CN103557516A - 用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置 - Google Patents

Abstract

用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，包括燃烧机本体、用于产生燃烧机本体燃烧所需燃料的碳化机以及蒸汽发生器，蒸汽发生器的蒸汽输出管与燃烧机本体的炉膛连通。生物质原料经过碳化机初步裂解后析出焦油，所得的生物质燃料焦油含量低，有效避免燃烧过程中炉膛内结焦的情况发生。同时利用水蒸汽助燃，不仅能有助于消除结焦，而且能提高燃烧火焰的出火温度及生物质燃料率及热值，本发明将碳化机、蒸汽发生器与燃烧机本机有机结合，改善传统生物质燃烧机燃烧率低、易结焦、工作效率低及运行不稳定等问题。本发明除了用于对接锅炉、热交换器、供热系统，还可应用于其他利用明火加热的设备或系统，例如热大电机等。

Description

用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，特别是涉及用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置。

背景技术

生物质燃料多为茎状农作物经过加工而得，主要是玉米、小麦水 稻秸秆、稻壳、稻草、木质类等，可来源于工业、农业、森林及生活废弃物等，来源广泛。一般的生物质燃烧干基含水量小于10%~15%，灰分含量小于1.5%，硫含量和氯含量均小于0.05%，氮含量小于0.5%，是种理想的可再生能源。生物质燃烧利用作为新能源开发的一种重要方向，受到越来越多的关注。

目前对生物质燃料的利用主要是将生物质制成颗粒，然后送入传统的生物质燃烧机燃烧生火以对锅炉、热交换器、供暖供热系统及热发电机等进行加热。传统的生物质燃烧机主要由落料斗、送料装置、风机及炉膛组成，但是传统的生物质燃烧机在燃烧过程中容易结焦、易堵塞管道、堆积于炉膛下部并堵塞炉膛下的隔筛，以致于需要经常停炉清渣及重新点火，不能连续而稳定地工作。同时，生物质颗粒燃料在传统的生物质燃烧机内的燃烧效率低、出火温度还存在提高空间。

中国发明申请（公开号CN 101737795 A）公开了“以空气水蒸汽为气化剂的生物质气化锅炉及耦合燃烧方法”，该以空气水蒸汽为气化剂的生物质气化锅炉利用了水蒸气去调节生物质不完全燃烧放出的热及生物质气化吸收的热以减少结焦，该技术方案尽管使用水蒸气为气化剂减少炉膛内结焦，但是此种方法只能减少结焦而难以高效避免结焦情况，防止结焦的效果还可改善。而且，该以空气水蒸汽为气化剂的生物质气化锅炉仅适用于锅炉加热领域，灵活性低、应用范围窄。

中国能源（ENERGY OF CHINA）1996.10第20~23页公开了“水蒸气助燃机理的研究与应用”，该论文论述了水蒸气可以助燃的机理而没有公开水蒸气如何应用于工业，特别是应用于生物质燃烧装置的技术启示。

因此，针对现有技术中的存在问题，亟需提供一种低结焦、无积炭、生物质燃烧效率高、出火温度高及应用范围广的生物质燃烧装置技术显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种低结焦、无积炭、生物质燃烧效率高、出火温度高的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，包括燃烧机本体、用于产生燃烧机本体燃烧所需燃料的碳化机以及蒸汽发生器，蒸汽发生器的蒸汽输出管与燃烧机本体的炉膛连通，

碳化机包括裂解装置，裂解装置包括驱动装置、螺杆和料筒，驱动装置与螺杆驱动连接，螺杆可转动地穿置于料筒的内部，料筒的内壁设置有发热层和保温层，保温层设置于料筒的内壁与发热层之间，螺杆与发热层之间形成裂解区。

其中，蒸汽输出管设有喷雾喷头，喷雾喷头设置于燃烧机本体的炉膛内的下部。

优选的，喷雾喷头为高压喷雾喷头。

具体的，燃烧机本体还包括落料斗、送料装置及配风系统，落料斗的落料口与送料装置的入料端连通，送料装置的出料端与炉膛的入料口连通，配风系统与炉膛连通。

其中，配风系统包括风机和输风管，风机通过输风管与炉膛连通。

优选的，输风管的一端与风机的出风口连通，另一端与炉膛的入料口连通。此结构可使输风管输送的风与送料装置输送的生物质燃料在入料口中就已充分混合，利于生物质燃料在炉膛内充分燃烧。

