CN109539547B - 一种以谷糠为燃料的热风炉 - Google Patents

一种以谷糠为燃料的热风炉 Download PDF

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Abstract

一种以谷糠为燃料的热风炉，包括圆柱体形炉腔，谷糠通过气力输送管切向进入炉腔，炉腔的底端固定炉排，顶端连通烟道，所述炉排上固定一个环形水箱，环形水箱顶面为倒圆锥面，其外圆柱面紧贴炉腔内壁，其内圆柱面直径是炉腔内径的1/3‑1/2，环形水箱通过伸出炉腔外的水管于水泵连通；还包括用于检测环形水箱内水位的检测装置；环形水箱固定多个超声波雾化器；所述环形水箱顶面上连通多个排气管，排气管与蒸汽通道连通，该蒸汽通道为圆柱环形，所述排气管与圆柱环的内圆柱面和外圆柱面之间的空腔连通，该蒸汽通道顶端开口；所述蒸汽通道与炉腔同轴，其外圆柱面的内径是炉腔内径的4/7‑2/3，其内圆柱面的外径与外圆柱面内径差值在3‑8cm。该热风炉燃烧效率更高。

Description

一种以谷糠为燃料的热风炉
技术领域
本发明涉及一种热风炉，具体涉及一种以谷糠为燃料用于稻谷烘干的热风炉，及其使用方法。
背景技术
谷糠在燃烧时，其包括了一下过程：1、脱水；2；有机挥发分分解燃烧；3、焦炭燃烧。气体燃烧速率远远大于固体燃烧速率,这样稻壳燃烧时间长短主要决定于焦炭的燃烧时间。稻壳挥发分含量高,析出快,短时间内完全燃烧需要足够的氧,挥发分析出后的焦炭被包裹在中间,阻滞其与氧的反应,因此稻壳焦炭的燃烧较为缓慢。炭和氧的反应有四种可能：
(1)碳与氧气完全反应:
C+O 2＝CO 2
(2)氧气在碳表面不足,生成CO:
C+1/2O 2＝CO
(3)气体的燃烧速率很快,在反应2条件下,生成的CO在碳附近与氧迅速反应生成CO 2:
C+1/2O 2＝CO
CO+1/2O 2＝CO 2
(4)氧受到阻滞,无法到达碳表面,在碳表面只有气相扩散过来的CO2,产生C与CO2的还原发应:
C+CO 2＝2CO
CO+1/2O 2＝CO 2
稻壳灰熔点较低,在实际应用中的燃烧温度一般控制在800～900℃,其燃烧反应主要是按反应3进行。实际使用的谷壳热风炉使用的谷壳燃料以气力输送居多，谷壳在炉腔内以悬浮状态燃烧，轻质的灰分随气流进入烟道，重质颗粒下落以灰渣的形式排出。
以气力旋流进料为例，谷壳从进入炉腔到燃烧完成经历如下过程：随气流沿炉腔内壁区域旋转，此时快速受热，少量水分蒸发，挥发随之蒸发燃烧，此时谷壳质量减小，颗粒变得疏松，随气流逐渐向炉腔中部流动，焦炭开始进行如上述反应3的两个反应。最后轻质颗粒随气流进入烟道，重质颗粒下落形成灰渣。这个过程是理论的设想过程，实际生产中，会有一定比例的谷壳在完成了挥发分挥发后，焦炭不能充分反应，原因在于氧气与焦炭不能在合适的位置相互有效的接触。
