CN107726367A - 一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉 - Google Patents

一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉 Download PDF

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吴金山
赵春生
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Abstract

本发明提出的一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，属于生物质燃烧设备技术领域。包括料箱，位于料箱下方的燃烧室，与燃烧室后端侧壁固定且连通的设备箱，分别位于燃烧室内底部中央和前端的灰斗和换热器，以及下料***、燃烧***、送风***和点火***；下料***包括依次连接的下料隔板、下料驱动曲柄连杆、下料驱动电机和下料行程开关；燃烧***包括炉排支架，固定炉排，依次相连的活动炉排、炉排驱动曲柄连杆、炉排驱动电机和炉排行程开关；送风***包括一次风机、二次风机、二次风管和两个二次风腔；点火***包括点火风机、点火器和点火风管。本发明能同时满足用户采暖和炊事需求，自动化程度高，效率高，污染排放低，操作简便。

Description

一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉
技术领域
本发明涉及一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，属于生物质燃烧设备技术领域。
背景技术
我国生物质资源丰富，每年可利用生物质资源的理论总量约4.96亿吨标准煤，完全能满足农村2.57亿吨标准煤的非电生活用能。但现阶段只有约8％的生物质资源被利用，约30％的秸秆(约1亿tce)被露天焚烧或随意丢弃，造成了严重的能源浪费和环境污染(清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能发展年度研究报告2016.北京：中国建筑工业出版社，2016)。通过高效清洁的生物质炉具燃烧生物质燃料来进行采暖和炊事，是农村地区合理利用生物质的正确途径。现有技术中，生物质炊事采暖炉仍然存在结构不合理，自动化程度低等问题，具体包括：(1)很大一部分炉具为单独的采暖炉或炊事炉，无法同时满足炊事和采暖需求；(2)炉具进料为无传送机构的被动进料，下料速度和下料量无法控制；(3)炉排主要为固定炉排，燃料与空气接触空间小，燃烧不充分；(4)很大一部分炉具的一次风和二次风采用自然通风，很难对配风进行定量化控制；(5)点火需要手动点火，点火过程繁琐；(6)换热器的换热面积在烟气流程中保持不变，未考虑烟气温度变化带来的体积变化问题，导致炉具换热效率偏低。因此，开发适合农村地区使用的能同时满足采暖和炊事需求的生物质炉具对于实现生物质资源的规模化、清洁化利用具有重要作用。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，旨在解决农村地区生物质资源不合理利用带来的能源浪费和环境污染等问题和满足农村地区采暖和炊事用能需求。
本发明技术方案如下：
一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于，包括料箱(2)，位于料箱(2)下方的燃烧室(37)，与燃烧室(37)后端侧壁固定且连通的设备箱(29)，位于燃烧室(37)内底部中央的灰斗(21)和与燃烧室内前端侧壁固定且上方连通的换热器，以及下料***、燃烧***、送风***和点火***；其中，
所述下料***包括与所述燃烧室(37)顶部和料箱(2)底部相接触的下料隔板(3)，与该下料隔板(3)依次连接的下料驱动曲柄连杆(32)和固定于设备箱(29)侧壁外的下料驱动电机(30)，以及固定于设备箱(29)后端侧壁上的下料行程开关(28)；
