CN202757256U - 一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置。技术方案包括：底座（20），在底座（20）上安装有里克型脉动燃烧器主体，该脉动燃烧器主体由下而上包括炉膛筒体（16）、下风管（4）以及上出风管（9），在距脉动燃烧器主体下端高度x=(0.12～0.26)L处，安装有炉箅（17），在该炉箅（17）上设有旋转布料杆（6）；炉膛筒体（16）的侧壁设有包括喂料调速电机（7）和螺旋输料器（8）的进料装置；使用时，将燃烧室内的温度范围维持在800～950℃。本装置不仅解决了生物质燃料燃烧过程中产生的燃烧不充分、结团、结渣等现象，而且为农产品等的干燥提供了结构简单、燃烧高效、制造和使用成本低廉的热源。

Description

一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置

技术领域

本实用新型涉及一种热风加热装置，尤其是一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置。

背景技术

热风加热炉是广泛使用的热风加热装置，但是它具有结构复杂、成本高、热效率低等问题。人们一直在寻求一种结构简单，成本低，燃料来源广的热风加热装置。

生物质是位列煤、石油和天然气之后的世界第四大能源，当前，生物质燃料的消耗已占世界能源总消耗量的14%，这一比例在发展中国家高达38%，据估计，地球上陆地年生产约1000亿吨~1250亿吨干生物质，海洋年生产500亿吨干物质,其总量相当于世界总能耗的10倍。

生物质燃料由于碱金属含量比较高，因此在燃烧时容易发生受热面结垢、炉内聚团、结渣等问题，并且此现象不能避免，已成为生物质能利用过程中的重要障碍。生物质热值低，所占的灰分比较大，燃尽困难，造成生物质燃烧面临着诸多问题。在采用流化床燃烧时，碱金属可能与床料反应形成低熔点的共晶化合物而引起烧结团聚，造成流态恶化。生物质燃烧过程中受温度的影响较大，在高温时，生物质挥发分析出时间短，析出量大，在短时间内析出的大量挥发分会引起剧烈燃烧，不利于燃烧的控制，燃烧大量消耗空气中的氧气，挥发分燃烧产生大量的热量，使炉膛温度急剧上升，结渣容易生成。

脉动燃烧不同于常规的稳定燃烧过程，是在一定的声学条件下，在燃烧区内表征燃烧过程中的状态参数如温度、压力、气流速度及热释放率等稳态量都随时间周期性波动的燃烧过程，是燃烧过程中燃料与氧气的流动参数发生周期性脉动变化的燃烧，该技术能够在较低的过量空气系数和有限的燃烧空间达到很高的燃烧效率，而且具有极高的燃烧强度，且具有传热系数、排烟污染小等优点。在常规燃烧器中，最大燃烧强度通常只有840kW/m³，单位面积的换热强度最高可达20kW/m²，而脉动燃烧器燃烧强度可以达到58000kW/m³，单位面积换热强度可超过150kW/m²。

脉动燃烧器是产生脉动燃烧的装置。近年来对脉动燃烧进行了大量的研究，主要集中在以煤、石油和天然气等燃料的脉动燃烧技术。

Zinn设计了一种长1.83m，内径254mm带旋转炉箅的燃煤脉动燃烧器[US005176513A]，该脉动燃烧器为直管型燃烧装置，燃烧室底部安装的旋转炉箅可以减少物料分布不均以及积灰的积累。但是，旋转炉箅子不仅能耗大，而且由于物料随炉箅子同步旋转，增加了漏料损失，不能改善物料的燃烧条件。

王家印等人设计了一种以煤为燃料的脉动燃烧器[CN2031871U]，它是由燃烧室，下风管、上出风管，锅炉，二级消音器等组成的一种锅壳式燃烧锅炉，由于燃烧时压力和气流产生热声耦合，因此可以燃烧普通煤或劣质煤，该装置为国内最早研究煤的脉动燃烧装置的专利，由于早期市场认可少，该装置没有得到较大应用。

程乐鸣等人设计了一种脉动流化床燃烧室[CN1740635A]，在里克管的L/12-3L/4处设有布风板，L为燃烧室主体管长，在燃烧室主体壁外设有加热装置，燃烧室主体上设有热交换面，在热加热面和热交换面之间设计有给料装置。该装置物料适应性窄，实用性差。

