CN103134178B - 充分利用生物质燃料的高效热水炉 - Google Patents

Abstract

本发明的充分利用生物质燃料的高效热水炉，关键在于一个气化室和三个燃烧室、螺旋除尘器、灰斗、渣料室及与燃烧室连接的管道和部件均设置在可以充满水的炉体内，在气化室将生物质燃料气化成可燃气体，大量的生物质燃料气化后在主燃烧室燃烧，主燃烧室燃烧不完全的燃料气体在第二燃烧室和第三燃烧室进行后续的补充燃烧。生物质燃料被气化后，燃烧充分完全，生物质能得到极致释放，整体结构科学合理，水包热的形式，热能高效利用。排出的烟气中PM2.5极少，烟气几乎无尘、无黑、无硫、无毒害物质；适于小区、学校、医院和酒店的生活用热水供应和冬天供暖，也适于工业生产中取代煤、油、气锅炉和电加热供水装置，提供热水用于物料和产品的干燥。

Description

充分利用生物质燃料的高效热水炉

技术领域

 本发明涉及供热装置，特别是热水炉，具体是充分利用生物质燃料的高效热水炉。

背景技术

生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能源来源于太阳能，生物质能源是太阳能的一种，生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器。生物质能源在2003年被世界列为第四大能源，2004年被列为第三大能源，排在石化前面。在发达国家被认为仅次于核能的第二能源。因为生物质在地球上不断产出使用又非常环保，所以全球都非常重视生物质能源的研发应用。生物质成型燃料是利用工农业产品加工后的遗弃物（如木屑、农作物秸秆、稻壳、花生壳和城市可燃物生活垃圾等）粉碎压缩成的燃料，其特点：易点火、燃烧完全、燃烧性能好、燃料密度高于煤碳，挥发份是煤碳的3倍以上，灰份大约是煤的五分之一，二氧化硫几乎为零，废渣是优质钾肥， 

生物质能源在可再生能源系列是唯一可以代替燃煤、燃油、天燃气及电，能够实现城市供热供暖的能源，其特点可以全天候运行不受气候和地域的影响。生物质燃料被世界上公认为清洁能源。以其独特的实用性和可再生性被广泛应用开发生物质成型燃料，以其自有的特性可代替工业用煤及燃油锅炉的供热方式并对其应用进行经济分析，则成为供热行业急待研究的课题。结合近几年的研究和实践，5000㎡以上的建筑物小区、学校、医院和酒店的生活用热水、冬天供暖，利用生物质成型燃料锅炉的实践对此进行深入的探讨及开发，现已达到节能减排的标准炉具。目前，大多数发达国家都采用大型秸秆（生物质）锅炉用于供暖，发电或热电联产，我国秸秆（生物质）工业燃烧技术起步较晚，目前我国大部分锅炉生产企业生产的生物质锅炉均为小型化，而且技术含量不高，燃烧性能及效果不是很好，主要体现在锅炉都是传统锅炉结构没有大的更新，所以炉膛温度低，焦油烧不尽，冒黑烟、热效率低，达不到国家的环保要求。由于生物质原料中含有纤维素、木素、树脂和蜡等物质，一般在阔叶木、针叶木中，木素含量为25%~35%（干原料），禾草类中含量为15%~25%，其木质素是具有芳香族特性的结构，单体为苯基丙烷的立体结构高分子化合物，不同种类的生物质都会有木质素，而木素焦油成分，普通锅炉只有在高温（1000度以上）下才能熔解。如果炉温达不到1000度，木焦油就会随着烟气附着在火管，水冷壁，或热气管上，逐渐将锅炉堵塞使锅炉不能正常运行直至报废。根据生物质成型燃料的特点，合理的锅炉结构和配风方式是保证燃尽率及热效率的关键。

    ZL201120002949.7“生物质供热机组”将水通过盘管置于炉膛腔内加热。该法由于炉体需要厚的保温而显得设备臃肿，而且对很高温度的炉体采取保温其效果也不尽如意。另外盘管与生物质燃烧后的热量接触面积有限，生物质能未被充分利用。

