CN101793391A - 自动高效生物质颗粒燃料燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，属于可再生能源技术领域。技术方案包括破渣清灰机构(2)和燃烧内筒(3)，与电机(9)通过活动接口(14)连接的破渣清灰机构(2)安装在燃烧内筒(3)中，且由燃料推进螺旋(11)、燃烧搅动螺旋(12)和灰渣排出螺旋(13)三部分组成，在燃烧内筒(3)的圆筒在对应破渣清灰机构(2)的三个位置上开有不同的进风孔。本发明自动高效生物质颗粒燃烧器有效解决了颗粒燃料燃烧过程中的结渣现象，实现了颗粒的输送、搅拌、破渣和清灰等，提高了燃烧效率，适应于农作物秸秆、林业剩余物等不同类型的颗粒燃料，本发明为推动我国生物质固体成型燃料产业的发展提供了保障。

Description

自动高效生物质颗粒燃料燃烧器

技术领域

本发明属于可再生能源技术领域，是一种自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，具体是应用于以秸秆等为原料的生物质颗粒为燃料的锅炉上的一种燃烧设备，以实现自动上料、自动燃烧、自动破渣、自动清灰。

背景技术

生物质固体成型燃料是指农作物秸秆、林业剩余物在一定温度与压力作用下经干燥和粉碎后挤压成具有一定形状的、密度较大的固体燃料。体积缩小6～8倍，密度为1.0～1.4t/m³，能源密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧效率好。既可用于小型生物质炉具或小型锅炉作为农村居民的炊事和取暖燃料，也可用于大型锅炉作为城市区域供热和发电厂的燃料，近年来越来越受到人们的广泛关注。

生物质固体成型燃料包括块状燃料、颗粒燃料。颗粒燃料一般为圆柱形，直径一般不大于25mm，长度不大于其直径的4倍。生物质颗粒燃料具有具体能源密度大、燃烧效率高，尤其是通过采用燃烧器能够实现自动上料、自动点火、燃烧等，易实现自动控制。目前国外已经研发了多种生物质颗粒燃烧器，主要有以下三种：

1)上进料式：目前，上进料式燃烧器在世界各国中使用最为广泛，绝大多数上进料式颗粒燃烧设备壁上会设有落料通道，颗粒燃料由此落入燃烧室进行燃烧；一次空气和自动点火所需的热空气由燃烧室底部进入，二次空气由燃烧室壁上的小孔进入。燃烧后清灰装置主要是将炉排设计为手动或自动移动式，以便灰分随炉排移动掉落到集灰装置中。

2)底部进料式：底部进料式燃烧器最初设计用于木片的燃烧设备，后来逐渐发展用于颗粒燃料。颗粒燃料在进料装置的作用下，由燃烧器底下的管道中进入燃烧床进行燃烧。一次空气由进料装置或燃烧床上的小孔进入，二次空气由燃烧床上方的气孔进入。此类燃烧器不需要单独的集灰装置，燃烧后的灰分被新进燃烧的颗粒挤落，逐步掉入下方的集灰装置或灰分传送系统中。

3)水平进料式：水平进料式燃烧器的原理与底部进料式基本相同，唯一的区别在于燃烧床的形式不同及水平进料式常需要额外的集灰装置。

这些燃烧器是针对林业颗粒成型燃料设计的，林业颗粒燃料具有灰分少、结渣率低、热值高等优点，在燃烧过程中不易结渣。因此这些燃烧器仅仅有清灰装置，而且大多是手动，没有清渣(灰渣)装置。

目前我国的成型燃料主要是以农作物秸秆为主，农作物秸秆中含有无机元素含量较高，如K，Na，Cl，S，Ca，Si，P，尤其是硅化物含量高，导致了生物质固体成型燃料在热化学转化利用过程中出现结垢、结渣现象，不仅对燃烧设备的热性能造成影响，而且危及燃烧设备安全。因此国外的燃烧器难以用于秸秆类生物质颗粒成型燃料。

发明内容

本发明的目的是在以生物质颗粒为燃料的燃烧器中，采用螺旋破渣清灰机构，并结合燃烧内筒的进风孔，解决燃烧器在燃烧过程中结渣问题，破渣清灰机构能够运送物料、搅拌、破渣、清理灰渣、灰分等，能够提高燃烧效率，同时也能够适用于不同类型的生物质颗粒燃料。这为推动我国生物质固体成型燃料产业的发展提供了保障。

