CN111006200B - 用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，主要由秸秆捆包燃烧单元1和自动上料装置3组成。秸秆捆包燃烧单元1由外部耐压包裹层和被包裹其中的陶瓷构件等组成。燃烧室9内的陶瓷蓄热区22由于耐火砖犬牙交错的布置保证了向上烟气通道23始终通畅，烟气从燃烧室9顶部的预燃室10中吸出，预燃室10包含一个点火通道25用来帮助点火。涡流后燃室11内部横截面会被收缩和放大几次从而在烟气中产生压力脉冲，在燃烧室9中加压后的烟气射流37吹向秸秆捆包5强化了气化燃烧。带有滑动盾7的自动上料装置3由绞盘65和滑轮驱动。本发明可以使秸秆捆包燃烧得非常干净，并且草木灰作为肥料具有很高的价值。

Description

用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉

技术领域

本发明涉及一种用于加热水的锅炉，特别适用于农区小型独立住宅。该锅炉用自动上料装置投入整捆的秸秆捆包作为燃料。自动上料装置可以部分布置在室外而锅炉优选放在室内，该锅炉还可以用来做饭烹调。

背景技术

有许多已知的用于取暖和烹饪的固体燃料锅炉，这些锅炉多以煤、木材或秸秆颗粒等为燃料，这些锅炉一般给风没有预热过程，也没有自动调节功能。而德国HERLT公司在欧洲开发的可以自动上料的整捆秸秆气化燃烧锅炉则比较大，并且需要使用木材点火而且造价很高。

锅炉的控制系统如果采用数控或电子等方案，则往往会因为农村地处偏远使得售后服务会变得比较困难。

此外，已知的以木头或散秸秆为燃料的手烧锅炉，因为没有催化状态下的后燃烧过程所以这些锅炉无法实现充分的燃烧和良好的排放。目前没有以整捆秸秆为燃料的热力系统在燃料燃烧结束后还可以长时间持续放热或者引发下一次的燃料燃烧过程。目前也没有看到带有加热板和快速启炉装置的、以整捆秸秆为燃料的小型锅炉。

秸秆制粒因为消耗大量能源从而增加运行成本，所以就会限制生物质能源化的规模。只有使用结构精巧的设施才能以整捆秸秆为燃料生产热力，并且排放过程也非常清洁。

发明内容

为了给特别是在农村地区的小型住宅供暖，本发明就是要设计一种以整捆秸秆为燃料、自动工作的锅炉，这种锅炉燃烧干净、生产成本低，即使是灰分和土壤含量较高的秸秆捆包也可以作为燃料，可以通过避免锅炉结焦从而保证燃烧后产生的灰烬能够作为肥料使用。

秸秆捆包投料是由制造工艺简单的自动上料装置完成，作为中央供暖系统的锅炉在燃料燃烧结束后仍然能够像烤箱一样为房屋提供许多小时的蓄热，其通过加强的后燃烧系统和良好的灰分、烟气分离使得其排放性能远优于先前已知的锅炉。本发明的快速点火系统可以实现不伴随冒烟的点火，本发明的锅炉还可以包括一个烹饪区。

根据本发明的详细设计的以整捆秸秆为燃料的锅炉，主要由秸秆捆包燃烧单元(包括一个涡流后燃室、一个灰烬室、一个烟气-水换热器和一台以上的引风机)和带有滑动盾的秸秆捆包自动上料装置两个可运输的单元组成，两个单元在安装时可以通过螺栓连接固定。为降低生产成本秸秆捆包燃烧单元的组件大量使用陶瓷、耐火砖、特殊成型陶瓷构件和保温材料，大量的陶瓷和耐火材料能够像烤箱一样非常缓慢地释放热能。

但这种燃烧室的内部空间可能充满的未燃烧烟气在点火时会引起爆燃，所以由此产生的压力必须能够被锅炉安全的承受，因此秸秆捆包燃烧单元的陶瓷组件被放置在钢套中全方位包裹以保证锅炉的结构稳定性、烟气气密性和系统抗压强度。

这种全方位整体包裹包括由弯曲钢板组成的侧面壳体，钢板底部，由钢板、钢结构换热器、布置在顶部固定首选陶瓷材料的顶部盖板的钢构件。整个秸秆捆包燃烧单元的部件中只有烟气-热水换热器是带水部件。

燃烧室和布置在下方的灰烬室都采用了陶瓷结构，秸秆捆包在燃烧室进行气化和燃烧，在燃烧室和灰烬室之间设有炉排，灰烬颗粒在重力作用下向下移动进入灰烬室，但烟气被向上从燃烧室中吸走从而很好地实现了烟气和灰分的分离。

炉排由具有较高耐热性的钢管制成并在其顶部临火面覆盖了一层陶瓷隔热层，一次风穿过这些钢管在实现这些管道冷却的同时完成了一次风预热。这些管道向下有小孔可将空气送入灰烬室，这样掉入灰烬室的未燃尽秸秆茎秆和残渣还可以在灰烬室继续烧完。

