户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶的制作方法
【专利摘要】本发明属于户用生物质气化炉【技术领域】，具体涉及一种户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶，提供一种热解并将热解两种反应产物（燃气和残炭）分时间段分地点联燃用于饮事的技术方案，其中，包括旋转滚筒式热解反应器：呈空心圆柱体结构的定子和套装在定子中央的转子，定子包括从外向内依次为外壳、保温层、电热层、电热幅射腔以及穿越上述各层的会聚日光照射腔；转子包括内壳、内壳内壁挡板、内壳一端为帽盖和另一端为旋转接口、内壳露出在定子之外的两端外侧依次固定保温层、外壳、齿轮，该齿轮与电机轴上齿轮耦合。本发明排烟中不含焦油、炉灶中不残留焦油、不用点火起火、增加饮事热量、使用简单，适用于农牧民居家饮事和供暖。
【专利说明】户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种生物质炊事方法及炉灶，属于户用生物质气化炉【技术领域】，具体 涉及户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶。
【背景技术】
[0002] 人类面临着经济增长和环境保护的双重压力，无疑必须走低碳经济之路，因此，可 再生能源被提到了重要位置。在广大的农村和牧区，拥有大量的生物质资源，包括农业生产 过程中的废弃物（如玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉杆等农作物秸杆）、农业加工业 的废弃物（如木屑、稻壳）和畜牧粪便等，农牧民家庭正是依靠这些生物质作为炊事、取暖 燃料。最原始最简单利用形式是直接燃烧，传统烧柴灶热效率仅为10%左右，正在推广的节 柴灶效率也只能达到20% -30%。而热化学转换新技术使生物质从固态变换为气态燃料， 能源利用效率高达75% -90%，属于清洁能源的范畴。基于效率和清洁优势，生物质热化学 转换技术的微型化、户用化能够有效保护环境，大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满 足农民富裕后对优质能源的迫切需求。
[0003] 市场上的户用生物质炉灶主要有两种类型：气化炉和半气化炉。
[0004] 户用生物质气化炉一般是按农业行业标准"秸杆气化炉质量评价技术规范（NY T1417-2007) "的规定设计的。其规定为"秸杆气化炉主要以农作物秸杆为原料，也可以用 稻壳、锯末、木材、树叶等为原料，由气化发生器、净化器、冷却装置、输气管道和灶具等组成 的家用分体式或整体式燃气用具"。如专利号为201320464400. 9的"家用生物质气化炉"， 主要部件包括风机、气化反应炉、过滤器、储气罐、燃气灶等；又如期刊〖农业技术与装备3总 第184期刊登的"11SQ - 400型家用生物质气化炉的设计与研究"，还添加了环形高温裂解 蒸发器以期望提高燃气质量。
[0005] 户用生物质半气化炉是为缓解气化炉焦油危害发展而来的。如专利号为 201120067298. X的"高效低排放生物质半气化炉"，专利号为20122006833L 5的"一种家用 生物质半气化炉"，它们采用在气化反应炉出气口上直接连接灶具的方法即炉灶一体化，即 产即烧，让热燃气中气态焦油一起参与在灶具中燃烧，一定程度上缓解了焦油的影响，但气 化效率相比气化炉有较大幅度降低。
[0006] 上述户用生物质气化炉和半气化炉，基本都是属于固定床气化技术范畴，其基本 原理是在固定床中缺氧条件下以空气为气化剂，在炉膛内点火燃烧部分生物质而具备气化 温度，使未被燃烧的生物质热解产出可燃气体。固定床气化优点是不需要外部提供燃料或 热源且简单。期刊〖农业工程技术（新能源产业）〗2008第05期刊登"户用生物质炉具发 展现状"指出了市场上的户用气化炉存在的缺陷，综合市场调查结果，可以概括为：（1)环保 问题，气化温度低导致焦油含量大，容易堵塞气化炉、灶具和管道，还溢出炉外无序排放造 成污染。⑵安全问题，点火困难起火时间长，期间烟气和CO燃气污染物排放大量超标，产 生很大的焦油味和浓烟，污染空气，对人体健康造成重大威胁。（3)效率问题，加料压实操作 的要求严格，过紧过松都不行；过紧炉出不了热解气，会熄火；过松通气过快，只会出烟（带 炭灰的C02)，产不了热解气；燃气产量和质量的都不稳定。（4)实用问题，由于户用气化炉 气化空间小致使内热式的气化过程难以控制，经常脱料熄火，要不断重新点火，做一顿饭要 反复多次，很不方便。诸如以上不足，户用生物质气化炉一直难以推广应用。
