專利名稱：生物質可燃氣發生裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用含碳農業廢料生產可燃氣的裝置，特指利用榖殼之類的廢料生產可燃氣的獨立系統。(C10B 53/02)背景技術在可見的將來，我國農產品加工中產生的各種含碳廢料諸如榖殼、秸稈、玉米芯、棉柴、麥秸、豆萁之類，每年都只能燒掉。有些是當作炊事用柴燒掉的，但有很大一部份上述廢料是白白燒掉的。以稻榖為例，即使是一家小型的碾米廠，每天就能出產小山一樣的沒人收購的榖殼堆，而工廠的土地始終是有限的，當榖殼堆積到一定的數量時也只有一根火柴燒掉了。
為了解決上述的農業廢料問題，CN 96209603、CN 98222452、CN99220883、CN 00115739、CN 00220493等專利中都提出了種種煤氣發生爐，來把上述農業廢料制成可燃氣。由于上述專利(包括其它沒有在此列出的同類專利)都只教大家如何制造爐具，而這些爐具的大致尺寸、生產能力、運行配套部件等等資料都一律欠奉，所以實施起來困難重重。例如，CN96209603使用了負壓爐膛，在運行時需要不斷地加水和人工扒灰，而且由于沒有任何自動監控手段，如何使運行處于最佳狀態都是一個問題。CN00220493是正爐壓，雖有了一些簡單的爐溫監察手段并且完全不須要水，但由于爐中產生的燃氣是直接輸出的，從燃氣中分離爐灰和雜質的機制又沒有很好交代，所以不可避免地會有各種雜質，例如灰份、焦油混入燃氣輸出，因此這種燃氣是不能直接輸出使用的。
因此，一個制造商即使綜合了上述各種專利，還是沒法根據一定的容量制造出一個輸出燃氣能被立即使用的燃氣發生裝置。更無從知曉該裝置究竟須要占用多少地面這個基本問題了。按上述各專利制造的燃氣發生裝置，其運行既需要許多額外的配件(例如供水裝置、煤氣過濾裝置，冷卻水池等等)，運輸和組裝等資料更是須要在自己按供氣量設計出裝置的具體尺寸后才能估計出來。
實用新型內容本實用新型的主要目的，在于提供一種輸出容量和設備體積都是已知的模塊化榖殼燃氣發生裝置，所有另部件可以裝在四個集裝箱中，現場裝、拆時間少于兩星期，無須復雜的地基和操作用的房舍，使用榖殼之類的小顆粒原料時可以直接進料，使用秸稈時則要先行碎料才能進料，運行時除了約20千瓦的電源外不需要任何額外支持，本裝置使用封閉式循環水清洗和冷卻系統使輸出燃氣的質量可以直接作為燃料供100千瓦至1000千瓦的發電機或發電機組發電，榖殼耗用量相應為150公斤/小時及1500公斤/小時，風量相應為300立方米/小時至5000立方米/小時，本裝置使用正、負風壓系統進行溫控、冷卻、運輸、除塵，使用污水凈化系統使循環水能重復使用，整個裝置由操作人員進行溫度和氣壓的監控。
本實用新型的上述目的是這樣實現的，本實用新型提供的一種生物質可燃氣發生裝置，包括外殼，其中，還包括一生物質可燃氣發生系統；一封閉式循環水清洗和冷卻系統，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一污水凈化系統，與所述封閉式循環水清洗和冷卻系統相連接；一溫度壓力控制系統，與所述生物質可燃氣發生系統相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述生物質可燃氣發生系統包括，處于正常氣壓的榖殼料斗、輸送機構和負壓氣化爐，所述輸送機構的進料端與榖殼料斗相連接，而其出料端與負壓氣化爐相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述生物質可燃氣發生系統進一步包括一旋風除塵器，所述旋風除塵器與所述負壓氣化爐相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述生物質可燃氣發生系統進一步包括儲氣罐，所述儲氣罐通過封閉式循環水清洗和冷卻系統與所述旋風除塵器相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述負壓氣化爐與一可變風量的風機相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述輸送機構為螺旋送料機。