为达到这一目的所采取的技术方案包括破渣清灰机构和燃烧内筒，其特征在于，与电机通过活动接口活动连接的破渣清灰机构安装在燃烧内筒中，且由燃料推进螺旋、燃烧搅动螺旋和灰渣排出螺旋组成；同时在燃烧内筒对应破渣清灰机构中燃料推进螺旋、燃烧搅动螺旋和灰渣排出螺旋的位置上开有不同的进风孔。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣清灰机构需采用耐高温的材料加工，熔点在1200℃以上，其中适用于玉米、小麦等秸秆类颗粒燃料的要高于1200℃，适于红松、落叶松等林业生物质颗粒燃料的要高于1350℃。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣清灰机构从落料口到燃烧内筒方向，依次是燃料推进螺旋、燃烧搅动螺旋和灰渣排出螺旋，因作用不同，各部分螺旋的螺距和长度均不相同，破渣清灰机构可以直接铸造，也可以先分别加工这三部分，然后再通过焊接组成。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，燃料推进螺旋的螺距为直径的1/3，螺旋圈数为2圈，螺旋长度为直径的2/3，其作用是将从落料口进入的颗粒燃料推动到燃烧室，解决从落料管落下的物料向前输送的问题。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，燃烧搅动螺旋的螺距为直径的1/2，螺旋圈数为2圈，螺旋长度与直径相同，其作用是是在颗粒燃烧过程中搅动、破碎产生的灰渣，并将燃烧后的灰渣向前推动。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，灰渣排出螺旋的螺距为直径的1/4，螺旋圈数为3圈，螺旋长度为直径的3/4，其作用是燃烧后的灰渣和灰分排出燃烧室。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，燃烧搅动螺旋上装有破渣齿，每个螺旋上装有4个破渣齿，破渣齿的侧面与燃烧搅动螺旋的截面的夹角按照生物质颗粒原料的类型不同，分为90°、60°、45°三种类型。破渣齿不但能够破碎燃烧过程中燃烧室的结渣，同时能够防止螺旋上结渣。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣齿焊接在燃烧搅动螺旋上，且有锋利的锯齿，增加了破渣能力。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣清灰机构的截面是矩形，能够推动燃料、灰渣向前运动。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，燃烧搅动螺旋的外径距离燃烧内筒内壁为6mm；灰渣排出螺旋的最外端伸出燃烧内筒最外端10mm，保证灰渣能够完全排出，防止粘结在燃烧内筒最外端。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣清灰机构的转速通过电机控制，电机的转速根据进料、燃烧要求通过自动控制装置控制，能够按照不同结渣特性的生物质颗粒燃料，采用不同的转速。

上述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，燃烧内筒的圆筒周围在燃料推进螺旋、燃烧搅动螺旋和灰渣排出螺旋的位置处开有不同的进风孔，燃料推进螺旋的下方对应燃烧内筒上开有3列进风孔，在燃烧过程提供一次进风；燃烧搅动螺旋的两端位置处对应的燃烧内筒上开有呈圆周分布的进风孔，对应的燃烧内筒下方开有4列孔，其作用一是燃烧内筒安装在燃烧外筒中，在启动过程中风机能够通过进风孔向内筒提供热风，实现一次进风和二次进风；二是在正常燃烧后，在产生灰分后，能够实现三次进风，在保证提高燃烧效率的前提下，同时能够避免灰分堆积在燃烧内筒中，在破渣螺旋的作用下，将燃烧后灰分推出；灰渣排出螺旋对应的燃烧内筒的下方开有2个长孔，有利于排出灰分。

