生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，包括：气化炉、蒸汽发生装置、汽水分离器及混合器。气化炉设有生物质燃气出口、生物颗粒入口及气化剂入口。蒸汽发生装置包括燃烧器及水套以利用生物质燃气燃烧产生的热量制备水蒸汽。汽水分离器设置有汽水入口、第一蒸汽出口及第二蒸汽出口，汽水入口通过管路与水套相连通以去除来自水套的水蒸汽中的液态水并分离得到纯净的蒸汽，第一蒸汽出口通过管路将占蒸汽总量70％～90％的蒸汽供应至蒸汽用户处，第二蒸汽出口与混合器相连通将占蒸汽总量10％～30％的蒸汽供应至混合器内。混合器的混合气体出口通过管路与气化炉的气化剂入口相连通以将蒸汽与空气形成的混合气体提供至气化炉中。
【专利说明】
生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种蒸汽发生系统，特别涉及一种气化燃烧蒸汽发生系统。
【背景技术】
[0002]众所周知，煤、石油、天然气等化石能源都是不可再生资源，在人类大规模的开采下已逐渐枯竭。另外，这些燃料在燃烧时会向空气中排放大量的有毒有害气体，造成大气严重污染。为此，能源领域专家正努力寻找可再生的清洁燃料来代替化石能源。
[0003]生物颗粒气化是以生物颗粒为原料，在气化剂作用下，通常以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂(也称为气化质)，在高温条件下通过热化学反应，将生物颗粒中可燃的部分转化为可燃气的过程。生物颗粒气化时产生的气体成分主要包括Hs、CH4和CO等，通常将这种可燃气体称为生物质燃气。
[0004]生物颗粒的气化过程主要在气化炉中进行，由于气化炉的类型、气化反应条件、工艺流程、气化剂的种类、原料的性质和粉碎粒度等条件的不同，其气化反应过程也不尽相同。但生物颗粒气化过程在不同条件下的基本包括:C+02 = CO2 ； C02+C = 2⑶;H2O+C =⑶+?等。
[0005]生物颗粒气化过程中不仅需要大量作为气化剂的氧气及水蒸汽，而且产生的生物质燃气携带较高的热量，因此，如何解决气化剂原料来源以及合理利用生物质燃气热量成为业内关注的焦点。
[0006]如中国专利申请201610009608.X号公开的一种生物质全密封控制系统，该系统包括生物质气发生系统、生物质气储存系统、空气输送系统、以及蒸汽发生装置和发电系统，其中，该发明的生物质全密封控制系统可以将净化后的气体燃料直接送入锅炉、内燃发电机、燃气机的燃烧室中燃烧来发电，提高能源的利用率，实现节能环保。然而，该生物质全密封控制系统存在以下缺点或不足:(I)、无法实现作为气化剂的蒸汽的自主提供，其需要采用专门热源来制得蒸汽；(2)、需要生物质气储存系统对生物质气进行后续操作，浪费了生物质气自身携带的大量热能。
[0007]又如中国专利申请201510083514.2号公开的一种带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置及方法，其包括气化器、空气预热器、蒸汽发生器和空气鼓风机，位于气化器上部的燃气出口与空气预热器相连，空气预热器与空气鼓风机相连，空气预热器的出口通道包括气化空气管道和助燃空气管道，助燃空气管道连接至蒸汽发生器的炉膛，气化空气管道连接至气化器的氧化区，氧化区通过排渣螺旋与炉膛连接，炉膛内设置有蒸汽盘管，蒸汽盘管的一端通过进水管与进水水栗连接，蒸汽盘管的另一端通过蒸汽管道与气化器的还原区连接。然而，该带余热利用的生物质蒸汽空气联合气化装置存在以下缺点或不足:(1)、没有提供气化器中使用的气化剂的来源；(2)、没有充分利用产生的生物质燃气热量。
[0008]因此，提供一种能够充分利用生物质燃气热量以提供蒸汽来源的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统成为业内急需解决的问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其能够充分利用生物质燃气的自身能量及携带的热能，产生的蒸汽不仅可供蒸汽用户使用，而且还可以作为气化剂进行循环使用。
