CN104764039A - 一种小型生物质锅炉炉拱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉领域，具体的说是一种小型生物质锅炉炉拱。该炉拱包括象鼻型前拱、阶梯型炉床、后拱、左侧围火板和右侧围火板，其中所述的左、右侧围火板设置在小型生物质锅炉燃烧室内左、右侧水冷壁面上，所述的象鼻型前拱设置在左、右侧围火板之间的前部，有中空的象鼻型前拱内腔；所述的阶梯型炉床设置在象鼻型前拱的下方，有中空的阶梯型炉床内腔；所述的后拱由上斜面和下斜面组成，设置在左、右侧围火板之间的后部。本发明是一种能解决生物质燃料在小型锅炉燃烧室内停留时间短，燃烧不充分，不利于燃烧等问题的小型生物质锅炉炉拱。

Description

一种小型生物质锅炉炉拱

技术领域

本发明涉及锅炉领域，具体的说是一种小型生物质锅炉炉拱。

背景技术

锅炉炉拱是锅炉的重要构件，不同的燃料，需要对应的锅炉炉拱结构，建立相适应的燃烧环境。炉拱的形状及尺寸是影响锅炉燃烧、结焦和热效率的技术关键。小型锅炉与大锅炉相比，结构相对简单，燃烧空间小，可燃物质在锅炉内行走路径短，停留时间短。小型锅炉热容量小，燃料和氧化剂低温物质进入炉内，对燃烧空间的温度降低作用较大，不利于燃烧。而生物质燃料作为锅炉燃料，与煤的燃烧特性差异很大，燃煤的挥发份比例少，析出缓慢，可燃物质在锅炉内停留时间较长，有充分的时间与氧化剂接触，完全燃烧。生物质燃料的挥发份比例很高，且析出集中，可燃物质在锅炉内停留时间短，来不及与氧化剂充分接触、燃烧，就随烟气排出锅炉，热效率低。常规燃煤锅炉和大型生物质锅炉的炉拱构造不适应小型生物质锅炉。

生物质燃料作为锅炉燃料应用是近十几年发展的，时间不长。人们对生物质燃料的特性认识不足，对生物质燃料的燃烧反应过程理解不透彻，特别是在小型生物质锅炉上不重视。往往不考虑围火设施、炉拱结构的设计和扩散燃烧扰流技术的应用，例如公开号为CN101021312A的发明专利文献，虽然设有高温空气输送口，对部分可燃气体进行燃烧。但是，高温空气是通过炉体外壁和内衬之间形成的通道预热的，通道短，炉体外壁散热量大，温度低，对空气预热温度提高效果不好，达不到燃烧温度。文献对生物质燃料的扩散燃烧反应过程理解不透彻，空气与可燃气体反应空间狭小，反应时间短，没考虑生物质焦油热解问题。虽然提到高温辐射，但对高温辐射条件考虑有欠缺，比如灰层的遮挡，排烟气流阻力较大等。对可燃气体在燃烧空间燃烧机理、扰流技术、流体运动研究尚有不足。应用在生活中小炉灶可能有一定效果，不适合小型生物质锅炉。

发明内容

本发明提供了一种能解决生物质燃料在小型锅炉燃烧室内停留时间短，燃烧不充分，燃料和氧化剂低温物质对小型锅炉燃烧室温度降低作用较大，不利于燃烧等问题的小型生物质锅炉炉拱，克服了现有生物质锅炉炉拱的上述不足。

本发明结合附图说明如下：一种小型生物质锅炉炉拱，该炉拱包括象鼻型前拱2、阶梯型炉床12、后拱4、左侧围火板18和右侧围火板16，其中所述的左、右侧围火板18、16设置在小型生物质锅炉燃烧室内左、右侧水冷壁面上，所述的象鼻型前拱2设置在左、右侧围火板18、16之间的前部，有中空的象鼻型前拱内腔15；所述的阶梯型炉床12设置在象鼻型前拱2的下方，有中空的阶梯型炉床内腔10；所述的后拱4由上斜面和下斜面组成，设置在左、右侧围火板18、16之间的后部。

所述的象鼻型前拱2鼻尖上开有多个与水平面呈β夹角的二次风喷射孔6，所述的β为35°±2°，该二次风喷射孔6与象鼻型前拱内腔15相通；所述的阶梯型炉床12有多级床面，每级床面上开有多个与水平面呈γ夹角的一次风喷射孔9，所述的γ为45°～60°，该一次风喷射孔9与阶梯型炉床内腔10相通。

所述的左侧围火板18的下部开有第一预留孔，第一预留孔与安装在小型生物质锅炉左侧外壁面的锅炉一次风机19的出风口、左侧水冷壁面的进风孔、阶梯型炉床进风口11和阶梯型炉床内腔10连通，一次风从一次风喷射孔9喷射出；所述的左侧围火板18的上部开有第二预留孔，第二预留孔与安装在小型生物质锅炉左侧外壁面的锅炉二次风机17的出风口、左侧水冷壁面的进风孔和象鼻型前拱内腔15连通，二次风从二次风喷射孔6喷射出。

