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强化秸秆捆包 气化燃烧的方法和装置

阅读：165发布：2020-05-11

专利汇可以提供强化秸秆捆包气化燃烧的方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种强化秸秆捆包气化燃烧的方法和装置，涉及整捆秸秆包的热能利用。为加强整捆秸秆气化燃烧系统的气化强度，由整捆秸秆气化燃烧系统的加压烟气射流9被吹入气化室4中的秸秆捆包1。烟气射流9将热量以及气体输送到秸秆捆包1的内部。因此秸秆的燃烧和气化在秸秆捆包1中得到强化和扩展。由于这些再循环烟气的氧含量低、气化燃烧温度仅适度升高，这就可以防止秸秆灰烬熔化成渣。烟气射流9可以利用布置在气化室4外的径向风机13进行，根据本发明该功能实现还可以由改进型引风机8完成。本发明的实施不需要昂贵的材料，其结果是整捆秸秆气化燃烧系统的造价明显下降且寿命成倍增加，秸秆燃烧灰烬保留其作为肥料的价值。，下面是强化秸秆捆包气化燃烧的方法和装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.强化秸秆捆包气化燃烧的方法是将燃烧的秸秆捆包(1)在整捆秸秆气化燃烧系统(2)中被用加压的再循环烟气射流(9)吹风；其特征在于，在整捆秸秆气化燃烧系统(2)的气化室(4)中将加压的烟气射流(9)吹向秸秆捆包(1)。
2.根据权利要求1所述的强化秸秆捆包气化燃烧的方法，其特征在于，返回到气化室(4)中的循环烟气量最大为整捆秸秆气化燃烧系统全部废气量的20％。
3.根据权利要求1所述的强化秸秆捆包气化燃烧的方法，其特征在于，为了形成循环的烟气射流(9)，较高温度的再循环烟气由单独的径向风机(13)压缩，径向风机(13)布置在气化室(4)外。
4.根据权利要求1所述方法的一种强化秸秆捆包气化燃烧的装置，包括用于驱动整捆秸秆气化燃烧系统的改进型引风机(8)，其特征在于，改进型引风机(8)包括第二烟气排放通道(16)和该第二烟气排放通道开口宽度(B)最大为第一烟气排放通道宽度(A)的20％。
5.根据权利要求4所述的强化秸秆捆包气化燃烧的装置，其特征在于，改进型引风机(8)的风机壳体壁(18)在最小为40°的角度区域(C)部分非常接近风机翼板(20)尖端的飞行轨迹(19)。
6.根据权利要求4所述的强化秸秆捆包气化燃烧的装置，其特征在于，所述第二烟气排放通道(16)的横截面在烟气流动方向呈流线型延伸成锥形，并且第二烟气排放通道长度(D)是第二烟气排放通道开口宽度(B)的至少15倍。
7.根据权利要求4所述的强化秸秆捆包气化燃烧的装置，其特征在于，设置开口宽度调节装置(21)用于缩小或扩大排放开口(17)。

说明书全文

强化秸秆捆包 气化燃烧的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及整捆秸秆的热能利用。为使秸秆捆包燃烧和气化得到强化而充分完全，可通过烟气喷射来实现。本专利是通过压缩整捆秸秆热力系统末端的烟气，即通过改进型引风机压缩热力系统末端废气以提供额外的烟气射流。

背景技术

[0002] 一捆秸秆的燃烧一般是从外部层开始，但积聚在表层的灰烬会进一步阻碍燃烧所需空气进入秸秆捆包内部。因此在实践中一般是将空气加压后吹向秸秆捆包从而防止形成致密灰烬层，表面火焰沿秸秆的茎秆进入秸秆捆包深层。

[0003] 此外秸秆燃烧还可以通过设计振动炉排以达到燃烧时吹入空气的效果，就是在秸秆燃烧区高强度吹入空气力求秸秆高温燃烧且充分。如此设计燃烧器的结果是燃烧产生的烟气仅剩下较少的可燃组分，无法满足在随后的后燃烧室中高温下长时间的持续燃烧，而只有这种高温长时间燃烧才会产生最干净的排放。

[0004] 后燃烧室需要加入二次风，但该加入的二次风不再用于在气化室强化秸秆捆包的气化过程，因为气化室中吹入的空气低于气化燃烧所需新鲜空气当量，所以气化产生烟气速度就会放慢。

