CN111306531B - 一种家用固体燃料锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于热能领域，具体涉及一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：固体燃料锅炉第一部分（1）设置固体燃料锅炉第二部分（4）的上方，在固体燃料锅炉第三部分（9）上方设置连通的烟囱（7），固体燃料锅炉第一部分（1）侧下部和固体燃料锅炉第三部分（9）侧下部通过设置的上炉排（10）连通；固体燃料锅炉第三部分（9）在竖直方向设置向下弯曲的热交换器（11），固体燃料锅炉第三部分（9）下部设置能够空气流入的空气管道（12）；固体燃料锅炉第一部分（1）侧上部设置装载门（8），固体燃料锅炉第一部分（1）侧下部设置燃烧门（3），固体燃料锅炉第一部分（1）和固体燃料锅炉第二部分（4）之间通过下炉排（6）连通，下炉排（6）下方设置灰箱（13）。本发明通过特殊的结构设置，使得固体燃料的消耗减少。

Description

一种家用固体燃料锅炉

技术领域

本发明属于热能领域，具体涉及一种家用固体燃料锅炉。

背景技术

在长燃火焰炉中燃烧固体燃料的已知方法包括将固体燃料装载到固定体积的适于燃烧固体燃料的长燃火焰炉中，通过向燃烧区供应空气来点燃长燃火焰炉。现有技术1记载了同时为固体燃料的燃烧区提供最大的空气供应，并提供从预定体积中去除气态固体燃料燃烧产物的最短方法用于燃烧固体燃料，然后增加从适合于燃烧固体燃料的固定体积中除去气态固体推进剂燃烧产物，以及将固体燃料以适合于燃烧固体燃料以形成热解气的固定体积部分燃烧，并在预定体积的适合于热解气体燃烧的长焰燃烧炉中进行热解气体燃烧，以及将额外的空气供应到设定的体积适用于热解气体燃烧的长火焰燃烧设备，以及随后从长火焰燃烧炉中将气态固体燃料燃烧产物去除到烟囱中，以及从长火焰燃烧炉中去除由固体燃料燃烧形成的灰烬燃烧。该方法的缺点在于，当它不减少阵风对长燃火焰炉中的固体燃料燃烧的影响，并且不提高长燃火焰炉中的固体燃料的燃烧温度时，阵风使烟囱中进入气态固体燃料燃烧产物的出口处的气压急剧下降。这使得热解气体去除到烟囱中，导致不必要的固体燃料消耗，同时将设定体积的水加热到设定温度。在该方法的实施方式中，由于进料到固体燃料的燃烧区域中的空气不加热，因此也不会增加固体燃料每单位质量的燃烧能量。另外，热解气体在流中燃烧，即在相对于大气压的减压下燃烧。

现有技术2是有关在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的方法，该方法包括将固体燃料装载到固定体积的固体燃料锅炉中，该固体燃料锅炉适于在固定体积的固体燃料热水锅炉中燃烧固体燃料，燃烧固体燃料。装入固定容积的固体燃料热水锅炉，该锅炉适合于通过炉排燃烧固体燃料，同时确保气态气体的流动固定体积的固体燃料锅炉中的固体燃料燃烧产物，适合于水平和垂直燃烧固体燃料，以从预定体积的固体燃料锅炉中去除气态固体燃料燃烧产物适于将固体燃料燃烧成烟囱，从而确保它们与热交换器，固体燃料锅炉的表面以及燃烧固体推进剂后的接触柳树，去除了固体燃料锅炉中燃烧固体燃料后形成的灰烬。在该方法的实施方式中，由于在固体燃料锅炉中固体燃料完全燃烧而没有形成热解气体，因此单位时间内单位质量固体燃料的燃烧能量也没有增加。另外，当执行上述方法时，由于在固体燃料锅炉中，固体燃料从顶部到底部移动的气态燃烧产物的体积几乎相同，因此没有充分降低阵风对固体燃料锅炉中的固体燃料燃烧的影响。气态固体燃料燃烧产物的数量从下往上移动。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种减少阵风的影响，并增加固体燃料锅炉中每单位质量固体燃料的燃烧能量，并减少固体燃料的消耗的家用固体燃料锅炉。

