CN106838992B - 生物质燃烧节能减排供暖*** - Google Patents

生物质燃烧节能减排供暖*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃烧节能减排供暖***，包括：燃烧炉、蓄水罐和换热器，燃烧炉的进水端与蓄水罐的出水口连接，蓄水罐的进水口与换热器的出水口连接，换热器的进水口与燃烧炉的出水端连接。本发明解决生物质气化热转换率低的问题，以及生物质燃烧不充分，产生焦油和有害气体的问题。

Description

生物质燃烧节能减排供暖***
技术领域
本发明涉及供暖***。更具体地说，本发明涉及一种生物质燃烧节能减排供暖***。
背景技术
我国是一个农业大国，在农业生产和农产品加工中产生了大量的农作物秸秆、糠渣等生物质资源。传统的利用方式主要用作家庭能源、饲料、肥料、工业原料和建筑材料。随着农业技术现代化和农业经济的快速发展，农村生活水平大幅的提高和生活生产方式的突变，农村家庭选择商品能源的比例在不断提高，将农作物秸秆用作能源的数量不断下降，商品能源(如煤、液化气等)已成为主要炊事用能。养殖所用以生物质秸秆，野草饲料被商品饲料替代，农业生产所需的生物质有机肥料被无机化肥替代，农民生活和农业生产所用秸秆急剧下降。同时，农作物秸秆产量随农作物，特别是粮食作物产量的增加而急速增加。农作物秸秆的供过于求导致秸秆被弃于田间地头、房屋院落，甚至在田间被直接焚烧。遗弃在房屋院落和田间的秸秆会影响环境和引发火灾，导致水源污染。在露天焚烧秸秆会污染空气，危害人民健康，特别在机场、公路附近燃烧会影响交通安全，造成飞机停飞，高速公路汽车追尾相撞，行道树被烧毁等不良后果。目前，尽管各地政府都出台了禁止秸秆露天焚烧的法规，但是露天焚烧农作物秸秆仍然屡禁不止，环境造成严重污染，给社会造成巨大经济损失。
在秸秆等生物质资源被浪费的同时，我国工农业生产中使用的燃气、燃油、热能、煤炭、石油等目前的主要石化能源正在日益减少，严重缺乏，能源危机已经成为社会发展的瓶颈问题，是目前迫切需要解决的问题。
随着社会的快速发展，人们对于节能减排和生态环境保护越来越加重视，不断寻求使用新的能源，治理大气污染，节能减排，减少温室效应。以农作物秸秆、粪便、糠渣等生物质废弃资源综合转化为可利用资源的技术已引起政府各级部门的高度关注。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种生物质燃烧节能减排供暖***，解决生物质气化热转换率低的问题，以及生物质燃烧不充分，产生焦油和有害气体的问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种生物质燃烧节能减排供暖***，包括：燃烧炉、蓄水罐和换热器，燃烧炉的进水端与蓄水罐的出水口连接，蓄水罐的进水口与换热器的出水口连接，换热器的进水口与燃烧炉的出水端连接，所述燃烧炉包括：
外筒体，其为内部中空、下端封闭、上端设有一圆形开口的圆柱形结构，所述外筒体的下部设有可开关的第一掏灰口；
内筒体，其为内部中空、上下开口的圆柱形结构，所述内筒体设置于外筒体内，且与所述外筒体同轴设置，所述内筒体的顶部与外筒体的顶部齐平，且所述内筒体顶端的开口与所述外筒体上端的圆形开口无缝连接，所述内筒体的纵向长度小于所述外筒体的纵向长度，所述内筒体的下部沿内筒体圆周方向间隔开设多个进气孔；
进料筒，其呈上大下小的圆台结构，所述进料筒的顶面封闭，与所述内筒体同轴设置，所述进料筒的底部与所述内筒体的顶端无缝连接且连通，所述进料筒内设置有导料板，所述导料板呈螺旋状由上至下延伸至进料筒的底部，所述导料板的第一侧贴合进料筒的内壁设置，所述导料板与第一侧相对的第二侧竖直向上延伸出一竖板，所述进料筒的顶部分别设有与所述导料板上端相接的两个进料口；
沉降台，其为上小下大内部中空的圆台状结构，其顶部与所述内筒体的底部通过炉篦无缝连接，沉降台内部的中空结构由上至下形成燃烧室和落灰室，所述燃烧室为上大下小的圆台结构，所述燃烧室的顶部与所述沉降台的顶部共面；所述落灰室为上小下大的圆台结构，所述落灰室的顶部与所述燃烧室的底部无缝连接且连通，所述落灰室的底部与所述第一掏灰口连通；
进气通道，其为管壁绕所述内筒体下部由内向外呈螺旋状环绕的单螺旋形通道，进气通道的管壁底部与所述沉降台的圆锥面无缝固定，进气通道的管壁顶端水平密封以使所述进气通道形成包覆在所述内筒体下部外侧的圆柱形结构；所述进气通道位于所述内筒体的一端通过所述多个进气孔与内筒体连通，所述进气通道远离内筒体的一端连通一进气管穿出所述外筒体与外部连通；
