一种生物质气化低排放热风炉的制作方法

本发明涉及一种热风炉，涉及一种采用生物质燃料可广泛用于烟草、粮食干燥以及工业烘干、农业大棚、工业厂房、公共场馆和农村家庭等节能采暖的一种生物质气化低排放热风炉。

背景技术：

热风炉是一种用来加热空气的装置，以往的热风炉采用煤炭等燃料，存在烟气污染严重，热效率低，人工操作繁琐、危险隐患较大等缺陷，近几年因为环保管理要求严格，部分热风炉采用天然气作为燃料，虽使热效率有所提高，烟气污染有所改善，但近些年国内因为环保提高标准要求，纷纷采用天然气作为生产及生活采暖的燃料，产生了需求量大、短时集中，导致天然气价格暴涨和供应量不足的问题，也迫切需要有其他环保性能好、价格低的燃料替代天然气。

生物质能源是一种理想的可再生能源，具有以下特点：(1)可再生性；(2)低污染性；生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的so2、no2较低，生物质作为燃料时，二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减少温室效应；(3)广泛的分布性；缺乏煤炭的地域可充分利用生物质能，所以利用生物质作为替代能源，对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有重要的意义，同时可以消纳大量农业生产的秸秆等废弃物，减少田间焚烧秸秆原始耕种的方式，减轻对大气污染以及对土壤的高温损伤和火灾隐患。

相对于其他含碳能源，生物质存在能量密度低、分布分散度高、收集运输困难以及难以大规模集中处理等不足。由于完全照搬石油炼制、煤化工和天然气利用的技术思路进行生物质能的利用和转化，造成现有大多数装置效率低、效益低，并存在产生焦油、灰渣、废水、废气的二次污染，为解决上述问题，急需一种新型环保生物质气化炉，主要解决以下主要问题：

①、解决生物质气化产生的焦油比较多，污染环境的问题；

②、解决农村小城镇生物质利用不畅，焚烧污染大气环境，工厂、工业炉窑、采暖、生活用天燃气、电等高等级能源成本及供应能力问题；

③、解决现有生物质直燃锅炉污染物排放高的问题；

④、解决气化炉系统简单、实用便利化问题；

⑤、解决气化原料适用性问题，可利用农业、林业生产产生的各种废弃物，如玉米秸秆、麦皮、米壳、玉米棒、果壳、烟梗、树枝、落叶、木屑等物质进行气化燃烧。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种生物质气化低排放热风炉，具有结构简单，操作便捷，自动化水平高，安全可靠，燃料适应性好，燃烧效率高，环境污染小，应用广泛，降低了投资成本和运行成本。

为实现所述目的，本发明提供一种生物质气化低排放热风炉，气化炉为下吸式气化炉，主要由四部分组成，料斗及给料装置区、气化区、燃烧区、换热区。

所述料斗及给料装置区由料斗及变节距给料绞龙组成。

所述气化区及燃烧区整体分为上中下三部分分体结构，以方便制造、运输、安装、检修，三个部分通过螺栓连接分体法兰组成密封的一个整体，立式布置；上部通过螺栓与法兰与所述料斗及给料装置区以及所述换热器四个部分密封连接，形成的烟风通道为近w型结构，整个气化装置为卧式布置。

所述气化区及燃烧区壳体采用耐热钢板焊接制作，内部在高温侧衬有高温耐火材料及绝热保温材料，以便适用于燃料气化以及气体燃烧的高温恶劣工作环境，保护壳体金属安全；外侧包覆绝热保温材料及金属装饰板，以隔绝壳体的热量和温度，保护周边人员及设备安全安全。

