CN102443441B - 垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法 - Google Patents

垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法,垃圾燃料烟气化处理系统包括用于将垃圾燃料烟气化的烟化装置及与烟化装置连接的烟气处理装置,所述的烟化装置包括阴燃室、进料装置、出料装置、引燃装置及鼓风装置,阴燃室上部的出烟管通过烟气成分检测装置连接烟气处理装置,烟气处理装置的净化室内的设有填充料,底部设有出水口,垃圾燃料烟气化处理系统还包括自动控制系统。它有效地解决了现有技术的有机废弃物处理方法存在的环境污染严重、燃烧效率低、操作不便及难以控制的问题,本发明可以将木屑、农作物秸秆等固态有机废弃物转化为可燃气体,效率高、可以实现全自动控制,具有显著的经济与社会效益。

Description

垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种通过燃烧产生可燃气体的装置,尤其是一种可以将木屑、农作物秸杆等固态有机废弃物转化为可燃气体的垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法。
背景技术
[0002] 在现有技术中,树叶、木屑、农作物秸杆、种子壳等大量有机废弃物由于其燃烧热值不高,一般不作为燃料使用而成为垃圾或被直接焚毁,不但污染了环境,也造成资源的浪费。公开日为2011年7月6日、公开号为CN102116493A的专利文件公开了一种混合燃料炉系统及燃烧方法,包括一炉具及与炉具连接的液体燃料供应装置与气体燃料供应装置,所述的炉具包括炉芯,炉芯内设有炉腔,炉腔内设有汽化腔,液体燃料供应装置通过输液管、单向装置连接汽化腔,汽化腔的出口连接设置在炉腔下部的汽化喷头,炉腔的底部设有进风道,进风道内设有气体燃料喷口,所述的气体燃料供应装置包括固体燃料阴燃桶及供氧装置,阴燃桶顶部的开口处设有密封盖,底部设有引燃装置及出灰口,阴燃桶的上部还设有烟气出口,烟气出口通过输气管与气体燃料喷口相连接。该发明利用作物秸杆、谷糠、锯末等废弃物,利用其容易阴燃的特点,通过阴燃桶使其阴燃,然后将阴燃桶内产生的一氧化碳等可燃气体通过输气管引入液体燃料汽化炉,利用液体燃料燃烧产生的高温与火焰,使一氧化碳等可燃物充分燃烧,可以利用作物秸杆、谷糠、锯末等废弃物,在炉具同等火力的前提下,可以减少液体燃料的使用量,有效地节约了能源。但该发明的阴燃桶不能自动连续工作,当工作一段时间后,需要人工添加燃料,由于阴燃桶是封闭结构,因此很难观察桶内燃料的消耗情况,操作上非常不方便;其次,垃圾燃料通常含有水分,阴燃后的烟气中包含水汽,直接使用会影响燃烧效率;另外,阴燃桶内燃料燃烧程度无法控制,如果燃料的燃烧过于充分,就会产生大量的二氧化碳,使可燃的一氧化碳减少,资源白白浪费;反之则阴燃桶内的燃料可能熄灭,也无法产生可燃气体。
发明内容
[0003] 本发明为解决现有技术的有机废弃物处理方法存在的环境污染严重、资源浪费的问题而提供一种可以将木屑、农作物秸杆等固态有机废弃物转化为可燃气体的垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法。
[0004] 本发明的另一目的是为解决现有技术的有机废弃物处理方法存在的燃烧效率低、操作不便及难以控制的问题而提供一种效率高、可以实现全自动控制的垃圾燃料烟气化处理系统及控制方法。
[0005] 本发明为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为:一种垃圾燃料烟气化处理系统,包括用于将垃圾燃料烟气化的烟化装置及与烟化装置连接的烟气处理装置,所述的烟化装置包括阴燃室,阴燃室的顶部设有进料装置,底部设有出料装置、引燃装置及与鼓风装置连接的进风口,阴燃室的上部还设有出烟管,出烟管通过烟气成分检测装置连接烟气处理装置,所述的烟气处理装置包括净化室及设置在净化室内的填充料,净化室的上部设有进烟管,下部设有出气口,净化室的底部还设有出水口,垃圾燃料烟气化处理系统还包括自动控制系统,所述的自动控制系统连接进料装置、出料装置、鼓风装置及烟气成分检测装置。