炉排钢管连接一个汇集通道，该汇集通道进一步将预热后的一次风引入燃烧室直接居中吹向秸秆捆包下部的表面。

对于一般秸秆燃烧设备来说，特别是在燃烧系统的下部或者燃烧系统后端灰烬中往往含有较高含量的钾和没有充分燃烧的黑碳颗粒，这些东西在特定温度下，例如温度超过800℃时会形成结焦，本发明的钢管炉排通过空气的冷却对结焦现象起到了抵消作用。

因为燃烧室中总是有大量秸秆存在，所以燃烧室一般保持在较低温度和较低强度气化燃烧，通过在低温、低强度条件下进行大规模热解和气化才可以为在随后的涡流后燃室中的高温燃烧提供足够烟气。

将秸秆捆包从自动上料装置推出进入燃烧室顶在稳固的陶瓷蓄热区上，该陶瓷蓄热区主要由陶瓷材料和耐火砖构成。为了使烟气始终能够从这些耐火砖中脱出，这些耐火砖呈犬牙状交错排列，即使在秸秆捆包顶住该陶瓷蓄热区时烟气也能自由到达顶部的向上烟气通道。

如图所示该蓄热区呈内弓形犬牙交错形状，因此一次风给风口不会被秸秆捆包封闭。

烟气从燃烧室的最顶部被吸入到近于水平布置的预燃室中，烟气的运行逐渐收窄到达后部成为一个喷嘴，烟气从喷嘴中高速流出。为获得最清洁排放烟气流速至少应为每秒30m，为此必须确定引风机功率和烟气喷嘴的横截面尺寸。

然后燃烧的烟气切向进入涡流后燃室，产生了具有很高旋转速度的涡流。涡流后燃室内横截面会沿烟气流动方向上变窄几次并将烟气收缩，这样可以强化烟气燃烧并且使得烟气涡流旋转速度增加，当横截面变宽时由于离心力的作用负压变得更低。秸秆产生的烟气中含有大量的水蒸气，涡流后燃室的温度通常超过800℃，其内部横截面增大过程中形成的负压脉冲会导致包括水分子在内的分子裂解，为使该裂解效果足够强应将每次截面变窄后接下来的截面最少要扩大50％。

如此释放的额外的氢和氧离子具有高的活性，并几乎将所有的烟气成分完全氧化，对于剧毒的多氯代烃同样如此。

为能够降低对燃料质量的要求，应通过预热二次风来进一步强化后燃烧的效力。为此在涡流后燃室的外部布置了预热室，预热室紧贴涡流后燃室陶瓷壁延伸。二次风与涡流后燃室陶瓷壁直接接触，经过高度预热后通过一个小的进风口被吸入涡流后燃室中。

烟气以快速旋转的聚集气体射流形式离开涡流后燃室并撞击上水平布置的缓冲板，缓冲板是由含铝比例很高的高温防火陶瓷构成所以在系统运行过程中会发光，这个由含铝陶瓷构成的缓冲板对秸秆烟气燃烧过程的催化在整个催化作用中至少占比50％，因此烟气中不产生焦油和灰渣。

一次风从外部通过炉排管进入燃烧室，涡流后燃室之前的燃烧喷嘴就会引起烟气压力下降，燃烧室中的气化状态强烈并且负压更低后，被吸入燃烧室的一次风量减弱，燃烧室中的燃烧和气化就会被抑制。但仅凭这种自我调节是不够的，因为燃烧室仍然存在过热的可能。

因此在一次风进风口的外部可设置一个盖帽，盖帽上有一个开口，在该开口前面布置有一个带有可调节配重的振动片。在气化状态强烈和低负压的情况下振动片的可调节配重可以将振动片压紧在一次风的进风开口上关闭一次风进风开口，当锅炉内部的负压提高时振动片会打开一次风进风开口，而当燃烧室中出现过压时振动片又可以充当止回阀封住盖帽上的开口阻止烟气向外流动。

燃烧室中的秸秆气化可以通过烟气射流得到增强，该烟气射流被吹向秸秆捆包。其结果是清除了秸秆捆包表面的灰烬层，并且热量和燃烧空气被输送到秸秆捆包深部。根据本发明，是将秸秆整捆燃烧气化锅炉的压缩废气再循环用于形成该烟气射流。

这种再循环烟气中的氧气含量比新鲜空气少得多，因此在烟气射流区局部几乎没有形成燃烧，而只是通过吹气作用在空间上扩大了气化。这会产生更多烟气但不会形成高温下的聚中燃烧，最大限度地减少结焦风险，秸秆燃烧灰烬保持其作为肥料的价值而不会让灰烬处理成为问题，从而形成农田-农作物-草木灰-农田的循环闭环。

