CN114251650B - 一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统及其使用方法 - Google Patents

一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物质燃烧技术领域，具体涉及一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统及其使用方法。本发明包括燃烧组件和储热组件，所述燃烧组件包括框体，所述框体内部设置有燃烧室、烟气通道和冷灰斗，所述烟气通道内设置有循环风换热器、一次风换热器、二次风换热器、冷凝器，所述烟气通道经烟气出口与外界连通。本发明针对生物质高水分、高挥发分、低位发热量低的特点，在传统生物质燃炉烟道的尾部追加一组深度冷凝设备，回收的热量可被用户洗浴使用，提高生物质的燃料利用率，能够适应不同种类的生物质颗粒燃料，能有效地回收取暖炉的烟气余热。

Description

一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统及其使用方法
技术领域
本发明属于生物质燃烧技术领域，具体涉及一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统及其使用方法。
背景技术
从吸收光能和CO2产生淀粉等储能物质到燃烧释放CO2的整个循环，使用生物质的CO2净排放量可以认为是零，因此，生物质是一种低碳的可再生能源。然而，由于生物质燃烧固有体积能量密度低的问题，生物质燃料通常拥有较高的运输成本和使用难度，使得化石燃料在乡村市场得以大范围推广，加重了中国的碳排放压力。
尽管应用生物质颗粒和新型燃烧炉提高了生物质的价值，但生物质通常含有较高含量的水分和挥发分，生物质燃烧的烟气中通常含有15％以上的水蒸气，且水蒸气汽化潜热非常高，生物质的烟气余热在燃料负荷中的比重十分可观，使得生物质高位发热量的燃料利用率仍较为有限。如生物质的高位发热量和低位发热量的差距通常在10％左右。因此，可以把正常换热后的烟气继续冷凝至室温，回收利用烟气余热，尤其是烟气中水蒸气的汽化潜热，提高生物质的燃料利用率。
CN108753373B公开了一种生物质热解气分级冷凝工艺及其装置，具体公开了将生物质热解气与冷激气进行至少两次直接混合，进行急冷，分步冷凝出所述生物质热解气中的可冷凝物质，所述急冷是在冷凝气冷凝系统中进行的。该技术方案能快速将生物质热解气内的相应组分冷凝下来变为液体，并从系统中引出，实现生物质热解气中相应组分的有效分离，但是生物质的燃料利用率的利用率还有待提高。
CN109022050A公开了用于分离生物质气化热解气的复合式分级冷凝装置、及生物质气化热解气分离方法，包括冷凝器和电捕焦油器，所述冷凝器和电捕焦油器中的一者经配置以接收生物质气化热解气进行冷凝，并将未凝结气体排入另一者。该技术方案将生物质气化热解气在线精制分离，同时实现了重质组分与轻质组分的分离与收集，然而装置结构复杂，成本较高，还存在改进空间。
综述所述，现有技术仍缺乏一种生物质的燃料利用率、使用便捷的生物质燃烧系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统，其目的在于在传统生物质燃炉烟道的尾部追加一组深度冷凝设备，回收的热量可被用户洗浴使用，提高生物质的燃料利用率，能够适应不同种类的生物质颗粒燃料，能有效地回收取暖炉的烟气余热，由此解决生物质的燃料利用率不高的技术问题。本发明的详细技术方案如下所述。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于冷凝技术的生物质燃烧系统，包括燃烧组件和储热组件，所述燃烧组件包括框体，所述框体内部设置有燃烧室、烟气通道和冷灰斗，所述燃烧室顶部设置有进料口、底部设置有点火器、侧壁设置有格栅，所述燃烧室通过所述格栅与烟气通道连通；
所述烟气通道内沿烟气运动方向依次设置有循环风换热器、一次风换热器、二次风换热器、冷凝器，所述烟气通道经烟气出口与外界连通；所述循环风换热器通过循环风进口风道和循环风出口风道穿过框体与外界连通，所述循环风换热器用于与燃烧室热解后产生的热解气换热后向外界提供加热后的循环风；所述一次风换热器通过一次风出口风道与燃烧室内部连通，通过一次风入口风道穿过框体与外界连通；所述二次风换热器通过二次风出口风道与烟气通道的连通，所述二次风换热器通过二次风入口风道穿过框体与外界连通；所述冷凝器通过冷凝管与储热组件连接；