所述燃烧***包括位于燃烧室(37)内的炉排支架(22)，均位于灰斗(21)上部的固定炉排(18)和活动炉排(19)，与该活动炉排(19)后端依次连接的炉排驱动曲柄连杆(23)和固定于设备箱(29)侧壁外的炉排驱动电机(24)，以及固定于设备箱(29)后端侧壁上的炉排行程开关(25)；固定炉排(18)上表面与固定在活动炉排(19)前端的延伸竖板下表面接触，该固定炉排(18)后端通过炉排支架(22)支撑于燃烧室(37)侧壁上；位于固定炉排(18)前端上表面固定有掉灰门(16)；在所述燃烧室(37)内位于活动炉排(19)和固定炉排(18)上方设有炉膛(17)；位于炉排上方的燃烧室(37)顶部设有炊事火口(36)；
所述送风***位于燃烧***和下料***的中部，包括出风口位于设备箱(29)内部的一次风机(26)、出风口位于燃烧室(37)内部的二次风机(31)、分别固定于炉膛两侧壁的第一二次风腔(8)和第二二次风腔(8a)、以及两端分别与二次风机(31)出风口和第一二次风腔(8)连通的二次风管(4)；两个二次风腔靠近固定炉排(18)的侧壁上均分布有二次风孔；
所述点火***位于送风***和燃烧***中部，包括出风口位于燃烧室(37)内的点火风机(27)、固定于第一二次风腔(8)下表面和活动炉排(19)上表面之间的点火器(20)、以及连接所述点火风机(27)和点火器(20)的点火风管(5)。
所述换热器包括水冷壁(10)和烟道(11)，该换热器内除烟道(11)外的空间为连通的水冷壁(10)，该水冷壁(10)的上、下侧分别设有出水管(33)和进水管(34)；所述烟道(11)为沿平行于活动炉排运动方向布设的三排横截面积逐渐减小的垂直管道。
该两用炉还包括位于燃烧室(37)前端外的除尘***；该除尘***包括依次通过排烟管(12)连接的旋风除尘器(15)、布袋除尘器(14)和排烟风机(13)，所述旋风除尘器(15)的进口通过排烟管(12)与所述换热器内后端的垂直烟道出口连接。
所述设备箱(29)内设有集成可编辑逻辑控制器、送电控制器和电源控制器于一体的综合控制板，该综合控制板分别与各行程开关、驱动电机、风机以及点火器电连接。
本发明具有以下优点及突出性效果：①通过布置换热器和炊事火口，能同时满足用户采暖和炊事需求；②通过采用自动下料***和活动固定炉排搭配的自动燃烧***，自动化运行提高了燃烧稳定性，提高了燃料燃烧率，降低了污染物排放；③通过变烟道换热面积的换热器与水换热，提高了对流换热能力，增强了换热强度；④通过程序控制驱动电机动作，实现运行自动化，解放了劳动力；⑤本发明结构简单，使用简便。
附图说明
图1为本发明提供的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉的俯视图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为图2的B-B剖面图。
图4为图2的C-C剖面图。
图5为图2的D-D剖面图。
图中各部件表示：1-料箱盖；2-料箱；3-下料隔板；4-二次风管；5-点火风管；6-挡板；7-第一二次风孔；7a-第二二次风孔；8-第一二次风腔；8a-第二二次风腔；9-后侧炉膛内壁；9a-前侧炉膛内壁；10-水冷壁；11-烟道；12-排烟管；13-排烟风机；14-布袋除尘器；15-旋风除尘器；16-掉灰门；17-炉膛；18-固定炉排；19-活动炉排；20-点火器；21-灰斗；22-炉排支架；23-炉排驱动曲柄连杆；24-炉排驱动电机；25-炉排行程开关；26-一次风机；27-点火风机；28-下料行程开关；29-设备箱；30-下料驱动电机；31-二次风机；32-下料驱动曲柄连杆；33-出水管；34-进水管；35-炊事火口盖；36-炊事火口,37-燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理、具体结构作进一步的说明。
图1为本发明提供的一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉的俯视图，图2为图1的A-A剖面图，图3为图2的B-B剖面图，图2为图1的C-C剖面图，图5为图2的D-D剖面图。