传统的生物质燃烧技术，不仅设备的结构复杂、制造成本高，而且存在物料燃烧不充分，容易产生结渣、结团现象。

由于生物质燃料热值低、燃烧不充分，燃烧后的灰分、残渣不容易清理等因素，目前还没有实用的生物质燃料的脉动燃烧装置可用于热风的加热。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装

置，以解决生物质燃料燃烧不充分、积灰、结渣的问题。

为了达到本实用新型的目的，所采取的技术方案包括，底座20，在底座20上安装有里克型脉动燃烧器主体，该脉动燃烧器主体包括炉膛筒体16，炉膛筒体16的下方设下风管4，在距脉动燃烧器主体下端高度x=(0.12～0.26)L处，在炉膛筒体16内，安装有炉箅17，在炉箅17上设有旋转布料杆6；炉膛筒体16的侧壁设有包括由喂料调速电机7带动的螺旋输料器8的进料装置，生物质原料在喂料调速电机7的带动下通过螺旋输料器8送到炉膛筒体16内部；炉膛筒体16的上方设有耦合室10，与耦合室10相连接的有旋风分离器11；在该脉动燃烧器主体的上部还设有补风口13。通过进风管4，炉膛内燃烧产生的高温混合成分经过耦合室10，然后在旋风分离器11的作用下排除灰尘、粉粒，将干净的热空气提供给干燥设备。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，所述脉动燃烧器主体的长径比为L/D=11，其中：L为燃烧器主体总长，D为燃烧器炉膛筒体16的内径。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，所述进料装置安装在距燃烧器主体下端高度的0.35～0.37处。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，在底座20的一侧安装有进风口1，底座内部安装有由继电器19、调速电机18、万向节3组成的布料扫灰传动系统，所述万向节3与旋转布料杆6相连接，并带动其转动，一方面实现燃料在炉箅子上的均匀分布，另一方面还可以破渣、清灰。底座20容积是燃烧室的5倍，用于稳定气流和消除噪音。底座20的底部设有集灰斗2，集灰斗2用于收集机械损失从炉箅17的间隙落下的物料和燃烧产生的积灰。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，所述炉膛筒体16的上端设有锥形筒14，该锥形筒14与炉膛筒体16构成燃烧室，锥形筒14通过直径收缩形成相对封闭的炉膛，同时具有反射热流，促进燃烧的功效。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，在炉膛筒体16和锥形筒14的内壁涂有高温耐火层15，外壁包裹上硅酸铝盐酸保温毡5。

上述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置中，在所述锥形筒14的上口设有助燃网12，助燃网12与补风口13组成助燃系统，将扬析飞出的颗粒物以及未完全燃烧的烟气进行截留，延缓上升时间，并与经过补风口13进入的新风进行完全燃烧。助燃网12兼有反射、截留与促进燃烧的多重功效。

本实用新型具有如下优点：

1、脉动燃烧与生物质的有机结合。

将生物质燃料的特点，如来源广泛、产量丰富、成本低廉，能够缓解对化石燃料的依赖，并减少了农作物的闲置、浪费和污染环境，和脉动燃烧强度高、燃烧充分、节约能耗、污染排放小的特点相结合，产生了一种新的燃烧形式。

2、燃料来源范围广。

我国具有巨大的生物质能资源，农村存在着大量被闲置、浪费的农作物秸秆等生物质燃料，并且产量丰富、价格低廉，分布范围广泛。

3、燃料燃烧条件好，避免结团、结渣。

旋转布料杆6间歇性周期旋转，周期性旋转能够加强已燃物和未燃物的混合，改善燃料供氧条件，加强燃料之间的预热、干燥、放热的强度，间歇运动可以避免不稳定燃烧，稳定热释放强度，减少脉动激励的干扰。生物质燃料由于得到充分燃烧，生成的灰分在脉动自激产生的自吸自排的过程中被带出燃烧室，不仅减少了灰分与燃料表面因包裹降低热传递效率，避免粘附、沾吸产生结团、结渣现象，而且灰分的减少有利于炉膛内获得优良的进气条件，有助于充分燃烧。

