CN109539315B - 一种s形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具 - Google Patents

一种s形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具，涉及家用炉具燃烧技术领域及环境技术领域，目的在于实现对生物质成型燃料或型煤的燃烧来满足居民日常用热水和做饭的需求，同时降低NOx和飞灰的排放，提高燃料利用效率实现清洁燃烧。一种生物质成型燃料/型煤S形空气预热环保炉具包含壳体，壳体前墙设置有炉门，壳体中设置有炉膛和上炉排，上炉排将炉膛分为上炉膛和下炉膛，下炉膛底部设置有下炉排，下炉排上开设有通风口，上炉膛顶部设置有炉灶，炉膛后侧设置有中部烟道，上炉膛上部与中部烟道上部连通，中部烟道下部与尾部烟道连通，尾部烟道顶部与烟囱连通。

Description

一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具
技术领域
本发明属于家用锅炉燃烧技术领域及环境技术领域，具体涉及一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具。
背景技术
北方农村冬季普遍使用农用炉具燃煤取暖，现在大规模使用的农用炉具一般采用单一燃烧室，炉膛呈圆筒状，周围部有水箱，燃烧所需要的空气经过炉排从下方进入炉膛直接与燃料混合燃烧，不利于燃料的燃尽和NOx的降低，烟囱出口也没有任何烟气净化装置，排放的烟气含二氧化硫、氮氧化物、粉尘和未燃尽的碳较多，对空气造成了极大的污染。且这种炉具取暖效果不佳，对燃料热量的利用仅仅局限于吸收炉膛的热量，烟气的热量无法利用。
由于大量使用化石燃料会引起能源短缺和环境恶化问题，而相比化石能源，我国生物质资源丰富，每年约4亿吨标煤可供能源化利用，薪柴和林业废弃物资源量中，每年可开发量达到6亿吨以上。每年因无法处理的剩余农作物秸秆在田间直接焚烧的超过2亿吨，这不仅浪费了资源，而且造成严重的空气污染。
生物质成型燃料是以农业废弃物、林业三剩物(农业废弃物如稻壳、秸秆等；林业废弃物如采伐剩余物、清林抚育剩余物和木材加工剩余物等)为原材料，经过粉碎、烘干、成型等工艺，制成粒状、块状、柱状，一定规格和密度的新型清洁燃料。热值为14.6-18.8兆焦/千克，大约相当于天然气热值的1/2，其燃烧充分，便于运输和贮存。但大部分的民用炉具是以煤作为主要燃料而设计的，因此现有的生物质燃料只能满足大中型锅炉使用，难以应用于普通家庭。此处请简要说明为什么目前的生物质燃料只能用在大中型锅炉中。
鉴于以上民用炉具存在的问题及生物质燃料应用的局限性，因此，有必要提供一种可以燃烧生物质成型燃料和型煤的新型环保炉具，来克服现有炉具的缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具，实现对生物质成型燃料或型煤的燃烧来满足居民日常用热水和做饭的需求，同时能够实现对生物质成型燃料或型煤的燃烧的同时降低NOx和飞灰的排放，提高燃料利用效率实现清洁燃烧。
为达到上述目的，本发明所述一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具包括壳体，壳体前壁设置有炉门，壳体中设置有炉膛，炉膛下部设置有上炉排，上炉排将炉膛分为上炉膛和下炉膛，下炉膛底部设置有下炉排，下炉排上开设有进气口以及调节进气口大小的下炉排合页，上炉膛顶部设置有炉灶，炉膛后部设置有中部烟道，上炉膛上部与中部烟道上部连通，中部烟道下部与尾部烟道下部连通，尾部烟道顶部与烟囱连通。
