生物质气化装置及方法与流程

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种生物质气化装置及方法。

背景技术：

现在人类的生活垃圾处理技术呈现多样化的趋势，其中生物质气化技术用于生活垃圾的处理，正在逐步走向实用化，其对人类环境保护的功能前景无限。

生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含CO、H₂、CH₄等可燃气体的过程。为了提供反应的热力学条件，气化过程需要供给空气或氧气，使原料发生部分燃烧。气化过程和常见的燃烧过程的区别是燃烧过程中供给充足的氧气，使原料充分燃烧，目的是直接获取热量，燃烧后的产物是二氧化碳和水蒸气等不可再燃烧的烟气；气化过程只供给热化学反应所需的那部分氧气，而尽可能将能量保留在反应后得到的可燃气体中，气化后的产物是含CO、H₂、CH₄和低分子烃类的可燃气体。生物质气化包括干燥、热解、氧化和还原反应。

垃圾中的有机成分也属于生物质，其成分是碳氢化合物，因此垃圾中的有机成分也能用生物质气化方法来处理。用气化方法处置垃圾，是一种相对于垃圾简单焚烧来说更环保的方法。

生物质气化炉便捷排出灰渣是一个难题，也是生物质气化技术发展的瓶颈，特别是在线排出灰渣，是气化炉连续使用和提高气化质量的关键技术之一。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种生物质气化装置及方法，通过刮渣装置的结构设计，可将气化箱内垃圾气化产生的灰渣及时排出，实现在线排灰，从而实现生物质气化装置的连续使用，提高了垃圾的气化效率。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种生物质气化装置，包括：

进料箱，包括螺旋给料机和进料箱体；所述螺旋给料机设置于所述进料箱体的上方，所述螺旋给料机的下部设有出料口；待气化垃圾由所述螺旋给料机进入所述进料箱体内；

气化箱，设置于所述进料箱的下方，所述气化箱的顶端与所述进料箱的底端相连通，所述待气化垃圾由所述进料箱进入所述气化箱；所述气化箱包括气化箱体、导料斗和燃气导出内胆；所述导料斗设置于所述气化箱体内的底部侧壁上，对所述气化箱体内的待气化垃圾进行导向；所述燃气导出内胆设置于所述气化箱体内的上部，所述燃气导出内胆的外侧与所述气化箱体的内侧之间形成夹层；所述气化箱体的上部侧壁穿设有燃气管连接口，所述燃气管连接口与所述夹层相连通，所述待气化垃圾气化产生的气体进入所述夹层，由所述燃气管连接口排出所述气化箱；

配气储灰箱，设置于所述气化箱的下方，所述配气储灰箱的顶端与所述气化箱的底端相连通；所述配气储灰箱包括多个配气盒、刮渣装置、保护罩和储灰箱体；所述多个配气盒放置于同一水平面，所述多个配气盒之间形成至少一个落灰槽；所述储灰箱体位于所述落灰槽下方；

其中，每个所述配气盒的上部具有一个配气板，所述配气板上具有多个配气孔；每个配气盒上穿设有进气管，助燃气体经所述进气管进入所述配气盒内，再由所述配气孔排出至所述气化箱体；所述待气化垃圾进入所述气化箱后，承载于所述配气板上并被引燃，在气化后形成灰渣，承载于所述配气板上；

所述刮渣装置设置于所述配气板之上，包括旋转轴、刮渣刀和两个限灰环，所述刮渣刀连接于所述旋转轴上，由所述旋转轴旋转带动所述刮渣刀在所述配气板表面旋转，推动所述配气板上的灰渣通过所述落灰槽落入储灰箱体中；所述两个限灰环中的第一限灰环套接于所述旋转轴外，第二限灰环套接于所述刮渣刀的顶端；

