CN110173719A - 一种小型生物质供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物质锅炉技术领域，尤其涉及一种对传统灶台进行改造的小型生物质供热系统，包括灶台、太阳能集热器、散热器、生活用水设备，灶台包括水箱、炉膛及烟囱，炉膛外壁设有水箱，水箱内设有隔板，隔板将水箱分为内水箱与外水箱，烟囱壁面设有水流通道，水流通道内的水与烟囱内的烟气进行热量交换，太阳能集热器的进水口接市政给水，太阳能集热器的出水口与内水箱的进水口连通，内水箱的出水口与散热器的进水口连通，水流通道的进水口接市政给水，水流通道的出水口与外水箱的进水口连通，外水箱的出水口与生活用水设备进水端连通，通过在炉膛外壁设置内水箱与外水箱，能够同时为供暖提供热水以及提供生活用热水。

Description

一种小型生物质供热系统

技术领域

本发明涉及生物质锅炉技术领域，尤其涉及一种对传统灶台进行改造的小型生物质供热系统。

背景技术

当下大部分农村地区没有集中供暖措施，一般都采用直接燃煤或者直接燃烧秸秆树枝等方式进行冬季供暖，方式落后，取暖效果差，燃烧效率低，浪费资源，污染环境；部分生活水平较高的住户采用空调或者电暖气等方式供暖，一般农村住房楼层较低，房间较大，这些方式成本较高，而且供暖效果不好。随着生活水平提升及供热需求增长，农村供暖状况急需得到改善。然而，针对农村供暖，必须解决两个问题：一是燃料选择，二是燃烧炉具。

2011年国家《可再生能源发展报告》中，将生物质燃料指定为继煤、石油、天然气这之后的第四大清洁能源。2017年，国家能源局发布清洁取暖计划，要求城镇逐步实现“煤改气”、“煤改电”，农村地区使用“生物质成型燃料+专用炉具”等模式替代散烧煤。同时农村地区有大量的秸秆、木屑、花生壳等生物质，生物质资源丰富，可以实现废弃资源再利用。

锅炉燃烧效率高，安全环保，是燃烧生物质炉具最佳的选择。但是，当前市场上只有用于工业用途的大型生物质锅炉，仅适合大规模的工业生产，不具有农村分户使用的普适性。目前针对农户单户的适合灶台改造的小型生物质锅炉较稀缺，是目前市场漏洞。

此外，大部分农村家庭都有太阳能集热器，每天用不完的热水夜间会自动散热浪费掉，如果能将太阳能集热器与小型生物质锅炉二者结合，将是一条较好的资源利用之路。

发明内容

本发明的目的是为了解决农村取暖效果差，现有市场小型生物质锅炉稀缺以及太阳能集热器热量浪费的问题，提供了一种将太阳能集热器与灶台结合的小型生物质供热系统。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型生物质供热系统，包括灶台、太阳能集热器、散热器、生活用水设备，所述灶台包括水箱、炉膛及烟囱，所述炉膛外壁设有所述水箱，所述水箱内设有隔板，所述隔板将所述水箱分为内水箱与外水箱，所述烟囱壁面设有水流通道，所述水流通道内的水与所述烟囱内的烟气进行热量交换，所述太阳能集热器的进水口接市政给水，所述太阳能集热器的出水口与所述内水箱的进水口连通，所述内水箱的出水口与所述散热器的进水口连通，所述散热器的出水口与所述内水箱的进水口连通，所述水流通道的进水口接市政给水，所述水流通道的出水口与所述外水箱的进水口连通，所述外水箱的出水口与所述生活用水设备进水端连通。

