CN107355792A - 生物质原料燃烧处理装置与处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质原料燃烧处理装置，属于新能源技术领域。包括生物质原料破碎装置、鼓风装置、送料装置、燃烧器和热交换室；生物质原料破碎装置连接送料装置，送料装置连接燃烧器；鼓风装置连接送料装置和/或燃烧器；燃烧器连接热交换室，燃烧器用于将生物质原料燃烧产生高温气流输出到热交换室，热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理。本发明实现了热能的充分利用，并大大降低了处理能耗和处理成本，实现生物质原料燃烧处理的良性循环，解决了投资成本与收益比例失衡的问题。本发明还提供了一种生物质原料燃烧处理方法。

Description

生物质原料燃烧处理装置与处理方法

技术领域

本发明涉及一种原料处理装置，具体讲是一种生物质原料燃烧处理装置与处理方法，属于新能源技术领域。

背景技术

我国的生物质资源非常丰富，每年仅农作物产生的秸秆量就达数亿吨。但现有秸秆有效利用率不足三成，剩余的秸秆几乎全部被焚烧，其不仅极大地浪费了生物质资源，而且会造成严重的大气污染，危害人体健康，影响道路交通和航空安全，给整个社会的有序运行造成了不良影响。同时，秸秆的焚烧还会引发火灾，破坏土壤结构，造成农田质量下降，影响农产品的品质。

为此，利用生物质原料进行发电、加工生物质燃料及生物质制成品，不仅可以解决秸秆浪费和由于秸秆焚烧引起的环境污染问题，还可以实现节能减排，带动相关产业发展；同时，还可增加农民收入和解决农民的就业问题。

但由于生物质原料的分散面积大、集中困难的特殊性，以及现行将其加工成生物质成型燃料燃烧和研磨成粉喷射燃烧的能耗成本和投资成本较高，其制约了秸秆处理技术的推广与发展，造成了大量资源的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种处理成本低廉，能耗低，能促进生物质燃料产业良性发展的生物质原料燃烧处理装置与处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种生物质原料燃烧处理装置，包括生物质原料破碎装置、鼓风装置、送料装置、燃烧器和热交换室；

所述生物质原料破碎装置连接送料装置，送料装置连接燃烧器；

所述鼓风装置连接送料装置和/或燃烧器；

所述燃烧器连接热交换室，燃烧器用于将生物质原料燃烧产生高温气流输出到热交换室，热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理。

本发明的生物质原料燃烧处理装置还包括气体热交换室、比例混合器、引风装置和干燥机；

所述热交换室分别连接气体热交换室和比例混合器；

所述气体热交换室连接比例混合器和鼓风装置，分别向比例混合器和鼓风装置提供热风；

所述比例混合器经引风装置连接干燥机，向干燥机提供热风；

所述干燥机连接在生物质原料破碎装置与送料装置之间，所述干燥机将干燥产生的蒸汽输出至生物质原料破碎装置进行除尘。

本发明中，送料装置包括相互连接的螺旋送料机和风力送料器，风力送料器连接鼓风装置。

本发明中，所述燃烧器包括室体，室体的上部呈圆桶形，室体的顶部设有用于与热交换室连接的热风出口，所述室体的上部设有风料进口，室体的下部呈锥形，室体的底部设有出灰口，室体上设有点火器。

本发明中，所述风料进口沿室体体壁的切线设置。

本发明中，所述出灰口上安装物料检测装置。

本发明中，所述物料检测装置包括相向设置的第一检测机构和第二检测机构，所述第一检测机构和第二检测机构均包括驱动电机、转轴和多个沿转轴轴向间隔安装的叶轮，转轴连接驱动电机，叶轮位于出灰口内；