所述换热区由换热器内坚直布置多根平行且间隔设置的烟管及壳体、保温材料构成，将气化燃料燃烧产生的通过管壁传热给空气，提高空气温度提供给生产生活用热。

所述燃料为农业、林业生产产生的各种废弃物，如玉米秸秆、麦皮、米壳、玉米棒、果壳、烟梗、树枝、落叶、木屑等生物质进行气化燃烧。

所述料斗，储存一定容量的生物质燃料，保证气化炉可以在一定时间内连续工作。

所述变节距给料绞龙，与给料电机通过减速机相连，绞龙叶片节距采用变节距结构，采用前段大节距、后段小节距的连续叶片。

所述给料电机，采用变频电机，由plc控制。

所述在给料绞龙尾部及气化炉进料口上壳体顶部，设有可拆卸活动盖板，以方便处理缠绕、卡涩故障以及检修维护。

所述吸风短管，吸风短管，管孔内装设滤网，通过管路与送风机入口相连。

所述燃料入口区，由变节距给料绞龙给入的燃料，使生物质燃料具有一定的压实度，以保证一定密封性，减少下部烟气向上窜入。

所述干燥区，由燃料入口区进入的燃料，向下运动到干燥区，生物质中的自由水和结合水蒸发，充分降低燃料的含水率。

所述氧化区，气化剂在这个部位由送风机经过环形风室分配各个喷嘴喷入气化炉。

所述环形风室，环形型风室由钢板焊接而成的密闭风室，由管道与风机连接，与壳体焊接连接，内部设有气化剂喷嘴，气化剂在这个部位由送风机加压经过环形风室分配各个喷嘴喷入气化剂至裂解区和氧化区，并通过喷嘴的分配组合保证气化剂喷入上述区域的比例。

所述还原区，在一定较高的温度区域下以及缺氧的环境下，会发生多个吸热的还原反应，增加可燃气中co、h2、ch4提高产气热值。

所述炉排，材质采用耐热金属制作，为活动部件安放在灰渣室上部，检修时可以定期更换。

所述气化燃气通道入口设有一定坡度，并采用垂直上升通道，使随燃气携带运动的灰渣落回灰渣室。

所述灰渣室，在还原区反应完的灰渣以及残余的碳由炉排落入灰渣室暂存，定期用除灰机械或人工清除。

所述一次风喷嘴，高温气化燃气由灰渣室经垂直段上升进入水平段，助燃空气由燃烧区空气管分配经一次风喷嘴喷入水平段与燃气混合燃烧。

所述挡板，调整烟气的流动速度及方向，引导烟气流动到燃尽区，保证燃气完全稳定燃烧，同时使烟气中携带飞灰沉降到底部，减少烟气粉尘排放量。

所述电子点火器，在气化炉启动燃烧时点燃气化燃气的高能电子点火装置。

所述金属丝网，在一次风喷嘴后挡板下安装一金属丝网，金属丝网表面具有烧结覆盖催化剂活性材料。

所述燃烧区空气管，由送风机送来助燃空气进入空气管分配给一次风喷嘴、二次风喷嘴。

所述二次风喷嘴，燃烧后的烟气进入燃尽区后，助燃空气由空气管分配经二次风喷嘴喷入燃尽区与燃气混合燃烧。

所述燃尽室，通过二次风管喷入的适当的过量空气，使燃气充分完全燃烧，并通过烟气流动方向的改变，使飞灰沉降到底部。

所述换热器内坚直布置多根平行且间隔设置的烟管，相邻的两个烟管之间的间隔为空气通道，空气侧流程两回程或多回程布置，以提高设备换热能力。

所述整个气化系统设计气化强度按照生物质燃料种类、堆比重的不同确定，气化剂当量按照相应的合适比例来确定。

所述气化燃烧热风炉的给料、气化、燃烧采用plc控制计算机控制，满足用能设备的负荷要求，并保证安全、高效、环保工作。

所述最终燃烧总风量保证一定的过量空气系数，以保证燃气充分燃烧。一次风、二次风喷嘴共同形成分级燃烧工作机制，降低燃烧温度并产生缺氧燃烧的还原性气氛环境，同时通过金属网催化剂进行表面燃烧及催化还原反应，提高燃烧效率及抑制燃烧过程中的氮氧化物产生。

气化区及燃烧区整系统通风采用变频送风机与变频引风机平衡通风，气化区以及燃烧区负压运行，结构上考虑各密封面的良好密封措施，防止漏风和产出燃气及烟气漏出。

所述壳体采用耐热钢板焊接制作，内部在高温侧高温耐火材料及保温材料，以便适用于燃料气化以及气体燃烧的高温恶劣工作环境，保护壳体金属安全；外侧包覆保温材料及金属装饰板，以隔绝壳体的热量和温度，保护周边人员及设备安全安全。