[0010]为了实现上述目的，本发明提供了一种生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，包括:气化炉、蒸汽发生装置、汽水分离器及混合器，其中，气化炉包括炉体，炉体的炉壁上间隔设有生物质燃气出口、生物颗粒入口及气化剂入口 ；蒸汽发生装置包括用于供生物质燃气进行燃烧的燃烧器及沿燃烧器的外壁围绕设置的水套以利用生物质燃气燃烧产生的热量制备水蒸汽，燃烧器的顶壁设有生物质燃气入口，生物质燃气入口通过生物质燃气输送管路与气化炉的生物质燃气出口相连通，燃烧器的侧壁上邻近顶壁设有入风口，燃烧器的侧壁上远离顶壁设有热烟气出口，水套的侧壁上设有进水口，水套的顶部设有第一汽水出口；汽水分离器设有汽水入口、第一蒸汽出口及第二蒸汽出口，汽水入口通过管路与水套的第一汽水出口相连通以去除来自水套的水蒸汽中的液态水并分离得到纯净的蒸汽，第一蒸汽出口通过管路将占蒸汽总量70%?90%的蒸汽供应至蒸汽用户处;混合器设有空气入口、蒸汽入口及混合气体出口，蒸汽入口通过管路与汽水分离器的第二蒸汽出口相连通以将占蒸汽总量10 %?30 %的蒸汽供应至混合器内，混合气体出口通过管路与气化炉的气化剂入口相连通以将水蒸汽与空气形成的混合气体作为气化剂提供至气化炉中。
[0011]在本发明中，蒸汽用户可使用蒸汽用于医疗器械消毒、餐具消毒或洗衣熨烫等方面，另外，本发明中的汽水分离器为常规汽水分离器，其工作原理为:含水的蒸汽进入汽水分离器，并在其中以离心向下倾斜式运动，夹带的水份由于速度降低而被分离出来;被分离的液体流经疏水阀排出，干燥清洁的蒸汽从分离器出口排出。
[0012]可选择地，蒸汽发生装置还包括沿生物质燃气输送管路的外壁围绕设置的汽水套以利用生物质燃气自身携带的热量进一步加热来自水套的水蒸汽，汽水套的底部端口与水套的第一汽水出口相连通，汽水套的顶部开设有与汽水分离器的汽水入口相连通的第二汽水出口。
[0013]可选择地，进一步设有换热筒以回收利用燃烧器排出的热烟气，换热筒包括壳体及设于壳体内的换热盘管，壳体的一端口通过管线穿过水套与燃烧器的热烟气出口相连通，壳体的另一端口形成烟气出口，换热盘管的邻近烟气出口的一端与水栗相连接而远离烟气出口的另一端与水套的进水口相连通以将换热盘管中的水与燃烧器排出的热烟气进行热交换形成的热水输送至水套内进行水蒸汽的制备。
[OOM]可选择地，经换热盘管换热后的热水温度为90?95摄氏度。
[0015]可选择地，所述换热筒的壳体内于换热盘管的中心部分进一步设有至少二个U型换热管以延长烟气在换热筒内的停留时间，所述至少二个U型换热管沿所述换热筒的纵向排布且依次尾首相连，第一个U型换热管的首端与所述换热盘管的末端相连接，最后一个U型换热管的末端与所述水套的进水口相连通。
[0016]可选择地，进一步设有空气预热器，空气预热器具有烟气流路和空气流路，烟气流路的入口与换热筒的烟气出口相连通，烟气流路的出口与烟囱相连，空气流路的入口与第一风机相连以向空气流路中引入空气，空气流路的出口通过空气管线穿过水套与燃烧器的入风口相连通以向燃烧器内提供热空气作为助燃气体。
[0017]优选地，空气预热器包括外壳、将外壳内部空间分隔为逆向平行的烟气流路及空气流路的中隔板、以及穿设在中隔板中的若干热管，其中，热管的蒸发端延伸于烟气流路中，热管的冷凝端延伸于空气流路中。
[0018]可选择地，空气管线还分支有空气分管线，空气分管线与混合器的空气入口相连通以将换热后的部分热空气提供至混合器中。
[0019]可选择地，经空气预热器换热后的空气总量的40%?50%的空气通过空气分管线输送至混合器中。
[0020]可选择地，混合器自其一端壁设有绕着蒸汽入口向混合器的内腔延伸的蒸汽喷管，蒸汽喷管的末端封闭且蒸汽喷管上开设有若干个透气孔以向内腔中喷入水蒸汽。
[0021]可选择地，蒸汽喷管的长度设定为混合器的内腔长度的五分之一至二分之一。
[0022]可选择地，混合器的空气入口处设有均流板，均流板上排布有若干个朝向混合器的内腔延伸的空气喷嘴以将空气喷射至混合器的内腔中与水蒸汽实现多点混合。
[0023]优选地，生物质燃气出口设于炉体的顶壁，生物颗粒入口设于炉体的一侧壁，气化剂入口设于炉体的另一侧壁。