所述的象鼻型前拱2与前方水冷壁面连接部分的下端为与水平面呈α夹角的倾斜面，所述的α为30°～40°，该倾斜面与阶梯型炉床12顶层床面及左、右侧围火板18、16构成了生物质燃料热解气化室13。

所述的象鼻型前拱2内凹圆弧面与阶梯型炉床12的中间床面及左、右侧围火板18、16构成了圆柱型气化燃烧室14。

所述的象鼻型前拱2上外侧圆弧面与后拱4上斜面及左、右侧围火板18、16构成了扩散燃烧室3。

所述的象鼻型前拱2鼻尖外凸圆弧面与左、右侧围火板18、16、阶梯型炉床12末级床面及后拱4下斜面构成了燃烬燃烧室8。

所述的象鼻型前拱2鼻尖外侧圆弧面末端与后拱4上、下斜面相交的凸起及左、右侧围火板18、16构成了喉口5。

所述的阶梯型炉床12末级侧立面和左、右侧围火板18、16及小型生物质锅炉燃烧室内后水冷壁构成了灰沟7。

所述的象鼻型前拱2、阶梯型炉床12、后拱4、左侧围火板18和右侧围火板16采用耐火材料制成。

本发明的有益效果为：

1、本发明针对生物质燃料和小型锅炉的特点，用耐火材料制作的象鼻型前拱、阶梯型炉床、后拱及左、右侧围火板，成为蓄热体。因此所构成的燃烧空间壁面有很高的温度，可燃微粒在运动中碰到高温壁面后，获得热量，增加燃烧反应需要的表观活化能，产生剧烈燃烧，能释放更多的热量。

2、本发明的象鼻型前拱、阶梯型炉床、后拱、左、右侧围火板的外侧与小型锅炉的水冷壁面连接，能进行热交换。

3、本发明的象鼻型前拱、阶梯型炉床、后拱、左、右侧围火板的内侧表面构成了各个燃烧空间，能维持燃烧所需要的温度。

4、生物质燃料热解气化、燃烧需要的一次风由一次风风机送到阶梯型炉床内腔，预热后在各级炉床表面呈45°～60°夹角(最优先为45°)的一次风孔喷射出，在燃料层下面扩散，能使氧化剂与燃料充分接触。

5、生物质燃料燃气燃烧需要的氧化剂由二次风风机送到象鼻型前拱内腔，预热后由象鼻型前拱鼻尖上与水平面呈35°±2°(最优选为35°)夹角的二次风孔喷射出，在气化燃烧室形成扰动气流，使可燃气体旋流，增加在高温燃烧室的运动轨迹，延长停留时间，与高温氧化剂充分混合，受炉拱内高温表面辐射和对流的双重作用，创造良好的燃烧环境。一次风和二次风是经过蓄热体预热后进入燃烧空间的，不会对燃烧温度有降低的影响。

6、生物质燃料燃气在气化燃烧室燃烧后的高温烟气经过象鼻型前拱鼻尖外侧圆弧面末端与后拱斜面凸起及左、右侧围火板形成的喉口时，气流受到挤压然后扩散，又一次形成扰动气流，使燃料燃气在扩散燃烧室进一步燃尽。

7、残留在高温烟气中少量未分解的生物质焦油，在扩散燃烧室流动速度滞缓和水管换热面热交换温度降低双重作用下析出，沿象鼻型前拱上外侧圆弧面和后拱上斜面流淌到喉口，遇高温烟气再次燃烧热解，能除去焦油。

附图说明

图1为本发明局部剖视立体示意图；

图2为本发明整体结构示意图；

图3为图2中A—A处剖视图。

图中，1、水冷壁面；2、象鼻型前拱；3、扩散燃烧室；4、后拱；5、喉口；6、二次风喷射孔；7、灰沟；8、燃烬燃烧室；9、一次风喷射孔；10、阶梯型炉床内腔；11、阶梯型炉床进风口；12、阶梯型炉床；13、生物质燃料热解气化室；14、气化燃烧室；15、象鼻型前拱内腔；16、右侧围火板；17、二次风风机；18、左侧围火板；19.一次风风机。

