CN106016253B - 一种上旋风燃烧的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上旋风燃烧的方法及装置，其原理在于，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料（如稻壳、粉碎后的秸秆等）与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入并点燃，由于设置了两个切向进料口，燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质，质量变轻后自动与未完全燃烧的物料分离并由炉体顶部切向出料口吸出炉体。同时，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料，从而达到连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热的好处。
Description
技术领域
本发明属于小颗粒生物质燃料燃烧与供热技术装备领域，具体涉及一种小颗粒生物质燃料随双上旋气流燃烧并自分离的方法及装置，同时涉及与介质导热技术装备，特别是一种上旋风燃烧的方法及装置。
背景技术
作为现有技术，燃烧粗煤粉、稻壳等粗粉状燃料的燃烧设备种类较多，如直流式、涡流式、回流式等。这些煤粉燃烧炉用于粒径小于50μm的煤粉时，燃烧效率高，灰中含碳量小于1%。当燃烧粒径大于50μm的粗煤粉时，由于炉膛的体积有限，燃料在炉膛中的燃烧时间较短，煤粉有可能燃烧不尽，并有可能从燃烧的燃气中沉降到炉膛的底部，降低燃烧效率。而粒径小于50μm的煤粉需配备专用的粉碎设备，如雷蒙磨。另外，煤料的粒径越细，保存难度和费用也越大。
燃烧稻壳的燃烧炉种类也较多，如回转式、振动式、往复式、固定床式、炉排与悬浮燃烧结合式等。对于粒径相似稻壳粒径大小的生物质燃料，如采用有炉排燃烧方式，则由于炉排处于高温、多灰的复杂环境中，使燃烧炉结构复杂和维护保养困难。若采用无炉排燃烧方式，则因稻壳等生物质燃料的粒径较大，有可能从燃气中沉降下来，使燃烧效率降低。
燃烧炉的换热方式，通常有燃气走管中和管外两种方式。燃气走管中，称为“火管”。由于燃气走管中，则管道内壁损伤后的维护很困难，还有如结露现象造成管内积尘积灰，严重的情况将造成堵塞。管内走换热介质，燃气走管外，由于换热管处于高温多灰的环境中，对换热管材质、加工及装配要求均很高。
另外，目前燃料在炉膛中的悬浮燃烧方式亦较多，要使燃料燃烧时处于悬浮状态，须使气流上升速度大于燃料的悬浮速度。而当燃料的粒径和质量的差异较大时，要让所有的燃料都处于悬浮状态，并尽可能延长燃料的燃烧时间，确有相当大的难度。因为粒径小的燃料的悬浮速度小，易被加速，在炉膛内的燃烧间断。而粒径较大的燃料的悬浮速度较大，不易悬浮。若使较大粒径的燃料完全处于悬浮状态，则使风量成倍增加，将导致浓度过低，使炉温下降，严重的情况将使连续燃烧困难。
中国专利申请号为CN201410392202的“生物质旋风热解-悬浮燃烧复合气化装置及其气化方法”，公开了 一种生物质旋风热解-悬浮燃烧复合气化装置及其气化方法。该发明的装置包括，旋风热解室(1)内同轴心悬吊中心排气管(2)，旋风热解室(1)、悬浮燃烧室(3)、切换炉排(4)、风环(8)和灰斗(5)依次连接，切换炉排(4)与风环(8)之间设置点火孔(9)；旋风热解室(1)上部切线方向插接一组生物质燃料加料管(6)；悬浮燃烧室(3)下部插接点火燃料加料管(7)。其气化方法包括：生物质燃料由切向喷入旋风热解室(1)后旋转向下运动发生热解反应；热解反应产物中的生物质焦炭颗粒进入悬浮燃烧室(3)，与风环(8)进入的主空气流发生燃烧反应，产生的二氧化碳上行与通过悬浮燃烧室(3)下行的生物质焦炭颗粒发生还原反应。该发明提供了一种生物质气化方法，而不适用于导热供热方式。