所述保护罩设置于所述落灰槽的上方；所述保护罩底部与所述配气板之间的垂直距离大于所述刮渣刀的宽度。

优选的，所述进料箱还包括均料斗，所述均料斗设置于所述出料口的下方，所述待气化垃圾由所述螺旋给料机经所述均料斗进入所述进料箱体内；

所述均料斗为锥形体结构。

优选的，所述螺旋给料机为变螺距螺旋给料机，所述螺旋给料机的螺距从进料端到出料端逐渐减小。

优选的，所述气化箱体和燃气导出内胆均为圆柱型；所述气化箱体的直径与所述燃气导出内胆的直径之差为60mm～200mm；

所述燃气管连接口的横截面积与所述气化箱体的横截面积之比为0.01～0.1；

所述导料斗为倒圆台形。

优选的，所述配气储灰箱还包括配气母板，所述配气母板位于所述配气板之上、所述保护罩之下，所述配气母板上设有镂空槽，所述配气板和落灰槽从所述镂空槽中露出；所述刮渣刀位置高于所述配气母板，所述保护罩底部与所述配气母板之间的垂直距离大于所述刮渣刀的宽度。

优选的，所述旋转轴上设置有拨料杆，所述拨料杆与所述旋转轴垂直设置，随所述旋转轴的转动一起旋转。

进一步优选的，所述拨料杆的数量为2根～8根，每根所述拨料杆的长度为100mm～320mm，所述拨料杆与所述配气板之间的垂直距离为240mm～700mm。

优选的，所述刮渣刀的数量不大于所述落灰槽的数量。

优选的，所述配气板的上方设有点火孔，所述点火孔与所述配气板顶面的距离为10mm～80mm，每个所述配气板的上方设有1～5个所述点火孔。

在第二方面，本发明实施例提供了一种生物质气化方法，应用上述第一方面所述的生物质气化装置，所述方法包括：

步骤1，将待气化垃圾通过螺旋给料机置入进料箱；

步骤2，通过点火孔插入电子点火棒进行点火；

步骤3，通过配气盒上的进气管吹入空气，预设时间后配气盒上方的待气化垃圾开始着火，退出电子点火棒，将点火孔密封；

步骤4，调整配气盒上的进气管的进风量，待气化垃圾进入燃烧状态；

步骤5，在气化处理过程中，按预设时间启动刮渣装置进行刮渣，并启动螺旋给料机添加待气化垃圾，同时带动拨料杆压实待气化垃圾；

步骤6，待全部待气化垃圾气化完毕，关闭进气管的空气供给。

本发明实施例提供的生物质气化装置，通过刮渣装置的结构设计，可将气化箱内垃圾气化产生的灰渣及时排出，实现在线排灰，从而实现生物质气化装置的连续使用，此外，通过在气化箱内设计导料斗，避免垃圾粘在箱壁上，从而提高了垃圾的气化效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的生物质气化装置的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的配气储灰箱的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的刮渣装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的生物质气化方法的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的生物质气化装置，用于垃圾生物质气化过程中，通过刮渣装置的结构设计，可将气化箱内垃圾气化产生的灰渣及时排出，实现在线排灰，从而实现气化炉的连续使用，提高了垃圾的气化效率。

图1为生物质气化装置的剖面结构示意图。如图1所示，生物质气化装置呈圆柱型，分为三部分连接而成，从上至下分别为进料箱1、气化箱2和配气储灰箱3。

进料箱1，包括螺旋给料机11、进料箱体12和均料斗13；通过螺旋给料机11将待气化垃圾送入进料箱体12内，通过均料斗13使得待气化垃圾均匀分布。

具体的，螺旋给料机11安装在进料箱体12内部靠上的位置，螺旋给料机11的上部设有进料口111，下部设有出料口112，待气化垃圾由螺旋给料机11的进料口111装入，经螺旋给料机11挤压后，由出料口112进入进料箱体12内。

