CN105861061A - 一种生物质中大型气化装置的新型炉芯结构 - Google Patents

一种生物质中大型气化装置的新型炉芯结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，包括一个倒置的钟式结构的炉芯，炉芯从上到下依次设有首尾相连的料仓漏斗口、喉口、气化还原室；喉口的中间位置设有向炉芯喷射空气的内喷射器，内喷射器均匀分布有若干氧化气喷嘴；喉口处也设有若干级环形分布的氧化气喷嘴；在炉芯上部外围设有多层进风道，以及分别与各进风道一一对应连接的若干个进气阀，进风道外围设有点火风道，点火风道与点火器对应连接。其优点是：自动化程度高、生物质燃料气化率高效；适用于中大型生物质气化炉对扩大使用可再生的生物质能源的应用有积极推动作用。

Description

一种 生物质中大型气化装置的新型炉芯结构
技术领域
本发明涉及一种灶具，特别涉及一种以薪柴和秸秆等生物质原料为燃料的气化燃烧炉灶。
背景技术
我国是农业大国，有充足的薪柴和秸秆等生物质能源，在生物质能源的开发利用中，常用的方式是直燃或气化发电，但是，直燃使用时需要经常向炉灶添加薪柴，使用不方便，气化发电受限于成本，经济效益不佳，而无法大规模推广应用。传统炉灶对薪柴和秸秆利用历史悠久，传统炉灶因使用不便，热值利用率低，一般只有15%到20%，对空气污染大。在广大农村也逐渐弃用，导致生物质能源的开发利用量越来越少，不能对农村中大量可再生的薪柴和秸秆进行有效的利用。
为此，将薪柴和秸秆等生物质进行气化成可燃气的小型生物质中大型气化装置的新型炉芯结构应运而生，人们发明了将产生的燃气向上吸的上吸式气化炉灶，但是，上吸式的气化炉灶存在一些缺陷：(1)焦油含量高，导致气化炉灶寿命短，就是增加过滤器，又会出现维护难的问题；(2)产气不稳定，生物质的气化难以控制，大大影响了气化炉灶的推广；(3)产气热值偏低，生物质气化不够充分导致产气热值达不到日常使用要求。
为此，发明人发明了申请日为2011.11.11、专利号为CN201120444716.2、名称为“一种家用生物质节能灶”的气化燃烧炉灶。它包括燃料仓、在燃料仓下方设有与燃料仓连通的气化炉芯、在气化炉芯下且与气化炉芯连通的落灰室，及在落灰室一侧设有通过导管连通的猛火灶头，其中燃料仓包括上下开口的仓体、在仓体上方开口上的料仓盖、在仓体四周的进气管和排烟管，其特征在于所述的气化炉芯包括与燃料仓下方开口连通的喉口、在喉口的最小位置处设有的环绕聚集空气喷嘴，及气化炉芯中部的气化反应室；所述的环绕聚集空气喷嘴为倾斜45度设置在喉口上，所述的环绕聚集空气喷嘴一侧上还设有给环绕聚集空气喷嘴进气的风机，在气化炉芯外围设有利用气化炉芯气化反应的余热的水箱，及在水箱与气化炉芯之间设有螺旋换热片，所述的落灰室包括灰盘；所述的仓体下方开口上设有控制燃料下落且由两个扇形拼合成使燃料与气化反应室阻隔降低了燃料仓的温度的燃料仓门。但在发明人的后续改进过程中，仍发现存在许多缺陷：单风机使炉灶总功率难以达到生活日常使用要求；气化炉芯的结构设计存在一些缺陷，导致气化炉芯保温性能差，抗热胀冷缩性能差，气化不完全，气化炉芯内部温度不够高，焦油不能充分发生裂解反应，焦油未能全部清除等缺陷，造成薪柴和秸秆等生物质燃料产气稳定不理想；使用过程中常有异物，如石块，铁钉，还有灰烬的结焦块，炉篦的小孔根本通过不了，时间一长，气化炉就产气不稳定，甚至完全的失效；实际使用不方便，阻碍了其推广应用。
为此，发明人对技术方案进行了改进，申请号为201510072597.5、名称为“一种生物质气化炉灶”的发明专利申请。其主要技术方案是：燃料仓上部分别为排烟室和料仓口增压室；料仓口增压室中间设有料仓盖；水箱和炉芯之间设有烟气通道，气化炉芯分别与燃料仓和落灰室连通，气化炉芯和落灰室之间设有带抖灰装置和活动栅门的漏斗形炉篦；气化炉芯的内外壁之间设有保温层，气化炉芯中的气化反应室的内壁为可自由伸缩的伸缩管，气化反应室上方侧壁设有空气喷嘴，保温层里设有点火装置。其优点是：结构紧凑，气化反应温度高达1200度，升温启动时间短，点火方便，产气高效；可加热水箱产生热水，还将混在生物质燃气中的焦油清除，节能环保，提高了相关器具的使用寿命；清除积聚的灰烬或结焦块方便快捷。前述两项专利申请在小型炉灶上能够很好的满足家用和小功率商用场景，技术具有很高的实用价值。但随着气化炉在工业应用方面的拓展，如以气化炉产生的生物质燃气代替天然气锅炉中，现有的技术在工业化使用场景中，特别是现有气化炉的炉芯，还存在一些缺陷：（1）中大型化时，现有的生物质气化炉灶结构产气稳定性变差；（2）气化温度回馈缺乏，难以实现自动调节；（3）供氧覆盖不足，燃料燃烧不均匀，产气效率低。
发明内容
为解决现有生物质中大型气化装置的新型炉芯结构存在上述缺陷，本发明提供一种结构合理优良、自动化程度高、生物质燃料气化率高效生物质中大型气化装置的新型炉芯结构。
为实现上述目的，本发明采取的方案是：一种生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，包括一个倒置的钟式结构的炉芯，炉芯从上到下依次设有首尾相连的料仓漏斗口、喉口、气化还原室；其特征在于：喉口的中间位置设有向炉芯喷射空气的内喷射器，内喷射器均匀分布有若干氧化气喷嘴；喉口处也设有若干级环形分布的氧化气喷嘴；在炉芯上部外围设有多层进风道，以及分别与各进风道一一对应连接的若干个进气阀，进风道外围设有点火风道，点火风道与点火器对应连接。中大型生物质气化炉来说，采用这样的炉芯结构，可以保证有充分的氧气供给炉芯，供氧覆盖面广，燃料燃烧更均匀，确保氧化反应稳定，产气效率更高更安全。
