共可以一次性加载12包燃料捆。如实施方式所示，通过两个植物茎秆捆上料箱2可以一次投入24个燃料捆。

权利要求：1.特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置主要由大型、水冷却、内衬隔热轻质混凝土陶瓷层和硬质陶瓷层，包含送风装置、除灰螺杆的气化室和随后的涡流燃烧室组成；其特征在于，整捆燃烧的气化系统1布置在燃料捆运输方并稍斜向下放置，所以燃料捆仅由植物茎秆捆上料箱2中的滑动盾14沿送料方向推入气化室35后向下到达陶瓷底板26底部仅由植物茎秆捆上料箱2中的送料链11移动。2.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，气化室35截面积沿燃料捆输送方向增大。3.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，其系统由上料单元59、60组成，上料单元59、60包括几乎已经制造完毕的植物茎秆捆上料箱2和投料站3沿上料通道方向在各自工位组成。4.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，在气化室35内上面悬挂感应钮33，其可以发出信号是系统停止上料。5.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，在气化室35内设置一个陶瓷储热区64在气化室35内温度变化时热能的吸收或者释放热量。6.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，烟气通道38宽度与气化室35宽度大约相等，涡流燃烧室39截面积比烟气通道38截面积小约25％。7.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，气化室35所需大部分空气是从气化室35下面的陶瓷底板26上的非常耐高温和耐磨的导风管31来调节和增加的，导风管31优选碳化硅材料制成。8.根据权利要求7所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，气化室35送风量有一个电磁装置控制，一个轴54穿过两个送风通道，即一次风通道和二次风通道，每个通道在轴54上各有一块彼此成90度角的翼板50、51几乎可以把各自通道完全封闭。9.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，涡流燃烧室39含有一个可以外部拉出来的炉渣池40。10.根据权利要求9所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，在炉渣池40与气化室35的水冷壁之间有一个自由空间41，通过这个空间41二次风被送入涡流燃烧室39。11.根据权利要求1所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，其植物茎秆捆上料箱2由整捆上料通道17沿一个坡度自动完成上料。12.根据权利要求11所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，气化室35前边的植物茎秆捆上料箱2中的燃料捆是躺在送料链11上，经过最后靠近火焰部分有防火衬里和水冷却的整捆上料通道17，由与若干驱动链20链接、带有滑动盾支架16的滑动盾14推送到气化室35的。13.根据权利要求11所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，滑动盾支架16的长度至少是整捆上料通道17内部高度的两倍。14.根据权利要求13所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，滑动盾14和滑动盾支架16是由上料轨道19上的滚轮18支撑滚过陶瓷底板26接近火区的。15.根据权利要求1和11所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，植物茎秆捆上料箱2和投料站3内部与外部是密封的。16.根据权利要求12所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，滑动盾14是由送料链11、驱动链20驱动和完成送料，其链环是由扁平坚固的眼状钢制成的。17.根据权利要求11所述的特别适合植物茎秆等的自动送料、整捆燃烧的气化装置，其特征在于，多达4个圆捆和最多3个方捆可同时仅由两个叉杆62携带，从侧面或后边经通过同样是密闭的投料门5插入投料站3。

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