本发明的技术方案为：

一种家用固体燃料锅炉，固体燃料锅炉第一部分1设置固体燃料锅炉第二部分4的上方，在固体燃料锅炉第三部分9上方设置连通的烟囱7，固体燃料锅炉第一部分1侧下部和固体燃料锅炉第三部分9侧下部通过设置的上炉排10连通；固体燃料锅炉第三部分9在竖直方向设置向下弯曲的热交换器11，固体燃料锅炉第三部分9下部设置能够空气流入的空气管道12；固体燃料锅炉第一部分1侧上部设置装载门8，固体燃料锅炉第一部分1侧下部设置燃烧门3，固体燃料锅炉第一部分1和固体燃料锅炉第二部分4之间通过下炉排6连通，下炉排6下方设置灰箱13，固体燃料锅炉第二部分4侧部设置能够启闭的灰箱门14，固体燃料锅炉第二部分4侧上部设置空气开口，空气开口设置能够控制进气量的控制阀5。

进一步地，固体燃料锅炉第三部分9在竖直方向设置4个向下弯曲的热交换器11。

进一步地，热交换器11一端与固体燃料锅炉第三部分9一侧相连，热交换器11另一端向固体燃料锅炉第三部分9另一侧逐渐接近。

进一步地，热交换器11另一端向固体燃料锅炉第三部分9另一侧之间设置有间隙通道。

进一步地，上炉排10下方设置蒸汽箱17，蒸汽箱设置两侧弯曲的蒸汽出口以使得蒸汽能够分别通向固体燃料锅炉第三部分9、固体燃料锅炉第二部分4。

进一步地，流入容器18与蒸汽箱17相连。

进一步地，蒸汽促进装置16设置在蒸汽箱17内。

进一步地，蒸汽促进装置16为加热装置。

本发明的有益效果为：

本发明通过特殊的结构设置，通过热交换器的特定结构设置，及通过加热进入固体燃料不完全燃烧区的空气并使用水蒸气，固体燃料的消耗减少了约30％。

附图说明

图1为示出了本发明在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的空气和热解气的水平和垂直方向示意图；

图2为示出了本发明在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的示意图；

图3为本发明带蒸汽箱的局部放大示意图；

1：固体燃料锅炉第一部分，2：固体燃料，3：燃烧门，4：固体燃料锅炉第二部分，5：控制阀，6：下炉排，7：烟囱，8：装载门，9：固体燃料锅炉第三部分，10：上炉排，11：热交换器，12：空气管道，13：灰箱，14：灰箱门，15：下炉排附件，16：蒸汽促进装置，17：蒸汽箱，18：流入容器，19：金属管，20：挠性非金属管，21：浮子阀，22：流入管，23：调节螺钉。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明方法包括，将固体燃料装载到固定体积的固体燃料锅炉中，该固体燃料锅炉适合于燃烧固体燃料。通过将空气供应到预定量的固体燃料锅炉中，该锅炉适于通过炉排燃烧固体燃料，生成固体燃料的燃烧的气态产物，从固体锅炉，其适于水平和垂直燃烧固体燃料，一个常设体积去除的固体燃烧的气态产物。

从固定体积的固体燃料锅炉中燃烧燃料，该固体燃料锅炉适合将固体燃料燃烧到烟囱中，从而确保它们与热交换器，固体燃料锅炉的表面接触，并且在固体燃料燃烧之后，清除燃烧固体燃料后形成的灰烬从固体燃料锅炉开始，至少要使用两个炉排来燃烧固体燃料，上炉排10，下炉排6，固体燃料锅炉第二部分4侧上部设置空气开口，空气通过空气开口并通过下炉排6提供空气，空气开口设置能够控制进气量的控制阀5。