优选的，配风系统还包括均风箱，均风箱的进风口与风机的出风口连通，均风箱的出风口与输风管连通。均风箱的作用是预存储空气，空气充满均风箱后再通过输风管送入炉膛，风量稳定。

优选的，炉膛的入料口与地面夹角的角度为48~60°，入料效果好。

优选的，碳化机还包括进料装置，进料装置包括进料筒、第二驱动装置、第二料筒和第二螺杆，第二驱动装置与第二螺杆的一端驱动连接，第二螺杆的另一端可转动地穿置于第二料筒的内部，进料筒与第二料筒的进料端连通，第二料筒的出料端与裂解装置的裂解区连通；

第二螺杆的中轴线与裂解装置的螺杆的中轴线相互垂直，并且第二螺杆设置于裂解装置的螺杆的下方。

优选的，发热层设有至少两个发热区，发热区之间相互独立工作。

本发明的有益效果：

用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，包括燃烧机本体、用于产生燃烧机本体燃烧所需燃料的碳化机以及蒸汽发生器，蒸汽发生器的蒸汽输出管与燃烧机本体的炉膛连通，碳化机包括裂解装置，裂解装置包括驱动装置、螺杆和料筒，驱动装置与螺杆驱动连接，螺杆可转动地穿置于料筒的内部，料筒的内壁设置有发热层和保温层，保温层设置于料筒的内壁与发热层之间，螺杆与发热层之间形成裂解区。本发明的燃烧机本体的结构及工作原理与现有的生物质燃烧机基本相同，但相对于现有技术中的生物质燃烧机，本发明还包括了碳化机及向燃烧机本体的炉膛喷射蒸汽的蒸汽发生器。

秸秆、树木及枯草等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等生物质原料经过碳化机初步裂解后能有效析出焦油并降低生物质原料分子量，得到碳化、低焦油含量的生物质燃料，由于所得的生物质燃料焦油含量低，接近零焦油含量，分子量较低，故能有效避免生物质燃料在燃烧机本体的炉膛内结焦的情况发生，减少积炭，防止结焦堵塞炉排、管道及粘附于水冷壁等部位，有效保证用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置高效稳定运行，提高运行安全性，减少停炉清渣的次数，有效提高工作效率，延长设备使用寿命。

同时，本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置设有向燃烧机本体的炉膛内喷射水蒸汽的蒸汽发生器，当生物质燃料在炉膛内炽热燃烧时，通过蒸汽发生器往炉膛内喷射水蒸汽，水蒸汽在高温下气化成水蒸气，水蒸气在生物质燃料表面发生水煤气反应，可产生得到一氧化碳、氢气及少量小分子烃等可燃气体，可燃气体又与氧气发生反应，不仅能有助于消除结焦，而且提高了燃烧火焰的出火温度及生物质燃料的热值。本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置经碳化机、蒸汽发生器与燃烧机本机有机组合，具有生物质燃烧率高、不易结焦、运行连续稳定且工作效率高，能很好地推进再生能源行业的发展。

本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置应用范围广，尽管其主要应用于对接锅炉、热交换器、供热系统，但其还可广泛应用于其他利用明火加热的设备或系统，例如热大电机、热供电系统等。

附图说明

利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的实施例1的燃烧机本体及蒸汽发生器的整体结构示意图。

图2是本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的实施例2的碳化机的裂解装置结构示意图。

图3是本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的实施例2的燃烧机本体的结构示意图。

图4是本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的实施例2的燃烧机本体的炉膛外部示意图。

图5是本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的实施例2的燃烧机本体的炉膛结构示意图。

图1至图5中包括有：

1——燃烧机本体

101——炉膛、1011——入料口、1012——火口

102——落料斗

103——送料装置                        104——风机

105——均风箱                      106——输风管

201——驱动装置                        202——入料斗

203——料筒                            204——螺杆

3——蒸汽发生器                        301——蒸汽输出管

302——高压喷雾喷头。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，如图1所示 ，包括燃烧机本体1、用于产生燃烧机本体1燃烧所需燃料的碳化机以及蒸汽发生器3，蒸汽发生器3的蒸汽输出管301与燃烧机本体1的炉膛101连通。碳化机设有裂解区及排出裂解气体及焦油的排出口，生物质原料经碳化机初步裂解并析出焦油后得到生物质燃料，生物质燃料送到燃烧机本体1的炉膛101进行燃烧，当生物质燃料燃烧起来后蒸汽发生器3通过蒸汽输出管301将蒸汽喷入燃烧机本体1的炉膛101内。在本实施例中，所述燃烧机本体1就是传统的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，而本实施例的碳化机及蒸汽发生器3也采取现有设备，三者各自的具体工作原理及结构属于现有技术，在此不再详述。

