一种生物质气化炉炉栅系统的制作方法

本发明涉及一种气化炉，具体涉及一种生物质气化炉炉栅系统。

背景技术：

生物质废弃物气化应用技术在我国已有近三十年的发展历史，一直没有商用有两个原因：热值低、性质杂。针对气化应用技术，就是可燃气热值低、热解气化性能差。

生物质气化炉炉栅一直沿用煤气化炉炉栅方案，即锥形栅体，体积大、栅体高、落灰通道单一、出风口单一，进而存在以下问题：

1.为了保护栅体不被烧毁，灰渣必须高于栅体顶部200mm以上，栅体体积大、高度高导致气化炉有效容积降低，不能消纳更多的rdf。

2.锥形栅体的出风口高低落差大，风穿越灰渣层的厚度就厚，导致起灰量大，气化混合可燃气中的灰量就大，给后继的净化工艺带来压力。

3.炉栅烧毁是气化炉的通病，锥形栅体的锥顶烧毁是特征。锥顶烧毁意味着要更换整个栅体，成本不低于15万。

4.锥形栅体的出风口如果做的大，则灰渣倒灌的可能性就大，需要有更大的风速进行“吹风”；如果出风口做小做多，则成本大，两种办法较难两全。

5.锥形栅体的出风口因其高低、单一形状的特征，导致其要风量大，出风不均匀，导致固定炭燃烧层燃烧不均匀，同时落灰又不均匀，进而导致灰渣的热灼减率居高不下；固定炭燃烧不彻底又会导致灰渣的理化性能不稳定，重金属不能完全被熔融钝化。

生物质气化炉炉栅一直沿用煤气化炉炉栅方案的另一个原因在于，生物质废弃物特别是城市生活垃圾，成分复杂，大颗粒无机物含量高，又没有进行精细加工，在炉膛内气化、燃烧不彻底，灰渣容易结块、堵塞，无法出灰，进而导致停炉人工出灰，损失十分巨大。

生物质废弃物包括城市生活垃圾、城市污泥、农林废弃物、医疗废弃物、工业有机废弃物等，其所含的当量是全人类所用能源的8倍以上。将上述废弃物经多级破碎-风选-磁选到1厘米以下的粒级，再添加生物热解除臭剂(该添加剂的核心技术是改善了生物质废弃物的热解性能)，充分搅拌压制成型为生物质衍生燃料rdf(refusederivedfuel的简称)，该rdf具有粒级低、均质化程度高、密度高、不可燃无机物含量少、热值高、热值稳定、热解充分、气化彻底、燃烧稳定、无臭味、气化发电后二噁英类物质排放量超低等特点。

生物质废弃物衍生燃料(rdf)的稳定量产，解决了细粒及均质化的问题；解决了热解气化、燃烧不彻底的问题，无疑为生物质废弃物资源化利用带来了生机，成为气化应用领域新的增长点，为生物质气化炉炉栅系统精细化设计提供了可能。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术中栅体出风口少，出风口分布不均匀，出风口高差大的缺点；克服背景技术中落灰截面积小导致的落灰拥挤，落灰存在局部快、局部慢的的缺点；克服背景技术中热灼减率居高不下的缺点；克服背景技术中灰渣重金属含量超标的问题。以此提供一种新型的生物质气化炉炉栅系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物质气化炉炉栅系统，设置在炉体内，所述气化炉炉栅系统自下而上依次配合设置进风管、主风管、支风管和主风管加强管，四者组成炉栅栅体，所述炉栅栅体固定焊接在炉体的内炉底面上；所述炉栅栅体为碟形，所述进风管竖直穿过炉体的下侧并与炉体底端水平设置的主风管连通，所述主风管围绕进风管均匀向外发射；所述与主风管同一水平面的环形的支风管以进风管为轴心并与主风管连通；所述支风管外围的主风管的延伸部分为主风管加强管，主风管加强管延伸至炉体内壁的炉体水夹套；所述进风管、主风管、支风管和主风管加强管之间的扇形间隙为落灰通道；所述进风管、主风管、支风管和主风管加强管上均盖有分体模块化炉栅；所述进风管下端为气体进入口，气体进入口与鼓风机连接；所述栅体的栅顶上部为厚度不少于200mm的灰渣层。

