CN110319458B - 一种两段式生物质炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种两段式生物质炉，涉及生物质综合利用技术领域，解决了现有技术中生物质炭气化所需时间长且气化过程中产生的热能未被利用的技术问题。该两段式生物质炉包括炉体内壁与炉体外壁；炉体内壁内部为炉腔；炉体内壁与炉体外壁之间形成水夹套结构；水夹套结构开设有冷水进口与热水出口；炉排，炉排安装在炉腔内且靠近炉腔底部设置；第一进风管，第一进风管与炉腔连通，位于炉排上方；第二进风管，第二进风管与炉腔连通，位于第一进风管上方；燃气引出管，燃气引出管与炉腔连通，位于炉排下方；进料口，进料口与炉腔连通且位于两段式生物质炉顶部。本发明的两段式生物质炉能够收集生物质炉燃烧工作阶段的热能并提高生物质原料的利用效率。

Description

一种两段式生物质炉

技术领域

本发明涉及生物质综合利用技术领域，尤其是涉及一种两段式生物质炉。

背景技术

在各种新兴能源中，由于核能、大型水电具有潜在的生态环境风险，风能和地热等区域性资源制约，大力发展遭到限制和质疑，而生物质能却以遍在性、丰富性、可再生性等特点得到人们认可。生物质的独特性，不仅在于能贮存太阳能，还是一种可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料，煤、石油、天然气等能源实质上也是由生物质能转变而来的。

户用生物质气化技术是以农村家庭为单位使用小型气化炉，产生的燃气可以供厨具使用，也可以用于户用供暖。该技术与传统土灶直接燃烧秸秆等生物质相比不产生危害环境的颗粒物，更加清洁卫生。通过户用生物质气化炉的推广可以有效的解决现有农村炊事做饭以及供暖问题，同时可有效的完成废弃生物质的消纳，防止其对环境造成污染，因此生物质气化炉具有较高的经济效益和环境效益。现有的户用生物质气化炉主要以晾晒干燥的秸秆为主要原料，经过加热气化后对燃气进行使用，对剩余的生物质碳利用不足，而剩余生物质碳的碳含量达到90％，热值极高。上述利用方式导致本身能量密度较低的生物质不能完全利用，降低了生物质的整体利用率。

为了解决上述问题，中国实用新型专利(CN206736188U)公开了一种三段式气化炉，包括炉体，其中炉体包括彼此部分嵌套设置的内炉体和外炉体，内炉体与外炉体彼此重叠的部分构成中段炉体，中段炉体上部的内炉体构成上段炉体，中段炉体下部的外炉体构成下段炉体；炉体内设置有位于内炉体下方的炉排；内炉体和外炉体之间的环形空腔顶部设置有出气口；气化炉还包括三级空气进口，用于向炉体内鼓入空气。该种三段式气化炉的目的在于通过三段式气化将生物质气化后产生的灰渣(生物质炭)进一步气化，以提高生物质的气化率。

本申请人发现现有技术中的三段式气化炉至少存在以下技术问题：灰渣(生物质炭)在气化过程中产生的大量热能没有被利用，且灰渣(生物质炭)的气化需要时间较长不适合农村家庭的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种两端式生物质炉，以解决现有技术中存在的灰渣(生物质炭)气化所需时间长且气化过程中产生的大量热能未被利用的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果(两段式生物质炉既能对生物质进行气化又能对气化后产生的生物质碳进行燃烧并收集热能、水夹套结构收集生物质炭燃烧过程中的热量、水夹套结构在生物质气化过程中为生物质炉保温、具有喉口结构的炉腔能够提高生物质气化效率等)详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种两段式生物质炉包括炉体，炉体包括炉体内壁与炉体外壁；炉体内壁内部为炉腔；炉体内壁与炉体外壁之间形成水夹套结构；水夹套结构开设有冷水进口与热水出口；炉排，炉排安装在炉腔内且靠近炉腔底部设置，用于承接生物质气化后产生的生物质炭；第一进风管，第一进风管与炉腔连通，位于炉排上方；第二进风管，第二进风管与炉腔连通，位于第一进风管上方；燃气引出管，燃气引出管与炉腔连通，位于炉排下方；过滤器，炉排上开设有燃气通道，其中过滤器与燃气通道连接且位于炉排上方，第一进风管连通至过滤器内部,过滤器包括锥形封帽以及圆筒，圆筒的上端与锥形封帽密封式连接，圆筒的下端用于与燃气通道连接，其中圆筒的筒壁上均布开设有过滤气孔。进料口，进料口与炉腔连通且位于两段式生物质炉顶部，进料口用于生物质的进入以及烟气的排放。