发明内容

本发明的目的是提供充分利用生物质燃料的高效热水炉，不但要促进生物质燃料的充分燃烧，而且要将燃烧释放的能量充分利用。

本发明的充分利用生物质燃料的高效热水炉，包括炉体、进水口、出水口、进料口、出灰口、灰斗、排渣口、渣料室、排烟口、排气口、气化室、燃烧室，其关键在于一个气化室和三个燃烧室、螺旋除尘器、灰斗、渣料室及与燃烧室连接的管道和部件均设置在可以充满水的炉体内，主燃烧室上段呈椎形，主燃烧室中段呈圆柱形，主燃烧室下段呈倒椎形，主燃烧室之下是由与主燃烧室下段倒椎形衔接的椎形结合圆柱形而成的气化室，气化室的圆柱形段设置进料口，气化室之下的渣料室设置排渣口，第二燃烧室和第三燃烧室的上段均呈锥形，第二燃烧室的下段和第三燃烧室的下段均呈圆柱形，第二燃烧室之下和第三燃烧室之下均呈倒锥形，主燃烧室上口与第二燃烧室上口通过管道连接，第二燃烧室下口与第三燃烧室下口通过管道连接，第三燃烧室上口通过管道进入螺旋除尘器，气化室设置一个气化室分气孔，并通过管道依次连接位于第二燃烧室之下倒锥形段的第二燃烧室分气孔和位于第三燃烧室之下倒锥形段的第三燃烧室分气孔。

为了促使生物质燃料充分燃烧，本发明在主燃烧室下段设置主燃烧室二次配氧孔，并通过管道依次连接位于第二燃烧室下段的第二燃烧室二次配氧孔和位于第三燃烧室下段的第三燃烧室二次配氧孔，主燃烧室二次配氧孔穿出炉体外。

为了使水与发热体（燃烧室及与燃烧室连接的管道）充分接触，产生良好的热交换，本发明在燃烧室的外壁、第二燃烧室之下和第三燃烧室之下的倒锥形的外壁及与燃烧室连接的管道的直管段的外壁均设置导热翅片。翅片可以横向排列，也可以纵向排列，还可以交叉排列，以利于制作和安装方便为好，而且最好片薄而多。翅片与燃烧室、管道的材料均需要选用导热性能良好的金属制成。

在与各燃烧室连接的管道的水平段部位各设置一个穿出炉体外的检查口，以利于检查管道是否有焦油或者烟尘附壁与沉着。

在主燃烧室中段及第二燃烧室的下段和第三燃烧室的下段各设置一个穿出炉体外的观察口，以利于观察燃烧室内的燃烧状况。

将进水口（冷水及回水进口）位于靠近排烟口的炉体上部，将出水口（热水出口）位于靠近渣料室的炉体下部，使得水的流动方向恰好与发热体的温度梯度（大量的生物质燃料气化后在主燃烧室燃烧，所以温度最高，第二燃烧室和第三燃烧室主要进行主燃烧室燃烧不完全的燃料气体的再次燃烧，所以温度略低，进入螺旋除尘器的热的烟气也会使得螺旋除尘器温度升高而成为一个发热体，只是温度又已经降低了）形成逆流，产生充分的效率最好的热交换，提高热能利用率。

虽经螺旋除尘器除尘，烟气中尘粒已经很少，但为了更好地减少排放保护环境，本发明还是负责任地在位于炉体外的排烟口设置烟尘过滤装置。在炉体外设置也可以便于维护。

为了顺利排出炉体内由于加热产生膨胀的压力过大的水汽和空气，预防万一，从安全的角度考虑，本发明在位于炉体外的排气口设置安全阀。在炉体外设置也可以便于维护。

本发明的充分利用生物质燃料的高效热水炉，在气化室将生物质燃料在300℃~350℃形成生物质可燃气体，然后在燃烧室对这样的可燃气体充分燃烧，点火容易起火快，5至10分钟内就可以达到正常燃烧。

