CN110513722A - 一种高效换热生物质颗粒取暖炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质取暖炉技术领域，公开了一种高效换热生物质颗粒取暖炉。包括炉本体和设于炉本体内部的旋转进料器、燃烧室、风道和烟道；所述燃烧室内部设有燃烧杯，所述燃烧杯中填充有生物质颗粒，所述旋转进料器通向燃烧室内部；所述烟道呈U形，所述燃烧室位于U形的烟道内侧，所述烟道的一端开口与燃烧室连通，另一端通向炉本体的外部；所述风道与烟道相邻且位于U形的烟道外侧，所述风道的出口通向炉本体的外部。本发明将烟道设计为U形，U形烟道能够延长烟尘在烟道流经的距离和时间，并采用双风道将烟道传递的热量排到外部环境中，从而提高生物质燃烧炉的热交换效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物质取暖炉技术领域，尤其是涉及一种高效换热生物质颗粒取暖炉。
背景技术
在国家节能环保政策的影响下，取暖炉普遍使用生物质燃料，生物质供暖锅炉是燃用生物质颗粒提供集中供暖的锅炉形式，生物质能源的年产量远远超过全世界总能源需求量，相当于世界总能耗的10倍，所以冬季使用生物质取暖炉的意义重大。在取暖炉使用过程中需要人工对生物质取暖炉的燃烧进行调节，实际上就是好保证取暖炉燃烧可以提供蒸汽负荷以及供暖需求的同时，保证取暖炉的正常运行以及燃烧的经济性。在具体的燃烧调节过程中，主要是实现对燃烧的控制，而再燃烧控制中又包括炉排转速控制、炉膛负压控制和送风控制。在对供暖锅炉燃烧系统调节过程中，首先要保证锅炉主汽压力的稳定性维持，在实现对染料方面缺陷克服的同时，保证出力和负荷之间的协调；其次，是要保证锅炉内空气量与燃烧量之间的协调，从而提高锅炉燃烧的经济性；第三是需要保证送风量和引风量的协调性，维持炉膛的负压。然后在燃烧调节系统中，主要对三个变量进行调节：送风量、引风量和燃烧量。而在实践中造成主汽压力变化的主要因素包括量个方面的内容：一是燃料量的变动，这是基本变量上的变动可以通过自身的闭环来实现控制和调节；而另一个是耗气量上的变动，这种变动属于负荷变动，一般不容易实现调节。
现有技术中生物质取暖炉烟道与风道的热交换量较少，导致生物质燃烧产生的热量浪费较多。另外，生物质燃料中碱金属钾含量较高，生物质燃料燃烧过程中易产生低熔点的钾盐及其他含钾的化合物，挥发后聚集在取暖炉烟道内壁，覆盖在烟道内壁造成传热效率下降。
发明内容
本发明是为了克服以上技术问题，提供一种高效换热生物质颗粒取暖炉。本发明的第一个发明目的在于解决生物质取暖炉烟道与风道的热交换量较少的问题；第二个发明目的在于解决生物质燃料燃烧过程中产生的含钾化合物聚集在烟道内壁导致传热效率下降的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高效换热生物质颗粒取暖炉，包括炉本体和设于炉本体内部的旋转进料器、燃烧室、风道和烟道；所述燃烧室内部设有燃烧杯，所述燃烧杯中填充有生物质颗粒，所述旋转进料器通向燃烧室内部；所述烟道呈U形，所述燃烧室位于U形的烟道内侧，所述烟道的一端开口与燃烧室连通，另一端通向炉本体的外部；所述风道与烟道相邻且位于U形的烟道外侧，所述风道的出口通向炉本体的外部。
本发明生物质取暖炉包括炉本体以及设于炉本体中的旋转进料器、燃烧室、风道和烟道；先将生物质颗粒通过旋转进料器送进燃烧室内的燃烧杯中，生物质颗粒燃烧后产生的热量进入U形烟道中，将热量传递给与U形烟道相邻的风道，风道再将热量从风道出口排出，提升室内温度，达到取暖效果。本发明将烟道设计为U形，U形烟道能够延长烟尘在烟道流经的距离和时间，从而提高生物质燃烧炉的热交换效率。
