《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》是山東百川同創能源有限公司於2010年10月21日申請的發明專利，該專利申請號為2010105368825，公布號為CN102010753A，公布日為2011年4月13日，發明人是董磊、李景東、景元琢、強寧、劉艷濤、張兆玲、董玉平、張文康。
《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》的技術方案為：生物質氣化反應爐，包括爐頂、爐腰、爐膛、爐底、爐排、爐排轉動傳動裝置、爐底排灰密封裝置，所述爐排為至少兩個並列排列的爐排組成。通過爐排的轉動將灰帶出，通過滾動、擠壓實現破渣功能。該裝置能夠通過中央控制系統監測的物料高度，物料層（TL）、燃燒層（TR）、還原層（TY）、灰層（TH），爐底負壓（PL）等參數，控制燃燒層高度（H），確保主動配風裝置準確直接地向燃燒層配風。
2017年12月，《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：生物質氣化反應爐及其自動控制方法
- 地址：山東省濟南市高新開發區大學科技園北區B組團南樓中單元5層
- 申請號：2010105368825
- 申請日：2010年10月21日
- 申請人：山東百川同創能源有限公司
- 公布號：CN102010753A
- 公布日：2011年4月13日
- 發明人：董磊、李景東、景元琢、強寧、劉艷濤、張兆玲、董玉平、張文康
- 代理機構：濟南舜源專利事務所有限公司
- 代理人：李茜
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：C10J3/20（2006.01）I、C10J3/34（2006.01）I、C10J3/72（2006.01）I、C10J3/06（2006.01）I、G05B19/04（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2010年10月之前的市場上套用最多的生物質氣化爐為下吸式固定反應床，此種氣化爐存在以下問題：不能夠連續進行產氣工作，產氣效率低。由於不能連續工作，所以需要間歇運行，因此在啟停時造成了大量原料的浪費，同時為滿足集體炊事用氣就必須建設大容量的貯氣裝置——貯氣櫃，由此造成了大量土地的占用以及建站成本的無謂提高，造成了巨大的浪費，並且在套用上受到了極大的限制，不能用於發電等諸多領域；可控性差，難以實現自動化，操作勞動強度高。該申請人申請的專利號為：2008200257631，專利名稱為：生物質氣化燃氣發生爐的中國專利，解決了上述技術問題，在實際生產過程中實現了連續進行產氣工作，產氣效率高，但只適用於直徑小於0.8米，產氣量小於200立方米/小時的氣化爐，如果要生產直徑大於0.8米，產氣量大於200立方米/小時的氣化爐，則不太適合。
發明內容
專利目的
《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》提供了一種生物質氣化反應爐及自動控制方法，該技術方案結構簡單，使於生產，製造成本低，連續產氣量大，滿足不同的生產要求。
技術方案
為解決上述技術問題，《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》的技術方案為：生物質氣化反應爐，包括爐頂、爐腰、爐膛、爐底、爐排、爐排轉動傳動裝置、爐底排灰密封裝置，所述爐排為至少兩個並列排列的爐排組成。通過爐排的轉動將灰帶出，通過滾動、擠壓實現破渣功能。