所述燃烧室、气化室和换热室形成气化分段式燃烧的近w型炉体结构，故不仅整体结构简单紧凑，造价低，可实时调整炉子的燃烧运行负荷，从而大大提高其节能性能与安全性能；气化燃烧方式与以往的燃料直接燃烧炉相比，可使得燃烧温度、强度及速度可控，有效降低烟气排放指标，并可以压火运行且能快速启动燃烧，能更好灵活地适应生产运行要求。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明环保生物质气化燃烧热风炉的系统示意图；

图2为本发明环保生物质气化燃烧热风炉的本体示意图；

图3为图-2俯视图的示意图；

图4为图-2a-a方向的示意图；

图5为图-2b-b方向的示意图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考附图1-5，所述本发明环保生物质气化燃烧热风炉为下吸式气化炉主要由四部分组成，料斗及给料装置区、气化区、燃烧区、换热器，气化区及燃烧区整体分为上中下三部分分体结构，以方便制造、运输、安装、检修；三个部分通过螺栓连接分体法兰组成密封的一个整体，上部通过螺栓与法兰与料斗及给料装置以及换热器四个部分密封连接，形成的烟风通道为u型结构，整个气化装置为卧式布置。

料斗及给料装置区由料斗及变节距给料绞龙组成。

气化区及燃烧区壳体采用耐热钢板焊接制作，内部在高温侧衬高温耐火材料及保温材料，以便适用于燃料气化以及气体燃烧的高温恶劣工作环境，保护壳体金属安全；外侧包覆保温材料及金属装饰板，以隔绝壳体的热量和温度，保护周边人员及设备安全安全。

换热区由换热器内坚直布置多根平行且间隔设置的烟管及壳体、保温材料构成，将气化燃料燃烧产生的通过管壁传热给空气，提高空气温度提供给生产生活用热。

料斗及给料区包括：料斗1、变节距给料绞龙2、给料电机3、检查盖4、连接端盖及法兰5。

料斗1，储存一定容量的生物质燃料，保证气化炉可以在一定时间内连续工作，料斗由钢板焊接制造而成，与下部给料绞龙壳体通过法兰与螺旋连接，以方便制造及检修。

变节距给料绞龙2，与给料电机通过减速机相连，绞龙叶片节距采用变节距结构，采用前段大节距、后段小节距的连续叶片，以便于将松散的生物质燃料压入气化炉进料口，保证气化炉燃料一定密实度，提高气化效率，并减少气化区烟气向上串漏，保证料斗及绞龙运行安全；绞龙壳体及叶片采用耐热耐磨材质钢板制作。

给料电机3，采用变频电机，由plc控制，根据气化炉运行工况控制电机的启停、转速快慢，调整给料绞龙的给料量。

检查盖4，在给料绞龙尾部及气化炉进料口上壳体顶部，设有活动盖板，通过法兰及螺栓或u型卡子与下部壳体连接，方便在给料绞龙出现故障时候快速检修需要。

连接短接及法兰5，给料绞龙壳体与气化区进料口设有一段短接进行过渡，通过法兰和螺栓与气化区上部壳体连接，上部与绞龙壳体焊接连接，短接上四周设有吸风平衡管6。

吸风平衡管6，管孔内装设滤网，通过管路与送风机入口相连，送风机运行时在气化区给料入口处形成一个微负压区域，将部分由预热段、裂解段串漏上来少量烟气引走送到气化区及燃烧区内，保护料斗及绞龙运行安全，以及环境人员安全。滤网起到阻隔管路中燃料碎屑进入送风机的作用。

气化区：按照燃料运动方向由上到下分为燃料入口区7、干燥区8、裂解区9、环形风室10，氧化区11、还原区12、炉排13、灰渣室14；气化区及燃烧区整体分为上中下三部分的分体结构，以方便制造、运输、安装、检修；通过螺栓连接分体法兰组成密封的一个整体，上部通过螺栓与法兰与给料装置密封连接，形成的烟风通道为u型结构。

燃料入口区7，由变节距绞龙给入的燃料，使生物质燃料具有一定的压实度，以保证一定密封性，减少下部烟气向上窜入，同时配合上部送风机引风口产生的微负压区，可有效防止烟气外泄，保护料斗及绞龙运行安全，以及环境人员卫生及安全。

