CN109305564A - 一种用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物质热裂解用稳压‑连续气力输送进料系统，属于生物质热裂解技术领域。包括物料过渡仓、锥形压力仓和物料接受室等。进料系统采用了双重料仓、双重蝶阀设计，实现隔压锁风、环境密闭的作用，使进料过程可控，防止物料反喷现象，提高了热裂解过程的可靠性和稳定性。采用激光‑光敏传感器、PLC可编程控制器作为自动控制系统，采用两级电动蝶阀作为执行部件，物料从物料过渡仓自动落入锥形压力仓。锥形压力仓的锥形段加入松动风，对锥形压力仓内物料进行流化、均匀，避免架桥、挂壁、涌料现象。进料系统采用生物质快速热裂解产生的热裂解副产物不可冷凝气作为喷动、加压和保压气，可以节约资源、实现能源自给，清洁无污染。

Description

一种用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统

技术领域

本发明涉及一种用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，属于生物质热裂解技术领域。

背景技术

生物质能源作为清洁、无污染、可再生的新能源越来越受到关注，快速热裂解技术是生物质能转化利用的重要技术之一。由于生物质具有季节性、分散性和区域性等特点，收集后进行集中热裂解，不仅费时费力，而且致使热裂解成本升高，不利于生物质能廉价充分地利用，因此移动式生物质热裂解设备的研究逐步发展起来，成为生物质就地转化、降低原料运输成本的一种重要方法。

进料系统作为原料进入热裂解设备的初始装置，其运行情况直接影响后续所有环节的运行情况。为了使生物质原料颗粒(粉料)连续、均匀、离散、稳定输送进入热裂解反应器，目前广泛采用的进料设备主要有螺旋进料装置和气力输送进料装置。螺旋进料装置输送原料进入反应器过程中，由于螺杆的压实和进入高温区域受热析出粘性物质，会出现结块、炭化现象，容易造成管路堵塞，热裂解不充分。而气力输送进料装置，在料仓内由于生物质颗粒密度小、休止角大、流动性差等原因，出现架桥、挂壁、鼠洞等问题。

公开号为CN 102492444 B，发明名称“一种用于流化床生物质快速热裂解的螺旋进料器”的中国专利公开了一种可以用来定量输送的生物质热裂解进料器，然而，实际操作发现，落叶松颗粒经过螺旋进料器输送高温区内存在炭化变黑现象，且在反应器内存在块状凝结的炭块。进料输送过程中存在高温区域，生物质粉料高温炭化和结块问题是螺旋进料器普遍存在的难题，容易造成管路的阻塞、热裂解不充分。

现有的生物质进料装置尚不能彻底解决生物质颗粒在送料过程中出现的挂壁、架桥、鼠洞、炭化、结块等问题，这在很大程度上限制了生物质快速热裂解技术的发展。

发明内容

本发明的目的提出一种用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，以解决目前生物质进料器内存在的挂壁、架桥、鼠洞、输料不均匀、不稳定等问题以及输送过程中存在的因高温炭化堆积引起的阻塞问题，实现生物质粉料连续、均匀、离散、稳定输送进入反应器。

本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，包括储料斗、物料过渡仓、锥形压力仓和物料接受室；所述的储料斗、物料过渡仓和锥形压力仓自上而下同轴安装，储料斗和物料过渡仓之间通过法兰安装有一级电动蝶阀，物料过渡仓和锥形压力仓之间通过法兰安装有二级电动蝶阀；所述的物料过渡仓的仓壁上安装有一对一级激光-光敏传感器和一对二级激光-光敏传感器，物料过渡仓的仓壁上设有保压管；所述的锥形压力仓的仓壁上安装有一对三级激光-光敏传感器和一对四级激光-光敏传感器，锥形压力仓的仓壁上设有加压管；所述的物料接收室位于锥形压力仓底部，物料接受室的一端与喷动管相连通，物料接受室的另一端通过混合-扩散输料管与流化床热裂解反应器的进料口相连通。

本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，其优点是：

1、本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，采用了双重料仓(物料过渡仓、锥形压力仓)、双重蝶阀设计，实现隔压锁风、环境密闭的作用，可以使进料过程可控，防止物料反喷现象，提高了热裂解过程的可靠性和稳定性。