本发明所述的垃圾燃料,是指树叶、木屑、农作物秸杆、种子壳等在农村大量存在的有机废弃物;本发明所述的烟气化或烟化,就是将这些容易发生阴燃的有机废弃物在封闭空间内堆积并使其阴燃而产生可燃气体。阴燃是固体燃烧的一种形式,是无可见光的缓慢燃烧,通常产生烟和温度上升等现象,它与有焰燃烧的区别是无火焰,它与无焰燃烧的区别是能热分解出可燃气。本发明利用树叶、木屑、农作物秸杆、种子壳等垃圾燃料,利用其容易阴燃的特点,通过阴燃室使其阴燃,然后将阴燃室内产生的烟气(包括可燃的一氧化碳气体、碳微粒等)经过净化处理后通过出气口输出,作为燃料使用。进料装置与出料装置可以在自动控制系统的控制下自动为阴燃室输送燃料与及时排出燃料燃烧后产生的灰烬;引燃装置用于点燃垃圾燃料,鼓风装置可以给阴燃室内提供空气,确保阴燃室内垃圾燃料的阴燃持续进行;烟气成分检测装置用于检测阴燃室所产生烟气的成分,用于判断阴燃室内的燃料燃烧情况,自动控制系统则根据阴燃室内的燃料燃烧情况通过鼓风装置调节阴燃室的供氧量,以确保阴燃室内的燃料处于最佳的燃烧状态;净化室及其填充料用于净化阴燃室所产生烟气,主要目的是去除垃圾燃料阴燃时产生的水汽,提高阴燃室所产生烟气的燃烧效率,同时也有去除烟气中灰尘的作用,本发明将进烟管设置在净化室的上部,而净化后的出气口设置在净化室的下部,是考虑烟气中的热水汽容易向净化室上部积聚,而净化室下部的温度相对较低,烟气中水汽含量较少,因此有利于水汽的去除;净化室的底部设有出水口,当净化室底部的水分积聚到一定程度时,可以通过出水口将水放出。这样,本发明解决了现有技术的有机废弃物处理方法存在的环境污染严重、资源浪费的问题,可以将树叶、木屑、农作物秸杆、种子壳等大量有机废弃物转化为可燃气体,同时,本发明也解决了现有技术的有机废弃物处理方法存在的燃烧效率低、操作不便及容易失控的问题,本发明根据阴燃室所产生烟气成分来控制燃料的阴燃过程,确保阴燃室内的燃料处于最佳的燃烧状态,燃料转换效率高,可以实现全自动控制;另外,本发明的烟气处理装置可以净化烟气,提高烟气的燃烧效率。本发明阴燃室及净化室的大小可以根据所处理垃圾燃料数量多少确定,对于大规模的处理装置,可以采用 相应大结构的阴燃室及净化室,而对于农村地区家用的小型处理装置,也可以采用类似阴燃筒及净化筒的小设备,以满足不同的需要。
[0006] 作为优选,所述的净化室内设有过滤腔,过滤腔设置在净化室与出气口的连接处,所述的过滤腔设有向下的开口,过滤腔内设有过滤块,所述过滤块的位置高于过滤腔的开口且低于出气口,所述的过滤块为不锈钢丝构成的团块结构。过滤块用于进一步过滤烟气中的水汽、灰尘等杂质,起到进一步净化烟气的作用,不锈钢丝构成的团块结构过滤块有助与水汽快速凝聚与沉降,可以提高气体的干燥度;过滤腔采用了下侧进气,上侧出气的结构,便于凝聚的水分向下流出过滤腔。
[0007] 作为优选,所述净化室内的填充料为包括木炭与鹅卵石的混合物或木炭与瓷环的混合物或木炭与玻璃球的混合物,所述填充料的体积为净化室容积的92%至96%。本发明采用一种吸水材料与一种凝水材料的混合物来去除烟气中的水汽,通常吸水材料与凝水材料的体积比为I比1.1左右,优选使用块状结构的木炭与鹅卵石的混合物,这种材料成本很低,且每隔一定时间只需简单清洗晒干就可以重复使用,有利于降低成本。
[0008] 作为优选,所述的进料装置包括料斗及与料斗连接的进料绞龙,所述的进料绞龙倾斜设置,料斗与进料绞龙之间设有进料门,所述的进料门与进料门控制装置相连。进料绞龙用于将料斗内的材料送入阴燃室,进料门用于将料斗与阴燃室隔开,使阴燃室处于封闭状态,正常工作时进料绞龙内充满的燃料也有将料斗与阴燃室隔开的作用,进料门控制装置及进料绞龙均受自动控制系统控制,达到自动进料的目的。对于流动性较好的垃圾燃料(如木屑、谷糠等),进料装置也可以不使用绞龙,而采用垃圾燃料直接流入阴燃室的结构,此时只需设置进料门及进料门控制装置即可。