再循环烟气所需的压缩可以由一个独立风机完成，但对于特别小型低成本的热力系统，再循环烟气压缩任务应该通过已经存在的引风机来完成。根据本发明的这种径向设计的引风机，包括了完成更强压缩的第二烟气排放通道，其横截面沿烟气流动方向变宽，结果快速流动的烟气减速并且气体的动能被转换成增强的压力，在此增强的压力下再循环烟气继续流动形成烟气射流吹向秸秆捆包。

该改进的引风机包含有一个位于第二烟气排放通道前面、风机壳体壁非常接近风机翼板尖端飞行轨迹的区域，该区域中的废气可以被加速到与风机翼板尖端几乎相同的速度。由引风机送出的废气总量中只有一部分高速进入第二烟气排放通道作为再循环烟气，这部分烟气量不应超过废气总量的20％，已经发现这个比例的烟气量足以作为再循环烟气用来满足强化秸秆捆包气化。

因此必须限制再循环烟气的量以确保它不会在燃烧室中引起压力过大，这个功能优选通过开口宽度调节装置来实现，利用开口宽度调节装置可以改变第二烟气排放通道中用于排气的开口宽度，该开口宽度调节装置还将第二烟气排放通道的最大开口宽度限制为第一烟气排放通道宽度的20％。

秸秆捆包放置在密封的管状自动上料装置中，自动上料装置内横截面积和长度均可根据秸秆捆包尺寸和燃烧时间改变。在自动上料装置中秸秆捆包被滑动盾推向燃烧室，滑动盾通过伸缩管从外部驱动，伸缩管经密封后申出到自动上料装置外部。包括投料门在内的整个自动上料装置都是密封的，因此在运行过程中几乎没有燃烧的烟气被吸入到自动上料装置里，而在具体操作时短时间打开投料门重新装填秸秆捆包同样也不会引发问题。

滑动盾的伸缩管需要一个精确地固定在一个点位的线性定向杆保证伸缩管运动方向准确性。在自动上料装置中滑动盾是由滚动的两个支撑轮支撑和引导，伸缩管通过带有拉绳的绞盘拉动，该绞盘没有制动器并且也不会自锁，因此在停电等无动力状态下可以手动拉出滑动盾返回到秸秆捆包装载位。

在整个系统运行时自动上料装置由一个简单的时间继电器控制就可以通过绞盘缓慢的运送秸秆捆包，但因为秸秆捆包可能千差万别所以送料过程也需要经常进行调节。当秸秆捆包送入燃烧室压到陶瓷蓄热区时，即便此时是在断电状态下滑动盾也会由于秸秆捆包的弹性发生一个向后的位移，因此秸秆捆包的前进会不断得到校正。

在正常操作中几乎没有空气进入秸秆捆包所以秸秆捆包在自动上料装置中不会燃着，秸秆捆包在移动过程中会由于温度逐渐升高而得到干燥，干燥过程产生的蒸气置换空气可以防止秸秆捆包燃着。

如果需要可以通过安装灭火装置来进一步提高消防安全性，它由一根带有一个可以自动打开阀门的细水管组成，该阀门位于自动上料装置的外部并通过一个液体式温度传感器来开启。当温度超过设定温度时或者秸秆捆包燃着时阀门会自动打开并将稀小的水流引入秸秆捆包上料装置，水汽化后降低上料装置内温度并将空气置换出去，捆包中的火就会窒息。温度下降到设定温度后细水管水流就会自动停止。

本发明为实现低烟雾点火提供了一个连接外部几乎水平设置的点火通道的辅助点火装置，点火时通过点火通道的一个防风门将固态小颗粒燃料等推入预燃室中并在那里点燃，当涡流后燃室内达到运行温度后秸秆就会开始燃烧。

本发明的以整捆秸秆为燃料的锅炉还包括一个以上的烹饪点，烹饪点位于燃烧喷嘴下方、涡流后燃室的上边。烹饪点上可以放一个烹饪用锅具，锅具和烹饪点的开口之间可以采用环形金属炉盖保持足够的气密性，对于不同型号的烹饪锅具可使用不同内径的环形金属炉盖。

为避免改进的引风机对房屋造成噪音干扰，所以将其放在室外的墙壁上并用风机罩保护起来。

附图说明

图1示出了带有自动上料装置使用整捆秸秆为燃料的锅炉的侧视图。

图2是锅炉的秸秆捆包燃烧单元(1)的局部剖立面图。

图3是锅炉的秸秆捆包燃烧单元(1)从预燃室(10)中间切开的下半部分的剖平面图。

图4是锅炉的秸秆捆包燃烧单元(1)后半部分陶瓷蓄热区(22)中前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)的剖立面布置图。

