一种生物质热解气化炉的控制方法与流程

本发明涉及生物质热解气化技术领域，具体而言，涉及一种生物质热解气化炉的控制方法。

背景技术：

近年来，随着我国科技的发展和对环保的要求越来越高，能源结构变革迫在眉睫，清洁燃气需求量增大，从技术发展与应用推广角度，热解气化制备生物质气化燃气正逐渐受到广泛关注与重视。

生物质热解气化技术是近年来发展的一项较新的秸秆利用技术，即将秸秆等生物质原料转化为气体燃料的热化学过程。秸秆等生物质原料在缺氧的条件下，在气化反应器中发生部分燃烧，以提供气化吸热反应所需的热量，使秸秆在700-850℃左右的气化温度下发生热解气化反应，转化为含h2、co和低分子烃类的燃气。秸秆热解气化得到的燃气既可以直接作为锅炉燃料供热，又可以经过除尘、除焦、冷却等净化处理后，为燃气用户集中供气，或者驱动燃气轮发电机或燃气内燃发电机发电。

生物质热解气化炉从进料口向反应釜内填入定量的秸秆等生物质，但秸秆等生物质有一定的含水量，会降低旋转反应釜内的温度，导致无法达到热解气化温度，后续添加可燃物会造成升温延后，后期温度过高对设备产生损坏，以上因素会导致生物质热解气化炉的温度存在较大的波动，导致生物质热解气化的效率较低，无法稳定持续的产生燃气。

技术实现要素：

本发明旨在解决生物质热解气化炉在运行过程中温度存在较大的波动，影响生物质热解气化的效率和产气量的稳定性的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种生物质热解气化炉的控制方法，所述生物质热解气化炉包括旋转反应釜、炉膛、助燃风机和烟气风机，其中，所述旋转反应釜用于热解气化产生燃气，所述炉膛设置在所述旋转反应釜的外部，用于对所述旋转反应釜进行保温，所述助燃风机和所述烟气风机分别设置在所述炉膛的两端，且分别适于向所述炉膛中输送用于燃料燃烧的氧气与排出所述炉膛内燃料燃烧产生的烟气，所述控制方法包括：

获取燃气温度值；

根据所述燃气温度值，判断是否对所述旋转反应釜中物质的量、所述助燃风机的转速和所述烟气风机的转速中的至少一个进行调整。

优选地，所述根据所述燃气温度值，判断是否对所述旋转反应釜中物质的量、所述助燃风机的转速和所述烟气风机的转速中的至少一个进行调整包括：

根据所述燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系，判断是否调整所述助燃风机的转速，或所述助燃风机的转速和所述烟气风机的转速，或所述助燃风机的转速、所述烟气风机的转速和所述旋转反应釜中物质的量。

优选地，所述根据所述燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系，判断是否调整所述助燃风机的转速，或所述助燃风机的转速和所述烟气风机的转速，或所述助燃风机的转速、所述烟气风机的转速和所述旋转反应釜中物质的量包括：

判断所述燃气温度值是否为所述预设燃气温度值，若是，则维持当前的运行状态，若否，则调整所述助燃风机的转速；

持续调整第一预设时长的所述助燃风机的转速后，再次判断所述燃气温度值是否为所述预设燃气温度值，若是，则维持当前运行状态，若否，则调整所述烟气风机的转速；

持续调整第二预设时长的所述烟气风机的转速后，再次判断所述燃气温度值是否为所述预设燃气温度值，若是，则维持当前的运行状态，若否，则调整所述旋转反应釜中物质的量，并形成持续的判断与调整，直至所述燃气温度值为所述预设燃气温度值。

