戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于戶用生物質氣化爐【技術領域】，具體涉及一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，提供一種熱解并將熱解兩種反應產物(燃氣和殘?zhí)?分時間段分地點聯(lián)燃用于炊事的技術方案，其中，包括旋轉滾筒式熱解反應器：呈空心圓柱體結構的定子和套裝在定子中央的轉子，定子包括從外向內依次為外殼、保溫層、電熱層、電熱輻射腔以及穿越上述各層的會聚日光照射腔；轉子包括內殼、內殼內壁擋板、內殼一端為帽蓋和另一端為旋轉接口、內殼露出在定子之外的兩端外側依次固定保溫層、外殼、齒輪，該齒輪與電機軸上齒輪耦合。本實用新型排煙中不含焦油、爐灶中不殘留焦油、不用點火起火、增加炊事熱量、使用簡單，適用于農牧民居家炊事和供暖。
【專利說明】戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種生物質炊事爐灶，屬于戶用生物質氣化爐【技術領域】，具體涉及戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶。

【背景技術】
[0002]人類面臨著經濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力，無疑必須走低碳經濟之路，因此，可再生能源被提到了重要位置。在廣大的農村和牧區(qū)，擁有大量的生物質資源，包括農業(yè)生產過程中的廢棄物(如玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉桿等農作物秸桿)、農業(yè)加工業(yè)的廢棄物(如木屑、稻殼)和畜牧糞便等，農牧民家庭正是依靠這些生物質作為炊事、取暖燃料。最原始最簡單利用形式是直接燃燒，傳統(tǒng)燒柴灶熱效率僅為10%左右，正在推廣的節(jié)柴灶效率也只能達到20% -30%。而熱化學轉換新技術使生物質從固態(tài)變換為氣態(tài)燃料，能源利用效率高達75% -90%，屬于清潔能源的范疇?；谛屎颓鍧崈?yōu)勢，生物質熱化學轉換技術的微型化、戶用化能夠有效保護環(huán)境，大大加快村鎮(zhèn)居民實現(xiàn)能源現(xiàn)代化進程，滿足農民富裕后對優(yōu)質能源的迫切需求。
[0003]市場上的戶用生物質爐灶主要有兩種類型:氣化爐和半氣化爐。
[0004]戶用生物質氣化爐一般是按農業(yè)行業(yè)標準“秸桿氣化爐質量評價技術規(guī)范(NYT1417-2007) ”的規(guī)定設計的。其規(guī)定為“秸桿氣化爐主要以農作物秸桿為原料，也可以用稻殼、鋸末、木材、樹葉等為原料，由氣化發(fā)生器、凈化器、冷卻裝置、輸氣管道和灶具等組成的家用分體式或整體式燃氣用具”。如專利號為201320464400.9的“家用生物質氣化爐”，主要部件包括風機、氣化反應爐、過濾器、儲氣罐、燃氣灶等；又如期刊〖農業(yè)技術與裝備3總第184期刊登的“11SQ — 400型家用生物質氣化爐的設計與研究”，還添加了環(huán)形高溫裂解蒸發(fā)器以期望提高燃氣質量。
[0005]戶用生物質半氣化爐是為緩解氣化爐焦油危害發(fā)展而來的。如專利號為201120067298.X的“高效低排放生物質半氣化爐”，專利號為201220068331.5的“一種家用生物質半氣化爐”，它們采用在氣化反應爐出氣口上直接連接灶具的方法即爐灶一體化，即產即燒，讓熱燃氣中氣態(tài)焦油一起參與在灶具中燃燒，一定程度上緩解了焦油的影響，但氣化效率相比氣化爐有較大幅度降低。
[0006]上述戶用生物質氣化爐和半氣化爐，基本都是屬于固定床氣化技術范疇，其基本原理是在固定床中缺氧條件下以空氣為氣化劑，在爐膛內點火燃燒部分生物質而具備氣化溫度，使未被燃燒的生物質熱解產出可燃氣體。固定床氣化優(yōu)點是不需要外部提供燃料或熱源且簡單。期刊〖農業(yè)工程技術(新能源產業(yè))〗2008第05期刊登“戶用生物質爐具發(fā)展現(xiàn)狀”指出了市場上的戶用氣化爐存在的缺陷，綜合市場調查結果，可以概括為:(1)環(huán)保問題，氣化溫度低導致焦油含量大，容易堵塞氣化爐、灶具和管道，還溢出爐外無序排放造成污染。⑵安全問題，點火困難起火時間長，期間煙氣和CO燃氣污染物排放大量超標，產生很大的焦油味和濃煙，污染空氣，對人體健康造成重大威脅。(3)效率問題，加料壓實操作的要求嚴格，過緊過松都不行；過緊爐出不了熱解氣，會熄火；過松通氣過快，只會出煙(帶炭灰的C02)，產不了熱解氣；燃氣產量和質量的都不穩(wěn)定。(4)實用問題，由于戶用氣化爐氣化空間小致使內熱式的氣化過程難以控制，經常脫料熄火，要不斷重新點火，做一頓飯要反復多次，很不方便。諸如以上不足，戶用生物質氣化爐一直難以推廣應用。


