一种具有防烧穿功能的生物质气化固定床的制作方法

本使用新型属于生物质能源利用设备技术领域，尤其涉及一种具有防烧穿功能的生物质气化固定床。

背景技术：

下吸式生物质气化炉(固定床)，是将经加工成颗粒度均匀的生物质，在敞口容器内一定温度和供氧量的条件下，将生物质中可挥发物质高温蒸发、裂解成具有较高热值的可燃气，输送至锅炉、内燃机等气体燃烧能源转换设备，转换为热能和动能，在工业、民用等领域得到广泛应用。

对加工后的颗粒度较小、均匀的生物质原料进行气化，可以采用下吸式固定床。固定床的特点是整体上呈上部敞口或半封闭的圆筒式容器，气化过程中生物质颗粒在固定床内保持静态，只在出料时，其内气化后的残料和未气化的生物质呈柱体整体下移。

其常规生产过程是：加工好的生物质原料，储存在生物质原料仓内，当固定床首次加料或生产过程中需要补料时，从原料仓内通过原料仓下部或通过管道气力输送，从固定床上部补充到固定床内。加料、补料的多少采用人工监督，添加到一定高度时，通过人工或半机械方式推平，完成固定床的补料和铺料。

气化实质是生物质原料被加热气化和裂解过程，产物是可燃气和残渣。可用于固定床的生物质，气化过程为氧化产热升温过程，其产热除了生产可燃气外，还足以维持自身的连续气化反应。

气化过程中，残渣从固定床底部排出，空气从上部透过生物质原料得到补充，可燃气则从底部被抽走利用，即下吸式。生物质原料的氧化反应过程，是从固定床的底部向上部逐步完成，中间有一段高度为反应层，俗称火段。火段内由于存在缺氧氧化反应(缺氧燃烧)，温度最高；火段下部为反应结束后的残渣层，一般是灰烬或生物炭，温度次之；火段上部是尚未气化反应的生物质原料，温度最低。

整个生物质气化过程，呈现火段连续、逐步上升的过程。火段上部与生物组原料之间有较明显的分界面，体现出温度突变的特点，温度突变值在150℃以上。

火段顶部与生物质原料的分界面要求越平整越好，但实际上容易发生局部上升过快的状况，称之为“偏烧”。一旦偏烧严重，导致局部生物质原料全部反应完成，大量新鲜空气未尽火层直接被抽到下部的可燃气中，称之为“烧穿”。烧穿后，由于新鲜空气中氧气含量高，与底部可燃气在高温下形成爆燃，酿成事故。烧穿时，固定床生物质原料表面会出现漏斗状塌陷。

传统固定床只能通过人员现场值班或安装远程视频监控，由人工肉眼判断，一旦发现“漏斗”，则人工紧急处理，即向“漏斗”内添加生物质原料“封堵”。根据现场统计，固定床中心部位出现烧穿的可能性明显大于其他部位。

技术实现要素：

现有技术中生物质气化固定床只能通过人员现场值班或安装远程视频监控，由人工肉眼判断，如果发现“漏斗”，则人工紧急处理，一旦处理不及时，很有可能造成不可估计的损失。为解决上述技术问题，由于固定床中心部位出现烧穿的可能性明显大于其他部位，本发明提供一种中心填料量大，并可提前预判偏烧是否可能发生，或者可能发生的位置，提前做好准备，大大提高而安全性。

本发明提供的技术方案如下：

一种具有防烧穿功能的生物质气化固定床，其特征在于，包括炉本体、铺料装置和多点温度探测装置；所述炉本体包括上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体通过炉排隔开；所述铺料装置和所述多点探温装置均位于所述上腔体的内部，所述多点探温装置位于所述铺料装置的下方，所述铺料装置和所述多点探温装置分别与传动装置连接；所述炉排包括错位设置的上炉排和下炉排，所述上炉排与下炉排均与所述炉本体转动连接，通过移动部件用于驱动所述上炉排和所述下炉排转动。