所述第一检测机构中叶轮间距与第二检测机构中叶轮间距不一致，第一检测机构和第二检测机构中驱动电机的功率相同。

本发明中，所述驱动电机为力矩电机。

本发明提供了一种生物质原料燃烧处理方法，采用上述生物质原料燃烧处理装置，具体包括以下步骤：

1)将生物质原料送入生物质原料破碎装置破碎后送到干燥机，干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥，干燥时产生水蒸汽输送到破碎机内进行除尘；

2)干燥后的生物质原料经螺旋送料机送入风力送料器，鼓风装置将热风与螺旋送料机输入的生物质原料混合后高速进入燃烧器；

3)燃烧器将生物质原料燃烧后产生的高温气流进入热交换室；

4)热交换室利用高温气流对输入的工质进行加热，并向气体热交换室和比例混合器同时排出热风；

5)气体热交换室利用热交换室排出的热风加热空气并经鼓风机送入风力送料器；

6)比例混合器调整气体热交换室输入的热风与热交换室输入的热风的比例，并经引风机输入到干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥。

本发明提供了一种生物质原料燃烧处理方法，采用上述生物质原料燃烧处理装置，具体包括以下步骤：

1)将生物质原料送入生物质原料破碎装置破碎后送到干燥机，干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥，干燥时产生水蒸汽输送到破碎机内进行除尘；

2)干燥后的生物质原料经螺旋送料机送入风力送料器，鼓风机将热风与螺旋送料机输入的生物质原料混合后高速进入燃烧器；

3)燃烧器将生物质原料燃烧后产生的高温气流进入热交换室，同时物料检测装置实时检测生物质原料燃烧情况，以调节燃烧器中生物质原料的进料量和热风与生物质原料混合比；

4)热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理，并向气体热交换室和比例混合器同时排出热风；

5)气体热交换室利用热交换室排出的热风加热空风并经鼓风机送入风力送料器；

6)比例混合器调整气体热交换室输入的热风与热交换室输入的热风的比例，并经引风机输入到干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥。

本发明的有益效果在于：(1)通过燃烧器将生物质原料直接燃烧所产生的热能对低能工质进行加工处理，同时剩余热量经气体交换室和比例混合器分别对助燃所用空气加热及物质原料干燥，干燥机将干燥产生的蒸汽传输到生物质原料破碎装置进行降尘，从而实现了热能的充分利用，并大大降低了处理能耗和处理成本，实现生物质原料燃烧处理的良性循环，解决了投资成本与收益比例失衡的问题；(2)采用圆锥桶形的燃烧器，生物质燃料与热风从进料口高速进入后沿燃烧器内壁运动形成旋流，实现了燃料在燃烧器内长时有序的运动，确保燃烧充分，提高燃烧效果，以产生更多的热量；(3)出灰口处安装物料检测装置，可实时检测生物质原料燃烧情况，进而调节燃烧器中生物质原料的进料量、热风与生物质原料混合比，保证燃烧器的充分燃烧，最大程度地实现资源的充分利用，避免造成浪费，并保证装置的安全运行；(4)本发明处理过程简单，对场地要求低，对环境影响小，克服现有技术存在的缺陷，燃烧效率高。

附图说明

图1为生物质原料燃烧处理装置结构示意图；

图2为燃烧器结构示意图；

图3为另一实施例燃烧器结构示意图；

图4为本发明燃烧器燃烧原理图；

图5为物料检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的生物质原料燃烧处理装置，主要用于农、林业废弃物的燃烧处理，如秸秆、树枝等，本发明以秸秆为例对本发明的技术方案进行说明。生物质原料燃烧处理装置包括秸秆破碎机、秸秆干燥机、螺旋送料机、风力送料器、鼓风机、燃烧器、热交换室、气体热交换室、比例混合器和引风机。

秸秆破碎机连接秸秆干燥机。秸秆破碎机对原始秸秆进行破碎，然后至秸秆干燥机进行干燥处理，除去水分以便于后续燃烧。秸秆干燥机干燥过程中产生的蒸汽送至秸秆破碎机，进行除尘，避免破碎所产生的灰尘对环境造成污染。

