CN102679324A - 生物质燃料燃烧机 - Google Patents

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田宜水
姚宗路
赵立欣
孟海波
孙丽英
袁艳文
庞利沙
王月乔
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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料燃烧机,属于可再生能源技术领域。技术方案包括进料电机(1)、清渣电机(6)、和内燃烧室(8),进料电机(1)通过进料螺旋(2)将生物质固体成型燃料输送到内燃烧室(8),通过曲柄(11)与清渣电机(6)连接的清渣装置(10)安装在内燃烧室(8)中,一次风机(5)提供点火热风及燃烧过程中的一次进风,二次风机(4)提供二次进风。本发明生物质燃料燃烧机采用清渣装置(10)有效解决了生物质成型燃料、切碎的秸秆、木屑等不同类型生物质燃料燃烧过程中的结渣现象,实现了成型燃料的输送、破渣和清灰等,提高了燃烧效率,该发明适应于生物质锅炉、热风炉等燃烧设备。

Description

生物质燃料燃烧机
技术领域
[0001 ] 本发明属于可再生能源技术领域,是一种生物质燃料燃烧机,具体是应用于以生物质颗粒燃料、切碎的秸杆、木屑等生物质固体成型燃料为燃料的生物质锅炉、热风炉等燃烧设备上一种燃烧机,以实现自动上料、自动燃烧、自动破渣、自动清灰。
背景技术
[0002] 我国是世界第二大能源生产国和消费国,2009年我国一次能源生产量达到28亿t标准煤,能源消费总量31亿t标准煤。我国也是化石能源非常短缺的国家。人均煤炭资源约90t,仅为世界平均水平的55. 4% ;人均石油可采储量2. 6t,仅为世界平均值的11. 1% ;人均可开采天然气1074m3,为世界平均值的4. 3%。化石能源的生产和消费造成了严重的环境污染和生态破坏。煤炭使用过程产生的污染是我国最大的环境问题,废气排放中约90%的SO2、85%的CO2和67%的NOx,以及80%的烟尘都是由燃煤造成的。另外我国具有丰富 的生物质能资源,秸杆数量大、种类多、分布广,每年秸杆产量约8亿t。因此大力开发生物质资源,实现秸杆固体成型燃料规模化生产和应用,不仅能够在一定程度上缓解能源短缺的压力,而且可以相应减少使用煤、石油等不可再生资源对生态环境保护的负面影响。
[0003] 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。
[0004]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清灰铲设计为手动或自动移动式,以便灰分随清灰铲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,该燃烧器用于不易结渣的成型燃料。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。
[0005] 我国的成型燃料主要是以农作物秸杆为主,农作物秸杆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杆类生物质颗粒成型燃料。试验结果表明玉米秸杆、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%,燃烧后结洛最严重、灰分最多。
[0006]目前我国研究的用于生物质成型燃料的燃烧器、燃烧设备等,解决结渣问题,如授权号为ZL201010126437. I的生物质颗粒燃料燃烧器,在燃烧室中采用螺旋清渣结构,能够有效解决燃烧过程中的结渣,但该燃烧器可以用于小型的生物质锅炉,如20KW,对于大功率锅炉,如350KW、700KW,由于燃烧器的燃烧室的直径大(直径达到50cm),再采用螺旋作为清渣结构,不能有效解决结渣问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的是在以生物质固体成型燃料为主要燃料的燃烧机中,采用由多块清渣板组成的清渣装置,并结合内燃烧室的内筒上进风孔及清灰装置下的进风孔,解决燃烧机在燃烧过程中结渣问题,清渣装置能够运送物料、破渣、清理灰渣、灰分等,能够提高燃烧效率,适应于生物质锅炉、热风炉等燃烧设备。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。
[0008] 为达到这一目的所采取的技术方案包括进料电机、清渣电机、二次风机、一次风机、内燃烧室和清渣装置,其特征在于,进料电机通过进料螺旋将生物质固体成型燃料输送到内燃烧室,通过曲柄与清渣电机连接的清渣装置安装在内燃烧室中,一次风机提供点火热风及燃烧过程中的一次进风,二次风机提供二次进风。