进一步的，尾部烟道中设置有空气预热装置，空气预热装置包括空气预热管道汇流管和若干空气预热管道，空气预热管道的入口和空气管道夹层上部连接，空气管道夹层下部设置有空气入口，空气预热管道的出口均连接至空气预热管道汇流管的入口，空气预热管道汇流管的出口与热空气管道一端连通，热空气管道的另一端为预热空气出口，预热空气出口位于下炉排上方。
进一步的，空气入口处设有滑动连接的空气入口调节门和空气入口滑轨；炉门上设置有炉门滑轨和炉门通风口，炉门滑轨上滑动连接有炉门通风盖，下炉排通过销轴连接有下炉排合页。
进一步的，空气预热管道错列布置，热空气管道为双层结构，双层结构之间设置有保温材料。
进一步的，壳体外侧设置有水箱，壳体中设置有与水箱连通的水套管排，水套管排隔挡在中部烟道和尾部烟道之间。
进一步的，水套管排由若干为水套管组成，水套管包括底部连通的水套管内层圆筒和套管外层圆筒。
进一步的，尾部烟道中错列布置有若干与水箱连通的螺纹管。
进一步的，炉膛内覆耐火炉墙，下炉膛为水冷炉墙。
进一步的，尾部烟道下部设置有后部落灰斗，下炉排下方设置有前部落灰斗。
进一步的，炉灶设置有上炉灶盖和下炉灶盖。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，上炉排上的生物质成型燃料/型煤在过量空气系数小于1的条件下进行低温一次燃烧，降低NOx的生成，同时产生还原性气体和不完全燃烧的固体产物，来自于预热空气出口的预热空气为一次燃烧提供着火热和氧气。掉落到下炉排的固体产物与来自于下炉排的空气接触，在过量空气系数大于1的条件下继续进行二次燃烧。二次燃烧产生的NOx上升到上炉排处与还原性气氛反应从而降低NOx，混合气继续上升与进入炉门通风口的空气继续反应，在上炉膛中实现完全燃烧。由于烟气流动轨迹为S形，部分飞灰颗粒由于惯性与烟气分离，掉落到后部落灰斗中。剩余的大部分飞灰颗粒随烟气流经尾部烟道处与螺纹管和空气预热管道碰撞掉落到后部落灰斗中，从而实现降低飞灰排放的目的，定期打开下炉排合页收集炉渣。
进一步的，烟道被水套管排分隔成中部烟道和尾部烟道，水由入水口注入水箱并吸收炉膛热量，一部分水流入水套管排，水套外层水与烟道中的烟气换热温度较高，向上流动，水套内层水温度较低向下流动，形成回流。一部分水通过螺纹管与在尾部烟道吸收尾部烟气的热量，最后热水从出水口流出。最大限度地吸收燃料的热量，提高热效率。
进一步的，尾部烟道中设置有空气预热装置，空气预热装置包括空气预热管道汇流管和若干空气预热管道，空气预热管道的入口和空气管道夹层上端连接，空气管道夹层下端设置有空气入口，空气预热管道的出口均连接至空气预热管道汇流管的入口，空气预热管道汇流管的出口与热空气管道一端连通，热空气管道的另一端为预热空气出口，预热空气出口位于下炉排上方。
进一步的，空气预热管道错列布置，热空气管道为双层结构，两层之间夹有保温材料，提高保温效果。
进一步的，尾部烟道中错列布置有若干与水箱连通的螺纹管，降低飞灰排放，并吸收尾部烟气的热量，最大限度地吸收燃料的热量，提高热效率。
进一步的，炉膛内覆耐火炉墙隔热，下炉膛为水冷炉墙，耐火炉墙的布置有利于上炉膛的保温作用，实现烟气的完全燃烧，布置水冷炉膛实现水对下炉膛的吸热。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为图1中A-A向剖视放大示意图；
图3为图1中B-B向剖视放大示意图；
图4为图1中C-C向剖视放大-示意图；
图5为图1中炉门的放大示意图；
图6为图1中空气入口的放大示意图；