2、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，采用激光-光敏传感器、PLC可编程控制器作为自动控制系统，采用两级电动蝶阀作为执行部件，实现物料从物料过渡仓自动落入锥形压力仓，避免多余劳动力，提高工作效率。

3、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，将输送系统和锥形压力仓融为一体，输料系统进料口直接与锥形压力仓底部倾斜锥口相连，避免法兰连接可能出现的物料阻塞、架桥现象，实现物料在重力、负压双重作用下快速、稳定落料。

4、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，在锥形压力仓的锥形段加入松动风，对锥形压力仓内物料进行流化、均匀，避免架桥、挂壁、涌料等现象。

5、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，物料过渡仓、保压管、锥形压力仓、加压管、喷动管、物料接收室、接收室缩口、混合-扩散输料管采用有机玻璃PVC制作，以方便观察物料在稳压-连续气力输送进料系统中的运动情况。

6、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，输料系统采用文丘里原理，利用喷动管前端喷嘴喷射高速气体，形成负压区，一方面可以加速物料下落，另一方面可以防止物料的反喷；同时喷动管采用螺纹与物料接收室连接，可以灵活调整喷嘴与喉管处的距离，实现最佳输送效果；同时混合-扩散输料管采用渐扩管，以抵消输料管管壁阻力对气体静压的消耗，避免物料在输送管道内的堵塞现象。

7、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，采用生物质快速热裂解产生的热裂解副产物不可冷凝气作为喷动、加压和保压气，在气路中循环利用，替代惰性气体，可以节约能源、自给自足，清洁无污染。

8、本发明的稳压-连续气力输送进料系统，由三个子系统(落料子系统、控制子系统和输送子系统)组成，相互协同作用，特别是自动控制子系统的加入，可实现生物质粉料高效输送，实现连续、均匀、离散、稳定输送效果，满足移动式生物质快速热裂解的工艺要求。

附图说明

图1为本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统的结构示意图。

图1中，1是储料斗，2是一级电动蝶阀，3是物料过渡仓，4是保压管，5是二级电动蝶阀，6是锥形压力仓，7是加压管，8是喷动管，9是一级激光-光敏传感器，10是二级激光-光敏传感器，11是三级激光-光敏传感器，12是四级激光-光敏传感器，13是松动风进口，14是物料接收室，15是接收室缩口，16是混合-扩散输料管，17是流化床热裂解反应器。

具体实施方式

本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，其结构如图1所示，包括储料斗1、物料过渡仓3、锥形压力仓6和物料接收室14。储料斗1、物料过渡仓3和锥形压力仓6自上而下同轴安装，储料斗1和物料过渡仓3之间通过法兰安装有一级电动蝶阀2，物料过渡仓3和锥形压力仓6之间通过法兰安装有二级电动蝶阀5。物料过渡仓3的仓壁上安装有一对一级激光-光敏传感器9和一对二级激光-光敏传感器10，物料过渡仓3的仓壁上设有保压管4。锥形压力仓6的仓壁上安装有一对三级激光-光敏传感器11和一对四级激光-光敏传感器12，锥形压力仓6的仓壁上设有加压管7。物料接收室14位于锥形压力仓6底部，物料接受室14的一端与喷动管8相连通，物料接受室14的另一端通过混合-扩散输料管16与流化床热裂解反应器17的进料口相连通。

以下结合附图详细介绍本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统的工作原理和工作过程：

本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，其中，储料斗1、锥形压力仓6下部的锥形漏斗壁与水平面倾角大于55°。其中的激光-光敏传感器9、10、11、12成对使用，激光发射器发生红色激光，光敏传感器用以接收红色激光，并发出相应信号传输给PLC可编程控制器。其中的PLC可编程控制器可以在物料自动下落过程中，控制一级电动蝶阀2、二级电动蝶阀5在工作工程中不同时打开。