[0009] 作为优选,所述的出料装置包括出料绞龙与出料口,所述的出料绞龙倾斜设置,出料绞龙与出料口之间设有出料门,所述的出料门与出料门控制装置相连。出料绞龙用于将阴燃室内产生的料渣排出,出料门用于将阴燃室与外界隔开,使阴燃室处于封闭状态,正常工作时出料绞龙内充满的料渣也有将阴燃室与外界隔开的作用,出料门控制装置及出料绞龙均受自动控制系统控制,达到自动出料的目的。另外,在出料口下方设置料渣桶,以储存排出的料渣。对于某些料渣流动性较好的垃圾燃料(如木屑、谷糠等),出料装置也可以不使用绞龙,而采用料渣直接流出阴燃室的结构,此时只需设置出料门及出料门控制装置即可。
[0010] 作为优选,所述的阴燃室顶部设有拨料装置,所述的拨料装置为叉指式结构,拨料装置连接拨料电机。拨料装置在一定的时间间隔后转动拨料,使得阴燃室上部的燃料分布均匀。
[0011] 作为优选,所述的阴燃室底部设有搅动装置,所述的搅动装置为叉指式结构,搅动装置连接搅动电机。搅动装置在一定的时间间隔后转动拨料,使得阴燃室下部的燃料均匀,避免阴燃室下部的燃料由于燃烧速度不同产生空心结构而影响燃料阴燃的正常进行。
[0012] 作为优选,阴燃室的侧壁上设有燃料位置检测装置,所述的燃料位置检测装置包括上检测头及下检测头,所述的上检测头设置在阴燃室侧壁的上部,下检测头设置在阴燃室侧壁的中部,上检测头及下检测头均连接自动控制系统。燃料位置检测装置用于检测阴燃室内的燃料多少,当上检测 头检测到燃料时,说明燃料已经接近装满,自动控制系统控制进料装置停止进料;当下检测头未检测到燃料时,说明燃料已经接近耗尽,自动控制系统控制进料装置开始进料。
[0013] 作为优选,所述净化室的底部设有与出水口连通的储水腔,储水腔与净化室内的填充料之间设有网格板,储水腔与出水口之间设有阀门。储水腔用于储存从填充料上流下水滴,由于净化室也是相对封闭的结构,因此储水腔与出水口之间设有阀门,正常工作时该阀门是关闭的,间隔一定时间后,当储水腔积聚一定量的水后,可以打开阀门将水放出。
[0014] 一种垃圾燃料烟气化处理系统的控制方法,自动控制系统通过烟气成分检测装置检测阴燃室内所产生的烟气中所含一氧化碳与二氧化碳的体积浓度,计算一氧化碳与二氧化碳的浓度比并与系统的设定值进行比较,当一氧化碳与二氧化碳的浓度比高于设定值上限时,自动控制系统通过鼓风装置增加阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比低于设定值下限时,自动控制系统通过鼓风装置减少阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比在设定值范围内时,自动控制系统维持鼓风装置的出风量不变。本发明采用检测一氧化碳与二氧化碳的体积浓度,并根据两者的浓度比来判断阴燃室内的燃料的燃烧状态,因为燃料在充分燃烧时,产生的气体以二氧化碳为主,而在不完全燃烧时,则产生大量的一氧化碳,通过两者的体积浓度比,我们可以判定燃料的燃烧状态,外界输入的氧气较多,二氧化碳的比例就会升高,而在缺氧状态下,一氧化碳的比例就会大大增加,虽然对于本发明来说,一氧化碳的比例是越高越好,但在过于缺氧的状态下,阴燃室内的燃料容易熄火,因此需要综合考虑。最佳状态的一氧化碳与二氧化碳的体积浓度比与燃料本身的材质及干燥程度有关,实际使用时通过有限次的简单试验即可确定,一旦一氧化碳与二氧化碳的浓度比上下限定值得以设定,自动控制系统就可以根据阴燃室内的燃料燃烧情况通过鼓风装置调节阴燃室的供氧量,从而确保阴燃室内的燃料处于最佳的燃烧状态。
[0015] 本发明的有益效果是:它有效地解决了现有技术的有机废弃物处理方法存在的环境污染严重、资源浪费的问题,也解决了现有技术的有机废弃物处理方法存在的燃烧效率低、操作不便及难以控制的问题,本发明可以将木屑、农作物秸杆等固态有机废弃物转化为可燃气体,效率高、可以实现全自动控制,具有显著的经济与社会效益。
附图说明
[0016] 图1是本发明垃圾燃料烟气化处理系统的一种结构示意图。
[0017] 图2是本发明垃圾燃料烟气化处理系统的另一种结构示意图。