优选地，所述调整所述助燃风机的转速包括：

若所述燃气温度值大于所述预设燃气温度值，则降低所述助燃风机的转速；若所述燃气温度值小于所述预设燃气温度值，则提高所述助燃风机的转速。

优选地，所述调整所述烟气风机的转速包括：

若所述燃气温度值大于所述预设燃气温度值，则提高所述烟气风机的转速；若所述燃气温度值小于所述预设燃气温度值，则降低所述烟气风机的转速。

优选地，所述调整旋转反应釜中物质的量包括：调整所述旋转反应釜中生物质原料的进料量，和/或，调整所述旋转反应釜中碳渣的出料量。

优选地，所述调整所述旋转反应釜中生物质原料的进料量包括：若所述燃气温度值大于所述预设燃气温度值，则增加所述生物质原料的进料量，以及减少所述旋转反应釜中碳渣的出料量；若所述燃气温度值小于所述预设燃气温度值，则减少或停止所述生物质原料的进料量，以及增加所述旋转反应釜中碳渣的出料量。

优选地，所述调整所述旋转反应釜中碳渣的出料量包括：调整所述旋转反应釜的转向，或，调整所述旋转反应釜的正反转时间的比值。

优选地，所述调整所述旋转反应釜的转向包括：若所述燃气温度值大于所述预设燃气温度值，则所述旋转反应釜正转；若所述燃气温度值小于所述预设燃气温度值，则所述旋转反应釜反转。

优选地，所述调整所述旋转反应釜的正反转时间的比值包括：若所述燃气温度值大于所述预设燃气温度值，则提高所述旋转反应釜的正反转时间的比值；若所述燃气温度值小于所述预设燃气温度值，则降低所述旋转反应釜的正反转时间的比值。

与现有技术相比，本发明所述生物质热解气化炉的控制方法通过获取燃气温度值，来判断生物质热解气化炉在运行过程中温度是否恒定在一定的范围内，并通过调整旋转反应釜中物质的量、助燃风机的转速和烟气风机的转速，将生物质热解气化炉的温度恒定在一定的范围内，有利于提高生物质热解气化的效率，并能稳定持续的产生燃气；并且，本发明的控制方法通过逐级的判断与及时调整，使生物质热解气化炉的温度更易于控制，该控制方法简单、直接有效。

附图说明

图1为本发明实施例的生物质热解气化炉的结构示意图；

图2为本发明实施例的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例的控制方法的详细流程图；

附图标记说明：

1-旋转反应釜；2-炉膛；3-链排；4-助燃风机；5-烟气风机；6-进料管道；7-燃气管道。

具体实施方式

生物质热解气化炉在点火初期，通过放在链排上的可燃物燃烧、从进料口向反应釜内输送定量的秸秆等生物质原料、调整反应釜的转向等对炉膛和反应釜加热，当生物质热解气化炉达到生物质原料的热解气化温度后，停止添加可燃物，进行生物质热解气化炉的预热，预热之后通过热解气化反应消耗掉反应釜内的秸秆，之后再通过反复的人为的上料、卸料，以此来进行热解气化产生燃气。在生物质热解气化炉的运行过程中，由于秸秆等生物质有一定的含水量，会降低旋转反应釜内的温度，导致无法达到热解气化温度，后续添加可燃物会造成升温延后，后期温度过高对设备产生损坏，以上因素加上人为的上料和卸料会导致生物质热解气化炉的温度存在较大的波动，且人为操作的可控性极差、控制精度极低，从而造成生物质热解气化炉的效率较低，无法稳定持续的产生燃气。

本发明的实施例提供了一种生物质热解气化炉的控制方法，能使旋转反应釜的温度恒定在一定的范围，从而使燃气温度恒定在一定的范围，提高了生物质热解气化的效率，并能稳定持续的产生燃气。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“第一”、“第二”和“第三”等仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”和“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