所述冷灰斗位于框体的底部，所述循环风进口风道位于所述燃烧室和所述冷灰斗之间，所述燃烧室和所述冷灰斗均与所述循环风进口风道通过密闭隔板隔开，所述冷灰斗与所述循环风进口风道不接触的部分设置有炉篦。
作为优选，所述储热组件包括保温水箱和洗浴水装置，所述保温水箱用于向洗浴水装置提供热水。
作为优选，所述冷凝器的工作介质为10℃以下的自来水。
作为优选，所述烟气出口位于冷凝器和冷灰斗之间，所述烟气出口向上方倾斜，与水平线的夹角为2°以上。
作为优选，所述二次风出口风道竖直向上方向倾斜，与炉壁的夹角为 30-45°。
作为优选，所述炉篦的最大间隙为5mm以下。
作为优选，所述格栅的最大间隔为6mm以下。
作为优选，所述炉篦内设置有水仓和灰渣仓，所述水仓和所述灰渣仓通过挡板隔开。
作为优选，循环风换热器、一次风换热器、二次风换热器均设置有静音风机，所述冷凝器(5)设置有静音水泵。
按照本发明的另一方面，提供了一种所述的基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)通过进料口向燃烧室中加入生物质燃料，封闭进料口，一次风换热器通过一次风出口风道向燃烧室内部鼓风，点火器点火后生物质开始在料仓中受热热解产生热解气，热解气在一次风的携带下通过格栅，与二次风混合并充分燃烧形成烟气；
(2)烟气通过循环风换热器与循环风换热，向外界提供加热后的循环风；
(3)烟气通过一次风换热器后加热一次风，加热后的一次风继续向燃烧室内部鼓风，提高燃烧效率；
(4)烟气通过一次风换热器后加热二次风，二次风向烟气通道内鼓风，促进热解气的二次燃烧；
(5)烟气通过冷凝器与储热组件换热，向储热组件供能，储热组件用于提供热水；
(6)烟气换热后经烟气出口排出，热解气换热后过饱和的水蒸气会冷凝成液态水和产生的灰渣流入冷灰斗。
本发明的有益效果有：
(1)本发明针对生物质高水分、高挥发分、低位发热量低的特点，在传统生物质燃炉烟道的尾部追加冷凝器，所述冷凝器为深度冷凝设备，用冬季温度较低的自来水把低于200℃的烟气降温，使绝对湿度高达15％以上的烟气析出冷凝水，回收的热量可被用户洗浴使用，从而提高生物质的燃料利用率，回收的热量可被用户洗浴使用，提高生物质的燃料利用率，能够适应不同种类的生物质颗粒燃料，能有效地回收取暖炉的烟气余热。
(2)本发明实现了生物质能源的高效利用，利用深度冷凝技术，提高生物质的燃料利用率，而且针对燃烧不同种类的生物质颗粒燃料，本发明都取得了良好的适应性，都能有效地回收取暖炉的烟气余热，为解决生物质燃料热值低的问题提出了一种解决方案，为推广生物质燃料提供了一种思路。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图。
图2是本发明装置结构侧视图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：燃烧室1、循环风换热器2、一次风换热器3、二次风换热器4、冷凝器5、烟气出口6、进料口7、格栅8、循环风进口风道9、循环风出口风道10、一次风出口风道11、一次风入口风道12、二次风出口风道13、二次风入口风道14、冷灰斗15、炉篦16、保温水箱17、洗浴水装置18、水仓19、灰渣仓20。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例
一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统，如图1-2所示，包括燃烧组件和储热组件，所述燃烧组件包括框体，所述框体内部设置有燃烧室1、烟气通道和冷灰斗，所述烟气通道内设置有循环风换热器2、一次风换热器 3、二次风换热器4、冷凝器5，所述烟气通道经烟气出口6与外界连通，所述燃烧室1顶部设置有进料口7、底部设置有点火器(未图示)、侧壁设置有格栅8，所述燃烧室1通过所述格栅8与烟气通道连通；
