CN104949120A - 用于生物质燃气工业热水器的燃烧器 - Google Patents

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Abstract

公开了用于生物质燃气工业热水器的燃烧器，该燃烧器包括：多个并列的加热管，点火用细燃气管，点火用燃气阀门，生物质燃气管，生物质燃气阀门，点火嘴，点火孔，送风机，送风管，送风阀门，和送风孔，其中点火用细燃气管在燃烧器的加热管内底部并且与加热管呈密闭连结结构，点火嘴在加热管的内前端并与点火孔基本上在一条直线上，同时送风孔在加热管的尾部。该燃烧器可以使燃气得以充分加热，加热效率高，低排放，同时点火方便，易于操作，安全可靠。

Description

用于生物质燃气工业热水器的燃烧器
技术领域
本发明涉及一种用于热水器的燃烧器、特别涉及用于生物质燃气工业热水器的燃烧器。
技术背景
垃圾热解处理技术越来越受到人们关注，尤其对于厨余、塑料、橡胶等含量较高的城市生活垃圾，其热解气化过程越能显现出价值。由于城市生活垃圾组分繁多，热解气化过程相当复杂，在热解气化过程中，既有大分子裂解成小分子，又存在小分子聚合成较大分子的可能。
热解气化法(或简称热解法或气化法)具有多个优点，主要体现在如下：(1)燃烧效率高。因垃圾直接燃烧属于气、固非均相反应，垃圾作为固态物质，扩散性、混合性非常差，因而燃烧效率较低，同时燃烧过程中易产生有毒有害物质；而热解产生的气态产物和焦油，属均相燃烧，燃烧充分、效率高；(2)燃烧过程容易控制，垃圾组成复杂，各组分之间理化性能相差很大，若直接燃烧，各组分的着火点、反应速度相差悬殊，难以稳定控制；而垃圾热解后的产物燃烧过程均相稳定、便于控制；(3)污染低，无需二次处理。垃圾简单焚烧若控制不到位，除了极易产生剧毒物“二噁英”外，还会排出大量含有毒物质的飞灰和残渣，需二次处理。热解由于是均相、无氧分解，热解产物再次燃烧后最终产物主要是CO2和H2O，同时减容量大，残余炭渣较少，有利于减轻对大气环境的二次污染。
生物质燃气的一个重要用途是燃烧产生热水，然而现有的生物质燃气热水器主要针对的是常规生物质(例如秸秆)或者生活垃圾进行气化，缺乏对存在较大成分差异的建筑垃圾产生的生物质燃气进行有效燃烧的装置。例如，由建筑垃圾产生的生物质燃气通常含有较高的酸性气，这些酸性气体对热水器可产生腐蚀，并且杂质含量高，在常规热水器中往往燃烧不充分，导致尾气污染严重。
CN102635932A公开了一种热水器，包括燃气加热部分，其特征在于，还包括一个气流驱动部分和燃气动力部分，燃气动力部分为气流驱动部分提供动力，所述气流驱动部分设置于下述各位置的任何一处或多处：燃气加热部分的进风道、燃气加热部分的进气道、燃气加热部分的排气道。
CN104101093A公开了一种燃气热水器，包括：壳体、面壳和装饰板。壳体的前侧敞开以形成开口，面壳设在壳体上以封闭壳体，面壳包括配合部和伸出部，配合部与开口配合，伸出部从配合部的下表面向下延伸。装饰板卡扣连接在伸出部的后表面上。
CN201069250U公开了一种低热值生物质燃气常压容积式热水器，包括壳体，位于壳体内的将壳体分隔成下部燃烧室和上部储水箱的隔板，燃烧室内装有燃烧器和与燃烧器连接的自动点火及熄火保护装置，装于与燃烧器连接的燃气进气管上的燃气阀，储水箱下部设置有冷水进口和热水出口而上部有烟气腔，排烟管与烟气腔连通，壳体上装有与储水箱连通的排气阀，置于储水箱中的热交换器与燃烧室连通，储水箱的冷水进口通过进水管道连接有自动补水装置。
CN203349309U公开了一种秸秆生物质原料燃气炉，它的炉体由上、下炉体组成，下炉体的结构为内外两层，中间装有保温材料，下炉体的底部装有进风分配盘，进风分配盘的下面连接送风管，送风管的另一端装有风机，下炉体的上面装有上炉体，上炉体的外壳为内外3层结构，其中里层为保温层，上炉体的顶端是密封端盖，上炉体的后面安装有净化器，净化器的侧面装有3个输出管，分别连接取暖炉、灶具和热水器；其特征在于：上炉体的内外两层中间均布10块隔离板，组成的上下曲线气道，上炉体的外层与隔离板空间相对应的地方均布有5个排污管，排污管上装有阀门。
CN201297705U公开了一种太阳能生物质沼气热力***，包括沼气发生罐、太阳能集热器，所述沼气发生罐接有沼气管路，其特征在于：所述沼气发生罐包括罐体、底盖、上盖，所述太阳能集热器接有冷水进水管，热水出水管，所述热水出水管盘绕于所述罐体的外壁上并接入热水贮存罐，所述沼气管路的末端接有燃气热水器、燃气灶，所述燃气热水器的出水口分别连接淋浴喷头及所述热水贮存罐，所述热水贮存罐的出水口连接用户热水端。
