专利名称：生物质气化烤烟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种烤烟装置，尤其是一种生物质气化烤烟装置。
背景技术：
烟草作为世界上第一大经济作物，在我国国民经济中占有重要的地位。其种植业和初加工业(初烤)大约为3.3亿人提供了就业机会。烟叶初烤是最终决定烤烟品质的工序，在烤烟生产中是非常重要的。烤烟所用的烘烤设备，在不同国家和地区有很大的差别。目前，我国的烟叶烘烤设备主要是传统的以燃煤为主的小型烤烟房，这种烤烟房我国现有400多万座，其中90％以上是“火龙”式烤房。这些烤烟房不但能耗高、系统热效率低(低于30％)，而且所烤烟叶的品质不稳定。一些发达国家，如美国、加拿大等国。所用的烘烤设备主要是密集型烤房。这种烤房于本世纪五十年代由美国的北卡罗莱纳州州立大学农业工程系约翰逊研究成功。目前，仅在北卡罗莱纳州有50000多容密集型烤房，其中一些烤房的使用年限已达到了35年。在世界范围内，这类烤房有100000多座。据研究，这类烘烤系统热效率可达51.4％，节约燃料63％，节省劳动用工63％，缩短烘烤时间40小时，而且所烤烟叶的质量和均匀程度都较常规烤房有明显的提高。但这类烤房价格昂贵，自控技术要求高，不适合我国的国情。总的来说，无论是我国的小型烤烟房，还是国外先进的密集烘烤设备，都是采用间接换热的方式进行烤烟。这种烘烤方式存在的突出问题是排烟温度高，排烟热损失大(＞35％)。
目前世界烤烟耗能结构为煤占67.1％，石油和天然气占17.2％，木柴占15.7％。我国烤烟耗能仍以煤为主。
在烟叶烘烤过程中，化石能源的利用占了绝对优势。化石能源的利用在给人类带来巨大利益的同时，也对人类的生存环境造成了巨大的破坏。许多环境问题，如酸雨现象、温室效应、粉尘污染等都是由于化石能源的大规模开发利用造成的。1995年我国仅烟草加工业和食品饮料业由于化石能源的利用而排放的SO2和工业粉尘量就分别高达553033吨和320780吨。
除化石能源外，木柴在烟叶烘烤耗能中也占了较大的份额。以木柴作为能源进行烤烟会带来森林砍伐，并进一步导致水土流失等环境问题。为了解决这些问题，一些以木柴作为主要能源进行烤烟的国家分别制订了相应的政策和措施。在巴西，政府要求烟农每建一座烤烟房，每年必须植树500棵；在肯尼亚，农民如果没有足够烤烟用的木柴，不允许种烟，已经种植烟叶的农民每年必须植树1000棵，直到拥有3000棵成材林为止；在乌干达，政府规定每伐树一棵必须植树一棵；在扎伊尔则要求每伐树一棵必须植树二棵。所以，为了种植烤烟，烟农必须腾出一部分可耕地用于种树。在一些国家用于种植烤烟用薪柴林业部的土地占了其可耕地的相当大的一部分。人类在被上述问题困扰的同时，还面临着另一问题，即如何合理、有效地利用农作物秸秆等生物质能源。农作物秸秆作为一种可再生能源，其产量是非常高的。我国每年秸秆产量达6亿多吨，94年产量高达6.9亿吨。这些秸秆除部分用作饲料和有机肥外，大部分被直接烧掉了。而且近年来在一些经济比较发达的地区，出现了严重的秸秆荒烧现象。秸秆荒烧一方面容易引起火灾。另一方面，燃烧过程中产生的大量浓烟还会对环境造成污染，并且对人类的活动带来不利的影响，在我国的一些地区，由于秸秆荒烧产生的浓烟已严重威胁了飞机的安全起降和飞行。