【发明内容】
[0007] 本发明主要是解决现有技术所存在的气化温度低导致焦油含量大，容易堵塞气化 炉、灶具和管道的问题，提供一种户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶，采用该方法及炉 灶，排烟中不含焦油、炉灶中不残留焦油，用利于环境保护。
[0008] 本发明还有一目的是解决现有技术中所存在的点火困难、起火时间长，烟气和CO 燃气污染物排放大量超标造成的空气污染及对人体健康造成威胁的问题，提供一种户用生 物质热解炭气联燃方法及炉灶，采用该方法及炉灶，不用点火起火和清渣、没有焦油和浓烟 排放污染空气及对人体健康造成重大威胁的问题，提高了安全性。
[0009] 本发明再有一目的是解决现有技术中所存在的燃气产量和质量的都不稳定、气化 过程难以控制的问题，提供一种户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶，采用该方法及炉灶 热解温度和转化过程易于控制，产气速度快而平稳，气体质量稳定、热值高。
[0010] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0011] 一种户用生物质热解炭气联燃方法，包括以下步骤：
[0012] "热解"步骤，将生物质送进热解反应器中，生物质发生热解反应生成热燃气和热 残炭；
[0013] "燃气"步骤，将热燃气引入灶烧嘴充分燃烧，在灶膛产生高温烟气供炊事，排烟引 入到余热回收器回收余热；
[0014] "燃炭"步骤，在热燃气用尽后向热解反应器中输入适量空气，引发热残炭充分燃 烧产生高温烟气，将高温烟气引入灶膛供炊事，排烟引入到余热回收器回收余热。
[0015] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃方法，所述"燃气"步骤还包括内生热解热 源子步骤，所述内生热解热源子步骤是在热燃气发生后，向热解反应器中输入适量空气，弓丨 发热燃气部分氧化供热。
[0016] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃方法，在所述"燃气"步骤的热解过程还对 生物质加以搅拌或搅拌碾磨，和/或在"燃炭"步骤中对处于燃烧过程中的热残炭进行搅拌 或搅拌碾磨。
[0017] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃方法，热解终止温度为600-1000°C，热解终 止温度上升时间为10-30min，灶前热燃气温度大于200°C。
[0018] 一种户用生物质热解炭气联燃炉灶，包括：热解反应器、与热解反应器的燃气出口 相连的燃气灶，其特征在于，所述热解反应器还包括一个空气入口。
[0019] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃炉灶，所述热解反应器为旋转滚筒式热解 反应器，包括：定子、套装在定子上的转子，用于驱动转子转动的电机，位于定子上的热解加 热装置，其中：
[0020] 所述定子呈空心圆柱体结构，包括定子外壳和固定在外壳内侧的定子保温层；
[0021] 所述转子包括转子内壳、盖帽、燃气旋转接头、空气旋转接头、保温层、转子外壳， 转子内壳内壁固定有一个或多个挡板，转子内壳沿轴向一侧垂直面配接帽盖，另一侧配接 燃气旋转接头和空气旋转接头，所述燃气旋转接头和空气旋转接头分别套接在热解反应器 的燃气出口和空气入口上；所述转子内壳套装在定子之中后两头露出部分外侧固定保温 层，保温层的外侧固定转子外壳。
[0022] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃炉灶，所述热解加热装置为电加热装置，包 括：电热层、电热辐射腔，其中：电热层固定在定子保温层内侧，电热辐射腔是电热层和转 子内壳之间的空隙。
[0023] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃炉灶，所述热解加热装置为会聚日光加热 装置，包括会聚日光照射腔，所述会聚日光照射腔是定子上的对外开孔以使转子内壳可以 部分直接被外部会聚日光照射所形成的空间。