作为上述方案的优选方案，前述内喷射器的氧化气喷嘴均匀分布在喉口截面上下位置的圆截面上，氧化气喷嘴与进风道连接。
作为上述方案的改进，前述喉口处设有检测温度的热电偶。热电偶检测氧化区的温度，有利于更好地实现自动化控制，控制系统可以根据温度的变化的反馈，实现自动调节。
作为上述方案的进一步说明，前述气化还原室和喉口的外表均设有保温层；气化还原室和喉口内壁由材料耐热板制成。
或者，前述气化还原室和喉口的外表保温层和内壁为耐火浇筑料整体浇筑而成。
作为上述方案的改进，炉芯在气化还原室底部设有倾斜收口的环形挡板。方便与后面的排灰分系统衔接。
由上可知，本发明主要有以下优点：供氧覆盖面广、氧气供给足、燃料燃烧更均匀、氧化反应稳定、生物质燃料气化率高效；自动化程度高，适用于中大型生物质气化炉对扩大使用可再生的生物质能源的应用有积极推动作用。
附图说明
图1为本发明的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构的使用示意图，图中的箭头为气化气的流动方向。
图2为图1的炉芯装置的剖视示意图。
图3为图2的局部剖视示意图。
图4为图2的俯视示意图。
附图标号说明： 1-炉芯， 2-喉口，3-料仓漏斗口，4-气化还原室，5-内喷射器，6-氧化气喷嘴，7-进风道，8-进气阀，9-点火风道，10-保温层， 12-环形挡板， 13-热电偶。
具体实施方式
下面结合附图和优选的实施方式，对本发明及其有益技术效果进行进一步详细说明。
参见图1 ~图4，一种中大型生物质气化炉的炉芯1装置，包括一个倒置的钟式结构的炉芯1，炉芯1从上到下依次设有首尾相连的料仓漏斗口3、喉口2、气化还原室4；其特征在于：喉口2的中间位置设有向炉芯1喷射空气的内喷射器5，内喷射器5均匀分布有若干氧化气喷嘴6；喉口2处也设有若干级环形分布的氧化气喷嘴6；在炉芯1上部外围设有多层进风道7，以及分别与各进风道7一一对应连接的若干个进气阀8，进风道7外围设有点火风道9，点火风道9与点火器对应连接。喉口2处设有检测温度的热电偶13。气化还原室4和喉口2的外表均设有保温层10；气化还原室4和喉口2内壁由材料耐热板制成。或者，气化还原室4和喉口2的外表保温层10和内壁为耐火浇筑料整体浇筑而成。炉芯1在气化还原室4底部设有倾斜收口的环形挡板12。
内喷射器5的氧化气喷嘴6均匀分布在喉口2截面上下位置的圆截面上，氧化气喷嘴6与进风道7连接
工作过程如下：生物质燃料输送到料仓中，燃料在料仓靠重力自然下落到炉芯1中，喉口2的点火器吹出的热风经点火风道9点燃燃料，氧化气喷嘴6和进风道7向喉口2喷射供氧，于是在喉口2部位，在喷射的高速气流供氧下，喉口2以下的形成高温的氧化区，同时氧化区在定量供入氧化剂的条件下，氧化剂基本消耗完；在氧化区下的气化还原室4与高温碳层进行还原反应，从而生成生物质可燃气；由于高温碳层的吸附和催化作用下，在氧化区和以上的裂解区生成的焦油在氧化区和还原区被分解干净; 在此过程中，多种化学反应同时进行，包括将焦油彻底分解。
根据上述说明书及具体实施例并不对本发明构成任何限制，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变形，也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，包括一个倒置的钟式结构的炉芯，炉芯从上到下依次设有首尾相连的料仓漏斗口、喉口、气化还原室；其特征在于：喉口的中间位置设有向炉芯喷射空气的内喷射器，内喷射器均匀分布有若干氧化气喷嘴；喉口处也设有若干级环形分布的氧化气喷嘴；在炉芯上部外围设有多层进风道，以及分别与各进风道一一对应连接的若干个进气阀，进风道外围设有点火风道，点火风道与点火器对应连接。
2.如权利要求1所述的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，其特征是：所述内喷射器的氧化气喷嘴均匀分布在喉口截面上下位置的圆截面上，氧化气喷嘴与进风道连接。
3.如权利要求1或2所述的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，其特征是：所述喉口处设有检测温度的热电偶。
4.如权利要求1或2所述的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，其特征是：所述气化还原室和喉口的外表均设有保温层；气化还原室和喉口内壁由材料耐热板制成。
5.如权利要求3所述的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，其特征是：所述气化还原室和喉口的外表保温层和内壁为耐火浇筑料整体浇筑而成。
6.如权利要求4所述的生物质中大型气化装置的新型炉芯结构，其特征是：所述炉芯在气化还原室底部设有倾斜收口的环形挡板。
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