本發(fā)明涉及一種基于反應(yīng)層熱成像的生物質(zhì)氣化智能供熱系統(tǒng)，屬于環(huán)保。

背景技術(shù)：

1、生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)主要由生物質(zhì)氣化爐、蒸汽鍋爐、尾氣處理系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其中，生物質(zhì)氣化爐是通過熱化學(xué)反應(yīng)，將生物質(zhì)原料裂解氣化成為生物質(zhì)氣體燃料的過程。生物質(zhì)氣化爐所形成的生物質(zhì)氣體燃料能替代普通燃?xì)庾鳛檎羝仩t的燃料，進(jìn)而產(chǎn)生高溫蒸汽用于工業(yè)或居民供熱。

2、通常，生物質(zhì)氣化爐包括固定床和流動(dòng)床兩種類型。其中，流化床生物質(zhì)氣化爐因生物質(zhì)物料與氣化劑劇烈混合，干燥、熱解、氧化、還原反應(yīng)同步發(fā)生，無法劃分獨(dú)立反應(yīng)層。而對于固定床層的生物質(zhì)氣化爐，生物質(zhì)原料在進(jìn)入生物質(zhì)氣化爐后，由上至下將依次經(jīng)過四個(gè)連續(xù)的反應(yīng)層，即干燥層、熱解層、還原層和氧化層。一般情況下，干燥層的工作溫度范圍為100-300℃，其主要作用是使生物質(zhì)原料受熱蒸發(fā)水分。熱解層的工作溫度范圍為300-600℃，在該反應(yīng)層的缺氧環(huán)境下，生物質(zhì)大分子裂解生成焦炭，揮發(fā)分co、co2、h2、ch4，焦油及水蒸氣。還原層的工作溫度范圍為600-900℃，在該區(qū)域主要發(fā)生碳還原和水煤氣反應(yīng)。氧化層的工作溫度范圍為900-1200℃，其主要作用是實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性成分與焦炭的不完全燃燒，釋放熱量維持高溫，支撐還原層的吸熱反應(yīng)。

3、在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，生物質(zhì)氣化爐內(nèi)干燥層、熱解層、氧化層和還原層的大小并不固定，其受生物質(zhì)原料組成或水分含量以及操作條件等因素的影響而動(dòng)態(tài)變化。例如，生物質(zhì)原料水分含量過大，則干燥層厚度增加，反之則減小。例如，氧化層的過量供風(fēng)、供氧會(huì)擴(kuò)大該層，但是所產(chǎn)生的生物質(zhì)氣體燃料品質(zhì)將降低。例如，秸稈等生物質(zhì)原料需更厚熱解層充分裂解。另外，雖然生物質(zhì)氣化爐內(nèi)干燥層、熱解層、還原層和氧化層的位置順序不會(huì)發(fā)生變化，但是各反應(yīng)區(qū)的絕對位置可能會(huì)發(fā)生變化。例如，在生物質(zhì)氣化爐內(nèi)灰渣未及時(shí)排出時(shí)，由于氧化層是堆載在灰渣上方，從而造成氧化層位置上移。例如，在生物質(zhì)氣化爐運(yùn)行一段時(shí)間未及時(shí)補(bǔ)充生物質(zhì)原料時(shí)，由于生物質(zhì)原料在熱解層、氧化層和還原層發(fā)生反應(yīng)，其體積縮小，從而造成干燥層下移。

4、綜上可知，通過生物質(zhì)氣化爐內(nèi)干燥層、熱解層、氧化層和還原層的厚度大小或位置變化，能判斷出生物質(zhì)氣化爐的工作狀態(tài)，進(jìn)而可采取相應(yīng)的調(diào)控措施。但是，由于生物質(zhì)燃料是在相對封閉且無法直接觀測的爐體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，因此實(shí)際上難以對各反應(yīng)層的厚度大小和位置變化進(jìn)行判斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于反應(yīng)層熱成像的生物質(zhì)氣化智能供熱系統(tǒng)，其能獲得生物質(zhì)氣化爐各反應(yīng)層的大小和位置信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)工作參數(shù)或狀態(tài)的智能調(diào)控。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