【發(fā)明內容】

[0007]本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術所存在的氣化溫度低導致焦油含量大，容易堵塞氣化爐、灶具和管道的問題，提供一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃方法及爐灶，采用該方法及爐灶，排煙中不含焦油、爐灶中不殘留焦油，用利于環(huán)境保護。
[0008]本實用新型還有一目的是解決現(xiàn)有技術中所存在的點火困難、起火時間長，煙氣和CO燃氣污染物排放大量超標造成的空氣污染及對人體健康造成威脅的問題，提供一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃方法及爐灶，采用該方法及爐灶，不用點火起火和清渣、沒有焦油和濃煙排放污染空氣及對人體健康造成重大威脅的問題，提高了安全性。
[0009]本實用新型再有一目的是解決現(xiàn)有技術中所存在的燃氣產量和質量的都不穩(wěn)定、氣化過程難以控制的問題，提供一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃方法及爐灶，采用該方法及爐灶熱解溫度和轉化過程易于控制，產氣速度快而平穩(wěn)，氣體質量穩(wěn)定、熱值高。
[0010]本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:
[0011]一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，包括:熱解反應器、與熱解反應器的燃氣出口相連的燃氣灶，其特征在于，所述熱解反應器還包括一個空氣入口。
[0012]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述熱解反應器為旋轉滾筒式熱解反應器，包括:定子、套裝在定子上的轉子，用于驅動轉子轉動的電機，位于定子上的熱解加熱裝置，其中:
[0013]所述定子呈空心圓柱體結構，包括定子外殼和固定在外殼內側的定子保溫層；
[0014]所述轉子包括轉子內殼、蓋帽、燃氣旋轉接頭、空氣旋轉接頭、保溫層、轉子外殼，轉子內殼內壁固定有一個或多個擋板，轉子內殼沿軸向一側垂直面配接帽蓋，另一側配接燃氣旋轉接頭和空氣旋轉接頭，所述燃氣旋轉接頭和空氣旋轉接頭分別套接在熱解反應器的燃氣出口和空氣入口上；所述轉子內殼套裝在定子之中后兩頭露出部分外側固定保溫層，保溫層的外側固定轉子外殼。
[0015]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述熱解加熱裝置為電加熱裝置，包括:電熱層、電熱輻射腔，其中:電熱層固定在定子保溫層內側，電熱輻射腔是電熱層和轉子內殼之間的空隙。
[0016]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述熱解加熱裝置為會聚日光加熱裝置，包括會聚日光照射腔，所述會聚日光照射腔是定子上的對外開孔以使內殼可以部分直接被外部會聚日光照射的空間。
[0017]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述轉子內殼的內擋板是夾層結構，夾層內腔與轉子的空氣入口相通，兩夾面設置有適量布風孔。
[0018]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述熱解反應器為旋轉滾筒式熱解反應器，其內置有適量碾磨球或催化碾磨球。
[0019]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，還包括燃氣入口與熱解反應器的燃氣出口相連的氣柜，所述氣柜還包括一個與水源相通的補水口。