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述封閉式循環水清洗和冷卻系統包括，一冷卻塔，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一湍流塔，與所述冷卻塔相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中， 所述污水凈化系統包括一污水收集管，與所述封閉式循環水清洗和冷卻系統相連接；多個污水處理池，與所述污水收集管相連接；一空氣冷卻塔，與所述污水處理池相連接；一脫水筒，與所述空氣冷卻塔連接；一水缸，與所述空氣冷卻塔相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述多個污水處理池包括一個除油池，所述除油池的頂部具有儲油箱，以及至少一個斜板沉淀池。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述脫水筒與一風機相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述生物質可燃氣發生裝置進一步包括一密封式排灰系統，與生物質可燃氣發生系統相連接，其包括一個控制排灰的關風機，一機動軟管，與所述關風機相連接，以及一高速噴射風管，與所述關風機相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述高速噴射風管與一風機相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述溫度壓力控制系統包括一溫度傳感器，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一溫控器，分別與所述溫度傳感器和所述生物質可燃氣發生系統相連接，一壓力傳感器，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；以及，一壓力控制器，分別與所述壓力傳感器和所述生物質可燃氣發生裝置相連接。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述可燃氣發生裝置包括一氣化爐及一儲氣罐，所述溫度傳感器設于氣化爐，所述壓力傳感器設置于該儲氣罐。
本實用新型所述的生物質可燃氣發生裝置，其中，所述外殼為集裝箱。
如上所述，本實用新型提供的榖殼燃氣發生裝置包括下列特征(1)運輸總體為四個集裝箱的快速裝拆式結構模塊。
(2)獨特的生物質可燃氣發生系統，用以防火及防止燃氣的回流和外漏。
(3)封閉式循環水冷卻降溫系統，用以對整個系統的氣體進行清洗和冷卻。
(4)風控系統，用以控制高溫區的溫度、冷卻、防止粉塵污染、減少臭味擴散。
(5)以負壓空氣作為運輸介質的排灰系統。
(6)污水凈化系統，用以除去污水中的焦油等上浮物和水中的固體懸浮物，從而大大降低水的化學需氣量(COD)以便水能循環使用。
(7)能自動監測爐溫和儲氣壓力并作出反應的控制系統。
圖1a是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的外形立體圖；圖1b是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的外形平面圖；圖2是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的基礎布置圖；圖3是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的生物質可燃氣發生系統圖；圖4是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的封閉式循環水冷卻降溫系統圖；圖5是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的風控系統圖；圖6是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的排灰系統圖；圖7是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的污水凈化系統圖；圖8是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的控制系統圖。
具體實施方式
請參考圖1a、圖1b和圖2，其中圖1a、圖1b是本實用新型榖殼燃氣發生裝置的外形的立體圖與平面圖，圖2是本實用新型榖殼燃氣發生裝置的基礎布置圖。由圖1a可知本實用新型的裝置有兩個集裝箱11，12，尺寸為6058×2591毫米，是一上一下疊在一起并裝有門戶和舷梯。第三個集裝箱13(尺寸同上)和該第一、第二個集裝箱11、12成直角布置，第四個集裝箱14尺寸為6012×2438毫米，直立地布置在該第三個集裝箱13上同時貼近該第一、第二個集裝箱11、12。當本實用新型的裝置在任何沒有地基的曠野安裝時，必須使用圖2所示的十三個立方形混凝土基礎，其尺寸為600×600×600(立方毫米)。對于那些原來就能堆置兩層集裝箱的地面，本實用新型的裝置可以直接進行就地安裝。
