CN105737373A - 中小型环保生物质热水炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中小型环保生物质热水炉，炉体底部设有底灰槽和底部风道，底灰槽和底部风道上面设有炉排、生物质燃料层，生物质燃料层上面的上部燃烧室中设有燃烧风口，上部燃烧室上面连接燃烧室出口；从底部风道通入生物质燃料层的风量为完全燃烧所需风量的30~50%，其余的风从燃烧风口送人上部燃烧室；使生物质燃料层实现生物质燃料的热解气化，析出大量可燃气体在上部燃烧室内与燃烧风口送人的风混合，并燃烧完全，热烟气从燃烧室出口排出热水炉。在燃料层的中上部，已形成的NOx会被还原，从而此炉表现出优良的低NOx排放性能，炉内上部燃烧室的放热明显增加，适当炉内温度更均匀，降低了炉排燃料层温度，从而实现NOx低排放。

Description

中小型环保生物质热水炉
技术领域
本发明涉及一种生物质燃料燃烧热水炉，具体涉及一种新的中小型环保生物质燃料热水炉。
背景技术
生物质燃料的应用，主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型（如块状、颗粒状等）的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。生物质燃料作为一种可再生的低碳能源，具有清洁、可以再生、含S很低、CO2零排放、分布广的特点，其发展利用对于减少化石燃料耗量和保护地球环境有着重要意义。随着国家对农村环境改善、能源结构调整政策的不断完善，生物质能源正在成为缓解环保压力，优化能源结果的重要选择之一。
在广大农村地区，秸秆、稻壳等生物质资源量大充足，覆盖面广，若收集后运输后大型生物质电厂燃料则会增加燃料运输成本，最佳的利用方式是在农村及邻近城镇就地清洁利用。小型生物质锅炉因其燃料来源便利、灵活方便、节能环保在农村市场有着广大的应用市场，甚至有可能取代农村的大灶，在烧火做饭的同时为家庭供热水、取暖，成为农村居民一家一户的主要能源利用方式；也可以取代燃气锅炉用作城镇地区学校、医院、宾馆等单位的热水锅炉。目前的生物质锅炉使用固化或气化的生物质燃料直接燃烧，其优点是体积小，结构简单，价格低；缺点是能量损耗大，燃料消耗量大，热能供给量低，无法满足环保严控区域的环保要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有生物质中小型热水炉技术中生物质燃料直接燃烧、底部供风量大、烟气含尘高、NOx排放高等方面的不足，提供一种新型实现生物质燃料更清洁利用的中小型环保生物质热水炉。
为解决该技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中小型环保生物质热水炉，包括炉体、保温材料、水冷管、底部风道、炉排、生物质燃料层、燃烧风口、上部燃烧室、燃烧室出口、底灰槽，所述炉体底部设有底灰槽和底部风道，底灰槽和底部风道上面设有炉排，炉排上面放置生物质燃料层，生物质燃料层上面的上部燃烧室中设有燃烧风口，上部燃烧室上面连接燃烧室出口；从底部风道通入生物质燃料层的风量为完全燃烧所需风量的30~50%，其余的风从燃烧风口送人上部燃烧室；使生物质燃料层实现生物质燃料的热解气化，析出大量可燃气体在上部燃烧室内与燃烧风口送人的风混合，并燃烧完全，热烟气从燃烧室出口排出热水炉。
所述生物质燃料层从下至上依次发生的过程为：下部燃料燃烧放热，其热量向上传递给中上部燃料；中上部燃料在700~1000℃缺氧的条件下发生热解气化，产生大量的可燃气体。
所述燃烧风口布置在生物质燃料层上部200~400mm处，距燃烧室出口的距离>500mm，以保证完全燃烧。所述燃烧风口送入的风量为从底部风道送入的风量的1.1~2.5倍。所述燃烧风口两层布置，以更好的实现燃尽和NOx低排放。