作为优选，所述风道包括第一风道、第二风道和第三风道，所述第一风道位于U形的烟道左侧，所述第一风道的下端设有第一风机，所述第一风道的上端出口通向炉本体的外部；所述第二风道位于U形的烟道下侧，所述第三风道位于U形的烟道右侧，所述第二风道的右端与第三风道的下端连通，所述第二风道的左端设有第二风机，所述第三风道的上端出口通向炉本体的外部。
第一风道靠第一风机将热量排到外部，第二风道和第三风道连通并通过第二风机将热量排到外部环境，本发明采用双风道将烟道传递的热量排到外部环境中，进一步提高热交换效率。
作为优选，所述旋转进料器包括转轴、套设于转轴外部的套管和与套管连通的导料管，所述导料管的自由端通向燃烧室内且位于燃烧杯的正上方。
作为优选，所述燃烧室的内部上方罩设有除灰网套。
通过在燃烧室内设置除灰网套能够将生物质颗粒燃烧过程中产生的大颗粒灰分截留，防止其附着在烟道内壁影响烟道向风道传热。
作为优选，所述生物质颗粒包括以下组分：小麦秸秆，锯末，竹屑，胶黏剂，抗结渣剂；所述抗结渣剂的制备方法包括以下步骤：将明胶加入去离子水中搅拌溶解配制成明胶溶液，将明胶溶液滴加到液体石蜡中，然后加入司盘80，恒温搅拌，滴加戊二醛，搅拌反应，过滤，洗涤，干燥得明胶微球；将氢氧化钙水溶液、去离子水和乙醇混合，然后加入十二烷基磷酸钠和明胶微球，搅拌混合均匀，通入二氧化碳并同时滴加正硅酸四乙酯，静置，离心分离，干燥得复合微球；将复合微球置于马弗炉中煅烧，得到抗结渣剂。
除灰网罩虽然能够阻挡大颗粒灰尘进入烟道，但是生物质燃料燃烧过程中易产生低熔点的钾盐及其他含钾的化合物，挥发后聚集结渣覆盖在取暖炉烟道内壁，造成传热效率大大降低。为解决此问题本发明对生物质燃料进行改进，先将明胶溶液加入液体石蜡中，乳化剂司盘80使明胶溶液在液体石蜡中分散均匀，形成W/O体系，以戊二醛为交联剂通过乳液聚合的方法制备得到明胶微球；然后以明胶微球为基体，正硅酸四乙酯水解生成二氧化硅颗粒和氢氧化钙与二氧化碳反应生成的碳酸钙颗粒共同沉积在明胶微球的表面，形成二氧化硅-碳酸钙包覆层，最后生成的微球在高温烧结过程中发生如下反应:1.明胶微球在高温条件下发生分解，明胶微球外部的包覆层形成中空球体，由于明胶具有较好的吸水性能，交联形成的明胶微球半径就越大，包覆形成的中空球体内部就拥有更大的空间，从而具有较大的吸附容量；2.碳酸钙高温条件下分解生成二氧化碳气体，二氧化碳气体逸出在中空球体表面形成空隙率较高的多孔结构，从而具有较强的吸附性能；3.碳酸钙分解生成的氧化钙与颗粒沉积过程中附带的十二烷基磷酸在高温条件下反应生成钙磷氧化物，在生物质颗粒燃料燃烧过程中挥发的碱金属钾先被中空微球吸附，然后在高温条件下碱金属钾与钙磷氧化物反应生成熔点较高的Ca10K(PO4)7，从而将碱金属钾固定在中空微球内部，由于中空微球内部具有较大的空间，生成的高熔点钙钾磷盐不会造成中空微球表面的空隙堵塞，从而保持中空微球的吸附性能，防止低熔点碱金属钾挥发沉积在烟道内壁，造成烟道内壁的腐蚀和传热效率下降。
作为优选，所述氢氧化钙水溶液的质量浓度为5-8%。
本发明实验研究发现氢氧化钙的浓度对抗结渣剂表面的空隙率以及生成高熔点的Ca10K(PO4)7有重要影响。当氢氧化钙水溶液的浓度低于5%，氢氧化钙浓度过低，明胶微球表面沉积的碳酸钙就越少，造成二氧化硅-碳酸钙包覆层中钙元素含量过低，在生物质燃过程中不容易形成高熔点的Ca10K(PO4)7，造成抗结渣剂固定碱金属的能力下降；当氢氧化钙水溶液的浓度高于8%，明胶微球表面沉积的碳酸钙量过多，二氧化硅-碳酸钙包覆层中碳酸钙含量过高，碳酸钙分解后生成的中空微球的强度较低，极易发生破损。