[0009] 上述的生物质燃料燃烧机,内燃烧室由内燃烧室上筒和燃烧室下筒焊接而成,清渣装置安装在燃烧室下筒中,内燃烧室将安装在生物质锅炉、热风炉等燃烧设备中。
[0010] 上述的生物质燃料燃烧机,清渣电机通过曲柄将动力传输给清渣装置,清渣装置运动方向为前后往复运动。
[0011] 上述的生物质燃料燃烧机,清渣装置由13块清渣板组成,且清渣板安装在清渣转轴上,清洛转轴为空心轴,在燃烧过程中通风,使其风冷。
[0012] 上述的生物质燃料燃烧机清渣板由7块动清渣板和6块静清渣板间隔组成,动清渣板前后往复运动,静清渣板不动,静清渣板的折弯角度α为150°,动清渣板的折弯角度β为135°,保证物料、灰渣能够在燃烧过程中向前运动。
[0013] 上述的生物质燃料燃烧机,清渣板、清渣转轴均采用耐高温的材料加工,熔点在1200°C以上,其中适用于玉米、小麦等秸杆类颗粒燃料的要高于1200°C,适于红松、落叶松等林业生物质颗粒燃料的要高于1350°C。
[0014] 上述的生物质燃料燃烧机,清渣转轴通过螺栓固定在燃烧室下筒侧板上,能够方便的更换。
[0015] 上述的生物质燃料燃烧机,点火装置安装在清渣装置的后方,且点火孔上方正对在动清渣板一和静清渣板二中间,保证点火时能将热风集中吹到成型燃料中。
[0016] 上述的生物质燃料燃烧机,内燃烧室中的上部分为燃烧室上筒,且由两块板焊接而成的双层结构,两块板间隔为1cm,并燃烧室上筒内侧分别开有二次进风孔、二次进风孔二、二次进风孔三,燃烧过程中,二次风能够通过燃烧上筒内侧的风孔进入到内燃烧室中,实现二次进风,提高燃烧效率。
[0017] 上述的生物质燃料燃烧机,内燃烧室中的落料口下方装有落料板,长度与清渣板相同,保证成型燃料能够堆落在内燃烧室中。
[0018] 上述的生物质燃料燃烧机,在内燃烧室中的落料口上方开有2个对称二次进风孔,在燃烧过程中提供二次进风。
[0019] 上述的生物质燃料燃烧机,在进料螺旋的上方、二次进风孔的下方装有风板,将二次风机和一次风机的进风隔开,防止两个风机的风混合,有助于燃烧。
[0020] 上述的生物质燃料燃烧机,进料螺旋通过进料电机提供动力,将通过落料筒的生物质固体成型燃料由垂直向下运动改变为向燃烧室水平移动。
[0021] 本发明的生物质燃料燃烧机中,清渣装置安装在内燃烧室中,且清渣装置由动清渣板和静清渣板组成,解决了生物质固体成型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。而本发明中的清渣装置结构设计合理,动清渣板、静清渣板安装在清渣轴上,且为间隔安装,能够保证在燃烧过程中将物料、灰渣向前推动,清渣装置的动力由清渣电机通过曲柄传递;该发明有2个风机,且通过风板隔开,燃烧过程中提供进风,一次风 机能够提供点火过程中的进风及一次进风,在燃烧室上筒的内侧分别开3个二次进风孔及内燃烧室中的落料口上方开有2个对称二次进风孔,提供二次进风。能够提供燃烧效率,解决结渣问题。
[0022] 具有以上结构特点的生物质固体成型燃料所具有的优点如下:
[0023] I)本发明解决了燃烧过程的结渣问题。本发明中的清渣装置构结构合理,动清渣板、静清渣板安装在清渣轴上,且为间隔安装,能够保证在燃烧过程中将物料、灰渣向前推动,清渣装置的动力由清渣电机通过曲柄传递,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。
[0024] 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内燃烧室,本发明装有2个风机,且通过风板隔开,燃烧过程中提供进风,一次风机能够提供点火过程中的进风及一次进风,在燃烧室上筒的内侧分别开3个二次进风孔及内燃烧室中的落料口上方开有2个对称二次进风孔,提供二次进风,使燃烧的生物质固体成型燃料能够有空气充分接触,提高了燃烧效率。
[0025] 3)生物质固体成型燃料的适应性广。本发明中的清渣装置采用动、静清渣板,间隔安装,能够适应于不同灰分含量、不同结渣率的生物质固体成型燃料,且该清渣转轴通过螺栓固定在燃烧室下筒侧板上,能够方便的更换。
附图说明:
[0026] 图I为生物质燃料燃烧机主视图;
[0027] 图2为生物质燃料燃烧机俯视图;
[0028] 图3为生物质燃料燃烧机左视图;
[0029] 图4为生物质燃料燃烧机清渣装置俯视图;
[0030] 图5为生物质燃料燃烧机清渣静清渣板主视图;
[0031] 图6为生物质燃料燃烧机清渣静清渣板俯视图;
[0032] 图7为生物质燃料燃烧机清渣动清渣板主视图;
[0033] 图8为生物质燃料燃烧机清渣动清渣板俯视图;
[0034] 图9为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在中间位置示意图;[0035] 图10为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在最左边位置示意图;