本发明的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器中，破渣清灰机构安装在燃烧内筒中，解决了生物质颗粒燃料在燃烧过程中的燃料推进、搅拌、破渣以及灰渣排出等问题。而本发明中的破渣清灰机构结构设计合理，燃料推进螺旋能够快速将燃料推进到燃烧室；在颗粒燃料燃烧过程中，燃烧搅动螺旋结构新颖，装有破渣齿，能够搅动燃料，不仅提高燃烧效率，而且防止燃烧过程中的结渣现象，同时能够防止在螺旋上结渣，螺距较大，能够保证燃料在推进过程中完全燃烧；燃烧搅动螺旋上装有破渣齿，按照生物质颗粒燃料类型不同，破渣齿的侧面与螺旋截面的角度，可以是90°、60°、45°，这样能够解决我国生物质颗粒燃料多样化的问题；灰渣排出螺旋螺距小，最外端伸出燃烧内筒最外端10mm，保证灰渣能够完全排出，防止粘结在燃烧内筒最外端。考虑到目前颗粒燃料的最小直径为6mm，因此破渣清灰机构的外径距离燃烧内筒内壁为6mm。破渣清灰机构与电机通过接口活动连接安装在燃烧内筒中，可以根据燃料的类型或燃烧磨损后更换不同的破渣清灰机构。燃烧内筒的圆筒周围在燃料推进螺旋、燃烧搅动螺旋和灰渣排出螺旋的位置处开有不同的进风孔，在保证一次进风和二次进风，提高燃烧效率的前提下，同时能够避免灰分堆积，在破渣螺旋的作用下，将燃烧后的灰分推出。

具有以上结构特点的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器所具有的优点如下：

1)本发明解决了燃烧过程的结渣问题。本发明中的破渣清灰机构结构合理，设计燃烧搅动螺旋上装有破渣齿，在燃烧过程中不断的搅动燃料，防止结渣的产生，燃烧内筒上的进风孔，能够避免灰分堆积，燃烧后的灰渣能够被灰渣排出螺旋快速排出，解决了目前灰分较高的生物质颗粒燃料燃烧过程的结渣问题。

2)本发明提高了燃烧效率。本发明中的燃料推动装置能够将燃料快速推进到燃烧室，同时燃烧搅动螺旋能够将燃烧的颗粒燃料进行搅动，使燃烧的颗粒燃料能够有空气充分接触，提高了燃烧效率。

3)生物质颗粒燃料的适应性广。本发明中的破渣齿的侧面与螺旋截面的角度根据生物质颗粒燃料的不同，可以是90°、60°、45°，因此可以根据不同类型的颗粒燃料选择不同的破渣清灰机构，不仅能够适于灰分少、结渣率低的林业生物质颗粒燃料，而且能够适用于玉米、小麦、棉杆等灰分高、结渣率较高的秸秆类生物质颗粒燃料。同时破渣清灰机构与电机通过接口活动连接，方便更换。

附图说明：

图1为自动高效生物质颗粒燃料燃烧器主视图；

图2为自动高效生物质颗粒燃料燃烧器俯视图；

图3为破渣清灰机构平面示意图；

图4为自动高效生物质颗粒燃料燃烧器燃烧内筒展开图；

图5为自动高效生物质颗粒燃料燃烧器破渣清灰机构三维视图

图6为破渣齿侧面与螺旋截面的夹角为90°的破渣清灰机构三维视图

图7为破渣齿侧面与螺旋截面的夹角为60°的破渣清灰机构三维视图

图8为破渣齿侧面与螺旋截面的夹角为45°的破渣清灰机构三维视图

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的实施例进行描述：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示：1为破渣齿，2为破渣清灰机构，3为燃烧内筒，4为燃烧外筒，5为落料管，6为外壳，7为自动控制装置，8为风机，9为电机，10为点火装置，11为燃料推进螺旋，12为燃烧搅动螺旋，13为灰渣排出螺旋，14为活动接口，15-1、15-2、15-3为燃料推进螺旋下方对应的进风孔，16-1、16-2为燃烧搅动螺旋两端对应的进风孔，17-1、17-2、17-3、17-4为燃烧搅动螺旋下方对应的进风孔，18-1、18-2为灰渣排出螺旋下方对应的进风孔。

自动控制装置7、风机8、电机9、点火装置10安装在自动高效生物质颗粒燃料燃烧器外壳6内，颗粒通过落料管5进行燃烧内筒3内，为防止燃烧内筒3的温度降低，将其安装在燃烧外筒4内。工作时，点火系统10通过自动控制装置7能够实现自动点火，同时风机8提供一次进风和二次进风，保证燃烧过程中的空气。

破渣清灰机构2通过活动接口14与电机9活动连接，可以采用螺纹、插接、键等方式进行连接，可以根据不同类型的生物质颗粒燃料更换破渣清灰机构2，提高了燃烧器的适应性，同时燃烧磨损失效后能够方便拆卸、更换。

破渣清灰机构2由燃料推进螺旋11、燃烧搅动螺旋12和灰渣排出螺旋13三部分组成，破渣清灰机构2可以直接铸造，也可以先分别加工这三部分，然后再通过焊接组成，而且需要耐高温的材料，在燃烧过程中不仅要推进物料，主要是防止结渣，起到破渣、清灰作用。