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）本发明将烟道设计为U形，U形烟道能够延长烟尘在烟道流经的距离和时间，并采用双风道将烟道传递的热量排到外部环境中，从而提高生物质燃烧炉的热交换效率；（2）生物质颗粒中的抗结渣剂制备过程中碳酸钙分解生成的氧化钙与颗粒沉积过程中附带的十二烷基磷酸在高温条件下反应生成钙磷氧化物，在生物质颗粒燃料燃烧过程中挥发的碱金属钾先被中空微球吸附，然后在高温条件下碱金属钾与钙磷氧化物反应生成熔点较高的Ca10K(PO4)7，从而将碱金属钾固定在中空微球内部，由于中空微球内部具有较大的空间，生成的高熔点钙钾磷盐不会造成中空微球表面的空隙堵塞，从而保持中空微球的吸附性能，防止低熔点碱金属钾挥发沉积在烟道内壁，造成烟道内壁的腐蚀和传热效率下降。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
附图标记
炉本体1、旋转进料器2、燃烧室3、风道4、烟道5、燃烧杯31、第一风道41、第二风道42、和第三风道43、第一风机411、第二风机421、转轴21、套管22、导料管23、除灰网套33。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
如图1为本发明取暖炉的结构示意图，高效换热生物质颗粒取暖炉，包括炉本体1和设于炉本体内部的旋转进料器2、燃烧室3、风道4和烟道5；所述燃烧室内部设有燃烧杯31，所述燃烧杯中填充有生物质颗粒32，所述燃烧室的内部上方罩设有除灰网套33；所述旋转进料器包括转轴21、套设于转轴外部的套管22和与套管连通的导料管23，所述导料管的自由端通向燃烧室内且位于燃烧杯的正上方；所述烟道呈U形，所述燃烧室位于U形的烟道内侧，所述烟道的一端开口与燃烧室连通，另一端通向炉本体的外部；所述风道包括第一风道41、第二风道42和第三风道43，所述第一风道41、第二风道42和第三风道43均与烟道相邻且位于U形的烟道外侧所述第一风道位于U形的烟道左侧，所述第一风道的下端设有第一风机411，所述第一风道的上端出口通向炉本体的外部，所述第二风道位于U形的烟道下侧，所述第三风道位于U形的烟道右侧，所述第二风道的右端与第三风道的下端连通，所述第二风道的左端设有第二风机421，所述第三风道的上端出口通向炉本体的外部。
生物质颗粒包括以下组分：小麦秸秆，锯末，竹屑，胶黏剂，抗结渣剂；其中，小麦秸秆、锯末、竹屑三者的质量比为1:0.5:0.1；黏结剂的用量为小麦秸秆、锯末、竹屑三者质量总量的5%，抗结渣剂的用量为小麦秸秆、锯末、竹屑三者质量总量的8%。
抗结渣剂的制备方法如下：
将明胶加入去离子水中搅拌溶解配制成浓度为1wt%的明胶溶液，将30mL明胶溶液滴加到200mL液体石蜡中，然后加入0.15g司盘80，在50℃下恒温搅拌30min，滴加2g戊二醛，搅拌反应1h，过滤，洗涤，干燥得明胶微球；将50mL质量浓度为5%的氢氧化钙水溶液、150mL去离子水和30mL乙醇混合，然后加入2g十二烷基磷酸钠和5g明胶微球，搅拌混合均匀，通入二氧化碳并同时滴加6g正硅酸四乙酯，二氧化碳的通入的流量为50L/h，通入二氧化碳20min，静置2h，离心分离，干燥得复合微球；将复合微球置于马弗炉中在650℃下煅烧5h，得到抗结渣剂。
根据GB/T1572-2001《煤灰的结渣性测定方法》进行测定，将生物质颗粒试样装入结渣性测定仪汽化装置中，在规定的鼓风强度下使其气化燃烧，待试样燃尽后停止鼓风，从大于6mm的渣块质量计算出结渣率，结渣率计算公式如下：C=G1/G×100%=1.26/151.08×100%=0.83%。本发明结渣率控制在1%以下，证明得到的生物质燃料具有较好的抗结渣性能。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：
生物质颗粒包括以下组分：小麦秸秆，锯末，竹屑，胶黏剂，抗结渣剂；其中，小麦秸秆、锯末、竹屑三者的质量比为1:1:0.3；黏结剂的用量为小麦秸秆、锯末、竹屑三者质量总量的5%，抗结渣剂的用量为小麦秸秆、锯末、竹屑三者质量总量的8%。
