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CN110345633A - 一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法 - Google Patents

一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法 Download PDF

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CN110345633A CN201910574981.3A CN201910574981A CN110345633A CN 110345633 A CN110345633 A CN 110345633A CN 201910574981 A CN201910574981 A CN 201910574981A CN 110345633 A CN110345633 A CN 110345633A
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Abstract

本发明一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法，所述系统包括生物质气化装置，燃烧装置和换热装置；生物质气化装置包括两个半气化装置和两个旋风分离器；半气化装置的出气口一一对应连接旋风分离器的分离器入口；燃烧装置设置在生物质气化装置上方，包括燃烧室和带有可伸缩点火枪的燃烧器；燃烧器连通设置在燃烧室下部，可伸缩点火枪能够伸入到燃烧室内；燃烧器的供气端连接两个旋风分离器的供气口；燃烧室内设置有一级换热板；换热装置设置在生物质气化装置和燃烧装置的一侧，换热装置的热端进口连接燃烧室的烟气出口；换热装置内部设置二级换热板；生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后使用。

Description

一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法
技术领域
本发明涉及生物质利用领域，具体为一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法。
背景技术
我国生物质资源相当丰富，其每年可以加以利用的农业废弃物和林业残留物的总量约为我国一次能源总量的33％，是仅次于煤的第二大能源。因此，针对我国石油、天然气资源短缺的现状，结合我国能源结构的发展战略，在现有气化燃烧技术的基础上加大对生物质能的研究和利用，不但可以弥补化石燃料的不足，降低污染物排放，而且还可以使我国农村在保护生态的同时获得经济效益，实现土地的合理利用，提高国家可持续发展的能力，对维护能源安全、保持我国能源自给率，改善能源结构发挥重要作用。但目前，生物质的热转换利用过程中，最常规的利用方式就是将其直接燃烧或者与煤等高热值燃料进行混烧，从而获取其热量。在生物质的燃烧利用技术方面，虽然生物质的化学组成中同样包含有大量的碳氢化合物，且与煤在燃料特性上具有相似之处，但仍存在以下不同特点：
(1)生物质燃烧过程中零排放；
(2)生物质原料中的S、N含量较低，灰分较少，水分较高，热值较低；
(3)生物质原料来源广泛，分布较散，收集、运输及预处理的成本较高。
生物质燃烧仍存在着如下诸多问题：
(1)生物质本身水分和泥土较多，尤其是农业废弃物的根部和叶端有大量的灰尘和泥土，捆烧直接切除了这两部分，只留下了杆部，利用率低。
(2)现有生物质直接燃烧利用多应用于大规模的集中供电，生物质收集运输困难，发电成本高。
(3)生物质捆垛供电，前期干燥等各种处理费用较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统及方法，结构紧凑，设计合理，生物质分批燃烧，直接气化，同时提供生活热水和采暖的功能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，包括生物质气化装置，燃烧装置和换热装置；
所述的生物质气化装置包括两个半气化装置和两个旋风分离器；半气化装置的出气口一一对应连接旋风分离器的分离器入口；