秸秆干燥机连接螺旋送料机，螺旋送料机连接风力送料器，风力送料器连接鼓风机，风力送料器连接燃烧器的风料进口。秸秆干燥机将干燥后的秸秆经螺旋送料机送到风力送料器，鼓风机向风力送料器持续供应热风，将秸秆与热风混合后送入燃烧器中进行燃烧。

在本发明的另一实施例中，鼓风机的出口直接与燃烧器的风料进口相连接，秸秆与热风在燃烧器的风料进口处进行混合。

燃烧器连接热交换室，燃烧器利用旋流器原理控制风力送料器输入的空气与干燥粉碎后的秸秆混合物进行有序运动，秸秆在运动中燃烧，并将燃烧后的固体物从出灰口排出，产生的高温气流进入热交换室，热交换室利用燃烧器产生的高温气流对输入的低能量工质进行加热产生高能量工质。

热交换室分别连接气体热交换室和比例混合器，气体热交换室分别连接比例混合器和鼓风机，鼓风机连接比例混合器和风力送料器。热交换室在进行工质加热时输出的热气分别进入鼓风机和比例混合器，鼓风机利用热交换室提供的热气对常温中的空气进行加热混合后输出至比例混合器和风力送料器。

比例混合器连接引风机，引风机连接秸秆干燥机，秸秆干燥机连接秸秆破碎机。比例混合器用来调整气体热交换室进入的热风与热交换室进入的热风的比例，然后经引风机引入秸秆干燥机，实现控制秸秆干燥机干燥温度的目的，秸秆干燥机干燥过程中产生的蒸汽进入秸秆破碎机进行除尘。

如图2所示，本发明中的燃烧器为螺旋式(注：燃料燃烧时的运动轨迹)燃烧器，整体呈圆锥形结构。包括室体1，室体1的上半部分呈圆桶形，室体1的顶部设有热风出口3，热风出口3与热交换室相连接。室体1侧面的上部设有风料进口2，风料进口2沿室体1上部的体壁切线设置，风料进口2用于连接风力送料器。室体1的下半部呈锥形，室体1的底部设有出灰口4，室体1上设有点火器5。

出灰口4内设有出灰辅助机构(图中未显示)，在出灰口4堵塞时可以及时将出灰口4疏通，防止出灰口4完全堵死后影响燃烧器的工作。出灰辅助机构采用现有技术中常用的排渣机构即可，在此本发明不作展开描述。

为保证燃烧器能连续正常地工作，本发明在出灰口4处安装了物料检测装置6。如图5所示，物料检测装置6包括第一检测机构6-1和第二检测机构6-2，第一检测机构6-1和第二检测机构6-2在出灰口4上相向设置的，第一检测机构6-1和第二检测机构6-2均包括力矩电机6-3、转轴6-4和三个叶轮6-5(叶轮6-5也可以为两个或多于三个)。转轴6-4连接力矩电机6-3的输出轴，叶轮6-5沿转轴6-4轴向间隔安装的叶轮6-5，叶轮6-5位于出灰口4内。第一检测机构6-1中各叶轮6-5间距与第二检测机构6-2中各叶轮6-5间距不一致，第一检测机构6-1上的叶轮6-5分布稀疏，第二检测机构6-2上的叶轮6-5分布紧密。第一检测机构6-1和第二检测机构6-2中力矩电机6-3的功率相同，二者电连接本发明的生物质原料燃烧处理装置的控制单元，此部采用本领域常规的控制系统即可，亦非本发明所要保护的范围，故不详述。

