CN101319752B - 生物质气化集中安全与预警供气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种，生物质气化集中安全与预警供气系统。它主要由送料架，风控气化炉，成组水浴喷淋塔，卧式喷淋过滤净化罐，焦油双罐回收器，佘热利用设置及地下湿式储气罐构成。其主要特点：1.能主动风控气化炉中的热解，氧化，还原反应，提高气化效率。2.焦油在系统中可回收利用，提高能源利用率。3.燃气：工艺流程长，质量好，纯度高。4.气化机组另部件，便于自主维修。5.有兰，黄，橙，红，四级预警，报警机制，来主动监控系统安全。平安优质高效的给用户提供，生物质燃气新能源。

Description

生物质气化集中安全与预警供气系统

技术领域：

本发明属于生物质热解气化技术领域，特别适合在秸杆气化，集中供气，要求希望更安全供气的系统中应用。

背景技术：

秸杆气化，集中供气系统，现在以有国家行业标准，和各种各样以公告的专利，其基本原理都一样。生物质在气化炉中，受控热解，气化，还原成可燃气体。工艺过程大同小异，工序有多有少，具体结构只有设计上的差异。它们都是从上料机构开始，经气化炉产生燃气为起点，通过管道进行水浴，喷淋，过滤，净化，储存工艺，再供给用户使用。

我国旱期建的一批秸杆气站，因技术不成熟，工艺流程短，稳定性差。如专利公告的“一种新型秸杆气化燃气净化机组”仅通过一级净化器，燃气就由风机送储气罐的工艺机组，到目前为止，在气站还能运行的以难再见。

在各处现场调研时我们看到，不管是大，小秸杆集中供气站，它们都有一个共同的规律，燃气中的焦油清除难。过滤，净化工艺差，流程短的，因焦油问题，气站停摆，检修的概率就多；过滤，净化工艺好，流程长，级次多的，倒闭的气站概率几乎很少。

集中供气的秸杆燃气业，除了上述存在的问题以外，目前普遍存在的，最凸出的就是焦油没法回收，无法利用，它污染环境。时间一长就有可能堵塞管道，引发事故。

除了焦油问题，还有一些不尽人意的地方。

1.由于地区差异，气站的燃料各不相同。有的气化机组，在负压运行段，炉温低，原料燃烧不充分，气化效率不高。每公斤燃料产气量不足，导致每立方米燃气成本偏高，企业易亏损。

2.气化炉的炉箅子，很多设计成整体型，不能翻转。尤其是夏天，气温高，粉尘大，工人清灰难；维修，更换炉箅子更难。换炉箅子还得靠外援，停机待机时间长。

3.气化炉在运行时，炉体表面及出气主管道，温度过高易伤人，佘热不能利用。

4.机组气化供气系统结构，从水浴，喷淋，过滤，净化设施，拆装，保养，维护难。一遇到问题就得被动的，停产，停机，依靠原设计，施工单位来处理。

5.北京以南地区，不少储气罐都建在地面。湿式的，储水又储气的双罐结构，不但成本高，又不太适合越冬。另外储气罐本身的升降由多点定位，只要飘浮不好，一但失去平衡，就会出现卡罐现象，上下受阻。轻的多消耗风机功率，重的还得引来麻烦。这种多点定位结构，费工，费钱，又费事。干式气罐成本最高，投资大，选干式气罐建气站不容易。

6.当气站或周边出现特殊情况，急需排空储气罐中佘气时.都是不点燃气体，靠人工开启阀门，排的四周都是燃气，要偶遇火花很危险，不安全。

7.目前运行的秸杆气站机组，都看不到有主动的，预警，报警系统，来监控气站的安全运行。企业只能被动的处理事故损失，潜在隐患大。

发明内容

针对现有秸杆集中供气系统中存在的种种问题，本系统提供了一套，新的解决方案，增加了许多新功能，也多加了燃气净化过滤工艺流程：

1.新系统主要由：四色四级声光警示灯1、电器柜2、上料架4、上喷淋罐7、水浴罐43、入水管44、分水五通8、喷淋用进水管10、燃气管道12、支架45、水池41、高温出气管6、气化炉5、喷淋过滤罐40、介质净化罐39、燃气管道主风机16、燃气调节阀15、燃气试气阀13、排气阀14、二次喷淋过滤罐38、二次介质净化罐37、喷淋用进水管27、燃气流量传感器46、水封器18、储气罐21、燃气总阀门24、第一电动阀23、电火花点火器22、出气排污罐25、第二电动阀33、34、支管阻火网32、36、火焰传感器31、35、用户供气管道、焦油双罐回收器28、污水泵29、四级预警报警网及其监控装置组成；

