一种生物质气化炉水冷系统的制作方法

本发明属于生物质气化炉设备技术领域，具体涉及一种采用封闭式水冷结构进行干式出渣的生物质气化炉水冷系统。

背景技术：

随着经济和社会的发展，我们正面临着巨大的能源与环境压力。生物质气化炉产生可燃气体的原料为农作物秸秆、林木废弃物等，这种燃气是一种绿色新能源，具有强大的生命力，是十分重要的可再生能源，具有可再生性、低污染性和广泛分布性等特点。利用生物质作为替代能源，对低碳减排，减少“温室效应”和改善大气酸雨环境具有十分重要的意义。生物质气化炉就是利用生物质在气化炉中密闭缺氧燃烧，通过干馏热解及热化学氧化后产生可燃气体。

生物质气化炉在使用时需要定期清理炉渣，且清渣过程要保证炉体的严密性，不许生物气泄露出炉体，传统的出渣方式为湿式结构，多采用灰盆加水封进行炉渣的排出，灰盆中的炉渣落入水中，再经过机械捞渣的方式将炉渣清理出去。

湿式出渣方式的结构复杂，操作难度大，得到的炉渣含有较多的水，很难对炉渣进行二次使用；另外，在出渣过程中会造成大量的水污染，产生的含有较多炉渣的黑水也很难进行处理。

因此，行业内提出了干式出渣的方式，例如中国专利文献201420329796.0公开了一种生物质气化炉干式出渣装置，包括气化炉和位于气化炉下方的排渣机构，气化炉的底部形成漏斗状的灰箱，排渣机构包括排渣导管、设在排渣导管外侧的套管、设于排渣导管内的螺旋轴以及驱动螺旋轴转动的动力机构，排渣导管的前端上侧设有与灰箱导通的入料口，排渣导管的末端下侧设有出料口，排渣导管和套管间形成循环水腔，套管的前端和末端分别设有与循环水腔导通的第一出水口和第一入水口。

现有技术中，炉渣在排出过程中没有进行冷却处理，炉渣具有较高的温度，高温的炉渣堆聚在一起，很容易产生二次燃烧，排出后很容易复燃，对设备产生极大的损害。

基于此，本申请提出了一种生物质气化炉水冷系统。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种生物质气化炉水冷系统，通过在炉渣形成后的排出过程设置水冷循环系统，持续对炉渣进行冷却，提高了设备的稳定性，有效降低了排出炉渣的温度，便于炉渣的顺利排出。

为了实现上述目的，本发明提供了一种生物质气化炉水冷系统，包括：

固定床气化炉，包括炉排；

出渣装置，设置在固定床气化炉的底部，出渣装置包括出渣盘，出渣盘设置在炉排的下方，用于将固定床气化炉内的炉渣排出；

炉渣分隔装置，用于收集并排出出渣装置中的炉渣；炉渣分隔装置包括具有炉渣收集室的收集盘，收集盘设置在出渣盘的下方；以及

水冷循环系统；

其中，水冷循环系统包括初级水冷回路和次级水冷回路，二者之间互相连通或者不连通，初级水冷回路设置在炉排内，在冷却炉排的同时，对汇聚至炉排处的炉渣进行初级冷却；次级水冷回路设置在炉渣收集室内，对由出渣盘排出至收集盘内的炉渣进行冷却；

在本发明的上述技术方案中，初级水冷回路用于对炉排进行冷却，在生物质气化炉的工作过程中，炉排需要持续承受较高的温度，如果不及时对炉排进行冷却，很容易造成炉排烧穿的现象；相较于传统的水冷炉排，本发明中的初级水冷回路完全设置在炉排的内部，是一种封闭式水冷回路，在对炉排进行冷却的过程中，冷媒不会与炉排的外部表面进行接触，是一种传导散热方式，适用于干式出渣。

次级水冷回路主要用于对炉渣分隔装置中收集的炉渣进行散热，高温的炉渣在汇聚至炉渣收集室内后，依旧具有较高的温度，很容易发生复燃的显现，此外，如此高温的炉渣不能直接排出至外部，在外部空气富氧环境下，更加容易二次燃烧，不利于工序的顺利进行；本发明通过在炉渣收集室内设置封闭式的次级水冷回路，对炉渣进行充分的冷却，进而实现炉渣顺利的排出。