[0024] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃炉灶，还包括燃气入口与热解反应器的燃 气出口相连的气柜，所述气柜还包括一个与水源相通的补水口；
[0025] 所述燃气灶包括灶烧嘴、灶膛、放置于灶膛上的炊事锅，所述灶烧嘴安装在灶膛底 部，所述炊事锅将灶膛上部开口密封，所述灶烧嘴的配风入口与大气相通，燃气入口与气柜 的燃气出口相通。
[0026] 优化的，上述户用生物质热解炭气联燃炉灶，还包括除尘式余热水箱，所述除尘式 余热水箱包括余热水箱、安装在余热水箱内的除尘器，所述燃气灶的烟气出口通过除尘器 与大气相通。
[0027] 因此，本发明具有如下优点：
[0028] 1.本发明方法将生物质热解并将热解反应后的两种产物（燃气和残炭）分时间段 (燃气在前、残炭在后）分地点（燃气在灶烧嘴、残炭在热解反应器）燃烧接续或组合用于 炊事，大幅度增加用于炊事的热量，残炭燃烧的高温烟气还可以清除装置中各处残存的焦 油，减少热解反应器中残炭的收集麻烦，避免了残炭外泄造成粉尘污染。
[0029] 2.本发明装置的旋转滚筒式热解反应器的转子旋转滚动，生物质均等机会接触 内壳内壁，传质传热均匀还有蚀烧效应；内置碾磨球撞击生物质或残炭，加快了生物质热 解速率或提高了残炭燃尽率；热解温度和转化过程易于控制，产气速度快而平稳，气体质量 稳定、热值高、焦油含量少；保持燃气到达烧嘴时的温度大于焦油液化析出温度，可使气态 焦油同燃气在灶具中一起参与燃烧转化为热能增加了炊事能量，消除了焦油随烟尘外排污 染。
[0030] 3.本发明装置的旋转滚筒式热解反应器通过调整热解温度和时间，配合旋转滚动 速度和碾磨强度，可控制不同种类、不同尺寸、不同含水率的生物质原料热解速度，达到基 本相同的炊事效果。旋转滚筒式热解反应器的上述特点使得本发明装置具有很宽广的生物 质原料适应性。
[0031] 4.本发明装置采用电热源和/或会聚日光热源的热解转化方式，避免了气化方式 需要点火起火的过程，因而没有焦油和浓烟排放污染空气及对人体健康造成重大威胁的问 题；本发明装置在必要时也采用在热解反应器产出热解气后"局部气化"内生热能，辅助电 热和/或会聚日光热，但又不完全依靠气化热，达到节省电能又稳定热解的目的。
[0032] 本发明提供的户用生物质热解炭气联燃方法及炉灶，实现排烟中不含焦油、炉灶 中不残留焦油、不用点火起火和清渣、增加炊事热量、使用简单，体现了安全、环保、高效、实 用的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的热解炉灶结构示意图。
[0034] 图2为本发明的热解方法流程的示意图。
[0035] 图3为本发明的旋转滚筒式热解反应器主视图。
[0036] 图4为沿图3所示的A-A剖面示意图。
[0037] 图5为沿图3所示B-B剖面示意图。
[0038] 图6为只有电热源的旋转滚筒式热解反应器的示意图。
[0039] 图7为本发明的装置示意图，是一个正视剖面示意图，表明构成、装配结构和位置 关系。
【具体实施方式】
[0040] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中： 旋转滚筒式热解反应器1、定子1-1、定子外壳1-1-1、定子保温层1-1-2、转子1-2、转子内 壳1-2-1、转子内挡板1-2-2、转子帽盖1-2-3、旋转燃气接头1-2-4、旋转空气接头1-2-5、 转子保温层1-2-6、转子外壳1-2-7、转子齿轮1-2-8、转子燃气出口 1-2-9、转子空气入 口 1-2-10、驱动电机1-3、电热层1-4-1、电热辐射腔1-4-2、会聚日光照射腔1-4-3、空气 阀1-5、气柜2、气柜燃气入口 2-1、气柜燃气出口 2-2、气柜补水口 2-3、补水阀2-4、水位 计2-5、燃气灶3、灶烧嘴3-1、灶烧嘴燃气入口 3-1-1、灶烧嘴空气入口 3-1-2、灶膛3-2、灶 膛烟气出口 3-2-1、炊事锅3-3、调节阀3-4、单向阀3-5、空气阀3-6、除尘式余热水箱4、 余热水箱4-1、进水阀4-1-1、出水阀4-1-2、除尘器4-2、除尘器除灰口 4-2-1、除尘器进气 口 4-2-2、除尘器出气口 4-2-3、引风机4-4、控制器5、炉灶柜体6、气柜柜体6-1、灶台柜体 6-2、柜体滑轮6-3、支撑滚轮6-4、限位滚轮6-5、鼓风机7。
