一种生物质气化炉炉膛结构的制作方法

本实用新型涉及生物质能源技术领域，尤其涉及一种生物质气化炉炉膛结构。

背景技术：

生物质是一种清洁、资源丰富、且唯一含碳的可再生能源，能很好的解决能源短缺、环境污染的世界难题，日益受到广泛关注。生物质热化学利用是在高温条件下对生物质进行燃烧、热解、气化等处理得到热、电或可燃气等产品，其中生物质气化技术因具有反应迅速、转化效率高、终端产品灵活以及易于工业化等优点，已成为世界研究重点。生物质气化技术主要包括流化床气化和固定床气化。常用的固定床气化炉分为上吸式、下吸式、开心式等，相较于上吸式等气化技术，虽然下吸式固定床气化炉焦油含量相对较低，但仍然达不到终端发电的需求，需要进一步改善。

目前针对生物质气化炉的改进成为关注的焦点问题，例如上海交通大学申请的公开号为CN1044022A的三段式生物质气化炉专利中虽然两层气化段的设计在一定程度上提高炭层气化效率，却同时造成气化炉出灰复杂，系统连续运行困难。由于气化炉为圆形炉膛，炉篦与炉膛周边贴合困难，容易造成炉篦漏灰，炭层形成困难，严重造成气化段短路，炭层失效。

又例如，上海理工大学申请的公开号为CN105542858A的一种低焦油生物质气化发电系统专利采用生物质炭循环利用的方式虽然提高炭的气化效率，但系统复杂，稳定运行要求高，设备投资成本增长大，产业推广困难。同时也存在炉篦与炉膛周边贴合困难的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能有效解决炉篦与炉膛的贴合困难，同时炉篦打灰设计能防止由于搭桥和结渣导致炭层的堵塞难题的炉膛设计。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供一种生物质气化炉，一方面通过炉膛下部方形设计能有效解决炉篦与炉膛的贴合困难，另一方面，本实用新型的炉篦打灰设计能防止由于搭桥和结渣导致炭层的堵塞。

本实用新型提供了一种生物质气化炉，所述气化炉包括炉体，所述炉体上部为具有文丘里管结构的喉口部，用于实现原料的部分氧化；所述喉口部上方设置有原料入口，所述喉口部设置有气化介质入口，所述气化介质入口切向布置，原料和气化剂分别通过所述原料入口和所述气化介质入口进入所述喉口部，并在所述喉口部处进行部分氧化反应产生燃气；所述喉口部下方设置所述炉篦，该部分为气化炉的气化段，在所述喉口部反应剩余的生物质炭下落堆积于所述炉篦上形成炭层，经过所述喉口部反应产生的燃气通过炭层发生还原反应，得到气化气及生物质灰，并进一步降低焦油含量。

气化炉炉篦具有打灰部，所述打灰部由搅动杆、转动轴和承灰板组成，所述转动轴下方安装所述承灰板，在非工作状态时，所述承灰板形成承灰面，用于支撑沉积于其上方的炭层，所述转动轴上方安装所述搅动杆，由所述转动轴转动带动所述搅动杆搅动炭层，防止由于搭桥和结渣导致的炭层的堵塞。

进一步地，所述转动轴与外部的驱动机构连接，由所述驱动机构带动所述转动轴转动。

所述喉口部以下与所述炉篦及其以上部分形成的内部空间为炉膛，用于实现原料的完全燃烧；所述炉膛下部靠近所述炉篦的部分为方形炉膛结构，方形炉膛与所述炉篦贴合。

进一步地，所述炉膛由三段组成，自上而下依次包括上部炉膛、中部炉膛和下部炉膛；所述炉膛整体高度为H，所述炉膛三段结构的高度分别为H1、H2和H3；其中，所述上部炉膛高度满足0≤H1≤H/3，所述下部炉膛高度满足0≤H3≤H/3，所述中部炉膛高度满足H/3≤H2≤H。其中，所述上部炉膛为中空圆柱形，半径为R；所述下部炉膛为中空立方形，其边长为2R，即所述炉膛从上往下投影时，所述上部炉膛的圆形轮廓内切于所述下部炉膛的方形轮廓；所述中部炉膛作为过渡段连接所述上部炉膛和所述下部炉膛，该过渡炉膛可以为圆形炉膛，也可以为方形炉膛。

上述三段式结构优选的方案为：所述中部炉膛顶面与所述上部炉膛的底面相同，为圆形炉膛，所述中部炉膛底面与所述下部炉膛的顶面相同，为方形炉膛，所述中部炉膛平滑的从圆形炉膛渐变为方形炉膛。