生物质颗粒从落料管5进入燃烧内筒3之后，在燃料推进螺旋13的作用下，快速推进到燃烧室，即燃烧内筒3中间位置。燃料推进螺旋13的螺距较小，螺旋圈数为2圈，能够保证生物质颗粒快速、平稳的推进的燃烧位置。

在颗粒燃料燃烧过程中，燃烧搅动螺旋12能够将燃烧的燃料搅动，有效防止燃烧过程中的结渣现象，同时使燃烧的颗粒燃料能够有空气充分接触，提高了燃烧效率。另外燃烧搅动螺旋12上安装破渣齿1，而且破渣齿1上有锋利的锯齿，不仅防止在螺旋上结渣，同时也防止在燃烧内筒上结渣。破渣齿1的侧面与螺旋截面的角度的不同能够影响破渣的效果，角度越大，破渣能力越强，按照生物质颗粒燃料类型不同，破渣齿1的侧面与螺旋截面的角度，可以是90°、60°、45°，这样能够解决我国生物质颗粒燃料多样化的问题。

燃烧后的灰渣在灰渣排出螺旋13的推动下，快速排出，同时灰渣排出螺旋13最外端伸出燃烧内筒最外端10mm，保证灰渣能够完全排出，防止粘结在燃烧内筒最外端。

为保证燃烧过程中的一次进风、二次进风以及避免燃烧后灰分堆积在燃烧内筒内，本发明在燃烧内筒开有不同的进风孔，如图4，每个孔的直径为4mm，颗粒燃料的长度一般在15～30mm，因此在内筒圆周上每列孔中的相邻孔的直线距离为20mm。在燃料推进螺旋对应的燃烧内筒的下方位置开有3列进风孔15-1、15-2、15-3，在燃烧过程提供一次进风。燃烧搅动螺旋的两端位置处对应的燃烧内筒上开有呈圆周分布的2列进风孔16-1、16-2，对应的燃烧内筒下方开有4列孔17-1、17-2、17-3、17-4，为每列3个孔、2个孔间隔排列，2列呈圆周分布的进风孔要保证燃烧过程中的一次进风和二次进风，正下方的4列孔在保证燃烧过程中的一次进风和二次进风外，还要保证燃烧过程中灰分堆积在燃烧内筒中，将灰分吹起，在破渣螺旋的作用下，将燃烧后灰分推出；灰渣排出螺旋下方对应的燃烧内筒上开有2个长孔18-1、18-2，有利于排出灰分。

试验结果表明，不同碱金属含量的生物质原料，燃烧后灰分、结渣差异比较大，如玉米秸秆、红松等原料含有较高的Si元素以及其他碱金属元素，Si含量基本在25％，燃烧后结渣非常严重；而棉杆、落叶松等原料含有较低的Si元素以及其他碱金属元素，燃烧后结渣一般。因此按照燃烧后结渣情况，将生物质颗粒燃料分为三类：一是燃烧后严重结渣，如棉杆、落叶松等；二是燃烧后结渣较严重，如麦秆、稻秆；三是燃烧后结渣一般，如棉杆、落叶松。

根据以上分类，本发明结合图例说明如下：

实施例1：用于结渣最严重的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器

针对玉米秸秆、红松等原料含有较高的Si元素以及其他碱金属元素，Si含量基本在25％，K元素含量在10％～15％，燃烧后结渣最严重、灰分最多，采用破渣齿1侧面与螺旋截面的角度为90°的破渣清灰机构，即破渣齿垂直与螺旋的截面，如图6，在本装置中，破渣齿1的侧面与螺旋截面夹角为90°，破渣齿1与燃烧内筒的接触面最多，破渣效果最好，螺旋传输的阻力也较大，故功率消耗大。

实施例2：用于结渣较严重的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器

针对麦秆、稻秆等原料含有一般高的Si元素以及其他碱金属元素，燃烧后结渣严重，采用破渣齿1的侧面与螺旋截面的角度为60°的破渣清灰机构，如图7，在本装置中，破渣齿1的侧面与螺旋截面夹角为60°，破渣齿1与燃烧内筒的接触面较多，破渣效果较好，螺旋传输的阻力也较小，故功率消耗较小，有利于灰渣的传输。