可选的，炉体内壁对应于第二进风管连通的位置内凹，在炉腔内形成喉口结构。

可选的，喉口结构包括自上而下依次连接的上渐缩段、直筒段以及下渐扩段，其中第二进风管连通在直筒段。

可选的，炉体顶部设置有炉盖，进料口开设在炉盖上。

可选的，炉盖与炉体内壁、炉体外壁之间设置有密封结构，其中密封结构包括设置在炉盖下端面的密封环，以及炉体内壁与炉体外壁之间形成的环形密封槽。

可选的，炉排内部为中空结构，且炉排内部中空形成的腔室与水夹套结构连通。

可选的，两段式生物质炉还包括木醋液排放管，木醋液排放管与炉腔连通且位于所述炉腔底部。

可选的，第一进风管、第二进风管以及燃气引出管分别穿过水夹套结构引出至炉体外部。

本发明提供的两段式生物质炉，通过两段式结构配合水夹套结构工作，能够收集生物质炉燃烧工作阶段的热能并大大提高了生物质原料的利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的两段式生物质炉的截面示意图；

图2为密封结构的放大示意图；

图中1、炉体内壁；2、炉体外壁；3、炉腔；4、水夹套结构；5炉排；6、第一进风管；7、第二进风管；8、燃气引出管；9、进料口；10、炉盖；11、过滤器；31、喉口结构；41、冷水进口；42、热水出口；51、燃气通道；101、密封结构；111、锥形封盖；112、圆筒；311、上渐缩段；312、直筒段；313、下渐扩段；1011、密封环；1012、环形密封槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明基本实施例提供了一种两段式生物质炉，如图1所示为本发明实施例的两段式生物质炉的截面示意图，包括炉体，炉体包括炉体内壁1与炉体外壁2；炉体内壁1内部为炉腔3；炉体内壁1与炉体外壁2之间形成水夹套结构4；水夹套结构4开设有冷水进口41与热水出口42；还包括炉排5，炉排5安装在炉腔3内且靠近炉腔3底部设置，用于承接生物质气化后产生的生物质炭；还包括第一进风管6，第一进风管6与炉腔3连通，位于炉排5上方；还包括第二进风管7，第二进风管7与炉腔3连通，位于第一进风管6上方；还包括燃气引出管8，燃气引出管8与炉腔3连通，位于所述炉排5下方；还包括进料口9，进料口9与炉腔3连通且位于本实施例的两段式生物质炉顶部，进料口9用于生物质的进入以及烟气的排放。

具体的，本实施例中炉体可以采用砖砌结构也可以选用金属焊接结构制作，优选使用Q235B钢板钣金焊接制作。且整体形状优选为圆桶形状。

具体的，本实施例中炉体的侧壁、炉顶、炉底之间可选用一体式结构或分体式结构，本实施例不做具体限定。本实施例中水夹套结构4至少在炉体的侧壁上形成。

具体的，本实施例中的水夹套结构4为一种空心炉壁结构，在现有技术中的取暖炉中应用广泛，其在使用过程中内部会充满水以吸收炉腔3内的生物质原料气化或燃烧过程中产生的热量，并通过外界连接在冷水进口41与热水出口42水循环设备将吸收的热量转移出去加以利用。

具体的，炉排5的具体结构不做限定，满足承接生物质碳即可，同时炉排5还需具有透气功能，以便炉排5上方生物质气化产生的生物质燃气能够流通到炉排下方。

本实施例的两段式生物质炉在使用时：

首先是进行设备安装，其中进料口9与进料器连接，如进料器可以为螺旋进料器，另外进料器不能是密封式进料器，应该具备烟气通过能力，才能不影响进料口排放烟气的功能。其中冷水进口41与热水出口42与外界水循环设备连接，比如在居民取暖应用中，冷水进口41连接水暖气的循环出水口，热水出口42连接水暖气循环进水口，并在整个水循环体系中介入水循环泵作为动力源。燃气引出口9首先连接罗茨风机作为动力源，之后可连接至燃气使用装置，如居民燃气灶、燃气热水器等。第一进风管6、第二进风管7分别与鼓风装置连接，用于为生物质弹的燃烧提供助燃气体或将生物质裂解产生的燃气引出。