在出灰口4安装物料检测装置6主要的作用在于：

1、检测草木灰在出灰口4的堆积状态，确保草木灰要将出灰口4封堵；

2、检测草木灰在出灰口4的堆积状态，确保草木灰的堆积不要过多(防止堆积到燃烧器)；

3、检测未燃烧尽的秸秆在出灰口4的堆积状态，确保秸秆在燃烧器外旋流区域充分燃烧。

物料检测装置6的工作原理：两台力矩电机分别通过连接轴带动叶轮在出灰口4处的草木灰堆积区运转，由于一个连接轴上叶轮间距宽，另一个叶轮间连接轴叶轮间距窄，可依据两台力矩电机的工作电流大小及差别判断出灰口4的草木灰和未燃烧尽秸秆的堆积状态。当两台力矩电机的工作电流大小相当，其电流大小与反映草木灰在出灰口4的堆积量成正比，即堆积量越大电流越大。当燃烧器中秸秆燃烧不充分存在残料落入出灰口4后，由于两个连接轴上叶轮间距的差异，此时第一检测机构中由于叶轮间距宽与残料接触机率明显小于第二检测机构，进而引起两个力矩电机工作电流的差异，实现燃烧器中残料堆积的自动判断；此时两台力矩电机的电流差别大小也反映未燃烧尽秸秆在出灰口4的堆积量，堆积量与电流差大小成正比。

如图3所述，在本发明的另一实施例中，点火器5也可以设置在风料进口2处。

如图4所述，本发明中的燃烧器工作原理为：热风与干燥后的秸秆混合物从风料进口2沿燃烧器的室体1体壁的切线高速进入，沿燃烧器的室体1的内壁运动形成外旋流，并在运动中进行充分燃烧(在最初燃烧器没有产生高温时由设点火器5将秸秆引燃)，燃烧产生的草木灰沿外旋流到达出灰口4并排出，燃烧产生的热气流形成内旋流作为溢流由热风出口3喷出进入热交换室。

如图1所示，本发明生物质原料燃烧处理方法如下：

(1)、秸秆破碎机将输入的秸秆粉碎，然后输送至秸秆干燥机，并用秸秆干燥机产生的蒸汽对秸秆破碎机进行除尘，以减少对现场作业环境的影响；

(2)、秸秆干燥机利用引风机输入的高温气体(主要是高温水蒸汽和二氧化碳)对粉碎秸秆进行高温缺氧干燥，产生水蒸汽供燃烧废气和秸秆破碎机除尘；

(3)、螺旋送料机将秸秆干燥机中的干燥粉碎后的秸秆送入风力送料器；

(4)、鼓风机将气体热交换室加热后的空气送入风力送料器，风力送料器将鼓风机输入的热空气与螺旋送料机输入的干燥粉碎秸秆混合，并高速进入燃烧器；

(5)、燃烧器利用旋流器原理控制风力送料器输入的空气与干燥粉碎秸秆的混合物进行有序运动，秸秆在运动中进行燃烧，并将燃烧后的固体物从出灰口排出，秸秆燃烧所产生的高温气流从热风出口进入热交换室；同时，物料检测检测装置实时检测秸秆燃烧情况反馈至生物质原料燃烧处理装置的控制单元，用于以调节燃烧器中秸秆的进料量、热风与秸秆混合比，以保证燃烧器物充分燃烧；

(6)、热交换室利用燃烧器产生的高温气流对输入的低能工质进行加热产生高能工质；

(7)、热交换室同时向气体热交换室和比例混合器输送热风；气体热交换室利用热交换室排出的热风加热空气然后送入鼓风机和比例混合器；

(8)、比例混合器用来调整气体热交换室输入的热风与热交换室输入的热风的比例，实现控制秸秆干燥机干燥温度；

(9)、引风机将比例混合器输入的热风输入秸秆干燥机对破碎后的秸秆进行高温干燥，至此实现处理过程的循环。

本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。如:鼓风机与风力送料器的连接关系前后调整、螺旋送料机改为其他送料机、取消出灰口处安装的物料检测检测装置、取消引风机及秸秆干燥机、力矩电机改为一般电动机等。

Claims (10)