由上喷淋罐7、水浴罐43、入水管44、分水五通8、喷淋用进水管10、燃气管道12通过管道连接，组装成成组塔式水浴喷淋罐；成组塔式水浴喷淋罐由支架45固定悬置在水池41上；用管道上接高温出气管6、气化炉5，并用管道下连喷淋过滤罐40、介质净化罐39、燃气管道主风机16、燃气调节阀15、燃气试气阀13、排气阀14、二次喷淋过滤罐38、二次介质净化罐37、喷淋用进水管27、燃气流量传感器46、水封器18、储气罐21、燃气总阀门24、第一电动阀23、电火花点火器22、出气排污罐25、第二电动阀33、34、支管阻火网32、36、火焰传感器31、35、用户供气管道，组成产气、供气网；由焦油双罐回收器28、污水泵29配合四级预警报警网及其监控装置，组成一个完整的供气系统。

2.气化炉5：气化炉5由气化炉座54、炉身68、炉盖69组成；气化炉座54、炉身68、炉盖69由螺栓连接，石棉垫密封；

在气化炉座54上有炉门53、耐火材料55、佘热回水管56、清灰风机57、炉座佘热水套58；

在炉身68中部装有环型风管47、连接管48、风管接头49、吹风管50、压紧螺母51、管套52、炉身耐火材料65、可转动炉条63、炉条翻转电机70、热水连通管60、炉身佘热水套64、助燃风机59、控风调节门61、进风管62；

在炉盖69上有炉盖佘热水套67、热水连通管66、佘热管道水泵71、佘热出水管72。

风控气化炉5是个三层式活动体，内有保温层，用管道连通上中下炉体的双层水壁及带双层水壁的高温出气管6，好利用，佘热。利用佘热的目的：降低气化炉壁及出气管表面温度，通过管道循环，在冬天给湿式储气罐密封水面加温，不建保温房，也能扩大应用地区，适应低温环境。

3.系统采用湿式储气罐21，湿式储气罐21由连接管道及佘热交换管17、避雷针19、限位杆20、储气罐用水池26组成。储气罐用水池26，建在地面以下；不采用在地面建，双层钢结构湿式储气罐和地面干式储气罐，便于保温，更便于越冬；气罐由单杆定位，上下自由浮动，避免了储气罐多点定的麻烦。这种方案一举几得，比在地面建双层钢结构，湿式储气罐和地面干式储气罐，储气罐保温房，要节省资源，省钱，省事。在气化炉5加入了可控风的环型风管47，根据不同的燃料，能主动调节风量，改善气化环境，提高炉温，提高燃气质量，使供气更符合国家行业标准对燃气质量的要求。设置了焦油双罐回收器，焦油可回收利用，它既可提高能源利用率(因焦油占生物质能源的5-10％)，又可减少管道堵塞，减少环境二次污染。

4.设有二次喷淋过滤罐38、喷淋过滤罐40结构性能完全一样：有滚轮89便于移位，罐固定后由可调支承82定位，净化罐下壳体83中装有多孔过滤板84、弧型挡板85、喷淋管88，净化罐上壳体87可通过铰链86翻转后，便于维修、更换、清理罐内另件，通过排水管90、进水管91、喷淋管88喷淋过滤燃气。

5.设有二次介质净化罐37、介质净化罐39与二次喷淋过滤罐38结构性能完全一样：关闭进水管91、排水管90，不喷淋过滤燃气，只需换上过滤介质净化燃气。

6.设置了焦油双罐回收器28，它由滚轮73、第一支架74、立柱95、第二支架79、减速箱81、电机80、螺旋搅拌杆77、旋转手柄78、配重92、带转轴的回收罐76、过滤网板75、排水软管96、翻转杆支座94、翻转杆93组成；

由滚轮73、第一支架74构成机座；在立柱95上装有第二支架79、减速箱81、电机80、螺旋搅拌杆77、旋转手柄78、配重92；在第二支架79上装有带转轴的回收罐76、过滤网板75、排水软管96、翻转杆支座94、翻转杆93。

焦油的回收利用，它既可提高能源利用率(因焦油占生物质能源的5-10％)又可减少管道堵塞，减少环境二次污染。

以上整个供气系统，各个环节，另部件都好维修，保养：

①气化炉5，是个三层式活动炉体，用螺栓固定，石棉垫密封；上炉盖可安装上料机构，有观察辅助进气孔，好安装，好拆。

②炉条63，可手动或电动翻转落渣，风动清灰，有备件好更换。它可以减少企业环境污染和员工劳动强度。

③一组四个的上喷淋罐7，通过支架45悬置在水池上；这四个上喷淋罐7、水浴罐43、入水管44、燃气管道12、好拆，好装，好换；二次介质净化罐37、二次喷淋过滤罐38、介质净化罐39、喷淋过滤40的上壳体87，都是可翻转结构，十分便于维护，检修，或装卸过滤介质；它们之间的标准化程度较高，同样的罐，管可以互换；入水管44、燃气管道12都有备件；企业员工经初级培训，就能自主对系统进行维护，保养，检修；可减少对外援的依赖，减少中停，提高供气率。