优选的，所述传动装置包括垂直设置的悬柱，所述悬柱上段外壁与连接件固定连接，所述连接件上连接有带动所述悬柱旋转的旋转装置，所述旋转装置上设置有用于带动所述悬柱升降的升降装置，所述悬柱内垂直贯穿设有悬杆，所述悬柱顶端和底端分别设有轴承，所述轴承内圈与所述悬杆连接，外圈与所述悬柱连接，所述悬杆上段突出于所述悬柱顶端，所述悬杆上段外壁设有螺纹，所述悬杆上段通过所述螺纹与螺母螺接，所述螺母抵靠在所述轴承顶端内圈。

轴承结构使得悬柱能够相对悬杆转动，悬杆上段外壁通过螺纹与螺母螺接，通过旋转螺母可以调节悬杆与悬柱的轴向相对位置。

优选的，所述辅料装置为设置在所述悬柱底端的刮片，所述刮片靠近悬柱的一端的高度高于其远离悬柱一端的高度，所述刮片数量为两片，两片刮片对称设置在所述悬柱底端的两侧。

通过旋转装置带动悬柱转动，从而带动刮片转动，刮片两端高度的设计使得经刮片刮过的生物质原料表面呈中心高、周围低的圆锥形结构，降低了中心位置易发生烧穿的风险。

优选的，所述多点温度探测装置包括设置在所述悬杆底端并水平辐射设置的至少两个悬臂，所述悬臂下设有垂杆，所述垂杆间隔设置第一温度计和第二温度计，所述第二温度计设置在所述第一温度计的上方，每个悬臂下方的第一温度计设置在同一水平面上，每个悬臂下方的第二温度计设置在同一水平面上。

同一水平面设有若干温度计，即同一水平面设有若干测温点，通过监测同一水平面不同测温点温度突跃情况判断炉内燃烧状况，以便提前做好应对措施。

优选的，所述悬柱外壁设有报警装置，所述报警装置分别与第一温度计、第二温度计电连接。当第一温度计和第二温度计检测到温度突变异常时，向报警装置发出信号。

优选的，所述悬柱外壁设有料位计，所述料位计与所述刮片错位设置。料位计用于检测上腔体内生物质原料填料高度，帮助判断是否继续填料。

优选的，所述上腔体上方设有生物质原料仓，所述生物质原料仓出口开关与所述料位计电连接。通过料位计的测量结果判断是否加料。

优选的，所述上炉排为环形镂空结构，所述下炉排为圆形镂空结构，所述下炉排直径与所述上炉排内环直径相当，所述下炉排外壁与至少3根固定条连接，所述固定条一端固定有固定圈，所述下炉排通过固定圈与所述炉本体转动连接，所述上炉排外壁与所述炉本体转动连接。上炉排用于清除炉体周边的炉渣，下炉排用于清除炉体中心的炉渣，二者可单独转动，互不干涉，根据炉内燃烧情况判断上路排、下炉排的工作状态。

优选的，所述上炉排及固定条上分别固定有拨杆，所述移动部件包括伸缩电机，所述伸缩电机固定在炉本体，所述伸缩电机通过连接杆与移动板连接，所述移动板上设有弧形导轨，所述拨杆与所述弧形导轨滑动连接。通过伸缩电机控制移动板伸缩移动，从而带动拨杆沿着移动板上的弧线道轨进行往复移动，进而带动上炉排或者下炉排往复转动，使残渣排出。

一种具有防烧穿功能的生物质气化固定床的工作方法包括如下步骤：

a、进料

启动生物质原料仓出口开关，向上腔体进行进料，启动旋转装置使得刮片旋转，将料位逐渐增高的生物质原料推平，与此同时，开启料位计距离上腔体内生物质原料表面的距离l，其检测频率与刮片旋转频率一致，测得的距离值应在设定值范围内；

当多次测量l值大于合理范围值时，说明加料不足，启动生物质原料仓出口开关继续加料，直至多次测量l值在设定值范围内，或者，启动上部升降装置，降低铺料装置，每次降低一定高度，重复该过程，直至测量距离值在设定值范围内，停止降低和旋转；