3、基于反應(yīng)層熱成像的生物質(zhì)氣化智能供熱系統(tǒng)，包括生物質(zhì)氣化爐，與生物質(zhì)氣化爐的生物質(zhì)燃?xì)獬隹谶B接的蒸汽鍋爐，用以將干燥后的生物質(zhì)原料輸送至生物質(zhì)氣化爐頂部內(nèi)的上料裝置，用以將生物質(zhì)氣化爐頂部的灰渣排出的出灰裝置，其特征在于，還包括：紅外熱成像儀，微波干燥裝置，熱圖像處理模塊，反應(yīng)層分析模塊和智能控制模塊；

4、所述生物質(zhì)氣化爐的爐體表面沿其高度方向設(shè)置有監(jiān)測區(qū)，監(jiān)測區(qū)所在的爐體表面不設(shè)置保溫層而裸露在外，所述生物質(zhì)氣化爐的底部設(shè)置有供風(fēng)裝置；

5、所述紅外熱成像儀朝向監(jiān)測區(qū)設(shè)置，用以實(shí)時(shí)采集監(jiān)測區(qū)的熱圖像并發(fā)送至中央處理器；

6、所述微波干燥裝置與上料裝置連接，用以對輸送至生物質(zhì)氣化爐內(nèi)的生物質(zhì)原料進(jìn)行干燥；

7、所述熱圖像處理模塊用以根據(jù)監(jiān)測區(qū)的熱圖像分析計(jì)算監(jiān)測區(qū)上的溫度分布信息并發(fā)送至反應(yīng)層分析模塊；

8、所述反應(yīng)層分析模塊用以根據(jù)溫度分布信息以及氧化層、還原層、裂解層和干燥層的工作溫度范圍對監(jiān)測區(qū)進(jìn)行反應(yīng)層識別劃分，并獲得各反應(yīng)層在監(jiān)測區(qū)內(nèi)的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算各反應(yīng)層在監(jiān)測區(qū)內(nèi)的實(shí)時(shí)面積占比，并將實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)面積占比發(fā)送至智能控制模塊；

9、所述智能控制模塊包括，用以分析計(jì)算氧化層、干燥層的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)的變化，進(jìn)而發(fā)出物料控制指令控制上料裝置上料或出灰裝置出灰；用以將各反應(yīng)區(qū)的實(shí)時(shí)面積占比與設(shè)定閾值進(jìn)行比對，進(jìn)而發(fā)出參數(shù)調(diào)控指令以控制系統(tǒng)的工作參數(shù)。

10、優(yōu)選的，所述監(jiān)測區(qū)呈柱狀，所述監(jiān)測區(qū)的寬度為15-20cm，所述監(jiān)測區(qū)的高度覆蓋生物質(zhì)氣化爐滿載生物質(zhì)燃料時(shí)的堆載高度。

11、優(yōu)選的，所述智能控制模塊發(fā)出參數(shù)調(diào)控指令以控制系統(tǒng)的工作參數(shù)具體為：

12、當(dāng)氧化層的實(shí)時(shí)面積占比低于設(shè)定閾值，則發(fā)出參數(shù)調(diào)控指令控制供風(fēng)裝置增加通入生物質(zhì)氣化爐底部的風(fēng)量，反之則減少通入生物質(zhì)氣化爐底部的風(fēng)量；

13、當(dāng)干燥層的實(shí)時(shí)面積占比高于設(shè)定閾值，則發(fā)出參數(shù)調(diào)控指令控制微波干燥裝置增加微波功率以降低生物質(zhì)原料干燥后的含水量，反之則降低微波功率。

14、優(yōu)選的，所述智能控制模塊發(fā)出進(jìn)出料控制指令控制系統(tǒng)控制上料裝置上料或出灰裝置出灰具體為：

15、當(dāng)氧化層的起始位置上移超過設(shè)定閾值，則發(fā)出物料控制指令控制出灰裝置將生物質(zhì)氣化爐底部的灰渣排出；

16、當(dāng)干燥層的起始位置下移超過設(shè)定閾值，則發(fā)出物料控制指令控制上料裝置啟動(dòng)以向生物質(zhì)氣化爐頂部補(bǔ)料。