[0020]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，所述燃氣灶包括灶燒嘴、灶膛、放置于灶膛上的炊事鍋，所述灶燒嘴安裝在灶膛底部，所述炊事鍋將灶膛上部開口密封，所述灶燒嘴的配風入口與大氣相通，燃氣入口與氣柜的燃氣出口相通。
[0021]優(yōu)化的，上述戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，還包括除塵式余熱水箱，所述除塵式余熱水箱包括余熱水箱、安裝在余熱水箱內的除塵器，所述燃氣灶的煙氣出口通過除塵器與大氣相通。
[0022]因此，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0023]1.本實用新型將生物質熱解并將熱解反應后的兩種產物(燃氣和殘?zhí)?分時間段(燃氣在前、殘?zhí)吭诤?分地點(燃氣在灶燒嘴、殘?zhí)吭跓峤夥磻?燃燒接續(xù)或組合用于炊事，大幅度增加用于炊事的熱量，殘?zhí)咳紵母邷責煔膺€可以清除裝置中各處殘存的焦油，減少熱解反應器中殘?zhí)康氖占闊?，避免了殘?zhí)客庑乖斐煞蹓m污染。
[0024]2.本實用新型的旋轉滾筒式熱解反應器的轉子旋轉滾動，生物質均等機會接觸內殼內壁，傳質傳熱均勻還有蝕燒效應；內置碾磨球撞擊生物質或殘?zhí)浚涌炝松镔|熱解速率或提高了殘?zhí)咳急M率；熱解溫度和轉化過程易于控制，產氣速度快而平穩(wěn)，氣體質量穩(wěn)定、熱值高、焦油含量少；保持燃氣到達燒嘴時的溫度大于焦油液化析出溫度，可使氣態(tài)焦油同燃氣在灶具中一起參與燃燒轉化為熱能增加了炊事能量，消除了焦油隨煙塵外排污染。
[0025]3.本實用新型的旋轉滾筒式熱解反應器通過調整熱解溫度和時間，配合旋轉滾動速度和碾磨強度，可控制不同種類、不同尺寸、不同含水率的生物質原料熱解速度，達到基本相同的炊事效果。旋轉滾筒式熱解反應器的上述特點使得本實用新型裝置具有很寬廣的生物質原料適應性。
[0026]4.本實用新型采用電熱源和/或會聚日光熱源的熱解轉化方式，避免了氣化方式需要點火起火的過程，因而沒有焦油和濃煙排放污染空氣及對人體健康造成重大威脅的問題；本實用新型裝置在必要時也采用在熱解反應器產出熱解氣后“局部氣化”內生熱能，輔助電熱和/或會聚日光熱，但又不完全依靠氣化熱，達到節(jié)省電能又穩(wěn)定熱解的目的。
[0027]本實用新型提供的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃方法及爐灶，實現(xiàn)排煙中不含焦油、爐灶中不殘留焦油、不用點火起火和清渣、增加炊事熱量、使用簡單，體現(xiàn)了安全、環(huán)保、高效、實用的特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的熱解爐灶結構示意圖。
[0029]圖2為使用本實用新型進行熱解的流程示意圖。
[0030]圖3為本實用新型的旋轉滾筒式熱解反應器主視圖。
[0031]圖4為沿圖3所示的A-A剖面示意圖。
[0032]圖5為沿圖3所示B-B剖面示意圖。
[0033]圖6為只有電熱源的旋轉滾筒式熱解反應器的示意圖。
[0034]圖7為本實用新型的裝置示意圖，是一個正視剖面示意圖，表明構成、裝配結構和位置關系。

【具體實施方式】
[0035]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。圖中:旋轉滾筒式熱解反應器1、定子1-1、定子外殼1-1-1、定子保溫層1-1-2、轉子1-2、轉子內殼1-2-1、轉子內擋板1-2-2、轉子帽蓋1-2-3、旋轉燃氣接頭1_2_4、旋轉空氣接頭1-2-5、轉子保溫層1-2-6、轉子外殼1-2-7、轉子齒輪1_2_8、轉子燃氣出口 1_2_9、轉子空氣入口 1-2-10、驅動電機1-3、電熱層1-4-1、電熱輻射腔1-4-2、會聚日光照射腔1_4_3、空氣閥1-5、氣柜2、氣柜燃氣入口 2-1、氣柜燃氣出口 2-2、氣柜補水口 2-3、補水閥2-4、水位計2-5、燃氣灶3、灶燒嘴3-1、灶燒嘴燃氣入口 3-1-1、灶燒嘴空氣入口 3-1-2、灶膛3_2、灶膛煙氣出口 3-2-1、炊事鍋3-3、調節(jié)閥3-4、單向閥3-5、空氣閥3_6、除塵式余熱水箱4、余熱水箱4-1、進水閥4-1-1、出水閥4-1-2、除塵器4-2、除塵器除灰口 4_2_1、除塵器進氣口 4-2-2、除塵器出氣口 4-2-3、引風機4-4、控制器5、爐灶柜體6、氣柜柜體6_1、灶臺柜體