7.在国内秸杆气站，屡屡出现爆炉事件；还有江南某村气站，因焦油堵塞管道发生爆炸，伤及人员的事故。在气站新的供气系统中，我们强化了安全措施。

整套供气系统设置有四级预警报警网，来主动监控系统安全运行。它由兰色声光预警、黄色声光闪光预警、橙色声光闪光报警、红色声光闪光报警组成，具体如下：

兰色声光预警：由电流传感器3、燃气流量传感器46、燃气管道主风机16、燃气管道、常规继电器、四色四级声光警示灯1组成监测链，进行兰色声光预警；

黄色声光闪光预警：由液位压力传感器11即液位U型阀门测压管、常规继电器、四色四级声光警示灯1组成监测链，进行黄色声光闪光预警；

橙色声光闪光报警：由液位传感9即液位U型阀门监测管、火焰传感器31，35、电动阀33，34、常规继电器、四色四级声光警示灯1组成监测链，进行橙色声光闪光报警；

红色声光闪光报警：由一氧化碳传感器30配合继电器，切断燃气管道主风机16电源，停机；启动轴流风机42降低现场浓度；通过按扭、继电器、自动先后启动电火花点火器22，打开电动阀23点火放气，进行红色声光闪光报警。

当出现预警，报警信号时，提示操作者采取相应的措施，让机组恢复正常工作，预防故障出现。

①流量传感器46，当流量传感器46测得主管道燃气流量超过了正常设定值时，传感器会配合继电器、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出兰色声光预警，提示燃气炉工作不正常，缺料，缺氧或燃烧不当。

②电流传感器3，当电流传感器3测得燃气管道主风机16的电流超过了正常设定值时，传感器会配合继电器、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出兰色声光预警，提示主燃气管道将要堵塞，快清理。

③液位压力传感器11即液位U型阀门测压管，当液位压力传感器11测得主管道燃气压力超过了正常设定值时，传感器会配合继电器、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出黄色声光闪光预警，提示燃气炉燃烧气化很不正常，需尽快调整。

④火焰传感器31，35，当火焰传感器31，35测得分支管道出现回火，传感器会配合继电器、电动阀、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出橙色声光闪光报警，并自动关闭相应的分支供气管道阀门，提示操作者检查火源，当回火消失后会自动的恢复供气。

⑤液位传感器9即液位U型阀门监测管，当液位传感器9测得液位回落超过预定值，就会切断主风机控制电源，停机。传感器配合继电器、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出橙色声光闪光报警，提示主燃气管道堵塞，操作者需立即处理，排除故障，好即时恢复送气。

⑥一氧化碳传感器30，由于燃气机组泄漏，一氧化碳传感器30测得一氧化碳超标，达到危险值时，传感器会通过继电器、声光装置打开四色四级声光警示灯1，发出红色声光闪光报警。切断燃气管道主风机16的电源并启动轴流风机42冲淡现场浓度，待浓度下降恢复常态，不报警后，要彻底查原因。