中国专利申请号为CN201410648974的“多回程换热式生物质锅炉”公开了一种多回程换热式生物质锅炉，此装置包括锅炉体和鼓风引风系统，其特征在于，所述锅炉体包括进料机、双炉膛机构、设置有多回程密布水管炉胆、排烟管、设置在双炉膛机构、炉胆外部的水箱、设置在水箱外部的保温层；所述双炉膛机构的入口与进料机、鼓风机连接，双炉膛机构的出口与炉胆的入口连接；所述炉胆的出口与排烟管、引风机连接。该发明提供了一种多回程换热或生物质锅炉，利用密布水管作为炉膛炉胆，并将炉胆与排烟管连接。
中国专利申请号为CN201110186858的“一种秸秆燃料悬浮燃烧炉” 公开了属于农产品烘干领域的一种秸秆燃料悬浮燃烧炉。经过粉碎的作物秸秆燃料在悬浮燃烧炉的预热区预热并开始燃烧，然后进入高温燃烧区大火燃烧，在鼓风作用下，秸秆燃料被吹向悬浮炉膛的空中进行悬浮燃烧，最后变成烟火进入旋风除尘器，在鼓风的推力和引风拉力作用下，烟火在旋风除尘器内高速旋转除尘，经过除尘净化的烟火变成纯净烟气进入配风箱，在配风箱内纯净烟气和冷空气混合调配成达到设定温度的混合纯净烟气，直接用于烘干农产品。该发明提供了一种秸秆预热、喷风悬浮燃烧方法，但存在炉膛燃烧后炉温不均匀的问题。中国专利申请号为CN201410648974的“多回程换热式生物质锅炉”公开了一种多回程换热式生物质锅炉，此装置包括锅炉体和鼓风引风系统，其特征在于，所述锅炉体包括进料机、双炉膛机构、设置有多回程密布水管炉胆、排烟管、设置在双炉膛机构、炉胆外部的水箱、设置在水箱外部的保温层；所述双炉膛机构的入口与进料机、鼓风机连接，双炉膛机构的出口与炉胆的入口连接；所述炉胆的出口与排烟管、引风机连接。本发明解决的技术问题是提供一种热效率高且安全可靠、安装方便，占地面积小的多回程换热式生物质锅炉。该发明提供了一种多回程换热或生物质锅炉，利用密布水管作为炉膛炉胆，并将炉胆与排烟管连接
中国专利申请号为CN201410652609的“高炉循环水换热装置及用其对循环水余热综合利用的方法”属于 一种高炉循环水换热装置，包括换热管体及1～3个相互独立的循环水冷却器；所述循环水冷却器之水入口变径管、水出口变径管分别安装在换热管体左右管壁外侧，翘片管组安装在换热管体内腔，其进水口穿出右管壁与水入口变径管相通，出水口穿出左管壁与水出口变径管相通，翘片管组与换热管体管壁之间的空腔构成热交换空气通道；空气入口变径管和空气出口变径管分别安装在换热管体的两端、并与换热管体之空气通道相通；用高炉循环水换热装置对循环水余热综合利用的方法包括接入炼铁高炉之热风系统及循环水系统，使低温空气与高温冷却水在换热装置内进行热交换；上述余热综合利用方法可减少能耗和污水排放，降低设备投资和消耗，降低生产成本，稳定生产。该发明提供了一种高炉炉体降温与余热利用技术，并特定为高炉余热回收而不适用于通用导热炉。
中国专利申请号为CN201310320339的“一种稻壳悬浮燃烧方法” ，公开了一种稻壳悬浮燃烧方法，包括以下方法步骤：首先将稻壳晾晒干，有结块的将结块碾碎，堆积起来作为燃料使用；将稻壳放入锅炉的燃烧室进行燃烧，在燃烧室的四周设有鼓风机，鼓风机通过管道接入到燃烧室内；在稻壳燃烧过程中，启动鼓风机，空气通过管道鼓入燃烧室，将燃烧中的稻壳吹成悬浮状；悬浮状的稻壳在燃烧室中由于接触到新鲜空气，便可以充分燃烧，燃烧后的稻壳灰进入到烟囱进行沉降收集处理；燃烧完成后关闭鼓风机。本发明具有方法简单，成本低廉等优点，能够使得稻壳充分燃烧，资源利用率高，燃烧过程安全可靠。该发明利用鼓风机将风从炉膛四周鼓入，使稻壳悬浮燃烧，而不是在旋转气流上升时燃烧。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种双旋风燃烧热水炉。本发明原理在于，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料（如稻壳、粉碎后的秸秆等）与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入并点燃，由于设置了两个切向进料口，燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质，质量变轻后自动与未完全燃烧的物料分离并由炉体顶部切向出料口吸出炉体。同时，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料，从而达到连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热的好处。