6-2、柜體滑輪6-3、支撐滾輪6-4、限位滾輪6-5、鼓風機7。
[0036]本實用新型的基本思想是將生物質熱解并將熱解反應后的兩種產物(燃氣和殘?zhí)?分時間段(燃氣在前、殘?zhí)吭诤?分地點(燃氣在灶燒嘴、殘?zhí)吭跓峤夥磻?燃燒接續(xù)或組合(本實用新型稱之為聯(lián)燃)用于炊事，實現(xiàn)一種排煙中不含焦油、爐灶中不殘留焦油、不用點火起火和清渣、增加炊事熱量、使用簡單的戶用生物質氣化爐灶的方法與裝置。
[0037]本實用新型提供一種旋轉滾筒式熱解反應器用于生物質進行高溫熱解反應和熱解結束后殘?zhí)垦趸磻?，因此是熱解和燃炭兩用爐。電熱和會聚日光熱中的一種或組合用做熱解熱源，熱解反應器中局部氣化用做“內生”熱源，使熱解終止溫度高達600-100(TC防止焦油大量產生，期望熱燃氣在灶燒嘴燃燒時少量焦油成分參與燃燒一同轉變?yōu)榇妒聼崮?。基本上，原料適應性只受熱解反應器空間限制，通過調整熱解溫度和時間，配合熱解反應器旋轉滾動速度和碾磨強度，可控制不同種類、不同尺寸、不同含水率的生物質原料熱解速度，達到基本相同的炊事效果。
[0038]本實用新型提供戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶用于炊事和采暖，旋轉滾筒式熱解反應器分時段輸出的燃氣或燃炭煙氣還在后續(xù)環(huán)節(jié)處理和利用。這些后續(xù)環(huán)節(jié)包括:氣柜，燃氣或燃炭煙氣分時段進入氣柜進行儲存和穩(wěn)定氣壓；灶燒嘴，燃氣在其中配空氣充分燃燒產生高溫煙氣；灶膛，集中高溫煙氣；炊事鍋，在灶膛中吸熱完成炊事；余熱水箱，回收排煙余熱；除塵器，回收排煙中的灰分；引風機，為爐灶提供引風負壓將煙氣排入大氣；鼓風機，提供帶壓力空氣使空氣能夠進入爐灶；控制器，為電控部件提供控制信號。
[0039]圖1表示一個本實用新型的構成和相互關系的示意圖。本實用新型包括旋轉滾筒式熱解反應器1、氣柜2、燃氣灶3、除塵式水箱4、控制器5以及安裝固定上述構成的爐灶柜體6。熱解反應器I通過會聚日光照射腔1-4-3接納太陽能聚熱器的會聚日光用以直接加熱反應器I內殼(這個內殼正是轉子的一個組成部分)，電熱層1-4-1通過電熱輻射腔1-4-2用以電熱輻射加熱反應器I內殼，由具體的設計來決定是單獨使用電熱、單獨使用會聚日光熱還是組合使用這兩種熱源，內殼會將接收到的熱能傳遞給其內部的生物質使其發(fā)生熱解反應生成燃氣和殘?zhí)俊峤夥磻鱅的空氣入口 1-2-10通過空氣閥1-5與大氣相通，熱解反應器I在兩種情況下需要輸入空氣，一種是需要“局部氣化”內生熱能來減少外部供熱時，還一種是燃燒殘?zhí)?本實用新型稱之為“燃炭”)供熱炊事時。熱解反應器I的燃氣出口 1-2-9和氣柜2入口 2-1相通，氣柜2設置有出口 2-2通過單向閥3_5及調節(jié)閥3-4和灶燒嘴3-1燃氣入口3-1-1相通、還設置有補水口 2-3通過補水閥2_4與水源相通，熱解初期調節(jié)閥3-4是關閉的，初期熱解燃氣儲存在氣柜中；氣柜一方面平緩產氣和用氣之間的差距，另一方面穩(wěn)定燃氣壓力。灶燒嘴3-1安裝在灶膛3-2底部中央，炊事鍋3-3放置且密封灶膛3-2的上部開口，灶燒嘴3-1設置有配風入口 3-1-1通過空氣閥3-6與大氣相通，灶燒嘴3-1將燃氣和空氣均勻混合，一般需要適量的過量空氣正好使燃氣充分燃燒，如果空氣量太小燃燒不會充分，煙氣中含炭黑損失能量且外排污染大氣，如果空氣量過大將會降低炊事溫度。在灶膛3-2還設置有煙氣出口 3-2-1通過管道和除塵器4-2入口相通，除塵器4-2安裝在余熱水箱4-1中央共同組成除塵式水箱4，除塵器4-2設置有煙氣出口通過管道與引風機4-4入口相通，引風機4-4出口同大氣相通，除塵器4-2 —邊通過內空旋風除塵一邊將排煙的熱量通過殼體傳遞給外側余熱水箱4-1中的水，除塵器除灰口 4-2-1用于人工或自動除灰。余熱水箱4-1設置有進水口通過水閥4-3與水源相通、設置有出水口 4-1-1將熱水輸出到外部可以供家居使用。控制器5與電控部件1-5、2-4、3-6、4-1-1、