固定体积的适合燃烧固体燃料的固体燃料锅炉中的固体燃料被不完全焚烧形成热解气，热解气被送入固定体积的固体燃料锅炉，该锅炉适合于燃烧热解气，并通过保留气体的热交换组件形成围绕固体燃料锅炉的装置，自然地，通过上下炉排，并通过调节设定体积中的空气供应，来调节适合于燃烧热解气体的固体燃料锅炉设定体积中的热解气体体积流量。固体燃料锅炉，适用于燃烧固体燃料，同时在设定体积的固体燃料锅炉中，适用于燃烧热解气体，通过至少一个独立的空气管道12自然地产生空气，并在一定体积的固体燃料锅炉中产生固体，该固体燃料锅炉适合于燃烧热解气，燃烧热解气，从而使热解气燃烧在相对于大气压升高的压力下进行，并在使用柯恩达效应在固定体积的固体燃料锅炉中供应适合于燃烧热解气的热解气和空气，并去除气体从适合于燃烧热解气的固体燃料锅炉的已安装体积中，在水平方向和垂直方向都进行固体燃料的非化学燃烧产物，以及尚未被化学氧化的空气和热解气体的燃烧。组件，从上到下。

进一步地，燃烧固体燃料所需的空气被加热到下炉排中，该空气被供给到预定体积的固体燃料锅炉中，该锅炉适于通过下炉排燃烧固体燃料。

进一步地，安装了适合于燃烧热解气体的固体燃料锅炉的安装体积，还通过利用升高上炉排加热和蒸发水而形成的柯恩达效应自然地供应了水蒸气，和/或降低炉排，同时调节每单位时间的蒸发水量或质量。

图1为示出了本发明在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的空气和热解气的水平和垂直方向示意图；实线箭头指示空气进入固体燃料锅炉的方向。虚线箭头表示固体燃料锅炉中热解气体的运动方向。虚线箭头具体表示为固体燃料锅炉的已安装体积中适合于燃烧热解气体的固体燃料的气态燃烧产物以及未经历氧化化学反应的空气和热解气体的方向和运动。双箭头指示气态固体燃料燃烧产物进入固体燃料锅炉烟囱的运动方向。实心箭头和字母V表示从已安装的适合燃烧热解气的固体燃料锅炉中去除固体燃料的气态燃烧产物以及未进行化学氧化的空气和热解气的方向。实心箭头和字母Vx表示从已安装的适合燃烧热解气的固体燃料锅炉中，除去固体燃料的气态燃烧产物以及未经化学氧化的空气和热解气的方向的水平分量。实心箭头和字母Vy表示除去固体燃料气态燃烧产物以及固定体积的固体燃料锅炉固定燃烧后的非反应性氧化热解气的方向的垂直分量。

图2为示出了本发明在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的示意图；本发明使用设定体积的固体燃料锅炉，该固体燃料锅炉适合于燃烧热解气体，并且由热交换器固体锅炉的气体保留部分形成。实线箭头指示空气进入固体燃料锅炉的方向。虚线箭头表示固体燃料锅炉中热解气体的运动方向。虚线箭头具体表示为固体燃料锅炉的已安装体积中适合于燃烧热解气体的固体燃料的气态燃烧产物以及未经历氧化化学反应的空气和热解气体的方向和运动。双箭头指示气态固体燃料燃烧产物进入固体燃料锅炉烟囱的运动方向。

图3为本发明带蒸汽箱的局部放大示意图；图3示意性地描绘了使用加热的空气，使用下部炉排以及使用通过上部炉排获得的水蒸气在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的方法。箭头指示空气流动的方向。长虚线箭头指示热解气体的运动方向。短虚线箭头指示水蒸气的运动方向。

在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料的方法如下。固体燃料2通过燃烧门3被装载到固体燃料锅炉第一部分1的安装容积中，该锅炉适于燃烧固体燃料。