[0041] 本发明的基本思想是将生物质热解并将热解反应后的两种产物（燃气和残炭）分 时间段（燃气在前、残炭在后）分地点（燃气在灶烧嘴、残炭在热解反应器）燃烧接续或组 合（本发明称之为联燃）用于炊事，实现一种排烟中不含焦油、炉灶中不残留焦油、不用点 火起火和清渣、增加炊事热量、使用简单的户用生物质气化炉灶的方法与装置。
[0042] 本发明提供一种旋转滚筒式热解反应器用于生物质进行高温热解反应和热解结 束后残炭氧化反应，因此是热解和燃炭两用炉。电热和会聚日光热中的一种或组合用做热 解热源，热解反应器中局部气化用做"内生"热源，使热解终止温度高达600-1000°C防止焦 油大量产生，期望热燃气在灶烧嘴燃烧时少量焦油成分参与燃烧一同转变为炊事热能。基 本上，原料适应性只受热解反应器空间限制，通过调整热解温度和时间，配合热解反应器旋 转滚动速度和碾磨强度，可控制不同种类、不同尺寸、不同含水率的生物质原料热解速度， 达到基本相同的炊事效果。
[0043] 本发明提供户用生物质热解炭气联燃炉灶用于炊事和采暖，旋转滚筒式热解反应 器分时段输出的燃气或燃炭烟气还在后续环节处理和利用。这些后续环节包括：气柜，燃气 或燃炭烟气分时段进入气柜进行储存和稳定气压；灶烧嘴，燃气在其中配空气充分燃烧产 生高温烟气；灶膛，集中高温烟气；炊事锅，在灶膛中吸热完成炊事；余热水箱，回收排烟余 热；除尘器，回收排烟中的灰分；引风机，为炉灶提供引风负压将烟气排入大气；鼓风机，提 供带压力空气使空气能够进入炉灶；控制器，为电控部件提供控制信号。
[0044] 图1表示一个本发明的构成和相互关系的示意图。本发明包括旋转滚筒式热解反 应器1、气柜2、燃气灶3、除尘式水箱4、控制器5以及安装固定上述构成的炉灶柜体6。热 解反应器1通过会聚日光照射腔1-4-3接纳太阳能聚热器的会聚日光用以直接加热反应器 1内壳（这个内壳正是转子的一个组成部分），电热层1-4-1通过电热辐射腔1-4-2用以电 热辐射加热反应器1内壳，由具体的设计来决定是单独使用电热、单独使用会聚日光热还 是组合使用这两种热源，内壳会将接收到的热能传递给其内部的生物质使其发生热解反应 生成燃气和残炭。热解反应器1的空气入口 1-2-10通过空气阀1-5与大气相通，热解反应 器1在两种情况下需要输入空气，一种是需要"局部气化"内生热能来减少外部供热时，还 一种是燃烧残炭（本发明称之为"燃炭"）供热炊事时。热解反应器1的燃气出口 1-2-9和 气柜2入口 2-1相通，气柜2设置有出口 2-2通过单向阀3-5及调节阀3-4和灶烧嘴3-1燃 气入口 3-1-1相通、还设置有补水口 2-3通过补水阀2-4与水源相通，热解初期调节阀3-4 是关闭的，初期热解燃气储存在气柜中；气柜一方面平缓产气和用气之间的差距，另一方面 稳定燃气压力。灶烧嘴3-1安装在灶膛3-2底部中央，炊事锅3-3放置且密封灶膛3-2的 上部开口，灶烧嘴3-1设置有配风入口 3-1-1通过空气阀3-6与大气相通，灶烧嘴3-1将燃 气和空气均匀混合，一般需要适量的过量空气正好使燃气充分燃烧，如果空气量太小燃烧 不会充分，烟气中含炭黑损失能量且外排污染大气，如果空气量过大将会降低炊事温度。在 灶膛3-2还设置有烟气出口 3-2-1通过管道和除尘器4-2入口相通，除尘器4-2安装在余 热水箱4-1中央共同组成除尘式水箱4,除尘器4-2设置有烟气出口通过管道与引风机4-4 入口相通，引风机4-4出口同大气相通，除尘器4-2 -边通过内空旋风除尘一边将排烟的热 量通过壳体传递给外侧余热水箱4-1中的水，除尘器除灰口 4-2-1用于人工或自动除灰。余 热水箱4-1设置有进水口通过水阀4-3与水源相通、设置有出水口 4-1-1将热水输出到外 部可以供家居使用。控制器5与电控部件1-5、2-4、3-6、4-1-1、4-1-2、4-4相连，控制空气 流向和流量、补/进水阀。热解反应器1燃烧残炭时，燃炭烟气沿着燃气通道到达灶膛，显 然，燃炭烟气一方面增加炊事热能，另一方面清除残存于通道中的残存焦油，使炉灶免受冷 却焦油（液态）侵害。