目前秸秆作为能源的利用方式仍以直接燃烧为主。这种利用方式存在以下问题当秸秆被加热到350℃时，瞬间释放出80％挥发物，产生“雪崩”效应，在自然条件下或传统的燃烧设备中，此时出现供氧严重不足，使气体不完全燃烧热损失加剧。当秸秆纤维结构燃尽，剩余的松散碳骨架在热气流冲击下，迅速解体，未燃尽的炭被热气流带走，造成固体不完全燃烧热损失。所以这种利用方式热效率极低，通常只有10％左右。
为了开发利用秸秆等生物质能源，生物质能高品位转换技术的研究受到了世界上许多国家的重视。已经研究成功的转化技术有生物质固化成型技术、生物质热解气化技术、生物质液化技术等。其中生物质热解气化技术近年来得到了较快的发展。生物质作为气化原料较煤炭具有以下突出的优点①挥发分含量高。在比较低的温度下(一般在350℃左右)就能释放出大约80％的挥发分，剩余20％固体残留物，而煤却要在比较高的温度下(600℃以上)才释放出30-40％的挥发物，剩余60-70％的固体残留物。②炭的活性高。在800℃，20atm及在水蒸气存在条件下，生物质气化反应迅速，经7分钟后，有80％炭被气化，剩余20％固体残留物，而在相同条件下，泥煤炭及煤炭仅有20％及5％被气化。③灰分低。多数生物质燃料(稻壳除外)的灰分含量都在2％以下，这就使灰过程简化。④硫含量极低。生物质气化不存在脱硫问题。另外，从自然界碳的循环过程分折，生物质利用过程中CO2在大气中净积累很低，几乎是零排放，所以说，在合理利用的情况下，生物质能是一种清洁能源，不存在对环境的污染问题。
综上所述，可以得出以下结论目前，烤烟耗能仍以化石能源为主，木柴为辅。这两类能源的利用分别带来了大气污染、森林砍伐、水土流失以及树木与农作物争占耕地等问题。
在整个世界范围内，每年都有大量的农作物秸秆得不到正确利用而废弃、甚至荒烧。这既造成了资源的浪费，又污染了环境。
生物质气化技术的研究已经比较成熟，为秸秆的高品位利用奠定了基础。
到目前为止，烤烟过程中热能的利用都是采用的间接换热的方式，这种利用方式由于排烟热损失大，导致系统热效率难以有大的提高，另外由于固焦油含量高，无法消除；没有适合生物质燃气低热值特性的燃烧器，使生物质燃气的利用受到限制。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构新颖、对环境无污染、热效率高的生物质气化烤烟装置。
本实用新型的技术方案是一种生物质气化烤烟装置，包括供气管路、烤烟房、一次换热器、二次换热器、防回火装置、燃烧器和排气装置；温湿度自动控温装置，二次换热器包括风机、净化器和烟气管道；一次换热器位于烤烟房底部，其一端与燃烧器出口联通，另一端经二次换热器的风机、烟气管道与净化器进气口联通，净化器出气口经烟气管道与烤烟房联通。
一次换热器由并排的三根管道组成，中间管道的一端与燃烧器出口联通，另一端分别与另外两根管道联通。
燃烧器由控制电路、燃气装置和空气装置组成；燃气装置包括燃气管、燃气喷管和过滤器，空气装置包括油点火装置、风机、空气管和燃烧混合管，电磁阀设在过滤器和燃气喷管之间，在过滤器和燃气喷管之间设有电磁阀，电磁阀与控制电路连接，在空气管内设有与控制电路连接的光、热传感器，燃气装置的燃气喷管置于空气装置的燃烧混合管内且在燃气喷管的管壁上设有径向喷孔。
净化器由进气口、气体旋转螺旋风道、水泵循环装置、排污口、回水水箱和气体出口组成。
针对上述问题，我们提出了以农作物秸秆等农业废弃物为能源进行烟叶烘烤的“生物质气化烤烟装置”。
本项研究的意义可以归结为如下四点1、解决了现有生物质燃气中存在高浓度焦油的难题，为秸秆气化开辟了一条新的道路。