在該第二個集裝箱頂上主要布置著儲氣罐21，一個清洗降溫器24兩個湍流塔22、23，參閱圖1b。在第三個集裝箱13的頂上有直立著的集裝箱14是用作榖殼入料倉34、氣化爐35和旋風除塵器36。
按本實用新型尺寸制造的裝置其燃氣輸出量適用于100千瓦至1兆瓦發電機用的發動機。發電量小的場合可以考慮把多余的煤氣或本裝置的熱能用于生活方面，例如煮食或洗澡。裝載本實用新型所有另部件的四個標準集裝箱在運到目的地，取出另部件后本身就是裝置的一部份。現場只須略加平整至可以鋪設本裝置所須的基礎，就可以把集裝箱放置在這些基礎上，開始在集裝箱上安裝上述的另部件了。本裝置從四個集裝箱運抵現場到安裝完畢或把安裝好的裝置拆散裝成四個集裝箱，只要兩個星期。
請參閱圖3。圖3是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的生物質可燃氣發生系統圖。圖3中的榖殼入料倉34本身就是一個集裝箱14，榖殼由外從頂部的入口31輸入，堆在大料斗中，再由料斗下面的輸送機構37送至工作溫度達700℃的不須注入水蒸氣的負壓氣化爐35。該入料倉料斗以上的部份是一個有蓋的容器，頂部還有一個除塵排風口32，用來把輸送榖殼的帶浮塵的空氣泄走。通常只須在該排風口32上扎一個布袋除塵就行了。輸送機構37是一個由電動機帶動的螺旋送料機，改變電動機的轉速就能改變送料量，從而改變燃氣發生量。當然，在改變榖殼送進量時同時也要相應地改變氣化爐35的進風量。由于送料是由正壓室通過螺旋送料機37送至負壓室的，所以能有效地防止回火和回氣。把榖殼送到氣化爐35的下部后，榖殼就被由氣化爐35底部向上吹的氣流托向上并在氣化爐35的中部氣化。煤氣由氣化爐35的頂部被風機56抽出去(就是這個抽吸作用使爐膛呈負壓的)，進入旋風除塵器36的上部。由于氣化爐35和旋風除塵器36都是先有的公開技術，它們的具體結構并不是本專利的內容，所以不在這里多談了。
旋風除塵器36的上部是一個旋風分離器，用來把氣化爐35出來的燃氣中的大粒子和燃氣分離，谷殼灰就由旋風除塵器36的底部排出(下面還要談到)，燃氣就由旋風除塵器36的頂部通過管道39送到冷卻塔24，見圖4。由于燃氣只是在約700℃的高溫下作了初步的分離，從旋風除塵器36出來的煤氣有450℃，因此可以在旋風除塵器36的外面加一個水套(圖中未示出)來降溫，也可以利用該水套來提供生活用的熱水。不論加不加水套，凡是溫差會超過60℃的管道就一定要用納米油漆涂覆，以防止溫度變化(例如停機、開機)時漆層的剝落。有些溫度高又不便加水套的管道(例如管道39)就必須涂上散熱涂料以降低管道本身以及管道中的燃氣溫度。由于從管道39輸出的燃氣中還有很多微小的顆粒和氣化了的雜質，所以要在冷卻清洗系統中反復處理后(最高為50℃)才能輸送給發電裝置。
請參閱圖4。圖4是本實用新型榖殼燃氣發生裝置采用的封閉式循環水冷卻降溫系統圖，該系統除了用來凈化燃氣，還用來冷卻燃氣以便使燃氣中一些在高溫時氣化了的雜質(例如焦油)冷凝析出以便除去。由于各地的土地和水源都很緊張，如果一個燃氣發生裝置須要占用大面積的土地和無限量供水的話，則很多地區就不可能采用它了。但水冷裝置究竟是效率最高的一種冷卻裝置，為此本實用新型的裝置采用了水冷裝置，但是有限量的水在體積緊湊的本裝置內不斷地循環使用，巧妙地解決了土地和水源問題。圖4上半部展示出了來自圖3的旋風除塵器36的燃氣在圖4中進入了冷卻塔24，再經過兩個湍流塔22和23，最后進入儲氣罐21。圖4的下半部示出了各處所使用的給水是來自位于集裝箱13內的水缸45，各處的排水則先由一組污水收集管27收集匯總后流經位于集裝箱12中的三個污水處理池40、41、42，再通過空氣冷卻塔43回到水缸45。44為空氣脫水用的脫水筒。第一個池40是油水分離池，浮于水面的油經池右面的缺口瀉入儲油箱401中。池40中的水則由下部進入第二池41。池41中有很多斜隔板，使水中的顆粒沉淀于池底。池41的水由上部溢流至第三池42，池42和池41一樣，也有許多斜隔板，使未沉淀的顆粒沉淀至池底。池42中的水由上部溢流至空氣冷卻塔43頂部，由上至下經多個斜擋板折流下。冷風由風管46(見圖5)輸入水缸45上部，再由冷卻塔43的底部逆流而上，冷卻向下的折流后，由脫水筒44的另端逸出。水缸45中冷卻了的清潔水由位于水缸下部的水泵47經一組上水管道泵至各處使用。