[0018] 图中:1.料斗,2.进料电机,3.进料门控制装置,4.进料绞龙,5.阴燃室,6.垃圾燃料,7.料渣,8.搅动装置,9.进风口,10.鼓风装置,11.引燃装置,12.搅动电机,13.出料门控制装置,14.进料门,15.拨料电机,16.拨料装置,17.出烟管,18.烟气成分检测装置,19.进烟管,20.上检测头,21.下检测头,22.出料绞龙,23.出料门,24.出料电机,25.料渣桶,26.储水腔,27.网格板,28.出水口,29.填充料,30.净化室,31.过滤腔,32.出气口,33.过滤块,34.阀门。
具体实施方式
[0019] 下面通过实施例,并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。
[0020] 实施例1
[0021] 在图1所示的实施例1中,一种垃圾燃料烟气化处理系统,包括用于将垃圾燃料6烟气化的烟化装置及与烟化装置连接的烟气处理装置,所述的烟化装置包括阴燃室5,阴燃室的顶部设有进料装置,所述的进料装置包括料斗I及与料斗连接的进料绞龙4,所述的进料绞龙由进料电机2驱动,倾斜设置,料斗与进料绞龙之间设有进料门14,所述的进料门与进料门控制装置3相连。阴燃室底部设有用于将垃圾燃料燃烧后的料渣7排出阴燃室的出料装置、垃圾燃料引燃装置11及与鼓风装置10连接的进风口 9,所述的出料装置包括出料绞龙22与出料口,出料口下方设置料渣桶25,以储存排出的料渣;所述垃圾燃料引燃装置为电加热的红热管;所述的出料绞龙由出料电机24驱动,倾斜设置,出料绞龙与出料口之间设有出料门23,所述的出料门与出料门控制装置13相连。阴燃室的侧壁上设有燃料位置检测装置,所述的燃料位置检测装置包括上检测头20及下检测头21,所述的上检测头设置在阴燃室侧壁的上部,下检测头设置在阴燃室侧壁的中部。阴燃室的上部设有出烟管17,出烟管通过烟气成分检测装置18连接烟气处理装置,所述的烟气处理装置包括净化室
30及设置在净化室内的填充料29,填充料为木炭与鹅卵石的混合物,两种填充料的体积比是I比1,填充料的体积为净化室容积的92% ;净化室的上部设有进烟管19,下部设有出气口 32,净化室的底部还设有出水口 28及与出水口连通的储水腔26,储水腔与净化室内的填充料之间设有网格板27,储水腔与出水口之间设有阀门34。垃圾燃料烟气化处理系统还包括自动控制系统,所述的自动控制系统连接进料门控制装置及进料绞龙、出料门控制装置及出料绞龙、鼓风装置、烟气成分检测装置、上检测头及下检测头。
[0022] 实施例2
[0023] 在图2所示的实施例2中,阴燃室顶部设有拨料装置16,所述的拨料装置为叉指式结构,拨料装置连接拨料电机15 ;阴燃室底部设有搅动装置8,所述的搅动装置为叉指式结构,搅动装置连接搅动电机12。净化室内的填充料为木炭与瓷环的混合物,两种填充料的体积比是I比1.2,填充料的体积为净化室容积的96% ;净化室内还设有过滤腔31,过滤腔设置在净化室与出气口的连接处,所述的过滤腔设有向下的开口,过滤腔内设有过滤块33,所述过滤块的位置高于过滤腔的开口且低于出气口,所述的过滤块为不锈钢丝构成的团块结构,其余和实施例1相同。
[0024] 上述垃圾燃料烟气化处理系统的控制方法,其核心在于:自动控制系统通过烟气成分检测装置检测阴燃室内所产生的烟气中所含一氧化碳与二氧化碳的体积浓度,计算一氧化碳与二氧化碳的浓度比并与系统的设定值进行比较,当一氧化碳与二氧化碳的浓度比高于设定值上限时,自动控制系统通过鼓风装置增加阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比低于设定值下限时,自动控制系统通过鼓风装置减少阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比在设定值范围内时,自动控制系统维持鼓风装置的出风量不变。[0025] 垃圾燃料烟气化处理系统刚开始使用时,选用干燥的垃圾燃料如作物秸杆、谷糠、锯末、树枝树叶等作为燃料,将燃料置于料斗内,开启进料门及进料绞龙,将燃料导入阴燃室,当燃料接近装满时,上检测头发出信号,自动控制系统关闭进料门及进料绞龙,开启引燃装置及鼓风装置使阴燃室的燃料燃烧,稳定一定的时间后,阴燃室产生的可燃气体即通过出气口输出,作为燃料使用。