此外，即使向炉腔内供应超量空气，提高焦炭的反应比例，但是随之而来的是炉腔内气压升高，气流流速加快，如果炉腔空间没有变化，那么很有可能发生的是，大量未反应完全的谷壳被带入烟道。烟道内空间狭窄，不足与提供有效的反应空间，氧气供应速度更低，使得整体反应的热效率并没有提高，反而增加了烟道和后续收尘设备的负荷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高谷中焦炭燃烧效率，使谷壳充分燃烧的谷壳热风炉。
为了实现上述目的，本发明包括，圆柱体形炉腔，谷糠通过气力输送管切向进入炉腔，炉腔的底端固定炉排，顶端连通烟道，
所述炉排上固定一个环形水箱，环形水箱顶面为倒圆锥面，其外圆柱面紧贴炉腔内壁，其内圆柱面直径是炉腔内径的1/3-1/2，环形水箱通过伸出炉腔外的水管于水泵连通；还包括用于检测环形水箱内水位的检测装置；环形水箱固定多个超声波雾化器；
所述环形水箱顶面上连通多个排气管，排气管与蒸汽通道连通，该蒸汽通道为圆柱环形，所述排气管与圆柱环的内圆柱面和外圆柱面之间的空腔连通，该蒸汽通道顶端开口；所述蒸汽通道与炉腔同轴，其外圆柱面的内径是炉腔内径的4/7-2/3，其内圆柱面的外径与外圆柱面内径差值在3-8cm；
还包括辅助进气管，其一端与辅助风机连通，另一端伸入炉腔内；所述蒸汽通道顶端外立面上固定一个锥台形环形风道，该环形风道顶端不低于蒸汽通道顶端的纵向位置，环形风道顶端开口；所述辅助气管与环形风道连通，且与环形风道底端外锥面相切；所述环形风道的椎角在60-80度范围内，其顶端的环形开口的内径外与外径差值在0.5-1cm范围内；
还包括谷壳分散组件，该组件包括进料筒，电机，散料耙，筛网；所述筛网将进料筒分隔成位于筛网上方的散料部和位于筛网下方的下料部，电机带动散料耙把压缩成块的糠垛打散，打散后的谷壳能够通过筛网进入下料区；
在谷壳分散组件下方连通一个破碎组件，破碎组件包括壳体和破碎辊；
破碎组件的壳体底端与主气力输送管连通，主气力输送管与一个分料箱的底端连通，分料箱通过3个气力输送管与热风炉炉腔连通，所述多个气力输送管在分料箱的纵向上均匀分布，分料箱为锥台形，其椎角在60-90度范围内。
进一步的，所述破碎辊包括两个相对旋转的辊面，辊面上固定相互贴合的紧密破碎齿，还包括间隙配合的间隙破碎齿，间隙破碎齿之间的间隙小于谷壳粒径，剩余部分光滑辊面之间间隙不小于谷壳粒径。
本发明的有益效果在于，通过向谷壳受热后焦炭反应区内增加水蒸气，提高了焦炭反应物的量，有效提高谷壳燃烧效率，降低成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是谷壳处理组件结构示意图。
图3是辊面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明做详细描述。
如图1所述，一种以谷糠为燃料的热风炉，包括圆柱体形炉腔10，谷糠通过气力输送管61切向进入炉腔10，炉腔10的底端固定炉排11，顶端连通烟道。所述炉排11上固定一个环形水箱80，环形水箱80顶面为倒圆锥面，其外圆柱面紧贴炉腔10内壁，其内圆柱面直径是炉腔内径的1/3-1/2，环形水箱80通过伸出炉腔10外的水管于水泵连通；还包括用于检测环形水箱80内水位的检测装置84；环形水箱80固定多个超声波雾化器85；