为了保证进料箱1的密封性，螺旋给料机11优选为变螺距螺旋给料机11，螺旋给料机11的进料端螺距与出料端螺距的比值为3～1，通过不等螺距设计的出料端螺距小于或者等于进料端螺距，使待气化垃圾越往内越紧密挤压，防止垃圾气化产生的气体从螺旋给料机11漏出。

螺旋给料机11的出料口112下方安装均料斗13，均料斗13为锥形体结构，高度为200mm～700mm，底部直径200mm～800mm，使挤压后的待气化垃圾能够分散地分布在气化箱2内，不聚集，从而便于垃圾的气化。

气化箱2，设置在进料箱1的下方，气化箱2的顶端与进料箱1的底端相连通，待气化垃圾通过均料斗13进入气化箱2内。

进料箱1和气化箱2可通过法兰或水槽连接，也可以将进料箱1和气化箱2直接焊接成一个整体。在本例中，进料箱1和气化箱2采用水槽连接，具体的，进料箱体12的底部边缘具有密封水槽121，气化箱2的顶部边缘具有连接水槽211，密封水槽121与连接水槽211相接，使得进料箱1与气化箱2之间形成密封连接，保证了良好的密封效果，同时该结构也便于拆卸，从而便于装置的运输和维修。

气化箱2包括气化箱体21、燃气管连接口23、燃气导出内胆22和导料斗24；气化箱体21可以采用两层厚度为2mm～12mm普通钢板制成，也可以采用2mm～5mm的不锈钢板制成，为了减少气化过程中的热量损失，以及防止气化箱2外壁温度过高而烫伤操作人员，两层钢板之间设有20mm～150mm厚的保温耐火材料212；其中，耐火材料优选为耐高温石棉材料。

燃气导出内胆22设置于气化箱体21内的上部，在燃气导出内胆22的外侧与气化箱体21的内侧之间形成夹层26，气化箱体21的侧壁上穿设有燃气管连接口23，燃气管连接口23的一端与夹层26相连通，另一端可与燃气管(图中未示出)连接，垃圾气化产生的气体上升进入燃气导出内胆22外侧与气化箱体21内侧形成的夹层26中，通过燃气管连接口23进入燃气管，将垃圾气化产生的气体排出气化箱2。

具体的，气化箱体21和燃气导出内胆22均为圆柱型，气化箱体21的直径与燃气导出内胆22的直径之差为60mm～200mm；此外，燃气管连接口23的横截面积与气化箱体21的横截面积相关，两者横截面积之比为0.01～0.1，从而保证垃圾在气化箱体21内气化产生的气体能够顺利的通过夹层26和燃气管连接口23排出气化箱2。

进一步的，在气化箱体21的底部侧壁上安装导料斗24，对气化箱体21内的待气化垃圾进行导向，避免待气化垃圾粘在气化箱体21的侧壁上而影响气化效果。

为了保证导料斗24和气化箱体21之间能够紧密结合，导料斗24优选为倒圆台形，气化箱体21的直径与导料斗24的底部直径之差为80mm～360mm，导料斗24高度为100mm～350mm。

配气储灰箱3，设置于气化箱2的底部，配气储灰箱3的顶端与气化箱2的底端相连通，空气由配气储灰箱3进入气化箱2，为垃圾的气化过程提供充足的氧气。

图2为本发明实施例提供的配气储灰箱的俯视结构示意图，下面结合图1-图2对配气储灰箱3进行详述。配气储灰箱3包括多个配气盒32、刮渣装置33、储灰箱体34和保护罩38。

多个配气盒32处于同一水平面，且设置在储灰箱体34的上方。为了保证配气盒32在气化装置中的长期使用，配气盒32的侧壁和底部都采用2mm～4mm厚的钢板制作，每个配气盒32的上部都具有配气板321，配气板321扣合于配气盒32上，每个配气板321上均匀设有多个配气孔3211，配气孔3211的孔径优选为3mm～8mm，配气孔3211的数量优选为9个～200个，本领域技术人员可以根据气化箱体21的横截面的大小对配气孔3211的孔径和数量进行设计。此外，为了保证配气盒32中空气能从配气孔3211顺利排出且能够承载待气化垃圾，配气板321的厚度优选为3mm～12mm。