本发明提出的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，其中，喷动管8通过螺纹与物料接收室14相连，方便调节喷动管8前端的喷嘴与接收室缩口15之间的距离，喷动管8前端设置有缩口。其中，混合-扩散输料管16为渐扩管，管壁与水平面倾斜角度为5-10°，用以抵消输料管管壁阻力对气体静压的消耗，避免物料在输送管道内的堵塞现象。其中，物料过渡仓3、保压管4、锥形压力仓6、加压管7、喷动管8、物料接收室14、接收室缩口15、混合-扩散输料管16采用有机玻璃PVC制作，以方便观察物料在稳压-连续气力输送进料系统中的运动情况。

如图1所示，生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统可划分为三个子系统：落料子系统、控制子系统和输送子系统。其中，落料子系统主要包括：储料料斗1、物料过渡仓3和锥形压力仓6；控制子系统主要包括：一级电动蝶阀2、二级电动蝶阀5、一级激光-光敏传感器9、二级激光-光敏传感器10、三级激光-光敏传感器11、四级激光-光敏传感器12和PLC可编程控制器；输送子系统主要包括：喷动管8、物料接收室14、接收室缩口15、混合-扩散输料管16。

储料斗1竖直放置，储料斗1落料口通过法兰与一级电动蝶阀2上端密封连接，一级电动蝶阀2下端通过法兰与物料过渡仓3进口密封连接，物料过渡仓3出口通过法兰与二级电动蝶阀5上端密封连接，二级电动蝶阀5下端通过法兰与锥形压力仓6进口密封连接，锥形压力仓6底部与物料接收室14融为一体，喷动管8通过螺纹与物料接收室14密封连接，混合-扩散输料管16与物料接收室14上的接收室缩口15部分通过螺纹密封连接，且喷动管8、物料接收室14、接收室缩口15和混合-扩散输料管16中心线水平重合，流化床热裂解反应器17与混合-扩散输料管16出口相连；物料过渡仓3、锥形压力仓6侧壁上部分别设有保压管4、加压管7；激光-光敏传感器成对使用，其中，一级激光-光敏传感器9和二级激光-光敏传感器10水平安装在物料过渡仓3的上、下物料极限位置；三级激光-光敏传感器11和四级激光-光敏传感器12水平安装在锥形压力仓6的上、下物料极限位置；控制子系统以PLC可编程控制器作为运算控制处理器，通过输入、输出端通过导线分别与一级电动蝶阀2、二级电动蝶阀5、一级激光-光敏传感器9、二级激光-光敏传感器10、三级激光-光敏传感器11、四级激光-光敏传感器12相连接；锥形压力仓6的锥形段设置有均匀布置的松动风13入口；混合-扩散输料管16为渐扩管，其出料口与流化床热裂解反应器17进料口密封连接，流化床热裂解反应器17为竖直安装；靠近流化床热裂解反应器17的混合-扩散输料管16上可以设置冷凝装置(如，冷却水套)，可避免因高温粉料炭化；物料过渡仓3、保压管4、锥形压力仓6、加压管7、喷动管8、物料接收室14、接收室缩口15、混合-扩散输料管16均采用有机玻璃PVC制作，观察物料在稳压-连续气力输送进料系统中的运动情况。

如图1所示，启动阶段，储料斗1中的物料在重力作用下通过开启的一级电动蝶阀2落入物料过渡仓3中，当物料过渡仓3中物料高度到达物料上极限位置，一级激光-光敏传感器9遮当激光后，通过PC可编程控制器发出信号将一级电动蝶阀2关闭，一级电动蝶阀2彻底关闭后，PC可编程控制器发出信号将二级电动蝶阀5打开，物料进入锥形压力仓6，同样地，当锥形压力仓6中物料高度到达物料上极限位置，三级激光-光敏传感器11遮光后，通过PC可编程控制器发出信号将二级电动蝶阀5关闭；调整加压管7、喷动管8气压和流量，通过气力方式将物料水平输送到流化床热裂解反应器17中，进入稳定输送阶段。