三个燃烧室的设置，使大量的生物质燃料气化后在主燃烧室燃烧，主燃烧室燃烧不完全的燃料气体在第二燃烧室和第三燃烧室进行后续的补充燃烧。三个分气孔可以对燃料气体进行适当的分配，将少量的燃料气体补充到第二燃烧室和第三燃烧室，为补充燃烧提供燃料气，三个二次配氧孔为三个燃烧室提供足够的助燃剂。这些措施，使生物质燃料气化后的燃料气体得以充分的完全的燃烧，最高限度地利用了燃料。

生物质燃料气化后，不能气化的成分会尽可能少地进入燃烧室，而更多地落入渣料室。这样就极大地减少了烟气中的尘粒含量，使得烟气对大气污染大大降低。同时也减少了不能气化或者难以气化的成分如焦油、无机物灰分等进入燃烧室，降低这些物质对燃烧室以及管道的附着、沉积、冲蚀和酸碱性损坏，有利于维护燃烧室以及管道的良好状态，保持稳定工作性能和导热性能，提高与炉体内水的热交换效率。不能气化或者难以气化的成分集中在渣料室，便于清理。

也有少量没有气化的成分随燃料气体带入燃烧室，燃烧成灰或者不能燃烧，并进入螺旋除尘器，落入位于螺旋除尘器下的灰斗中收集。

总之，本发明具有如下积极的有益的效果和特征：

1、              生物质燃料被气化后，燃烧充分完全，生物质能得到极致的释放；

2、              排出的烟气中尘粒极少，烟气几乎无尘、无黑、无硫、无毒害物质；

3、              整体结构科学、合理，水包热（发热体位于水中）的形式，加上翅片与水流方向的设计，使得热能被高效利用；

4、              便于收集渣料和灰分，进行再用资源利用；

5、              安全性高；

6、              设备投资和燃烧运行的费用都比燃煤、燃油、燃气锅炉低；

7、              维护管理简单；

8、              适应于小区、学校、医院和酒店的生活用热水供应和冬天供暖；

9、              适应于工业生产中取代燃煤、燃油、燃气锅炉和电加热供水装置，提供热水用于物料和产品的干燥。

附图说明

图1是本发明的充分利用生物质燃料的高效热水炉的结构示意图。

具体实施方式

见图1。

为了叙述方便，先将图中标注的数字与各个零部件的对应关系列表

如下：

    本发明的充分利用生物质燃料的高效热水炉，包括炉体1、进水口2、出水口3、进料口4、出灰口5、灰斗6、排渣口7、渣料室8、排烟口9、排气口10、气化室11、燃烧室，其关键在于一个气化室11和三个燃烧室（12、13、14）、螺旋除尘器15、灰斗6、渣料室7及与燃烧室连接的管道和部件均设置在可以充满水的炉体1内，主燃烧室12上段呈锥形，主燃烧室12中段呈圆柱形，主燃烧室12下段呈倒锥形，主燃烧室12之下是由与主燃烧室12下段倒椎形衔接的椎形结合圆柱形而成的气化室11，气化室11的圆柱形段设置进料口4，气化室11之下的渣料室8设置排渣口7，第二燃烧室13和第三燃烧室14的上段均呈锥形，第二燃烧室13的下段和第三燃烧室14的下段均呈圆柱形，第二燃烧室13之下和第三燃烧室14之下均呈倒锥形，主燃烧室12上口与第二燃烧室13上口通过管道连接，第二燃烧室13下口与第三燃烧室14下口通过管道连接，第三燃烧室14上口通过管道进入螺旋除尘器15，气化室11设置一个气化室分气孔16，并通过管道依次连接位于第二燃烧室13之下倒锥形段的第二燃烧室分气孔17和位于第三燃烧室14之下倒锥形段的第三燃烧室分气孔18。