结合图1所示，本发明的实施例提供了一种生物质热解气化炉包括旋转反应釜1、炉膛2、链排3、助燃风机4、烟气风机5、进料管道6和燃气管道7，其中，旋转反应釜1用于热解气化产生燃气，炉膛2设置在旋转反应釜1的外部，用于对旋转反应釜1进行保温，链排3设置在旋转反应釜1和炉膛2之间，用于承载燃料并对旋转反应釜1进行加热，助燃风机4和烟气风机5均设置在炉膛2的外部，且助燃风机4和烟气风机5分别设置在炉膛2的两端，其中，助燃风机4设置在靠近链排3的一侧，烟气风机5设置在远离链排3的一侧，适于向炉膛2中输送用于燃料燃烧的氧气与排出炉膛2内燃料燃烧产生的烟气，进料管道6和燃气管道7设置在旋转反应釜1的两端，适于生物质原料进料和输送燃气。

本发明的实施例提供的生物质热解气化炉还包括温度采集装置(图1中未示出温度采集装置)，通过温度采集装置获取燃气的温度，从而确定生物质热解气化炉在运行过程中温度是否存在较大的波动。

生物质热解气化炉在正常运行的过程中，炉膛2的温度略大于或等于旋转反应釜1的温度，以起到更好的保温效果，但由于旋转反应釜1设置在炉膛2的内部，因此，旋转反应釜1的出气口的温度和炉膛2的温度都能反映燃气的温度值，不论是采集旋转反应釜1的温度还是采集炉膛2的温度都能获取燃气的温度值。

本发明的实施例中，既可以在旋转反应釜1的出气口设置温度采集装置，也可以在炉膛2的内部设置温度采集装置，还可以在旋转反应釜1的出气口和炉膛2的内部均设置温度采集装置。

在一些优选实施方式中，在旋转反应釜1的出气口和炉膛2的内部均设置温度采集装置，其中，炉膛2的内部设置有两个温度采集装置，两个温度采集装置沿炉膛2的两端(上下两端、左右两端或前后两端)对称设置，通过对称设置两个温度采集装置以获取炉膛2的温度平均值，提高炉膛2温度值的准确性。

本发明的实施例中的温度采集装置可以选择测温热电偶，也可以选择其它的温度采集装置，本发明对此不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行选择。

结合图2所示，本发明的实施例提供了一种生物质热解气化炉的控制方法，包括：

获取燃气温度值；

根据燃气温度值，判断是否对旋转反应釜1中物质的量、助燃风机4的转速和烟气风机5的转速中的至少一个进行调整。

具体地，该生物质热解气化炉的控制方法包括：

获取燃气温度值；

根据燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系，判断是否调整助燃风机4的转速，或助燃风机4的转速和烟气风机5的转速，或助燃风机4的转速、烟气风机5的转速和旋转反应釜1中物质的量。

需要说明的是，通过获取旋转反应釜1出气口的温度或获取炉膛2内部的温度，获取燃气温度值，在生物质热解气化炉正常运行时，旋转反应釜1出气口的温度和炉膛2内部的温度均维持为预设燃气温度值。

需要说明的是，本领域的技术人员可以根据旋转反应釜的容积、旋转反应釜的进料量和旋转反应釜中热解气化的压力等工艺参数确定旋转反应釜的温度值，再根据可以允许的温度误差值，计算出预设燃气温度值，即：(旋转反应釜的温度值-2×温度误差值)≤预设燃气温度值≤(旋转反应釜的温度值 2×温度误差值)，其中，本发明的实施例中对旋转反应釜的温度值和温度误差值的具体数值范围不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行确定，例如，旋转反应釜的温度值为750℃，温度误差值为3-5℃，预设燃气温度值为740-760℃。

更具体地，结合图3所示，根据燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系，判断是否调整助燃风机4的转速，或助燃风机4的转速和烟气风机5的转速，或助燃风机4的转速、烟气风机5的转速和旋转反应釜1中物质的量，包括：

先判断燃气温度值是否为预设燃气温度值，若是，则维持当前的运行状态，若否，则调整助燃风机4的转速；

持续调整第一预设时长的助燃风机4的转速后，再次判断燃气温度值是否为预设燃气温度值，若是，则维持当前运行状态，若否，则调整烟气风机5的转速；

持续调整第二预设时长的烟气风机5的转速后，再次判断燃气温度值是否为预设燃气温度值，若是，则维持当前的运行状态，若否，则调整旋转反应釜1中物质的量，并形成持续的判断与调整，直至所述燃气温度值为预设燃气温度值。