⑦当气站或周边出现特殊情况，急需排空储气罐中佘气时，操作者可通过按扭、继电器启动红色声光闪光报警器1、电火花点火器22，打开第一电动阀23，点火放气保安全。

附图说明：下面结合附图和实施方式，对本发明作进一步的说明

图1：生物质气化集中安全与预警供气系统结构示意图

图2：气化炉结构示意图

图3：管道喷淋，过滤，净化罐结构示意图

图4：焦油回收装置结构示意图

图1中：

1四色四级声光警示灯，其中也有闪光灯  2电器柜

3电流传感器      4上料架             5气化炉

6高温出气管      7上喷淋罐           8分水五通

9液位U型阀门监测管                   10喷淋用进水管

11液位U型阀门测压管                  12燃气管道

13燃气试气阀    14排气阀             15燃气调节阀

16燃气管道主风机17佘热交换管         18水封器

19避雷针        20限位杆             21储气罐

22电火花点火器  23第一电动阀         24燃气总阀门

25出气排污罐    26储气罐用水池       27喷淋用进水管

28焦油双罐回收器29污水泵             30一氧化碳传感器

31火焰传感器    32支管阻火网         33第二电动阀

34第二电动阀    35火焰传感器         36支管阻火网

37二次介质净化罐    38二次喷淋过滤罐    39介质净化罐

40喷淋过滤罐        41水池              42轴流风机

43水浴罐            44入水管            45支架

46燃气流量传感器

图2中：

47环型风管      48连接管      49风管接头

50吹风管        51压紧螺母    52管套

53炉门          54气化炉座    55耐火材料

56佘热回水管    57清灰风机    58炉座佘热水套

59助燃风机      60热水连通管  61控风调节门

62进风管        63炉条        64炉身佘热水套

65炉身耐火材料  66热水连通管  67炉盖佘热水套

68炉身          69炉盖        70炉条翻转电机

71佘热管道水泵  72佘热出水管

图3中：

82可调支承    83净化罐下壳体    84多孔过滤板

85弧型挡板    86铰链            87净化罐上壳体

88喷淋管      89滚轮  90排水管  91进水管

图4中：

73滚轮            74第一支架      75过滤网板

76带转轴的回收罐  77螺旋搅拌杆    78旋转手柄

79第二支架        80电机          81减速箱

92配重            93翻转杆        94翻转杆支座

95立柱            96排水软管

具体实施方式：

按照图1结构示意图，首先，将上喷淋罐7，水浴罐43，入水管44，分水五通8，喷淋用进水管10，燃气管道12，通过管道连接，组装成成组塔式水浴喷淋罐，成组塔式水浴喷淋罐由支架45，固定悬置在水池41上。用管道上接高温出气管6，气化炉5，下连喷淋过滤罐40，介质净化罐39，燃气管道主风机16，燃气调节阀15，燃气试气阀13，排气阀14，二次喷淋过滤罐38，二次介质净化罐37，喷淋用进水管27，燃气流量传感器46，水封器18，储气罐21，燃气总阀门24，第一电动阀23，电火花点火器22，出气排污罐25，第二电动阀33，34，支管阻火网32，36，火焰传感器31，35，用户供气管道，组成产气，供气网。

再将，液位U型阀门监测管9，液位U型阀门测压管11，电流传感器3，一氧化碳传感器30，轴流风机42，火焰传感器31，35，燃气流量传感器46，第一电动阀23，第二电动阀33，34，电火花点火器22的电控线路组成预警、报警监控网。

将污水泵29及管道归位，焦油双罐回收器28每次点火都要装上新燃料；旋转支架，放下螺旋搅拌杆77并锁紧，各罐分别准备接收，过滤，从污水泵29排过来的含焦油的污水回炉利用。接上喷淋用进水管10，27，将佘热交换管17与佘热回水管56，佘热出水管72连成回路。完成以上工作后，给各种风机，水泵，炉条翻转电机，电器柜接上电原，匹配好预警，报警网。调试好全部的电控系统后，再给储气罐用水池26，水池41，佘热交换管17，喷淋用进水管10，27灌上水。给液位U型阀门监测管9，液位U型阀门测压管11灌上鲜红色水以便识别。至此就可给气化炉5装上燃料，送电，点火试运行。在试运行其间，要对各种传感器的参数调整到恰当的值，固定参数后就可正式运行。

只要气化炉点火启动，运转，预警装置就在工作，监控系统安全。只要员工精心操作，维护，气站就能放心的给用户送气。

关于四级预警，报警装置与全系统控制电路相互配合，连接的原理，只要参照各种传感器，电动阀门，电机，电器另部件使用说明书，根据气站设定的运行程序，电器专业人员都能设计，按装，维修，在此不详述。

Claims (7)

1.一种生物质气化集中安全与预警供气系统：该系统由四色四级声光警示灯(1)、电器柜(2)、上料架(4)、上喷淋罐(7)、水浴罐(43)、入水管(44)、分水五通(8)、第一喷淋用进水管(10)、燃气管道(12)、支架(45)、水池(41)、高温出气管(6)、气化炉(5)、喷淋过滤罐(40)、介质净化罐(39)、燃气管道主风机(16)、燃气调节阀(15)、燃气试气阀(13)、排气阀(14)、二次喷淋过滤罐(38)、二次介质净化罐(37)、第二喷淋用进水管(27)、燃气流量传感器(46)、水封器(18)、储气罐(21)、燃气总阀门(24)、第一电动阀(23)、电火花点火器(22)、出气排污罐(25)、第二电动阀(33，34)、支管阻火网(32，36)、火焰传感器(31，35)、用户供气管道、焦油双罐回收器(28)、污水泵(29)、四级预警报警网及其监控装置组成；