[0005] 用于满足燃烧的新鲜空气在局部形成的高温会导致大量结焦，这样就会大大降低秸秆灰作为肥料的价值，而在矿物循环(植物-秸秆灰烬-田间-植物)中回收清洁的、农作物可利用的秸秆灰对于保持农业用地价值却是必不可少的。

[0006] 整捆秸秆气化装置是在期望的温度下运行。因此几乎可以完全避免结焦生成并且产生具有更高热值的高质量烟气。在良好隔热的气化室中只需要保持秸秆气化所需的温度，因此燃烧所需的空气量非常小。因为需要的空气量太小所以一般情况下很难保证给风效果。

[0007] 在专利CN201811438779X中描述的一种低尘排放和更稳定燃气成分的整捆式生物质气化装置，其在气化室中包含一个耐火吹风机，可以把燃烧的烟气吹向气化室的秸秆捆包。因为烟气中氧含量很少，所以吹入烟气后的秸秆捆包并未导致形成高温，从而避免了结焦的形成，秸秆灰保持粉状并可作为肥料使用。

[0008] 秸秆捆包被热量穿透后秸秆通过热解分解成具有较高热值的烟气，这些烟气可以在后燃烧室中进行高温燃烧，这时候的烟气中几乎不含灰烬。这种耐火吹风机即便使用较昂贵材料也仍然存在磨损和寿命问题，这样就会提高热力系统总造价和运行成本，因此耐火吹风机技术的适用性就会降低，特别是对于非常小型的、价格低廉和要求低维护的整捆秸秆气化系统更是如此。

发明内容

[0009] 这是一种用于强化整捆秸秆气化或燃烧的装置和方法，该装置和方法原理简单、实现起来造价低廉，不会发生结焦并且几乎没有磨损。其目的是在秸秆捆包气化过程中产出具有更高热值的优质烟气，这个烟气可以在高温条件下进行非常干净的后燃烧。所需设备制造不需要昂贵的材料，设备使用寿命可以非常长。

[0010] 根据进一步建议的方法，实现的目的在于为加强秸秆捆包的气化，将气体射流直接引向燃烧的秸秆捆包，该气体射流由秸秆捆包气化燃烧设备再循环烟气组成，该再循环烟气仅含较低残余氧气因此不会由于气化过程中的过高温度而导致结焦形成。再循环烟气的流动动能吹开秸秆捆包表面的灰分层后将带有少量氧气的燃烧空气输送到秸秆捆包内部。

[0011] 使用更多带有热能的再循环烟气更加有利，因为这些再循环烟气在参与气化过程中仅需稍微加热就能达到秸秆热解所需温度。可以在多阶段换热器的第一阶段之后获取更多的这种再循环烟气，因为这些再循环烟气已经冷却到可以使用简单的、独立的径向风机将其压缩到所需压力。

[0012] 已经发现整捆秸秆气化燃烧系统全部废气量最多20％经风机返回到气化室就足以满足上述效力。因为进入气化室的烟气射流需要保持足够高的压力，因此需要限制再循环烟气量以确保气化室始终保持负压以防止气化室的烟气溢出到气化室外边。

[0013] 为产生必需的额外压力以保证吹风效果可使用一个另外的风机使其更加有利于在第一阶段换热器之后能够使用更多的再循环烟气，但还是优选使用已经存在的引风机来承担起向气化室喷射再循环烟气这一额外任务。根据本发明的这个装置就是经改进的径向设计的引风机，就是第二个可利用的再循环烟气出口通道，通道布置在风机壳体中风机叶轮翼尖与风机壳体壁细小空间之后。

[0014] 燃烧系统全部废气中只有7％～20％通过该第二烟气排出通道离开引风机，因此用来加热进入气化室的再循环废气的热量始终有限，并且气化室中始终保持负压状态。

[0015] 引风机必须确保燃烧系统运行所需的烟气流速。由风机产生的压力差大部分用于产生吸力，废气几乎是在无压力状态下离开风机后再由烟囱负压继续带走。所以这个状态下的废气气体射流在循环利用的时候需要额外加压。

[0016] 如果风机叶轮尖端部分在贴近风机壳体壁快速转动，则烟气不可避免地被加速到与风机叶轮尖端运动几乎相同的速度。而废气在降速过程中吸收动能后并且在离心力的作用下流入第二烟气排放通道，其横截面在烟气流动方向上连续变宽，通道呈流线型延伸成锥形。