[0036] 图11为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在最右边位置示意图;
[0037] 图12为生物质燃料燃烧机上燃烧室展开图;
[0038] 图13为生物质燃料燃烧机应用示意图。
具体实施方式:
[0039] 下面结合附图对本发明的实施例进行描述:
[0040] 如图I、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13所示:1
为进料电机,2为进料螺旋,3为进料筒,4为二次风机,5为一次风机,6为清洛电机,7为燃烧室上筒,8为内燃烧室,9为燃烧室下筒,10为清洛装置,11为曲柄,12为点火装置,13为 点火孔,14为二次进风孔,15为风板,16为清洛板,16-1为动清洛板一,16-2为静清洛板二,16-3为动清渣板三,16-4为静清渣板四,16-5为动清渣板五,16-6为静清渣板六,16-7为动清渣板七,16-8为静清渣板八,16-9为动清渣板九,16-10为静清渣板十,16-11为动清渣板i^一,16-12为静清渣板十二,16-13为动清渣板十三,17为清渣转轴,18为燃烧室下筒侧板,19为螺栓,20为落料板,21为二次进风孔一,22为二次进风孔二, 23为二次进风孔三,24为落料口,25为料仓,26为上料机构,27为生物质锅炉,28为生物质燃料燃烧机,29为生物质锅炉炉膛,30为生物质燃料燃烧机燃烧火焰
[0041] 进料电机I、清渣电机6、一次风机5、二次风机4安装在生物质燃料燃烧机内燃烧室8后面,进入到进料筒3中的生物质固体成型燃料通过进料螺旋2推进到内燃烧室8中,清渣电机6通过曲柄11为清渣装置10提供动力,一次风机5安装在下方提供点火进风和一次风,二次风机4安装在上方提供二次进风,且一次风机5和二次风机4的进风通过风板15隔开。
[0042] 点火装置12安装在清渣装置10的后方,且点火孔13上方正对在动清渣板一(16-1)和静清渣板二(16-2)中间,内燃烧室8中的落料口 24下方装有落料板20,上方开有2个对称二次进风孔14,在燃烧过程中提供二次进风。
[0043] 内燃烧室8由燃烧室上筒7和燃烧室下筒9组成,燃烧室上筒7且由两块板焊接而成,形成夹层,并燃烧室上筒7的内侧分别开二次进风孔一 21,二次进风孔二 22,二次进风孔三23。燃烧室下筒9中装有清渣装置10,清渣装置10由清渣板16、清渣转轴17组成,清渣转轴17通过螺栓19固定在燃烧室下筒侧板18上,清渣板16由7块动清渣板(16_1、16_3、16-5、16-7、16-9、16-11、16-13)和 6 块静清渣板(16-2、16-4、16-6、16-8、16-10、16-12)间隔组成,动清渣板前后往复运动,静清渣板不动。
[0044] 动清渣板和静清渣板均由耐高温材料折弯或铸造而成,其中,静清渣板的折弯角度α为150°,动清渣板的折弯角度β为135°,角度不同,有助于成型燃料的的移动。
[0045] 应用时,生物质燃料燃烧机28的内燃烧室8安装在生物质锅炉27的生物质锅炉炉膛29中,料仓25通过上料机构26为生物质燃料燃烧机28提供燃料。生物质燃料在燃烧过程中,燃料进入到进料筒3中,然后通过进料螺旋2推进到内燃烧室8中,此时清渣电机6带动清渣装置10往复运动,如图9,此时状态为为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在中间位置示意图,图10为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在最左边位置示意图,图11为生物质燃料燃烧机清渣装置动清渣板在最右边位置示意图,通过清渣装置10的往复运动,燃烧过程中的燃料及灰渣能够不断的向前滚动,最后被推送到生物质锅炉27中的灰箱中。通过二次进风孔14及二次进风孔一 21、二次进风孔二 22、二次进风孔三23的作用下,成型燃料的C、H元素在燃烧室8中燃烧,挥发分在生物质锅炉27的生物质锅炉炉膛29中燃烧,即燃烧时,生物质燃料燃烧机燃烧火焰30在生物质锅炉炉膛29中。
[0046] 根据以上分类,本发明结合图例说明如下:
[0047] 实施例:温室大棚生物质燃料燃烧机应用
[0048] 采用本发明设计制造的生物质燃料燃烧机,功率为350KW,内燃烧室直径为50cm,该发明应用于北京大兴某设施大棚,该大棚占地面积3000平方米。将该发明的生物质燃料燃烧机安装在350KW的生物质锅炉中,同时配以料仓、上料机构等,实现自动进料、自动点火、自动控制等,为该温室大棚供暖、供热水,如图13所示。