具体实施方式

参阅图1—图3，一种小型生物质锅炉炉拱，该炉拱包括象鼻型前拱2、阶梯型炉床12、后拱4、左侧围火板18和右侧围火板16，其中所述的左、右侧围火板18、16设置在小型生物质锅炉燃烧室内左、右侧水冷壁面1上，所述的象鼻型前拱2设置在左、右侧围火板18、16之间的前部，有中空的象鼻型前拱内腔15，与左、右侧围火板18、16用耐火水泥粘接；所述的阶梯型炉床12设置在象鼻型前拱2的下方，有中空的阶梯型炉床内腔10，与左、右侧围火板18、16用耐火水泥粘接；所述的后拱4由上斜面和下斜面组成，设置在左、右侧围火板18、16之间的后部，与左、右侧围火板18、16用耐火水泥粘接。

参阅图1、图2，所述的象鼻型前拱2鼻尖上开有多个与水平面呈β夹角的二次风喷射孔6，所述的β为35°±2°，最优选为35°，该二次风喷射孔6与象鼻型前拱内腔15相通；

所述的阶梯型炉床12有多级床面，每级床面上开有多个与水平面呈γ夹角的一次风喷射孔9，所述的γ为45°～60°，最优选为45°，该一次风喷射孔9与阶梯型炉床内腔10相通。

参阅图1—图3，所述的左侧围火板18的下部开有第一预留孔，一次风风机19安装在小型生物质锅炉左侧外壁面，风机出风口插进锅炉左侧水冷壁面1的进风孔，连通左侧围火板18第一预留孔、阶梯型炉床进风口11、阶梯型炉床内腔10。一次风从一次风喷射孔9喷射出。生物质燃料热解气化、燃烧需要的一次风由一次风风机19送到阶梯型炉床内腔10，预热后在各级炉床表面上的一次风喷射孔9喷射出，在燃料层下面扩散，能使氧化剂与燃料充分接触。

所述的左侧围火板18的上部开有第二预留孔，二次风风机17安装在小型生物质锅炉左侧外壁面，风机出风口插进锅炉左侧水冷壁面1的进风孔，连通左侧围火板18、第二预留孔和象鼻型前拱内腔15。生物质燃料燃气燃烧需要的氧化剂由二次风风机17送到象鼻型前拱内腔15，预热后由象鼻型前拱2鼻尖上的二次风喷射孔6喷射出，在气化燃烧室14形成扰动气流，使可燃气体旋流，增加在高温燃烧室的运动轨迹，延长停留时间，与高温氧化剂充分混合，并且受炉拱内高温表面辐射和对流的双重作用，创造一个良好的燃烧环境。一次风和二次风是经过蓄热体预热后进入燃烧空间的，不会对燃烧温度有降低的影响。

所述的象鼻型前拱2与前方水冷壁面连接部分的下端为与水平面呈α夹角的倾斜面，所述的α为30°～40°，最优选为30°，该倾斜面与阶梯型炉床12顶层床面及左、右侧围火板18、16构成了生物质燃料热解气化室13。

所述的象鼻型前拱2内凹圆弧面与阶梯型炉床12的中间床面及左、右侧围火板18、16构成了圆柱型气化燃烧室14；

所述的象鼻型前拱2上外侧圆弧面与后拱4上斜面及左、右侧围火板18、16构成了扩散燃烧室3；

所述的象鼻型前拱2鼻尖外侧圆弧面末端与后拱4上、下斜面相交的凸起及左、右侧围火板18、16构成了喉口5；

所述的象鼻型前拱2鼻尖外凸圆弧面与左、右侧围火板18、16、阶梯型炉床12末级床面及后拱4下斜面构成了燃烬燃烧室8。

所述的梯型炉床12末级侧立面和左、右侧围火板18、16及小型生物质锅炉燃烧室内后水冷壁构成了灰沟7。

所述的象鼻型前拱2、阶梯型炉床12、后拱4、左侧围火板18和右侧围火板16采用耐火材料制成。因此所构成的燃烧空间壁面有很高的温度，可燃微粒在运动中碰到高温壁面后，获得热量，增加燃烧反应需要的表观活化能，产生剧烈燃烧，能释放更多的热量。

本发明的工作过程为：生物质燃料在进料机构推动下进入炉内，进入由象鼻型前拱2的倾斜面与阶梯型炉床12顶层床面及左、右侧围火板18、16构成的生物质燃料热解气化室13，受一次风喷射孔9的一次热风扰动和象鼻型前拱2的倾斜面热辐射作用下，生物质燃料的挥发份达到热解温度析出，析出的挥发份上升到象鼻型前拱2内凹圆弧面与左、右侧围火板18、16及阶梯型炉床12中间床面构成的圆柱型气化燃烧室14，受炉拱内表面高温辐射和对流的作用达到燃点燃烧。生物质析出的可燃气燃烧需要的氧化剂由二次风风机17送到象鼻型前拱内腔15，预热后再二次风喷射孔6喷射出，在气化燃烧室14形成扰动旋转气流，延长可燃气停留时间，与高温氧化剂充分混合，创造良好的燃烧环境。在气化燃烧室14燃烧后的高温烟气经过象鼻型前拱2鼻尖外侧圆弧面末端与后拱4斜面凸起及左、右侧围火板18、16构成的喉口5时，气流受到挤压然后扩散，又一次形成扰动气流，在扩散燃烧室3进一步燃尽。