所述的燃烧装置设置在生物质气化装置上方，其包括燃烧室和带有可伸缩点火枪的燃烧器；燃烧器连通设置在燃烧室下部，可伸缩点火枪能够伸入到燃烧室内；燃烧器的供气端连接两个旋风分离器的供气口；燃烧室内设置有一级换热板，用于一级换热板吸收燃烧热量；
所述的换热装置设置在生物质气化装置和燃烧装置的一侧，换热装置的热端进口连接燃烧室的烟气出口；换热装置内部设置二级换热板，用于二级换热板吸收烟气热量；
生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后使用。
优选的，所述的半气化装置内设有三个网状炉箅，从下至上依次用于放入生物质的叶、根、杆；气化炉的气化炉壁上对应炉箅设有送料口，位于炉箅下放有送风口；半气化装置上部设置出气口，下端设置有排渣口。
优选的，所述的旋风分离器包括分离筒体，分离筒体侧部设置的分离器入口，下端设置的大颗粒出口，顶端设的中心筒，分离器入口与分离筒体的壁面成8～10°；两个旋风分离器的中心筒分别经连接管道连接集气管，集气管作为供气口连接燃烧器的供气端。
进一步，两个半气化装置和两个旋风分离器均以集气管35轴线呈中心对称转动设置，集气管与燃烧器的供气端旋转密封连接。
再进一步，还包括系统外壳，系统外壳与半气化装置旋转轨迹相切部分设置有用于半气化装置的加料口。
优选的，所述燃烧器包括出气端均与燃烧室连通的配风管道；所述的配风管道包括气化烟气通道，以及环绕气化烟气通道依次设置的天然气通道和空气\烟气通道；
气化烟气通道连接两个旋风分离器的供气口，气化烟气通道内设置可伸缩点火枪；
天然气通道连接天然气管道，天然气通道的出气端设置有调节阀；
空气\烟气通道连接空气管道，空气\烟气通道的出气端设置有钝体；空气\烟气通道上设置有与燃烧室连通的烟气引射通道，用于引射燃烧室中部分烟气形成烟气再循环。
优选的，所述的燃烧室内同心设置有环形波纹板和作为一级换热板的环形针翅换热板；环形针翅换热板的上端封闭，其内外两侧与环形波纹板和燃烧室侧壁形成截面呈U型的换热流道；环形针翅换热板和环形波纹板之间的换热流道进口端与燃烧室的燃烧区连通，环形针翅换热板和燃烧室侧壁之间的出口端与燃烧室的烟气出口连通。
优选的，所述的换热装置包括依次连接的紧凑式换热器、除雾器和烟囱；
所述的紧凑式换热器包括多个紧凑布置呈迷宫式换热通道的换热板，换热板作为二级换热板；换热通道末端连接除雾器，除雾器末端经风机连接烟囱。
优选的，还包括设置在生物质气化装置和换热装置下端的冲灰槽；半气化装置的固体废弃物出口、旋风分离器的固体废弃物出口、以及换热装置的冷凝物出口与冲灰槽连通，且由冲灰槽内盛装的水进行水封；冲灰槽上分别设置有用于处理废液的水泵和加药装置。
一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化方法，基于上述任意一项所述的生物质气化系统，包括如下步骤，
步骤1，生物质在两个半气化装置中进行气化，得到气化气体；
步骤2，得到的气化气体汇集后通入到燃烧器中进行预混后，在燃烧室内低氮燃烧，产生高温烟气；
步骤3，高温烟气流经燃烧室内的一级换热板和换热装置中的二级换热板进行吸热回收利用后排出；
步骤4，生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后提供生活热水和进行采暖。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的整套系统为生物质气化装置，燃烧装置和换热装置的模块化组装，通过气体通路进行连接，拆卸方便，同时合理进行合理布置，极大的缩小了体积，可小型化作为家用，满足不同负荷需求，能够同时提供生活热水和采暖的功能；在生物质气化装置中直接将生物质通过两个半气化装置和配合的旋风分离器分批进行气化，利用带伸缩点火枪的预混的燃烧器实现低氮燃烧，利用燃烧器中的一级换热板和设置在换热装置中的二级换热板进行强化换热，实现热水供暖，满足供暖的大热量需求；能够在系统基础上通过现有管路的切换实现采暖和热水系统可以自动切换，可代替现有的天然气壁挂炉。
附图说明
图1是本发明实例中所述生物质气化系统的结构示意图。
图2是本发明实例中所述气化室部分的剖面图。