[0024]优选地，在混合器与气化炉的气化剂入口之间的管道上设有第二风机以将混合器中的混合气体通过气化剂入口引入气化炉中。
[0025]优选地，燃烧器的底壁开设有排渣口，排渣口下方设有螺杆出料器以运输燃烧器产生的灰渣。
[0026]可选择地，燃烧器的入风口沿着燃烧器壳体的切向方向设置，使得助燃空气在燃烧器内形成旋流风以加大与生物质气的混合，提高燃烧效率。
[0027]本发明的有益效果是:(I)、设置水套及汽水套用以加热产生水蒸汽，充分利用了生物质燃气的自身能量及携带的热能，提高了生物质能的利用率；(2)、设置换热筒及空气预热器，有效地利用生物质燃气产生的热烟气的高温热量，更加节能环保；(3)、混合器内蒸汽延伸管段及空气喷嘴的设置实现了水蒸汽与热空气多点混合，使得混合更加均匀。
【附图说明】
[0028]图1示出了本发明生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统的构造示意图。
[0029 ]图2示出了本发明的混合器的构造示意图。
[0030]图3示出了本发明的换热筒的另一种可替代实施方式的截面示意图。
【具体实施方式】
[0031]请参照图1，根据本发明的一种实施方式，生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统包括:气化炉100、蒸汽发生装置200、汽水分离器300及混合器400。
[0032]气化炉100包括炉体110，在该非限制性实施方式中，炉体的顶壁上设有生物质燃气出口 111，炉体的一侧壁设有气化剂入口 112，炉体的另一侧壁设有生物颗粒入口 113。
[0033]蒸汽发生装置200包括燃烧器210、水套220以及汽水套230。燃烧器210的顶壁设有生物质燃气入口 211，生物质燃气入口 211通过生物质燃气输送管路L与生物质燃气出口 111相连通。燃烧器210的侧壁上邻近顶壁设有入风口 212，燃烧器210的侧壁上远离顶壁设有热烟气出口 213。水套220的侧壁的中下部设有进水口 221，水套220的顶部设有第一汽水出口(未标号)。汽水套230的底部端口(未标号)与水套220的第一汽水出口相连通，汽水套230的顶部开设有第二汽水出口 231。
[0034]汽水分离器300设置有汽水入口 310、第一蒸汽出口 320及第二蒸汽出口 330，汽水入口 310通过管路与第二汽水出口 231相连通。第一蒸汽出口 320通过管路将水蒸汽供应至蒸汽用户处。
[0035]混合器400设有空气入口 410、蒸汽入口 420及混合气体出口 430，蒸汽入口 420通过管路与汽水分离器300的第二蒸汽出口 330相连通，从而将蒸汽供应至混合器400内，混合气体出口430通过管路与气化炉100的气化剂入口 112相连通。
[0036]在该非限制性实施方式中，如图2所示，混合器400自其一端壁设有绕着蒸汽入口420向混合器的内腔延伸的蒸汽喷管440，蒸汽喷管440的末端封闭且蒸汽喷管440上开设有若干个向内腔中喷入水蒸汽的透气孔441，而空气入口 410处设有均流板450，均流板450上排布有若干个朝向混合器的内腔延伸的空气喷嘴451，从而将空气喷射至混合器的内腔中与水蒸汽实现多点混合，使得水蒸汽与空气混合得更加均匀。
[0037]从而，气化炉100产生的生物质燃气自生物质燃气出口111沿生物质燃气输送管路L输送至燃烧器210中进行燃烧放热，产生的热量将沿燃烧器210的外壁围绕设置的水套220中的水加热成为水蒸汽，水蒸汽再进入到汽水套230中，利用生物质燃气输送管路L中生物质燃气自身携带的热量再次加热进入汽水分离器300后，水蒸汽中的液态水被分离出去，汽水分离器300将占蒸汽总量约80%的纯净的蒸汽供应至蒸汽用户处用于餐具消毒、医疗消毒或衣物熨烫的功能，而占蒸汽总量约20%的蒸汽则供应至混合器400内，与混合器400中的空气混合后作为气化剂供应至气化炉100中。
[0038]此外，在燃烧器210内，邻近生物质燃气入口211设有分流钝体250使得生物质燃气在燃烧器210内向周边流动以避免过度集中于中心区域。