本发明是通过如下方式实现的：
作为第一方面，本发明提出了一种上旋风燃烧的方法，其包括以下步骤：
步骤s001：采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入；
步骤s002：点燃气固混合物，在炉体中形成上旋燃烧气流，物料伴随上旋气流燃烧并上升；
步骤s003：当物料完全燃烧成灰质后自动与未完全燃烧的物料分离；
步骤s004：将灰质由炉体顶部出料口吸出炉体；
优选地，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料。
优选地，可燃气固混合物通过负压吸入燃烧炉内，燃烧气流自下而上运动，完全燃烧后的灰质自动与可燃气流分离排出。
并且，本发明还提出了一种使用上旋风燃烧方法的装置，其包括：炉体底座、炉体、炉芯升降装置，炉体坐落于炉体底座上，并通过螺栓紧固；炉芯升降装置用于升降炉芯；炉体设有多功能进料口。
优选地，所述多功能进料口至少为两个，第一个多功能进料口用于吸入小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物，第二个多功能进料口用于安装点火器，用于吸入高温火焰，当点火器停止工作时吸入补充空气，炉体内腔中形成双上旋气流。
优选地，所述炉体包括外炉体、内炉体、炉体检修口、出料口和炉芯；所述多功能进料口设于炉体底部，与炉体圆周相切并沿圆周均布设置。
优选地，所述外炉体与内炉体同心，底部为炉体底盖，顶部为炉体顶盖，形成一个换热夹层；所述炉体检修口设于炉体顶盖中心，用于设备检修；所述出料口设于炉体顶部，与炉体圆周相切；所述炉芯设于炉体底盖中心，与内炉体同心，形成圆环形导流空间。
作为第二方面，本发明提出了一种双旋风燃烧热水炉，其包括：炉体底座、炉体、炉芯升降装置，炉体坐落于炉体底座上，并通过螺栓紧固；炉芯升降装置用于升降炉芯。
优选地，所述炉体包括：多功能进料口、外炉体、内炉体、炉体检修口、出料口和炉芯；所述多功能进料口设于炉体底部，与炉体圆周相切并沿圆周均布设置。
优选地，所述多功能进料口至少为两个，第一个多功能进料口用于吸入小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物，第二个多功能进料口用于安装点火器，用于吸入高温火焰，当点火器停止工作时吸入补充空气，炉体内腔中形成双上旋气流。
优选地，所述多功能进料口为三个以上，炉体内腔中形成多股上旋气流。
优选地，所述外炉体与内炉体同心，底部为炉体底盖，顶部为炉体顶盖，形成一个换热夹层；所述炉体检修口设于炉体顶盖中心，用于设备检修；所述出料口设于炉体顶部，与炉体圆周相切；所述炉芯设于炉体底盖中心，与内炉体同心，形成圆环形导流空间。
优选地，所述炉体底盖上设有换热夹层进水口，其位置处于换热夹层在炉体底盖的投影面积之内；所述炉体顶盖上设有换热夹层出水口和安全阀，其位置处于换热夹层在炉体顶盖的投影面积之内。
优选地，所述换热夹层中换热介质流方向为自下而上，换热液体为水或者导热油。
作为第三方面，本发明还提出了一种可拆卸蓄热炉芯，其特征在于，所述炉芯包括：炉芯外壳、安装底架和蓄热填充物，所述炉芯外壳为圆柱形空腔固定于安装底架上，所述安装底架上设置有安装孔。
优选地，所述炉芯采用大质量金属外壳构成炉芯外壳，并省略蓄热填充物。
优选地，所述炉芯的高度为炉体高度的八分之一至二分之一之间。
作为第四方面，本发明提出了一种炉体，其包括之前所述的可拆卸蓄热炉芯，所述炉体包括炉体底盖、炉体顶盖、外炉体、内炉体，其特征在于，所述炉芯通过安装孔紧固于所述炉体底盖上，并与所述内炉体同心，同时所述炉芯通过炉芯升降装置实现升降。
优选地，所述炉芯升降装置包括底座、调节杆、升降螺杆和升降顶块，转动调节杆可实现升降螺杆的上升和下降，从而上下移动升降顶块，升降顶块卡在炉芯上，松掉紧固炉芯的螺栓后，炉芯随升降装置上升下降。
优选地，所述炉芯升降装置可安装马达带动升降螺杆旋转。