該發明所述的各爐排通過傳動軸用鏈條與電動機連線。電動機轉速可調節，通過電機通過鏈條帶動爐排的轉動將灰帶出，通過爐排之間的滾動及爐排與爐腰內側擠壓實現破渣效果。
該發明所述的爐頂上有爐頂攪拌配風裝置，爐頂攪拌配風裝置由電動機、減速機、空心傳動軸及攪拌葉片組成，空心傳動軸的上端連線電動機和減速機，下端連線攪拌葉片，空心傳動軸的頂端通過電動閥門與配風風機連線，空心傳動軸的底端與配風燒嘴連線，空心傳動軸的中心為配風通道。該裝置不僅能夠使進入爐膛的生物質原料均勻分布，還能夠向燃燒層緊上方均勻配風，並且能夠探測物料層高度。
該發明所述的爐膛上設定有燃燒層配風裝置，所述燃燒層配風裝置包括多個配風管道，配風管道位於爐膛側壁上，配風管道的一端為燒嘴，位於爐膛內部，配風管道的另一端位於爐膛外側，通過閥門與配風風機連線。該裝置可以根據爐況自動調節配風量，提高燃燒層溫度，促進生物質及焦油的充分裂解。
該發明所述的燒嘴為陶瓷燒嘴。陶瓷燒嘴可以耐高溫。爐底排灰密封裝置採用電力驅動的螺旋擠壓的方式排出爐底的灰渣，螺旋密封前面是一直流端，在螺旋擠壓過程中，灰分填充在這裡，實現爐底的密封狀態。
生物質氣化反應爐自動控制方法，其特徵在於：其方法包括下列步驟：
1、首先檢測物料層溫度TL、燃燒層溫度TR、還原層溫度TY、灰層溫度TH、爐底負壓PL；
2、檢測是否TR-TL≤15℃，若檢測結果為是，則進料裝置開始向爐膛內進料；
3、若步驟2的檢測結果為否，則繼續檢測是否TR-TL≥952℃，若檢測結果為是，則停止進料裝置向爐膛內進料；若檢測結果為否，則返回步驟2；
4、檢測是否TY-TH≤73℃或PL≥9000帕，若檢測結果為是，則爐排啟動旋轉，轉速控制為12.35轉/分鐘；
5、若步驟4的檢測結果為否，則繼續檢測是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000帕，若檢測結果為是，則爐排旋轉，轉速控制為11.32轉/分鐘；
6、若步驟5的檢測結果為否，則繼續檢測是否TY-TH≥102℃或PL≤200帕；若檢測結果為是，則爐排停止轉動，若檢測結果為否，則返回步驟4；
7、檢測是否900℃＜TL＜1050℃，若檢測結果為是，則爐膛燃燒層進風流量Q＝900立方米/小時；
8、若步驟7檢測結果為否，則繼續檢測是否1050℃＜TL＜1200℃，若檢測結果為是，則爐膛燃燒層進風流量Q＝780立方米/小時；
9、若步驟8的檢測結果為否，則返回步驟7。
7、根據權利要求6所述的生物質氣化反應爐自動控制方法，其特徵在於：爐頂配風流量為Q1，Q＝3.124Q1，當爐膛中的料層高度達到設定下限值時，開始向爐膛內輸送原料，直到料層高度達到設定上限為止。當物料高度，燃燒層、還原層、灰層、出氣口溫度，爐底負壓等參數達到設定上限值時，由爐排轉動傳動裝置開始工作，直到以上參數達到下限為止。爐底排灰密封裝置根據中央控制系統採集到的爐底灰層高度數據，適時啟動將灰渣及時排出。以上不同裝置的協同工作，保證了該氣化爐系統的穩定連續的運行。中央控制系統通過探測器取得物料層溫度（TL）、燃燒層溫度（TR）、還原層溫度（TY）、灰層溫度（TH），爐底負壓（PL）等參數，控制燃燒層高度（H），確保主動配風裝置準確直接地向燃燒層配風。
燃燒層高度邏輯控制關係：
1、TR-TL≤15℃時，進料裝置開始向爐膛內進料，直到TR-TL≥952℃時停止。
2、TY-TH≤73℃或PL≥9000帕時，爐排啟動旋轉，轉速控制為12.35轉/分鐘；
3、73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000帕時，爐排旋轉，轉速控制為11.32轉/分鐘；TY-TH≥102℃或PL≤200帕時，爐排停止轉動。爐頂配風流量為Q1，爐膛燃燒層配風流量為Q，維持Q＝3.124Q1。