其中：1、空气入口；2、后部落灰斗；3、尾部烟道；4、空气管道夹层；5、螺纹管；6、出水口；7、空气预热管道；8、烟囱；9、水套管排；10、水箱；11、耐火炉墙；12、炉灶；13、上炉灶盖；14、下炉灶盖；15、入水口；16、中部烟道；17、热空气管道；18、上炉膛；19、炉门；20、上炉排；21、预热空气出口；22、下炉膛；23、下炉排；24、前部落灰斗；25、空气预热管道汇流管；26、水套管内层圆筒；27、水套管外层圆筒；28、下炉排合页；29、炉门通风盖；30、炉门滑轨；31、炉门通风口；32、空气入口调节门；33、空气入口滑轨；34-壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1，一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具包括空气入口1、后部落灰斗2、尾部烟道3、空气管道夹层4、螺纹管5、出水口6、空气预热管道7、烟囱8、水套管排9、水箱10、耐火炉墙11、炉灶12、上炉灶盖13、下炉灶盖14、入水口15、中部烟道16、热空气管道17、上炉膛18、炉门19、上炉排20、预热空气出口21、下炉膛22、下炉排23、前部落灰斗24、空气预热管道汇流管25、水套管内层圆筒26、水套管外层圆筒27、下炉排合页28、炉门通风盖29、炉门滑轨30、炉门通风口31、空气入口调节门32和空气入口滑轨33和壳体34。
壳体34前壁和顶壁外以及中部均设置有水箱10，设置在中部的水箱10将壳体34内部分为烟道和炉膛两部分；烟道被水套管排9分成中部烟道16和尾部烟道3，炉膛下部设置有上炉排20，上炉排20将炉膛分为上炉膛18和下炉膛22，下炉膛22底部设置有下炉排23，下炉排23上开设有通风口，上炉膛18顶部设置有锥形的炉灶12，炉膛后侧设置有中部烟道16，上炉膛18上部与中部烟道16上部连通，中部烟道16下部与尾部烟道3连通，尾部烟道3顶部与烟囱8连通。环保炉具的烟气沿下炉膛22、上炉膛18经过中部烟道16到达尾部烟道3，最后通过烟囱8排出，其流动路径呈S形。壳体34前壁设置有炉门19，尾部烟道3下部设置有后部落灰斗2，下炉排23下方设置有前部落灰斗24，后部落灰斗2和前部落灰斗24均为抽屉式。炉灶12设置有上炉灶盖13和下炉灶盖14。炉膛18内覆耐火炉墙11隔热，下炉膛22为水冷炉墙。
参照图1和图2，尾部烟道3中设置有空气预热装置，空气预热装置包括空气预热管道汇流管25和若干空气预热管道7，空气管道夹层4一端下方设置有空气入口1，另一端上方与若干空气预热管道7的入口连接，空气预热管道7的末端均连接至空气预热管道汇流管25的入口，空气预热管道汇流管25的出口与热空气管道17一端连通，热空气管道17的另一端为预热空气出口21，预热空气出口21位于上炉排20下方，空气预热管道7设置在尾部烟道3中。空气预热管道7错列布置，热空气管道17为双层结构，两层之间夹有保温材料，热空气管道从位于壳体侧壁的水箱10中穿过。空气预热管道7下方错列布置有若干与水箱10连通的螺纹管5，螺纹管5为外螺纹结构。
参照图3，壳体34中设置有与水箱10连通的水套管排9，水套管排9隔挡在中部烟道16和尾部烟道3之间，水套管排9由若干为水套管组成，每个水套管包括底部连通的水套管内层圆筒26和套管外层圆筒27，内层圆筒26和套管外层圆筒27，上部通过辐射状钢片固定连接。
参照图4，下炉排23上开设有两层辐射状的进气口，下炉排23通过销轴连接有用于调节进气口大小的下炉排合页28。转动炉排合页28可以控制进入炉膛的空气量。下炉排合页28的调节作用保证二次燃烧过量空气系数大于1；下炉排合页28为双层结构，下炉排合页28上开设有与下炉排23上的进气口形状和大小完全相同的通孔，打开时将两层合页旋转使下炉排合页28上的通孔和下炉排23上开设有两层辐射状的进气口部分重叠或对正，可允许空气从下方进入炉膛或者将下炉排23上的炉渣收集到前部落灰斗24中。调节不同角度可以控制进入炉膛的空气量。