稳定输送阶段，随着二级电动蝶阀5彻底关闭，物料过渡仓3内物料下极限位置二级激光-光敏传感器10检测到激光照射，通过PC可编程控制器发出信号将一级电动蝶阀2打开，物料重新开始填充物料过渡仓3，当物料过渡仓3中物料高度到达物料上极限位置，一级激光-光敏传感器9遮当激光后，通过PC可编程控制器发出信号将一级电动蝶阀2关闭，此时保压管4打开，向物料过渡仓中加压，以保持物料过渡仓3和锥形压力仓6内压力平衡，为物料过渡仓3向锥形压力仓6中落料做好准备；当锥形压力仓6物料下极限位置四级激光-光敏传感器12检测到激光照射，通过PC可编程控制器发出信号将二级电动蝶阀5打开，物料重新开始填充锥形压力仓6，当锥形压力仓6中物料高度到达物料上极限位置，三级激光-光敏传感器11遮当激光后，通过PC可编程控制器发出信号将二级电动蝶阀5关闭。重复以上过程。

关机阶段，储料斗1中不再加入物料，待物料过渡仓3、锥形压力仓6中物料全部输送完毕后，关闭保压管4、加压管7和喷动管8，切断电源，关机。

本发明的用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统的一个实例中，为了能够满足生物质热裂解设备工艺要求，通过更改储料仓容积、物料过渡仓和锥形压力仓直径、喷动管气路流量、压力以及输料管直径来满足工艺要求，设定进料量为10kg/h，储料斗1直径φ600mm，储料斗1、锥形压力仓6下部的锥形漏斗壁与水平面倾角60°，物料过渡仓3和锥形压力仓6直径φ200mm，混合-扩散输料管16其实管径DN20，扩散角为10°，喷动管8流量1.5m³/h，即可较好地实现10kg/h的进料要求。其中，物料过渡仓3、保压管4、锥形压力仓6、加压管7、喷动管8、物料接收室14、接收室缩口15、混合-扩散输料管16采用有机玻璃PVC制作，以方便观察物料在稳压-连续气力输送进料系统中的运动情况。为了能够使装置不因粉料本身性能阻塞管路，需要保证粉料的性能范围：粉料粒径0.8～1.2mm，且颗粒形状较为规则(近圆形)，并保证粉料含水率在5％～10％之间。设备启动阶段、稳定运行阶段和关机阶段的控制方案略有不同，启动阶段不启用保压管4，待锥形压力仓6内填充物料且二级电动阀门5关闭情况下，开启加压管7和喷动管8，开始气力输送式进料，随后进入稳定运行阶段。稳定运行阶段，物料过渡仓3在填充物料且一级电动蝶阀2关闭情况下，启用保压管4，向物料过渡仓中加压，以保持物料过渡仓3和锥形压力仓6内压力平衡，为物料过渡仓3向锥形压力仓6中落料做好准备。

本发明的生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统的实例2，在实例1的基础上进行完善，解决运行中出现的问题。在锥形压力仓6的锥形段，发现存在部分物料挂壁，加入松动气13对物料进行流化；在喷动管8加压气的作用下，物料通过混合-扩散输料管16时，在靠近流化床热裂解反应器17的高温区部分，仍有部分粉料出现炭化现象，通过在混合-扩散输料管16靠近反应器的高温区域设置冷区水套方法，可以防止物料进入流化床热裂解反应器17之前提前炭化现象。

Claims (1)

1.一种用于生物质热裂解的稳压-连续气力输送进料系统，其特征在于包括储料斗、物料过渡仓、锥形压力仓和物料接受室；所述的储料斗、物料过渡仓和锥形压力仓自上而下同轴安装，储料斗和物料过渡仓之间通过法兰安装有一级电动蝶阀，物料过渡仓和锥形压力仓之间通过法兰安装有二级电动蝶阀；所述的物料过渡仓的仓壁上安装有一对一级激光-光敏传感器和一对二级激光-光敏传感器，物料过渡仓的仓壁上设有保压管；所述的锥形压力仓的仓壁上安装有一对三级激光-光敏传感器和一对四级激光-光敏传感器，锥形压力仓的仓壁上设有加压管；所述的物料接收室位于锥形压力仓底部，物料接受室的一端与喷动管相连通，物料接受室的另一端通过混合-扩散输料管与流化床热裂解反应器的进料口相连通。