改善效果
《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》的有益效果是：生物質氣化反應爐，包括爐頂、爐腰、爐膛、爐底、爐排、爐排轉動傳動裝置、爐底排灰密封裝置，所述爐排為至少兩個並列排列的爐排組成。採用富氧燃燒技術，利用爐頂與爐膛的主動配風裝置向燃燒層配風，提高燃燒層溫度，促進生物質及焦油的充分裂解，爐排及其爐底相關機構可以連續排灰、破渣，從而有效控制了爐排上的灰層厚度，進而控制了爐底負壓。其二，根據料層高度的監測，可以實現對爐膛內的自動餵料。以上兩點，便解決了2010年10月之前市場上氣化爐運行時間稍長便停爐需清理的弊病；使其可完全實現自動化，可以做到無人值守，從根本上降低了勞動強度；使貯氣櫃容量降低為原有的10％，大大降低了建站的成本投入；可以不間斷連續運行，爐排上方原料層及灰層高度可控，爐排下方的灰層高度及負壓可控，即爐況可控。
中央控制系統通過監測物料高度，燃燒層、還原層、灰層、出氣口溫度，爐底負壓等參數，控制爐排轉動來控制燃燒層溫度與高度，確保主動配風裝置準確直接地向燃燒層配風；安裝於爐底的密封排灰系統，可根據爐底的灰渣數量，適時啟動，將灰渣排出，同時確保沒有空氣從其排灰口進入，保證爐底密封狀態。該裝置較常規固定床氣化裝置氣化效率提高20％，熱值提高7％，燃氣中焦油含量下降60％該氣化裝置產氣範圍廣，可以套用於發電、供暖、工業套用及炊事等諸多領域。
附圖說明
圖1為《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》的結構示意圖，
圖2為圖1中沿A-A向剖視示意圖，
圖3為該發明的爐頂攪拌配風裝置的縱向剖視結構示意圖，
圖4為該發的燃燒層配風裝置結構示意圖，
圖5為該發生物質氣化反應爐自動控制方框圖，
圖6為該發生物質氣化反應爐自動控制方法流程圖，
圖中：1-爐頂，2-爐膛，3-鏈條，4-爐底，5-傳動軸，6-爐腰，7-爐頂攪拌配風裝置，8-燃燒層配風裝置，9-爐排，10-爐底排灰密封裝置，11-爐排電動機，12-電動機，13-配風通道，14-配風燒嘴，15-電動閥門，16-減速機，17-空心傳動軸，18-攪拌葉片，19-配風管道，20-燒嘴，21-閥門；101-中央控制系統，102-物料溫度，103-燃燒層溫度，104-還原層溫度，105-灰層溫度，106-爐底負壓。
權利要求
1.生物質氣化反應爐，包括爐頂、爐腰、爐膛、爐底、爐排、爐排轉動傳動裝置、爐底排灰密封裝置，其特徵在於：所述爐排為至少兩根並列排列的爐排組成；各爐排通過傳動軸用鏈條與電動機連線；所述的爐頂上有爐頂攪拌配風裝置，爐頂攪拌配風裝置由電動機、減速機、空心傳動軸及攪拌葉片組成，空心傳動軸的上端連線電動機和減速機，下端連線攪拌葉片，空心傳動軸的頂端通過電動閥門與配風風機連線，空心傳動軸的底端與配風燒嘴連線，空心傳動軸的中心為配風通道；所述的爐膛上設定有燃燒層配風裝置，所述燃燒層配風裝置包括多個配風管道，配風風管位於爐膛側壁上，配風管道的一端為燒嘴，位於爐膛內部，配風管道的另一端位於爐膛外側，通過閥門與配風風機連線。
2.根據權利要求1所述的生物質氣化反應爐，其特徵在於：所述的燒嘴為陶瓷燒嘴。
3.一種權利要求1所述的生物質氣化反應爐的自動控制方法，其特徵在於：其方法包括下列步驟：
1、首先檢測物料層溫度TL、燃燒層溫度TR、還原層溫度TY、灰層溫度TH、爐底負壓PL；
2、檢測是否TR-TL≤15℃，若檢測結果為是，則進料裝置開始向爐膛內進料；
3、若步驟2的檢測結果為否，則繼續檢測是否TR-TL≥952℃，若檢測結果為是，則停止進料裝置向爐膛內進料；若檢測結果為否，則返回步驟2；