参照图5，炉门19上设置有炉门滑轨30和炉门通风口31，炉门滑轨30上滑动连接有炉门通风盖29，炉门通风盖29的调节作用保证混合气在上炉膛实现完全燃烧。炉门通风盖29可以沿着炉门滑轨30滑动来调节遮盖炉门通风口31的面积，进而控制允许进入上炉膛18的空气量。
参照图6，空气入口1处设有滑动连接的空气入口调节门32和空气入口滑轨33；空气入口调节门32可以沿着空气入口滑轨33滑动调节空气入口1的开度，进而控制预热空气的量；空气入口调节门32的调节作用保证一次燃烧的过量空气系数小于1。
环保炉具燃料的燃烧方式为分级配风，一次风的来源是预热空气出口21，二次风来自于下炉排23的下炉排合页28，燃尽风来自于炉门19的炉门通风口31。
参见图1至图6，一种生物质成型燃料/型煤S形空气预热环保炉具的空气流程为：空气从空气入口1经过空气管道夹层4流动到错列的空气预热管道7中与尾部烟道3中的烟气换热成为预热空气，预热空气经过空气预热管道汇流管25汇聚到包有保温层的热空气管道17中，沿着热空气管道17流动到下炉膛22的预热空气出口21。
本发明所述的一种生物质成型燃料/型煤S形空气预热环保炉具的烟气流程为：放置在上炉排20上的生物质成型燃料/型煤吸收空气预热管道7内预热空气的热量并与预热空气低温燃烧产生还原性气氛，同时降低NOx的生成。不完全燃烧产物掉落到下炉排23与从下炉排23进入的空气反应生成烟气，烟气上升到上炉膛18处与还原性气氛混合降低NOx，混合气上升并与从炉门通风口31流入的空气反应而完全燃烧，沿着上炉膛18经过中部烟道16流动到尾部烟道3，在流动过程中与螺纹管5和空气预热管道7换热，最后流经烟囱8排出。
本发明所述的一种生物质成型燃料/型煤S形空气预热环保炉具的水流程为：冷水从入水口15流入到水箱10中吸收炉膛热量，部分冷水流入水套管排9中，水套管排9外层水受热向上流动，内层水向下流动形成回流。部分冷水经过螺纹管5吸收尾部烟气的热量。最后热水从出水口6排出。
本炉具的工作原理为：
空气经过空气入口1和空气管道夹层4流动到空气预热管道7产生预热空气，预热空气经过热空气管道17和预热空气出口21流出，来自于预热空气出口21的预热空气为一次燃烧提供着火热和氧气，与放置在上炉排20上的生物质成型燃料/型煤在过量空气系数小于1的条件下低温一次燃烧，产生还原性气氛并降低NOx的生成，同时产生不完全燃烧的固体产物；不完全燃烧的固体产物掉落到下炉排23与从下炉排23进入炉膛的空气混合，在过量空气系数大于1的条件下继续进行二次燃烧，二次燃烧产生烟气。烟气向上流动与上炉排20处的还原性气氛混合成为混合气，NOx被还原，混合气继续上升与炉门通风口31处的空气反应完成燃烧过程。空气入口调节门32的调节作用保证一次燃烧的过量空气系数小于1；下炉排合页28的调节作用保证二次燃烧过量空气系数大于1；炉门通风盖29的调节作用保证混合气在上炉膛实现完全燃烧。烟气顺着上炉膛18经过中部烟道16流动到尾部烟道3，由于烟气流动轨迹为S形，在这过程中由于惯性作用部分飞灰颗粒脱离烟气掉落到后部落灰斗2中。流动到尾部烟道3的烟气含飞灰颗粒与错列布置的螺纹管5和空气预热管道7发生碰撞，飞灰颗粒撞击到螺纹管5和空气预热管道7掉落到后部落灰斗2中，实现降低飞灰的目的。水箱10中的冷水吸收炉膛的热量，螺纹管5中的水吸收尾部烟气的热量，水套管排9中外层水受热向上流动，内层水向下流动形成回流，充分吸收了燃料燃烧的热量。定期打开下炉排合页28将掉落到下炉排23上的灰收集到前部落灰斗24中收集煤灰。使用炊具的时候打开上炉灶盖13和下炉灶盖14可以满足居民日常做饭需要，不使用时盖上上炉灶盖13和下炉灶盖14防止烟气流出。北方地区烤制食品时可以打开上炉灶盖13，并盖上下炉灶盖14将食品放在炉灶周围的耐火炉墙上烤制食品。