进一步地，所述内水箱的进水口还接市政给水，所述内水箱的出水口还与所述生活用水设备进水端连通。

进一步地，所述隔板为保温隔热板，所述隔板顶部设有连通口，所述内水箱通过所述连通口与所述外水箱连通。

进一步地，所述内水箱最低液面高度高于所述炉膛中部，所述外水箱最高液面高度低于所述内水箱最低液面高度。

进一步地，所述炉膛下方设有灰斗，所述灰斗下方设有底部水箱，所述底部水箱通过连通管与所述外水箱连通。

进一步地，所述水流通道的进水管道设有第一水泵，所述内水箱的进水管道设有第二水泵。

进一步地，所述内水箱与所述外水箱均设有水位计，所述炉膛、所述内水箱以及所述外水箱均设有热电偶温度传感器。

进一步地，所述内水箱内的水温为75～90℃，所述外水箱内的水温为30～45℃。

进一步地，还设有一显示装置，所述热电偶温度传感器、所述水位计均与所述显示装置电性连接。

进一步地，所述内水箱与所述外水箱的材质由内向外依次为不锈钢、聚氨酯、铸铁。

优选地，所述烟囱包括烟囱内壁和烟囱外壁，所述水流通道设于所述烟囱内壁与外壁之间，并从烟囱壁的顶端倾斜向下延伸至烟囱壁的底端，所述烟囱内壁为一衬板，且为所述水流通道的壁面，所述水流通道的底面与水平面之间的夹角θ1为30～60度。通过将水流通道的底面倾斜设置，可增加烟囱壁面与水的接触面积，从而提高烟囱的余热利用效果。

优选地，所述水流通道呈螺旋状倾斜向下延伸，所述水流通道与水平面之间的夹角θ2为10～15度。通过在烟囱壁内设置螺旋倾斜向下的水流通道，并保持一定倾斜角度，可使得水缓慢、自然流向底端，增加了水与烟囱壁面的换热时间，进一步提高烟囱的余热利用效果，保证生活用热水的加热需求，同时，降低了烟囱的生产制造成本。

优选地，所述炉膛内设有炉排，炉膛的一侧设有燃料添加口和清灰口，燃料添加口设于炉排的上部，生物质燃料经燃料添加口送至炉排上部，清灰口设于灰斗与炉排之间，所述燃料添加口与清灰口处均设有开闭器。通过设置带有开闭器的燃料添加口和出灰口，提高了炉膛的美观效果，同时可使得炉膛内的气流不受燃料添加口和出灰口的扰动，保证炉膛内部的换热效果。

优选地，炉膛的总进风口设于紧邻炉排下方的炉膛侧壁上，沿所述炉膛的侧壁圆周均匀设有若干进风口，总进风口通过风道连通每个进风口，每个进风口的出风方向与该进风口所在点的切线之间的夹角设计为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同。由此使得所有进风口的出风在炉膛的中心形成旋转气流，旋转气流可使得炉膛中心的无风区形成负压，导致部分高温烟气自上而下回流到火焰根部，改善火焰在炉膛内的充满情况，使得炉排上的燃料充分燃烧，同时旋转气流带动高温烟气形成卷吸效应，使得吸热层可充分吸收高温热量，还可保证足够的高温烟气通过热流通道至本体顶部，充分加热炉具。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、通过在炉膛外壁设置内水箱与外水箱，内水箱能够充分利用太阳能集热器中的热量、吸收燃料的燃烧热量，为供暖提供热水；外水箱能够充分吸收烟囱内烟气的热量，提供生活用热水。

二、通过对农户的普通灶台进行改造，保留了农户原灶台的基本外观以及日常烧水做饭的基本功能，同时结合太阳能集热器和烟囱以及炉膛本身，使得灶台转变为可供生活热水及冬季取暖热水的新型小型生物质锅炉。

三、通过内部设有螺旋倾斜式水槽结构的烟囱，提高了烟囱的余热利用效果，保证外部水箱的供热需求；通过特殊设计的进风结构满足了农村灶台炉具的高效加热效果，以及炉膛壁面的余热利用效果。因此，整个供热系统的供热效果和炉具加热均可满足日常需求，操作简单，方便实用，节能减排，市场推广性较高。

附图说明

图1为本发明所述小型生物质供热系统图；

图2为本发明所述烟囱结构示意图；

图3为本发明所述烟囱壁面剖视图；

图4为本发明所述水流通道截面图；

图5为本发明所述水流通道结构图；

图6为本发明所述炉膛结构示意图；

图7为本发明所述炉膛内进风原理图。

图中，1-灶台、2-太阳能集热器、3-散热器、4-生活用水设备、5-水箱、6-炉膛、7-烟囱、71-烟囱内壁、72-烟囱外壁、73-水流通道、74-烟道、77-底面、8-隔板、9-内水箱、10-外水箱、11-连通口、12-灰斗、13-底部水箱、14-连通管、15-第一水泵、16-第二水泵、17-炉具、18-基台、19-振动式滤网、20-炉排、21-燃料添加口、22-出灰口、23-总进风口、24-风道、25-进风口、26-风机。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