本烤烟装置中的燃烧器采用预混燃烧方式，其燃烧效果的好坏与燃气与空气的均匀程度有直接的关系，为了强化燃气与空气的混合，采用了燃气和空气的流动方向垂直交叉流动结构的设计方案，燃气从布设在燃气管道上的进气喷孔中径向均匀喷射与沿轴向流动的空气进行混合，充分混合后的混合气体进入燃烧室燃烧将生物质燃气中的焦油燃烧掉，这样就克服了生物质燃气中的焦油对电控装置元件影响的难题。
2、为我国环境的可持续发展做出了贡献。用煤炭和石油作为烤烟能源，产生严重的CO2、SO2、NOx以及粉尘污染等问题。中国为了实现“京都议定书”所承担的减排义务，已经在许多行业停止直接燃烧煤炭。同时，近些年来，由秸秆荒烧现象所带来的环境问题也日益突出，所以将秸秆作为一种能源资源就地用于农村地区的烟叶烘烤会同时解决这两方面的问题。
3、将秸秆气化后用于烟叶烘烤容易实现自动化控制，使烤烟工艺更为准确，同时，由于烤烟过程中采用直接烘烤的方式，随烟气进入烤房的CO对提高烟叶的品质有很大的帮助作用。这是士烤烟房不可比的，而启迪成本也是进口密集烤烟机不可比拟的。
4、成功研制了低热值生物质燃烧器。本燃烧器不仅适用于烤房，而且适用于其它农产品干燥系统，为生物质气化在生产领域应用奠定了技术基础。
5、采用直接和间接结合的方式进行烤烟，这种烤烟方式有两大优点，其一是将经过热交换的尾气重新引入烤房与烟叶进行直接的热交换，提高能量利用效率，其二是经过净化的热烟气所含的主要成分之一CO对提高烟叶的烘烤质量以及缩短烘烤时间有利。
图1为本实用新型结构主视图图2为本实用新型结构俯视图图3为本实用新型结构左视图图4为燃烧器结构示意图图5为净化器结构示意图具体实施方式
生物质气化烤房装置结构如图、图2和图3所示包括供气管路24、烤烟房13、一次换热器、二次换热器、防回火装置14、燃烧器15和排气装置17；温湿度自动控温装置25，二次换热器包括风机18、净化器16和烟气管道；一次换热器位于烤烟房底部，其一端与燃烧器15出口联通，另一端经二次换热器的风机18、烟气管道与净化器16进气口联通，净化器16出气口经烟气管道20与烤烟房13联通。一次换热器由并排的三根管道组成，中间管道21的一端与燃烧器15出口联通，另一端分别与另外两根管道22、23联通。燃烧器如图4所示由控制电路5、燃气装置和空气装置组成；燃气装置包括燃气管1、燃气喷管6、可调控阀门2和过滤器3，空气装置包括油点火装置9、风机10、空气管12和燃烧混合管8，在过滤器3和燃气喷管6之间设有电磁阀4，电磁阀4与控制电路5连接，在空气管内设有与控制电路连接的光传感器11，燃气装置的燃气喷管6置于空气装置的燃烧混合管8内且在燃气喷管的管壁上设有径向喷孔7。净化器如图5所示该装置的结构，供气管路、防回火器、燃烧器、燃烧室、散热管、排气管道、气体净化器、换热风机、烤房主体、温湿度自动控温装置等见图。
它的工作流程生物质气化机组供生物质燃气，经防回火器，进入气体净化器到燃烧器内，燃烧器启动加热在燃烧室内进行，热量供给烤房内，它的热量分三部分提供，第一部分由燃烧室外壁传热，由换热风机把热量吹进烤房；第二部分由烤房底部排烟管外壁散热在烤房内；第三部分由排烟管内热烟气，
经抽风机抽出，打入气体净化器内，把气体烟尘、异味脱去送进烤房，经烤房排气孔排出，排出的热气体直接进入第二烤房，进行预热用。
烤房的温湿度控制，温度控制精度为小于1℃，它主要用温度传感器，主控燃烧机和送风机工作，接所设烤房温度10-100℃可调范围，在烤烟时，可按照烘烤上艺曲线温度，在某一时段进行设置，当温度低于设定温度值时，燃烧机自动点燃，风机启动开始加热，当温度升到所设温度值时，燃烧机风机自动停止，停止加热。