然后通过向固体燃料燃烧区供应空气来点燃固体燃料锅炉。固体燃料燃烧区可以是固体燃料锅炉第一部分1的整个设定容积，适合于燃烧固体燃料（图1-3）。进入固体燃料燃烧区的空气通过固体燃料锅炉第二部分4的可调节开口供入，在该开口处，气流由控制阀5调节，并通过下炉排6。控制阀5完全打开。在图1-3中，空气运动的方向由实线箭头指示。

燃烧固体燃料锅炉时，提供固体燃料燃烧的气态产物从固定体积的固体燃料锅炉第一部分1的运动，该气体适于从下至上水平和垂直燃烧固体燃料，以去除气态产物适于燃烧固体燃料的固体燃料锅炉第一部分1的安装容积的一部分进入烟囱7。在图1-2中，气态固体燃料燃烧产物进入烟囱7的运动方向由双箭头表示。

固体燃料的气态燃烧产物可以是例如用于燃烧的空气中的二氧化碳（CO2），一氧化碳（CO），氮气（N2），氮氧化物（NOx），氧气（O2）在用于燃烧燃料但未与燃料发生化学反应的空气中，水蒸气（H2O），甲烷（CH4），氢（H2）。

在固体燃料锅炉点火之后，固体燃料另外通过装载门8被装载到固体燃料锅炉第一部分1的设定体积中。

接下来，在固体燃料锅炉第一部分1中进行固体燃料的不完全燃烧，该锅炉适合于燃烧固体燃料。在固体燃料不完全燃烧的情况下，形成的热解气体自然地通过上炉排10被送入已安装的固体燃料锅炉第三部分9的容积中，该锅炉适于燃烧热解气体。也就是说，在喷射力作用于热解气体的影响下，热解气体的温度通常为500-600°C（在这种情况下，请使用炉排的新用途）。在图1、2中，用虚线箭头表示固体燃料锅炉中的热解气体的移动方向。

借助于调节阀5，通过调节向适于燃烧的固体燃料锅炉1的设定体积中的空气供应，来调节适于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的已安装体积中的热解气体的体积流量的调节。由固体燃料锅炉的热交换器11的气体保持部分形成的固体燃料锅炉第三部分9的安装体积。

在适于燃烧热解气体的固体燃料锅炉9的安装体积中，通过至少一个独立的空气导管12自然地供应空气。在图1中，在固体燃料锅炉的背面示出了一个独立的空气管道12。但是，固体燃料锅炉在固体燃料锅炉的侧面（如前后面）还可以包含两个独立的风道。

在适合于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的设定体积中，它们燃烧热解气体。在适合于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的设定体积中的热解气体燃烧在相对于大气压的增加的压力下进行。

利用柯恩效应将热解气和空气供应到适合于燃烧热解气的固体燃料锅炉第三部分9的已安装体积，并去除未反应的固体燃料的气态燃烧产物以及空气和热解气。适于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的安装体积的氧化从上到下在具有水平分量和垂直分量的方向上进行。图1是从已安装的固体燃料锅炉第三部分9的容积中除去未经历氧化化学反应的固体燃料的气态燃烧产物以及空气和热解气的方向，其中实线箭头和字母V表示适用于燃烧热解气体。实心箭头和字母Vx表示从固定物体中除去固体燃料的气态燃烧产物以及未与氧化反应的空气和热解气的水平分量。适于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9。实心箭头和字母Vy表示固体燃料的气态燃烧产物以及固定体积的固体燃料锅炉第三部分9的非氧化性化学和热解气体的去除方向的垂直分量，所述固体燃料锅炉第三部分9适合于燃烧热解气体。虚线箭头表示在适于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的固定容积中，固体燃料的气态燃烧产物以及未对氧化发生化学反应的空气和热解气体的运动方向。图 1、2，固体燃料燃烧后，使用灰箱13，灰箱门14 和燃烧门3从固体燃料锅炉中去除燃烧固体燃料后形成的灰。