本实施例提供一种小型生物质供热系统，如图1所示，包括灶台1、太阳能集热器2、散热器3、生活用水设备4，灶台1包括水箱5、炉膛6及烟囱7。炉膛6的上方放置炉具17，炉膛6外壁设有出火口，炉膛6通过出火口与烟囱7连通。炉膛6外壁还设有放料口与进风口。放料口用于放置燃料，炉膛6内部通过放料口与外界连通。引风机通过进风口为炉膛6内部补充空气，以便燃料燃烧充分。炉膛6外壁设有水箱5，水箱5内设有隔板8，隔板8将水箱5分为内水箱9与外水箱10。烟囱7壁面设有水流通道73，水流通道73内的水与烟囱7内的烟气进行热量交换。

太阳能集热器2，散热器3、内水箱9以及连接管道组成采暖热水单元。在采暖热水单元中，太阳能集热器2的进水口接市政给水，太阳能集热器2的出水口与内水箱9的进水口连通，内水箱9的出水口与散热器3的进水口连通，散热器3的出水口与内水箱9的进水口连通。内水箱9中的水由太阳能集热器2提供，避免太阳能集热器2内多余的水浪费，同时能够快速加热到供暖所需温度。内水箱9内的水吸收炉膛6内燃料燃烧放出的热量，温度升高，达到合适温度后流入散热器3。

外水箱10，水流通道73、生活用水设备4以及连接管道组成生活热水单元。在生活热水单元中，水流通道73的进水口接市政给水，水流通道73的出水口与外水箱10的进水口连通，外水箱10的出水口与生活用水设备4进水端连通。外水箱10内的水吸收烟囱7内烟气的热量达到合适温度后供给生活热水设备4，同时降低烟气温度。与传统烟囱采用成本较高的耐火砖以及耐火混凝土相比，因排放烟气温度较低，本实施例中的烟囱7采用一般的火砖及混凝土即可，因此可降低建造成本。

采暖热水单元中，当太阳能集热器2中的热水量不足的情况下，内水箱9还可以直接由市政提供水源。当夏季无需供暖时，散热器3进口阀门关闭，内水箱9出口连通生活用水设备4，内外水箱均为生活热水设备4提供热水。

采暖热水单元中的热水与生活热水单元中的热水能够相互混合。将内水箱9的出水管与外水箱10的进水管之间增设一旁通管，该旁通管设有调节阀门，内水箱9的热水一部分通过旁通管流入外水箱10内，进而调节外水箱10内的水温。优选地，通过在隔板8的顶部设有连通口11，通过该连通口11调节外水箱10内的水温。内水箱9通过连通口11与外水箱10连通，若外水箱10水温未达到生活用水要求的温度，通过调节内水箱9的进水管上的阀门从而增加内水箱9的水量，当内水箱9液面高度超过连通口11时，内水箱9的高温水流入外水箱10，以便调节外水箱10的水温，使其达到所需温度。为了防止内水箱9的热水与外水箱10的热水通过隔板8进行热量交换，隔板8为保温隔热板。

内水箱9最低液面高度高于炉膛中部，保证内水箱9中的水尽可能多吸收炉膛6内燃料燃烧放出的热量。外水箱10最高液面高度低于内水箱9最低液面高度，防止外水箱10内的水通过连通口11溢出而进入到内水箱9。为了最大程度利用燃料燃烧的热量，炉膛6下方设有灰斗12，灰斗12下方设有底部水箱13，燃料产生的高温灰渣落入灰斗12内，高温灰渣把热量传递给底部水箱13中的水，而底部水箱13通过连通管14与外水箱10连通，灰渣中的热量联合烟囱7中烟气热量共同加热生活所需热水。

在本实施例中，除相关设备之外，还设有水泵，水位计，热电偶温度传感器、显示装置以及压力表。水泵包括第一水泵15和第二水泵16，第一水泵15设置在水流通道73的进水管道，市政给水在生活热水单元中首先进入第一水泵15，第一水泵15出口连通水流通道73的进水口。内水箱9进口管道设有第二水泵16，市政给水与太阳能集热器2内的热水均可通过第二水泵16抽吸至内水箱9。