当多次测量l值小于合理范围值时，说明加料过多，关闭生物质原料仓出口开关停止加料，或者，启动上部升降装置，提升铺料装置，每次提升一定高度，重复该过程，直至测量距离值l在设定值范围内，停止提升和旋转；

b、测温

在生物质燃烧过程中，当第一温度计检测到有测温点出现温度突跃时开始跟踪，如果各个测点温度在间隔时间不长范围内都先后出现突跃，则是运行正常，如果间隔时间过长，则说明出现了明显的偏烧现象，此时，第一温度计将信号发送至控制系统，控制系统控制报警装置发出警报，根据温度突跃的位置，控制系统控制炉排进行排渣或者人工处理；

每一个第一温度计的垂杆上都设有一个第二温度计，当任何一个第二温度计检测到测温点出现温度突跃时，预示此处生物质原料即将被彻底“烧穿”，必须人工紧急处置；

c、排渣

当偏烧发生时，如偏烧位置发生在中心位置，控制系统启动下部伸缩电机，通过连接杆带动下移动板伸缩移动，从而带动下拨杆沿着弧形导轨轨道移动，使下炉排往复转动，达到排出中心炉渣的目的；如偏烧位置发生在周边位置，控制系统启动上部伸缩电机，通过连接杆带动上移动板伸缩移动，从而带动上拨杆沿着弧形导轨轨道移动，使上炉排往复转动，达到排出周边炉渣的目的；

排渣的过程中，当料位计检测到其距离生物质原料的距离l大于设定范围时，控制系统启动生物质原料仓出口开关，重复步骤a的过程；

当第二温度计检测到温度达到临界值时，且未发生偏烧现象，说明火段平面即将升高至第二温度计的水平高度，此时生物质原料量将不足，同时启动上部伸缩电机和下部伸缩电机，使上炉排和下炉排同时往复转动，进行排渣，随着炉渣排出，生物质原料表面高度逐渐下降，当料位计与生物质原料表面距离超出设定范围时，启动生物质原料仓出口开关，重复步骤a的过程，实现自动排渣、自动补料。

通过采用以上技术手段，达到技术效果如下：

1、生物质原料加入至上腔体后，通过刮片将生物质原料推平，由于靠近悬柱的一端高于远离悬柱一端，使得生物质原料表面形成锥形凸起形状，这一设计很好解决了由于固定床中心易烧穿的问题。

2、生物质原料表面被推平后，通过料位计感应生物质原料表面的距离是否符合要求，通过料位计发出的信号，自动控制是否从生物质原料仓向上腔体中填料，填料后刮片继续旋转推平，此过程一气呵成，完全取代人工，实现了自动化。

3、设置第一温度计、第二温度计及时监测上腔体内生物质燃烧温度变化，提前做出偏烧、烧穿预判，有效的避免了危险的发生。

4、第二温度计距离生物质原料表面留有一定的深度h，深度h的起到保护作用，即当即当任何一个温度测点t2出现温度突跃时，预示此处生物质原料即将被彻底“烧穿”，给工作人员预留出足够的时间进行处理，有效的控制了危险的发生。

5、炉排设置为上炉排、下炉排，并且两个炉排单独控制排渣状况，与多点温度探测装置、料位计及生物质原料仓出口开关联合使用，实现生物质气化炉的自动排渣、自动上料、补料：

当多点温度探测装置检测到偏烧、或者即将烧穿现象时，如该现象发生在中心位置，转动下炉排进行中心区域进行排渣，使中心位置生物质原料平面及火段排平面下移，如该现象发生在周边位置，转动上炉排进行周边区域进行排渣，使周边位置生物质原料平面及火段排平面下移，料位计根据距离生物质平面的距离判断开始自动加料，以最后快的速度填补缺口，及时防止危险发生；