請參閱圖5。圖5是本實用新型榖殼燃氣發生裝置的風控系統圖。由圖可知本實用新型的裝置共有兩個用于空氣的鼓風機，不包括燃氣抽吸風機56，風機51只用于氣化爐35的鼓風，風機52既用于冷卻本裝置的循環水，也用于除灰系統。所以風機51的送風量是可控的，以便配合氣化爐35中不同的榖殼輸入量及維持700℃的爐溫。風機52的風量是恒定的，它的進氣是由進氣管50經過水缸45中的水的凈化，再由冷卻塔43的底部曲折向上以冷卻自塔頂曲折向下的水流，再經過脫水筒44脫水后進入風機52，由風機52出來的風經過高速噴射風管53去到吹灰系統。在高速噴射風管53的左邊呈現著負壓，所以可接氣化爐35的臨時除塵管54和一條機動的除塵軟管55。通過本實用新型的風控系統可以控制高溫區的溫度、冷卻、防止粉塵污染、減少臭味擴散。
請參閱圖6。圖6是本實用新型榖殼燃氣發生裝置的排灰系統圖，整個系統被置于集裝箱13的前端，集裝箱13的被集裝箱11遮住的后端是水缸45和冷卻塔43以及脫水筒44等等。在圖6能見到的集裝箱13前端所形成的榖殼灰房內，由于有一條負壓的機動軟管55，所以整間房呈負壓狀態，在該房內的氣化爐35和旋風除塵器36的排灰管及控制排灰的關風機57泄漏的谷殼灰都不可能逸出這間房。所以可以很方便地用該機動軟管55吸除排出房外。
本實用新型裝置的污水凈化系統，用以除去循環水中的焦油等上浮物和水中的固體懸浮物，從而大大降低水的化學需氣量(C.O.D.)以便水能循環使用，一部份已在圖4中講過，詳細的敘述見圖7。圖7是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的污水凈化(斜板沉淀)系統圖，圖中雖然并排畫著三個棱錐形底部的污水處理池，但它們實際上是一豎兩橫地作『仁』字形排列的。第一個池是除油池40，污水由左上角注入，依箭頭方向由右下角流出進入第二池。因為油輕于水，所以浮在池面的油溢入位于右上角的儲油箱401中。儲油箱401中的油會被定期清走。污水中大粒的懸浮物自然下沉至下部的錐形排渣斗。
第二個池是斜板沉淀池41，由左下角進來的已除了油的污水依箭頭方向向上涌經多個斜板，污水中的懸浮物與斜板摩擦而下沉，掉到池底的錐形排渣斗。浮在水面的油則溢入位于池左上角的儲油箱402中。本斜板沉淀池41和除油池40的水位是相同的。本斜板沉淀池41的右上角在水面下有一個管道把經過本池41處理過的污水引至下一個斜板沉淀池42的下部。
第三個池是斜板沉淀池42，由左下角進來的污水依箭頭方向上涌經過多個斜板，其過程和第二個池41完全相同，但本斜板沉淀池42的水位低于第一40和第二41兩池。經過本斜板沉淀池42處理的水在本池右上方的水面下引出至冷卻塔43。且儲油箱403中的油可回流倒儲油箱401中。
本實用新型裝置提供能自動監測爐溫和儲氣壓力并作出反應的控制系統，一部份已在上面提過，例如控制榖殼輸入量用的可變轉速的榖殼輸送機構37，如螺旋送料機等，向氣化爐35供風的可變風量風機51等等。圖8是本實用新型榖殼煤氣發生裝置的控制系統圖，顯示了在本實施例中這種溫度(0℃至1300℃)和壓力(0至300毫米水柱)的監察是由設置于氣化爐35中的溫度傳感器61和設置在儲氣罐21中的壓力傳感器62來自動完成的。溫度傳感器61把測得的溫度數據傳給溫控器63，溫控器63根據該數據與預先輸入的標準值比較后作出反應。例如，測得的數據高于標準值(700℃)，則溫控器63就根據高出的程度輸出適當強度的信號控制風機51的閥門，使風機51的進風口收小，以及使螺旋送料機37的電機轉速降低。這樣，氣化爐35的進風小了，進料也少了，溫度就會降下來。如果測得的數據低于標準值，溫控器就會使風量增大及使進料增加從而使爐溫提高。
同樣道理，圖8中的壓力傳感器62把測得的壓力數據傳給壓力控制器64，壓控器64把收到的數據和預先輸入的標準值比較后作出反應。例如，測得的壓力數據高于標準值剛使單向閥65開大，即使得向氣化爐35抽吸的負壓減小，從而減小了儲氣罐21中的氣壓。當測得的壓力數據低于標準值時，壓控器64就會收小單向閥65的開口，甚至完全關閉單向閥65，使氣化爐35在較高或最大的負壓下工作，從而最大程度地把燃氣抽至儲氣罐21中，使儲氣罐21中的氣壓增大。這樣，就能采用風量不能調節的風機56。
由于上述的溫控及壓控的傳感器，控制器，以及它們所用的信號及控制線路和控制組件(例如繼電器)之類都是先有技術，不屬于本實用新型的范圍，所以如何接線之類的詳情就不在這里多談了。
權利要求1.一種生物質可燃氣發生裝置，包括外殼，其特征在于，還包括一生物質可燃氣發生系統；一封閉式循環水清洗和冷卻系統，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一污水凈化系統，與所述封閉式循環水清洗和冷卻系統相連接；一溫度壓力控制系統，與所述生物質可燃氣發生系統相連接。