内水箱9与外水箱10均设有水位计，用来检测水箱5内水量，保证内水箱9与外水箱10水量充足且在可控范围内。炉膛6、内水箱9以及外水箱10均设有热电偶温度传感器，热电偶温度传感器监测炉膛6内多个部位温度及内外水箱的水温。根据炉膛6内热电偶温度传感器的数值调整进料量以及进水量，保证水箱中水温低于安全温度95℃，避免出现沸腾现象，因此监测炉膛6内温度对燃烧安全及燃烧效率有重要意义。内水箱9供暖温度可达75～90℃，具体温度数值可根据实际情况具体调节。外水箱10提供的生活热水温度一般为30～45℃。水位计、热电偶温度传感器均与显示器电性连接，通过显示器能够读取水位计以及热电偶温度传感器的具体数值，以便及时做出调整。

内外水箱的底部均设有排污管，排污管设有阀门，阀门与水箱之间的管道设有压力表，压力表对水箱内的压力进行监测，一旦出现超压现象，立刻进行报警及紧急疏水减压。内水箱9与外水箱10的材质由内向外依次为不锈钢、聚氨酯保温材料、铸铁。不锈钢耐腐蚀，聚氨酯保温材料对水箱进行保温，防止水箱内热量散失，铸铁为灶台保护层。灶台1底端还设有基台18，主要起到支撑灶台1的作用。

具体工作时，第一水泵15将太阳能集热器2内多余的热水输入至内水箱9，引风机出口接入炉膛的进风口，再将生物质由放料口送进炉膛6内点燃，燃料产生的热量通过炉膛外壁传递给内水箱9，内水箱9的水温达到供暖要求温度后送至各个房间的散热器3，通过散热器3的热水温度降低后回到内水箱9，完成一个供暖循环，接着不断重复上述循环。

市政给水通过烟囱7内的水流通道73吸收高温烟气热量后进入外水箱10，外水箱10内的水通过底部水箱13同时吸收燃料灰渣的热量，外水箱10内的水温达到生活用水温度后送至厨房、卫生间、淋浴等处。若外箱水10温度未达到生活用水要求温度，可直接可将内水箱9的高温水流入外水箱10，调节外水箱10水温。

除此之外，生物质燃料可以先经生物质压块或粉碎机制作成锅炉要求的燃料类型，然后通过给料机送入炉膛6内。经过生物质压块机或粉碎机处理后的燃料进入炉膛6燃烧，污染小，燃烧效率高。

优选地，如图2-5所示，本实施例中，水流通道73从烟囱壁的顶端倾斜向下延伸至烟囱壁底端。烟囱内壁71为一衬板，衬板同时为水流通道73的壁面，水流通道73的底面77与水平面之间的夹角θ1为30～60度。水流通道73的底面77从外向里，倾斜向下，并与水平方向的夹角为30～60度，保证水流因重力作用流向衬板所在的壁面，增大水流与烟气的换热面积，避免水流仅仅是堆积在水流通道73的底面77。烟囱壁内可设有凹槽，水流通道73的壁面嵌入凹槽内，水流通道73的开口端正对衬板，水流在水流通道73与衬板组成的密闭空间内流动。

水流通道73呈螺旋状倾斜向下，水流通道73与水平面之间的夹角θ2为10～15度。螺旋状倾斜向下保证水流在重力的作用要能够自动从水流通道73的顶端流向底端。水流通道73盘旋圈数较多，螺距较小，进水流速较低，保证水流通道73内水流缓慢，以增大水与烟气换热时间。水流沿水流通道73自上向下缓慢流至烟囱底部，在此过程中与烟道74内的高温排烟进行对流换热，温度升高后的水最后引入外水箱10内。

优选地，烟囱入口前端的烟管内设有振动式滤网19，对应振动式滤网19，本实施例还设置有一振动器。燃料在燃烧过程中，烟气中参杂有大颗粒粉尘。振动式滤网19能捕捉烟气中的含尘粒子，同时振动器操纵振动式滤网19，振落振动式滤网19上的大颗粒粉尘。大颗粒粉尘经平滑烟道的重力作用返回至炉膛6内，在炉膛6内进一步燃烧。

优选地，如图6-7所示，本实施例采用的炉膛6内设有炉排20，炉膛6的一侧设有燃料添加口21和清灰口22，燃料添加口21设于炉排20的上部，生物质燃料经燃料添加口21送至炉排20上部，清灰口22设于灰斗与炉排之间，用于清理灰渣。燃料添加口21和清灰口22处均设有开关门，当燃料添加完毕或清灰完毕时，关闭燃料加灰口和清灰口，以免造成炉膛内气体的扰动。