所述生物质燃料层厚度为200~500mm。
所述炉排由多条炉排杆组成，每个炉排杆上设有多个破渣刺；所述炉排杆为可转动炉排杆，当炉排杆旋转时，炉排杆上的破渣刺刺入燃料层，用于实现破渣碎渣、强化通风、搅拌燃料、加强下部生物质燃料层燃烧。所述炉排杆上的破渣刺为圆锥形或锯齿形。
所述保温材料为硅酸盐纤维，厚度20~50mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、减少了炉底的供风量，减少了燃料细颗粒的扬析；同时在上部燃烧室燃烧的主要是可燃气体，不产生灰尘，从而实现了排放烟气中低颗粒度浓度。
2、在燃料层的中上部，已形成的NOx会被还原，而热解气化过程中不会有新的NOx生成，从而此炉表现出优良的低NOx排放性能。
3、炉内上部燃烧室的放热明显增加，适当炉内温度更均匀，降低了炉排燃料层温度，从而利用SO2低排放、受热面布置和防止燃料层底部结块。
附图说明
图1为本发明的中小型环保生物质热水炉的结构示意图；
图2为炉排4的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：
如图1，2所示，本发明的中小型环保生物质热水炉，包括炉体、保温材料1、水冷管2、底部风道3、炉排4、生物质燃料层5、燃烧风口6、上部燃烧室7、燃烧室出口8和底灰槽9、炉排杆10、破渣刺11。
炉体外侧设有保温材料1，炉子内底部设有底灰槽9和底部风道3，底灰槽9和底部风道3上面设有炉排4，炉排4上面放置生物质燃料层5，生物质燃料层5上面的上部燃烧室7中设有燃烧风口6，上部燃烧室7上面连接燃烧室出口8。从底部风道3通入生物质燃料层5的风量为完全燃烧所需风量的30~50%，其余的风从燃烧风口6送人上部燃烧室7；使生物质燃料层5实现生物质燃料的热解气化，析出大量可燃气体在上部燃烧室7内与燃烧风口6送人的风混合，并燃烧完全，热烟气从燃烧室出口8排出热水炉。
生物质燃料层5从下至上依次发生的过程为：下部燃料燃烧放热，其热量向上传递给中上部燃料；中上部燃料在700~1000℃缺氧的条件下发生热解气化，产生大量的可燃气体。
燃烧风口6布置在生物质燃料层5上部200~400mm处，距燃烧室出口8的距离>500mm，以保证燃烧完全。燃烧风口6送入的风量为从底部风道3送入的风量的1.1~2.5倍。底部风道3送入风量不足有助于降低NOx排放并避免烟气携带飞灰。
燃烧风口6两层布置，以更好的实现燃尽和NOx低排放。生物质燃料层5厚度为200~500mm。炉排4由多条炉排杆10组成，每个炉排杆10上设有多个破渣刺11；所述炉排杆10为可转动炉排杆，当炉排杆10旋转时，炉排杆10上的破渣刺11刺入燃料层，用于实现破渣碎渣、强化通风、搅拌燃料、加强下部燃料层燃烧功用。炉排杆10上的破渣刺11为圆锥形或锯齿形。保温材料1为硅酸盐纤维，厚度20~50mm。
具体应用实施例：
经预先加工成型的生物质颗粒燃料均匀堆放在炉排4上，燃料层5厚度约200mm。锅炉运行正常时，由多个底部风道3通入生物质燃料层的风量约为完全燃烧所需风量的40%左右，风经过炉排和燃料层底部热渣时被加热，再向上接触到尚未燃尽的生物质燃料，发生燃烧反应生成含有CO2、H2O、NO和少量未燃尽空气的热烟气，燃烧放热进一步加热了热烟气和燃料层。这部分热烟气继续向上流动，接触到处于高温状态（800~1000℃）的中上层燃料。在燃料富集氧气缺乏的还原气氛下，生物质燃料主要发生热解气化过程，析出大量可燃气体CH4、CO和H2，同时原有的NO会被还原成N2。当气流向上流动到燃料层表面时，产物气体主要包括大量可燃气体，一定量的CO2、H2O、N2，和少量的污染物NO、SO2等。这些气体离开燃料层，进入上部燃烧室7，与由燃烧风口6送人的大量空气混合，可燃气体CH4、CO和H2很快燃烧完全，转化为CO2和H2O，向上流动经燃烧室出口8流出炉膛。燃烧风口6送人的风保证过量空气系数在1.05~1.2之间，上部燃烧室7内的温度维持在900~1100℃，燃料放出的热量由水冷管2内的工质水吸收，为减少散热，炉子外侧设有保温材料1，材料为硅酸盐纤维，厚度20~50mm。NO的浓度可通过燃烧风口6的设计（位置、层数）、过量空气系数等来控制，从而实现低NOx排放。