本发明的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，包括料箱2，位于料箱2下方的燃烧室37，与燃烧室37后端侧壁固定且连通的设备箱29，位于燃烧室37内底部中央的灰斗21和与燃烧室内前端侧壁固定且上方连通的换热器，以及下料***、燃烧***、送风***和点火***；其中，
所述下料***包括与燃烧室37顶部和料箱2(该料箱上部开口盖有料箱盖1)底部相接触的下料隔板3，与该下料隔板3依次连接的下料驱动曲柄连杆32和固定于设备箱29侧壁外的下料驱动电机30，以及固定于设备箱29后端侧壁上的下料行程开关28；当下料驱动曲柄连杆32位于最后端时与下料行程开关28接触；下料隔板3前端设有隔热水泥块4，用于防止下料隔板3和料箱2底部温度过高；下料驱动电机30连接下料驱动曲柄连杆32驱动下料隔板3在多次动作下到达最前端，实现颗粒燃料少量多次喂料；
所述燃烧***包括位于燃烧室37内的炉排支架22，均位于灰斗21上部的固定炉排18和活动炉排19，与该活动炉排19后端依次连接的炉排驱动曲柄连杆23和固定于设备箱29侧壁外的炉排驱动电机24，以及固定于设备箱29后端侧壁上的炉排行程开关25，当炉排驱动曲柄连杆23位于最后端时与炉排行程开关25接触；固定炉排18上表面与固定在活动炉排19前端的延伸竖板下表面接触，该固定炉排18后端通过炉排支架22支撑于燃烧室37侧壁上；位于固定炉排18前端上表面固定有掉灰门16，上层燃料在前侧炉膛内壁9a阻挡下停留在固定炉排18上，下层灰烬从该掉灰门16掉至灰斗21中；在所述燃烧室(37)内位于活动炉排(19)和固定炉排(18)上方设有炉膛(17)；位于活动炉排19和固定炉排18上方的燃烧室37顶部设有炊事火口36；本实施例的活动炉排19和固定炉排18上均布置有多个炉排透气槽，各炉排透气槽的宽度均为5mm，且活动炉排19上位于前端透气槽的数量较后端多；本实施例的活动炉排19在炉排驱动电机24的驱动和炉排驱动曲柄连杆23的带动下实现往复运动，活动炉排19上燃料在后侧炉膛内壁9阻挡下逐步向前推进，直至掉落至固定炉排18，活动炉排19前侧延伸竖板在活动炉排19运动过程中推动固定炉排18上燃料不断前进，燃料燃尽后的灰分被推至灰斗21中；
所述送风***位于燃烧***和下料***的中部，包括出风口位于设备箱29内部的一次风机26、出风口位于燃烧室37内部的二次风机31、分别固定于炉膛两侧壁的第一二次风腔8和第二二次风腔8a、以及两端分别与二次风机31出风口和第一二次风腔8连通的二次风管4；第一、第二二次风腔靠近固定炉排18的侧壁上分别分布有第一二次风孔7和第二二次风孔7a；本实施例的一次风机26固定于设备箱29后端侧壁上，一次风先送入设备箱29用于冷却下料驱动电机30和炉排驱动电机24，然后再送至燃料层；本实施例的第一、第二二次风孔均为一排直径为6mm的圆孔，且二次风孔的出风口方向为斜向下朝炉膛17中部，第一二次风腔8顶部设置成便于下料的斜截面；本实施例的燃烧室37内顶部位于下料隔板3前侧处还设有挡板6，该挡板6底部与第一二次风腔8侧壁之间留有20mm空隙，该挡板6一方面阻挡火焰延伸至料箱2，另一方面可防止单次喂料过多过快。
所述点火***位于送风***和燃烧***中部，且位于燃烧***上方30～50mm处，包括出风口位于燃烧室37内的点火风机27、固定于第一二次风腔8下表面和活动炉排19上表面之间的点火器20、以及连接所述点火风机27和点火器20的点火风管5；该点火***为自动点火***，点火器20在开启状态下发热，点火风机27连续将通过高温点火器20的热风吹至炉排燃料层，直至燃料被点燃；本实施例的点火器20采用氮化硅高温陶瓷制成，发热稳定且使用寿命长，点火风机27和点火器20共同启停。