图5是锅炉的秸秆捆包燃烧单元(1)从预燃室(10)中间切开的上半部分的剖平面图。

图6是锅炉的一次风(19)给风装置的水平剖面图。

图7是锅炉的改进的引风机(38)的剖面图。

图8是锅炉的自动上料装置(3)的剖面图。

图9是锅炉和放置在室外的改进的引风机(38)的位置布置图。

图中：1-秸秆捆包燃烧单元，2-房屋室内，3-自动上料装置，4-房屋墙体，5-秸秆捆包，6-投料门，7-滑动盾，8-伸缩管，9-燃烧室，10-预燃室，11-涡流后燃室，12-烟气-水换热器，13-烹饪点，14-陶瓷内衬，15-灰烬室，16-炉排，17-陶瓷热保护层，18-给风孔，19-一次风，20-汇集通道，21-门，22-陶瓷蓄热区，23-向上烟气通道，24-空腔区，25-点火通道，26-燃烧喷嘴，27-封闭体，28-环形金属炉盖，29-二次风，30-预热室，31-二次风进气通道，32-流入开口，33-缓冲板，34-换热管，35-水，36-盖板，37-烟气射流，38-改进的引风机，39-第二烟气排放通道，40-保温管，41-风机壳体壁，42-风机翼板末端飞行轨迹，43-侧面壳体，44-底部钢板，45-钢构件，46-法兰，47-前位耐火砖，48-后位耐火砖，49-第一烟气排放通道，50-手动滑动推杆，51-防风翻板，52-盖帽，53-盖帽固定螺栓，54-振动片，55-可调节配重块，56-安全帽，57-陶瓷填充料，58-螺栓，59-开口宽度调节装置，60-密封件，61-支撑轮，62-密封件，63-定向杆，64-定向杆固定点，65-绞盘，66-拉绳，67-把手，68-水管，69-自开阀，70-液体式温度传感器，71-轻质保温混凝土，72-陶瓷盖板，73-烟囱，74-盖帽开口，75-保护盒，A-第一烟气排放通道(49)的开口宽度，B-第二烟气排放(39)通道的开口宽度，C-角度范围，D-第二烟气排放通道(39)的长度，E-第二烟气排放通道(30)的末端宽度。

具体实施方式

以下将参考附图更详细地解释本发明的应用示例。

图1概略描述了用于小型房屋的、以整捆秸秆捆包为燃料的自动化锅炉，在此示例中使用的燃料是直径为65厘米、长度为90厘米左右的圆形秸秆捆，锅炉热功率为21～30kW。该锅炉主要由秸秆捆包燃烧单元(1)和自动上料装置(3)组成，两者在安装过程中可以用螺栓拧在一起。秸秆捆包燃烧单元(1)优选放置在房屋室内(2)，自动上料装置(3)的大部分穿过房屋墙壁(4)放置在室外。

用手将秸秆捆包(5)通过进料门(6)投入同样是密封状态的自动上料装置(3)，自动上料装置(3)内径可以设计成适应不同大小和形状的秸秆捆包(5)的尺寸，在本示例中的自动上料装置(3)的内横截面是具有70cm直径的圆形。

秸秆捆包(5)通过滑动盾(7)在自动上料装置(3)中移动，滑动盾(7)由伸缩管(8)驱动。秸秆捆包(5)被自动推向秸秆捆包燃烧单元(1)，秸秆捆包燃烧单元(1)主要包括燃烧室(9)、预燃室(10)、涡流后燃室(11)、烟气-热水换热器(12)和一个烹饪点(13)。

图2显示了自动上料装置(3)内、临近燃烧室(9)的最上部分因为温度较高所以布置了陶瓷内衬(14)，整个秸秆捆包燃烧单元(1)的内部都覆有陶瓷耐火材料并与外界隔热。在燃烧室(9)的下方布置有灰烬室(15)。在燃烧室(9)和灰烬室(15)之间有炉排(16)，该炉排由两个外直径为60mm的耐热钢管组成，这些耐热钢管临火的顶部覆盖了陶瓷热保护层(17)。

在这些耐热钢管中流动的一次风(19)被加热的同时耐热钢管得到冷却，在耐热钢管的下方设有给风孔(18)，一部分一次风(19)通过给风孔(18)向下进入灰烬室(15)烧掉落在灰烬室(15)的秸秆茎秆等秸秆残余物。

炉排(16)的耐火钢管通向汇集通道(20)，这样已经预热的一次风(19)进入燃烧室(9)吹向秸秆捆包(5)下半部分的表面区域。

操作人员可将手通过门(21)伸入燃烧室(9)和灰烬室(15)内。图2中位于燃烧室(9)左侧的陶瓷蓄热区(22)是由规格化的前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)构成。秸秆捆包(5)喂入后压在该陶瓷蓄热区(22)上方，因为前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)呈犬牙交错状前后布置，所以向上烟气通道(23)仍可以自由的排出烟气。