其中，形成持续的判断与调整包括：

持续调整第三预设时长的旋转反应釜1中物质的量后，再次判断燃气温度值是否为预设燃气温度值，若是，则维持当前的运行状态，若否，则按照上述顺序依次判断是否调整助燃风机4的转速、烟气风机5的转速和旋转反应釜1中物质的量，直至燃气温度值为预设燃气温度值。

需要说明的是，本发明的实施例对第一预设时长、第二预设时长和第三预设时长的具体数值范围不作进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整，例如：1min、3min、5min或10min。

其中，根据燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系调整助燃风机4的转速和烟气风机5的转速，具体包括：

若燃气温度值大于预设燃气温度值，则降低助燃风机4的转速；若燃气温度值小于预设燃气温度值，则提高助燃风机4的转速。通过调整助燃风机4的转速以控制氧气的供给量，从而调整链排3上的燃料燃烧产生的热量，进而调整燃气的温度值，使燃气温度值达到预设燃气温度值。

若燃气温度值大于预设燃气温度值，则提高烟气风机5的转速；若燃气温度值小于预设燃气温度值，则降低烟气风机5的转速。通过调整烟气风机5的转速以调整炉膛2内烟气的量，从而调整炉膛2的温度，使燃气温度值达到预设燃气温度值。

生物质热解气化炉正常运转时，助燃风机4的转速和烟气风机5的转速均维持在一定的范围内，一般而言，助燃风机4的转速为助燃风机4最高转速的10-100％，烟气风机5的转速为烟气风机5最高转速的10-100％。为了维持炉膛2内的压力，从而保证燃气的品质和产气量的稳定性，在本发明的一些优选实施例中，当判断燃气温度值大于预设燃气温度值时，助燃风机4的转速的调节范围为助燃风机4最高转速的10％至100％，烟气风机5的转速的调节范围为烟气风机5最高转速的30％至80％；当燃气温度值小于预设燃气温度值时，助燃风机4的转速的调节范围为助燃风机4最高转速的10％至50％，烟气风机5的转速的调节范围为烟气风机5最高转速的10％至100％。

需要说明的是，本发明的实施例对助燃风机4和烟气风机5的最高转速不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际选择的助燃风机4和烟气风机5进行确定。

调整旋转反应釜1中物质的量包括：调整旋转反应釜1中生物质原料的进料量，和/或，调整旋转反应釜1中碳渣的出料量。

其中，根据燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系调整旋转反应釜1中生物质原料的进料量，和/或，调整旋转反应釜1中碳渣的出料量。

在本发明的一些优选实施方式中，调整旋转反应釜1中物质的量包括：调整旋转反应釜1中生物质原料的进料量和调整旋转反应釜1中碳渣的出料量。

具体地，根据燃气温度值与预设燃气温度值之间的大小关系调整旋转反应釜1中生物质原料的进料量和调整旋转反应釜1中碳渣的出料量，包括：

若燃气温度值大于预设燃气温度值，则增加旋转反应釜1中生物质原料的进料量，以及减少旋转反应釜1中碳渣的出料量；

若燃气温度值小于预设燃气温度值，则减少或停止旋转反应釜1中生物质原料的进料量，以及增加旋转反应釜1中碳渣的出料量。

其中，生物质原料一般具有一定的含水量，且生物质原料的温度一般不高于40℃，因此，当生物质原料进料时会降低旋转反应釜1内的温度，从而降低热解气化的温度和燃气温度。因此，在本发明的实施例中，通过调整旋转反应釜1中生物质原料的进料量调整燃气的温度值。