干燥区8，由燃料入口区进入的燃料，向下运动到干燥区，生物质中的自由水和结合水蒸发，降低含水率，干燥区的温度为30-200℃。

裂解区9：生物质在缺氧的条件下裂解产生大量不可冷凝的可燃气(co、h2，ch44等)和可冷凝的焦油，温度范围为200-600℃；同时在此处适当位置经由环形风室上层喷嘴喷入少量气化剂，可提高产气率并加快焦油的分解。

氧化区10：气化剂在这个部位由送风机经过环形风室11分配下层各个喷嘴喷入气化炉。生物质炭与供给的氧气燃烧产生co2，部分裂解产生的h2也会与氧气反应生成水，这两个氧化反应会产生大量的热量，若氧气的供应量不足以便炭完全转化为co2，炭也会因部分氧化产生co。由于焦油随着可燃气往下移动必须经过高温氧化区因此焦油会发生二次裂解。

环形风室11，环形型风室由普通钢板焊接而成的密闭风室，与风机出口由管道连接，与壳体焊接连接，内部按风量比例设有上下两层气化剂喷嘴，气化剂在这个部位由送风机加压后经过环形风室分配各个喷嘴喷入气化剂至裂解区和氧化区，并通过喷嘴的分配组合保证气化剂喷入上述区域的比例。

还原区12：在一定的高温以及缺氧的环境下，会发生多个吸热的还原反应，增加可燃气中co、h2、ch4提高产气热值。

炉排13材质采用耐热铸铁或耐热钢制作，为活动部件安放在灰渣室上部，检修时可以定期更换。

灰渣室14：在还原区反应完的灰渣以及残余的碳由炉排落入灰渣室暂存，定期用除灰机械或人工清除。同时产生的气化燃气也通过炉排进入灰渣室，由燃气通道到达燃烧区，高温气化燃气通道入口设有一定坡度，并采用垂直上升通道，有利于随燃气运动携带的灰渣落回灰渣室以及残余焦油进一步分解。

燃烧区：一次风喷嘴15、挡板16、电子点火器17、金属丝网18、燃烧区空气管19、二次风喷嘴20，燃尽室21。

一次风喷嘴15，高温气化燃气由灰渣室经垂直段上升进入水平段，助燃空气由燃烧区空气管分配经一次风喷嘴喷入水平段与燃气混合燃烧，一次风喷嘴分配风量为燃烧区风管风量的60%左右，以便于产生缺氧燃烧的还原性气氛环境及降低燃烧区域温度，同时抑制燃烧过程中的氮氧化物产生，一定长度的垂直上升段有利于燃气中焦油进一步分解，以及携带的飞灰沉降到灰渣室。

挡板16，调整烟气的流动速度及方向，引导烟气流动到燃尽区，保证燃气完全稳定燃烧，同时使烟气中携带飞灰沉降到底部，减少烟气粉尘排放量。

电子点火器17，在气化炉启动燃烧时点燃气化燃气的高能电子点火装置，以便于气化燃气快速点火起燃。

金属丝网18，在一次风喷嘴后挡板下安装一金属丝网，金属丝网表面覆盖烧结而成的催化剂活性材料，在燃气燃烧时形成表面燃烧和催化还原的低氮燃烧工况，提高燃烧效率和降低氮氧化物的产生，保证的烟气排放数值低于国家排放标准。

燃烧区空气管19，由送风机送来助燃空气进入空气管分配给一次风喷嘴、二次风喷嘴，并通过一次风与二次风喷嘴数量的分配，分配一次、二次风比例。进入燃烧区空气管的风量具有足够合适的过量空气系数，以保证燃气充分完全燃烧。

二次风喷嘴20：燃烧后的烟气进入燃尽区后，助燃空气由空气管分配经二次风喷嘴喷入燃尽区与燃气混合燃烧，二次风喷嘴分配风量为总风管风量的40%，以便于未燃尽的燃气继续燃烧，与一次风喷嘴共同形成分级燃烧工作机制，降低燃烧温度控制燃烧速度，并产生缺氧燃烧的还原性气氛环境，抑制燃烧过程中的氮氧化物产生。