本发明目提供了一种双旋风燃烧热水炉。本发明原理在于，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料（如稻壳、粉碎后的秸秆等）与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入并点燃，由于设置了两个切向进料口，燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质，质量变轻后自动与未完全燃烧的物料分离并由炉体顶部切向出料口吸出炉体。同时，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料，从而达到连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热的好处。
附图说明
图1本发明工作原理图；
图2本发明炉体部装剖开示意图；
图3本发明炉体结构示意图；
图4本发明炉体结构俯视图；
图5本发明炉芯结构示意图；
图6本发明升降装置示意图。
具体实施方式
现结合附图，详述本发明具体实施方式：
如图1所示，一种双旋风燃烧热水炉，其原理在于，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料（如稻壳、粉碎后的秸秆等）与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入并点燃，由于设置了两个切向进料口，燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质，质量变轻后自动与未完全燃烧的物料分离并由炉体顶部切向出料口吸出炉体。同时，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料，从而达到连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热的好处。
可燃气固混合物经由多功能进料口21吸入炉体内腔27，经过圆环形导流空间237形成双上旋气流，形成气流成型点燃区①，物料在该区域被点燃并不断混合新的物料旋转上升至混合燃烧区②，同时也是稳定燃烧区，随着气流继续上行，在接近出料口25的位置为灰分分离区③，燃烧完全的灰质在这个区域分离随着热气流被吸出炉体2，从而实现连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热，且炉内不积灰。
如图2所示，一种双旋风燃烧热水炉，其装置包括，炉体底座1、炉体2、炉芯升降装置3，炉体2坐落于炉体底座1上，并通过螺栓紧固；炉芯升降装置3用于升降炉芯26。
如图3、4所示，炉体2，其装置包括：多功能进料口21、外炉体22、内炉体23、炉体检修口24、出料口25、炉芯26；所述多功能进料口21设于炉体2底部，炉体2圆周相切并圆周均布设置两个，一个多功能进料口21用于吸入小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物，另一个多功能进料口21用于安装点火器（如柴油燃烧器、天然气燃烧器、煤粉喷射燃烧器等）用于吸入高温火焰，当点火器停止工作时吸入补充空气；如此可在炉体内腔27中形成双上旋气流；另外，该燃烧方法还可在炉体2底部设置两个以上多功能进料口21，形成多股上旋气流的形式用以满足更大功率的燃烧装置；所述外炉体22与内炉体23同心，底部为炉体底盖231，顶部为炉体顶盖232，形成一个密封夹层，即换热夹层236；所述炉体检修口24设于炉体顶盖232中心，用于设备检修；所述出料口25设于炉体2顶部，与炉体2圆周相切；所述炉芯26设于炉体底盖231中心，与内炉体23同心，形成圆环形导流空间237。
所述炉芯26的高度取炉体2高度的八分之一至二分之一之间。
所述炉芯26为可拆卸式的，通过安装孔紧固于炉体底盖231上，与内炉体23同心，如此可实现炉芯26的可更换性，同时可以通过炉芯升降装置3实现升降，从而达到简便清理炉内杂质的目的。