旋转反应釜1在正常运行时会根据不同的情况，进行正转和反转，当旋转反应釜1正转时，旋转反应釜1内的抛料板将旋转反应釜前端的生物质原料向旋转反应釜后端输送，在旋转反应釜1内进行热解气化，产生燃气以及碳渣；当旋转反应釜1反转时，旋转反应釜1进行卸料，将碳渣落在链排3上，增加了链排3上燃料的量，为旋转反应釜1热解气化提供更多的热量，从而提高了燃气的温度值。因此，在本发明的实施例中，通过调整旋转反应釜1的转向调整旋转反应釜1中碳渣的出料量，从而调整燃气温度值。具体地，若燃气温度值大于预设燃气温度值，则旋转反应釜1正转，停止出料；若燃气温度值小于预设燃气温度值，则旋转反应釜1反转，进行出料。

为了能提高生物质热解气化的效率，提高燃气的品质和稳定持续的产生燃气，在本发明的一些优选实施例中，旋转反应釜1正转一段时间后，反转一段时间，如此循环运行，从而间歇地卸碳渣，调整旋转反应釜1中碳渣的出料量。一般而言，旋转反应釜1在达到预设燃气温度值之前，保持正转，通过链排3上的燃料燃烧以提高燃气温度，当燃气温度达到预设燃气温度值时，旋转反应釜1按照预设正反转时间的比值运行，并保持该预设正反转时间的比值持续运行，即按照正转m分钟后，反转n分钟运行，以保证旋转反应釜1中能不断地进行热解气化，产生燃气，并间歇将碳渣卸下，从而使旋转反应釜1中能不断地产生燃气，提高生物质原料热解气化的效率。

在本发明的实施例中，还可以通过调整旋转反应釜1的正反转时间的比值，以缩短或延长旋转反应釜1卸碳渣的时间间隔，从而调整旋转反应釜1中碳渣的出料量，进而调整燃气温度值。具体地，若燃气温度值大于预设燃气温度值，则提高正反转时间的比值；若燃气温度值小于预设燃气温度值，则降低正反转时间的比值。

需要说明的是，本发明的实施例中对旋转反应釜1的预设正反转时间的比值不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据预设燃气温度值和旋转反应釜1的进料量等工艺参数确定旋转反应釜1预设正反转时间的比值，即本领域的技术人员可以根据实际情况确定m和n的值。

需要说明的是，本发明的实施例中的提高正反转时间的比值或降低正反转时间的比值，是相对预设正反转时间的比值而言的，即相对预设正反转时间的比值提高或降低的。

在本发明的一些可选实施例中，旋转反应釜1预设正反转时间的比值为10:1(例如：旋转反应釜1正转10分钟、反转1分钟)，若燃气温度值大于预设燃气温度值，则将旋转反应釜1正反转时间的比值调整至11:1；若燃气温度值小于预设燃气温度值，则将旋转反应釜1正反转时间的比值调整至9:1。

需要说明的是，本发明的实施例中对助燃风机4的转速、烟气风机5的转速、旋转反应釜1中生物质原料的进料量、旋转反应釜1中碳渣的出料量和旋转反应釜1的正反转时间的比值是通过pid(proportionintegrationdifferentiation)控制器进行控制和调节，本发明的实施例对此不做进一步的限定，本领域的技术人员可以根据实际情况进行调整。

当生物质热解气化炉正常运转时，生物质热解气化炉中的各设备维持当前的运行状态，只有当生物质热解气化炉的燃气温度值偏离了预设燃气温度值时，才会按照上述的指令进行判断与调整。本发明通过逐级的判断与及时调整，使生物质热解气化炉的温度恒定在一定的范围内，有利于提高生物质热解气化的效率和产气量的稳定性。

需要说明的是，维持当前运行状态指的是保持助燃风机4的转速和烟气风机5的转速不变，以及旋转反应釜1中生物质原料的进料量、旋转反应釜1中碳渣的出料量和旋转反应釜1的正反转时间的比值保持不变。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。