进一步的，为了待气化垃圾燃烧产生的气体能够顺利的进入夹层26，燃气导出内胆22底面与配气盒32的顶面距离优选为300mm～1100mm。

待气化垃圾进入气化箱体21后，在导料斗24的导向下置于配气板321上，通过向气化箱体21壁上的点火孔25插入的点火棒，将配气板321上的垃圾点燃；其中，为了保证配气板321上的垃圾能够被快速点燃，设定配气板321的顶面到点火孔25的距离为10mm～80mm，且每个所述配气板321的上方设有1～5个点火孔25。

在本例中，配气盒32的侧壁上穿设有进气管35，空气经进气管35进入配气盒32内，再由配气孔3211排出至气化箱体21，为垃圾的气化提供充足的氧气，使得被引燃的待气化垃圾在气化箱2内燃烧，垃圾气化后在配气板321上形成灰渣。

为了保证垃圾气化产生的灰渣能够在线排出，设置多个配气盒32的排列结构使得多个配气盒之间形成至少一个落灰槽31，从而使配气板321上的灰渣通过落灰槽31能够落到储灰箱体34的底部。落灰槽31也就是配气板321上的灰渣落入储灰箱体34的一个通路。在图2所示的一种具体的配气储灰箱的俯视结构示意图中，配气盒32的排列结构是间隔两个配气盒32形成落灰槽31，共形成三个落灰槽31。此外，在另一种配气盒排列结构中，也可以是间隔一个配气盒，也就是两邻两个配气盒之间，形成落灰槽。

在图2所示的一种具体的配气储灰箱的俯视结构示意图中，配气储灰箱3还包括配气母板39，配气母板39上设有多个镂空槽，间隔两个配气盒32形成一个落灰槽31，配气板321和落灰槽31从镂空槽中露出，落灰槽31下方与储灰箱体34连通。

刮渣装置33设置在配气盒32的上方，通过刮渣装置33将配气板321上的灰渣刮到落灰槽31中，从而使灰渣通过落灰槽31落入储灰箱体34的底部。

下面结合图1-图3对刮渣装置33的结构进行详述。刮渣装置33包括旋转轴331、刮渣刀332和两个限灰环333。

第一限灰环3331套接于旋转轴331外，防止在刮渣过程中灰渣将旋转轴331包裹，影响旋转轴331的旋转；刮渣刀332连接于旋转轴331上，可以为一个或多个，刮渣刀332的数量不大于落灰槽31的数量，也就是说刮渣刀的数量为1个～落灰槽数量。当设置为多个刮渣刀332时，优选的多个刮渣刀332绕旋转轴331等角度设置。为了保证刮渣刀332能够顺利的刮去配气板321上的灰渣，且不刮到配气板321，将刮渣刀332的位置设置在配气板321上方3mm左右的位置上。由此既能保证灰渣的清理，又可避免刮蹭配气板321影响刮渣刀332的转动。本领域技术人员可以根据垃圾的种类和气化装置的处理能力，对刮渣刀332的数量和材质进行选取。

第二限灰环3332套接于刮渣刀332的外侧，对刮渣刀332的外侧进行保护，防止刮渣刀332的损伤，同时也避免灰渣被刮渣刀332推动至刮渣刀332无法覆盖到的位置形成堆积，造成灰渣无法清理。进一步的，为了保证灰渣能够全部被刮到储灰箱体34中，第二限灰环3332所围的圆形面积不大于储灰箱体34的底面面积。刮渣装置33可以由电机驱动旋转，也可以人工机械转动。图中所示装置为采用电机旋转，因此装置示意图中还包括电机36。采用人工机械转动时，操作人员可手动旋转旋转轴331，旋转带动刮渣刀332在配气板321表面旋转，推动配气板321上的灰渣通过落灰槽31落入储灰箱体34中；采用电机36驱动旋转时，通过电机36驱动旋转轴331旋转带动刮渣刀332在配气板321表面旋转，推动配气板321上的灰渣通过落灰槽31落入储灰箱体34中；当储灰箱体34内的灰渣较多需要清理时，可以打开储灰箱体34上的排灰门341，对灰渣进行清理。

