CN107202359A - 高效通用生物质燃料供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明高效通用生物质燃料供暖装置涉及供暖装置领域。其目的是为了提供一种以生物质为燃料、传热效率高、成本低、结构简单、自动化程度高的高效通用生物质燃料供暖装置。本发明高效通用生物质燃料供暖装置，包括炉体、炉体水套、炉盖水套、传热管路、回水管路、膨胀水箱、储能水箱和散热器；炉体水套套设在炉体上，炉盖水套盖设在炉体上；炉体水套的出水口和炉盖水套的出水口均与传热管路连通，炉体水套的进水口和炉盖水套的进水口均与回水管路连通；膨胀水箱的出水口与回水管路连通，膨胀水箱的进水口与传热管路连通；传热管路内的流体流入储能水箱，储能水箱的流体流入散热器，散热器的出水口与回水管路连通，储能水箱还与回水管路连通。

Description

高效通用生物质燃料供暖装置

技术领域

本发明涉及供暖装置领域，特别是涉及一种高效通用生物质燃料供暖装置。

背景技术

在我国北方大部分地区无论是民用取暖炉灶、民用中小型锅炉还是企业取暖锅炉，大多采用原煤、焦炭、煤制品(煤球、蜂窝煤)等作为燃料，除了热能转换效率低、煤炭资源浪费之外，还会对环境、空气造成严重的污染和危害。据有关资料介绍，煤等燃料燃烧时，能产生大量的固体悬浮颗粒烟尘，污染空气；如果氧气不足，燃烧就不完全，会产生大量的一氧化碳气体，污染空气；煤中所含的硫、氮等元素燃烧时还会产生二氧化硫、二氧化氮等大气污染物，是导致酸雨形成的主要原因，除此之外煤制品燃料如果氧气不足导致燃烧不完全时所释放大量的一氧化碳也是民居燃煤取暖的重大安全隐患。因此控制污染排放、节约煤炭资源、降低安全隐患是全国各个地区必须完成的任务，也是当前民用取暖设备行业亟待解决的重要课题。

目前对民用取暖设备污染排放控制，传统的手段主要是推行新能源和生物质燃料等的方式进行源头控制，这些控制方式受其地理位置和地方经济条件的制约，其推行难度大、推行成本较高且取暖的效果很大程度上取决于天气(如太阳能取暖)和取暖设备落后(如传统铁炉子、砖炉子)的制约。各种传统取暖设备其工作原理和优劣分析如下：

1、传统铁炉子带暖气取暖方式：

利用购买或自制铁炉子，在燃料的发热量较高的情况下可以取暖较好，但也只能带传统静置式暖气，而静置暖气的散热效果并不好。在华北以北的地区冬季使用过程中需要操作人员看管操作规程，由于华北以北地区冬季比较寒冷，炉内的热传导介质水的温度也只能达到40-50摄氏度，室温也只能达到6-8摄氏度，使用效果不好。据调查。据调查以河北地区为例，传统民居50㎡取暖季燃煤大约为3吨，按每吨原煤850元，需花费2550元。

2中小型锅炉带静置式暖气或水空调方式：

中小型锅炉取暖所需要的燃料较多，其燃料消耗较大、污染较大。虽然可以使冬季住宅室温升高到20-30摄氏度，但其性价比低，不适用。锅炉工作寿命视制造锅炉的板材而定，当长久使用时，炉胆会受介质腐蚀变薄损坏，使投入维护成本增加，形成潜在安全隐患。据调查以河北地区为例传统民居100㎡取暖季燃煤大约为7吨，按每原煤吨850元，为5950元。

3空调取暖方式：

该种取暖方式在空调内的电热元件通电后持续加热到一定温度，风机开始运转给电热元件出风散热，使电热元件产生的热量散热，室内温度达到设定温度后停止工作，但冬季室内温度受房屋建筑的保暖措施优劣影响，民居尤甚，室内温度达不到设定温度，空调会持续制热造成电能的大量消耗，以河北地区为例，12㎡房间冬季空调取暖电费消耗在400元以上性价比较低。