由于从下方作用到加热到1000-1200℃的气体和空气上的排出力，在热解气体燃烧期间，固体燃料锅炉第三部分9的安装体积中相对于大气压的压力增加。并且从上方，热交换器11的气体保持部件阻止了加热的气体和空气的向上运动。

如图1所示，热交换器11的气体保持部分具有接近于平行四边形（即四个热交换器11相应部分均平行，或一个热交换器中四个气体保持部件相应部分均平行）并且向底部倾斜的整体形状，但是它们可以具有不同的整体形状。然而，热交换器11的气体保留部分必须防止加热的气体和空气的自由运动。热交换器11的气体保留部分必须是水冷的。

例如，如图2所示，热交换器11的外形保持部分具有容积形状，其中，热交换器11的外形保持部分的下表面和上表面具有圆形形状。即，固体燃料锅炉的热交换器装置11的外形保持部分具有凹凸形状。

通过与热交换器11的冷却部件相互作用，加热的气体和空气将它们的一些热能提供给水。此后，它们的温度降低，结果，施加在它们上的喷射力降低。随后，已经将一些热能提供给水的加热的气体和空气通过更多的加热的气体和空气从固体燃料锅炉第三部分设定体积9中排出。这导致气体和空气从设定体积9从顶部到底部以及水平方向移动。

由于热解气体在相对于大气压力增加的压力下燃烧的事实，因此增加了固体燃料锅炉中单位质量固体燃料的燃烧能量。而且，使用要求保护的方法可以减少阵风对固体燃料锅炉中固体燃料燃烧的影响，因为具有阵风的固体燃料锅炉的烟囱7出口处的大气压力的短期降低对阵风和割伤几乎没有影响。在固体燃料锅炉第三部分的安装量中。

为了进一步增加固体燃料锅炉中单位质量固体燃料的燃烧能量，燃烧固体燃料所需的空气通过下炉排6被送入固定体积的固体燃料锅炉，该固体燃料锅炉适于燃烧固体燃料。使用下炉排6。为此，使用下炉排附件15（或下炉排的其他部分）（图3）。

这增加了固体燃料的燃烧温度。当用化学试剂加热时，任何化学反应都会更强烈。这进一步增加了固体燃料锅炉中每单位质量固体燃料的燃烧能量。

另外，为了进一步增加固体燃料锅炉中每单位质量的固体燃料的燃烧能量，适合于燃烧热解气体的固体燃料锅炉第三部分9的安装体积还自然地利用柯恩效应额外地供应水蒸气，这借助于上炉排10和/或下炉排6的蒸发水，同时每单位时间控制蒸发水的体积或质量。图3示意性地示出了固体燃料锅炉中的固体燃料燃烧方法的实施例，其中，通过使用上炉排10通过加热和蒸发水来获得蒸汽。图3中的虚线箭头表示。

固体燃料和热解气体与水蒸气的相互作用由以下理论模型解释。碳是所有固体和气体燃料的组成部分。互动时：碳（C）与水蒸气的化学反应如下：C + H2O = CO + H2。它的能耗为377 kJ / mol。该化学反应在不低于500℃的温度下发生。由于该化学反应而形成的化合物与氧相互作用。氢与氧的相互作用根据下式进行：H2 + 1/2 O2 = H2O。在该化学反应过程中，释放出286 kJ / mol的能量。一氧化碳与氧气的相互作用根据下式进行：CO +1/2 O2 = CO2。在该化学反应过程中，释放出283 kJ / mol的能量。释放出286 kJ / mol的能量与释放出283 kJ / mol的能量的和569 kJ / mol，减去能耗为377 kJ / mol，等于多释放192 kJ / mol；在水蒸气与碳的相互作用中消耗的能量377 kJ / mol用于加热水，释放能量的和569 kJ / mol也用来加热水。

根据以下公式进行碳的氧化而不使用水蒸气：C + O2 = CO2。在该化学反应过程中，释放出393.5 kJ / mol的能量，这比使用水蒸气时要少得多。水蒸气的使用增加了固体燃料锅炉中每单位质量固体燃料的燃烧能量。