然后是设备操作，第一步填料，进料器将生物质燃料经进料口9送入炉腔3内部并落在炉排5上，持续填料直至填满炉腔3，此时进料器内部残留的生物质燃料将进料口9封堵。第二步为点火气化，生物质燃料点火后通过第二进风管7向炉腔3内鼓入空气，在炉腔3内产生生物质燃气，生物质燃气经燃气引出口9引出后被加以利用，关闭冷水进口41与热水出口42的对外循环，利用水夹套结构4内部存放的水对炉腔3进行保温以便生物质气化能够顺利进行，该步骤中进料器可进行持续供料并持续气化，也可以阶段性供料直至全部生物质燃料气化完毕。第三步为点火燃烧，第二步中生物质燃料气化后产生的生物质炭落在炉排5上，此时关闭第二进风管7，并将进料器内残留的生物质燃料转移走使进料口9敞开，进而对生物质炭进行点火同时通过第一进风管6向炉腔3内鼓入空气使生物质炭持续燃烧产生热量对水夹套结构4内的水进行加热，此时打开冷水进口41与热水出口42的对外循环以利用所携带的热能。之后依次循环上述三个步骤。

上述基本实施例的有益效果在于，农村家庭使用生物质炉时最重要的两个需求是炊事活动和取暖，而对生物质炭的需求并不强烈，所以本实施例的两段式生物质炉是围绕的上面两个需求进行设计的。本实施例通过两段式结构配合水夹套结构工作，在气化和燃烧两个阶段进行循环，能够收集生物质炉燃烧工作阶段的热能并大大提高了生物质原料的利用效率。

作为可选的实施方式，在上述基本实施例的基础上，如图1所示，炉体内壁1对应于第二进风管7连通的位置内凹，在炉腔3内形成喉口结构31。现有技术中，喉口结构在改进型的生物质炉中被应用，具有气化效率高的优点，本实施方式在具备前述实施例有益效果的基础上附加了喉口结构所带来的技术效果，且两者之间不产生负向的相互影响。

优选的，如图1所示，喉口结构31包括自上而下依次连接的上渐缩段311、直筒段312以及下渐扩段313，其中第二进风管7连通在直筒段312。本优选方案提供了喉口结构31的一种具体结构，具有结构简单、便于加工生产的有益效果。

作为可选的实施方式，在上述基本实施例的基础上，如图1所示，炉体顶部设置有炉盖10，进料口9开设在炉盖10上。具体的，本实施方式中炉体采用了分体式结构，炉盖10的独立设置方便了炉腔3的内部检修以及清理。

优选的，如图1、图2所示，其中图2为密封结构的放大示意图，炉盖10与炉体内壁1、炉体外壁2之间设置有密封结构101，其中密封结构101包括设置在炉盖10下端面的密封环1011，以及炉体内壁1与炉体外壁2之间形成的环形密封槽1012。炉盖10安装时，密封环1011插设入环形密封槽1012内部，之后在环形密封槽1012填充液体形成液封结构，防止炉腔3内产生的气体经炉盖10与炉体内壁1、炉体外壁2之间的安装缝隙溢出。本优选方案在炉盖10与炉体内壁1、炉体外壁2之间增设密封结构，并提供了密封结构的一种具体方案。

作为可选的实施方式，炉排内部为中空结构，且炉排内部中空形成的腔室与水夹套结构连通。本使用新型的两段式生物质炉在使用时，炉排承接生物质炭并作为生物质炭燃烧的直接接触者，其设计成中空结构并与水夹套结构连通实则是成为了水夹套结构的一部分，该设计能够使水夹套结构对生物质炭燃烧时产生的热量的吸收效率更高。