所述换热器与靠近掉灰门16的燃烧室37前端侧壁连接且上方连通，包括水冷壁10和烟道11，该换热器内除烟道11外的空间为连通的水冷壁10，该水冷壁10的上、下侧分别设有出水管33和进水管34；烟道11为沿平行于活动炉排19运动方向布设的三排横截面积逐渐减小的垂直管道，即根据烟气流经顺序设置的三个回程；本实施例中位于后端的一排垂直管道包括多个正方形烟管，烟气方向为下降方向，对应第一回程；位于中部的一排垂直管道包括多个交替排列的正方形烟管和圆形烟管，烟气方向为上升方向，对应第二回程；位于前端的一排垂直管道包括多个圆形烟管，烟气方向为下降方向，对应第三回程；且正方形烟管的边长和圆形烟管的截面直径均为50mm。
所述炊事火口36位于活动炉排19前端对应的燃烧室37上表面，该炊事火口36上方设置可揭开的炊事火口盖35，炊事火口盖35下表面覆盖有硅酸铝纤维隔热保温板。
本发明两用炉还包括位于燃烧室37前端外的除尘***；该除尘***包括依次通过排烟管12连接的旋风除尘器15、布袋除尘器14和排烟风机13，所述旋风除尘器15的进口通过排烟管12与换热器内后端的垂直烟道出口连接；本实施例布袋除尘器14内的滤料采用耐高温的涤纶滤料。
所述设备箱29内设有集成可编辑逻辑控制器(PLC)、送电控制器和电源控制器于一体的综合控制板，该综合控制板分别与各行程开关、驱动电机、风机以及点火器电连接，用于自动控制燃烧器正常稳定运行；其中，下料行程开关28处于常开状态，通过综合控制板控制该下料行程开关28的闭合时间决定下料隔板3的起始前进时间，炉排行程开关25作用与下料行程开关类似。本实施例综合控制板内各控制器均采用常规芯片。
本发明各组成零部件均为常规产品。
本发明的原理和工作过程如下：
将生物质颗粒燃料加入料箱2中，盖好料箱盖1，下料驱动电机30驱动下料驱动曲柄连杆32带动下料隔板3后撤至下料驱动曲柄连杆32与下料行程开关28接触，下料行程开关28闭合，下料驱动电机30停止工作，颗粒燃料经料箱2和下料隔板3空隙掉落至下料隔板3前方空隙，下料行程开关28在综合控制板控制下弹开，下料驱动电机30驱动下料隔板3向前运动，分次推动燃料掉落在活动炉排19上；点火器20开启，点火风机27将点火器20发热量吹至活动炉排19的燃料区域，待燃料着火后关闭点火器20完成点火；炉排驱动电机24驱动炉排驱动曲柄连杆23带动活动炉排19往复运动，燃料在后侧炉膛内壁9阻挡下逐步推至活动炉排19前端，然后掉落至固定炉排18继续燃烧，活动炉排19前部延伸竖板不断推动固定炉排18上燃料往前，最后灰分经掉灰门16掉落至灰斗21中，炉排行程开关25作用与下料行程开关28类似；一次风经一次风机26送入设备箱29，然后经与设备箱29连通的燃烧室37送至燃料区域；二次风由二次风机31经二次风管4送入二次风腔，然后从二次风孔进入炉膛17上部与烟气中的可燃成分燃烧；充分燃烧后的烟气从炉膛17上部进入烟道11，采暖循环水从进水管34进入水冷壁10，与烟道11中的烟气换热后从出水管33流出，烟气在烟道11中温度逐渐降低，三排烟道11面积逐渐减小以适应烟气温度降低带来的体积缩小特点，保证了烟气流通速度，强化传热；换热后的低温烟气从烟道11出口流出进入排烟管12，然后经过旋风除尘器15过滤烟气中的大颗粒物，再通过布袋除尘器14过滤细颗粒物，后经排烟风机13排出；结束运行前，先使下料隔板3运行至最前端，使料箱2底部呈封闭状态，然后关闭下料驱动电机30，待活动炉排19往复动作几次使得活动炉排19和固定炉排18上燃料燃尽时，关闭炉排驱动电机24，关闭一次风机26和二次风机37，烟气排尽后关闭排烟风机13，最后拉出灰斗21倒灰，然后将灰斗21装入燃烧室底部压紧。

Claims (10)

1.一种生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于，包括料箱(2)，位于料箱(2)下方的燃烧室(37)，与燃烧室(37)后端侧壁固定且连通的设备箱(29)，位于燃烧室(37)内底部中央的灰斗(21)和与燃烧室内前端侧壁固定且上方连通的换热器，以及下料***、燃烧***、送风***和点火***；其中，
所述下料***包括与所述燃烧室(37)顶部和料箱(2)底部相接触的下料隔板(3)，与该下料隔板(3)依次连接的下料驱动曲柄连杆(32)和固定于设备箱(29)侧壁外的下料驱动电机(30)，以及固定于设备箱(29)后端侧壁上的下料行程开关(28)；