4-1-2、4-4相連，控制空氣流向和流量、補/進水閥。熱解反應器I燃燒殘?zhí)繒r，燃炭煙氣沿著燃氣通道到達灶膛，顯然，燃炭煙氣一方面增加炊事熱能，另一方面清除殘存于通道中的殘存焦油，使爐灶免受冷卻焦油(液態(tài))侵害。
[0040]圖2表示使用本實用新型的一個具體步驟流程示意圖，圖中虛線框表示熱解反應器I的物理范圍，具體步驟流程如下:人工將生物質送入熱解反應器I中，然后合蓋密封；接通電熱電源和/或會聚日光源，熱解反應器I升溫，達到設定值后自動保持，熱解反應器I中的生物質熱解生成熱燃氣和熱殘?zhí)?；隨著熱解氣化加速，熱解壓力上升；熱解壓力達到設定值時，熱燃氣通過保溫或保溫恒壓流到灶燒嘴3，控制器5引導適量的過量空氣到燃氣灶3，熱燃氣充分燃燒，燃燒產生的高溫煙氣被灶膛上部開口上的炊事鍋吸熱利用實現(xiàn)炊事目的；煙氣經除塵式水箱4間接換熱，水箱4中水溫上升，煙氣溫度下降；降溫后的煙氣經除塵式水箱4除塵后，由引風機抽向大氣放散。熱燃氣用盡后，斷開電熱電源，控制器5引導適量空氣到熱解反應器1，引起熱解反應器I中的熱殘?zhí)砍浞秩紵?，燃燒產生的高溫煙氣被灶膛上部開口上的炊事鍋吸熱利用實現(xiàn)炊事目的；煙氣經除塵式水箱4間接換熱，水箱4中水溫上升，煙氣溫度下降；降溫后的煙氣經除塵式水箱4除塵后，由引風機抽向大氣放散。為了節(jié)省外部熱能，在熱解反應器I產氣后由控制器5引導適量空氣到熱解反應器I中，弓丨發(fā)部分熱燃氣在熱解反應器I燃燒，燃燒煙氣協(xié)助電熱或會聚日光熱源維持熱解反應器I的溫度。
[0041]圖1和圖2中，生物質原料包括但不限于下述原料:玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸、棉桿、木屑、稻殼、畜牧糞便等的一種或多種混合。生物質的種類和含水率會影響熱解生成產品的成分和熱值，一個實驗中生物質是木屑，含水率12%，產生的燃氣熱值為17.6MJ/Nm3 ;另一個實驗中生物質是谷殼，含水率10%，產生的燃氣熱值為16.2MJ/Nm3 ;再另一個實驗中生物質是玉米秸、含水率11%，產生的燃氣熱值為15.3MJ/Nm3 ;隨著生物質含水量的增力口，水氣化吸熱也明顯增加，對于含水率超出15%以上的生物質原料，一個合理的措施是升溫到130-150°C時停留一個時段以便生物質含水蒸發(fā)排放，改善熱解氣化效率；這個水蒸氣到氣柜2中后提高氣柜溫度時自身降溫冷凝為水補充氣柜密封水。生物質的粒徑也是影響熱解的重要因素，粒徑增大時傳質傳熱速率對熱解反應速度的限制作用將超出反應動力學因素，攪拌和碾磨可以加快熱解的速度，生物質一次性加料量應小于額定加料量，熱解反應器中留出適當空間便于攪拌和碾磨。
[0042]熱解終止溫度是決定燃氣中焦油含量最重要的因素，在600°C以上溫度熱解反應可以充分進行，溫度越高熱解速度越快焦油含量越小。一個實驗中熱解終止溫度是600°C，燃氣中的焦油含量16.6g/m3，另一個實驗中達到850°C時焦油含量4.2g/m3，再另一個實驗中達到1000°C時焦油含量較之600°C時減少90%，熱解終止溫度上限顯然受到熱解反應器材料耐溫的限制。
[0043]熱解產物是燃氣和殘?zhí)?，燃氣成分十分復雜，主要是H2、CO、CH4, CO2等，殘?zhí)堪ㄌ肌⒒曳值?；一個實驗中在850°C熱解溫度下玉米秸的可燃氣體總濃度為79.39%、殘?zhí)繛?8%，另一個實驗中在850°C熱解溫度下稻殼的可燃氣體總濃度為82.25%、殘?zhí)繛?2%。熱燃氣壓力達到設定值時，開始供應炊具，改善炊事平穩(wěn)效果的另外一個方法是將熱燃氣先儲存在一個恒壓儲氣柜后再供應炊具，壓力取決于爐灶體系中壓力分布的設計，由引風機和單向閥聯(lián)合控制，一般可以設計為微負壓(-8-Okpa)或由鼓風機和單向閥聯(lián)合控制，一般可以設計為微正壓(0-+8kpa)。
[0044]生物質炭的氧化過程是氣固內擴散反應機理，燃燒通常是清潔的，表現(xiàn)為不可見煙氣。在熱解反應器內殼1-2-1溫度不低于于400-450°C引燃殘?zhí)渴怯行У模緦嵱眯滦秃线m的引用是莊曉偉等發(fā)表在K林產化學與工業(yè)3第29卷增刊(2009年10月)“7種生物質炭燃燒特性的分析”表明，板栗外果皮炭、油茶外果皮炭、稻桿炭、山核桃外果皮炭的著火溫度分別為 352 0C >357 0C >375 0C >393 0C ο