1.一种生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：包括生物质原料破碎装置、鼓风装置、送料装置、燃烧器和热交换室；

所述生物质原料破碎装置连接送料装置，送料装置连接燃烧器；

所述鼓风装置连接送料装置和/或燃烧器；

所述燃烧器连接热交换室，燃烧器用于将生物质原料燃烧产生高温气流输出到热交换室，热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理。

2.根据权利要求1所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：包括气体热交换室、比例混合器、引风装置和干燥机；

所述热交换室分别连接气体热交换室和比例混合器；

所述气体热交换室连接比例混合器和鼓风装置，分别向比例混合器和鼓风装置提供热风；

所述比例混合器经引风装置连接干燥机，向干燥机提供热风；

所述干燥机连接在生物质原料破碎装置与送料装置之间，所述干燥机将干燥产生的蒸汽输出至生物质原料破碎装置进行除尘。

3.根据权利要求2所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：送料装置包括相互连接的螺旋送料机和风力送料器，风力送料器连接鼓风装置。

4.根据权利要求1至3任一所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：所述燃烧器包括室体，室体的上部呈圆桶形，室体的顶部设有用于与热交换室连接的热风出口，所述室体的上部设有风料进口，室体的下部呈锥形，室体的底部设有出灰口，室体上设有点火器。

5.根据权利要求4所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：所述风料进口沿室体体壁的切线设置。

6.根据权利要求4所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：所述出灰口上安装物料检测装置。

7.根据权利要求5所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：所述物料检测装置包括相向设置的第一检测机构和第二检测机构，所述第一检测机构和第二检测机构均包括驱动电机、转轴和多个沿转轴轴向间隔安装的叶轮，转轴连接驱动电机，叶轮位于出灰口内；

所述第一检测机构中叶轮间距与第二检测机构中叶轮间距不一致，第一检测机构和第二检测机构中驱动电机的功率相同。

8.根据权利要求6所述的所述的生物质原料燃烧处理装置，其特征在于：所述驱动电机为力矩电机。

9.一种生物质原料燃烧处理方法，其特征在于采用权利要求1至4任一项所述的生物质原料燃烧处理装置，具体包括以下步骤：

1)将生物质原料送入生物质原料破碎装置破碎后送到干燥机，干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥，干燥时产生水蒸汽输送到破碎机内进行除尘；

2)干燥后的生物质原料经螺旋送料机送入风力送料器，鼓风装置连输入的热风与螺旋送料机输入的生物质原料混合后高速进入燃烧器；

3)燃烧器将生物质原料燃烧后产生的高温气流进入热交换室；

4)热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理，并向气体热交换室和比例混合器同时输出热风；

5)气体热交换室利用热交换室排出的热风加热空气并经鼓风机送入风力送料器；

6)比例混合器调整气体热交换室输入的热风与热交换室输入的热风的比例，并经引风机输入到干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥。

10.一种生物质原料燃烧处理方法，其特征在于采用权利要求6所述的生物质原料燃烧处理装置，具体包括以下步骤：

1)将生物质原料送入生物质原料破碎装置破碎后送到干燥机，干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥，干燥时产生水蒸汽输送到破碎机内进行除尘；

2)干燥后的生物质原料经螺旋送料机送入风力送料器，鼓风装置输入的热风与螺旋送料机输入的生物质原料混合后高速进入燃烧器；

3)燃烧器将生物质原料燃烧后产生的高温气流进入热交换室，同时物料检测装置实时检测生物质原料燃烧情况，以调节燃烧器中生物质原料的进料量和热风与生物质原料混合比；

4)热交换室利用高温气流对输入的工质进行处理，并向气体热交换室和比例混合器同时输出热风；

5)气体热交换室利用热交换室排出的热风加热空风并经鼓风机送入风力送料器；

6)比例混合器调整气体热交换室输入的热风与热交换室输入的热风的比例，并经引风机输入到干燥机对破碎后的生物质原料进行干燥。