根据本发明的另一种具体实施方式，炉排包括台座和设置在台座上的炉篦，其中，炉篦包括多个炉栅，多个炉栅由上至下呈塔式结构，每个炉栅的内部均具有用于容纳冷媒的冷却室。

其中，冷却室中的冷媒能够充分接触炉栅的主要区域，尤其是外侧燃烧的主要区域；具体的，冷媒可以选择为冷水，或者是添加有例如醇类化学试剂的冷却液。

进一步的，初级水冷回路包括进水管道、疏水管道以及出水管道，其中进水管道的出水端连接至位于顶部的炉栅，相邻的炉栅的冷却室之间通过疏水管道相连，出水管道设置在台座内；冷媒从进水管道流入位于上方的炉栅，接着由上至下依次流过炉栅的冷却室、疏水管道后，流至台座，并从出水管道流出。

再进一步的，位于下方的多个炉栅中的冷却室呈环形设置，并在炉栅中央形成通槽，进水管道穿过通槽设置，其中，进水管道优选为竖直设置，以便于外部设备(例如泵)进行补水操作。

本方案中的环形冷却腔的结构一方面能够提供足够的支撑以在炉栅的表面放置物料，另一方面便于组装，此外还可以增加冷媒与炉栅的接触面积，提高散热的效率。

根据本发明的另一种具体实施方式，位于最上方的炉栅设置有聚水槽，进水管道的出水口伸入聚水槽内。

根据本发明的另一种具体实施方式，连接至同一炉栅的两个疏水管道分别位于进水管道的两侧；冷媒在冷却室内流动的过程中，充分与冷却室的外壁接触，这样可以有效地提升冷媒的利用率，提高散热的效率。

根据本发明的另一种具体实施方式，炉渣分隔装置包括多个竖直设置的分隔板，多个分隔板固定在出渣盘的下方并位于炉渣收集室内，分隔板为中空结构，在分隔板的内部设置有用于盛放冷媒的冷却腔。

本方案中，多个分隔板将炉渣收集室分割为相互之间连通或者不连通的子收集室，分隔板位于子收集室的两侧，通过在分隔板的冷却腔内放置冷媒的方式，对各个子收集室内的炉渣进行接触式冷却，冷媒将炉渣的热量吸收，实现降低排出炉渣的温度。

根据本发明的另一种具体实施方式，收集盘与出渣盘之间相对转动，且分隔板与收集盘之间不接触，其中，在收集盘排出炉渣之前，炉渣会存放在炉渣收集室内，由于出渣盘相对收集盘的转动，分隔板会随着出渣盘进行同步转动，此时，分隔板会挤压炉渣形成旋转运动，在旋转的过程中，较大的炉渣会被挤碎而形成较小的炉渣颗粒，避免了大块炉渣复燃的现象，而且，较小的炉渣颗粒能够更加充分地与分隔板的外侧表面接触，进一步提高炉渣散热冷却的效果。

其中，分隔板是具有一定厚度的、可以存放一定量冷媒的、能够进行冷媒自由排出与更换的分隔板。

根据本发明的另一种具体实施方式，次级水冷回路包括多个连接管路，多个分隔板内的冷却腔之间通过连接管路互相连通。

进一步的，连接管路是靠近炉渣收集室的内周侧壁和/或外周侧壁设置的，在分隔板相对收集盘转动的过程中，连接管路也随着分隔板进行同步转动。

根据本发明的另一种具体实施方式，收集盘呈圆盘状，多个分隔板间隔设置在收集盘的径向方向上，冷却室具有冷媒入口和冷媒出口，在分隔板的径向方向的两端分别为近心端与远心端，冷媒入口和冷媒出口分别设置在近心端与远心端。

具体的，不同的分隔板的冷媒入口与冷媒出口的位置相同或者不相同，冷媒入口与冷媒出口分别连通至不同的连接管路。

优选的，在竖直方向上，冷媒入口设置为不低于冷媒出口。

根据本发明的另一种具体实施方式，分隔板的数目为2－8个，例如5个，再例如6个。

本发明中的初级水冷回路与次级水冷回路均为封闭式水冷回路，优选的，二者之间可以进行相互连通，也可以不进行相互连通，例如，初级水冷回路排出的冷媒可以直接流入次级水冷回路中，或者直接排出。