[0045]圖3為本實用新型的表示旋轉滾筒式熱解反應器的示意圖，是過軸線垂直面的剖面正視示意圖，圖4為本實用新型的表示旋轉滾筒式熱解反應器的示意圖，是圖3所示A-A剖面示意圖，圖5為本實用新型的表示旋轉滾筒式熱解反應器的示意圖，是圖3所示B-B剖面示意圖。圖3圖4圖5中，旋轉滾筒式熱解反應器包括定子1-1、轉子1-2、驅動電機1-3和熱解加熱裝置，轉子1-2套裝在定子1-1中央，兩頭露出在定子1-1之外，轉子1-2外殼1-2-7上設置有齒輪1-2-8，該齒輪與電機1-3軸上的齒輪耦合。定子1-1呈空心圓柱體結構，包括外殼1-1-1、保溫層1-1-2 ;熱解加熱裝置包括電熱層1-4-1、電熱輻射腔1-4-2、會聚日光照射腔1-4-3 ;保溫層1-1-2固定在外殼1-1-1內側，電熱層1-4-1固定在保溫層1-1-2內側，電熱輻射腔1-4-2是電熱層1-4-1和內殼1-2-1之間的空隙，會聚日光照射腔1-4-3是定子1-1上的對外開孔以使內殼1-2-1可以部分直接被外部會聚日光照射所形成的空間。轉子1-2包括內殼1-2-1、擋板1-2-2、蓋帽1-2-3、燃氣旋轉接頭1_2_4、空氣旋轉接頭1-2-5、保溫層1-2-6、外殼1-2-7，內殼1_2_1內壁固定有一個或多個擋板1_2_2，內殼1-2-1沿軸向一側垂直面配接帽蓋1-2-3，另一側配接燃氣旋轉接頭1-2-4和空氣旋轉接頭1-2-4，內殼1-2-1套裝在定子1-1之中后兩頭露出部分外側固定保溫層1-2-6，保溫層1-2-6的外側固定外殼1-2-7。
[0046]旋轉滾筒式熱解反應器I的定子外殼1-1-1內側保溫隔熱，電熱層1-4-1和/或會聚日光照射腔1-4-3的熱能只能向軸線中心傳遞給轉子的內殼1-2-1，熱能都是以紅外線輻射方式傳遞的，內殼1-2-1外壁接收到的熱能通過內壁傳遞給生物質，由于內殼1-2-1隨著轉子1-2整體旋轉，生物質在內殼1-2-1內被攪拌，如果內殼1-2-1內放置有碾磨球或催化碾磨球，生物質會被攪拌加碾磨，生物質受到傳質傳熱和蝕燒，因此熱解速率比固定床高得多、焦油含量也小得多。轉子的內殼一頭是投料口，投料后由蓋帽1-2-3密封，另一頭是燃氣出口 1-2-9和空氣入口 1-2-10，空氣入口 1-2-10半徑大于燃氣入口 1_2_9半徑且共軸線同心套裝在一起，用于輸出燃氣和輸入空氣。
[0047]旋轉滾筒式熱解反應器I在熱解過程中承擔熱解反應器功能，當熱解結束后，旋轉滾筒式熱解反應器還剩余熱殘?zhí)?，從空氣入?1-2-10引入空氣引發(fā)殘?zhí)咳紵?，這時旋轉滾筒式熱解反應器I承擔熱炭氧化器功能。燃燒過程中轉子1-2旋轉，殘?zhí)繒粩嚢杓幽肽ィ紵俾蕰涌?，燃燒更徹底；殘?zhí)咳紵母邷責煔饪梢粤呀鈿埩艚褂?，起到清除作用。為使殘?zhí)咳紵浞?，內?-2-1內擋板1-2-2是夾層結構，夾層內腔與轉子空氣入口 1-2-10相通，兩夾面設置有適量布風孔，這些布風孔可以使固氣混合更加均勻。
[0048]電熱層1-4-1和/或會聚日光照射腔1-4-3的熱負荷功率影響熱解溫度上升速率，一個試驗中功率3kw,熱解上升時間1min,另一個試驗中功率Ikw,熱解上升時間30min。優(yōu)選地,試驗證明太陽能聚集器的熱通量在大約1000kw/m2時已表明足夠可以加熱轉子內殼到800和1200°C之間的溫度。
[0049]熱解反應器的旋轉速度與熱解反應速度、殘?zhí)咳紵俾收嚓P，碾磨球或催化碾磨球可以加快熱解、殘?zhí)咳紵俾始敖档徒褂秃浚粋€試驗中放置50個0.5cm碾磨球、旋轉速度為2rid/min，輸出熱功率3.3kw,另一個試驗中放置100個0.3cm碾磨球、旋轉速度為20rid/min，輸出熱功率4.9kw。
[0050]圖6為本實用新型的表示旋轉滾筒式熱解反應器的示意圖，是一個只有電熱而沒有會聚日光熱作為熱解熱源的反應器的正視剖面示意圖。圖中，定子1-1臥式直接固接在爐灶柜體6底板上，轉子由二個支撐滾輪6-4和一個限位滾輪6-5約束，使轉子1-2與定子1-1之間不存在接觸力，轉子由驅動電機1-3驅動不受定子的任何障礙旋轉。其他部分與圖3完全相同。
[0051]在實施方式中，轉子內殼一個合理的材料選用是耐高溫不銹鋼04Cr25Ni20Si2或鑄鋼ZG04Cr25Ni20Si2。在其它實施方式中，也可以選用石墨、碳化硅、高溫陶瓷、氧化釔、氧化鋯、四氮化三硅等材料。