稳定工作后,自动控制系统通过烟气成分检测装置检测阴燃室内所产生的烟气中所含一氧化碳与二氧化碳的体积浓度,计算一氧化碳与二氧化碳的浓度比并与系统的设定值进行比较,当一氧化碳与二氧化碳的浓度比高于设定值上限时,自动控制系统通过鼓风装置增加阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比低于设定值下限时,自动控制系统通过鼓风装置减少阴燃室的进风量;当一氧化碳与二氧化碳的浓度比在设定值范围内时,自动控制系统维持鼓风装置的出风量不变。通过上述控制措施确保阴燃室内的燃料处于最佳的阴燃烧状态,使阴燃室内产生的可燃气体最大化。当阴燃室内的垃圾燃料消耗到高度低于下检测头时,下检测头发出信号,自动控制系统开启进料门及进料绞龙进行补料同时开启出料门及出料绞龙将部分料渣排出阴燃室,通常排出料渣的时间小于进料时间,以确保阴燃室内的正在阴燃的燃料不被排出,使阴燃室内燃料的阴燃过程连续进行,不会因为进出料的进行而出现停止。从阴燃室出来的烟气通过烟气成分检测装置后进入净化室,在与净化室内的填充料充分接触后,烟气中的水汽、灰尘等得到很大程度的清除,净化后的烟气最后从净化室的出气口输出,可以供燃气炉具使用,满足工农业生产及居民生活需要。

Claims (7)

1.一种垃圾燃料烟气化处理系统,其特征是:包括用于将垃圾燃料烟气化的烟化装置及与烟化装置连接的烟气处理装置,所述的烟化装置包括阴燃室(5),阴燃室的顶部设有进料装置,底部设有出料装置、引燃装置(11)及与鼓风装置(10)连接的进风口(9),阴燃室的上部还设有出烟管(17),出烟管通过烟气成分检测装置(18)连接烟气处理装置,所述的烟气处理装置包括净化室(30)及设置在净化室内的填充料(29),所述的填充料为包括木炭与鹅卵石的混合物,填充料的体积为净化室容积的92%至96%,净化室的上部设有进烟管(19),下部设有出气口(32),净化室的底部还设有出水口(28),垃圾燃料烟气化处理系统还包括自动控制系统,所述的自动控制系统连接进料装置、出料装置、鼓风装置及烟气成分检测装置;所述的净化室内设有过滤腔(31),过滤腔设置在净化室与出气口的连接处,所述的过滤腔设有向下的开口,过滤腔内设有过滤块(33),所述过滤块的位置高于过滤腔的开口且低于出气口,所述的过滤块为不锈钢丝构成的团块结构。
2.根据权利要求1所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于所述的进料装置包括料斗(I)及与料斗连接的进料绞龙(4),所述的进料绞龙倾斜设置,料斗与进料绞龙之间设有进料门(14 ),所述的进料门与进料门控制装置(3 )相连。
3.根据权利要求1所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于所述的出料装置包括出料绞龙(22)与出料口,所述的出料绞龙倾斜设置,出料绞龙与出料口之间设有出料门(23 ),所述的出料门与出料门控制装置(13 )相连。
4.根据权利要求1所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于所述的阴燃室顶部设有拨料装置(16),所述的拨料装置为叉指式结构,拨料装置连接拨料电机(15)。
5.根据权利要求1所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于所述的阴燃室底部设有搅动装置(8),所述的搅动装置为叉指式结构,搅动装置连接搅动电机(12)。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于阴燃室的侧壁上设有燃料位置检测装置,所述的燃料位置检测装置包括上检测头(20)及下检测头(21),所述的上检测头设置在阴燃室侧壁的上部,下检测头设置在阴燃室侧壁的中部,上检测头及下检测头均连接自动控制系统。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的垃圾燃料烟气化处理系统,其特征在于净化室的底部设有与出水口连通的储水腔(26 ),储水腔与净化室内的填充料之间设有网格板(27),储水腔与出水口之间设有阀门(34)。
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