本实施例所述炉膛的总进风口23设于紧邻炉排20下方的炉膛侧壁上，沿所述炉膛的侧壁圆周均匀设有若干进风口25(4-10个，如图7所示4个进风口)，总进风口23通过风道25连通每个进风口，优选地，在总进风口23内设置一风机26，以增加空气的流动动力。

如图7所示，每个进风口25的出风方向与该进风口所在点的切线之间的夹角设计为α，α为[75°～85°]中的任意角度，且各进风口的出风方向的角度完全相同，如图7所示，四个进风口的几何轴线与炉膛中心的一个假想圆(图7所示中心实线小圆)相切，气流直接冲击炉排130上的燃料，形成卷吸效应，并在炉膛内形成旋转气流，在炉膛中心的无风区(图7虚线圆所示)形成负压，这样导致部分高温烟气自上而下回流到火焰根部，其余四周的大部分烟气在有限的炉膛空间内实现螺旋形旋转上升，不仅改善了火焰在炉膛内的充满情况，使得炉膛空间充斥着燃烧的物料，而且延长了物料与空气在炉膛内的停留时间，使物料燃烧更加充分，对燃尽更有利，另外，这使得整个炉膛温度场分布更加均匀，更利于火焰及烟气与边壁水箱的换热。

相比于现有农村灶台供热系统，本申请既可以通过内部设有螺旋倾斜式水槽结构的烟囱来保证外部水箱的供热需求，还可以通过特殊设计的进风结构满足农村灶台炉具的高效加热效果，以及炉膛壁面的余热利用效果。因此，整个供热系统供热效果和炉具加热均可满足日常需求，操作简单，方便实用，节能减排，市场推广性较高。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型生物质供热系统，包括灶台(1)、太阳能集热器(2)、散热器(3)、生活用水设备(4)，所述灶台(1)包括水箱(5)、炉膛(6)及烟囱(7)，其特征在于：

所述炉膛(6)外壁设有所述水箱(5)，所述水箱(5)内设有隔板(8)，所述隔板(8)将所述水箱分为内水箱(9)与外水箱(10)；所述烟囱(7)壁设有水流通道(73)，所述水流通道(73)内的水与所述烟囱(7)内的烟气进行热量交换；

所述太阳能集热器(2)的进水口接市政给水，所述太阳能集热器(2)的出水口与所述内水箱(9)的进水口连通，所述内水箱(9)的出水口与所述散热器(3)的进水口连通，所述散热器(3)的出水口与所述内水箱(9)的进水口连通；

所述水流通道(73)的进水口接市政给水，所述水流通道(73)的出水口与所述外水箱(10)的进水口连通，所述外水箱(10)的出水口与所述生活用水设备(4)进水端连通。

2.根据权利要求1所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述内水箱(9)的进水口还接市政给水，所述内水箱(9)的出水口还与所述生活用水设备(4)进水端连通。

3.根据权利要求1所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述隔板(8)为保温隔热板，所述隔板(8)顶部设有连通口(11)，所述内水箱(9)通过所述连通口(11)与所述外水箱(10)连通。

4.根据权利要求3所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：

所述内水箱(9)最低液面高度高于所述炉膛(6)中部，所述外水箱(10)最高液面高度低于所述内水箱(9)最低液面高度。

5.根据权利要求1或4所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述炉膛(6)下方设有灰斗(12)，所述灰斗(12)下方设有底部水箱(13)，所述底部水箱(13)通过连通管(14)与所述外水箱(10)连通。

6.根据权利要求1所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述水流通道(73)的进水管道设有第一水泵(15)，所述内水箱(9)的进水管道设有第二水泵(16)。

7.根据权利要求4所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述内水箱(9)与所述外水箱(10)均设有水位计；所述炉膛(6)、所述内水箱(9)以及所述外水箱(10)均设有热电偶温度传感器。

8.根据权利要求7所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述内水箱(9)内的水温为75～90℃，所述外水箱(10)内的水温为30～45℃。

9.根据权利要求7所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：还设有一显示装置，所述热电偶温度传感器、所述水位计均与所述显示装置电性连接。

10.根据权利要求8所述的一种小型生物质供热系统，其特征在于：所述内水箱(9)与所述外水箱(10)的材质由内向外依次为不锈钢、聚氨酯、铸铁。