根据图3所示的陶瓷蓄热区(22)呈内拱形，即使一捆包秸秆被推向陶瓷蓄热区(22)时，呈犬牙交错状布置的前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)仍然可以为烟气和一次风(19)留出自由流动空间，前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)中间是向上烟气通道(23)。

在图4中浅颜色区域是向上烟气通道(23)，较暗颜色区域是前位耐火砖(47)。烟气射流(37)的出口布置在一次风(19)出口的上方，因此烟气射流(37)也会使一次风(19)产生回旋。

根据图2烟气被从布置在燃烧室(9)最上方的预燃室(10)中吸出，而灰烬的绝大部分则留在燃烧室(9)的下部并落入灰烬室(15)中，因为灰烬室(15)的温度较低所以不会出现结焦现象。预燃室(10)中有一个可用于点燃少部分燃料的空腔区(24)，空腔区(24)可从外部穿过点火通道(25)送入少部分燃料。

预燃室(10)的横截面呈圆锥形逐渐变窄为燃烧喷嘴(26)，该燃烧喷嘴(26)在本示例中的面积约为5×6厘米，然后烟气以大于每秒30m的速度通过该燃烧喷嘴(26)旋转进入涡流后燃室(11)，烟气旋转速度大于每秒80转，这种高强度涡流为秸秆的完全充分燃烧创造了反应条件。

在图5中可以看到预燃室(10)的类锥形形状，燃烧喷嘴(26)后燃烧烟气切向进入涡流后燃室(11)。

从图2中可以看到烹饪点(13)的开口布置在涡流后燃室(11)的上边，烹饪点(13)的圆形开口穿过用于封闭秸秆捆包燃烧单元(1)的陶瓷盖板(72)。烹饪点(13)不使用的时候则用封闭体(27)封堵。烹饪点(13)还可以配备环形金属炉盖(28)用来防止从烹饪点(13)的开口和炊具之间被吸入空气。

涡流后燃室(11)由多个重叠的陶瓷铸件组成，这些铸件的内部横截面为圆形并在流动方向上呈锥形收缩，小横截面内直径为120mm、大横截面内直径为160mm，大横截面积比小横截面积大70％以上。烟气在从小横截面到大横截面的流动过程中产生压降，未燃烧的含碳化合物和水分子通过该压降裂解，氢、氧和释放出来的碳离子为完全氧化提供了最佳条件。

通过对预热室(30)中的二次风(29)进行加热进一步提高了该阶梯式涡流后燃室(11)中烟气的裂解，预热室(30)几乎是和涡流后燃室(11)平行布置。二次风(29)通过二次风入口通道(31)从外部吸入，被涡流后燃室(11)的壁体热量加热后通过流入开口(32)进入涡流后燃室(11)，涡流后燃室(11)中的温度很容易被控制在750℃以上，这样几乎可以确保燃料燃烧的充分。

烟气以集聚状态向下涡旋离开垂直排列的涡流后燃室(11)后撞击到水平布置的缓冲板(33)表面，该缓冲板是由铝化合物含量超过50％的耐高温陶瓷构成，因为铝对氧化过程具有催化作用，所以在系统运行时缓冲板(33)表面会发出特别亮的光并产生超压脉冲，这会进一步加强烟气的化学反应。

因为由此的秸秆燃烧产生的烟气不含焦油和灰渣，所以清除随后的换热管(34)上的附着灰尘就会变得非常容易。烟囱中非常细的、带静电的尘埃颗粒吸附在烟囱内壁形成的粉尘层为浅灰色，即使经过很长时间该灰尘层仍保持很薄(低于4毫米)，因此一般也不再需要清洁烟囱内壁管道。

烟气-水换热器(12)由内含水(35)的钢管和换热管(34)构成，换热管(34)上方由铰接的盖板(36)封闭。

本发明以整捆秸秆为燃料的锅炉产生的表面灰烬会越来越大地阻碍燃烧所需空气进入秸秆捆包(5)内部，为将热量和燃烧的烟气输送到秸秆捆包深处，来自秸秆捆包燃烧单元(1)的再循环烟气的气体射流(37)被吹向秸秆捆包(5)。

此处使用的改进的引风机(38)包含第二烟气排放通道(39)以实现再循环烟气压缩功能。该第二烟气排放通道(39)的增大的横截面会让进入的再循环烟气的流速降低，再循环烟气通过保温管(40)引回到燃烧室(9)并形成烟气射流(37)吹向秸秆捆包(5)，因而秸秆捆包(5)的气化和燃烧得到加强。

图7更详细地示出了改进的引风机(38)的风机壳体壁(41)在风机翼板尖端飞行轨迹(42)附近延伸的一个角度范围(C)，在该角度范围(C)内的烟气可以被几乎加速到风机翼板尖端的运动速度，而在随后的烟气减速过程中被吸收的动能则在第二烟气排放通道(39)中转化为压力，加压后的烟气通过保温管(40)被输送并形成为烟气射流(37)。