当第二温度计测温点均有明显温度突跃，说明火段上升至接近第二温度计的水平面，同时转动上炉排和下炉排，将炉内残渣排出，此时料位计检测到填料表面高度变化，启动铺料装置、提升及旋转装置，直至上料完成，实现生物质气化炉的自动排渣、自动上料、补料。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明俯视结构示意图；

图3是炉排结构示意图；

图4是上炉排俯视结构示意图；

图5是下炉排俯视结构示意图；

图6是上炉排和下炉排整体俯视结构示意图；

图7是上炉排和下炉排的移动部件俯视结构示意图；

图中，1-1、悬柱；1-2、刮片；1-3、轴承；2-1、悬杆；2-2、悬臂；2-3、垂杆；2-4、第一温度计；2-5第二温度计；2-6、螺母；3、料位计；4、连接件；5-1、升降装置；5-2、旋转装置；6、报警装置；7、炉本体；7-1、上腔体；7-2、生物质原料仓；7-3、可燃气抽出管；7-3-1、泵；7-3-2、过滤装置；7-4、炉排；7-4-1、上炉排；7-4-2、下炉排；7-4-3、上部伸缩电机；7-4-4、下部伸缩电机；7-4-5、上移动板；7-4-6、下移动板；7-4-7、上拨杆；7-4-8、下拨杆；7-4-9、固定条；7-4-10、固定圈；7-4-11、连接杆；7-4-12、弧形导轨；7-5、下腔体；7-6、排渣口。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种具有防烧穿功能的生物质气化固定床，其特征在于，包括炉本体7、铺料装置和多点温度探测装置；所述炉本体7包括上腔体7-1和下腔体7-5，所述上腔体7-1和下腔体7-5通过炉排7-4隔开。

所述铺料装置和所述多点探温装置均位于所述上腔体7-1的内部，所述多点探温装置位于所述铺料装置的下方，所述铺料装置和所述多点探温装置分别与传动装置连接。

所述传动装置包括垂直设置的悬柱1-1，所述悬柱1-1上段外壁与连接件4固定连接，所述连接件4上连接有带动所述悬柱1-1旋转的旋转装置5-2，所述旋转装置5-2上设置有用于带动所述悬柱1-1升降的升降装置5-1，所述升降装置5-1固定安装在如屋顶等固定部件上。

所述悬柱1-1内垂直贯穿设有悬杆2-1，所述悬柱1-1顶端和底端分别设有轴承1-3，所述轴承1-3内圈与所述悬杆2-1连接，外圈与所述悬柱1-1连接，所述悬杆2-1上段突出于所述悬柱1-1顶端，所述悬杆2-1上段外壁设有螺纹，所述悬杆2-1上段通过所述螺纹与螺母2-6螺接，所述螺母2-6抵靠在所述轴承1-3顶端内圈。通过旋转螺母2-6，可以调整悬杆2-1相对悬柱1-1的位置，实现悬杆2-1高度的调整，为了使悬杆2-1更稳定，可以同时设置2个螺母2-6。

所述辅料装置为设置在所述悬柱1-1底端的刮片1-2，所述刮片1-2靠近悬柱1-1的一端的高度高于其远离悬柱1-1一端的高度，所述刮片1-2数量为两片，两片刮片1-2对称设置在所述悬柱1-1底端的两侧。

所述多点温度探测装置包括设置在所述悬杆2-1底端并水平辐射设置的至少两个悬臂2-2，所述悬臂2-2下设有垂杆2-3，所述垂杆2-3间隔设置第一温度计2-4和第二温度计2-5，所述第二温度计2-5设置在所述第一温度计2-4的上方，每个悬臂下方的第一温度计2-4设置在同一水平面上，每个悬臂下方的第二温度计2-5设置在同一水平面上。