由上喷淋罐(7)、水浴罐(43)、入水管(44)、分水五通(8)、第一喷淋用进水管(10)、燃气管道(12)通过管道连接，组装成成组塔式水浴喷淋罐；成组塔式水浴喷淋罐由支架(45)固定悬置在水池(41)上；用管道上接高温出气管(6)、气化炉(5)，并用管道下连喷淋过滤罐(40)、介质净化罐(39)、燃气管道主风机(16)、燃气调节阀(15)、燃气试气阀(13)、排气阀(14)、二次喷淋过滤罐(38)、二次介质净化罐(37)、第二喷淋用进水管(27)、燃气流量传感器(46)、水封器(18)、储气罐(21)、燃气总阀门(24)、第一电动阀(23)、电火花点火器(22)、出气排污罐(25)、第二电动阀(33，34)、支管阻火网(32，36)、火焰传感器(31，35)、用户供气管道，组成产气、供气网；由焦油双罐回收器(28)、污水泵(29)配合四级预警报警网及其监控装置，组成一个完整的供气系统。

2.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：气化炉(5)由气化炉座(54)、炉身(68)、炉盖(69)组成；气化炉座(54)、炉身(68)、炉盖(69)由螺栓连接，石棉垫密封；

在气化炉座(54)上有炉门(53)、耐火材料(55)、佘热回水管(56)、清灰风机(57)、炉座佘热水套(58)；

在炉身(68)中部装有环型风管(47)、连接管(48)、风管接头(49)、吹风管(50)、压紧螺母(51)、管套(52)、炉身耐火材料(65)、可转动炉条(63)、炉条翻转电机(70)、第一热水连通管(60)、炉身佘热水套(64)、助燃风机(59)、控风调节门(61)、进风管(62)；

在炉盖(69)上有炉盖佘热水套(67)、第二热水连通管(66)、佘热管道水泵(71)、佘热出水管(72)。

3.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：储气罐(21)由连接管道及佘热交换管(17)、避雷针(19)、限位杆(20)、储气罐用水池(26)组成。

4.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：二次喷淋过滤罐(38)、喷淋过滤罐(40)结构性能完全一样：有滚轮(89)便于移位，罐固定后由可调支承(82)定位，净化罐下壳体(83)中装有多孔过滤板(84)、弧型挡板(85)、喷淋管(88)，净化罐上壳体(87)可通过铰链(86)翻转后，便于维修、更换、清理罐内零件，通过排水管(90)、进水管(91)、喷淋管(88)喷淋过滤燃气。

5.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：二次介质净化罐(37)、介质净化罐(39)与二次喷淋过滤罐(38)结构性能完全一样：关闭进水管(91)、排水管(90)，不喷淋过滤燃气，只需换上过滤介质净化燃气。

6.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：焦油双罐回收器(28)由滚轮(73)、第一支架(74)、立柱(95)、第二支架(79)、减速箱(81)、电机(80)、螺旋搅拌杆(77)、旋转手柄(78)、配重(92)、带转轴的回收罐(76)、过滤网板(75)、排水软管(96)、翻转杆支座(94)、翻转杆(93)组成；

由滚轮(73)、第一支架(74)构成机座；在立柱(95)上装有第二支架(79)、减速箱(81)、电机(80)、螺旋搅拌杆(77)、旋转手柄(78)、配重(92)；在第二支架(79)上装有带转轴的回收罐(76)、过滤网板(75)、排水软管(96)、翻转杆支座(94)、翻转杆(93)。

7.根据权利要求1所述的生物质气化集中安全与预警供气系统，其特征在于：四级预警报警网由兰色声光预警、黄色声光闪光预警、橙色声光闪光报警、红色声光闪光报警组成，具体如下：

兰色声光预警：由电流传感器(3)、燃气流量传感器(46)、燃气管道主风机(16)、燃气管道、常规继电器、四色四级声光警示灯(1)组成监测链，进行兰色声光预警；

黄色声光闪光预警：由液位压力传感器(11)即液位U型阀门测压管、常规继电器、四色四级声光警示灯(1)组成监测链，进行黄色声光闪光预警；

橙色声光闪光报警：由液位传感器(9)即液位U型阀门监测管、火焰传感器(31，35)、第二电动阀(33，34)、常规继电器、四色四级声光警示灯(1)组成监测链，进行橙色声光闪光报警；

红色声光闪光报警：由一氧化碳传感器(30)配合继电器，切断燃气管道主风机(16)电源，停机；启动轴流风机(42)降低现场浓度；通过按扭、继电器，自动先后启动电火花点火器(22)，打开第一电动阀(23)点火放气，进行红色声光闪光报警。

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