17、優(yōu)選的，所述蒸汽鍋爐的爐膛一側(cè)設(shè)置有兩個(gè)燃燒器，其中一個(gè)燃燒器通過生物質(zhì)燃?xì)夤艿琅c生物質(zhì)氣化爐的生物質(zhì)燃?xì)獬隹谶B接，另一個(gè)燃燒器通過普通燃?xì)廨斔凸芙尤胧姓細(xì)夤芫W(wǎng)；所述生物質(zhì)燃?xì)夤艿篮推胀ㄈ細(xì)廨斔凸芫O(shè)置有上設(shè)置有電磁閥。

18、優(yōu)選的，所述智能控制模塊還包括，用以對反應(yīng)區(qū)的數(shù)量進(jìn)行識別，當(dāng)反應(yīng)區(qū)的數(shù)量小于4時(shí)，則發(fā)出指令控制生物質(zhì)燃?xì)夤艿赖碾姶砰y關(guān)閉，控制普通燃?xì)廨斔凸苌系碾姶砰y開啟。

19、優(yōu)選的，本發(fā)明系統(tǒng)還包括用以對蒸汽鍋爐的尾氣進(jìn)行凈化外排的尾氣處理系統(tǒng)，所述尾氣處理系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的scr反應(yīng)器、省煤器、空氣預(yù)熱器、布袋除塵器和除塵塔。

20、優(yōu)選的，本發(fā)明系統(tǒng)還包括用以向蒸汽鍋爐供水的供水系統(tǒng)，所述供水系統(tǒng)包括蓄水箱，除氧水泵，熱力除氧器，所述熱力除氧器通過輸水管與蒸汽鍋爐連接。

21、優(yōu)選的，所述輸水管先接入省煤器進(jìn)行熱交換，然后再接入蒸汽鍋爐。

22、優(yōu)選的，本發(fā)明系統(tǒng)還包括與蒸汽鍋爐的高溫蒸汽出口連接的蒸汽分汽系統(tǒng)，所述蒸汽分汽系統(tǒng)的其中一個(gè)蒸汽出口通過蒸汽輸送管接至熱力除氧器。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

24、1)本發(fā)明系統(tǒng)通過在生物質(zhì)氣化爐上設(shè)置監(jiān)測區(qū)，并通過紅外熱成像儀采集監(jiān)測區(qū)的熱圖像發(fā)送至熱圖像處理模塊，該熱圖像能直觀的反應(yīng)生物質(zhì)氣化爐內(nèi)各反應(yīng)層的溫度分布情況，基于該溫度分布信息以及氧化層、還原層、裂解層和干燥層的工作溫度范圍，反應(yīng)層分析模塊能對監(jiān)測區(qū)進(jìn)行反應(yīng)層識別劃分，并獲得各反應(yīng)層在監(jiān)測區(qū)內(nèi)的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)及計(jì)算監(jiān)測區(qū)內(nèi)各反應(yīng)層的實(shí)時(shí)面積占比，解決了現(xiàn)有技術(shù)中固定床生物質(zhì)氣化爐在相對密閉的條件下，生物質(zhì)氣化爐內(nèi)反應(yīng)層工作參數(shù)難以實(shí)時(shí)監(jiān)測的問題。

25、2)本發(fā)明系統(tǒng)通過設(shè)置智能控制模塊與上料裝置、微波干燥裝置、出灰裝置和供風(fēng)裝置通訊連接，智能控制模塊能根據(jù)反應(yīng)層的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)和時(shí)面積占比發(fā)出相應(yīng)指令，從而控制上料裝置、出灰裝置分別執(zhí)行上料和出灰操作，以及控制供風(fēng)裝置、微波干燥裝置調(diào)節(jié)工作參數(shù)以調(diào)節(jié)生物質(zhì)氣化爐的進(jìn)風(fēng)量和生物質(zhì)原料的水分含量，不僅提高了生物質(zhì)氣化供熱系統(tǒng)的智能、自動(dòng)化程度，且有助于提高生物質(zhì)氣化爐的能效和提升所產(chǎn)生生物質(zhì)燃?xì)獾钠焚|(zhì)。