CN102010753B - 生物质气化反应炉及其自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物质气化反应设备技术领域，尤其涉及一种生物质气化反应炉及其控制系统。本发明的技术方案为：生物质气化反应炉，包括炉顶、炉腰、炉膛、炉底、炉排、炉排转动传动装置、炉底排灰密封装置，所述炉排为至少两个并列排列的炉排组成。通过炉排的转动将灰带出，通过滚动、挤压实现破渣功能。该装置能够通过中央控制系统监测的物料高度，物料层(TL)、燃烧层(TR)、还原层(TY)、灰层(TH)，炉底负压(PL)等参数，控制燃烧层高度(H)，确保主动配风装置准确直接地向燃烧层配风。
Description
技术领域
本发明属于生物质气化反应设备技术领域，尤其涉及一种生物质气化反应炉及其自动控制方法。
背景技术
目前市场上应用最多的生物质气化炉为下吸式固定反应床，此种气化炉存在以下问题：不能够连续进行产气工作，产气效率低。由于不能连续工作，所以需要间歇运行，因此在启停时造成了大量原料的浪费，同时为满足集体炊事用气就必须建设大容量的贮气装置——贮气柜，由此造成了大量土地的占用以及建站成本的无谓提高，造成了巨大的浪费，并且在应用上受到了极大的限制，不能用于发电等诸多领域；可控性差，难以实现自动化，操作劳动强度高。
本申请人申请的专利号为：2008200257631，专利名称为：生物质气化燃气发生炉的中国专利，解决了上述技术问题，在实际生产过程中实现了连续进行产气工作，产气效率高，但只适用于直径小于0.8m，产气量小于200m3/h的气化炉，如果要生产直径大于0.8m，产气量大于200m3/h的气化炉，则不太适合。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种生物质气化反应炉及自动控制方法，该技术方案结构简单，使于生产，制造成本低，连续产气量大，满足不同的生产要求。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：生物质气化反应炉，包括炉顶、炉腰、炉膛、炉底、炉排、炉排转动传动装置、炉底排灰密封装置，所述炉排为至少两个并列排列的炉排组成。通过炉排的转动将灰带出，通过滚动、挤压实现破渣功能。
本发明所述的各炉排通过传动轴用链条与电动机连接。电动机转速可调节，通过电机通过链条带动炉排的转动将灰带出，通过炉排之间的滚动及炉排与炉腰内侧挤压实现破渣效果。
本发明所述的炉顶上有炉顶搅拌配风装置，炉顶搅拌配风装置由电动机、减速机、空心传动轴及搅拌叶片组成，空心传动轴的上端连接电动机和减速机，下端连接搅拌叶片，空心传动轴的顶端通过电动阀门与配风风机连接，空心传动轴的底端与配风烧嘴连接，空心传动轴的中心为配风通道。该装置不仅能够使进入炉膛的生物质原料均匀分布，还能够向燃烧层紧上方均匀配风，并且能够探测物料层高度。
本发明所述的炉膛上设置有燃烧层配风装置，所述燃烧层配风装置包括多个配风管道，配风管道位于炉膛侧壁上，配风管道的一端为烧嘴，位于炉膛内部，配风管道的另一端位于炉膛外侧，通过阀门与配风风机连接。该装置可以根据炉况自动调节配风量，提高燃烧层温度，促进生物质及焦油的充分裂解。
本发明所述的烧嘴为陶瓷烧嘴。陶瓷烧嘴可以耐高温。
炉底排灰密封装置采用电力驱动的螺旋挤压的方式排出炉底的灰渣，螺旋密封前面是一直流端，在螺旋挤压过程中，灰分填充在这里，实现炉底的密封状态。
生物质气化反应炉自动控制方法，其特征在于：其方法包括下列步骤：
1)、首先检测物料层温度TL、燃烧层温度TR、还原层温度TY、灰层温度TH、炉底负压PL；
2)、检测是否TR-TL≤15℃，若检测结果为是，则进料装置开始向炉膛内进料；
3)、若步骤2)的检测结果为否，则继续检测是否TR-TL≥952℃，若检测结果为是，则停止进料装置向炉膛内进料；若检测结果为否，则返回步骤2)；
4)、检测是否TY-TH≤73℃或PL≥9000Pa，若检测结果为是，则炉排启动旋转，转速控制为12.35r/min；
5)、若步骤4)的检测结果为否，则继续检测是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000Pa，若检测结果为是，则炉排旋转，转速控制为11.32r/min；
6)、若步骤5)的检测结果为否，则继续检测是否TY-TH≥102℃或PL≤200Pa；
若检测结果为是，则炉排停止转动，若检测结果为否，则返回步骤4)；
