CN102563853B - 倒置层燃锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倒置层燃燃烧锅炉，包括给料系统、燃烧系统、换热系统、除渣系统和排烟系统，它具有筒状的炉体，燃烧室在炉体下部，进料口在炉体的顶部，进料口下面有料仓，料仓与燃烧室之间有隔离的密封门；炉体上面和四周均有密封保温层，只在燃烧室下部炉排处有进风口；排烟通道位于燃烧室下部侧面。本发明的燃烧方式完全不同于传统的固定炉排或机械化移动炉排的燃烧方式。其优势在于具有稳定的燃烧层，高效的导热方式，换热水管始终处于稳定的燃烧层之中。另外在降低选择燃料标准的同时，降低了单位时间内燃料的添加次数。从理论上说，只要锅炉结构制作方面允许，就可以无限制的增加一次性添料的总量。

Description

倒置层燃锅炉

一、技术领域

本发明属于固体燃料锅炉技术领域，具体涉及一种常压热水锅炉。

二、背景技术

目前，工业生产和社会供暖所使用的固体燃料层燃常压热水锅炉，按照其不同的燃烧方式可分为固定炉排和机械化移动炉排两种。固定炉排指的是将固体燃料置于固定不动的炉排上的燃烧方式。这是一种最古老、结构简单的层燃燃烧方式。采用固定炉排的层燃燃烧方法最大的问题在于燃料的添加及灰渣的清除。由于每次添加的燃料量有限，导致添加十分频繁，每次添加的冷燃料直接覆盖在燃烧层上面，预热不充分，造成燃烧效率的降低。而对灰渣而言，一方面如果不及时清除，灰渣覆盖在燃料上，会导致燃烧难以持续；而另一方面，频繁的除渣不可避免的会破坏燃烧层，导致大量的热损失。

为解决添料和除渣的问题，在固定炉排的基础上开发了机械化移动炉排，主要为链条炉排，其工作方式可概括为：燃料落到炉排上，随炉排的移动进入燃烧室燃烧，形成的灰渣又随着炉排的移动带出燃烧室。尽管链条炉在一定程度上解决了添料和除渣的问题，但仍存在一些难以克服的问题，可归为以下几个方面：（1）由于燃料在行进中燃烧，而在行进过程中，燃料的状态一直发生变化，由初始状态到逐渐预热，到部分分解，到部分燃烧直至完全燃烧。其燃烧过程的复杂性和不均匀性都会导致燃料难以燃烧彻底，造成热量的损失。（2）换热水管是利用热辐射的方式接收热量。由于燃料是在行进中燃烧，不同的燃烧阶段释放出的热量各不相同。复杂的辐射方式导致换热水管难以将各不同阶段所释放出的热量全部最大化的吸收，热量的进一步损失造成锅炉的热效率进一步降低。（3）除了热效率较低的问题外，链条炉对燃料还很挑剔。链条炉不仅对燃料的品质有严格的要求，对燃料的尺寸同样有严格的要求。燃料的热值偏高，会造成燃料的浪费，燃料的热值偏低，会造成锅炉不能持续燃烧。燃料的尺寸有着类似的影响。（4）同固定炉排有着同样的问题，一次性添加的燃料有限，需频繁添加。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种倒置层燃锅炉，它具有高效的导热方式，并且能够一次性添充足够长时间的燃料，充分燃烧。

本发明采用的技术方案是：倒置层燃锅炉包括给料系统、燃烧系统、换热系统、除渣系统和排烟系统，倒置层燃锅炉具有筒状的炉体，燃烧室在炉体下部，进料口在炉体的顶部，进料口下面有料仓，料仓有与燃烧室之间隔离的密封门；炉体上面和四周均有密封保温层，只在燃烧室下部炉排处有进风口；排烟通道位于燃烧室下部侧面。

工作时，将燃料投入进料口，经料仓、密封门进入燃烧室，一直落至炉排上，燃料将换热管埋在其中。燃料添完后，将上盖关闭，使炉体上部保持封闭状态，然后由炉排下面点火。

本发明的燃烧方式完全不同于传统的固定炉排或机械化移动炉排的燃烧方式。其优势在于稳定的燃烧层，高效的导热方式，换热水管始终处于稳定的燃烧层之中。另外在降低选择燃料标准的同时，降低了单位时间内燃料的添加次数。从理论上说，只要锅炉结构制作方面允许，就可以无限制的增加一次性添料的总量。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）新型层燃燃烧方法：传统的层燃燃烧方法均为将固体燃料置于炉排上，燃烧过程为自上而下燃烧，换热水管置于燃烧层上方，与燃料有一定的间距。本发明实现了一种新型的层燃燃烧方法。即将一定厚度的固体燃料，置于只有底端开口而其余面封闭的容器中，因燃烧必备条件氧气作用，使燃料只能在露出容器底端与氧气相接触时才能燃烧。燃烧层始终处于燃料底部，实现了燃料倒置底部层燃的一种新型燃烧方法。燃烧过程是自下而上燃烧。换热水管置于燃料内部。始终处于燃烧层之中。