通过利用上炉排10 的蒸汽形成部分加热和蒸发水来获得水蒸气。这利用由上炉排10加热的热解气体的燃烧热能。蒸汽促进装置16浸入在蒸汽箱17中的水中。可变宽度，其在水和蒸汽箱17的底部方向上减小。水和蒸汽箱17以流入容器 18的容量连接到供水系统，该浮阀也处于使用金属管19和挠性非金属管20，如图3所示，浮子阀21位于容器18中，浮子阀21的杆通过调节螺钉23（图3）连接到浮子阀21。通过转动调节螺钉23在蒸汽箱17中设置适当的水位来调节每单位时间的蒸发水的体积或质量。蒸汽箱17中安装的水位支撑浮球阀，该浮球阀打开或关闭流入容器18的水流，来自水源（图中未显示）。水源既可以是水箱，也可以是供水管道。

因此，在固体燃料锅炉中燃烧固体燃料，可以减少阵风对固体燃料燃烧的影响，并且可以增加固体燃料锅炉中每单位质量的固体燃料的燃烧能量。该方法是非易失性的，即它不需要使用电力风扇或吸气单元。

实验测试

方法在实验室的固体燃料锅炉上进行了测试，设计如图1所示。 1.固体燃料锅炉的热量输出为16千瓦；如图1和2所示，由普通灰铸铁制成的标准炉排格栅的底部和上部（即下炉排和上炉排）；定做钢通过焊接金属制成。煤被用作固体燃料。通过加热水体积设定为60℃，相对于固体燃料锅炉，在相同的热输出的产品，由大约250％管理降低固体燃料的成本。通过加热进入固体燃料不完全燃烧区的空气并使用水蒸气，固体燃料的消耗减少了约30％。

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，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提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的内容，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，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (7)

1.一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：固体燃料锅炉第一部分（1）设置固体燃料锅炉第二部分（4）的上方，在固体燃料锅炉第三部分（9）上方设置连通的烟囱（7），固体燃料锅炉第一部分（1）侧下部和固体燃料锅炉第三部分（9）侧下部通过设置的上炉排（10）连通；固体燃料锅炉第三部分（9）在竖直方向设置向下弯曲的热交换器（11），固体燃料锅炉第三部分（9）下部设置能够空气流入的空气管道（12）；固体燃料锅炉第一部分（1）侧上部设置装载门（8），固体燃料锅炉第一部分（1）侧下部设置燃烧门（3），固体燃料锅炉第一部分（1）和固体燃料锅炉第二部分（4）之间通过下炉排（6）连通，下炉排（6）下方设置灰箱（13），固体燃料锅炉第二部分（4）侧部设置能够启闭的灰箱门（14），固体燃料锅炉第二部分（4）侧上部设置空气开口，空气开口设置能够控制进气量的控制阀（5）；

上炉排（10）下方设置蒸汽箱（17），蒸汽箱设置两侧弯曲的蒸汽出口以使得蒸汽能够分别通向固体燃料锅炉第三部分（9）、固体燃料锅炉第二部分（4）。

2.根据权利要求1所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：固体燃料锅炉第三部分（9）在竖直方向设置4个向下弯曲的热交换器（11）。

3.根据权利要求1所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：热交换器（11）一端与固体燃料锅炉第三部分（9）一侧相连，热交换器（11）另一端向固体燃料锅炉第三部分（9）另一侧逐渐接近。

4.根据权利要求3所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：热交换器（11）另一端向固体燃料锅炉第三部分（9）另一侧之间设置有间隙通道。

5.根据权利要求1所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：流入容器（18）与蒸汽箱（17）相连。

6.根据权利要求1所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：蒸汽促进装置（16）设置在蒸汽箱（17）内。

7.根据权利要求6所述的一种家用固体燃料锅炉，其特征在于：蒸汽促进装置（16）为加热装置。

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