CN202813788U公开了一种燃气热水器，通过循环管路、水泵及节流装置等组成增压循环***，可使燃气热水器的出水温度始终保持恒定状态，避免出现因水流波动造成的出水忽冷忽热现象；同时，在热水器初期使用或是在使用过程中短时不供水的情况下，热水器内部的水流形成一套封闭的自循环***，通过***的智能控制以保持水温的恒定，使得热水器出来的热水即可达到用户需要的温度。
CN102221205A公开了一种燃气热水器用燃烧器，包括若干火排和燃气管道，每组火排主要由若干焰孔组组成，每组焰孔组包括若干焰孔，每个火排的焰孔组的两外侧分别设有侧板并与焰孔组外侧之间具有间隙，该间隙仅在侧板与焰孔端口处与外界相通，其他部分是密封的；该燃气管道包括淡火焰燃气管道和浓火焰燃气管道，淡火焰燃气管道与焰孔密封连通，浓火焰燃气管道与侧板和焰孔外侧之间的间隙密封连通。
CN1903457A公开了一种城市垃圾的热解炭化方法，其特征是垃圾的炭化工艺至少包括以下过程，垃圾的热解炭化过程，热解炭化过程中产生的热解气的除酸性气体过程，热解气的燃烧过程，热解气燃烧后的高温气在热解炉中向垃圾传递热量的过程；且热解在250℃至650℃之间的任意温度进行。
WO2011/000513A1公开了一种综合垃圾处理***和方法，其包括可燃垃圾源的使用，用于从可回收材料中分离所述的可燃垃圾的分离器，用于将所述的可燃垃圾干燥以产生热解原料的真空干燥器和用于将所述的热解原料高温分解以生成焦炭和热解气体的热解器，用于发电的***和方法，包括根据本发明的垃圾处理***或方法，还包括氧化器，用于将从所述的热解原料产生的合成气高温氧化以产生用于发电的热量。
EP1121691A2公开了一个有机废物分解装置和方法，该装置包含串联的两个反应器，每一个反应器使用了氧增强的过热蒸汽来分解各种各样的有机化合物以减少质量和体积；当蒸汽/氧混合物注入陶瓷珠的流化床中时,迅速发生分解。流化气体混合物的速度搅拌着陶瓷珠，帮助固体废物的碎裂,氧使某些氧化反应进行以补偿干燥、热解和蒸汽再重整对热的需求；大部分热解发生在第一级，设立第二级用于使热解完全,以及通过使用共反应剂来改变无机物的氧化态和使用能分离金属废物的温度，从而调整或气化废物形态。
US20110048915A1公开了一种处理废物及从日常生活和工业有机废物经热解得到碳氢化合物的方法，处理废物的方法包括：进行第一和第二阶段热解；分离热解产物成几个部分；处理每一部分得到有用的产品，实施第二阶段热解的同时，对热解产物进行电磁作用，实施所述方法的装置中有一个热解反应器，它是由两部分组成。在反应器的第二部分安装了电磁作用的原，第二部分的出口与热解的蒸汽气体产物分离***相连接。
“鼓风燃烧式燃气热水器”，曾令璂，家用电器，1996年09月公开一种鼓风燃烧式燃气热水器，其是将燃烧室结构由敞开式改为了密闭式，采用机械鼓风代替了自然引风，因而大大地进步了燃烧室的热强度，使这种热水器有了出水量大(可达到20升/分钟以上)、体积小(与相同热负荷的普通热水器相比，可减少一半)、热效率高(一般可进步3％～5％)等优点，实现了大流量热水器向小型、高效发展的目标，鼓风燃烧式燃气热水器的基本结构与普通燃气热水器相同，也由水路***、燃气***、燃烧***、加热***、控制***及辅助***等几部分组成，仅燃烧器及部分控制部件有所改动。
然而，如上文所述，在上述现有技术中，已有的生物质燃气热水器主要针对的是常规燃料例如天然气或煤气、常规生物质(例如秸秆)或者生活垃圾等气化产生的燃气，缺乏对存在较大成分差异的建筑垃圾产生的生物质燃气进行有效燃烧的装置。关于所述差异，例如，由建筑垃圾产生的生物质燃气通常含有较高的酸性气，这些酸性气体对热水器可产生腐蚀，尤其是在燃烧环境的高温下，并且杂质含量高，在常规热水器中往往燃烧不充分，导致尾气污染严重。因此以建筑垃圾回收的生物质产生的生物质燃气为燃料的热水器燃烧器，与常规燃烧器不能简单互换使用。本领域需要一种能够适用于建筑垃圾回收的生物质产生的生物质燃气的全新设计的热水器燃烧器。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案：
在本发明的一方面，提供了一种用于生物质燃气工业热水器的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：多个并列的加热管，点火用细燃气管，点火用燃气阀门，生物质燃气管，生物质燃气阀门，点火嘴，点火孔，送风机，送风管，送风阀门，和送风孔，其中点火用细燃气管在燃烧器的加热管内底部并且与加热管呈密闭连结结构，点火嘴在加热管的内前端并与点火孔基本上在一条直线上，同时送风孔在加热管的尾部。