换热通道，其包括换热水管与换热夹层，所述换热水管绕内筒体的外周由内向外呈螺旋状设置在所述进气通道与外筒体顶壁之间，所述换热水管的外壁将所在外筒体的空间限定呈螺旋状的排气通道；所述换热夹层为套设在所述进料筒外部与进料筒外壁形成的中空夹层，所述换热夹层的上端设有出水端；所述换热水管远离内筒体的一端为进水端，其延伸出外筒体，并与蓄水罐的出水口连接，所述换热水管靠近内筒体的一端为出水端，其与所述换热夹层的下部连通；排气通道的进气端通过外筒体内壁与进气通道的外层管壁之间的孔隙与落灰室连通；
烟囱，其为与所述进料筒同轴设置套设在所述进料筒和所述换热夹层外部的环形烟腔，所述烟囱的顶端封闭，其侧壁上部设有排气口，排气通道靠近所述内筒体的一端为出气端，其与烟囱的下部连通；所述环形烟腔内倾斜设置有环形滤板，以将烟腔分隔为上、下两个空间，与所述环形滤板最低端对应的烟囱壁上设置有可开关的第二掏灰口。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述导料板的上表面设置有木炭层。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述内筒体的内壁且位于多个进气孔上方均匀设置有多个向下倾斜的隔板，所述隔板的第一端与所述内筒体的内壁固定，所述隔板的第二端朝向内筒体的中心轴，所述隔板上设置有木炭层。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述隔板上开设有均匀分布的通孔，所述通孔的孔径为1mm，所述隔板与水平面的夹角为30°～45°。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述进料筒顶部设置有进气口。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述落灰室与所述燃烧室的高度比为1:6，燃烧室顶端、燃烧室底端以及落灰室底端的内径比为3:2:6。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述烟囱侧壁上部设置有点燃口，所述环形烟腔内倾斜设置有环形滤板，以将烟腔分隔为上、下两个空间，与所述环形滤板最低端对应的烟囱壁上设置有可开关的第二掏灰口。
优选的是，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述环形滤板与水平面的夹角为30-45°。
本发明至少包括以下有益效果：
1、生物质供暖***将生物质原料例如秸秆与家庭供热管道相结合，摒弃了传统供暖设备采用天然气作为燃料，解决了新农村节能改造、节能减排等问题，后期费用低，更利于在农村推广。
2、本申请中内筒体的隔板上设置的木炭层，作为焦油的催化剂，使生物质燃料在内筒体中燃烧时焦油就被充分催化，显著提高生物质气化效率。
3、进料筒中设置两个进料口，分别均匀进生物质燃料以及从落灰室排出的灰烬，利用灰烬的余热对生物质燃料加热，并进行一次燃烧，通过在进料筒设置螺旋的导料板并设置竖板，使生物质料和灰烬沿导料板进行螺旋运动，延长了其在进料筒中的运动路径，使灰烬与生物质料混合更均匀，燃烧更充分，相较于没有设置导料板且其他相同的进料筒，相同量的生物质燃料和灰烬在本申请的进料筒中一次燃烧的生物质气化率至少提高了30％。并且灰烬进入内筒体在高温条件下将没有完全热解的物料进行再次的热解，确保物料的充分燃烧。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的生物质燃烧节能减排供暖***的结构示意图；
图2为本发明所述燃烧炉的结构示意图；
图3为换热通道中换热水管与排气通道的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，本发明提供一种生物质燃烧节能减排供暖***，包括：燃烧炉1、蓄水罐2和换热器3，燃烧炉1的进水端与蓄水罐2的出水口连接，蓄水罐2的进水口与换热器3的出水口连接，换热器3的进水口与燃烧炉1的出水端连接，所述燃烧炉1包括：
外筒体11，其为内部中空、下端封闭、上端设有一圆形开口的圆柱形结构，所述外筒体11的下部设有可开关的第一掏灰口111，生物质燃烧后的灰烬从第一掏灰口排出。