抗结渣剂的制备方法包括以下步骤：
将明胶加入去离子水中搅拌溶解配制成浓度为5wt%的明胶溶液，将30mL明胶溶液滴加到200mL液体石蜡中，然后加入0.15g司盘80，在60℃下恒温搅拌20min，滴加2g戊二醛，搅拌反应3h，过滤，洗涤，干燥得明胶微球；将50mL质量浓度为8%的氢氧化钙水溶液、150mL去离子水和30mL乙醇混合，然后加入2g十二烷基磷酸钠和5g明胶微球，搅拌混合均匀，通入二氧化碳并同时滴加6g正硅酸四乙酯，二氧化碳的通入的流量为80L/h，通入二氧化碳20min，静置5h，离心分离，干燥得复合微球；将复合微球置于马弗炉中在700℃下煅烧3h，得到抗结渣剂。
根据GB/T1572-2001《煤灰的结渣性测定方法》进行测定，将生物质颗粒试样装入结渣性测定仪汽化装置中，在规定的鼓风强度下使其气化燃烧，待试样燃尽后停止鼓风，从大于6mm的渣块质量计算出结渣率，结渣率计算公式如下：C=G1/G×100%=1.04/151.10×100%=0.69%
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，包括炉本体（1）和设于炉本体内部的旋转进料器（2）、燃烧室（3）、风道（4）和烟道（5）；所述燃烧室内部设有燃烧杯（31），所述燃烧杯中填充有生物质颗粒（32），所述旋转进料器通向燃烧室内部；所述烟道呈U形，所述燃烧室位于U形的烟道内侧，所述烟道的一端开口与燃烧室连通，另一端通向炉本体的外部；所述风道与烟道相邻且位于U形的烟道外侧，所述风道的出口通向炉本体的外部。
2.根据权利要求1所述的一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，所述风道包括第一风道（41）、第二风道（42）和第三风道（43），所述第一风道位于U形的烟道左侧，所述第一风道的下端设有第一风机（411），所述第一风道的上端出口通向炉本体的外部；所述第二风道位于U形的烟道下侧，所述第三风道位于U形的烟道右侧，所述第二风道的右端与第三风道的下端连通，所述第二风道的左端设有第二风机（421），所述第三风道的上端出口通向炉本体的外部。
3.根据权利要求1所述的一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，所述旋转进料器包括转轴（21）、套设于转轴外部的套管（22）和与套管连通的导料管（23），所述导料管的自由端通向燃烧室内且位于燃烧杯的正上方。
4.根据权利要求1所述的一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，所述燃烧室的内部上方罩设有除灰网套（33）。
5.根据权利要求1所述的一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，所述生物质颗粒包括以下组分：小麦秸秆，锯末，竹屑，胶黏剂，抗结渣剂；所述抗结渣剂的制备方法包括以下步骤：将明胶加入去离子水中搅拌溶解配制成明胶溶液，将明胶溶液滴加到液体石蜡中，然后加入司盘80，恒温搅拌，滴加戊二醛，搅拌反应，过滤，洗涤，干燥得明胶微球；将氢氧化钙水溶液、去离子水和乙醇混合，然后加入十二烷基磷酸钠和明胶微球，搅拌混合均匀，通入二氧化碳并同时滴加正硅酸四乙酯，静置，离心分离，干燥得复合微球；将复合微球置于马弗炉中煅烧，得到抗结渣剂。
6.根据权利要求5所述的一种高效换热生物质颗粒取暖炉，其特征在于，所述氢氧化钙水溶液的质量浓度为5-8%。
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