7)、检测是否900℃＜TL＜1050℃，若检测结果为是，则炉膛燃烧层进风流量Q＝900m3/h；
8)、若步骤7)检测结果为否，则继续检测是否1050℃＜TL＜1200℃，若检测结果为是，则炉膛燃烧层进风流量Q＝780m3/h；
9)、若步骤8)的检测结果为否，则返回步骤7)。
7、根据权利要求6所述的生物质气化反应炉自动控制方法，其特征在于：炉顶配风流量为Q1，Q＝3.124Q1，
当炉膛中的料层高度达到设定下限值时，开始向炉膛内输送原料，直到料层高度达到设定上限为止。当物料高度，燃烧层、还原层、灰层、出气口温度，炉底负压等参数达到设定上限值时，由炉排转动传动装置开始工作，直到以上参数达到下限为止。炉底排灰密封装置根据中央控制系统采集到的炉底灰层高度数据，适时启动将灰渣及时排出。以上不同装置的协同工作，保证了该气化炉系统的稳定连续的运行。
中央控制系统通过探测器取得物料层温度(TL)、燃烧层温度(TR)、还原层温度(TY)、灰层温度(TH)，炉底负压(PL)等参数，控制燃烧层高度(H)，确保主动配风装置准确直接地向燃烧层配风。
燃烧层高度逻辑控制关系：
1.TR-TL≤15℃时，进料装置开始向炉膛内进料，直到TR-TL≥952℃时停止。
2.TY-TH≤73℃或PL≥9000Pa时，炉排启动旋转，转速控制为12.35r/min；
3.73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000Pa时，炉排旋转，转速控制为11.32r/min；TY-TH≥102℃或PL≤200Pa时，炉排停止转动。
炉顶配风流量为Q1，炉膛燃烧层配风流量为Q，维持Q＝3.124Q1，
本发明的有益效果是：生物质气化反应炉，包括炉顶、炉腰、炉膛、炉底、炉排、炉排转动传动装置、炉底排灰密封装置，所述炉排为至少两个并列排列的炉排组成。采用富氧燃烧技术，利用炉顶与炉膛的主动配风装置向燃烧层配风，提高燃烧层温度，促进生物质及焦油的充分裂解，炉排及其炉底相关机构可以连续排灰、破渣，从而有效控制了炉排上的灰层厚度，进而控制了炉底负压。其二，根据料层高度的监测，可以实现对炉膛内的自动喂料。以上两点，便解决了目前市场上气化炉运行时间稍长便停炉需清理的弊病；使其可完全实现自动化，可以做到无人值守，从根本上降低了劳动强度；使贮气柜容量降低为原有的10％，大大降低了建站的成本投入；可以不间断连续运行，炉排上方原料层及灰层高度可控，炉排下方的灰层高度及负压可控，即炉况可控。中央控制系统通过监测物料高度，燃烧层、还原层、灰层、出气口温度，炉底负压等参数，控制炉排转动来控制燃烧层温度与高度，确保主动配风装置准确直接地向燃烧层配风；安装于炉底的密封排灰系统，可根据炉底的灰渣数量，适时启动，将灰渣排出，同时确保没有空气从其排灰口进入，保证炉底密封状态。该装置较常规固定床气化装置气化效率提高20％，热值提高7％，燃气中焦油含量下降60％该气化装置产气范围广，可以应用于发电、供暖、工业应用及炊事等诸多领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中沿A-A向剖视示意图，
图3为本发明的炉顶搅拌配风装置的纵向剖视结构示意图，
图4为本发明的燃烧层配风装置结构示意图，
图5为本发明生物质气化反应炉自动控制方框图，
图6为本发明生物质气化反应炉自动控制方法流程图，
图中：1-炉顶，2-炉膛，3-链条，4-炉底，5-传动轴，6-炉腰，7-炉顶搅拌配风装置，8-燃烧层配风装置，9-炉排，10-炉底排灰密封装置，11-炉排电动机，12-电动机，13-配风通道，14-配风烧嘴，15-电动阀门，16-减速机，17-空心传动轴，18-搅拌叶片，19-配风管道，20-烧嘴，21-阀门；101-中央控制系统，102-物料温度，103-燃烧层温度，104-还原层温度，105-灰层温度，106-炉底负压。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
具体实施方式
根据图1和图2所示，生物质气化反应炉，包括炉顶1、炉腰6、炉膛2、炉底4、炉排9、炉排转动传动装置、炉底排灰密封装置10，炉排9为三个并列排列的炉排9组成，各炉排9通过传动轴5用链条3与炉排电动机11连接。炉顶1上有炉顶搅拌配风装置7，炉膛2上设置有燃烧层配风装置8。
根据图3所示，炉顶搅拌配风装置7由电动机12、减速机16、空心传动轴17及搅拌叶片18组成，空心传动轴17的上端连接电动机12和减速机16，下端连接搅拌叶片18，空心传动轴17的顶端通过电动阀门15与配风风机连接，空心传动轴17的中心为配风通道19。