内筒体12，其为内部中空、上下开口的圆柱形结构，所述内筒体12设置于外筒体11内，且与所述外筒体11同轴设置，所述内筒体12的顶部与外筒体11的顶部齐平，且所述内筒体12顶端的开口与所述外筒体11上端的圆形开口无缝连接，所述内筒体12的纵向长度小于所述外筒体11的纵向长度，以使外筒体11的底部可以设置沉降台14。所述内筒体12的下部沿内筒体12圆周方向间隔开设多个进气孔121，其与进气通道15连通。
进料筒13，其呈上大下小的圆台结构，所述进料筒13的顶面封闭，与所述内筒体12同轴设置，所述进料筒13的底部与所述内筒体12的顶端无缝连接且连通，所述进料筒13内设置有导料板131，所述导料板131呈螺旋状由上至下延伸至进料筒13的底部，所述导料板131的第一侧贴合进料筒13的内壁设置，所述导料板131与第一侧相对的第二侧竖直向上延伸出一竖板，螺旋状的设有竖板的导料板使生物质料和灰烬沿导料板进行螺旋运动，延长了其在进料筒中的运动路径，使灰烬与生物质料混合更均匀，燃烧更充分。所述进料筒13的顶部分别设有与所述导料板131上端相接的两个进料口132与133，这里设置两个进料口，分别进生物质料和灰烬，利用灰烬的余热对生物质在进料过程中进行加热，大大提高了热效率的应用，同时对灰烬进行一个再次的燃烧，确保灰烬中的可燃物充分热解。
沉降台14，其为上小下大内部中空的圆台状结构，其顶部与所述内筒体12的底部通过炉篦4无缝连接，沉降台14内部的中空结构由上至下形成燃烧室141和落灰室142，所述燃烧室141为上大下小的圆台结构，所述燃烧室141的顶部与所述沉降台14的顶部共面；所述落灰室142为上小下大的圆台结构，所述落灰室142的顶部与所述燃烧室141的底部无缝连接且连通，所述落灰室142的底部与所述第一掏灰口111连通。沉降台设置为圆台结构，在圆台结构内再依次开设燃烧室和落灰室，沉降台的壁面对燃烧后的灰烬具有一个导向作用，使灰烬朝向外筒体的底部运动，防止灰烬在气体的带动下向排气通道运动，降低排气通道内的换热效率。生物质燃烧生产的气体由外筒体的底部向上运动进入排气通道，高温气体对换热水管流动的水进行换热。
进气通道15，其为管壁绕所述内筒体12下部由内向外呈螺旋状环绕的单螺旋形通道，进气通道15的管壁底部与所述沉降台14的圆锥面无缝固定，进气通道15的管壁顶端水平密封以使所述进气通道15形成包覆在所述内筒体12下部外侧的圆柱形结构；所述进气通道15位于所述内筒体12的一端通过所述多个进气孔121与内筒体12连通，所述进气通道15远离内筒体12的一端连通一进气管151穿出所述外筒体11与外部连通。进气通道设置于内外筒体之间，利用生物质燃烧产生的热量对进气通道进行预热，使通入的空气、富氧空气或者臭氧(不限于此处举例的气体)经过加热后再进入内筒体与生物质料反应，提高了反应温度，并且进气通道还具有储存气体的作用。
换热通道16，其包括换热水管161与换热夹层162，换热水管161中通入水，所述换热水管161绕内筒体12的外周由内向外呈螺旋状设置在所述进气通道15与外筒体11顶壁之间，所述换热水管161的外壁将所在外筒体11的空间限定呈螺旋状的排气通道163，排气通道163内流动着生物质热解产生的高热值气体。所述换热夹层162为套设在所述进料筒13外部与进料筒13外壁形成的中空夹层，所述换热夹层162的上端设有出水端，其与换热器3的进水口连通；所述换热水管161远离内筒体12的一端为进水端1611，其延伸出外筒体11，并与蓄水罐2的出水口连接，所述换热水管161靠近内筒体12的的一端为出水端1612，其与所述换热夹层162的下部连通；排气通道163的进气端通过外筒体11内壁与进气通道163的外层管壁之间的孔隙与落灰室142连通，即附图2中虚线箭头所示，为热交换高温气体流向，先由落灰室进入排气通道的最外层，随排气通道的螺旋结构向靠近内筒体的方向排出。当换热水管呈螺旋状设置于内筒体的外周时，水路呈螺旋状进出，与螺旋状的排气通道中的热气充分的进行热交换，再经由设置在进料筒外部的换热夹层，经与进料筒内产生的热量进一步进行热交换后输送至换热器，实现对用户的供暖。