通过提升装置5-1调整铺料装置及多点温度探测装置的整体高度，填料后，旋转装置5-2通过连接件4带动悬柱1-1转动，进而带动刮片1-2转动，刮片1-2旋转后将原料顶部刮成中间高、周围低的均匀的圆锥形状，克服了中间易发生烧穿的问题。多点温度探测装置深入生物质原料中，当铺料装置跟随悬柱1-1转动时，由于生物质原料的阻力，及轴承1-3的作用下，悬柱1-1相对悬杆2-1转动，带动刮片1-2推平生物质原料，而悬杆2-1保持不动，保证生物质原料不会被搅乱。

所述悬柱1-1外壁设有报警装置6，所述报警装置6分别与第一温度计2-4、第二温度计2-5电连接。当第一温度计和第二温度计检测到温度突变异常时，向报警装置发出信号。

所述悬柱1-1外壁设有料位计3，所述料位计3与所述刮片1-2错位设置。料位计用于检测上腔体内生物质原料填料高度，帮助判断是否继续填料。料位计3用于测量料位计3距经刮片1-2推平后的生物质填料表面的距离l，测量频率与刮片1-2旋转频率保持一致，即在刮片1-2运动通过料位计3测量点后，获取l值，测得的l值应在设定值范围内。

所述上腔体7-1上方设有生物质原料仓7-2，所述生物质原料仓7-2出口开关与所述料位计3电连接。通过料位计的测量结果判断是否加料。

如图3所示，所述炉排7-4包括错位设置的上炉排7-4-1和下炉排7-4-2，所述上炉排7-4-1与下炉排7-4-2均与所述炉本体7转动连接，通过移动部件用于驱动所述上炉排7-4-1和所述下炉排7-4-2转动。

所述上炉排7-4-1为环形镂空结构(如图4所示)，所述下炉排7-4-2为圆形镂空结构(如图5所示)，所述下炉排7-4-2直径与所述上炉排7-4-1内环直径相当(如图6所示)，所述下炉排7-4-2外壁与至少3根固定条7-4-9连接，所述固定条7-4-9一端固定有固定圈7-4-10如图5所示，炉本体7内壁分别设置与上炉排7-4-1外圈、固定圈7-4-10相匹配的滑轨滑轨，使得所述上炉排7-4-1外壁与所述炉本体7转动连接，及所述下炉排7-4-2通过固定圈7-4-10与所述炉本体7转动连接。

所述上炉排7-4-1上固定有上拨杆7-4-7，固定条7-4-9上固定有下拨杆7-4-8，如图7所示，所述移动部件包括伸缩电机，所述伸缩电机固定在炉本体7上，所述伸缩电机通过连接杆7-4-11与移动板连接，所述移动板上设有弧形轨道，具体的，上部伸缩电机7-4-3通过连接杆7-4-11与上移动板7-4-5连接，所述上移动板7-4-5设有弧形导轨7-4-12，下部伸缩电机7-4-4通过连接杆7-4-11与下移动板7-4-6连接，所述下移动板7-4-6设有弧形导轨7-4-12，所述上拨杆7-4-7和下拨杆7-4-7分别与其相匹配的弧形导轨7-4-12滑动连接。通过上部伸缩电机7-4-3控制上移动板7-4-5伸缩移动，下部伸缩电机7-4-4控制下移动板7-4-6伸缩移动，从而带动上拨杆7-4-7沿着上移动板7-4-5上的弧线道轨7-4-12进行往复移动，下拨杆7-4-9沿着下移动板7-4-7上的弧线道轨7-4-12进行往复移动，进而分别带动上炉排7-4-1和下炉排7-4-2往复转动，使残渣排出。

上炉排7-4-1用于清除炉内周边的炉渣，下炉排7-4-2用于清除炉内中心的炉渣，二者可单独转动，互不干涉，根据炉内燃烧情况判断上炉排、下炉排的工作状态。

本发明的工作原理如下：

a进料

启动生物质原料仓7-2出口开关，向上腔体7-1进行进料，启动旋转装置5-2使得刮片1-2旋转，将料位逐渐增高的生物质原料推平，与此同时，开启料位计3检测料位计3距离上腔体7-1内生物质原料表面的距离l，其检测频率与刮片1-2旋转频率一致，测得的距离值应在设定值范围内。