最好将以整捆秸秆捆包为燃料的锅炉放置在室内，但放在室内如何防火是最重要的。特别应该注意的是秸秆捆包燃烧单元(1)拥有的内部空间，该内部空间可能充满未燃烧的烟气从而导致在点火时发生爆燃。但因为秸秆烟气的燃烧速度非常慢，因此点火时只会发生爆燃而不会发生爆炸，但是也必须确保秸秆捆包燃烧单元(1)构造满足必须的抗压强度。

根据图2和图3所示，确保秸秆捆包燃烧单元(1)构造满足必须的抗压强度是通过将秸秆捆包燃烧单元(1)的所有陶瓷部件置于外包裹体内实现的，秸秆捆包燃烧单元(1)外包裹体提供了结构稳定性、密封性和抗压强度。秸秆捆包燃烧单元(1)外包裹体由钢板制成的侧面壳体(43)、底部钢板(44)、烟气-水换热器(12)组成，用来封盖秸秆捆包燃烧单元(1)上部、用钢构件(45)固定的陶瓷盖板(72)也是外包裹体的一部分。

钢结构烟气-水换热器(12)被牢固地焊接到侧面壳体(43)上，自动上料装置(3)也被法兰(46)固定到侧面壳体(43)上，外包裹体还包括前位耐火砖(47)、后位耐火砖(48)和轻质保温混凝土(71)。

各功能部件之间的陶瓷填充料(57)提高了蓄热能力并且会缓慢释放热量，陶瓷填充料(57)中存储的热量也有助于下一个燃烧周期的开始。

图5示出了具有空腔区(24)和点火通道(25)的预燃室(10)的布置。单独使用秸秆捆包无法实现秸秆捆包燃烧单元(1)的无烟或低烟启动，它需要一个点火过程将涡流后燃室(11)的温度提高到秸秆捆包气化燃烧所需的温度。点火时通过点火通道(25)的防风翻板(51)用手动滑动推杆(50)将优质燃料和火种手动送进预燃室(10)中点火。

点火通道(25)外部包含一个用于插入燃料的防风翻板(51)，在点火通道(25)中还有一个手动滑动推杆(50)。

图6示出了用于调节一次风(19)添加量的装置。它的盖帽(52)从外面固定在在侧面壳体(43)上。一次风(19)通过盖帽开口(74)被吸入。

当燃烧室(9)的气化燃烧剧烈时会产生大量烟气，加之燃烧喷嘴(26)的压力损耗所以燃烧室(9)中的负压会更大，因此吸入的一次风(19)量减少就会抑制气化燃烧；如果燃烧室(9)的气化燃烧仅产生很少烟气时，则改进的引风机(38)就会让燃烧室(9)中产生较小的负压，因而更多的一次风(19)被吸入并增强气化燃烧。这是一个自调节过程。

因为必须确保燃烧室(9)的温度不会过热，因此当燃烧室(9)中的负压更大时一次风(19)的进入就会被带有可调节配重块(55)的振动片(54)阻挡。而从防火的角度更重要的是在燃烧室(9)中的负压减小时带有可调节配重块(55)的振动片(54)能够像止回阀一样自动关闭通向外部的盖帽开口(74)。

在所有燃料燃烧完毕后要进一步防止空气流经秸秆捆包燃烧单元(1)和经烟囱(73)散失热量，这个任务也是由振动片(54)来完成。在负压状态下振动片(54)打开到什么程度可以通过可调节配重块(55)的位置来调控，当只有通过烟囱(73)产生负压时，如果是在一个更大的负压状态则振动片(54)就会向下移动减少一次风(19)给风量。

而当改进的引风机(38)运行时，振动片(54)则会向上摆动让更多空气自由进入。通过该设定，当燃烧室(9)中的燃料气化非常强烈时振动片(54)则会向下摆动减少或关闭一次风(19)给风，但仍然会存在轻微的负压，这样就会防止燃烧室(9)内的温度过高。根据图7的简单的、易于理解的机械装置在很大程度上可以取代相对复杂的电子控制系统。

在二次风进气通道(31)的外部开口上方布置一个包含带有可调节配重块(55)的振动片(54)的安全帽(56)，这也可以防止秸秆燃料燃烧结束后热损失和压力的提高。

图7进一步示出了改进的引风机(38)的结构。其具有第一烟气排放通道(49)的开口宽度(A)和第二烟气排放通道(39)的开口宽度(B)。在风机壳体壁(41)靠近风机翼板末端飞行轨迹(42)至少为40°的角度范围(C)内的烟气被加速到几乎接近风机翼板末端飞行轨迹(42)的速度后进入第二烟气排放通道(39)。图中的可移动的、可用螺栓(58)固定的开口宽度调节装置(59)通过密封件(60)密封以防止烟气泄漏到外部。