[0045] 图2表示本发明的一个具体步骤流程示意图，图中虚线框表示热解反应器1的物 理范围，具体步骤流程如下：人工将生物质送入热解反应器1中，然后合盖密封；接通电热 电源和/或会聚日光源，热解反应器1升温，达到设定值后自动保持，热解反应器1中的生 物质热解生成热燃气和热残炭；随着热解气化加速，热解压力上升；热解压力达到设定值 时，热燃气通过保温或保温恒压流到灶烧嘴3,控制器5引导适量的过量空气到燃气灶3,热 燃气充分燃烧，燃烧产生的高温烟气被灶膛上部开口上的炊事锅吸热利用实现炊事目的； 烟气经除尘式水箱4间接换热，水箱4中水温上升，烟气温度下降；降温后的烟气经除尘式 水箱4除尘后，由引风机抽向大气放散。热燃气用尽后，断开电热电源，控制器5引导适量 空气到热解反应器1，引起热解反应器1中的热残炭充分燃烧，燃烧产生的高温烟气被灶膛 上部开口上的炊事锅吸热利用实现炊事目的；烟气经除尘式水箱4间接换热，水箱4中水温 上升，烟气温度下降；降温后的烟气经除尘式水箱4除尘后，由引风机抽向大气放散。为了 节省外部热能，在热解反应器1产气后由控制器5引导适量空气到热解反应器1中，引发部 分热燃气在热解反应器1燃烧，燃烧烟气协助电热或会聚日光热源维持热解反应器1的温 度。
[0046] 图1和图2中，生物质原料包括但不限于下述原料：玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆 秸、棉杆、木屑、稻壳、畜牧粪便等的一种或多种混合。生物质的种类和含水率会影响热解生 成产品的成分和热值，一个实验中生物质是木屑，含水率12%，产生的燃气热值为17. 6MJ/ Nm3 ;另一个实验中生物质是谷壳，含水率10%，产生的燃气热值为16. 2MJ/Nm3 ;再另一个实 验中生物质是玉米秸、含水率11 %，产生的燃气热值为15. 3MJ/Nm3 ;随着生物质含水量的增 力口，水气化吸热也明显增加，对于含水率超出15%以上的生物质原料，一个合理的措施是升 温到130-150°C时停留一个时段以便生物质含水蒸发排放，改善热解气化效率；这个水蒸 气到气柜2中后提高气柜温度时自身降温冷凝为水补充气柜密封水。生物质的粒径也是影 响热解的重要因素，粒径增大时传质传热速率对热解反应速度的限制作用将超出反应动力 学因素，搅拌和碾磨可以加快热解的速度，生物质一次性加料量应小于额定加料量，热解反 应器中留出适当空间便于搅拌和碾磨。
[0047] 热解终止温度是决定燃气中焦油含量最重要的因素，在600°C以上温度热解反应 可以充分进行，温度越高热解速度越快焦油含量越小。一个实验中热解终止温度是600°C， 燃气中的焦油含量16.6g/m 3,另一个实验中达到850°C时焦油含量4. 2g/m3,再另一个实验 中达到1000°C时焦油含量较之600°C时减少90%，热解终止温度上限显然受到热解反应器 材料耐温的限制。
[0048] 热解产物是燃气和残炭，燃气成分十分复杂，主要是H2、CO、CH4、CO 2等，残炭包括 碳、灰分等；一个实验中在850°C热解温度下玉米秸的可燃气体总浓度为79. 39%、残炭为 18%，另一个实验中在850°C热解温度下稻壳的可燃气体总浓度为82. 25%、残炭为22%。 热燃气压力达到设定值时，开始供应炊具，改善炊事平稳效果的另外一个方法是将热燃气 先储存在一个恒压储气柜后再供应炊具，压力取决于炉灶体系中压力分布的设计，由引风 机和单向阀联合控制，一般可以设计为微负压（-8-Okpa)或由鼓风机和单向阀联合控制， 一般可以设计为微正压（〇-+8kpa)。
[0049] 生物质炭的氧化过程是气固内扩散反应机理，燃烧通常是清洁的，表现为不可见 烟气。在热解反应器内壳1-2-1温度不低于于400-450°C引燃残炭是有效的，本发明合适的 引用是庄晓伟等发表在K林产化学与工业3第29卷增刊（2009年10月）"7种生物质炭燃 烧特性的分析"表明，板栗外果皮炭、油茶外果皮炭、稻杆炭、山核桃外果皮炭的着火温度分 别为 352°C、357°C、375t：、393t：。