4、檢測是否TY-TH≤73℃或PL≥9000帕，若檢測結果為是，則爐排啟動旋轉，轉速控制為12.35轉/分鐘；
5、若步驟4的檢測結果為否，則繼續檢測是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000帕，若檢測結果為是，則爐排旋轉，轉速控制為11.32轉/分鐘；
6、若步驟5的檢測結果為否，則繼續檢測是否TY-TH≥102℃或PL≤200帕；若檢測結果為是，則爐排停止轉動，若檢測結果為否，則返回步驟4；
7、檢測是否900℃＜TL＜1050℃，若檢測結果為是，則爐膛燃燒層進風流量Q＝900立方米/小時；
8、若步驟7檢測結果為否，則繼續檢測是否1050℃＜TL＜1200℃，若檢測結果為是，則爐膛燃燒層進風流量Q＝780立方米/小時；
9、若步驟8的檢測結果為否，則返回步驟7。
4.根據權利要求3所述的自動控制方法，其特徵在於：爐頂配風流量為Q1，Q＝3.124Q1。
實施方式
根據圖1和圖2所示，生物質氣化反應爐，包括爐頂1、爐腰6、爐膛2、爐底4、爐排9、爐排轉動傳動裝置、爐底排灰密封裝置10，爐排9為三個並列排列的爐排9組成，各爐排9通過傳動軸5用鏈條3與爐排電動機11連線。爐頂1上有爐頂攪拌配風裝置7，爐膛2上設定有燃燒層配風裝置8。
根據圖3所示，爐頂攪拌配風裝置7由電動機12、減速機16、空心傳動軸17及攪拌葉片18組成，空心傳動軸17的上端連線電動機12和減速機16，下端連線攪拌葉片18，空心傳動軸17的頂端通過電動閥門15與配風風機連線，空心傳動軸17的中心為配風通道19。
根據圖4所示，燃燒層配風裝置8包括多個配風管道19，配風管道19位於爐膛2側壁上，配風管道19的一端為燒嘴20，位於爐膛2內部，配風管道19的另一端位於爐膛2外側，通過閥門21與配風風機連線。
根據圖5所示，中央控制系統通過探測器取得物料層溫度（TL）、燃燒層溫度（TR）、還原層溫度（TY）、灰層溫度（TH），爐底負壓（PL）參數，控制燃燒層高度（H）。
根據圖6所示，步驟201、202和203分別檢測物料層溫度TL、燃燒層溫度TR、還原層溫度TY、灰層溫度TH、爐底負壓PL值，在步驟204中，檢測是否TR-TL≤15℃，若檢測結果為是，則在步驟207中進料裝置開始向爐膛內進料；若檢測結果為否，則在步驟205中繼續檢測是否TR-TL≥952℃，若檢測結果為是，則在步驟206中停止進料裝置向爐膛內進料；若檢測結果為否，則在步驟208中返回步驟204。在步驟209中檢測是否TY-TH≤73℃或PL≥9000帕，若檢測結果為是，則在步驟213中爐排啟動旋轉，轉速控制為12.35轉/分鐘；若檢測結果為否，則在步驟210中繼續檢測是否73℃≤TY-TH≤92℃或PL≥8000帕，若檢測結果為是，則在步驟214中爐排旋轉，轉速控制為11.32轉/分鐘；若檢測結果為否，則在步驟211中繼續檢測是否TY-TH≥102℃或PL≤200帕，若檢測結果為是，則在步驟215中爐排停止轉動，若檢測結果為否，則在步驟212中返回步驟209。在步驟216中檢測是否900℃＜TL＜1050℃，若檢測結果為是，則在步驟219中爐膛燃燒層進風流量Q＝900立方米/小時；若檢測結果為否，則在步驟217中繼續檢測是否1050℃＜TL＜1200℃，若檢測結果為是，則在步驟220中爐膛燃燒層進風流量Q＝780立方米/小時，若檢測結果為否，則在步驟218中返回步驟216。
榮譽表彰
2017年12月，《生物質氣化反應爐及其自動控制方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