具体表述所述中部炉膛形成过程为：将所述炉膛顶面圆平均分为四段，分别为弧ab，弧bc，弧cd，弧da，所述炉膛向下逐渐变方的过程即四段圆弧弧度逐渐变小过程。四段圆弧圆心Or分别在以该段圆弧中点和截面圆心连线的沿长线上，圆弧半径r按照公式(1)变化。当截面高度h＝H1时，r＝R，四段圆弧构成完整圆，即在所述中部炉膛顶部；当位于所述中部炉膛底部即截面高度h＝(H-H3)时，r趋近于无穷大，即圆弧最终变为直线，形成正方形，并且所述中部炉膛顶面的圆在所述炉膛底部的投影内切于该正方形。在所述中部炉膛由顶到底的下移过程中，h不断变大，圆弧半径r也不断变大，圆弧弧度不断变小，圆弧逐渐变平，在整个变化过程中，持四段圆弧在所述炉膛底部的投影分别内切于方形炉膛四条边。

r＝RlogH(H-h) 公式(1)

其中：h是所述炉膛截面距所述炉膛顶部的高度，r是在h高度下四段圆弧的半径，O为每个截面的圆心，Or为每段圆弧圆心。

进一步地，所述炉膛由两段组成，自上而下依次为上部炉膛和下部炉膛，所述上部炉膛为圆形炉膛结构，所述下部炉膛为方形炉膛结构，所述下部炉膛的横截面为正方形，边长是所述上部炉膛半径的两倍，所述炉膛从上往下投影时，所述上部炉膛的圆形轮廓内切于所述下部炉膛的方形轮廓；所述下部炉膛的高度大于或等于所述炉篦高度。

所述炉体在所述炉篦下方的侧壁上设有气化气出口，所述气化气出口下方设置灰仓。

通过实施上述本实用新型提供的生物质气化炉，具有如下技术效果：

本实用新型创造性提出下部方形的炉膛设计在保证生物质灰均匀分布在炉篦不产生死角的同时，确保炉篦与炉膛的贴合，保证炭层气化反应及其焦油的吸附效果，产生气化气热值提高和焦油含量下降的双重优化；采用炉篦打灰设计，在炉篦每一转动轴上焊接一定数量一定高度搅动杆，有效提高炭层落灰效率，防止由于搭桥和结渣导致的炭层的堵塞。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

图1为本实用新型实施例所述的生物质气化炉示意图；

图2为本实用新型实施例1所述的生物质气化炉炉膛结构主视图；

图3为A-A处炉膛结构俯视图；

图4为B-B处炉膛结构仰视图；

图5为C-C处炉膛结构截面图；

图6为D-D处炉膛结构截面图。

图中：1、炉体；11、原料入口；

2、喉口部；21、气化介质入口；

3、炉膛；31、上部炉膛；32、中部炉膛；33、下部炉膛；

4、炉篦；41、打灰部；4搅动杆；412、转动轴；413、第一承灰板；414、第二承灰板；

5、炭层；

6、气化气出口；

7、灰仓。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型护的范围。

下面采用具体实施方式详细描述本实用新型的技术方案。

实施例1

图1所示为生物质气化炉示意图，图中气化炉包括炉体1，炉体1上部为具有文丘里管结构的喉口部2，用于实现原料的部分氧化；炉体1喉口部2上方设置有原料入口，炉体1喉口部2设置有气化介质入口21，气化介质入口21切向布置，原料和气化剂分别通过原料入口和气化介质入口21进入喉口部2，并在喉口部2 处进行部分氧化反应产生燃气；炉体1喉口部2下方设置炉篦4，该部分为气化炉的气化段，在喉口部2反应剩余的生物质炭下落堆积于炉篦4上形成炭层5，经过喉口部2反应产生的燃气通过炭层5发生还原反应，得到气化气及生物质灰，并进一步降低焦油含量；气化炉炉篦4具有打灰部41，打灰部51由搅动杆4、转动轴 412和承灰板413组成，转动轴412下方安装承灰板413，用于支撑沉积于其上方的炭层5，转动轴412上方安装搅动杆4由转动轴412转动带动搅动杆4搅动炭层 5，防止由于搭桥和结渣导致的炭层5的堵塞；喉口部2以下与炉篦4及其以上部分形成的内部空间为炉膛3，用于实现原料的完全燃烧。

进一步地，转动轴412与外部的驱动机构连接，由驱动机构带动转动轴412 转动。

如图2所示气化炉炉膛3由三段组成，自上而下依次包括上部炉膛31、中部炉膛32和下部炉膛33；炉膛3整体高度为H，炉膛3三段结构的高度分别为H1、 H2和H3；其中，上部炉膛31高度满足0≤H1≤H/3，下部炉膛33高度满足0≤H3≤H/3，中部炉膛32高度满足H/3≤H2≤H。其中，上部炉膛31为中空圆柱形，半径为R；下部炉膛33为中空立方形，其边长为2R，即炉膛3从上往下投影时，上部炉膛31 的圆形轮廓内切于下部炉膛33的方形轮廓；中部炉膛32作为过渡段连接上部炉膛 31和下部炉膛33，该过渡炉膛可以为圆形炉膛，也可以为方形炉膛。