燃尽室21：通过二次风管喷入的适当的过量空气，是燃气充分完全燃烧，并通过烟气流动方向的改变，使飞灰沉降到底部，定期用除灰机械或人工清除，以减少烟气携带的飞灰量，保证的烟气排放数值低于国家排放标准。

换热器：换热器内坚直布置多根平行且间隔设置的烟管，相邻的两个烟管之间的间隔为空气通道，空气侧流程采用两回程或多流程布置，以提高设备换热能力，经换热后烟管的低温烟气汇集于换热器顶部烟箱内再通过排烟管道、引风机经烟囱排入大气中，而在换热器内被加热的空气则进入送暖风系统为用户供暖。换热器外壁均采用绝热保温结构，避免换热器散热过快，已经保护人员及环境安全。

所述控制系统：气化燃烧热风炉的给料、气化、燃烧采用plc控制计算机控制，通过料斗温度、料位检测元件，干燥区、裂解区、氧化区、还原区、燃烧区、燃尽区的温度、压力、流量、含氧量、co含量检测元件、实时控制送风机、引风机、给料电机、给个分区风门，调整各分区运行温度，满足用能设备的负荷要求，并保证安全、高效、环保工作。

所述燃料为农业、林业、粮食生产产生的各种生物质废弃物，如玉米秸秆、麦皮、米壳、玉米棒、果壳、烟梗、树枝、落叶、木屑等生物质进行气化燃烧。

所述整个气化燃烧系统设计气化强度按照生物质燃料种类、堆比重的不同确定，气化剂当量按照相应的合适比例来；气化后燃气进入燃烧区，助燃空气由空气管分配经一次风、二次风喷嘴喷入燃烧区与燃气混合燃烧，一次风喷嘴分配风量为总风管风量的60%，二次风喷嘴分配风量为总风管风量的40%，最终进入燃烧区空气管的风量具有足够合适的过量空气系数，以保证燃气充分完全燃烧；一次风、二次风喷嘴共同形成分级燃烧工作机制，降低燃烧温度并产生缺氧燃烧的还原性气氛环境，抑制燃烧过程中的氮氧化物产生。

同时在一次风喷嘴后挡板下安装一金属丝网，金属丝网表面烧结覆盖催化剂活性材料，在燃气燃烧时形成表面燃烧和催化还原的低氮燃烧工况，提高燃烧效率和降低氮氧化物的产生，并在燃尽区域通过烟气流动方向的改变，使飞灰沉降到底部，减少烟气携带的飞灰量，保证的烟气排放数值低于国家排放标准。

所述气化区及燃烧区整系统通风采用变频送风机与变频引风机平衡通风，气化区以及燃烧区负压运行，结构上考虑各密封面的良好密封措施，防止漏风和产出燃气及烟气漏出；壳体采用耐热钢板焊接制作，内部在高温侧衬有高温耐火材料及保温材料，以便适用于燃料气化以及气体燃烧的高温恶劣工作环境，保护壳体金属安全；外侧包覆保温材料及金属装饰板，以隔绝壳体的热量和温度，保护周边人员及设备安全。

本发明燃烧室、气化室和换热室形成气化、燃烧分段式燃烧的w型炉体结构，故不仅整体结构简单紧凑，造价低，热风炉整体密封严格、绝热保温、运行安全可靠可实时调整炉子的燃烧运行负荷，广泛燃用农业、林业、粮食生产产生的各种生物质废弃物，如玉米秸秆、麦皮、米壳、玉米棒、果壳、烟梗、树枝、落叶、木屑等生物质进行气化燃烧，从而大大提高其节能性能与安全性能，可用于工业烘干以及农业大棚、独立建筑、工业厂房、公共场馆和农村家庭等节能采暖；气化燃烧方式与以往的燃料直接燃烧炉相比，可使得气化燃烧温度及速度可控，有效降低烟气排放指标，并可实施压火运行且能快速启动燃烧，能更好灵活地适应生产运行要求。

本发明的热风炉还可以根据用户的具体需求将的热风炉结构中的料斗及给料装置、气化区、燃烧区和换热器采用分开布置或料斗区-气化区、燃烧区-换热区并列布置等其他方式布置。

以上方式实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上实施例，而应当包括各种根据本发明的本质内容进行的修改、等效组合。