[0039]作为一种可替代实施方式，如图1所示，为了回收利用燃烧器210排出的热烟气的热量，还进一步设有换热筒500，换热筒500包括壳体510及换热盘管520，壳体510的一端口530通过管线穿过水套220与燃烧器210的热烟气出口 213相连通，壳体510的另一端口形成烟气出口 540。换热盘管520的邻近烟气出口 540的一端与水栗P相连接而远离烟气出口 540的另一端与水套220的进水口 221相连通，从而将换热盘管520中的水进行热交换形成约90摄氏度的热水输送至水套220内制备水蒸汽。
[0040]作为另一种可替代实施方式，如图3所示，换热筒500的壳体510内于换热盘管520的中心部分进一步设有三个U型换热管550，三个U型换热管550沿换热筒的纵向交叉排布且U型底部邻近烟气出口 540，三个U型换热管550构成的近似米字形底部增大了烟气流动的阻力，从而延长了烟气停留时间，提高了换热效率。此外，三个U型换热管550依次尾首相连，第一个U型换热管的首端与换热盘管520的末端相连接，最后一个U型换热管的末端与水套220的进水口 221相连通。
[0041]作为另一种可替代实施方式，如图1所示，为了进一步利用热烟气的热量，生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统还设有空气预热器600，空气预热器600具有烟气流路(未图示)和空气流路(未图示)，烟气流路的入口与换热筒500的烟气出口 540相连通，烟气流路的出口与烟囱700相连，空气流路的入口与第一风机Fl相连，从而向空气流路中引入空气，空气流路的出口通过空气管线AL穿过水套220与燃烧器210的入风口 212相连通，从而向燃烧器210内提供热空气作为助燃气体。
[0042]同时，在该非限制性实施方式中，空气管线AL还分支有空气分管线SL，空气分管线SL与混合器400的空气入口 410相连通，从而将换热后的空气总量的约45%的热空气输送至混合器400中。同时，在混合器400与气化炉100的气化剂入口 112之间的管道上设有第二风机F2，从而将混合器400中的混合气体引入气化炉100中。
[0043]在运行过程中，气化炉100产生的生物质气供给至燃烧器210作为燃料。燃烧器210燃烧生物质气产生的热量将水套220中的水加热成水蒸汽，同时，生物质燃气输送管路L中生物质燃气自身携带的热量再次加热进入汽水套230中的水蒸汽。汽水分离器300将占蒸汽总量约80%的纯净的蒸汽供应至蒸汽用户处用于餐具消毒、医疗消毒或衣物熨烫的功能，而占蒸汽总量约20 %的蒸汽则供应至混合器400内，与混合器400中的空气混合后作为气化剂供应至气化炉100中。换热筒500利用燃烧器210的烟气余热将换热盘管520中的冷水加热成热水后供应至水套220。空气预热器600继续利用换热筒500排出的烟气余热将冷空气预热成热空气后一部分用作燃烧器210的助燃气，一部分用作气化炉100的气化剂。由此可见，本发明的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统充分提高了生物质能的利用率。
[0044]尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。
【主权项】
1.一种生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，包括:气化炉，所述气化炉包括炉体，所述炉体的炉壁上间隔设有生物质燃气出口、生物颗粒入口及气化剂入口，其特征在于: 所述生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统还包括蒸汽发生装置、汽水分离器及混合器，其中， 所述蒸汽发生装置包括用于供生物质燃气进行燃烧的燃烧器及沿所述燃烧器的外壁围绕设置的水套以利用生物质燃气燃烧产生的热量制备水蒸汽，所述燃烧器的顶壁设有生物质燃气入口，所述生物质燃气入口通过生物质燃气输送管路与所述气化炉的生物质燃气出口相连通，所述燃烧器的侧壁上邻近顶壁设有入风口，所述燃烧器的侧壁上远离顶壁设有热烟气出口，所述水套的侧壁上设有进水口，所述水套的顶部设有第一汽水出口 ； 所述汽水分离器设有汽水入口、第一蒸汽出口及第二蒸汽出口，所述汽水入口通过管路与所述水套的第一汽水出口相连通以去除来自所述水套的水蒸汽中的液态水并分离得到纯净的蒸汽，所述第一蒸汽出口通过管路将占蒸汽总量70%?90%的蒸汽供应至蒸汽用户处； 所述混合器设有空气入口、蒸汽入口及混合气体出口，所述蒸汽入口通过管路与所述汽水分离器的第二蒸汽出口相连通以将占蒸汽总量10%?30%的蒸汽供应至所述混合器内，所述混合气体出口通过管路与所述气化炉的气化剂入口相连通以将水蒸汽与空气形成的混合气体作为气化剂提供至所述气化炉中。