4燃气取暖炉方式：

是利用燃气加热介质传递给散热装置或产生热风的方式取暖，但一些地区受地理位置制约，某些地区山区不能普及。

从以上几种北方传统的冬季取暖方式燃煤燃气和电能加热为主要工作方式的取暖方式的对比分析来看，虽然都能实现房屋内的取暖升温，但是普遍存在着取暖效率低、成本大、地理位置限制等问题，取暖效果取决于燃料的燃烧热量和成本的投入，耗材量大，使用成本高，维护量大，而且使用寿命因质量优劣而参差不齐，造成设备使用周期的缩短，增加资源的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以生物质为燃料、传热效率高、成本低、结构简单、自动化程度高的高效通用生物质燃料供暖装置。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，包括炉体、炉体水套、炉盖水套、传热管路、回水管路、膨胀水箱、储能水箱和散热器；所述炉体水套套设在所述炉体上，所述炉盖水套盖设在所述炉体上；所述炉体水套的出水口和所述炉盖水套的出水口均与所述传热管路连通，所述炉体水套的进水口和所述炉盖水套的进水口均与所述回水管路连通；所述膨胀水箱的出水口与所述回水管路连通，所述膨胀水箱的进水口与所述传热管路连通；所述传热管路内的流体流入所述储能水箱，所述储能水箱的流体流入所述散热器，所述散热器的出水口与所述回水管路连通，所述储能水箱还与所述回水管路连通。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述炉体水套设为螺旋缠绕在所述炉体上的柱状盘管。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述炉盖水套设为盘管缠绕的盖体结构。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述炉体上连接有烟气管道，所述烟气管道延伸到所述储能水箱内，所述储能水箱内的烟气管道设为螺旋盘管。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述储能水箱上连接有第二液位计。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述储能水箱连接所述散热器的管路上连接有循环泵。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述散热器设有若干个。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中每个所述散热器上均连接有第一液位计、第一温度传感器和压力传感器。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述散热器的出水口与所述回水管路之间连接有调节阀。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置，其中所述回水管路上连接有第二温度传感器。

本发明高效通用生物质燃料供暖装置与现有技术不同之处在于：本发明高效通用生物质燃料供暖装置，炉体、炉体水套、炉盖水套、传热管路、回水管路、膨胀水箱、储能水箱和散热器，炉体水套套设在炉体上，炉盖水套盖设在炉体上，炉体内燃烧生物质燃料，生物质燃烧产生热量，炉体水套和炉盖水套内的流体吸收热量，炉体水套与炉盖水套内的流体升温，流体温度上升密度降低，流体向传热管路流动，传热管路上连接有膨胀水箱和储能水箱，膨胀水箱内有一定压力，炉体水套和炉盖水套内的流体会向储能水箱流动，储能水箱内的温度较低的流体会向回水管路流动，形成一个自循环。

下面结合附图对本发明的高效通用生物质燃料供暖装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的结构示意图；

图2为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的炉体水套的结构示意图；

图3为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的图2的俯视结构示意图；

图4为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的炉盖水套的结构示意图；

图5为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的图4的俯视结构示意图；

图6为本发明高效通用生物质燃料供暖装置的储能水箱的结构示意图。

附图标注：1、炉体水套；2、炉盖水套；3、膨胀水箱；4、储能水箱；5、循环泵；6、散热器；7、调节阀；8、第一温度传感器；9、第二温度传感器；10、压力传感器；11、第一液位计；12、第二液位计；13、排水口；14、烟气管道；15、回水管路；16、供热管路。

具体实施方式

基于现有的供暖装置取暖效率低、燃料成本高、受环境影响大的问题，本发明高效通用生物质燃料供暖装置，开发了一种能够以价格低廉的生物质燃料供热的装置，避免因取暖造成的环境污染，延长设备使用寿命，降低环境空气污染，减少或避免燃料或电力等能源的大量投入所导致的运行成本；其中，生物质燃料如木屑颗粒、秸秆颗粒等材料。

如图1所示，本发明高效通用生物质燃料供暖装置，包括炉体、炉体水套1、炉盖水套2、传热管路16、回水管路15、膨胀水箱3、储能水箱4和散热器6；炉体水套1套设在炉体上，炉盖水套2盖设在炉体上；炉体内燃烧生物质燃料，生物质燃料燃烧产生热量和烟气，炉体水套1和炉盖水套2充分吸收热量，炉体水套1和炉盖水套2基本封闭炉体，防止燃料燃烧产生的热量散失，提高热量利用率。