烤房内湿度控制，利用湿度传感器，控制排湿阀门和排湿风机加湿器，当设定烤房湿度值后，为保持烤房湿度，当烤房湿度低时，加湿器启动加湿，当湿度高时打开排湿阀门和排湿风机排湿，当烤房内达到所设置湿度时自动停止。
净化器结构原理净化器结构见图5，它由进气口26、气体旋转螺旋风道27、水泵循环装置28、排污口29、回水水箱30、气体出口31等。
它的工作原理气体进入净化器内，经螺旋风道离心，把灰尘向净化器外壁上落，经湿壁式螺旋风道，把灰尘冲到净化器底部储污池，湿壁主要由水泵供水，喷流到净化器外壁上，使净化器外壁始终保持洁净。用时在水内添加其它化学药剂，吸收气体内的有害物质和异味，达到气体的净化作用。
生物质低热值燃气燃烧器结构原理生物质燃烧器结构，由进燃气口、过滤器、电磁阀、风机、燃烧混合管、喷孔、电控部分，点火装置等组成见图。
它的工作原理当生物质进入燃烧机时，经过滤器、电磁阀、燃气从经向进入混合管内，混合管内有风机提供流动空气，把燃气经混合后由点火器点燃，喷出火苗到燃烧室内。本装置采用油燃料点火器点火，把混合器燃气点燃，主要生物质燃气热值较低，直接点火存在一定难度，所以采用油燃方式，点火可靠，启动时采用光传感器控制，先启动油点火系统，把气点着后自动停止，燃气燃烧启动工作，当停止燃烧时，采用热传感器，由烤房温度传感电路控制，燃烧器自动停止。
权利要求1.一种生物质气化烤烟装置，包括供气管路、烤烟房、一次换热器、二次换热器、防回火装置、燃烧器和排气装置；温湿度自动控温装置，其特征是二次换热器包括风机、净化器和烟气管道；一次换热器位于烤烟房底部，其一端与燃烧器出口联通，另一端经二次换热器的风机、烟气管道与净化器进气口联通，净化器出气口经烟气管道与烤烟房联通。
2.根据权利要求1所述的生物质气化烤烟装置，其特征是一次换热器由并排的三根管道组成，中间管道的一端与燃烧器出口联通，另一端分别与另外两根管道联通。
3.根据权利要求1所述的生物质气化烤烟装置，其特征是燃烧器由控制电路、燃气装置和空气装置组成；燃气装置包括燃气管、燃气喷管和过滤器，空气装置包括油点火装置、风机、空气管和燃烧混合管，电磁阀设在过滤器和燃气喷管之间，在过滤器和燃气喷管之间设有电磁阀，电磁阀与控制电路连接，在空气管内设有与控制电路连接的光、热传感器，燃气装置的燃气喷管置于空气装置的燃烧混合管内且在燃气喷管的管壁上设有径向喷孔。
4.根据权利要求1所述的生物质气化烤烟装置，其特征是净化器由进气口、气体旋转螺旋风道、水泵循环装置、排污口、回水水箱和气体出口组成。
专利摘要本实用新型公开了一种生物质气化烤烟装置，包括供气管路、烤烟房、一次换热器、二次换热器、防回火装置、燃烧器和排气装置；温湿度自动控温装置，二次换热器包括风机、净化器和烟气管道；一次换热器位于烤烟房底部，其一端与燃烧器出口联通，另一端经二次换热器的风机、烟气管道与净化器进气口联通，净化器出气口经烟气管道与烤烟房联通。本专利的优点1.解决了现有生物质燃气中存在高浓度焦油的难题，为秸秆气化开辟了一条新的道路。2.成功研制了低热值生物质燃烧器。本燃烧器不仅适用于烤房，而且适用于其它农产品干燥系统，为生物质气化在生产领域应用奠定了技术基础。
文档编号A24B3/00GK2747899SQ20042007519
公开日2005年12月28日 申请日期2004年11月22日 优先权日2004年11月22日
发明者张百良, 杨群发, 赵廷林, 杨世关, 李刚 申请人:河南农业大学