如本领域通常所理解，“与加热管呈密闭连结结构”是指与加热管相连结、但是二者之间呈相互密闭隔开状态。
优选地，数个并列的加热管相连结合并固定在热水器上，形成一体结构。相连结合可以按本领域常规的多个单元并行结合模式实现。
优选地，点火用细燃气管固定在多个加热管中的一个加热管内，由点火用燃气阀门调节燃气出气量。
在一个优选实施方式中，燃烧器中的每个加热管都连接生物质燃气管，各自由阀门控制燃气量。
优选地，加热管尾部上连接送风管，送风管连接送风机，由阀门控制送风量。
优选地，所述生物质燃气是从建筑垃圾回收的生物质进行气化得到的生物质燃气。
优选地，本发明的燃烧器适用于生物质燃气的燃烧，能够使98体积％以上的生物质燃气完全燃烧。
本发明人发现，如前文所述，由建筑垃圾产生的生物质燃气通常含有较高的酸性气，这些酸性气体对热水器可产生腐蚀，为此，本发明人开发了一种防腐蚀涂料，将其施涂在加热管的内表面形成防腐蚀层，可以有效增强加热管的耐腐蚀性能。所述防腐蚀涂料包括：以该涂料的总重量计，Al2O3粉末30％-50％、MnO2粉末10％-30％、TiO2粉末10％-15％、SiO2粉末2％-4％，20％-30％CrO2。所述涂层可采用等离子热喷涂工艺进行制备，涂料成型后的厚度约为20-40μm。防腐蚀涂层赋予了加热管对未燃烧的高温酸性气(高温酸性气通常具有非常强的腐蚀性)的抗腐蚀性，有效提高了使用寿命。这样的耐腐蚀层在本领域尚属首次报导，是本发明人经过大量研究开发出的对建筑垃圾气化产生的生物质燃气具有针对性的配方。
本发明人还发现，送风孔和点火嘴也极容易遭受高温酸性气侵蚀，但是其通常为异型材，难以进行涂层的施加，因此其优选由如下含铬铁合金构成，该含铬铁合金包括：以该含铬铁合金的总重量计，C为1.5-3.5％，Si为0.8-1.0％，Mn为0.6-0.7％，P为0.020-0.035％，S为0.04-0.05％，V为0.15-0.25％，Ti为0.010-0.015％，Cr为16.0-18.0％，Cr/C摩尔比＝6-10，余量为铁和不可避免的杂质。该合金即使在没有进行所述回火-深冷复合循环处理的情况下，其冲击韧性也能够达到常规使用的含铬铁合金的3倍以上，其测试方法可以按照GB6296-86进行。该合金可以有效减少燃烧器金属件的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使燃烧器金属件中发生残余内应力的松弛，同时抗腐蚀性也得到了增强，可以使由于腐蚀导致的上述燃烧器部件更换率降低1倍以上。所有这些效果都是先前所未曾预料到的。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种将从建筑垃圾回收的生物质进行气化能源转化的设备，该设备包括裂解炉、一级净化器、二级净化器、一级分离器、二级分离器、罗茨风机以及它们的连接管道，或者由裂解炉、一级净化器、二级净化器、一级分离器、二级分离器、罗茨风机以及它们的连接管道组成。
本发明的裂解炉优选使用等离子炬加热器。
更具体地，本发明提供了一种将从建筑垃圾回收的生物质进行气化能源转化的设备，该设备包括裂解炉、一级净化器、二级净化器、一级分离器、二级分离器、罗茨风机以及它们的连接管道，其特征在于，所述裂解炉的温控***使得高温在炉体中部实现，并且生物质裂解充分，但炉壁不产生高温且炉壁没有耐火材料；所述裂解炉出口与一级净化器相连接，二级净化器前端接一级净化器，后端与一级分离器连接，一级分离器后端与二级分离器连接；罗茨风机与二级分离器相连。
优选地，本发明的所述设备不包括三级净化器。
优选地，所述一级净化器内还设有气体洗涤器，所述气体洗涤器的底部设有出口连接沉淀池。
优选地，所述裂解炉末端设有干燥器，所述干燥器通过气体收集装置与一级净化器连接，所述气体收集装置内设有粉尘过滤网。
在特别优选的实施方式中，所述裂解炉中包括能够喷射催化剂粉末的喷射装置。
所述风机优选为三叶罗茨风机。
通过本发明的燃烧器，有利于燃气在热水器内部的加热，而后置的送风管不仅利于调节送风量，使燃气得以充分加热，还有利于燃烧热集中在加热器前端及热水器炉膛，从而获得安全性好、高加热效率、低排放的加热器。同时，本发明的燃烧器点火方便，易于操作，安全可靠。
附图说明