[0050] 图3为本发明的表示旋转滚筒式热解反应器的示意图，是过轴线垂直面的剖面正 视示意图，图4为本发明的表示旋转滚筒式热解反应器的示意图，是图3所示A-A剖面示意 图，图5为本发明的表示旋转滚筒式热解反应器的示意图，是图3所示B-B剖面示意图。图 3图4图5中，旋转滚筒式热解反应器包括定子1-1、转子1-2、驱动电机1-3和热解加热装 置，转子1-2套装在定子1-1中央，两头露出在定子1-1之外，转子1-2外壳1-2-7上设置 有齿轮1-2-8,该齿轮与电机1-3轴上的齿轮耦合。定子1-1呈空心圆柱体结构，包括外壳 1-1-1、保温层1-1-2 ;热解加热装置包括电热层1-4-1、电热辐射腔1-4-2、会聚日光照射腔 1-4-3 ;保温层1-1-2固定在外壳1-1-1内侧，电热层1-4-1固定在保温层1-1-2内侧，电 热辐射腔1-4-2是电热层1-4-1和内壳1-2-1之间的空隙，会聚日光照射腔1-4-3是定子 1-1上的对外开孔以使内壳1-2-1可以部分直接被外部会聚日光照射所形成的空间。转子 1-2包括内壳1-2-1、挡板1-2-2、盖帽1-2-3、燃气旋转接头1-2-4、空气旋转接头1-2-5、保 温层1-2-6、外壳1-2-7,内壳1-2-1内壁固定有一个或多个挡板1-2-2,内壳1-2-1沿轴向 一侧垂直面配接帽盖1-2-3,另一侧配接燃气旋转接头1-2-4和空气旋转接头1-2-4,内壳 1-2-1套装在定子1-1之中后两头露出部分外侧固定保温层1-2-6,保温层1-2-6的外侧固 定外壳1 _2_7。
[0051] 旋转滚筒式热解反应器1的定子外壳1-1-1内侧保温隔热，电热层1-4-1和/或 会聚日光照射腔1-4-3的热能只能向轴线中心传递给转子的内壳1-2-1，热能都是以红外 线辐射方式传递的，内壳1-2-1外壁接收到的热能通过内壁传递给生物质，由于内壳1-2-1 随着转子1-2整体旋转，生物质在内壳1-2-1内被搅拌，如果内壳1-2-1内放置有碾磨球或 催化碾磨球，生物质会被搅拌加碾磨，生物质受到传质传热和蚀烧，因此热解速率比固定床 高得多、焦油含量也小得多。转子的内壳一头是投料口，投料后由盖帽1-2-3密封，另一头 是燃气出口 1-2-9和空气入口 1-2-10,空气入口 1-2-10半径大于燃气入口 1-2-9半径且共 轴线同心套装在一起，用于输出燃气和输入空气。
[0052] 旋转滚筒式热解反应器1在热解过程中承担热解反应器功能，当热解结束后，旋 转滚筒式热解反应器还剩余热残炭，从空气入口 1-2-10引入空气引发残炭燃烧，这时旋转 滚筒式热解反应器1承担热炭氧化器功能。燃烧过程中转子1-2旋转，残炭会被搅拌加碾 磨，燃烧速率会加快，燃烧更彻底；残炭燃烧的高温烟气可以裂解残留焦油，起到清除作用。 为使残炭燃烧充分，内壳1-2-1内挡板1-2-2是夹层结构，夹层内腔与转子空气入口 1-2-10 相通，两夹面设置有适量布风孔，这些布风孔可以使固气混合更加均匀。
[0053] 电热层1-4-1和/或会聚日光照射腔1-4-3的热负荷功率影响热解温度上升 速率，一个试验中功率3kw，热解上升时间IOmin,另一个试验中功率lkw，热解上升时间 30min。优选地，试验证明太阳能聚集器的热通量在大约1000kw/m 2时已表明足够可以加热 转子内壳到800和1200°C之间的温度。
[0054] 热解反应器的旋转速度与热解反应速度、残炭燃烧速率正相关，碾磨球或催化碾 磨球可以加快热解、残炭燃烧速率及降低焦油含量，一个试验中放置50个0. 5cm碾磨球、旋 转速度为2rid/min，输出热功率3. 3kw，另一个试验中放置100个0. 3cm碾磨球、旋转速度 为20rid/min，输出热功率4. 9kw。
[0055] 图6为本发明的表示旋转滚筒式热解反应器的示意图，是一个只有电热而没有会 聚日光热作为热解热源的反应器的正视剖面示意图。图中，定子1-1卧式直接固接在炉灶 柜体6底板上，转子由二个支撑滚轮6-4和一个限位滚轮6-5约束，使转子1-2与定子1-1 之间不存在接触力，转子由驱动电机1-3驱动不受定子的任何障碍旋转。其他部分与图3 完全相同。
[0056] 在实施方式中，转子内壳一个合理的材料选用是耐高温不锈钢04Cr25Ni20Si2或 铸钢ZG04Cr25Ni20Si2。在其它实施方式中，也可以选用石墨、碳化硅、高温陶瓷、氧化钇、氧 化锆、四氮化三硅等材料。
[0057] 图7为本发明装置的示意图，表明构成、装配结构和位置关系的正视剖面示意图。 图中，炉灶柜体6由气柜柜体6-1和灶台柜体6-2组合连接而成，这样的结构考虑了热燃气 保温的便捷性，同时也为了保持省略气柜时结构的不变性，省略气柜时只需要将气柜原进 出管道直接连接接通，装置依然具有独立性。