根据本发明的另一种具体实施方式，在炉渣分隔装置的排出口处，还可以设置有处于低温环境下的转接管路(作为最终冷却装置)，将排出的炉渣通过转接管路进行运输，在炉渣经过转接管路转移至指定位置的过程中，再次进行冷却；优选的，转接管路具有较大的截面，可以将排出的炉渣进行更好的分散至转接管路上，以便于更进一步的散热冷却。

本发明具备以下有益效果：

本发明中设置多级冷却回路，实现在炉渣的产生、转移以及排出过程中的多级冷却，存在于水冷循环系统中的冷媒不会与炉渣直接接触，冷媒可以循环使用；

本发明中初级水冷回路为设置在炉排内部的循环式水冷结构，通过在炉排各个炉栅中设置冷却室，增大了冷媒与炉篦外表面的接触面积，增加了散热面积，有利于对炉排进行充分的降温，使得炉渣不容易在炉排的表面产生结渣现象，适用于干式出渣的生物质气化炉；

本发明中的次级水冷回路为设置在炉渣收集室内的循环式水冷结构，竖向设置的分隔板与炉渣具有较大的接触面积，分隔板中的冷却腔在炉渣收集的过程中即可对炉渣进行冷却，有效的降低排出炉渣的温度，避免了炉渣在收集过程中的复燃现象，便于炉渣的顺利排出。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明生物质气化炉水冷系统的水冷循环系统的示意图；

图2是本发明生物质气化炉水冷系统的结构示意图；

图3是本发明炉排结构的示意图；

图4是本发明初级水冷回路的示意图；

图5是本发明分隔板的分布示意图；

图6是图5另一视角的示意图；

图7是图5的俯视图。

具体实施方式

如图1－7所示，一种生物质气化炉水冷系统，包括固定床气化炉1、炉排2、出渣装置3、炉渣分隔装置4、水冷循环系统。

其中，炉排2设置在固定床气化炉1内靠近底部的位置，出渣装置3设置在固定床气化炉1的底部，在出渣装置3中设有出渣盘31，出渣盘31位于炉排2的下方，用于将固定床气化炉1内的炉渣排出；炉渣分隔装置4用于收集并排出出渣装置3中的炉渣，其包括收集盘41，收集盘41设置在出渣盘31的下方，在收集盘41内形成有朝向出渣盘31位置的炉渣收集室42。

水冷循环系统包括初级水冷回路51和次级水冷回路52，初级水冷回路51设置在炉排2内，在冷却炉排2的同时，对汇聚至炉排2处的炉渣进行初级冷却；次级水冷回路52设置在炉渣收集室42内，对由出渣盘31排出至收集盘41内的炉渣进行冷却。

本发明中的初级水冷回路51与次级水冷回路52均为封闭式水冷回路，二者之间互相连通或者不连通。

如图3－4所示，初级水冷回路51位于炉排2的内部，炉排2包括台座21、设置在台座21上的炉篦22，炉篦22包括多个炉栅23，例如图4示出的5个炉栅的情况，其中，最下方的炉栅固定在台座21上；具体的，多个炉栅23由上至下呈塔式结构，每个炉栅23的内部均具有用于容纳冷媒(例如低温的水)的冷却室24。

初级水冷回路51包括进水管道511、多个疏水管道512和出水管道513。

本发明中位于下方的多个炉栅23中的冷却室24呈环形设置，并在炉栅23中央形成通槽25，优选的，位于多个炉栅23中部位置的通槽25由上至下呈塔式结构分布，图4所示，进水管道511穿过通槽25设置，进一步的，疏水管道512竖直设置，以便于外部设备进行补水。

疏水管道512设置在相邻的两个炉栅之间，用于连通相邻两个炉栅的冷却室24，优选的，连接同一炉栅的两个疏水管道512分别位于进水管道511的两侧，冷媒在冷却室24内流动的过程中，充分与冷却室24的侧壁接触，这样可以有效地提升冷媒的利用率，提高散热的效率。