开口宽度调节装置(59)被设计成可以改变开口宽度(B)，但开口宽度(B)最大只能达到开口宽度(A)的20％，这样可以确保防止过多的再循环烟气量并保持燃烧室(9)中的负压水平。

开口宽度(B)的最大值应为开口宽度(A)的20％，第二烟气排放通道(39)的长度(D)最长应约为开口宽度(B)的20倍。第二烟气排放通道(39)的末端宽度(E)约等于长度(D)的25％。

图8显示了自动上料装置(3)的结构，它与秸秆捆包燃烧单元(1)的侧面壳体(43)环形连接并用法兰(46)固定。自动上料装置(3)靠近秸秆捆包燃烧单元(1)的部分有陶瓷内衬(14)。由于自动上料装置(3)是密封的，因此正常状态下火不会扩散到自动上料装置(3)里。自动上料装置(3)穿出房屋墙壁(4)后延伸到室外空旷处，在那里秸秆捆包(5)被用手放入投料门或者沿斜坡滚动推入。

自动上料装置(3)里的滑动盾(7)面向秸秆捆包燃烧单元(1)的一面覆盖有陶瓷耐火材料，滑动盾(7)与伸缩管(8)连接，两者均由在自动上料装置(3)里滚动的两个支撑轮(61)支撑，支撑轮(61)的轴承为耐高温设计。

伸缩管(8)材质优选不锈钢并且具有光滑的表面，伸缩管(8)通过被密封件(62)密封的通道进入自动上料装置(3)，该密封件(62)被设计为盒式填充结构并可从外部拧紧。伸缩管(8)沿线性定向杆(63)移动，该定向杆的末端固定在定向杆固定点(64)上。

伸缩管(8)由绞盘(65)经由拉绳(66)和滑轮驱动，绞盘(65)由一个时间继电器控制，绞盘(65)在断电时不会发生制动或自锁，连接滑动盾(7)的伸缩管(8)可以用把手(67)手动拉回到装载工位。

由于需要对秸秆捆包的上料进行持续调整以适应秸秆捆密度和燃烧消耗秸秆量的差异，一般是设定为让秸秆捆包前进2～4秒后停下3～5分钟，送入的燃料数量大于燃烧所需这样燃烧室(9)中肯定不会出现秸秆不足的情况。

秸秆捆包顶到陶瓷蓄热区(22)上后会因为秸秆捆包的弹性反作用力，即便是在绞盘(65)断电的情况下滑动盾(7)也会被推回一点，这个简单的自调节过程不需要通过电控就可自动实现。

只要没有空气进入自动上料装置(3)就不会发生火灾，即便是在有少量空气进入时秸秆捆包(5)在自动上料装置(3)里靠近燃烧室(9)时干燥产生的水蒸气也能阻止秸秆捆包(5)燃着，所以自动上料装置(3)具有自防火能力。

如果消防安全法规需要采取其它措施则可以安装灭火器，该灭火器由设置于房屋室内(2)的水管(68)和带有液体式温度传感器(70)的自开阀(69)组成。如果位于自动上料装置(3)外侧的液体式温度传感器(70)温度高于105℃时会自动给出信号，则自开阀(69)会自动打开让少量的水流出变成水蒸气扼杀自动上料装置(3)内相对封闭空间里的火焰，而当温度下降后自开阀(69)就会自动关闭。

图9示出了放置在房屋室内(2)一角的秸秆捆包燃烧单元(1)。由于狭窄的燃烧喷嘴(26)和涡流后燃室(11)的原因，秸秆捆包燃烧单元(1)的驱动负压至少要有450Pa。为降低噪音把引风机放置在房屋墙体(4)外边烟囱(73)的附近，引风机上盖有可移动的保护盒(75)。

改进的引风机(38)设置为2个速度水平，控制系统设置了水温超过设定温度和秸秆全部燃尽两个停机点，而自动上料装置(3)则由带有前进和暂停功能的时间继电器控制。

本发明的以整捆秸秆为燃料的锅炉应与自动缓冲水箱一起使用，自动缓冲水箱高度在本实施中至少应为2.2m，自动缓冲水箱仅靠重力作用就可自动发挥作用而无需泵和其他控制装置。当水温超过设定温度(95℃)时自动上料装置(3)和改进的引风机(38)都会停机。

总而言之本发明描述提供了以整捆秸秆为燃料的锅炉的简便易行的构造方法，秸秆作为便宜的燃料可以提供廉价热能、锅炉可以实现干净的排放、燃烧产生的秸秆灰烬保持粉末状可以用作肥料而实现可循环。

本发明的以整捆秸秆为燃料的锅炉的构造原理还可以用来制造生产蒸汽、热空气和热风等小型热力装置，还可以用来制造小型窑炉。

Claims (18)