所述炉栅栅体两侧均匀设有上、下两排风口；炉栅顶部采用尖顶设计，所述炉栅两侧设有出风口，炉栅的出风口对应栅体的风口；所述支风管上面盖的炉栅的出风口统一向顺时针或逆时针方向出风。

所述主风管和支风管的宽度x均为150±15mm；所述炉栅栅体的高度y为200mm～250mm。

根据炉体直径的大小，所述炉栅栅体的支风管可做成一环、二环或多环。

所述进风管的外壁与炉栅栅体一环内环壁之间的间距为350±35mm，所述支风管两个环对应环壁之间的间距为350±35mm，所述支风管最外环外环壁与炉膛内壁的最佳间距为250±25mm。

所述炉栅的高度可以提高，所述炉栅两侧的出风口可以增加。

所述炉栅两侧的出风口距栅体的风口的水平最短距离大于出风口高度的1～1.5倍，出风口的宽度小于等于风口宽度。

所述炉栅的出风口较栅体的风口向下倾斜0o～30o，即炉栅的出风口下缘在栅体的风口下缘的水平线以下，其水平夹角为0o～30o，炉栅的出风口上缘在栅体的风口上缘的水平线以下，其水平夹角为0o～30o。

所述碟形炉栅栅体采用普通耐温材料制作，炉栅栅体采用1200℃耐温材料制作。

所述内侧的支风管与外侧的支风管的管壁距离r1、外侧的支风管外管壁与炉体内壁的距离r2，两者之间的比r1：r2不大于1.8:1，不小于1.2:1。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.如图7所示，为传统技术炉栅结构示意图，本发明的碟形炉栅的体积缩小5倍，高度降低了近1米，可提高炉膛有效容积约10％，可消纳更多的rdf衍生燃料。

2.炉栅的落灰通道增多、落灰截面增加2倍，落灰更均匀，固定炭燃烧层的塌落也更加均匀，栅体被不均匀塌落的灼热炭烧毁的机会降低。

3.碟形炉栅栅体的出风口高低落差比锥形栅体的出风口高低落差小3倍，助燃剂(风)穿越灰渣层就薄，基础风速可进一步降低，气化可燃气中的含灰量(起灰量)能得到有效降低，使后继的净化工艺减少了处理成本。

4.出风口增多近4倍，高度降低2/3，出风口布置分散均匀，风的穿透性提高了约2倍，则燃烧层受风均匀，燃烧充分，加上燃烧层塌落均匀，进而热灼减率可以下到5％～8％。

5.出风均匀、燃烧层塌落均匀，则燃烧充分，加上焦油在固定炭燃烧层充分燃烧可保证固定炭燃烧层的温度在1200℃以上，使灰渣中的重金属完全被熔融钝化，使灰渣的理化性能稳定，为炉渣的综合利用创造条件。

6.固定炭燃烧层受风均匀、燃烧充分、燃烧层塌落均匀、热灼减率低，则生物质废弃物衍生燃料(rdf)可以被充分利用，减少浪费，提高可燃气的产量或氢气的产量。

7.炉栅烧毁跟施炉工艺有关，是气化炉的通病。落灰均匀、燃烧层塌落均匀可有效防止炉栅栅顶被烧毁,如炉栅栅顶损坏，更换成本可降低3倍。

8.燃烧充分、落灰通道增多、落灰截面增加等因素可有效提高燃烧速度和rdf的气化速度，进而提高了生物质废弃物的单位消纳量。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明碟形炉栅的水平剖面俯视图和局部俯视图；

图3是本发明炉栅结构示意图；

图4是本发明炉栅展开正面示意图；

图5是本发明风口放大示意图；

图6是本发明主风管的示意图；

图7是传统技术炉栅结构示意图。

图中：16.进气管、17.主风管加强管、18.主风管、19.支风管、20.栅顶、21.灰渣层、25.炉体、26.炉体水夹套、29.炉栅、30.风口31.出风口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，一种生物质气化炉炉栅系统，设置在炉体25内，所述气化炉炉栅系统自下而上依次配合设置进风管16、主风管18、支风管19和主风管加强管17，四者组成炉栅栅体，所述炉栅栅体固定焊接在炉体25的内炉底面上；所述炉栅栅体为碟形，所述进风管16竖直设置在炉体25的下侧，并与其上端水平设置的主风管18连通，多条主风管18交叉设置；所述与主风管18同一水平面的环形的支风管19以进风管16为轴心并与主风管18连通；所述支风管19外围的主风管18的延伸部分为风管加强管17，风管加强管17延伸至炉体25内壁的炉体水夹套26；所述进风管16、主风管18、支风管19和主风管加强管17之间的扇形间隙为落灰通道；所述进风管16、主风管18、支风管19和主风管加强管17上均盖有分体模块化炉栅29；所述进风管16下端为气体进入口，气体进入口与鼓风机连接；所述栅体的栅顶20上部为厚度不少于200mm的生物质废弃物衍生燃料棒rdf燃烧后的灰渣层21。