所述炉体底盖231上设有换热夹层进水口235，其位置处于换热夹层236在炉体底盖231的投影面积之内；所述炉体顶盖232上设有换热夹层出水口233和安全阀234，其位置处于换热夹层236在炉体顶盖232的投影面积之内。
所述换热夹层236中水流方向自下而上用于带走炉体2内物料燃烧所释放的热能，此过程中换热夹层236内流动的换热液体可采用水或者导热油等介质，其中以水做换热介质最为常用，采用水位换热介质同时可保证整个设备处于低温环境下运作。有利于设备安全及使用寿命。
如图5所示，炉芯26，其装置包括：炉芯外壳261、安装底架262、蓄热填充物263，所述炉芯外壳261为圆柱形空腔固定于安装底架262上，安装底架262上设置有安装孔（未图示）；炉芯26在本发明中起到积蓄能量，维持炉温，稳定设备工作状态的作用。
所述炉芯26也可采用大质量金属外壳构成炉芯外壳261，如此可无需蓄热填充物263，即可积蓄大量能量。
如图6所示，炉芯升降装置3包括底座31、调节杆32、升降螺杆33、升降顶块34，转动调节杆32可以实现升降螺杆33的上升和下降，从而上下移动升降顶块34，升降顶块34可以卡在炉芯26上（未图示），松掉紧固炉芯26的螺栓后，炉芯26机壳随升降装置上升下降；所述炉芯升降装置3还可安装马达带动升降螺杆33旋转，从而实现电气控制。
本发明目提供了一种双旋风燃烧热水炉。本发明原理在于，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料（如稻壳、粉碎后的秸秆等）与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入并点燃，由于设置了两个切向进料口，燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质，质量变轻后自动与未完全燃烧的物料分离并由炉体顶部切向出料口吸出炉体。同时，未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料，从而达到连续进料、连续燃烧、连续排灰、持续供热的好处。
Claims (4)
1.一种上旋风燃烧方法，其包括以下步骤：
步骤s001：通过切向设置于炉体底部的其中一个多功能进料口，采用负压吸入的方式将小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物由炉体底部切向进料口吸入；
步骤s002：通过切向设置于炉体底部的另一个多功能进料口，吸入高温火焰，在气流成型点燃区点燃气固混合物，在炉体中形成双上旋燃烧气流，物料伴随上旋气流燃烧并上升；
步骤s003：燃烧的物料形成双上旋气流；物料伴随双上旋气流燃烧并上升，当物料完全燃烧成灰质后自动与未完全燃烧的物料分离；
步骤s004：未完全燃烧的物料随炉体中间下旋气流缓慢下落继续燃烧，在炉体中段形成悬浮持续燃烧层以持续点燃后续物料；
步骤s005：完全燃烧的灰质由炉体顶部切向出料口排出炉体。
2.如权利要求1所述的上旋风燃烧方法，其特征在于，可燃气固混合物通过负压吸入燃烧炉内，燃烧气流自下而上运动，完全燃烧后的灰质自动与可燃气流分离排出。
3.一种上旋风燃烧装置，包括：炉体底座、炉体、炉芯升降装置，炉体坐落于炉体底座上，并通过螺栓紧固；炉芯升降装置用于升降炉芯；炉体设有多功能进料口；其特征在于：所述炉体包括外炉体、内炉体、炉体检修口、出料口和炉芯；所述多功能进料口设于炉体底部，与炉体圆周相切并沿圆周均布设置；所述出料口设于炉体顶部，与炉体圆周相切；所述多功能进料口至少为两个，第一个多功能进料口用于吸入小颗粒生物质燃料与空气的气固混合物，第二个多功能进料口用于安装点火器，用于吸入高温火焰，当点火器停止工作时吸入补充空气，炉体内腔中形成双上旋气流。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述外炉体与内炉体同心，底部为炉体底盖，顶部为炉体顶盖，形成一个换热夹层；所述炉体检修口设于炉体顶盖中心，用于设备检修；所述炉芯设于炉体底盖中心，与内炉体同心，形成圆环形导流空间。
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