水由入水口15注入水箱10并吸收炉膛15热量，一部分水流入水套管排9，水套外层水与烟道中的烟气换热温度较高，向上流动，水套内层水温度较低向下流动，形成回流。一部分水通过螺纹管5与在尾部烟道3吸收尾部烟气的热量，最后热水从出水口6流出。最大限度地吸收燃料的热量，提高热效率。
本发明实现了生物质成型燃料/型煤的分级燃烧，通过分级配风的方式降低NOx的排放，通过设置空气预热管道的方式促进着火燃烧。通过设计烟气S形流动轨迹及设置烟气与螺纹管和空气预热管道碰撞的方式降低飞灰排放。通过在炉膛周围设置水箱，烟道中间设置水套管排，尾部烟道设置螺纹水管的方式强化水的吸热，提高燃料利用效率实现清洁燃烧。

Claims (3)

1.一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具，其特征在于，包括壳体(34)，壳体(34)前壁设置有炉门(19)，壳体(34)中设置有炉膛，炉膛下部设置有上炉排(20)，上炉排(20)将炉膛分为上炉膛(18)和下炉膛(22)，下炉膛(22)底部设置有下炉排(23)，下炉排(23)上开设有进气口以及调节进气口大小的下炉排合页(28)，上炉膛(18)顶部设置有炉灶(12)，炉膛后部设置有中部烟道(16)，上炉膛(18)上部与中部烟道(16)上部连通，中部烟道(16)下部与尾部烟道(3)下部连通，尾部烟道(3)顶部与烟囱(8)连通；
尾部烟道(3)中设置有空气预热装置，空气预热装置包括空气预热管道汇流管(25)和若干空气预热管道(7)，空气预热管道(7)的入口和空气管道夹层(4)上部连接，空气管道夹层(4)下部设置有空气入口(1)，空气预热管道(7)的出口均连接至空气预热管道汇流管(25)的入口，空气预热管道汇流管(25)的出口与热空气管道(17)一端连通，热空气管道(17)的另一端为预热空气出口(21)，预热空气出口(21)位于下炉排(23)上方；
环保炉具的烟气沿下炉膛(22)、上炉膛(18)经过中部烟道(16)到达尾部烟道(3)，最后通过烟囱(8)排出，其流动路径呈S形；
空气入口(1)处设有滑动连接的空气入口调节门(32)和空气入口滑轨(33)；炉门(19)上设置有炉门滑轨(30)和炉门通风口(31)，炉门滑轨(30)上滑动连接有炉门通风盖(29)，下炉排(23)通过销轴连接有下炉排合页(28)；
壳体(34)外侧设置有水箱(10)，壳体(34)中设置有与水箱(10)连通的水套管排(9)，水套管排(9)隔挡在中部烟道(16)和尾部烟道(3)之间；
水套管排(9)由若干为水套管组成，水套管包括底部连通的水套管内层圆筒(26)和套管外层圆筒(27)；
尾部烟道(3)中错列布置有若干与水箱(10)连通的螺纹管(5)；
尾部烟道(3)下部设置有后部落灰斗(2)，下炉排(23)下方设置有前部落灰斗(24)；
炉灶(12)设置有上炉灶盖(13)和下炉灶盖(14)。
2.根据权利要求1所述的一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具，其特征在于，空气预热管道(7)错列布置，热空气管道(17)为双层结构，双层结构之间设置有保温材料。
3.根据权利要求1所述的一种S形烟气流程的生物质颗粒/型煤空气预热环保炉具，其特征在于，炉膛(18)内覆耐火炉墙(11)，下炉膛(22)为水冷炉墙。
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