所述气化炉栅体分上下两层风口30，均匀分布在栅体侧面；根据炉体25直径的大小，所述炉栅栅体的支风管19可做成一环、二环或多环。一环内的主风管18上面盖的炉栅29出风口31对应一环内侧风口30方向、二环内的主风管18上面盖的炉栅29出风口31对应一环外侧风口30方向、三环、四环以此类推；主风管18延续到炉体内壁的加强段上面可直接做成尖顶，与炉膛内壁焊接牢固，不设出风口。

所述炉栅29采用分体模块化盖板设计套在碟形炉栅栅体上；炉栅29顶部采用尖顶设计，所述炉栅29两侧设有出风口31。炉栅29的出风口31对应栅体的风口30；所述支风管19上面盖的炉栅29的出风口31统一向顺时针或逆时针方向出风。对应高密度、高燃值生物质衍生燃料rdf，需要增加出风，但又要避免提高风速，则只需提升炉栅29侧面高度，增加一排水平出风口31即可，对应栅体不需要提高。

所述气化炉栅体宽度x是一个固定值，最佳实施例为150mm，根据工艺的便利性和强度要求，主风管18和支风管19的宽度x取等值；栅体高度y是一个变量，取决于风口的水平排数、风量要求、风口大小、风口与风口之间的短边距离、风口短边与栅体上下边之间的距离以及栅体的厚度，上述因素要求在极限条件下栅体能承受炉膛燃料的重量，最佳实施例为栅体高度方向上下设两排风口，高度y最佳实施例为200mm～250mm；栅体进风管分三段，下段软接头接风机，中段的内径不小于250mm，焊接在炉体外底面，炉膛内段内径在250mm～400mm之间，由于炉膛中心位置温度偏高，受风概率也偏高，进风管可以不设风口，直接做成尖顶；栅体采用普通耐温材料制作，所有连接部位采取满焊。

所述气化炉栅体至少有一环支风管，按炉型的大小，可以设计成二环或多环，其设计依据为出风口的数量、出风口的分布、风穿透灰渣可能的起灰量、燃烧层需要的风量、rdf的均质化程度等，合理的间距为进风管外壁与一环内环壁之间的最佳间距为350±35mm、两个环对面环壁之间的最佳间距为350±35mm、外环外环壁与炉膛内壁的最佳间距为250±25mm。所述气化炉栅体主风管最佳实施例为六根，围绕进风管均匀向外发射，可满足均衡出风的需求、承重需求、出灰需求和灰刀人孔的设置需求；所述支风管环绕在主风管上。

所述气化炉炉栅采用分体模块化盖板设计，向下套在碟形炉栅栅体上；炉栅顶部采用尖顶设计；出风口内口对应栅体风口，栅顶可按需设置出风口，也可不设置；栅顶采用尖顶，以切割、导流灰渣；出于成本考虑，栅顶也可加盖一个耐高温、耐磨的活动尖顶，以降低栅体的材料成本和更换成本；炉栅出风口距风口的水平最短距离大于出风口高度的1～1.5倍；炉栅出风口较风口向下倾斜0°～30°，即炉栅出风口下缘在风口下缘的水平线以下，其水平夹角为0°～30°，炉栅出风口上缘在风口上缘的水平线以下，其水平夹角为0°～30°；炉栅采用1200℃耐温材料制作，如另加栅顶保护套，则栅顶保护套采用1200℃耐温材料制作，炉栅采用普通耐温材料制作。

所述内侧的支风管19与外侧的支风管19的管壁距离r1、外侧的支风管19外管壁与炉体25内壁的距离r2，两者之间的比r1：r2不大于1.8:1，不小于1.2:1

所述气化炉直径3.2米则rdf燃料重量以30吨计算，直径4.2米则按40吨计算，栅体在极限条件下应能承受炉膛燃料的重量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。