根据图4所示，燃烧层配风装置8包括多个配风管道19，配风管道19位于炉膛2侧壁上，配风管道19的一端为烧嘴20，位于炉膛2内部，配风管道19的另一端位于炉膛2外侧，通过阀门21与配风风机连接。
根据图5所示，中央控制系统通过探测器取得物料层温度(TL)、燃烧层温度(TR)、还原层温度(TY)、灰层温度(TH)，炉底负压(PL)参数，控制燃烧层高度(H)。
根据图6所示，步骤201、202和203分别检测物料层温度TL、燃烧层温度TR、还原层温度TY、灰层温度TH、炉底负压PL值，
在步骤204中，检测是否TR-TL≤15℃，若检测结果为是，则在步骤207中进料装置开始向炉膛内进料；若检测结果为否，则在步骤205中继续检测是否TR-TL≥952℃，若检测结果为是，则在步骤206中停止进料装置向炉膛内进料；若检测结果为否，则在步骤208中返回步骤204。
在步骤209中检测是否TY-TH≤73℃或PL≥9000Pa，若检测结果为是，则在步骤213中炉排启动旋转，转速控制为12.35r/min；若检测结果为否，则在步骤210中继续检测是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000Pa，若检测结果为是，则在步骤214中炉排旋转，转速控制为11.32r/min；若检测结果为否，则在步骤211中继续检测是否TY-TH≥102℃或PL≤200Pa，若检测结果为是，则在步骤215中炉排停止转动，若检测结果为否，则在步骤212中返回步骤209。
在步骤216中检测是否900℃＜TL＜1050℃，若检测结果为是，则在步骤219中炉膛燃烧层进风流量Q＝900m3/h；若检测结果为否，则在步骤217中继续检测是否1050℃＜TL＜1200℃，若检测结果为是，则在步骤220中炉膛燃烧层进风流量Q＝780m3/h，若检测结果为否，则在步骤218中返回步骤216。
Claims (4)
1.生物质气化反应炉，包括炉顶、炉腰、炉膛、炉底、炉排、炉排转动传动装置、炉底排灰密封装置，其特征在于：所述炉排为至少两根并列排列的炉排组成；各炉排通过传动轴用链条与电动机连接；所述的炉顶上有炉顶搅拌配风装置，炉顶搅拌配风装置由电动机、减速机、空心传动轴及搅拌叶片组成，空心传动轴的上端连接电动机和减速机，下端连接搅拌叶片，空心传动轴的顶端通过电动阀门与配风风机连接，空心传动轴的底端与配风烧嘴连接，空心传动轴的中心为配风通道；所述的炉膛上设置有燃烧层配风装置，所述燃烧层配风装置包括多个配风管道，配风风管位于炉膛侧壁上，配风管道的一端为烧嘴，位于炉膛内部，配风管道的另一端位于炉膛外侧，通过阀门与配风风机连接。
2.根据权利要求1所述的生物质气化反应炉，其特征在于：所述的烧嘴为陶瓷烧嘴。
3.一种权利要求1所述的生物质气化反应炉的自动控制方法，其特征在于：其方法包括下列步骤：
1)、首先检测物料层温度TL、燃烧层温度TR、还原层温度TY、灰层温度TH、炉底负压PL；
2)、检测是否TR-TL≤15℃，若检测结果为是，则进料装置开始向炉膛内进料；
3)、若步骤2)的检测结果为否，则继续检测是否TR-TL≥952℃，若检测结果为是，则停止进料装置向炉膛内进料；若检测结果为否，则返回步骤2)；
4)、检测是否TY-TH≤73℃或PL≥9000Pa，若检测结果为是，则炉排启动旋转，转速控制为12.35r/min；
5)、若步骤4)的检测结果为否，则继续检测是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000Pa，若检测结果为是，则炉排旋转，转速控制为11.32r/min；
6)、若步骤5)的检测结果为否，则继续检测是否TY-TH≥102℃或PL≤200Pa；
若检测结果为是，则炉排停止转动，若检测结果为否，则返回步骤4)；
7)、检测是否900℃＜TL＜1050℃，若检测结果为是，则炉膛燃烧层进风流量Q＝900m3/h；
8)、若步骤7)检测结果为否，则继续检测是否1050℃＜TL＜1200℃，若检测结果为是，则炉膛燃烧层进风流量Q＝780m3/h；
9)、若步骤8)的检测结果为否，则返回步骤7)。
4.根据权利要求3所述的自动控制方法，其特征在于：炉顶配风流量为Q1，Q＝3.124Q1。
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