2.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述生物質可燃氣發生系統包括，處于正常氣壓的榖殼料斗、輸送機構和負壓氣化爐，所述輸送機構的進料端與榖殼料斗相連接，而其出料端與負壓氣化爐相連接。
3.如權利要求2所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述生物質可燃氣發生系統進一步包括一旋風除塵器，所述旋風除塵器與所述負壓氣化爐相連接。
4.如權利要求3所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述生物質可燃氣發生系統進一步包括儲氣罐，所述儲氣罐通過封閉式循環水清洗和冷卻系統與所述旋風除塵器相連接。
5.如權利要求2或3或4所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述負壓氣化爐與一可變風量的風機相連接。
6.如權利要求2或3或4所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述輸送機構為螺旋送料機。
7.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述封閉式循環水清洗和冷卻系統包括，一冷卻塔，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一湍流塔，與所述冷卻塔相連接。
8.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述污水凈化系統包括一污水收集管，與所述封閉式循環水清洗和冷卻系統相連接；多個污水處理池，與所述污水收集管相連接；一空氣冷卻塔，與所述污水處理池相連接；一脫水筒，與所述空氣冷卻塔連接；一水缸，與所述空氣冷卻塔相連接。
9.如權利要求8所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述多個污水處理池包括一個除油池，所述除油池的頂部具有儲油箱，以及至少一個斜板沉淀池。
10.如權利要求8或9所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述脫水筒與一風機相連接。
11.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述生物質可燃氣發生裝置進一步包括一密封式排灰系統，與生物質可燃氣發生系統相連接，其包括一個控制排灰的關風機，一機動軟管，與所述關風機相連接，以及一高速噴射風管，與所述關風機相連接。
12.如權利要求11所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述高速噴射風管與一風機相連接。
13.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述溫度壓力控制系統包括一溫度傳感器，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；一溫控器，分別與所述溫度傳感器和所述生物質可燃氣發生系統相連接，一壓力傳感器，與所述生物質可燃氣發生系統相連接；以及，一壓力控制器，分別與所述壓力傳感器和所述生物質可燃氣發生裝置相連接。
14.如權利要求13所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述可燃氣發生裝置包括一氣化爐及一儲氣罐，所述溫度傳感器設于氣化爐，所述壓力傳感器設置于該儲氣罐。
15.如權利要求1所述的生物質可燃氣發生裝置，其特征在于，所述外殼為集裝箱。
專利摘要本實用新型公開了一種輸出容量和設備體積都是已知的、模塊化的、所有零部件可以裝在四個集裝箱中的燃氣發生裝置。現場裝、拆時間少于兩星期。無須復雜的地基和操作用的房舍。使用轂殼之類的小顆粒原料時可以直接進料，使用秸稈時則要先行碎料才能進料。運行時除了約20千瓦的電源外不需要任何額外支持。由于使用了封閉式的循環水清洗和冷卻系統，所以輸出的煤氣的質量可以直接作為燃料發電。由于使用了完善的風控系統，所以可以用風來完成本裝置的運輸、排灰、冷卻、除臭等工作。整個裝置在全自動監控下進行工作。全部外露零部件涂有納米油漆，超過200℃的所有外露零部件涂有散熱涂料。
文檔編號C10B53/02GK2633888SQ0326419
公開日2004年8月18日 申請日期2003年5月30日 優先權日2003年5月30日
發明者盧奕昌 申請人:江西必高生物質能有限公司