附图1为根据本发明的用于生物质燃气工业热水器的燃烧器的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
用于生物质燃气工业热水器的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：多个并列的加热管1，点火用细燃气管2，点火用燃气阀门3，生物质燃气管4、12，生物质燃气阀门5，点火嘴6，点火孔7，送风机8，送风管9、11，送风阀门10，和送风孔13，其中点火用细燃气管2在燃烧器的加热管1内底部并且与加热管1呈密闭连结结构，点火嘴6在加热管1的内前端并与点火孔7基本上在一条直线上，同时送风孔13在加热管的尾部。在加热管的内表面形成防腐蚀层，防腐蚀涂料包括：以该涂料的总重量计，Al2O3粉末50％、MnO2粉末15％、TiO2粉末12％、SiO2粉末3％，20％CrO2，所述涂层采用等离子热喷涂工艺进行制备，涂料成型后的厚度为约30μm。
实施例2
用于生物质燃气工业热水器的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：多个并列的加热管1，点火用细燃气管2，点火用燃气阀门3，生物质燃气管4、12，生物质燃气阀门5，点火嘴6，点火孔7，送风机8，送风管9、11，送风阀门10，和送风孔13，其中点火用细燃气管2在燃烧器的加热管1内底部并且与加热管1呈密闭连结结构，点火嘴6在加热管1的内前端并与点火孔7基本上在一条直线上，同时送风孔13在加热管的尾部。送风孔13和点火嘴6由如下含铬铁合金构成，该含铬铁合金包括：以该含铬铁合金的总重量计，C为2.5％，Si为0.8％，Mn为0.6％，P为0.025％，S为0.04％，V为0.20％，Ti为0.010％，Cr为17.0％，余量为铁和不可避免的杂质。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于加热管1的内表面不施加防腐蚀层。
对比例2
对比例2与实施例2的区别仅在于送风孔13和点火嘴6由常规马氏体不锈钢制成。
实施例1和对比例1相比，加热管的使用寿命提高3倍，实施例2与对比例2相比，送风孔和点火嘴的使用寿命提高平均6倍。延长的使用寿命意味着降低的故障率、较高的热水产生效率和较低的成本，这在工业上具有非常大的经济意义。
本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (7)

1.用于生物质燃气工业热水器的燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括：多个并列的加热管(1)，点火用细燃气管(2)，点火用燃气阀门(3)，生物质燃气管(4，12)，生物质燃气阀门(5)，点火嘴(6)，点火孔(7)，送风机(8)，送风管(9，11)，送风阀门(10)，和送风孔(13)，其中点火用细燃气管(2)在燃烧器的加热管(1)内底部并且与加热管(1)呈密闭连结结构，点火嘴(6)在加热管(1)的内前端并且与点火孔(7)基本上在一条直线上，同时送风孔(13)在加热管的尾部。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，数个并列的加热管(1)相连结合并固定在热水器上，形成一体结构。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，点火用细燃气管(2)固定在多个加热管中的一个加热管(1)内，由点火用燃气阀门(3)调节燃气出气量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，每个加热管(1)都连接生物质燃气管(4，12)，各自由阀门(5)控制燃气量。
5.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，加热管(1)尾部上连接送风管(9)，送风管(9)连接送风机(8)，由阀门(10)控制送风量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，其中所述生物质燃气是从建筑垃圾回收的生物质进行气化得到的生物质燃气。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，其中该燃烧器适用于生物质燃气的燃烧，能够使98体积％以上的生物质燃气完全燃烧。
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