4、减少积灰。

由于燃烧装置自身是一个声波源，脉动燃烧产生的高频振荡声波能有效减少由于飞灰粘附在管道内壁的引起的局部过热现象，从而增大换热系数、减少积灰造成堵塞和温度分布不均引起管道的爆炸现象。

5、噪声低。

由于底座20容积是燃烧室的5倍，取得了很好的稳定气流和消除噪音效果，且燃烧的生物质燃料热值较低，在燃烧器内生物质吸收了部分声波，因此实际产生的噪声比同类燃煤脉动燃烧器或燃气脉动燃烧器小很多，只有70～90dB，能够比较容易实现消噪功能。

6、结构简单，制造成本低。

由于脉动燃烧产生的热声耦合作用，使得该设备具有较大的炉膛容积热强度和炉排面积热强度，因此燃烧室可以设计得比较紧凑，而且由于自吸作用，本装置无需鼓风机和引烟机就能实现稳定、持续的燃烧，大大缩减了制造加工的成本。

附图说明

图1是本生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置的结构示意图；

图2是布料、清灰、破渣装置结构示意图；

图3是炉箅的结构示意图；

图4是本生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置工作时的压力幅值动态波形图；

图5是本生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置工作时炉膛及尾气的温度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括进风口1、集灰斗2、万向节3、下风管4、硅酸铝盐酸保温毡5、旋转布料杆6、喂料调速电机7、螺旋输料器8、上出风管9、耦合室10、旋风分离器11、助燃网12、补风口13、锥形筒14、高温耐火层15、炉膛筒体16、炉箅17、调速电机18、继电器19、底座20。

在底座20上安装有里克型脉动燃烧器主体，该脉动燃烧器主体由下至上依次包括下风管4、炉膛筒体16、锥形筒14和上出风管9。在该脉动燃烧器主体距其下端高度x=(0.12～0.26)L之间的炉膛筒体16内安装有炉箅17，在炉箅17上设有旋转布料杆6，炉膛筒体16的侧壁设有进料装置，该进料装置包括喂料调速电机7及螺旋输料器8，进料装置安装在脉动燃烧器主体高度的0.35～0.37处，生物质原料在喂料调速电机7的带动下通过螺旋输料器8送到炉膛筒体16内部；炉膛筒体16的上端设有锥形筒14，锥形筒14与炉膛筒体16构成高效率的燃烧室；锥形筒14的上端顺序连接上出风管9、耦合室10，与耦合室10相连接的有旋风分离器11。这里的“L”是指脉动燃烧器主体的高度，即下风管4的下端至出风管9的上端之间的垂直高度。

脉动燃烧器主体的长径比为L/D=11，L为脉动燃烧器主体总长，D为燃烧器炉膛筒体16的内径，实验表明，这种长径比适用于生物质燃料的脉动燃烧，不仅能够获得较高的炉排面积热强度，脉动声强强度大，而且烟气阻力小，物料燃烧充分。

进风口1安装在底座20的一侧，底座内部安装有由继电器19、调速电机18、万向节3组成的布料扫灰传动系统。如图2所示，受继电器19控制的调速电机18与万向节3连接，该万向节3与旋转布料杆6相连接。开启调速电机18，通过万向节3的联动带动旋转布料杆6作周期性均匀旋转，一方面实现燃料在炉箅子上的均匀分布，另一方面还可以破渣、清灰。通过调整继电器19的时间间隔，以适应不同种类生物质燃料的燃烧特性，对于结渣指数高的物料，增加转速，反之降低转速。

如图3所示，炉箅17的中部设有便于旋转布料杆6与布料扫灰传动系统连接的孔。

为了达到更好的燃烧效果，在炉膛筒体16和锥形筒14的内壁涂有高温耐火层15，外壁包裹上硅酸铝盐酸保温毡5。

通过燃气点火器或电阻丝点火器对生物质燃料进行点火。当燃料持续稳定燃烧时，撤去点火器，1min后脉动自激产生，此时调整喂料电机7的转速为低速运转进料。当脉动燃烧发出持续、强烈的声响时，增大喂料调速电机7的转速。