出水管道513设置在台座21上，用于将流至台座21内部的冷媒排出、或者通过例如循环管路再次充入进水管道511其中，在冷媒经过循环管路的过程中，需要进行冷却处理。

本发明中一种冷媒的循环路径是进水管道——位于最上方炉栅的冷却室——疏水管道——位于下方炉栅的冷却室——疏水管道············最下方炉栅的冷却室——疏水管道——台座——出水管道。

为了便于进水管道511中的水充分流入炉排2内部，在位于最上方的炉栅还设置有聚水槽26，进水管道511的出水口伸入聚水槽26内，其中，聚水槽26固定至位于顶部的炉栅23上且其下端开口。

相邻两个炉栅23之间例如通过图4中示出的环形连接板27进行连接，具体的，环形连接板27上设置有若干与炉篦22内部相同的气孔，用于补充空气以进行气化炉的燃烧。

其中，位于最上方的炉栅23的表面还可以设置有若干凸点，一方面增加炉篦22的结构强度，另一方面避免最上方的炉排2表面结渣。

本发明中，出渣盘31相对固定床气化炉1的炉体转动设置在水平面内，收集盘41相对固定床气化炉1的炉体固定设置在出渣盘31的下方，在出渣盘31设有炉渣排出口311，收集盘41具有炉渣收集室42，炉渣排出口311与炉渣收集室42相连通，出渣盘31的转动将其内的炉渣通过炉渣排出口311排出至炉渣收集室42内。

在炉渣分隔装置4还包括多个竖直设置的分隔板43，如图5－7所示，分隔板43固定在出渣盘31的下方并位于炉渣收集室42内，优选的，分隔板43的数目为2－8个，例如图5中示出的6个分隔板。

具体的，出渣盘31、收集盘41均为圆盘状，多个分隔板43间隔设置在收集盘41的径向方向上。

具体的，分隔板43为中空结构，在每个分隔板43内具有盛放冷媒(冷却水)的冷却腔44，分隔板内的冷却腔44与炉渣收集室42之间不连通，其中多个分隔板内的冷却腔44之间可以连通，也可以不连通，图5中示出了多个分隔板内的冷却腔44之间相互连通的情况。

进一步的，通过连接管路45将相邻的两个分隔板43内的冷却腔44连通；

其中，连接管路45可以分为内连接管451和外连接管452，每个冷却腔44具有冷媒入口和冷媒出口，在分隔板43的径向方向的两端分别为近心端与远心端，冷媒入口和冷媒出口分别设置在近心端与远心端，不同的分隔板43的冷媒入口与冷媒出口的位置不相同。

如图7所示，同一个冷却腔44连接一个内连接管451、一个外连接管452，进而形成图7示出的管路分布形式，这样设置的好处在于，一方面节省了管路的长度，便于提高冷媒的流动性，另一方面管路不占用炉渣收集室42的空间，减少对炉渣排出的干涉。

为了提高冷媒循环过程的稳定性，在竖直方向上，本发明中的冷媒入口设置为不低于冷媒出口，使得冷媒在冷却腔44内形成稳定的流动状态。

分隔板43具有一定的厚度，其内部存储的冷媒能够充分的对炉渣收集室42内的炉渣进行冷却；在收集盘41排出炉渣之前，炉渣会存放在炉渣收集室42内，由于出渣盘31相对收集盘41的转动，分隔板43会随着出渣盘31进行同步转动，此时，分隔板43会挤压炉渣形成旋转运动，在旋转的过程中，较大的炉渣会被挤碎而形成较小的炉渣颗粒，避免了大块炉渣复燃的现象，而且，较小的炉渣颗粒能够更加充分地与分隔板43的外侧表面接触，进一步提高炉渣散热冷却的效果。

本发明在炉渣分隔装置4的排出炉渣的位置处，还可以设置有处于低温环境下的转接管路(作为再冷却装置使用)，将收集盘41排出的炉渣通过转接管路进行运输，在炉渣经过转接管路转移至指定位置的过程中，再次进行冷却；优选的，转接管路具有较大的截面，可以将排出的炉渣进行更好的分散至转接管路上，以便于更进一步的散热冷却。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。