所述环形水箱80顶面上连通多个排气管81，排气管81与蒸汽通道82连通，该蒸汽通道82为圆柱环形，所述排气管81与圆柱环的内圆柱面和外圆柱面之间的空腔连通，该蒸汽通道82顶端开口；所述蒸汽通道82与炉腔10同轴，其外圆柱面的内径是炉腔10内径的4/7-2/3，其内圆柱面的外径与外圆柱面内径差值在3-8cm；排气管81的高度以不影响灰渣从环形水箱80的顶面落入其中心处即可。
还包括辅助进气管70，其一端与辅助风机连通，另一端伸入炉腔10内；所述蒸汽通道82顶端外立面上固定一个锥台形环形风道83，该环形风道83顶端不低于蒸汽通道82顶端的纵向位置，环形风道83顶端开口；所述辅助气管70与环形风道83连通，且与环形风道83底端外锥面相切；所述环形风道83的椎角在60-80度范围内，其顶端的环形开口的内径外外径差值在0.5-1cm范围内。
该热风炉工作时，炉腔10内正常点火燃烧后，维持环形水箱80内的水位在其内圈高度的1/2-2/3，开启雾化器85。由于炉腔10温度高于水沸腾温度，能够产生水蒸气，但是靠沸腾产生水蒸气的速度一方面比较慢，也不容易控制，因此加装雾化器85，加速水进入蒸汽通道82，通过水位的检测装置84来计算获得蒸汽量。
炉腔10内的谷壳随气力切向进入，其在临近炉腔内部的环形区域内形成一个谷壳的挥发分的挥发和燃烧区91；挥发分挥发燃烧后谷壳质量减轻，向炉腔10中部靠拢，形成了大致时环形的焦炭的氧化燃烧区92，在该区域由于挥发分快速燃烧产生二氧化碳，消耗了氧气，且焦炭的反应比较慢，其主要是在顺序发生C+1/2O 2＝CO和CO+1/2O 2＝CO 2这两个反应。
而蒸汽通道82顶端开口位于焦炭的氧化燃烧区92的正下方，向该区域供应水蒸气，使焦炭和水反应，发生C+H 2O＝CO+H 2，生成水煤气，同时环形风道83向该区域进气，补充提供CO和H 2燃烧所需的氧气。通过向谷壳大量形成焦炭的区域主动的加入水蒸气，让该区域实际发生的发生的反应为：1、C+1/2O 2＝CO、C+H 2O＝CO+H 2；2、CO+1/2O 2＝CO 2、H2+1/2O 2＝CO 2+H 2O。焦炭可反应的反应物增加，则提高了焦炭反应比例，同时，加入的水蒸汽与焦炭反应生成的水煤气也有效的提高了燃烧产生的热能。
当然，水蒸汽的加入量根据实际生产来定，根据使用的谷糠组分的不同，水蒸气使用量也有所不同。但是水蒸气的使用量存在一个理论的能够获得最大热能的值。即根据谷糠中碳含量来计算。当然这知识理论计算值，实际中还要考虑碳直接燃烧以及水蒸气与焦炭接触面积大小的问题。但是，向焦炭的氧化燃烧区92加入水蒸气，能够大幅提高焦炭反应程度，增大燃烧热能使确定的。
为了进一步提高热风炉的燃烧效率，提高焦炭的反应程度，对谷壳进行分级处理，增加谷壳分散组件30，该组件包括进料筒20，电机，散料耙31，筛网32。所述筛网32将进料筒20分隔成位于筛网32上方的散料部和位于筛网32下方的下料部，电机带动散料耙31把压缩成块的糠垛打散，打散后的谷壳能够通过筛网进入下料区。
在谷壳分散组件30下方连通一个破碎组件40，破碎组件40包括壳体和破碎辊41.