[0017] 在此，废气的速度降低并且通过减速将流动烟气的动能转换成压力后将这部分废气做为再循环烟气通过隔热管重新回到气化室并在那里形成所需的气体射流，之后气体射流强化秸秆捆包的气化。第二烟气排放通道的长度应至少应该是第二烟气排放通道开口宽度的15倍，废气通过该排放开口流入第二烟气排放通道。

[0018] 引风机上的第二烟气排放通道包括用于改变排放口自由横截面的锁定装置，因此可以改变再循环烟气气量。附图说明

[0019] 图1示出了带有再循环烟气的整捆秸秆气化燃烧系统的平面布置的剖面图。

[0020] 图2以平面图示出了整捆秸秆气化燃烧系统，其具有两阶段换热器和用于废气再循环的单独的径向风机(13)。

[0021] 图3示出了带有压缩废气以使其返回气化室的第二烟气排放通道(16)的、径向式改进型引风机(8)。

[0022] 图中：1-秸秆捆包，2-整捆秸秆气化燃烧系统，3-隔热陶瓷层，4-气化室，5-烟气通道，6-后燃烧室，7-换热器，8-改进型引风机，9-烟气射流，10-一次风，11-第一阶段换热器，12-第二阶段换热器，13-径向风机，14-保温管，15-第一烟气排放通道，16-第二烟气排放通道，17-排放开口，18-风机壳体壁，19-飞行轨迹，20-风机翼板，21-开口宽度调节装置，22-螺栓，23-密封件，24-二次风，25-烟囱，A-第一烟气排放通道宽度，B-第二烟气排放通道开口宽度，C-角度区域，D-第二烟气排放通道长度，E-第二烟气排放通道宽度。

具体实施方式

[0023] 本发明专利将参考实施例更详细地解释。

[0024] 图1显示了装有秸秆捆包(1)的整捆秸秆气化燃烧系统(2)，整捆秸秆气化燃烧系统(2)内部衬有隔热陶瓷层(3)。在气化室(4)中形成的烟气通过烟气通道(5)被吸入后燃烧室(6)继续燃烧，充分燃烧后通过换热器(7)后以130～200℃的温度离开。

[0025] 整捆秸秆气化燃烧系统(2)由改进型引风机(8)提供动力，根据本发明在气化室(4)中产生的占总量7～20％的废气会返回气化室(4)并带压吹向秸秆捆包(1)，其结果是使秸秆捆包气化得到充分加强。

[0026] 根据该方法以这种方式循环使用的废气含氧量比新鲜空气低5～8％，此外还包括10～16％的二氧化碳。烟气射流(9)使秸秆捆包燃烧强度和燃烧温度都大大低于在气化室(4)送入新鲜空气时。

[0027] 因此烟气射流(9)可以以更大的压力和更大的量完成吹风，使秸秆捆包(1)内的气化得到进一步加强，而这个过程中几乎没有形成结焦，因为即便是大量烟气射流也不会引起秸秆捆包(1)局部出现高温度峰值。

[0028] 既然燃烧烟气的添加和吹风两个功能已经分开，所以可以在需要的时候吹风的量更多。进入气化室(4)的烟气射流(9)在气化室(4)中与高温烟气和单独添加的一次风(10)一起旋转，该气体混合物通过烟气射流(9)更深入地输送到秸秆捆包中并分布在其中。因此秸秆气化过程越来越多地从秸秆捆包(1)内部发生直至完全热解。

[0029] 气化室(4)中的压力始终低于大气压，气化室(4)从外部吸入一次风(10)的量在很大程度上是自我调节的。在剧烈气化状态下气化室(4)内负压很小，气化室(4)中仅吸入少量的一次风(10)。低烈度气化会提高气化室(4)内负压，因此会吸入较多的一次风(10)。

[0030] 在图2中示出了具有二阶段换热器的整捆秸秆气化燃烧系统。在这里第一阶段换热器(11)之后的烟气温度仍为约320℃。该烟气可以用低成本的径向风机(13)吸出压缩后通过保温管(14)进入气化室(4)再循环，因为该再循环烟气的温度已接近秸秆热解所需温度，因此只需要很少的热量来提高气化室(4)的温度。