碳化机先将生物质原料进行初步裂解并将析出的焦油排走，得到分子量较低且低焦油含量的生物质燃料，所得的生物质燃料由于焦油含量低，接近零焦油含量，且分子量较低，有效避免生物质燃料在燃烧机本体1的炉膛101内结焦的情况发生，积炭少，防止结焦堵塞炉排、管道及粘附于水冷壁等部位，确保用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置高效稳定运行，提高运行安全性，并且减少停炉清渣的次数，提高工作效率，延长设备使用寿命。

当生物质燃料在炉膛101内燃烧时，通过蒸汽发生器3往炉膛101内喷射水蒸汽，水蒸汽在高温下气化成水蒸气，水蒸气在生物质燃料表面发生水煤气反应，可产生得到一氧化碳、氢气及少量小分子烃等可燃气体，可燃气体又与氧气发生反应，不仅能有助于消除结焦，而且提高了燃烧火焰的出火温度及生物质燃料的热值，经测试，同样的风力和进料量的情况下，加蒸汽比不加蒸汽火焰温度高100℃左右。而燃烧火焰经喷火口1012喷出可对锅炉、热交换器、供暖供热系统、热发电机及其他热利用设备进行加热利用，并不限于锅炉加热，还可广泛应用于各种具有明火加热需求的设备。本发明的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置经碳化机、蒸汽发生器3与燃烧机本机有机组合，使原本存在生物质燃烧率较低、易结焦、工作效率低及运行不稳定等缺点的生物质燃烧机起死回生，推进再生能源行业的发展。

本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置应用范围广，尽管其主要应用于对接锅炉、热交换器、供热系统，但其还可广泛应用于其他利用明火加热的设备或系统，例如热大电机、热供电系统等，而不局限应用于锅炉。

 

实施例2

如图2所述，本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置与实施例1的不同之处在于，本实施例的碳化机为自主研发，该碳化机包括裂解装置，裂解装置包括驱动装置201、螺杆204和料筒203，驱动装置201与螺杆204驱动连接，螺杆204可转动地穿置于料筒203的内部，料筒203的内壁设置有发热层和保温层，保温层设置于料筒203的内壁与发热层之间，螺杆204与发热层之间形成裂解区，裂解区通过裂解装置的排放口排放裂解气及焦油。本实施例的裂解装置的料筒203还设有入料斗202。在本实施例中，驱动装置201包括电机及联轴器，所述螺杆204由轴承承接且其一端通过联轴器与电机的转轴连接。

本实施例的碳化机的裂解装置可使生物质原料缺氧密封地置于螺杆204与料筒203之间，生物质原料进入在螺杆204与料筒203之间并在螺杆204旋转推进时受压挤实，此过程，空气被挤压赶走，生物质原料在螺杆204与料筒203之间形成缺氧密封螺杆204与料筒203的固体塞，使裂解装置的内部形成密闭、缺氧的工作区，发热层发热升温至预设的裂解温度，生物质原料在裂解温度下裂解成可燃气体、焦油以及分子量较低的生物质燃料，此结构的裂解装置裂解效率高、效果好、焦油析出效果佳，并且能高效连续作业，工作效率高。

本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。

实施例3

本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置在实施例2的基础上，本实施例的碳化机还包括进料装置，进料装置包括进料斗、第二驱动装置、第二料筒和第二螺杆，第二驱动装置与第二螺杆的一端驱动连接，第二螺杆的另一端可转动地穿置于第二料筒的内部，进料斗与第二料筒的进料端连通，第二料筒的出料端与裂解装置的裂解区连通；第二螺杆的中轴线与裂解装置的螺杆204的中轴线相互垂直，并且第二螺杆设置于裂解装置的螺杆204的下方。在本实施例中，由于进料装置已设有进料斗，故裂解装置的料筒203不再设置入料斗202。

为了确保裂解装置内处于缺氧、密闭的状态，本实施例的进料装置也利用了螺杆进料挤出的结构原理，生物质原料从进料斗进入第二料筒与第二螺杆之间，并经挤压赶走生物质原料间的空气后，生物质原料密实地填充于第二料筒与第二螺杆之间，进料装置的内部形成密封、缺氧的环境，因此后续作业中不会因生物质原料的加入而带进空气，确保裂解装置的裂解区处于缺氧状态。