2.如权利要求1所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述蒸汽发生装置还包括沿所述生物质燃气输送管路的外壁围绕设置的汽水套以利用生物质燃气自身携带的热量进一步加热来自所述水套的水蒸汽，所述汽水套的底部端口与所述水套的第一汽水出口相连通，所述汽水套的顶部开设有与所述汽水分离器的汽水入口相连通的第二汽水出口。3.如权利要求2所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，进一步设有换热筒以回收利用所述燃烧器排出的热烟气，所述换热筒包括壳体及设于所述壳体内的换热盘管，所述壳体的一端口通过管线穿过所述水套与所述燃烧器的热烟气出口相连通，所述壳体的另一端口形成烟气出口，所述换热盘管的邻近所述烟气出口的一端与水栗相连接而远离所述烟气出口的另一端与所述水套的所述进水口相连通以将所述换热盘管中的水与所述燃烧器排出的热烟气进行热交换形成的热水输送至所述水套内进行水蒸汽的制备。4.如权利要求3所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述换热筒的壳体内于所述换热盘管的中心部分进一步设有至少二个U型换热管以延长烟气在所述换热筒内的停留时间，所述至少二个U型换热管沿所述换热筒的纵向排布且依次尾首相连，第一个U型换热管的首端与所述换热盘管的末端相连接，最后一个U型换热管的末端与所述水套的所述进水口相连通。5.如权利要求4所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，进一步设有空气预热器，所述空气预热器具有烟气流路和空气流路，所述烟气流路的入口与所述换热筒的烟气出口相连通，所述烟气流路的出口与烟囱相连，所述空气流路的入口与第一风机相连以向所述空气流路中引入空气，所述空气流路的出口通过空气管线穿过所述水套与所述燃烧器的所述入风口相连通以向所述燃烧器内提供热空气作为助燃气体。6.如权利要求5所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述空气管线还分支有空气分管线，所述空气分管线与所述混合器的所述空气入口相连通以将占换热后的空气总量40%?50%的热空气提供至所述混合器中。7.如权利要求6所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述混合器自其一端壁设有绕着所述蒸汽入口向所述混合器的内腔延伸的蒸汽喷管，所述蒸汽喷管的末端封闭且所述蒸汽喷管上开设有若干个透气孔以向所述内腔中喷入水蒸汽。8.如权利要求7所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述蒸汽喷管的长度设定为所述混合器的内腔长度的五分之一至二分之一。9.如权利要求8所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，所述混合器的空气入口处设有均流板，所述均流板上排布有若干个朝向所述混合器的内腔延伸的空气喷嘴以将空气喷射至所述混合器的内腔中与水蒸汽实现多点混合。10.如权利要求1?9中任一项所述的生物颗粒气化燃烧蒸汽发生一体化系统，其特征在于，在所述燃烧器内于邻近所述生物质燃气入口处设有分流钝体。
【文档编号】F22B1/22GK105927957SQ201610401923
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】刘效洲, 张孝春, 裴虎, 毕远东
【申请人】广东工业大学