[0052]圖7為本實用新型裝置的示意圖，表明構成、裝配結構和位置關系的正視剖面示意圖。圖中，爐灶柜體6由氣柜柜體6-1和灶臺柜體6-2組合連接而成，這樣的結構考慮了熱燃氣保溫的便捷性，同時也為了保持省略氣柜時結構的不變性，省略氣柜時只需要將氣柜原進出管道直接連接接通，裝置依然具有獨立性。
[0053]本實用新型裝置的工作流程為:加料，人工打開旋轉滾筒式熱解反應器I的蓋帽
1-2-3加料后合蓋；啟動，開啟電熱層1-4-1和/或會聚日光照射腔1-4-3給內殼1_2_1加熱，旋轉滾筒式熱解反應器I的內殼1-2-1升溫，達到設定值后自動保持；熱解，轉子1-2持續(xù)旋轉，碾磨球粉碎物料顆粒，熱解氣化加速，內殼1-2-1內壓力上升；儲氣，內殼1-2-1內壓力達到設定值時內殼1-2-1內氣體流向氣柜2 ;供氣，氣柜向燃氣灶3供氣，旋轉滾筒式熱解反應器I產氣量大于燃氣灶3使用量時氣柜2鐘罩上升，反之下降，從而保證灶前燃氣壓力恒壓；炊事，灶燒嘴3-1燃燒產生高溫煙氣在灶膛3-2中聚集被炊事鍋3-3吸熱完成炊事，可通過調節(jié)閥3-4調節(jié)燃氣流量而調整熱力大?。挥酂?，煙氣經余熱水箱4-1間接換熱，水溫上升，溫水可用于生活所需；煙氣，降溫后的煙氣經除塵器4-2除塵后，由引風機4-4抽向大氣放散；轉換,燃氣用盡后,關閉電熱層1-4-1和會聚日光照射腔1-4-3,控制器5導鼓風機7停止給燃氣灶3輸入空氣轉而給旋轉滾筒式熱解反應器I輸入空氣；燃炭，空氣進入旋轉滾筒式熱解反應器1，殘?zhí)咳紵瑹煔饨浫窂綗崮芾煤笠L機4-4抽至大氣放散；結束，殘?zhí)咳紵戤吅?，本次炊事結束；關閉，引風機4-4繼續(xù)抽風直至反應器溫度降至安全區(qū)間后關閉，以備下次使用。
[0054]對于簡易型，可以取消氣柜配置。如此，上述裝置的工作流程中，儲氣和供氣兩個環(huán)節(jié)不再存在，熱解反應器I的熱燃氣直接通過單向閥3-5和調節(jié)閥3-4通向燃氣灶3，其他不變。簡易型裝置，必須即產即用，燃氣流量和壓力有波動，帶來的優(yōu)點是爐灶體積大幅減小、成本降低。
[0055]導入會聚日光照射腔1-4-3的會聚日光來源于外接太陽能聚集器，用于本實用新型的適合的太陽能聚集器的實例為Golden, Colorado的Nat1nal Renewable EnergyLaboratory (國家可再生能源實驗室，NREL)的High-Flux Solar Furnace (高通量太陽能爐，HFSF)。HFSF使用一系列鏡將日光匯聚成直徑約10厘米、功率水平為1kw的增強聚焦束。HFSF 在 Lewandowski, Bingham, O ' Gallagher, Winston 和 Sagie, “Performancecharacterizat1n of the SERI H1-Flux Solar Furnace，，，Solar Energy Materials24(1991) ,550-563 中描述。
[0056]本說明書中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0057]盡管本文較多地使用了旋轉滾筒式熱解反應器1、定子1-1、定子外殼1-1-1、定子保溫層1-1-2、轉子1-2、轉子內殼1-2-1、轉子內擋板1-2-2、轉子帽蓋1_2_3、旋轉燃氣接頭1-2-4、旋轉空氣接頭1-2-5、轉子保溫層1-2-6、轉子外殼1_2_7、轉子齒輪1_2_8、轉子燃氣出口 1-2-9、轉子空氣入口 1-2-10、驅動電機1-3、電熱層1-4-1、電熱輻射腔1_4_2、會聚日光照射腔1-4-3、空氣閥1-5、氣柜2、氣柜燃氣入口 2-1、氣柜燃氣出口 2-2、氣柜補水口
2-3、補水閥2-4、水位計2-5、燃氣灶3、灶燒嘴3_1、灶燒嘴燃氣入口 3_1_1、灶燒嘴空氣入口 3-1-2、灶膛3-2、灶膛煙氣出口 3-2-1、炊事鍋3_3、調節(jié)閥3_4、單向閥3_5、空氣閥3_6、除塵式余熱水箱4、余熱水箱4-1、進水閥4-1-1、出水閥4-1-2、除塵器4-2、除塵器除灰口
4-2-1、除塵器進氣口 4-2-2、除塵器出氣口 4-2-3、弓I風機4_4、控制器5、爐灶柜體6、氣柜柜體6-1、灶臺柜體6-2、柜體滑輪6-3、支撐滾輪6-4、限位滾輪6_5、鼓風機7等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語，是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權利要求】