图3是本发明实例中所述旋风分离器的结构示意图。
图4是本发明实例中所述带伸缩点火枪的燃烧器的结构示意图。
图5是本发明实例中所述燃烧室的剖面图。
图中：1、送风口；2、水泵；3、送料口；4、半气化装置；5、炉箅；6、分离筒体；7、大颗粒出口；8、旋风分离器；9、紧凑式换热器；10、换热板；11、冲灰槽；12、换热通道；13、空气/烟气管道；14、天然气管道；15、环形针翅换热板；16、环形波纹板；17、烟气引射通道；18、燃烧器；19、可伸缩点火枪；20、中心筒；21、燃烧室；22、冷凝水入口；23、加药装置；24、气化烟气通道；25、天然气通道；26、空气\烟气通道；27、钝体；28、调节阀；29、连接管道；30、除雾器；31、分离器入口；32、气化炉壁；33、烟囱；34、风机；35、集气管。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，包括生物质气化装置，燃烧装置和换热装置；
所述的生物质气化装置包括两个半气化装置4和两个旋风分离器8；半气化装置4的出气口一一对应连接旋风分离器8的分离器入口31；
所述的燃烧装置设置在生物质气化装置上方，其包括燃烧室21和带有可伸缩点火枪19的燃烧器18；燃烧器18连通设置在燃烧室21下部，可伸缩点火枪19能够伸入到燃烧室21内；燃烧器18的供气端连接两个旋风分离器8的供气口；燃烧室21内设置有一级换热板，用于一级换热板吸收燃烧热量；
所述的换热装置设置在生物质气化装置和燃烧装置的一侧，换热装置的热端进口连接燃烧室21的烟气出口；换热装置内部设置二级换热板，用于二级换热板吸收烟气热量；
生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后使用。
其中，半气化装置4内设有三个网状炉箅5，从下至上依次用于放入生物质的叶、根、杆；气化炉4的气化炉壁32上对应炉箅5设有送料口3，位于炉箅5下放有送风口1；半气化装置4上部设置出气口，下端设置有排渣口。
其中，旋风分离器8包括分离筒体6，分离筒体6侧部设置的分离器入口31，分离器入口31与分离筒体6的壁面成8～10°；下端设置的大颗粒出口7，顶端设的中心筒20；两个旋风分离器8的中心筒20分别经连接管道29连接集气管35，集气管35作为供气口连接燃烧器18的供气端。两个半气化装置4和两个旋风分离器8均以集气管35轴线呈中心对称转动设置，集气管35与燃烧器18的供气端旋转密封连接。
所述系统的外部设置外壳，系统的外壳与半气化装置4旋转轨迹相切部分设置有用于半气化装置4的加料口，加料口与送料口3的位置对应，当旋转后能够重叠用于加料。
燃烧器18包括出气端均与燃烧室21连通的配风管道；所述的配风管道包括气化烟气通道24，以及环绕气化烟气通道24依次设置的天然气通道25和空气\烟气通道26；气化烟气通道24连接两个旋风分离器8的供气口，本优选实例中与集气管35连通，气化烟气通道24内设置可伸缩点火枪19；天然气通道25连接天然气管道14，天然气通道25的出气端设置有调节阀28；空气\烟气通道26连接空气管道13，空气\烟气通道26的出气端设置有钝体27；空气\烟气通道26上设置有与燃烧室21连通的烟气引射通道17，用于引射燃烧室21中部分烟气形成烟气再循环。
所述的燃烧室21内同心设置有环形波纹板16和作为一级换热板的环形针翅换热板15；环形针翅换热板15的上端封闭，其内外两侧与环形波纹板16和燃烧室21侧壁形成截面呈U型的换热流道；环形针翅换热板15和环形波纹板16之间的换热流道进口端与燃烧室21的燃烧区连通，环形针翅换热板15和燃烧室21侧壁之间的出口端与燃烧室21的烟气出口连通。
换热装置包括依次连接的紧凑式换热器9、除雾器30和烟囱33；所述的紧凑式换热器9包括多个紧凑布置呈迷宫式换热通道12的换热板10，换热板10作为二级换热板；换热通道12末端连接除雾器30，除雾器30末端经风机34连接烟囱33。还包括设置在生物质气化装置和换热装置下端的冲灰槽11；半气化装置4的固体废弃物出口、旋风分离器8的固体废弃物出口、以及换热装置的冷凝物出口与冲灰槽11连通，且由冲灰槽11内盛装的水进行水封；冲灰槽11上分别设置有用于处理废液的水泵2和加药装置23。换热装置的冷凝物出口连接在冲灰槽11上设置的除雾器的冷凝水入口22，换热通道12的纵截面呈蛇形布置。