优选的方案为：中部炉膛32顶面与上部炉膛31的底面相同，为圆形炉膛，如图3所示，中部炉膛32底面与下部炉膛33的顶面相同，为方形炉膛，如图4所示，中部炉膛32平滑的从圆形炉膛渐变为方形炉膛，如图5和图6所示过程。

具体表述中部炉膛32形成过程为：将炉膛3顶面圆平均分为四段，分别为弧 ab，弧bc，弧cd，弧da，炉膛3向下逐渐变方的过程即四段圆弧弧度逐渐变小过程。四段圆弧圆心Or分别在以该段圆弧中点和截面圆心连线的沿长线上，圆弧半径r按照公式(1)变化。当截面高度h＝H1时，r＝R，四段圆弧构成完整圆，即在中部炉膛32顶部；当位于中部炉膛32底部即截面高度h＝(H-H3)时，r趋近于无穷大，即圆弧最终变为直线，形成正方形，并且中部炉膛32顶面的圆在炉膛3底部的投影内切于该正方形。在中部炉膛32由顶到底的下移过程中，h不断变大，圆弧半径r也不断变大，圆弧弧度不断变小，圆弧逐渐变平，在整个变化过程中，持四段圆弧在炉膛底部的投影分别内切于方形炉膛四条边。

r＝RlogH(H-h) 公式(1)

其中：h是炉膛截面距炉膛顶部的高度，r是在h高度下四段圆弧的半径，O为每个截面的圆心，Or为每段圆弧圆心。

炉体1在炉篦4下方的侧壁上设有气化气出口6，气化气出口6下方设置灰仓 7。

下面以10KW规模生物质气化系统所采用的生物质气化炉为例进行具体表述，如图1所示，生物质气化炉具有炉体1，炉体1具有文丘里管结构的喉口部2；炉体1除喉口部2以外的其余炉体1的内径为300mm；喉口部2的上方设有原料入口，喉口部2设有四个喷管作为气化介质入口21，用于将气化剂喷入喉口部2，喷管切向布置；喉口部2下方设有炉篦4；喉口部2以下与炉篦4及其以上部分形成的内部空间为炉膛3，炉膛3自上而下依次为上部炉膛31、中部炉膛32和下部炉膛33，其中上部炉膛31高100mm，半径为300mm，下部炉膛33高100mm，边长600mm，中部炉膛32顶面为圆形，半径与上部炉膛31相等，底面为方形，边长与下部炉膛 33相等。围成炉膛3的炉膛壁使得炉膛3从顶面的圆形渐变为底面的正方形。

炉体1在炉篦4下方的侧壁上设有气化气出口6，气化气出口6底部设置有灰仓7；炉篦4具有五个打灰部41；其中，打灰部41具有转动轴412、承灰板和搅动杆411；转动轴412水平设置，转动轴412的轴线互相平行，转动轴412的轴线处于同一水平面内，且转动轴412的轴线与炉膛的底面的轴线平行；在工作状态时，承灰板能绕转动轴412在竖直平面内做往复摆动，承灰板偏离平衡位置的最大摆动角度为45°；在非工作状态时，承灰板与炉体1的内腔之间仅留有供承灰板413 进行往复摆动的间隙；在非工作状态时，各承灰板413共同形成连续的承灰面，用于支撑沉积于其上的炭层；承灰板设有用于将气化气流出的出气通孔，承灰板具有第一承灰板413和第二承灰板414；第一承灰板413和第二承灰板414分别对称固接于转动轴412的两侧并向下方倾斜，第一承灰板413和第二承灰板414所成的夹角为90°；所有承灰板413在工作状态的每一时刻的摆动方向均相同，与水平面的夹角均相同；搅动杆4固设于转动轴412的正上方，其中：位于正中间的打灰部 41的转动轴412上均布有五根长度均为300mm的搅动杆411，位于该正中间的打灰部41的两侧的打灰部41的转动轴412上都均布有三根长度为200mm的搅动杆411，最外侧的两个打灰部41的转动轴412的中心位置处均设有一根长度为70mm的搅动杆411；转动轴412穿与位于炉体1外部的驱动机构相连，在工作状态时，驱动机构带动转动轴412转动。

实施例2

本实施例所表述的生物质气化炉的结构与实施例1所述的生物质气化炉结构基本相同，其不同之处在于，气化炉炉膛3由上部炉膛和下部炉膛两段组成，喉口部2以下的部分为上部炉膛，上部炉膛为圆形炉膛结构，贴近炉篦部分的炉膛为下部炉膛，下部炉膛为方形炉膛结构，上部炉膛与下部炉膛直接拼接而成，下部炉膛的横截面为正方形，边长是上部炉膛半径的两倍，炉膛从上往下投影时，上部炉膛的圆形轮廓内切于下部炉膛的方形轮廓。

进一步地，下部炉膛的高度大于或等于炉篦高度。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的护范围内。