扩散燃烧室3高温烟气扩散，速度滞缓，高温烟气与布置在炉拱上方的水管换热面进行热交换。在降温降速的双重作用下，残留在高温烟气中少量未分解的生物质焦油析出，沿象鼻型前拱2上外侧圆弧面和后拱4上斜面流淌到喉口5，遇高温烟气再次燃烧热解，除去焦油。

生物质燃料的灰渣、固定碳等固体部分在阶梯型炉床12床面，在进料机构推动下，每下落一级床面，将灰层覆盖面破坏一次，有利于在灰渣中可燃烧碳粒受到热辐射，与氧化剂接触，进行燃烧反应。碳粒燃烧需要的氧化剂由一次风风机19经过阶梯型炉床进风口11送到阶梯型炉床内腔10，预热后在各级炉床表面上的一次风喷射孔9喷射出，在燃料层下面扩散，与燃料充分接触。象鼻型前拱2鼻尖外凸圆弧表面和后拱4下斜面高温辐射，和气化燃烧室14燃烧后的高温烟气对流作用，给燃尽燃烧室8在阶梯型炉床12床面上的可燃固体提供进一步燃尽的热量。燃尽的灰渣推入灰沟7。

本发明技术方案中一次风喷射孔9、二次风喷射孔6的形状和大小及数目，象鼻型前拱2圆弧半径尺寸，可根据小型生物质锅炉的功率大小调整。不影响其结构形式。不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，该炉拱包括象鼻型前拱(2)、阶梯型炉床(12)、后拱(4)、左侧围火板(18)和右侧围火板(16)，其中所述的左、右侧围火板(18、16)设置在小型生物质锅炉燃烧室内左、右侧水冷壁面(1)上，所述的象鼻型前拱(2)设置在左、右侧围火板(18、16)之间的前部，有中空的象鼻型前拱内腔(15)；所述的阶梯型炉床(12)设置在象鼻型前拱(2)的下方，有中空的阶梯型炉床内腔(10)；所述的后拱(4)由上斜面和下斜面组成，设置在左、右侧围火板(18、16)之间的后部。

2.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)鼻尖上开有多个与水平面呈β夹角的二次风喷射孔(6)，所述的β为35°±2°，该二次风喷射孔(6)与象鼻型前拱内腔(15)相通；所述的阶梯型炉床(12)有多级床面，每级床面上开有多个与水平面呈γ夹角的一次风喷射孔(9)，所述的γ为45°～60°，该一次风喷射孔(9)与阶梯型炉床内腔(10)相通。

3.根据权利要求2所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的左侧围火板(18)的下部开有第一预留孔，第一预留孔与安装在小型生物质锅炉左侧外壁面(1)的锅炉一次风风机(19)的出风口、左侧水冷壁面(1)的进风孔、阶梯型炉床进风口(11)和阶梯型炉床内腔(10)连通，一次风从一次风喷射孔(9)喷射出；所述的左侧围火板(18)的上部开有第二预留孔，第二预留孔与安装在小型生物质锅炉左侧外壁面的锅炉二次风风机(17)的出风口、左侧水冷壁面(1)的进风孔和象鼻型前拱内腔(15)连通，二次风从二次风喷射孔(6)喷射出。

4.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)与前方水冷壁面连接部分的下端为与水平面呈α夹角的倾斜面，所述的α为30°～40°，该倾斜面与阶梯型炉床(12)顶层床面及左、右侧围火板(18、16)构成了生物质燃料热解气化室(13)。

5.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)内凹圆弧面与阶梯型炉床(12)的中间床面及左、右侧围火板(18、16)构成了圆柱型气化燃烧室(14)。

6.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)上外侧圆弧面与后拱(4)上斜面及左、右侧围火板(18、16)构成了扩散燃烧室(3)。

7.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)鼻尖外凸圆弧面与左、右侧围火板(18、16)、阶梯型炉床(12)末级床面及后拱(4)下斜面构成了燃烬燃烧室(8)。

8.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)鼻尖外侧圆弧面末端与后拱(4)上、下斜面相交的凸起及左、右侧围火板(18)、(16)构成了喉口(5)。

9.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的阶梯型炉床(12)末级侧立面和左、右侧围火板(18、16)及小型生物质锅炉燃烧室内后水冷壁面(1)构成了灰沟(7)。

10.根据权利要求1所述的一种小型生物质锅炉炉拱，其特征在于，所述的象鼻型前拱(2)、阶梯型炉床(12)、后拱(4)、左侧围火板(18)和右侧围火板(16)采用耐火材料制成。