结合图2和图3所示，炉体水套1设为螺旋缠绕在炉体上的柱状盘管，炉体水套1贴合在炉体上，炉体水套1与炉体充分接触，炉体内的热量通过炉体水套1传递给炉体水套1内的流体。结合图4和图5所示，炉盖水套2设为盘管缠绕的盖体结构，炉盖水套2盖设在炉体上，充分吸收炉体内燃料燃烧的热量和烟气热量。炉体水套1和炉盖水套2选用6061合金铝管，金属导热系数：铜401W/mK，铝237W/mK，铁80W/mK，铝管的导热率很高，仅次于铜，铝的导热能力比铁大3倍、大约是铜的50％～60％，使用6061铝合金管作为炉体水套1和炉盖水套2的材料提升了水套内流体的加热速度，铝材易于焊接制作，材料成本低，设备运行稳定，故障率低。管路内循环传热的流体多采用水，水内添加防腐剂。铝的化学性质活泼，在空气中容易与氧气反应生成一层致密的三氧化二铝薄膜，三氧化二铝薄膜覆盖在铝的表面，使铝不与其它物质接触，且三氧化二铝薄膜不溶于水也不与水反应，所以炉体水套1和炉盖水套2具有很好的耐腐蚀性能。

炉体水套1的出水口和炉盖水套2的出水口均与传热管路16连通，炉体水套1的进水口和炉盖水套2的进水口均与回水管路15连通。炉体内生物质燃烧产生热量，炉体水套1和炉盖水套2内的流体吸收热量，炉体水套1与炉盖水套2内的流体升温，流体温度上升密度降低，流体向传热管路16流动，传热管路16上连接有膨胀水箱3和储能水箱4，膨胀水箱3内有一定压力，炉体水套1和炉盖水套2内的流体会向储能水箱4流动，储能水箱4内的温度较低的流体会向回水管路15流动，形成一个自循环。

传热管路16内的流体流入储能水箱4，储能水箱4内的流体流入散热器6，储能水箱4与散热器6连接的位置靠近储能水箱4与传热管路16连通的位置，传热管路16流动到储能水箱4内的热流体，能够直接流入散热器6，减小了热流体与储能水箱4中冷流体的热交换，提高了传热效率。储能水箱4与回水管路15连通，散热器6的出水口与回水管路15连通，储能水箱4中的冷流体和散热器6中换热后的流体均流回回水管路15，通过回水管路15流回炉体水套1和炉盖水套2，进行循环加热。传热管路16和回水管路15上均设有泄压阀，当管路内压力明显升高时，通过泄压阀进行泄压，降低管路内的压力，平衡管路压力。

膨胀水箱3的出水口与回水管路15连通，膨胀水箱3的进水口与传热管路16连通；膨胀水箱3起到缓冲的作用，当传热管路16中流体温度明显升高时，传热管路16承受的内压增大，流体流入膨胀水箱3进行缓冲并且回流至回水管路15，降低传热管路16承受的内压，促进流体循环。

炉体上连接有烟气管道，烟气管道延伸到储能水箱4内，储能水箱4内的烟气管道14设为螺旋盘管。炉体烟气直接排放，降低燃料热量的利用率，烟气的热量通过烟气管道14导出到储能水箱4，并且烟气管路设为螺旋盘管结构，烟气管道14与储能水箱4中的流体进行热交换，充分利用烟气的余热。

储能水箱4上连接有第二液位计12，第二液位计12测量储能水箱4的水位，防止储能水箱4内流体过量存储，对储能水箱4的壁面压力增大，而导致储能水箱4破裂。储能水箱4上开设有排水口13，当装置停用或检修时，管路内的流体通过排水口13排出，装置启动前，还可以通过排水口13进行注水。

储能水箱4连接散热器6的管路上连接有循环泵5，散热器6上连接有风机。储能水箱4上连接有第三温度传感器，当储能水箱4内的流体温度达到70℃时，循环泵5和风机启动，循环泵5促进流体循环，风机促进流体蒸发，向环境空气中加热加湿；当储能水箱4内的流体温度低于35℃时，循环泵5和风机停止工作，进行流体加热。

散热器6设有若干个，每个传热管路16上连接有若干个散热器6，散热器6的数量根据实际需要进行设置，散热器6的进水口与传热管路16之间连接有通断阀，通断阀控制散热器6内流体循环的通断状态，根据换热需要，控制通断阀的通断。散热器6的出水口与回水管路15之间连接有调节阀7，调节阀7调节流体的流量和流速，进而调节整个回路的流体流速。

每个散热器6上均连接有第一液位计11、第一温度传感器8和压力传感器10，第一液位计11监测散热器6内流体的液位，第一温度传感器8测量散热器6内的流体温度，压力传感器10测量散热器6内的压力。回水管路15上连接有第二温度传感器9，第二温度传感器9测量经过散热器6换热后的流体的温度，可以通过第一温度传感器8和第二温度传感器9的温度示数核算流体的换热量，便于对换热过程能源成本、换热效率等参数进行监控和优化。