1.一種戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，包括:熱解反應器(I)、與熱解反應器(I)的燃氣出口(1-2-9)相連的燃氣灶(3)，其特征在于，所述熱解反應器(I)還包括一個空氣入口(1_2_10)。
2.根據(jù)權利要求1所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述熱解反應器(I)為旋轉滾筒式熱解反應器，包括:定子(1-1)、套裝在定子(1-1)上的轉子(1-2)，用于驅動轉子(1-2)轉動的電機(1-3)，位于定子(1-1)上的熱解加熱裝置，其中: 所述定子(1-1)呈空心圓柱體結構，包括定子外殼(1-1-1)和固定在外殼(1-1-1)內側的定子保溫層(1-1-2)； 所述轉子(1-2)包括轉子內殼(1-2-1)、蓋帽(1-2-3)、燃氣旋轉接頭(1-2-4)、空氣旋轉接頭(1-2-5)、保溫層(1-2-6)、轉子外殼(1-2-7)，轉子內殼(1_2_1)內壁固定有一個或多個擋板(1-2-2)，轉子內殼(1-2-1)沿軸向一側垂直面配接帽蓋(1-2-3)，另一側配接燃氣旋轉接頭(1-2-4)和空氣旋轉接頭(1-2-5)，所述燃氣旋轉接頭(1-2-4)和空氣旋轉接頭(1-2-5)分別套接在熱解反應器(I)的燃氣出口(1-2-9)和空氣入口(1-2-10)上；所述轉子內殼(1-2-1)套裝在定子(1-1)之中后兩頭露出部分外側固定保溫層(1-2-6)，保溫層(1-2-6)的外側固定轉子外殼(1-2-7)。
3.根據(jù)權利要求2所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述熱解加熱裝置為電加熱裝置，包括:電熱層(1-4-1)、電熱輻射腔(1-4-2)，其中:電熱層(1-4-1)固定在定子保溫層(1-1-2)內側，電熱輻射腔(1-4-2)是電熱層(1-4-1)和轉子內殼(1-2-1)之間的空隙。
4.根據(jù)權利要求2所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述熱解加熱裝置為會聚日光加熱裝置，包括會聚日光照射腔(1-4-3)，所述會聚日光照射腔(1-4-3)是定子(1-1)上的對外開孔以使內殼(1-2-1)可以部分直接被外部會聚日光照射的空間。
5.根據(jù)權利要求2所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述轉子內殼(1-2-1)的內擋板(1-2-2)是夾層結構，夾層內腔與轉子的空氣入口相通，兩夾面設置有適量布風孔。
6.根據(jù)權利要求1所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述熱解反應器(I)為旋轉滾筒式熱解反應器，其內置有適量碾磨球或催化碾磨球。
7.根據(jù)權利要求1所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，還包括燃氣入口(2-1)與熱解反應器(I)的燃氣出口(1-2-9)相連的氣柜(2)，所述氣柜(2)還包括一個與水源相通的補水口(2-3)。
8.根據(jù)權利要求1所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，所述燃氣灶(3)包括灶燒嘴(3-1)、灶膛(3-2)、放置于灶膛(3-2)上的炊事鍋(3-3)，所述灶燒嘴(3_1)安裝在灶膛(3-2)底部，所述炊事鍋(3-3)將灶膛(3-2)上部開口密封，所述灶燒嘴(3-1)的配風入口(3-1-2)與大氣相通，燃氣入口(3-1-1)與氣柜(2)的燃氣出口(2-2)相通。
9.根據(jù)權利要求1所述的戶用生物質熱解炭氣聯(lián)燃爐灶，其特征在于，還包括除塵式余熱水箱(4)，所述除塵式余熱水箱(4)包括余熱水箱(4-1)、安裝在余熱水箱(4-1)內的除塵器(4-2)，所述燃氣灶(3)的煙氣出口(3-2-1)通過除塵器(4-2)與大氣相通。
【文檔編號】F24C3/00GK204079891SQ201420561033
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】李涵暉 申請人:李涵暉