实施例3：用于结渣一般的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器

针对棉杆、落叶松等原料含有较低的Si元素以及其他碱金属元素，燃烧后结渣较少、灰分较少，采用采用破渣齿1的侧面与螺旋截面的角度为45°的破渣清灰机构，如图8，在本装置中，破渣齿1的侧面与螺旋截面夹角为45°，破渣齿1与燃烧内筒的接触面较少，破渣效果一般，但螺旋传输的阻力最小，故功率消耗较小，灰渣的传输速度较高。

本发明的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器可以安装在各种类型的生物质锅炉中，工作时，落料管5接外部料仓，生物质颗粒从落料管5进入燃烧内筒3的最右端，在燃料推进螺旋的11的作用下颗粒将被推进到燃烧内筒3中部，同时点火系统10将在自动控制系统7的作用下进行点火，风机8将提供一次进风和二次进风，保证燃烧过程中有充足的空气。破渣清灰机构2在电机9的传动下转动，燃烧过程中，燃烧搅动螺旋12能够搅动燃料，保证燃料与空气充分接触，提高燃烧效率，同时燃烧搅动螺旋12安装破渣齿1，能够解决燃烧过程中结渣问题。燃烧后产生的灰渣将在灰渣排出螺旋13的作用下快速排出，同时燃烧内筒在对应破渣清灰机构2的位置开有不同的进风孔，不仅实现了燃烧过程中的一次进风和二次进风，也有助于燃烧后灰分的排出。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，包括破渣清灰机构(2)和燃烧内筒(3)，其特征在于，与电机(9)通过活动接口(14)连接的破渣清灰机构(2)安装在燃烧内筒(3)中，且破渣清灰机构(2)由燃料推进螺旋(11)、燃烧搅动螺旋(12)和灰渣排出螺旋(13)三部分组成，在燃烧内筒(3)的圆周在对应破渣清灰机构(2)中燃料推进螺旋(11)、燃烧搅动螺旋(12)和灰渣排出螺旋(13)的位置上开有不同的进风孔。

2.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于破渣清灰机构(2)需采用耐高温的材料加工，熔点在1200℃以上。

3.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于破渣清灰机构(2)从落料口(5)到燃烧内筒(3)方向，依次是燃料推进螺旋(11)、燃烧搅动螺旋(12)和灰渣排出螺旋(13)，这三部分之间采用焊接或者铸造，且螺距和长度均不相同，燃料推进螺旋(11)的螺距为直径的1/3，螺旋圈数为2圈，螺旋长度为直径的2/3；燃烧搅动螺旋(12)的螺距为直径的1/2，螺旋圈数为2圈，螺旋长度与直径相同；灰渣排出螺旋(13)的螺距为直径的1/4，螺旋圈数为3圈，螺旋长度为直径的3/4。

4.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于燃烧搅动螺旋(12)上装有破渣齿(1)，且有锋利的锯齿，每个螺旋上装有4个破渣齿(1)，破渣齿(1)侧面与燃烧搅动螺旋(12)的截面的夹角按照生物质颗粒原料的类型不同，分为90°、60°、45°三种类型。

5.据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于燃烧搅动螺旋(12)的截面是矩形。

6.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于燃烧搅动螺旋(12)的外径距离燃烧内筒(3)内壁为6mm；灰渣排出螺旋(13)的最外端伸出燃烧内筒(3)最外端10mm。

7.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于燃烧搅动螺旋(12)的转速通过电机(9)控制，电机的转速根据进料量、燃烧温度要求通过自动控制装置(7)控制。

8.根据权利要求1所述的自动高效生物质颗粒燃料燃烧器，其特征在于燃烧内筒(3)的圆筒周围在燃料推进螺旋(11)、燃烧搅动螺旋(12)和灰渣排出螺旋(13)的位置处开有不同的进风孔，燃料推进螺旋(11)的下方对应的燃烧内筒(3)开有3列进风孔(15-1)、(15-2)、(15-2)，孔的直径为4mm燃烧搅动螺旋(12)的两端位置处的燃烧内筒(3)上开有呈圆周分布的进风孔(16-1)、(16-2)，孔的直径为4mm；与燃烧搅动螺旋(12)的下方对应的燃烧内筒(3)上开有4列进风孔(17-1)、(17-2)、(17-3)、(17-4)，孔的直径为4mm灰渣排出螺旋(13)下方的燃烧内筒(3)开有2个长进风口(18-1)、(18-2)。

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