[0049] 本发明的生物质燃料燃烧机安装在生物质锅炉中,工作时,进入到进料筒3中的生物质固体成型燃料通过进料螺旋2推进到内燃烧室8中,清渣电机6通过曲柄11为清渣 装置10提供动力,一次风机5安装在下方提供点火进风和一次风,二次风机4安装在上方提供二次进风。安装在清渣装置10后方的点火装置12为成型燃料提供热风并点火。燃烧时,通过燃烧室上筒7内侧的二次进风孔一 21,二次进风孔二 22,二次进风孔三23提供二次进风,清渣装置10中的动清渣板(16-1、16-3、16-5、16-7、16-9、16-11、16-13)在曲柄11的带动下开始水平往复运动,能够将燃烧的物料、灰渣、灰分等慢慢推到生物质锅炉内部,最后将灰渣排出。
[0050] 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 (13)

1. 一种生物质燃料燃烧机,包括进料电机(I)、清渣电机¢)、二次风机(4)、一次风机(5)、内燃烧室(8)和清渣装置(10),其特征在于,进料电机(I)通过进料螺旋(2)将生物质固体成型燃料输送到内燃烧室(8),通过曲柄(11)与清渣电机(6)连接的清渣装置(10)安装在内燃烧室(8)中,一次风机(5)提供点火热风及燃烧过程中的一次进风,二次风机(4)提供二次进风。
2.根据权利要求I所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于内燃烧室(8)由内燃烧室上筒(7)和燃烧室下筒(9)焊接而成,清渣装置(10)安装在燃烧室下筒(9)中。
3.根据权利要求I所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于,清渣电机(6)通过曲柄(11)将动力传输给清渣装置(10),清渣装置(10)运动方向为前后往复运动。
4.根据权利要求1、2或3所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于清渣装置(10)由13块清渣板(16)组成,且清渣板(16)安装在清渣转轴(17)上,清渣转轴(17)为空心轴。
5.根据权利要求4所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于清渣板(16)由7块动清渣板(16-1、16-3、16-5、16-7、16-9、16-11、16-13)和 6 块静清渣板(16-2、16-4、16-6、16-8、16-10,16-12)间隔组成,动清渣板前后往复运动,静清渣板不动,静清渣板的折弯角度a为150°,动清渣板的折弯角度P为135°。
6.根据权利要求5所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于清渣板(16)、清渣转轴(17)均采用耐高温的材料加工,熔点在1200°C以上。
7.根据权利要求6所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于清渣转轴(17)通过螺栓(19)固定在燃烧室下筒侧板(18)上。
8.根据权利要求I所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于点火装置(12)安装在清渣装置(10)的后方,且点火孔(13)上方正对在动清渣板一(16-1)和静清渣板二(16-2)中间。
9.根据权利要求I或2所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于内燃烧室(8)中的上部分为燃烧室上筒(7),且由两块板焊接而成的双层结构,两块板间隔为1cm,并燃烧室上筒(7)内侧分别开有二次进风孔一(21),二次进风孔二(22),二次进风孔三(23)。
10.根据权利要求9所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于在内燃烧室(8)中的落料口(24)下方装有落料板(20),长度与清渣板(16)相同。
11.根据权利要求10所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于在内燃烧室(8)中的落料口(24)上方开有2个对称的二次进风孔(14)。
12.根据权利要求I所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于在进料螺旋(2)的上方、二次进风孔(14)的下方装有风板(15),将二次风机⑷和一次风机(5)的进风隔开。
13.根据权利要求12所述的生物质燃料燃烧机,其特征在于进料螺旋(2)通过进料电机(I)提供动力,将通过落料筒(3)的生物质固体成型燃料由垂直向下运动改变为向燃烧室(10)水平移动。
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