开启旋风分离器11，将燃烧排出的复合产物进行固气分离，分离出的飞灰回收利用，分离出的高温气体通入下一级干燥段对粮食等进行干燥处理。

耦合室10不仅能收集飞出的飞灰送回燃烧段进行二次燃烧，而且能够稳定气流，消除噪音。锥形筒14一侧设置有补风口13，打开补风口13对炉膛进行助燃，能够有效增强燃烧的强度，并减少污染物的排放，调整补风口13开度的大小调节补风量。上出风管9与锥形筒14之间设置有高温耐火助燃网12，用以拦截因气流带起的颗粒、粉尘以及未燃物，并挡住火焰使其在炉膛筒体16内集中燃烧。锥形筒14内壁设置有一层高温耐火层15，通过反射红外线，使得炉膛筒体16内的温度升高，并减少由于散失而损耗的热量。

炉膛筒体采用多段不同直径的圆管螺栓联接而成，锥形筒14做成圆台的变截面形状，不仅能有效减少声波的损失，而且减少了高温火焰的直接燃烧，缩口的形式更有利于拨火，能够显著提高燃烧器的抽气压力。下风管4直径大于上出风管9的直径，不仅可以避免声波的损失，而且能加大进气截面积，使得进气均匀、稳定。

燃烧器采用螺旋输料器8水平进料，能够减少由于物料下落造成的不稳定燃烧。由于采用了喂料调速电机7，可以适应不同种类生物质燃料的燃烧，通过调节进料速度，能够控制燃烧室内的温度，将炉膛内的温度控制在生物质燃料适宜的范围800～950℃，避免因为温度波动造成的燃烧不充分和结团、结渣现象。

图4是本生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置工作时的压力幅值动态波形图。由图中的正弦波曲线可知，本装置的脉动燃烧持续、稳定。

图5是本生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置工作时炉膛筒体16及上出风管9的温度变化曲线图。炉膛筒体16中部内面的温度波动范围为800～920℃之间，上出风管9出口处尾气温度范围为400～500℃。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，包括底座（20），在底座（20）上安装有里克型脉动燃烧器主体，该脉动燃烧器主体包括炉膛筒体（16）、下风管（4）以及上出风管（9），在距脉动燃烧器主体下端高度x=(0.12～0.26)L处，L为燃烧器主体高度，炉膛筒体（16）内部，安装有炉箅（17），在该炉箅（17）上设有旋转布料杆（6）；炉膛筒体（16）的侧壁设有包括由喂料调速电机（7）带动的螺旋输料器（8）的进料装置，生物质原料在喂料调速电机（7）的带动下通过螺旋输料器（8）送到炉膛筒体（16）内部；炉膛筒体（16）的上方设有耦合室（10），与耦合室（10）相连接的有旋风分离器（11）；在该脉动燃烧器主体的上部还设有补风口（13）。

2.根据权利要求1所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，所述脉动燃烧器主体的长径比为L/D=11，L为燃烧器主体高度，D为燃烧器炉膛筒体（16）的内径。

3.根据权利要求1所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，所述进料装置安装在距燃烧器主体下端高度的0.35～0.37处。

4.根据权利要求1或2或3所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，在底座（20）的一侧安装有进风口（1），底座内部安装有由继电器（19）、调速电机（18）、万向节（3）组成的布料扫灰传动系统，所述万向节（3）与旋转布料杆（6）相连接，并带动其转动。

5.根据权利要求1或2或3所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，所述底座（20）的底部设有集灰斗（2），用来收集从炉箅（17）的间隙落下的灰渣和物料。

6.根据权利要求1或2或3所述的生物质燃料脉动燃烧式热风 加热装置，其特征在于，所述炉膛筒体（16）的上端设有锥形筒（14），该锥形筒（14）与炉膛筒体（16）构成燃烧室。

7.根据权利要求6所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，在所述炉膛筒体（16）和锥形筒（14）的内壁涂有高温耐火层（15），外壁包裹上硅酸铝盐酸保温毡（5）。

8.根据权利要求6所述的生物质燃料脉动燃烧式热风加热装置，其特征在于，在所述锥形筒（14）的上口设有助燃网（12），助燃网（12）与补风口（13）组成助燃系统。 

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