具体的，本发明一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，如图1所示，包括两个半气化装置4尾部分别与两个旋风分离器8相连，两个旋风分离器8出口由连接管道29连接，连接管道29尾部连接同一集气管35后与带有可伸缩点火枪19的预混的燃烧器18相连，气化炉4与燃烧室21间设有配风管道，气化气体在燃烧室21低氮燃烧，产生的烟气流经环形波纹板16、环形针翅板15、右端的紧凑式换热器9和除雾器30，经风机34从烟囱33排出。
所述半气化装置4各设有三个网状炉箅5，从下至上依次放入生物质的叶、根、杆，炉侧设有送料口3，下端有送风口1，实现叶部分燃烧，进而完成叶、根、杆的干燥和气化。气化炉4壁面涂有耐火材料。本优选实例中，半气化装置4优选的采用半气化炉。
所述紧凑式换热器9包括多个紧凑布置呈换热通道12的换热板10，烟气在换热通道12内由换热板10进行冷凝，在换热通道12末端连接除雾器30。换热通道12的迷宫布置方式增大烟气流程，强化换热。
所述系统最下端存在冲灰槽11，采用了水封结构，增加水泵2和冷凝水入口22。作为固体废弃物出口的灰斗以及旋风分离器8分离出的大颗粒灰渣均可排入冲灰槽11中。冲灰槽11的水封内部设置加药装置23，直接处理废液，再经过滤、捞渣后，水再循环利用。
所述循环水先经过环形针翅换热板15预加热，再通入换热板10中进行进一步加热，加热完成后作为供暖水和生活热水使用。
整套系统为模块化组装，拆卸方便，可小型化作为家用，满足不同负荷需求。且具有同时提供生活热水和采暖的功能，采暖和热水系统可以自动切换，可代替现有的天然气壁挂炉。系统调节部分能够采用现有的传感器进行远程调节。
如图2所示，所述生物质气化装置为可旋转系统，半气化装置4与旋风分离器8可同时围绕圆心处中轴旋转，即以集气管35为中轴旋转，集气管35和燃烧器18呈转动密封同轴连接，半气化装置4上的送料口3与外壳上的加料口位置对应，通过旋转能够对半气化装置4连续加料，保证气化的连续性和持续供热，方便完成半气化装置4装料及其它工作。
如图3所示，所述旋风分离器8为一种新型结构，包括分离筒体6，分离筒体6侧部设有分离器入口31，下端为大颗粒出口7，顶端设有中心筒20用于排出气化气体。所述分离器入口31与分离筒体6壁面成8～10°，中心筒20为高合金耐热材料。
如图4和图5所示，所述燃烧器18由可伸缩点火枪19、气化烟气通道24、空气\烟气通道26和天然气通道25组成，其中空气\烟气通道26设有钝体27，且与空气管道13相连，天然气通道25设有调节阀28，与天然气管道14相连。燃烧室中部分烟气通过空气/烟气管道13引射，重新流入燃烧器18，形成烟气再循环。

Claims (10)

1.一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，包括生物质气化装置，燃烧装置和换热装置；
所述的生物质气化装置包括两个半气化装置(4)和两个旋风分离器(8)；半气化装置(4)的出气口一一对应连接旋风分离器(8)的分离器入口(31)；
所述的燃烧装置设置在生物质气化装置上方，其包括燃烧室(21)和带有可伸缩点火枪(19)的燃烧器(18)；燃烧器(18)连通设置在燃烧室(21)下部，可伸缩点火枪(19)能够伸入到燃烧室(21)内；燃烧器(18)的供气端连接两个旋风分离器(8)的供气口；燃烧室(21)内设置有一级换热板，用于一级换热板吸收燃烧热量；
所述的换热装置设置在生物质气化装置和燃烧装置的一侧，换热装置的热端进口连接燃烧室(21)的烟气出口；换热装置内部设置二级换热板，用于二级换热板吸收烟气热量；
生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后使用。
2.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，所述的半气化装置(4)内设有三个网状炉箅(5)，从下至上依次用于放入生物质的叶、根、杆；气化炉(4)的气化炉壁(32)上对应炉箅(5)设有送料口(3)，位于炉箅(5)下放有送风口(1)；半气化装置(4)上部设置出气口，下端设置有排渣口。