当多次测量l值大于合理范围值时，说明加料不足，启动生物质原料仓7-2出口开关继续加料，直至多次测量l值在设定值范围内，或者，启动上部升降装置5-1，降低铺料装置，每次降低一定高度，重复该过程，直至测量距离值在设定值范围内，停止降低和旋转；

当多次测量l值小于合理范围值时，说明加料过多，关闭生物质原料仓7-2出口开关停止加料，或者，启动上部升降装置5-1，提升铺料装置，每次提升一定高度，重复该过程，直至测量距离值l在设定值范围内，停止提升和旋转。

b测温

生物质原料燃烧时由下至上，下面是火段上面是生物质原料段，气化炉运行正常时，火段逐步上升，其顶部应该基本在同一平面上，但是，如果出现偏烧，则会出现局部点温度提前异常升高，利用该原理，通过测量、比较不同点的温度，可以获知是否存在偏烧或偏烧是否重要。

第一温度计2-4设置在同一平面高度，每个测点服务面积约0.5～1平方米，不同直径的气化炉服务面积略有差异，均衡布置，温度测点t1深入生物质原料内部，深度约0.8～1.2米，不同直径的气化炉深度略有差异，根据满足在发现偏烧时能有足够时间处置的要求为准。

温度测点t1在有测点出现温度突跃时开始跟踪，如果各个测点温度在间隔时间不长范围内都先后出现突跃，则是运行正常，如果间隔时间过长，特别是出现某一个测点温度突跃后间隔较长时间其他测点温度正常，则说明出现了明显的偏烧现象，此时，第一温度计2-4将信号发送至控制系统，控制系统控制报警装置6发出警报，根据温度突跃的位置，控制系统控制炉排7-4进行排渣或者人工处理。

每一个第一温度计2-4的垂杆上都设有一个第二温度计2-5，所有温度测点t2在同一高度平面上，且在温度测点t1的上部、距离生物质原料表面有一定深度h。深度h通过升降装置5-1调整悬柱1-1的高度，及悬杆2-1上段的螺母2-6设定。深度h实际作用是保护作用，即当任何一个温度测点t2出现温度突跃时，预示此处生物质原料即将被彻底“烧穿”，必须人工紧急处置。

3排渣

当偏烧发生时，如偏烧位置发生在中心位置，控制系统启动下部伸缩电机7-4-6，通过下连接板带动上移动板伸缩移动，从而带动下拨杆7-4-8沿着弧形导轨7-4-14轨道移动，使下炉排7-4-2左右摆动，达到排出中心炉渣的目的；如偏烧位置发生在周边位置，控制系统启动上部伸缩电机7-4-5，通过上连接板带动上移动板伸缩移动，从而带动上拨杆沿着弧形导轨7-4-14轨道移动，使上炉排7-4-1左右摆动，达到排出周边炉渣的目的；

当料位计3检测到其距离生物质原料的距离l大于设定范围时，控制系统启动生物质原料仓7-2出口开关，重复步骤1的过程；

当第二温度计2-5检测到温度达到临界值时，且未发生偏烧现象，说明火段平面即将升高至第二温度计2-5的水平高度，此时生物质原料量将不足，同时启动上部伸缩电机7-4-5和下部伸缩电机7-4-6，使上炉排7-4-1和下炉排7-4-2同时进行排渣，随着炉渣排出，生物质原料表面高度逐渐下降，当料位计3与生物质原料表面距离超出设定范围时，启动生物质原料仓7-2出口开关，重复步骤a的过程，实现自动排渣、自动补料。

残渣排除至下腔体7-5，并从排渣口7-6排出。

生物质气化炉底部设有可燃气抽出管7-3，所述可燃气抽出管7-3沿气流方向依次设有过滤装置7-3-2和泵7-3-1，使得生物质原料燃烧过程产生的可燃气体及时被收集，可燃气体被抽取的过程中下腔体7-5保持密封的状态。