破碎组件40的壳体底端与主气力输送管50连通，主气力输送管50与一个分料箱60的底端连通，分料箱60通过3个气力输送管61与热风炉10炉腔连通，所述多个气力输送管61在分料箱60的纵向上均匀分布，分料箱60为锥台形，其椎角在60-90度范围内。
通过破碎的谷壳中含有细小的颗粒，中等的颗粒以及较完整的颗粒，颗粒在分料箱60内会由于重力和气力作用下悬浮在不同的高度。细小的颗粒位于最上层，颗粒最大的部分位于分料箱的底层。细小的颗粒更容易燃烧，其焦炭的反应速度比较块，反应程度也较高，而且水蒸气并不容易进入炉腔的上层，在上层使用细小颗粒燃烧有利于提高整体燃烧效率。中等颗粒和基本没有经过破碎的完整颗粒，不易燃烧位于炉腔的中下部，水蒸气也主要向这部分颗粒供应，提高焦炭反应程度。
为了精确的控制谷壳破碎后颗粒大小以及大、中、小或是更多粒径范围之间的比例，精准的控制炉腔内燃烧过程，以及燃烧温度。破碎辊41包括两个相对旋转的辊面，辊面上固定相互贴合的紧密破碎齿411，还包括间隙配合的间隙破碎齿412，间隙破碎齿之间的间隙小于谷壳粒径，剩余部分光滑辊面413之间间隙不小于谷壳粒径。这样通过调整紧密破碎齿411、间隙破碎齿412以及光滑辊面413占辊面的面积大小，能够调整细颗粒、中等颗粒以及完整颗粒占谷壳的比例，从而调整热风炉内的燃烧过程。对于一些不易燃烧的谷壳，或是含水率较高的谷壳，则提高细颗粒比例，提高燃烧速度，对于易于燃烧的谷壳，可以提高中等颗粒和完整颗粒谷壳的比例，避免燃烧速度过快。
此外，通过调整风机的风速，也能过够调整，从不同的进料管61进料的颗粒粒径和进料量，风速高则底层进料量减少，风速低则下部进料量高。
主气力输送管50最好使倾斜向上设置，便于将谷壳吹起。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种以谷糠为燃料的热风炉，包括圆柱体形炉腔，谷糠通过气力输送管切向进入炉腔，炉腔的底端固定炉排，顶端连通烟道，其特征在于，
所述炉排上固定一个环形水箱，环形水箱顶面为倒圆锥面，其外圆柱面紧贴炉腔内壁，其内圆柱面直径是炉腔内径的1/3-1/2，环形水箱通过伸出炉腔外的水管于水泵连通；还包括用于检测环形水箱内水位的检测装置；环形水箱固定多个超声波雾化器；
所述环形水箱顶面上连通多个排气管，排气管与蒸汽通道连通，该蒸汽通道为圆柱环形，所述排气管与圆柱环的内圆柱面和外圆柱面之间的空腔连通，该蒸汽通道顶端开口；所述蒸汽通道与炉腔同轴，其外圆柱面的内径是炉腔内径的4/7-2/3，其内圆柱面的外径与外圆柱面内径差值在3-8cm；
还包括辅助进气管，其一端与辅助风机连通，另一端伸入炉腔内；所述蒸汽通道顶端外立面上固定一个锥台形环形风道，该环形风道顶端不低于蒸汽通道顶端的纵向位置，环形风道顶端开口；所述辅助气管与环形风道连通，且与环形风道底端外锥面相切；所述环形风道的椎角在60-80度范围内，其顶端的环形开口的内径外与外径差值在0.5-1cm范围内；
还包括谷壳分散组件，该组件包括进料筒，电机，散料耙，筛网；所述筛网将进料筒分隔成位于筛网上方的散料部和位于筛网下方的下料部，电机带动散料耙把压缩成块的糠垛打散，打散后的谷壳能够通过筛网进入下料区；
在谷壳分散组件下方连通一个破碎组件，破碎组件包括壳体和破碎辊；
破碎组件的壳体底端与主气力输送管连通，主气力输送管与一个分料箱的底端连通，分料箱通过3个气力输送管与热风炉炉腔连通，所述多个气力输送管在分料箱的纵向上均匀分布，分料箱为锥台形，其椎角在60-90度范围内。
2.根据权利要求1所述的以谷糠为燃料的热风炉，其特征在于，所述破碎辊包括两个相对旋转的辊面，辊面上固定相互贴合的紧密破碎齿，还包括间隙配合的间隙破碎齿，间隙破碎齿之间的间隙小于谷壳粒径，剩余部分光滑辊面之间间隙不小于谷壳粒径。
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