第一温度传感器8、第二温度传感器9、第一液位计11、第二液位计12、压力传感器10、调节阀7和循环泵5均连接在智能温控系统上，智能温控系统通过对温度、液位、压力等参数的监测和换热量的需求，来调节调节阀7和循环泵5的工作状态，不仅能实现智能监控，还能在满足换热要求的条件下，合理提高换热效率和节约燃料。

结合图1-图6所示，设计加工了本发明高效通用生物质燃料供暖装置，适用于民居、厂房、蔬菜大棚、养殖室等场所的冬季取暖升温，并于2016年12月份在河北省唐山市迁西县兴城镇城西峪村进行了试用，环境温度-10℃～10℃，供暖装置的结构参数和试用结果具体指标如下述。

供暖装置的结构参数：

供电电压：220VAC，二线制；

燃料种类：木材、生物颗粒、农作物秸秆、环保煤制品等；

炉体水套1和炉盖水套2选用Φ10*Φ8直径的6061合金铝管；

智能控制系统选用KRD-60型微电脑智能温控器；

储能水箱4采用2mm冷轧钢板制作强度高，不易氧化损坏；

FP-51散热器6的风量510m³/h、额定热量4050W、功率52W/h；

循环泵5功率100W/h。

安保措施：具有膨胀水箱3高温沸腾保护，防止用户停电时散热器6无法散热，长时间加热流体造成系统内压力过高爆炸事故；炉体水套1和炉盖水套2上设有自动排气装置，气体自动排出、防止干烧，循环泵5启动与停止由KRD-60型微电脑智能温控器控制，循环泵5高温启动低温断电，避免了电能的浪费和取暖效果降低。

试用运行结果：

1)安装使用后以木柴为例，储能水箱4内介质水温由2度升至70℃需要用时20分钟；

2)FP-51散热器，可持续吹出最高70℃的热风，一套供暖炉带三个散热器6，加热40分钟，室温可由原来7-10℃提高至20-38℃。

通过理论分析和不同环境气温的现场试验结果发现，供暖装置不仅采用生物质燃料的燃烧方式，无需长时间看护，无需大量能源消耗，高效地将生物质的能量转化为热能，成本低廉而且燃料环保，克服了传统的燃煤污染大、燃气未普及、电能费用高等方式进行冬季取暖的缺陷和不足，为冬季取暖设备节能减排降低环境污染开拓了新天地。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：包括炉体、炉体水套(1)、炉盖水套(2)、传热管路(16)、回水管路(15)、膨胀水箱(3)、储能水箱(4)和散热器(6)；所述炉体水套(1)套设在所述炉体上，所述炉盖水套(2)盖设在所述炉体上；所述炉体水套(1)的出水口和所述炉盖水套(2)的出水口均与所述传热管路(16)连通，所述炉体水套(1)的进水口和所述炉盖水套(2)的进水口均与所述回水管路(15)连通；所述膨胀水箱(3)的出水口与所述回水管路(15)连通，所述膨胀水箱(3)的进水口与所述传热管路(16)连通；所述传热管路(16)内的流体流入所述储能水箱(4)，所述储能水箱(4)的流体流入所述散热器(6)，所述散热器(6)的出水口与所述回水管路(15)连通，所述储能水箱(4)还与所述回水管路(15)连通。

2.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述炉体水套(1)设为螺旋缠绕在所述炉体上的柱状盘管。

3.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述炉盖水套(2)设为盘管缠绕的盖体结构。

4.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述炉体上连接有烟气管道，所述烟气管道延伸到所述储能水箱(4)内，所述储能水箱(4)内的烟气管道(14)设为螺旋盘管。

5.根据权利要求1或4所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述储能水箱(4)上连接有第二液位计(12)。

6.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述储能水箱(4)连接所述散热器(6)的管路上连接有循环泵(5)。

7.根据权利要求6所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述散热器(6)设有若干个。

8.根据权利要求7所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：每个所述散热器(6)上均连接有第一液位计(11)、第一温度传感器(8)和压力传感器(10)。

9.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述散热器(6)的出水口与所述回水管路(15)之间连接有调节阀(7)。

10.根据权利要求1所述的高效通用生物质燃料供暖装置，其特征在于：所述回水管路(15)上连接有第二温度传感器(9)。