1.用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，主要包括一个秸秆捆包燃烧单元、一个涡流后燃室、一个灰烬室、一个烟气-水换热器和一台以上的引风机，并连接一个带有滑动盾的秸秆捆包自动上料装置；其特征在于，主要由陶瓷、耐火砖、特殊成型陶瓷构件和保温材料构成的秸秆捆包燃烧单元(1)被全方位整体包裹，主要由侧面壳体(43)、底部钢板(44)、烟气-水换热器(12)、陶瓷盖板(72)和用来固定陶瓷盖板(72)的钢构件(45)组成的钢套完成全方位整体包裹；所述烟气从位于燃烧室(9)顶部的预燃室(10)中排出，预燃室(10)沿烟气流动方向上变窄为燃烧喷嘴(26)，其烟气流出方向与涡流后燃室(11)成切向设置；所述灰烬室(15)和燃烧室(9)之间布置有由一次风(19)给风管构成的、近乎水平的炉排(16)，一次风(19)给风管临火的顶部覆盖着一层陶瓷热保护层(17)；所述由大量陶瓷材料浇筑的陶瓷蓄热区(22)、前位耐火砖(47)和后位耐火砖(48)可以像墙一样挡住秸秆捆包(5)的前行，但即便是在秸秆捆包(5)与前位耐火砖(47)紧密贴合时，由于前位耐火砖(47)和后位耐火砖(48)呈犬牙交错状前后排列，所以向上烟气通道(23)依然保持畅通；所述在沿流动方向变窄的预燃室(10)中有一个几乎水平的点火通道(25)从外部进入；所述涡流后燃室(11)的内部圆形横截面在流动方向上锥形地变窄几次，而在每次截面变窄后接下来的截面要扩大；所述在紧靠涡流后燃室(11)的陶瓷外侧为二次风(29)布置了一个预热室(30)；所述燃烧室(9)中的烟气射流(37)吹向秸秆捆包(5)，喷射的烟气是经过压缩的、来自整捆秸秆燃烧锅炉的再循环废气；所述秸秆捆包自动上料装置配备有一套带有滑动盾的可将秸秆捆包推进燃烧单元的自动上料装置。

2.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，改进的引风机(38)的功率和燃烧喷嘴(26)的自由横截面的尺寸是按照燃烧喷嘴(26)的烟气流速至少为每秒30米来设定。

3.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，在侧面壳体(43)的外侧有一个带有盖帽(52)的一次风(19)流入开口(32)，在盖帽(52)上是一个带有可调节配重块(55)、随燃烧室(9)内负压的高低变化开合流入开口(32)的振动片(54)。

4.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，陶瓷蓄热区(22)布置成拱形。

5.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，所述点火通道(25)包括一个防门翻板(51)和一个密封防止空气进入的手动滑动推杆(50)。

6.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，在涡流后燃室(11)沿烟气流动方向布置了一个缓冲板(33)，缓冲板(33)由耐高温的、含有至少50％的铝化合物的耐火陶瓷构成。

7.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，改进的引风机(38)包含第二烟气排放通道(39)，其自由横截面在沿烟气流动方向增加。

8.根据权利要求7所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，位于第二烟气排放通道(39)前端的、改进的引风机(38)的风机壳体壁(41)与风机翼板末端飞行轨迹(42)之间的一个角度范围(C)不小于40°。

9.根据权利要求8所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，第二烟气排出通道(39)的开口宽度(B)由开口宽度调节装置(59)控制，并限制宽度最大为改进的引风机(38)的第一烟气排放通道(49)的开口宽度(A)的20％。

10.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，自动上料装置(3)里的滑动盾(7)是由伸缩管(8)从外部驱动，伸缩管(8)通过密封件(62)可以防止空气进入自动上料装置(3)内。

11.根据权利要求10所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，伸缩管(8)通过插入其中的在外部固定的定向杆(63)导引方向。

12.根据权利要求10所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，自动上料装置(3)中的滑动盾(7)和伸缩管(8)与两个在自动上料装置(3)内滚动的支撑轮(61)连接。

13.根据权利要求10所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，伸缩管(8)是由绞盘(65)和拉绳(66)驱动。

14.根据权利要求13所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，绞盘(65)没有制动器或自锁，断电状态下拉绳(66)可以用手向后拉出。

15.根据权利要求10所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，自动上料装置(3)配备了一根带有自开阀(69)的水管(68)，自开阀(69)通过液体式温度传感器(70)控制。

16.根据权利要求1所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，在涡流后燃室(11)上方、位于秸秆捆包燃烧单元(1)的中间布置有烹饪点(13)开口。

17.根据权利要求16所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，为密封烹饪锅具和秸秆捆包燃烧单元(1)配置了环形金属炉盖(28)。

18.根据权利要求2所述的用于小型房屋带自动上料装置使用整捆秸秆燃料的锅炉，其特征在于，改进的引风机(38)布置在房屋墙体(4)外并且可以用保护盒(75)覆盖。