3.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，所述的旋风分离器(8)包括分离筒体(6)，分离筒体(6)侧部设置的分离器入口(31)，下端设置的大颗粒出口(7)，顶端设的中心筒(20)，分离器入口(31)与分离筒体(6)的壁面成8～10°；两个旋风分离器(8)的中心筒(20)分别经连接管道(29)连接集气管(35)，集气管(35)作为供气口连接燃烧器(18)的供气端。
4.根据权利要求3所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，两个半气化装置(4)和两个旋风分离器(8)均以集气管(35)轴线呈中心对称转动设置，集气管(35)与燃烧器(18)的供气端旋转密封连接。
5.根据权利要求4所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，还包括系统外壳，系统外壳与半气化装置(4)旋转轨迹相切部分设置有用于半气化装置(4)的加料口。
6.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，所述燃烧器(18)包括出气端均与燃烧室(21)连通的配风管道；所述的配风管道包括气化烟气通道(24)，以及环绕气化烟气通道(24)依次设置的天然气通道(25)和空气\烟气通道(26)；
气化烟气通道(24)连接两个旋风分离器(8)的供气口，气化烟气通道(24)内设置可伸缩点火枪(19)；
天然气通道(25)连接天然气管道(14)，天然气通道(25)的出气端设置有调节阀(28)；
空气\烟气通道(26)连接空气管道(13)，空气\烟气通道(26)的出气端设置有钝体(27)；空气\烟气通道(26)上设置有与燃烧室(21)连通的烟气引射通道(17)，用于引射燃烧室(21)中部分烟气形成烟气再循环。
7.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，所述的燃烧室(21)内同心设置有环形波纹板(16)和作为一级换热板的环形针翅换热板(15)；环形针翅换热板(15)的上端封闭，其内外两侧与环形波纹板(16)和燃烧室(21)侧壁形成截面呈U型的换热流道；环形针翅换热板(15)和环形波纹板(16)之间的换热流道进口端与燃烧室(21)的燃烧区连通，环形针翅换热板(15)和燃烧室(21)侧壁之间的出口端与燃烧室(21)的烟气出口连通。
8.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，所述的换热装置包括依次连接的紧凑式换热器(9)、除雾器(30)和烟囱(33)；
所述的紧凑式换热器(9)包括多个紧凑布置呈迷宫式换热通道(12)的换热板(10)，换热板(10)作为二级换热板；换热通道(12)末端连接除雾器(30)，除雾器(30)末端经风机(34)连接烟囱(33)。
9.根据权利要求1所述的一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化系统，其特征在于，还包括设置在生物质气化装置和换热装置下端的冲灰槽(11)；半气化装置(4)的固体废弃物出口、旋风分离器(8)的固体废弃物出口、以及换热装置的冷凝物出口与冲灰槽(11)连通，且由冲灰槽(11)内盛装的水进行水封；冲灰槽(11)上分别设置有用于处理废液的水泵(2)和加药装置(23)。
10.一种可提供生活热水兼具采暖功能的生物质气化方法，其特征在于，基于权利要求1-9任意一项所述的生物质气化系统，包括如下步骤，
步骤1，生物质在两个半气化装置(4)中进行气化，得到气化气体；
步骤2，得到的气化气体汇集后通入到燃烧器(18)中进行预混后，在燃烧室(21)内低氮燃烧，产生高温烟气；
步骤3，高温烟气流经燃烧室(21)内的一级换热板和换热装置中的二级换热板进行吸热回收利用后排出；
步骤4，生活热水和采暖管路的循环水依次经过一级换热板和二级换热板吸热后提供生活热水和进行采暖。
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