作为可选的实施方式，在上述基本实施例的基础上，如图1所示，本实施方式的两段式生物质炉还包括过滤器11，炉排5上开设有燃气通道51，其中过滤器11与燃气通道51连接且位于炉排5上方，第一进风管6连通至过滤器11内部。具体的，本实施方式中炉排5将炉腔3隔离位上下两个区域，且上下两个区域仅通过燃气通道51连通，此时过滤器11连接在燃气通道51上，可以使生物质燃气通过炉排5进入炉腔3下部区域时必须经过过滤器11的过滤，在一定程度上保证了生物质炉输出燃气的清洁性。而在生物质炭燃烧阶段，第一进气管6鼓入的空气经过过滤器11分布式排出，能够与生物质炭有更大的接触面积，使生物质炭燃烧的更加充分与快速。本实施方式中，过滤器11的具体结构不做限定，但需要选用耐高温的材料制作，如钢铁等。

优选的，如图1所示，过滤器11包括锥形封帽111以及圆筒112，圆筒112的上端与锥形封帽密111封式连接，圆筒112的下端用于与燃气通道51连接，其中圆筒112的筒壁上均布开设有过滤气孔。具体的过滤气孔的孔径优选为3mm，其在圆筒112筒壁上均布尺寸为周向孔间距20°，垂直向孔间距10mm。本优选方案提供了以后总过滤器11的具体结构。

作为优选的实施方式，本实施方式的两段式生物质炉还包括木醋液排放管，木醋液排放管与炉腔连通且位于炉腔底部。在生物质材料气化过程中会产生木醋液，木醋液会沉积在炉腔底部，木醋液排放管的设置能够方便木醋液从生物质炉中排出，防止其过多沉积后影响生物质炉的正常使用。

作为优选的实施方式，第一进风管、第二进风管以及燃气引出管分别穿过水夹套结构引出至炉体外部。本实施方式提供了第一进风管、第二进风管以及燃气引出管的具体安装形式，具有结构紧凑的有益效果。

作为优选的实施方式，炉体底部设置有万向轮，以便于生物质炉的位置移动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种两段式生物质炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体包括炉体内壁与炉体外壁；所述炉体内壁内部为炉腔；所述炉体内壁与所述炉体外壁之间形成水夹套结构；所述水夹套结构开设有冷水进口与热水出口；

炉排，所述炉排安装在所述炉腔内且靠近所述炉腔底部设置，用于承接生物质气化后产生的生物质炭；

第一进风管，所述第一进风管与所述炉腔连通，位于所述炉排上方；

第二进风管，所述第二进风管与所述炉腔连通，位于所述第一进风管上方；

燃气引出管，所述燃气引出管与所述炉腔连通，位于所述炉排下方；

过滤器，所述炉排上开设有燃气通道，其中所述过滤器与所述燃气通道连接且位于所述炉排上方，所述第一进风管连通至所述过滤器内部；所述过滤器包括锥形封帽以及圆筒，所述圆筒的上端与所述锥形封帽密封式连接，所述圆筒的下端用于与所述燃气通道连接，其中所述圆筒的筒壁上均布开设有过滤气孔；

进料口，所述进料口与所述炉腔连通且位于所述两段式生物质炉顶部，所述进料口用于生物质的进入以及烟气的排放。

2.根据权利要求1所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述炉体内壁对应于所述第二进风管连通的位置内凹，在所述炉腔内形成喉口结构。

3.根据权利要求2所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述喉口结构包括自上而下依次连接的上渐缩段、直筒段以及下渐扩段，其中所述第二进风管连通在所述直筒段。

4.根据权利要求1所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述炉体顶部设置有炉盖，所述进料口开设在所述炉盖上。

5.根据权利要求4所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述炉盖与所述炉体内壁、所述炉体外壁之间设置有密封结构，其中：

所述密封结构包括设置在所述炉盖下端面的密封环，以及所述炉体内壁与所述炉体外壁之间形成的环形密封槽。

6.根据权利要求1所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述炉排内部为中空结构，且所述炉排内部中空形成的腔室与所述水夹套结构连通。

7.根据权利要求1所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述两段式生物质炉还包括木醋液排放管，所述木醋液排放管与所述炉腔连通且位于所述炉腔底部。

8.根据权利要求1-7任一项所述的两段式生物质炉，其特征在于，所述第一进风管、所述第二进风管以及所述燃气引出管分别穿过所述水夹套结构引出至所述炉体外部。

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