[0058] 本发明装置的工作流程为：加料，人工打开旋转滚筒式热解反应器1的盖帽1-2-3 加料后合盖；启动，开启电热层1-4-1和/或会聚日光照射腔1-4-3给内壳1-2-1加热，旋 转滚筒式热解反应器1的内壳1-2-1升温，达到设定值后自动保持；热解，转子1-2持续旋 转，碾磨球粉碎物料颗粒，热解气化加速，内壳1-2-1内压力上升；储气，内壳1-2-1内压力 达到设定值时内壳1-2-1内气体流向气柜2 ;供气，气柜向燃气灶3供气，旋转滚筒式热解 反应器1产气量大于燃气灶3使用量时气柜2钟罩上升，反之下降，从而保证灶前燃气压力 恒压；炊事，灶烧嘴3-1燃烧产生高温烟气在灶膛3-2中聚集被炊事锅3-3吸热完成炊事， 可通过调节阀3-4调节燃气流量而调整热力大小；余热，烟气经余热水箱4-1间接换热，水 温上升，温水可用于生活所需；烟气，降温后的烟气经除尘器4-2除尘后，由引风机4-4抽向 大气放散；转换，燃气用尽后，关闭电热层卜4-1和会聚日光照射腔1-4-3,控制器5导鼓风 机7停止给燃气灶3输入空气转而给旋转滚筒式热解反应器1输入空气；燃炭，空气进入旋 转滚筒式热解反应器1，残炭燃烧，烟气经全路径热能利用后引风机4-4抽至大气放散；结 束，残炭燃烧完毕后，本次炊事结束；关闭，引风机4-4继续抽风直至反应器温度降至安全 区间后关闭，以备下次使用。
[0059] 对于简易型，可以取消气柜配置。如此，上述装置的工作流程中，储气和供气两个 环节不再存在，热解反应器1的热燃气直接通过单向阀3-5和调节阀3-4通向燃气灶3,其 他不变。简易型装置，必须即产即用，燃气流量和压力有波动，带来的优点是炉灶体积大幅 减小、成本降低。
[0060] 导入会聚日光照射腔1-4-3的会聚日光来源于外接太阳能聚集器，用于本发 明的适合的太阳能聚集器的实例为Golden, Colorado的National Renewable Energy Laboratory(国家可再生能源实验室，NREL)的High-Flux Solar Furnace(高通量太阳能 炉，HFSF)。HFSF使用一系列镜将日光汇聚成直径约10厘米、功率水平为IOkw的增强聚 焦束。HFSF 在 Lewandowski, Bingham, 0 ' Gallagher, Winston 和 Sagie, "Performance characterization of the SERI Hi-Flux Solar Furnace，'，Solar Energy Materials 24(1991) ,550-563 中描述。
[0061] 本说明书中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技 术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方 式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0062] 尽管本文较多地使用了旋转滚筒式热解反应器1、定子1-1、定子外壳1-1-1、定子 保温层1-1-2、转子1-2、转子内壳1-2-1、转子内挡板1-2-2、转子帽盖1-2-3、旋转燃气接 头1-2-4、旋转空气接头1-2-5、转子保温层1-2-6、转子外壳1-2-7、转子齿轮1-2-8、转子燃 气出口 1-2-9、转子空气入口 1-2-10、驱动电机1-3、电热层1-4-1、电热辐射腔1-4-2、会聚 日光照射腔1-4-3、空气阀1-5、气柜2、气柜燃气入口 2-1、气柜燃气出口 2-2、气柜补水口 2-3、补水阀2-4、水位计2-5、燃气灶3、灶烧嘴3-1、灶烧嘴燃气入口 3-1-1、灶烧嘴空气入 口 3-1-2、灶膛3-2、灶膛烟气出口 3-2-1、炊事锅3-3、调节阀3-4、单向阀3-5、空气阀3-6、 除尘式余热水箱4、余热水箱4-1、进水阀4-1-1、出水阀4-1-2、除尘器4-2、除尘器除灰口 4-2-1、除尘器进气口 4-2-2、除尘器出气口 4-2-3、引风机4-4、控制器5、炉灶柜体6、气柜柜 体6-1、灶台柜体6-2、柜体滑轮6-3、支撑滚轮6-4、限位滚轮6-5、鼓风机7等术语，但并不 排除使用其它术语的可能性。使用这些术语，是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把 它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【权利要求】