本案例中燃烧风口6按一层、8个（前后对称）布置在距炉排250mm、燃烧室出口600mm位置处。炉排4由多条炉排杆10组成，每个炉排杆上设有多个破渣刺11。当炉排杆10旋转时，炉排上的破渣刺11刺入燃料层底部，实现了破渣碎渣、强化通风、搅拌燃料、加强下部燃料层燃烧等功用，从而保障了高的燃烧效率。燃料经过热解、气化和燃烧后在燃料层底部形成灰渣，细小的落入底灰槽9。大的灰渣经破渣刺破碎后也落入底灰槽9收集。待燃料层厚度低于100~150mm时，可重新加入生物质燃料开始另一个燃烧周期。
最后，还需要指出的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种中小型环保生物质热水炉，包括炉体、保温材料(1)、水冷管(2)、底部风道(3)、炉排(4)、生物质燃料层(5)、燃烧风口(6)、上部燃烧室(7)、燃烧室出口(8)、底灰槽(9)，其特征在于：所述炉体底部设有底灰槽(9)和底部风道(3)，底灰槽(9)和底部风道(3)上面设有炉排(4)，炉排(4)上面放置生物质燃料层(5)，生物质燃料层(5)上面的上部燃烧室(7)中设有燃烧风口(6)，上部燃烧室(7)上面连接燃烧室出口(8)；从底部风道(3)通入生物质燃料层(5)的风量为完全燃烧所需风量的30~50%，其余的风从燃烧风口(6)送人上部燃烧室(7)；使生物质燃料层(5)实现生物质燃料的热解气化，析出大量可燃气体在上部燃烧室(7)内与燃烧风口(6)送人的风混合，并燃烧完全，热烟气从燃烧室出口(8)排出热水炉。
2.根据权利要求1所述的中小型环保生物质热水炉，其特征在于：所述生物质燃料层(5)从下至上依次发生的过程为：下部燃料燃烧放热，其热量向上传递给中上部燃料；中上部燃料在700~1000℃缺氧的条件下发生热解气化，产生大量的可燃气体。
3.根据权利要求1所述的中小型环保生物质热水炉，其特征在于：所述燃烧风口(6)布置在生物质燃料层(5)上部200~400mm处，距燃烧室出口(8)的距离>500mm，以保证完全燃烧。
4.根据权利要求1所述的中小型环生物质热水炉，其特征在于：所述燃烧风口(6)送入的风量为从底部风道(3)送入的风量的1.1~2.5倍。
5.根据权利要求1所述的中小型生物质热水炉，其特征在于：所述生物质燃料层(5)厚度为200~500mm。
6.根据权利要求1所述的中小型生物质热水炉，其特征在于：所述炉排(4)由多条炉排杆(10)组成，每个炉排杆(10)上设有多个破渣刺(11)；所述炉排杆(10)为可转动炉排杆，当炉排杆(10)旋转时，炉排杆(10)上的破渣刺(11)刺入燃料层，用于实现破渣碎渣、强化通风、搅拌燃料、加强下部生物质燃料层(5)燃烧。
7.根据权利要求1所述的中小型生物质热水炉，其特征在于：所述保温材料(1)为硅酸盐纤维，厚度20~50mm。
8.根据权利要求1或3所述的中小型生物质热水炉，其特征在于：所述燃烧风口(6)两层布置，以更好的实现燃尽和NOx低排放。
9.根据权利要求6所述的中小型生物质热水炉，其特征在于：所述炉排杆（10）上的破渣刺(11)为圆锥形或锯齿形。
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