所述循环风换热器2通过循环风进口风道9和循环风出口风道10穿过框体与外界连通，所述循环风换热器2用于与燃烧室1热解后产生的热解气换热后向外界提供加热后的循环风；所述一次风换热器3通过一次风出口风道11与燃烧室1内部连通，通过一次风入口风道12穿过框体与外界连通；所述二次风换热器4通过二次风出口风道13与烟气通道的连通，所述二次风换热器4通过二次风入口风道14穿过框体与外界连通；所述冷凝器5通过冷凝管与储热组件连接；
所述冷灰斗15位于框体的底部，所述循环风进口风道9位于所述燃烧室1和所述冷灰斗15之间，所述燃烧室1和所述冷灰斗均与所述循环风进口风道9通过密闭隔板隔开，所述冷灰斗15与所述循环风进口风道9不接触的部分设置有炉篦16。
使用本装置时，进料口7向燃烧室1中加入适量的燃料，封闭进料口7，鼓风点火，燃料在料仓中受热热解。所述燃烧室热解后产生热解气从格栅流出，依次与循环风换热器2、一次风换热器3、二次风换热器4和冷凝器 5进行热量交换，然后经烟气出口6排出。
作为优选的实施例，所述储热组件包括保温水箱17和洗浴水装置18。用于家庭取暖洗浴，扩展生物质利用方式。
作为优选的实施例，所述冷凝器5的工作介质为10℃以下的自来水。所述冷凝器5是用冬季的自来水作为冷却工质，把温度低于200℃甚至低至50℃的烟气进一步冷凝至室温(25℃以下)，常温烟气的水蒸气达到过饱和状态，烟气中超过90％的水蒸气会冷凝成液态并释放大量热量，这些热量被自来水吸收，把自来水加热到80℃以上，加热后的自来水被泵入保温水箱储存待用户洗浴使用。
作为优选的实施例，所述烟气出口6位于冷凝器5和冷灰斗15之间，所述烟气出口6向上方倾斜，与水平线的夹角为2°以上。所述烟气出口6 向上方倾斜使冷凝水能凭借重力从烟道和烟囱流入冷灰斗，减少冷凝水给设备带来的腐蚀问题。
作为优选的实施例，所述二次风出口风道13竖直向上方向倾斜，与炉壁的夹角为30-45°。避免二次风的风压把热解气推回料仓，引发回火，也避免把热解气推入冷灰斗燃烧，降低燃炉热损失，同时也延长热解气在燃烧区的停留时间，提高燃料的燃尽率。
作为优选的实施例，所述格栅8的最大间隔为6mm以下。所述格栅8 的最大间隔略大于炉篦的间隙尺寸，但仍不大于燃料的最小尺寸，降低热解气通过隔栅的流动阻力，提高热解气通过隔栅的效率。
作为优选的实施例，所述炉篦16的最大间隙为5mm以下。5mm小于生物质颗粒的直径6-10mm，以防止未燃尽的生物质颗粒因提前落入冷灰斗而造成燃料损失。
作为优选的实施例，所述炉篦16内设置有水仓19和灰渣仓20，所述水仓19和所述灰渣仓20通过挡板隔开。
作为优选的实施例，循环风换热器2、一次风换热器3、二次风换热器 4均设置有均装有静音风机，所述冷凝器5设置有静音水泵。所有循环系统都采用强制循环，以克服循环通路的流动阻力。
应用实施例
一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统的使用方法，包括以下步骤：
(1)通过进料口7向燃烧室1中加入生物质燃料，封闭进料口7，一次风换热器3通过一次风出口风道11向燃烧室1内部鼓风，点火器点火后生物质开始在料仓中受热热解产生热解气，热解气在一次风的携带下通过格栅，与二次风混合并充分燃烧形成烟气；
(2)烟气通过循环风换热器2与循环风换热，向外界提供加热后的循环风；
(3)烟气通过一次风换热器3后加热一次风，加热后的一次风继续向燃烧室1内部鼓风，提高燃烧效率；
(4)烟气通过一次风换热器3后加热二次风，二次风向烟气通道内鼓风，促进热解气的二次燃烧；
(5)烟气通过冷凝器5与储热组件换热，向储热组件供能，储热组件用于提供洗浴热水；
(6)烟气换热后经烟气出口6排出，热解气换热后过饱和的水蒸气会冷凝成液态水和产生的灰渣流入冷灰斗。
应用实施例1
以燃烧低位发热量为16.48kJ/kg的松木颗粒为例，在为生物质颗粒燃烧炉加设深度冷凝设备后，每燃烧1kg松木颗粒，进入保温水箱的热水就吸收了2341.82kJ的能量，占松木颗粒低位发热量的14.18％，即节省了14.18％的燃料。
应用实施例2
以燃烧低位发热量为13.89kJ/kg的秸秆颗粒为例，在为生物质颗粒燃烧炉加设深度冷凝设备后，每燃烧1kg秸秆颗粒，进入保温水箱的热水就吸收了2420.34kJ的能量，占秸秆颗粒低位发热量的15.85％，即节省了15.85％的燃料。
应用实施例3