1. 一种户用生物质热解炭气联燃方法，其特征在于，包括以下步骤： "热解"步骤，将生物质送进热解反应器中，生物质发生热解反应生成热燃气和热残炭； "燃气"步骤，将热燃气引入灶烧嘴充分燃烧，在灶膛产生高温烟气供炊事，排烟引入到 余热回收器回收余热； "燃炭"步骤，在热燃气用尽后向热解反应器中输入适量空气，引发热残炭充分燃烧产 生高温烟气，将高温烟气引入灶膛供炊事，排烟引入到余热回收器回收余热。
2. 根据权利要求1所述的户用生物质热解炭气联燃方法，其特征在于，所述"燃气"步 骤还包括内生热解热源子步骤，所述内生热解热源子步骤是在热燃气发生后，向热解反应 器中输入适量空气，引发热燃气部分氧化供热。
3. 根据权利要求1所述的户用生物质热解炭气联燃方法，其特征在于，在所述"燃气" 步骤的热解过程还对生物质加以搅拌或搅拌碾磨，和/或在"燃炭"步骤中对处于燃烧过程 中的热残炭进行搅拌或搅拌碾磨。
4. 根据权利要求1所述的户用生物质热解炭气联燃方法，其特征在于，热解终止温度 为600-1000°C，热解终止温度上升时间为10_30min，灶前热燃气温度大于200°C。
5. -种户用生物质热解炭气联燃炉灶，包括：热解反应器（1)、与热解反应器（1)的燃 气出口（1-2-9)相连的燃气灶（3)，其特征在于，所述热解反应器（1)还包括一个空气入口 (1 _2_10)。
6. 根据权利要求5所述的户用生物质热解炭气联燃炉灶，其特征在于，所述热解反应 器（1)为旋转滚筒式热解反应器，包括：定子（1-1)、套装在定子（1-1)上的转子（1-2)，用 于驱动转子（1-2)转动的电机（1-3)，位于定子（1-1)上的热解加热装置，其中： 所述定子（1-1)呈空心圆柱体结构，包括定子外壳（1-1-1)和固定在外壳（1-1-1)内 侧的定子保温层（1-1-2); 所述转子（1-2)包括转子内壳（1-2-1)、盖帽（1-2-3)、燃气旋转接头（1-2-4)、空气旋 转接头（1-2-5)、保温层（1-2-6)、转子外壳（1-2-7)，转子内壳（1-2-1)内壁固定有一个或 多个挡板（1-2-2)，转子内壳（1-2-1)沿轴向一侧垂直面配接帽盖（1-2-3)，另一侧配接燃 气旋转接头（1-2-4)和空气旋转接头（1-2-5)，所述燃气旋转接头（1-2-4)和空气旋转接头 (1-2-5)分别套接在热解反应器（1)的燃气出口（1-2-9)和空气入口（1-2-10)上；所述转 子内壳（1-2-1)套装在定子（1-1)之中后两头露出部分外侧固定保温层（1-2-6)，保温层 (1-2-6)的外侧固定转子外壳（1-2-7)。
7. 根据权利要求6所述的户用生物质热解炭气联燃炉灶，其特征在于，所述热解加热 装置为电加热装置，包括：电热层（1-4-1)、电热辐射腔（1-4-2)，其中：电热层（1-4-1)固 定在定子保温层（1-1-2)内侧，电热辐射腔（1-4-2)是电热层（1-4-1)和转子内壳（1-2-1) 之间的空隙。
8. 根据权利要求6所述的户用生物质热解炭气联燃炉灶，其特征在于，所述热解加热 装置为会聚日光加热装置，包括会聚日光照射腔（1-4-3)，所述会聚日光照射腔（1-4-3)是 定子（1-1)上的对外开孔以使转子内壳（1-2-1)可以部分直接被外部会聚日光照射所形成 的空间。
9. 根据权利要求5所述的户用生物质热解炭气联燃炉灶，其特征在于，还包括燃气入 口（2-1)与热解反应器（1)的燃气出口（1-2-9)相连的气柜（2)，所述气柜（2)还包括一个 与水源相通的补水口（2-3); 所述燃气灶（3)包括灶烧嘴（3-1)、灶膛（3-2)、放置于灶膛（3-2)上的炊事锅（3-3)， 所述灶烧嘴（3-1)安装在灶膛（3-2)底部，所述炊事锅（3-3)将灶膛（3-2)上部开口密封， 所述灶烧嘴（3-1)的配风入口（3-1-2)与大气相通，燃气入口（3-1-1)与气柜（2)的燃气 出口（2-2)相通。
10.根据权利要求5所述的一种炭气联燃型户用生物质热解炉灶，其特征在于，还包括 除尘式余热水箱（4)，所述除尘式余热水箱（4)包括余热水箱（4-1)、安装在余热水箱（4-1) 内的除尘器（4-2)，所述燃气灶（3)的烟气出口（3-2-1)通过除尘器（4-2)与大气相通。
【文档编号】F24C3/00GK104212468SQ201410503944
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】李涵晖 申请人:李涵晖