进一步的，在旋转轴331上设置有拨料杆37，拨料杆37与旋转轴331垂直设置，随旋转轴331的转动一起旋转，起到拨动垃圾的作用，防止垃圾在气化过程中形成“空位”，提高垃圾的气化效率。为了保证拨料杆37能够拨动配气板321上的垃圾，而且还能不影响刮渣刀332对灰渣进行清除，拨料杆37与配气板321之间的垂直距离为240mm～700mm，拨料杆37的数量优选为2根～8根，拨料杆37的长度优选为100mm～320mm。

此外，在落灰槽31的上方设置了保护罩38，保护罩38的数量与落灰槽31的数量一致。保护罩38的一端固定在导料斗24上，有效的防止未气化垃圾经过落灰槽31直接落入储灰箱体34中。此外，为了不影响刮渣刀332对灰渣的清理，保护罩38与配气板321之间的距离应不小于刮渣刀332的宽度，且保证保护罩38与配气板321之间的距离在10mm～120mm范围内。

本发明实施例提供的生物质气化装置，通过刮渣装置的结构设计，可将气化箱内垃圾气化产生的灰渣及时排出，实现在线排灰，从而实现气化装置的连续使用，此外，通过在气化箱内设计导料斗，避免垃圾粘在箱壁上，从而提高了垃圾的气化效率。

相应的，本发明实施例还提供了一种应用上述处理装置的生物质气化方法，结合图1-图4对本发明实施例提供的生物质气化方法进行详述，所述方法包括如下步骤：

步骤1，将待气化垃圾通过螺旋给料机置入进料箱。

当然，在待气化垃圾放入螺旋给料机之前，所述方法还包括检修好气化装置，重点是进料箱和气化箱的密封性，配气板是否到位，以及燃气管是否畅通。

步骤2，通过点火孔插入电子点火棒进行点火。

具体的，操作人员将点火棒插入对应的点火孔，点燃对应配气板上的待气化垃圾。

步骤3，通过配气盒上的进气管吹入空气，预设时间后配气盒上方的待气化垃圾开始着火，退出电子点火棒，将点火孔密封。

具体的，进气管与配风风机相连，通过配风风机吹入空气，为垃圾的气化过程提供充足的氧气。

步骤4，调整配气盒上的进气管的进风量，待气化垃圾进入燃烧状态；

具体的，在退出点火棒1分钟～5分钟后，对进风量进行调整。

步骤5，在气化处理过程中，按预设时间启动刮渣装置进行刮渣，并启动螺旋给料机添加待气化垃圾，同时带动拨料杆压实待气化垃圾。

具体的，当气化装置使用一段时间以后，如0.5小时～2小时，待气化垃圾在配气板上形成灰渣，启动螺旋给料机添加待气化垃圾，同时拨料杆旋转，确保气化箱内的垃圾被压实，有效的防止气化箱内的垃圾形成“空位”。

步骤6，待全部待气化垃圾气化完毕，关闭进气管的空气供给。

在下一次使用气化装置时，如果气化箱内底层的火未熄灭，则重复步骤3～步骤6的操作即可开始新的垃圾气化处理周期；如果气化箱内的火已熄灭，则重复步骤2～步骤6的操作。

本发明实施例提供的生物质气化方法，应用于生物质气化装置，操作简单，可将气化箱内垃圾气化产生的灰渣及时排出，实现在线排灰，从而实现生物质气化装置的连续使用，且提高了垃圾的气化效率。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。