烟囱17，其为与所述进料筒13同轴设置套设在所述进料筒13和所述换热夹层162外部的环形烟腔，所述烟囱17的顶端封闭，其侧壁上部设有排气口171，排气通道163靠近所述内筒体12的一端为出气端1631，其与烟囱17的下部连通。烟囱套设于进料筒外，利用从烟囱中的气体余热对进料筒中的物料进行加热，充分利用了排出气体的热值，提高了热转换率。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述导料板131的上表面设置有木炭层，以在进料筒中催化一部分焦油。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述内筒体12的内壁且位于多个进气孔121上方均匀设置有多个向下倾斜的隔板18，所述隔板18的第一端与所述内筒体12的内壁固定，所述隔板18的第二端朝向内筒体12的中心轴，并且没有到达中心轴，所述隔板18上设置有木炭层。木炭作为非金属催化剂，能够裂解生物质料热解过程中产生的焦油，由于隔板作为倾斜设置的，木炭在裂解过程中产生的积炭在灰烬的碰撞下会带走部分积炭，提高木炭的活性，并且隔板还具有导向作用。
在导料板和隔板上的木炭层的作用下，使全部焦油催化转化为气体。对燃烧室底部的气体进行焦油检测含量为0，做到了焦油的0排放，防止焦油进入换热夹层粘附于换热水管的外壁而堵塞换热夹层，且影响水路的换热。
将相同形状和质量的木炭分别水平设置作为1组，倾斜设置作为2组(与水平面的夹角为30°～45°)，分别向1组和2组通入含等量焦油的气体60min，之后测试1组和2组木炭的比表面积，2组的木炭比表面积高于1组比表面积7.1％。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述隔板18上开设有均匀分布的通孔，所述通孔的孔径为1mm，所述隔板18与水平面的夹角为30°～45°。具有一定分隔作用，使部分灰烬可以从通孔穿过，从而与没有燃烧完全的生物质料在内筒体内分开反应，使生物质料在内筒体内更集中，反应温度更高，且反应更充分；其中，灰烬位于内筒体内的外圈，生物质料位于内筒体的内圈下降。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述进料筒13顶部设置有进气口134。需要时可向进气口通入富氧空气，使生物质料在进料筒即开始燃烧，延长燃烧路径。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述落灰室142与所述燃烧室141的高度比为1:6，燃烧室141顶端、燃烧室141底端以及落灰室142底端的内径比为3:2:6。在此高度比下和内径比下，能避免灰烬被热气体带走堵塞管路，以及影响与水路的热交换。经检测，灰烬被热气带走率低于0.4％。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述烟囱17侧壁上部设置有点燃口172，所述环形烟腔内倾斜设置有环形滤板173，以将烟腔分隔为上、下两个空间，与所述环形滤板173最低端对应的烟囱17壁上设置有可开关的第二掏灰口174。在该技术方案中，进一步对排出气体进行燃烧，确保燃烧充分不污染环境，其中，环形滤板的孔径设置为允许气体通过，而产生的灰烬无法通过，通常灰烬的尺寸为20-300um。
在另一种技术方案中，所述的生物质燃烧节能减排供暖***，所述环形滤板173与水平面的夹角为30-45°，在该角度下灰烬可聚集与较低的一端，方便掏灰。
在上述技术方案中，供暖***的工作原理为：燃烧炉利用生物质燃料和回灰先在进料筒内进行混匀热解，然后落入内筒体中，在进气通道不断鼓入富氧气体的条件下，内筒体内的生物质燃料以及经过初步热解的生物质燃料进一步反应，经过炉篦落入燃烧室内，由于燃烧室内与内筒体连通，部分富氧气体进入燃烧室内，使燃烧更充分，产生高温气体和灰，灰从第一掏灰口排出，高温气体则从落灰室自下而上进入换热通道的排气通道内，与换热水管内的液体进行热交换，高温气体从烟囱排出并对进料筒传热，而经过换热的高温液体则经过换热夹层进一步热交换，进入换热器中，换热器中的热水经过热能输出，高温液体温度降低，经换热器排出，进入蓄水罐中，蓄水罐中的水再经过燃烧炉进行换热，循环利用，本方案中，可以在换热器处设置电磁阀调节水量来调节换热器的温度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种生物质燃烧节能减排供暖***，包括：燃烧炉、蓄水罐和换热器，燃烧炉的进水端与蓄水罐的出水口连接，蓄水罐的进水口与换热器的出水口连接，换热器的进水口与燃烧炉的出水端连接，所述燃烧炉包括内部中空且下端封闭的外筒体以及内部中空的内筒体，所述外筒体的下部设有可开关的第一掏灰口，所述内筒体设置于外筒体内，其特征在于，