（2）热效率高：传统的层燃燃烧的热交换方式为热辐射。固体燃料燃烧后，热量在炉膛内反射后集中至换热水管处。本发明所采用的热交换方式为热传导，换热水管直接置于燃烧层内，燃烧生成的热量直接由热传导的方式由固体燃料交换至换热水管。热交换的效率大大提高。

（3）稳定均匀的燃烧层：在使用链条炉排层燃燃烧方式时，由于燃料在不停的移动，不同阶段的燃料温度及状态有着较大的差异，使得燃料难以充分燃烧。与之相比，本发明的倒置层燃燃烧方式燃烧层固定不动，稳定而均匀，使燃烧更加充分。

（4）有效地控制了燃烧状态。锅炉内燃料燃烧时释放热量的多少是由料仓底端燃料燃烧层的厚薄，即置于燃烧层内的燃料数量所决定。本发明可以根据换热水管所需要的换热热量，来调控锅炉料仓底端燃料燃烧层的厚薄。即根据单位时间内换热水管所需一定量的换热量，来投入一定量的燃料。同时也可以根据换热水管的换热要求，来调控燃料燃烧层燃烧的速度。使单位体积的燃料能够最大限度的延长燃烧时间。从而保证了炉内燃料得以充分燃烧，实现等量燃料的燃烧热值最大限度的有效利用，避免了热损失，极大的节省了燃料。

（5）提高一次性添加燃料的总量：一次性添加燃料的总量由料仓容积决定，可以通过大幅提高料仓的容积使得一次性添加的燃料总量大大提高，从而在单位时间内，同传统锅炉相比，极大的降低了燃料添加的频率。实现一次添加燃料就能满足锅炉二十四小时或更长时间的正常运行。降低了劳动强度，特别是为家庭冬季使用小锅炉取暖提供了极为便利的条件。

（6）广泛的燃料选择：不仅对燃料的尺寸大小没有严格的限制，而且对燃料的种类、品质等都没有任何要求。不同种类的燃料如煤、木材、秸秆等均可作为燃料使用。本发明尤其适合北方农村地区，以农作物的秸秆，根茎，谷壳，和野地里生长的杂草，树叶为燃料，做冬季取暖使用。

四、附图说明

附图为本发明的结构示意图。

五、具体实施方式

倒置层燃锅炉为竖立的筒状结构，燃烧室23位于炉体下部。在燃烧室上面有料仓5，料仓5上部为进料口2，进料口2上面有上盖1。在料仓5上、下分别有上层密封门3和下层密封门6，上层密封门3、下层密封门6为向下翻转的对开门，在炉体外有与上层密封门3、下层密封门6门轴连接的上层控制手柄4、下层控制手柄7；在密封门上有配重块，当密封门上部无燃料时，配重块使密封门归位为关闭状态。通过调整料仓的高度，可以调整本发明的料仓的容积，进而影响到添加燃料的最大时间间隔。但当料仓增加到一定高度时，须在料仓内增加密封门，使得燃料顶部始终保持一个有限的密封空间，以保证空气不会流通。

换热系统由环绕燃烧室一周的水套14和置于燃烧室23内的换热水管22构成，换热水管22两端与水套14相通；换热水管22下面靠近炉排。所述的换热水管22为两层，在换热水管22上有吸热翅片。水套14上有连接到炉体外的安全阀8、出水口9、进水口11和用于排污的泄水管13。

所述的炉排由上层的多个进风管17和下层的多个炉排条16组合构成，进风管17与炉排条16在水平方向上相间平行布置；进风管17外端与炉体侧面的进风口12相通，在进风口12处有调节风门，在进风管17下面有多个出风孔；通过调节进风口12处的调节风门，控制进风管内进入的氧气量，来实现对燃料燃烧的控制。在炉排条16上面有均匀排布的拨灰杆15，各炉排条16经一个连杆连接至炉体外的扳动手柄10。调整不同的炉排间隙，一方面保证燃料不会从炉排上滑落，使燃料得以完全燃烧；另一方面保证灰渣能够从炉排上掉落，以能够持续燃烧。这样，本发明几乎可应用于所有固体燃料的燃烧。如适当增加炉排间隙，本发明可实现以煤作为燃料的燃烧；可以适当减小炉排间隙，本发明可实现以生物质作为燃料的燃烧。

通过改变炉排的尺寸面积，可以调整本发明的额定功率。使用秸秆等轻质燃烧时，燃剩的草木灰很少，炉排基本不用动，当使用煤等矿物质燃料，有较厚的灰烬层或产生焦结时，可扳动手柄10，让炉排条16转动，使拨灰杆15左右摆动，破坏焦结并将灰烬抖落。炉体底部的灰室可以手动除灰，也可以采用自动运输机定时除灰。