以燃烧低位发热量为19.55kJ/kg的花生壳颗粒为例，在为生物质颗粒燃烧炉加设深度冷凝设备后，每燃烧1kg花生壳颗粒，进入保温水箱的热水就吸收了3223.27kJ的能量，占花生壳颗粒低位发热量的15.07％，即节省了15.07％的燃料。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统，其特征在于，包括燃烧组件和储热组件，所述燃烧组件包括框体，所述框体内部设置有燃烧室（1）、烟气通道和冷灰斗（15），所述燃烧室（1）顶部设置有进料口（7）、底部设置有点火器、侧壁设置有格栅（8），所述燃烧室（1）通过所述格栅（8）与烟气通道连通；
所述烟气通道内沿烟气运动方向依次设置有循环风换热器（2）、一次风换热器（3）、二次风换热器（4）、冷凝器（5），所述烟气通道经烟气出口（6）与外界连通；所述循环风换热器（2）通过循环风进口风道（9）和循环风出口风道（10）穿过框体与外界连通，所述循环风换热器（2）用于与燃烧室（1）热解后产生的热解气换热后向外界提供加热后的循环风；所述一次风换热器（3）通过一次风出口风道（11）与燃烧室（1）内部连通，通过一次风入口风道（12）穿过框体与外界连通；所述二次风换热器（4）通过二次风出口风道（13）与烟气通道的连通，所述二次风换热器（4）通过二次风入口风道（14）穿过框体与外界连通；所述冷凝器（5）通过冷凝管与储热组件连接；所述冷凝器（5）用于将烟气冷凝至25℃以下；
所述冷灰斗（15）位于框体的底部，所述循环风进口风道（9）位于所述燃烧室（1）和所述冷灰斗（15）之间，所述燃烧室（1）和所述冷灰斗均与所述循环风进口风道（9）通过密闭隔板隔开，所述冷灰斗（15）与所述循环风进口风道（9）不接触的部分设置有炉篦（16）。
2.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于，所述储热组件包括保温水箱（17）和洗浴水装置（18），所述保温水箱（17）用于向洗浴水装置（18）提供热水。
3.根据权利要求1或2所述的生物质燃烧系统，其特征在于，所述冷凝器（5）的工作介质为10℃以下的自来水。
4.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于， 所述烟气出口（6）位于冷凝器（5）和冷灰斗（15）之间，所述烟气出口（6）向上方倾斜，与水平线的夹角为2°以上。
5.根据权利要求1或4所述的生物质燃烧系统，其特征在于，所述二次风出口风道（13）竖直向上方向倾斜，与炉壁的夹角为30-45°。
6.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于， 所述炉篦（16）的最大间隙为5mm以下。
7.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于，所述格栅（8）的最大间隔为6mm以下。
8.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于，所述炉篦（16）内设置有水仓（19）和灰渣仓（20），所述水仓（19）和所述灰渣仓（20）通过挡板隔开。
9.根据权利要求1所述的生物质燃烧系统，其特征在于，循环风换热器（2）、一次风换热器（3）、二次风换热器（4）均设置有静音风机，所述冷凝器（5）设置有静音水泵。
10.根据权利要求1-9任一项所述的基于深度冷凝技术的生物质燃烧系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过进料口向燃烧室中加入生物质燃料，封闭进料口，一次风换热器通过一次风出口风道向燃烧室内部鼓风，点火器点火后生物质开始在料仓中受热热解产生热解气，热解气在一次风的携带下通过格栅，与二次风混合并充分燃烧形成烟气；
（2）烟气通过循环风换热器与循环风换热，向外界提供加热后的循环风；
（3）烟气通过一次风换热器后加热一次风，加热后的一次风继续向燃烧室内部鼓风，提高燃烧效率；
（4）烟气通过一次风换热器后加热二次风，二次风向烟气通道内鼓风，促进热解气的二次燃烧；
（5）烟气通过冷凝器与储热组件换热，所述冷凝器（5）用于将烟气冷凝至25℃以下，向储热组件供能，储热组件用于提供热水；
（6）烟气换热后经烟气出口排出，热解气换热后过饱和的水蒸气会冷凝成液态水和产生的灰渣流入冷灰斗。
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