在主燃烧室12下段设置主燃烧室二次配氧孔19，并通过管道依次连接位于第二燃烧室13下段的第二燃烧室二次配氧孔20和位于第三燃烧室14下段的第三燃烧室二次配氧孔21，主燃烧室二次配氧孔19穿出炉体1外。

在主燃烧室12上中下三段的外壁、第二燃烧室13上下段的外壁、第三燃烧室14上下段的外壁、第二燃烧室13之下和第三燃烧室14之下的倒锥形的外壁、及与燃烧室（12、13、14）连接的管道的直管段的外壁均设置导热翅片。翅片在其各自径向成纵向排列。

在主燃烧室12上口与第二燃烧室13上口之间连接管道的水平段部位设置一个穿出炉体1外的第一检查口22，在第二燃烧室13下口与第三燃烧室14下口之间连接管道的水平段部位设置一个穿出炉体1外的第二检查口23，与第三燃烧室14上口连接的通往螺旋除尘器的管道的水平段部位设置一个穿出炉体1外的第三检查口24。

在主燃烧室12中段及第二燃烧室13的下段和第三燃烧室14的下段各设置一个穿出炉体1外的观察口，分别是主燃烧室观察口25、第二燃烧室观察口26和第三燃烧室观察口27。

进水口2（冷水及回水进口）位于靠近排烟口9的炉体1上部，出水口3（热水出口）位于靠近渣料室8的炉体1下部。

另外，在位于炉体1外的排烟口9设置烟尘过滤装置，在位于炉体1外的排气口10设置安全阀。

Claims (8)

1.充分利用生物质燃料的高效热水炉，包括炉体、进水口、出水口、进料口、出灰口、灰斗、排渣口、渣料室、排烟口、排气口、气化室、燃烧室，其特征在于：一个气化室和三个燃烧室、螺旋除尘器、灰斗、渣料室及与燃烧室连接的管道和部件均设置在可以充满水的炉体内，主燃烧室上段呈椎形，主燃烧室中段呈圆柱形，主燃烧室下段呈倒椎形，主燃烧室之下是由与主燃烧室下段倒椎形衔接的椎形结合圆柱形而成的气化室，气化室的圆柱形段设置进料口，气化室之下的渣料室设置排渣口，第二燃烧室和第三燃烧室的上段均呈锥形，第二燃烧室的下段和第三燃烧室的下段均呈圆柱形，第二燃烧室之下和第三燃烧室之下均呈倒锥形，主燃烧室上口与第二燃烧室上口通过管道连接，第二燃烧室下口与第三燃烧室下口通过管道连接，第三燃烧室上口通过管道进入螺旋除尘器，气化室设置一个气化室分气孔，并通过管道依次连接位于第二燃烧室之下倒锥形段的第二燃烧室分气孔和位于第三燃烧室之下倒锥形段的第三燃烧室分气孔。

2.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：主燃烧室下段设置主燃烧室二次配氧孔，并通过管道依次连接位于第二燃烧室下段的第二燃烧室二次配氧孔和位于第三燃烧室下段的第三燃烧室二次配氧孔，主燃烧室二次配氧孔穿出炉体外。

3.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：燃烧室的外壁、第二燃烧室之下和第三燃烧室之下的倒锥形的外壁及与燃烧室连接的管道的直管段的外壁均设置导热翅片。

4.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：在与各燃烧室连接的管道的水平段部位各设置一个穿出炉体外的检查口。

5.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：在主燃烧室中段及第二燃烧室的下段和第三燃烧室的下段各设置一个穿出炉体外的观察口。

6.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：进水口位于靠近排烟口的炉体上部，出水口位于靠近渣料室的炉体下部。

7.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：位于炉体外的排烟口设置烟尘过滤装置。

8.根据权利要求1的充分利用生物质燃料的高效热水炉，其特征在于：位于炉体外的排气口设置安全阀。