[0031] 单独的径向风机(13)能够实现更高的压力并且可以单独实现控制，径向风机(13)布置在气化室(4)外，这种经济有效的解决方案特别适用于较大型热力系统。

[0032] 在图3中示出了仅使用一个风机用于本发明装置的实施方式。经过改进的、根据图1所示原理使用的改进型引风机(8)跟其它径向风机一样包含具有第一烟气排放通道宽度(A)的第一烟气排放通道(15)，但在这里另外设置一个第二烟气排放通道(16)，第二烟气排放通道(16)通过保温管(14)将其中的再循环废气送回到气化室(4)中。

[0033] 第二烟气排放通道(16)具有第二烟气排放通道开口宽度(B)的排放开口(17)。

[0034] 在改进型引风机(8)的风机壳体壁(18)(靠近第一烟气排放通道(15))的前边，风机壳体壁(18)非常接近风机翼板(20)尖端的飞行轨迹(19)延伸出的最小为40°的角度区域(C)部分，在角度区域(C)部分里的废气被风机翼板(20)强制带走并达到风机翼板(20)尖端的飞行轨迹(19)几乎相同的速度。

[0035] 第二烟气排放通道(16)的内壁、贴近风机翼板(20)尖端的飞行轨迹(19)的地方设有一个开口宽度调节装置(21)。

[0036] 该开口宽度调节装置(21)可以实现第二烟气排放通道开口宽度(B)小于第一烟气排放通道宽度(A)的20％，这样可以防止从气化室(4)排出气体。

[0037] 例如功耗90W、送风量350立方米/小时、满足强化较小秸秆捆包气化的改进型引风机(8)，风机翼板(20)尖端的移动速度约为22米/秒，一般约为烟气射流(9)速度的4倍，而用于强化较大秸秆捆包气化的设备则应具有更大的改进型引风机(8)，风机翼板(20)尖端具有更高的移动速度。

[0038] 如此高度加速的废气离开改进型引风机(8)并流入第二烟气排放通道(16)称为再循环烟气，第二烟气排放通道(16)内横截面由于第二烟气排放通道宽度(E)的变化而沿第二烟气排放通道长度(D)连续扩大，流入第二烟气排放通道(16)中的再循环烟气的流动速度逐渐降低。通过减速将再循环烟气动能转换成比第一烟气排放通道(15)中的废气压力高得多的压力，这个压力会将再循环烟气推回到气化室(4)中形成烟气射流(9)。

[0039] 在本示例中第二烟气排放通道长度(D)应至少是第二烟气排放通道开口宽度(B)的15倍，第二烟气排放通道宽度(E)是第二烟气排放通道长度(D)的四分之一。

[0040] 为改变第二烟气排放通道开口宽度(B)设置了开口宽度调节装置(21)，开口宽度调节装置(21)用螺栓(22)锁定并设有密封件(23)。

[0041] 在本示例中安全地实现了期望的吹风效果，当吹入新鲜空气时可用烟气量也不受限。现在，一定量的燃烧烟气还可用作后燃烧室(6)中的二次风(24)而不再用于气化室(4)中的吹风。低含氧量的烟气用作烟气射流(9)可以防止热解烟气的过早氧化，因此在随后的后燃烧过程中尽管CO2含量略微增加但仍然可以继续实现清洁燃烧产生干净的烟气。

[0042] 后燃烧室(6)温度和燃烧容量通常通过调节引风机速度和改变引入烟气量来控制，如果设有改进型引风机(8)则再循环烟气量也包括在该控制回路中。如果设有单独的径向风机(13)，则该径向风机(13)运行速度可根据后燃烧室(6)温度进行调节，后燃烧室(6)温度过低则径向风机(13)运行速度会增加，如果后燃烧室(6)温度过高则径向风机(13)运行速度会降低从而抑制气化过程。

[0043] 热循环烟气将热量带回气化过程会比仅用冷烟气完成吹风更好，其效果几乎与用气化室(4)中烟气完成烟气射流(9)一样好。然而与为实现此目的所需的设备相比根据本发明的装置生产成本更低、绝对耐用且足够有效。

[0044] 因为本发明简化了整捆秸秆气化燃烧系统的结构并大大降低了设备价格和维护成本。因此，该工艺技术适用于大型、一般农户和对价格敏感的小型用户等所有类型的整捆秸秆气化燃烧系统。

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