密实填充的生物质原料被第二螺杆旋转推进至裂解区，由于第二螺杆设置于螺杆204的下方，且第二螺杆的中轴线与螺杆204的中轴线相互垂直，生物质原料直接送至螺杆204的下方，避免发生拉空的现象发生，保证裂解区内的生物质原料能紧密填充于第一螺杆204及料筒203之间，以良好受热、灭菌、分解并前进。

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。

实施例4

本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置在实施例2或者实施例3的基础上，发热层设有至少发热区，发热区之间相互独立工作，以实现梯度升温或梯度降温加热的功效。

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。

实施例5

如图3和图4所示，本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的燃烧机本体1还包括落料斗102、送料装置103及配风系统，落料斗102的下端与送料装置103的入料端连通，送料装置103的出料端与炉膛101的入料口1011连通。其中，配风系统包括风机104、输风管106和均风箱105，均风箱105的进风口与风机104的出风口连通，均风箱105的出风口与输风管106连通，输风管106与燃烧机本体1的入料口1011连通。炉膛101的入料口1011与地面夹角的角度为48~60°，其角度可为48°、50°、52°、55°及60°等角度，入料口1011与地面夹角的角度合适，入料效果好。

本实施例的送料装置103选用螺旋送料器，但需说明的是，除了螺旋送料器，带式送料器、振动送料器、直线送料器以及其他类型送料器都可作为本发明的送料装置103，只要能实现输送物料的功能即可。

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。

实施例6

如图5所示，本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的蒸汽输出管301设有高压喷雾喷头302，喷雾喷头设置于燃烧机本体1的炉膛101内的下部。将高压喷雾喷头302设置于燃烧机本体1的炉膛101内的下部，更有利于水蒸气与炽热的生物质燃料发生反应，提高燃烧效率。

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。

实施例7

本实施例的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置的碳化机的出料口与燃烧机本体1的落料斗连接相通，需说明的是，碳化机的出料口与燃烧机本体1的落料斗102也可以不直接连接，碳化机制得的生物质燃料也可通过运输机运送至燃烧机本体1。

本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，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实质和范围。

Claims (10)

1.用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，包括燃烧机本体，其特征在于：还包括用于产生所述燃烧机本体燃烧所需燃料的碳化机以及蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的蒸汽输出管与所述燃烧机本体的炉膛连通，

所述碳化机包括裂解装置，所述裂解装置包括驱动装置、螺杆和料筒，所述驱动装置与所述螺杆驱动连接，所述螺杆可转动地穿置于所述料筒的内部，所述料筒的内壁设置有发热层和保温层，所述保温层设置于所述料筒的内壁与所述发热层之间，所述螺杆与所述发热层之间形成裂解区。

2.根据权利要求1所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述蒸汽输出管设有喷雾喷头，所述喷雾喷头设置于所述燃烧机本体的炉膛内的下部。

3.根据权利要求2所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述喷雾喷头为高压喷雾喷头。

4.根据权利要求1所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述燃烧机本体还包括落料斗、送料装置及配风系统，所述落料斗的落料口与所述送料装置的入料端连通，所述送料装置的出料端与所述炉膛的入料口连通，所述配风系统与所述炉膛连通。

5.根据权利要求4所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述配风系统包括风机和输风管，

所述输风管的一端与所述风机的出风口连通，另一端与所述炉膛的入料口连通。

6.根据权利要求5所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述配风系统还包括均风箱，所述均风箱的进风口与所述风机的出风口连通，所述均风箱的出风口与所述输风管连通。

7.根据权利要求4所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述炉膛的入料口与地面夹角的角度为48~60°。

8.根据权利要求1所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述碳化机还包括进料装置，所述进料装置包括进料筒、第二驱动装置、第二料筒和第二螺杆，所述第二驱动装置与所述第二螺杆的一端驱动连接，所述第二螺杆的另一端可转动地穿置于所述第二料筒的内部，所述进料筒与所述第二料筒的进料端连通，所述第二料筒的出料端与所述裂解装置的裂解区连通。

9.根据权利要求8所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述第二螺杆的中轴线与所述裂解装置的螺杆的中轴线相互垂直，并且所述第二螺杆设置于所述裂解装置的螺杆的下方。

10.根据权利要求1所述的用于对接锅炉、热交换器、供热系统的生物质燃烧装置，其特征在于：所述发热层设有两个以上的发热区，发热区之间相互独立工作。

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