所述外筒体上端设有一圆形开口的圆柱形结构；
所述内筒体为上下开口的圆柱形结构，且与所述外筒体同轴设置，所述内筒体的顶部与外筒体的顶部齐平，且所述内筒体顶端的开口与所述外筒体上端的圆形开口无缝连接，所述内筒体的纵向长度小于所述外筒体的纵向长度，所述内筒体的下部沿内筒体圆周方向间隔开设多个进气孔；
进料筒，其呈上大下小的圆台结构，所述进料筒的顶面封闭，与所述内筒体同轴设置，所述进料筒的底部与所述内筒体的顶端无缝连接且连通，所述进料筒内设置有导料板，所述导料板呈螺旋状由上至下延伸至进料筒的底部，所述导料板的第一侧贴合进料筒的内壁设置，所述导料板与第一侧相对的第二侧竖直向上延伸出一竖板，所述进料筒的顶部分别设有与所述导料板上端相接的两个进料口；
沉降台，其为上小下大内部中空的圆台状结构，其顶部与所述内筒体的底部通过炉篦无缝连接，沉降台内部的中空结构由上至下形成燃烧室和落灰室，所述燃烧室为上大下小的圆台结构，所述燃烧室的顶部与所述沉降台的顶部共面；所述落灰室为上小下大的圆台结构，所述落灰室的顶部与所述燃烧室的底部无缝连接且连通，所述落灰室的底部与所述第一掏灰口连通；
进气通道，其为管壁绕所述内筒体下部由内向外呈螺旋状环绕的单螺旋形通道，进气通道的管壁底部与所述沉降台的圆锥面无缝固定，进气通道的管壁顶端水平密封以使所述进气通道形成包覆在所述内筒体下部外侧的圆柱形结构；所述进气通道位于所述内筒体的一端通过所述多个进气孔与内筒体连通，所述进气通道远离内筒体的一端连通一进气管穿出所述外筒体与外部连通；
换热通道，其包括换热水管与换热夹层，所述换热水管绕内筒体的外周由内向外呈螺旋状设置在所述进气通道与外筒体顶壁之间，所述换热水管的外壁将所在外筒体的空间限定呈螺旋状的排气通道；所述换热夹层为套设在所述进料筒外部与进料筒外壁形成的中空夹层，所述换热夹层的上端设有出水端；所述换热水管远离内筒体的一端为进水端，其延伸出外筒体，并与蓄水罐的出水口连接，所述换热水管靠近内筒体的一端为出水端，其与所述换热夹层的下部连通；排气通道的进气端通过外筒体内壁与进气通道的外层管壁之间的孔隙与落灰室连通；
烟囱，其为与所述进料筒同轴设置套设在所述进料筒和所述换热夹层外部的环形烟腔，所述烟囱的顶端封闭，其侧壁上部设有排气口，排气通道靠近所述内筒体的一端为出气端，其与烟囱的下部连通；所述环形烟腔内倾斜设置有环形滤板，以将烟腔分隔为上、下两个空间，与所述环形滤板最低端对应的烟囱壁上设置有可开关的第二掏灰口。
2.如权利要求1所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述导料板的上表面设置有木炭层。
3.如权利要求1所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述内筒体的内壁且位于多个进气孔上方均匀设置有多个向下倾斜的隔板，所述隔板的第一端与所述内筒体的内壁固定，所述隔板的第二端朝向内筒体的中心轴，所述隔板上设置有木炭层。
4.如权利要求3所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述隔板上开设有均匀分布的通孔，所述通孔的孔径为1mm，所述隔板与水平面的夹角为30°～45°。
5.如权利要求1所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述进料筒顶部设置有进气口。
6.如权利要求1所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述落灰室与所述燃烧室的高度比为1:6，燃烧室顶端、燃烧室底端以及落灰室底端的内径比为3:2:6。
7.如权利要求1所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述烟囱侧壁上部设置有点燃口，所述环形烟腔内倾斜设置有环形滤板，以将烟腔分隔为上、下两个空间，与所述环形滤板最低端对应的烟囱壁上设置有可开关的第二掏灰口。
8.如权利要求7所述的生物质燃烧节能减排供暖***，其特征在于，所述环形滤板与水平面的夹角为30-45°。
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