所述燃烧***包括位于燃烧室(37)内的炉排支架(22)，均位于灰斗(21)上部的固定炉排(18)和活动炉排(19)，与该活动炉排(19)后端依次连接的炉排驱动曲柄连杆(23)和固定于设备箱(29)侧壁外的炉排驱动电机(24)，以及固定于设备箱(29)后端侧壁上的炉排行程开关(25)；固定炉排(18)上表面与固定在活动炉排(19)前端的延伸竖板下表面接触，该固定炉排(18)后端通过炉排支架(22)支撑于燃烧室(37)侧壁上；位于固定炉排(18)前端上表面固定有掉灰门(16)；在所述燃烧室(37)内位于活动炉排(19)和固定炉排(18)上方设有炉膛(17)；位于炉排上方的燃烧室(37)顶部设有炊事火口(36)；
所述送风***位于燃烧***和下料***的中部，包括出风口位于设备箱(29)内部的一次风机(26)、出风口位于燃烧室(37)内部的二次风机(31)、分别固定于炉膛两侧壁的第一二次风腔(8)和第二二次风腔(8a)、以及两端分别与二次风机(31)出风口和第一二次风腔(8)连通的二次风管(4)；两个二次风腔靠近固定炉排(18)的侧壁上均分布有二次风孔；
所述点火***位于送风***和燃烧***中部，包括出风口位于燃烧室(37)内的点火风机(27)、固定于第一二次风腔(8)下表面和活动炉排(19)上表面之间的点火器(20)、以及连接所述点火风机(27)和点火器(20)的点火风管(5)。
2.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述换热器包括水冷壁(10)和烟道(11)，该换热器内除烟道(11)外的空间为连通的水冷壁(10)，该水冷壁(10)的上、下侧分别设有出水管(33)和进水管(34)；所述烟道(11)为沿平行于活动炉排运动方向布设的三排横截面积逐渐减小的垂直管道。
3.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述炊事火口(36)位于活动炉排(19)前端对应的燃烧室(37)上表面，该炊事火口(36)上方设置可揭开的炊事火口盖(35)，炊事火口盖(35)下表面覆盖有隔热保温板。
4.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述下料隔板(3)前端设有隔热水泥块(4)，用于防止下料隔板(3)和料箱(2)底部温度过高。
5.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述一次风机(26)布置在设备箱(29)后端侧壁上。
6.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述二次风孔的出风口方向为斜向下朝炉膛(17)中部；所述第一二次风腔(8)顶部设置成便于下料的斜截面。
7.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述活动炉排(19)和固定炉排(18)上均布置有多个炉排透气槽，且活动炉排(19)上位于前端透气槽的数量较后端多。
8.按照权利要求1所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述燃烧室(37)内顶部位于下料隔板(3)前侧处还设有挡板(6)，该挡板(6)底部与第一二次风腔(8)侧壁之间留有20mm空隙。
9.按照权利要求2所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：该两用炉还包括位于燃烧室(37)前端外的除尘***；该除尘***包括依次通过排烟管(12)连接的旋风除尘器(15)、布袋除尘器(14)和排烟风机(13)，所述旋风除尘器(15)的进口通过排烟管(12)与所述换热器内后端的垂直烟道出口连接。
10.按照权利要求9所述的生物质颗粒燃料采暖炊事两用炉，其特征在于：所述设备箱(29)内设有集成可编辑逻辑控制器、送电控制器和电源控制器于一体的综合控制板，该综合控制板分别与各行程开关、驱动电机、风机以及点火器电连接。
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