在水套14和燃烧室23外壁之间为烟道21，在水套14的外壁上装有烟道隔板20；烟道21与烟囟24连接处有烟道门18，烟囟出口处有排烟机25。通过排烟机与烟道门相结合的调节方式，可以控制锅炉的排烟量，以进一步达到控制燃料燃烧的目的。

本发明的工作原理：关闭上层密封炉门后，由于炉门的密封作用，使得固体燃料置于顶部及四周密闭的环境中，料仓及燃烧室上部的气体不能通过炉体顶部或四周向外流通，同时因为固体燃料紧密堆积，料仓及燃烧室内部的气体也无法形成对流。另外燃烧层燃烧时所释放的二氧化碳和水蒸气也充斥了燃烧室的上部和料仓的空间，因此由进风管流进的空气只能在燃烧室中下部流通，而燃烧室上部空间则为燃料的预热空间。通过点火装置点燃固体燃料后，燃烧室下部的燃料由于能够接触到氧气而燃烧起来；但在料仓及燃烧室上部，即使燃料的预热温度已经达到燃点，但由于内部气体不流通，燃料不能接触到氧气，因而无法燃烧。

在燃烧过程中，燃烧室下部的燃料燃尽成灰渣，在重力的作用下，从炉排上脱落；随即上部预热空间内的燃料则向下落入燃烧空间，接触到氧气发生燃烧。与此同时料仓底部的燃料则落入预热空间内预热。这样在炉体内自下而上形成均匀、稳定而持续的燃烧层和预热层。同传统的层燃燃烧方法相比，本发明实现了燃料倒置底面层燃这样一种新型燃烧方式。

这种燃烧方式一方面解决了添料及除渣的问题，燃料在重力的作用下，由预热空间落入燃烧空间，实现了燃料添加的自动化，并保证了燃烧的持续性。灰渣在重力的作用下，从炉排上掉落，实现了除渣的自动化。另一方面燃料的燃烧层及预热层始终保持不动，并且燃烧层均匀的分布在炉排上，保证了燃烧过程的稳定性。

本发明亦实现了一种新型的换热方式，由于换热水套包裹在燃烧层外，并且在燃烧层内有换热水管，燃烧产生的热量将主要通过热传导的方式传递给水。这将大大提高锅炉的热效率。并且，一方面灰渣在落下后还可进一步释放出余热；另一方面烟也将在烟道内进行充分的热交换。这样锅炉的热效率将得到进一步的提升。

Claims (6)

1.一种倒置层燃锅炉，包括给料系统、燃烧系统、换热系统、除渣系统和排烟系统，其特征是：倒置层燃锅炉具有筒状的炉体，燃烧室（23）在炉体下部，进料口（2）在炉体的顶部，进料口（2）下面有料仓（5），料仓（5）与燃烧室（23）之间有隔离的密封门；炉体上面和四周均有密封保温层，只在燃烧室（23）下部炉排处有进风口（12）；烟道（21）位于燃烧室（23）侧面。

2.根据权利要求1所述的倒置层燃锅炉，其特征是：换热系统由环绕燃烧室（23）一周的水套（14）和置于燃烧室（23）内的换热水管（22）构成，换热水管（22）两端与水套（14）相通；换热水管（22）下面靠近炉排。

3.根据权利要求2所述的倒置层燃锅炉，其特征是：所述的换热水管（22）为两层，在换热水管（22）上有吸热翅片。

4.根据权利要求1或2所述的倒置层燃锅炉，其特征是：所述的炉排由上层的多个进风管（17）和下层的多个炉排条（16）组合构成，进风管（17）与炉排条（16）在水平方向上相间平行布置；进风管（17）外端与炉体侧面的进风口（12）相通，在进风口（12）处有调节风门，在进风管（17）下面有多个出风孔；在炉排条（16）上面有均匀排布的拨灰杆（15），各炉排条（16）经一个连杆连接至炉体外的扳动手柄（10）。

5.根据权利要求1所述的倒置层燃锅炉，其特征是：在料仓（5）上、下分别有上层密封门（3）和下层密封门（6），上层密封门（3）、下层密封门（6）为向下翻转的对开门，在炉体外有与上层密封门（3）、下层密封门（6）门轴连接的上层控制手柄（4）、下层控制手柄（7）；在密封门上有配重块。

6.根据权利要求2所述的倒置层燃锅炉，其特征是：在水套（14）和燃烧室（23）外壁之间为烟道（21），在水套（14）的外壁上装有烟道隔板（20）；烟道（21）与烟囟（24）连接处有烟道门（18），烟囟出口处有排烟机（25）。

Images