CN103277790A

CN103277790A - 生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉

Info

Publication number: CN103277790A
Application number: CN2013101830310A
Authority: CN
Inventors: 唐志国; 朱步健; 郝嘉欣; 花龙; 潘雪松; 尤星星
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2013-09-04

Abstract

生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，由并列而立的燃烧炉本体和烟气水换热器构成，特征是内胆被上端盖、稳焰板、上炉栅和下炉栅分割成燃气燃烧室、气化室和积灰室；进料仓底部设置的进料管贯穿外罩和内胆的侧壁，由外向内倾斜插入到气化室空间中；排灰抽屉的外侧面上开设一次空气进口，外罩的四周侧壁下部开设二次空气进口，内胆燃烧室的四周侧壁下部开设通风孔；内胆的燃烧室侧壁的上部设置一烟气导管。本发明使得生物质颗粒燃料气化充分、稳定，燃烧完全，温度高，提高了燃料的燃烧效率，同时显著地降低了烟气中的粉尘携带量，使燃烧生成的烟气清洁，有效地避免了积灰和结渣的发生，提高了换热设备的换热效率，结构简单、紧凑，操作方便，运行成本低。

Description

生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉

技术领域

本发明涉及燃烧装置，具体地说是生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉。

背景技术

随着化石能源价格连续攀升，各种可再生清洁能源开发受到高度重视，一些农林生物质资源丰富的国家，已将生物质颗粒燃料作为新能源战略规划的发展重点。在生物质能源中投资最少、社会效益最高的就是生物质颗粒燃料。

秸秆、农林废弃物等生物质经压缩后形成的颗粒燃料密度增加，便于贮存和运输，而且燃烧特性明显得到了改善，具有黑烟少，火力旺、燃烧充分，不飞灰、干净卫生等优点，而且原料来源广泛、价格低、操作简单。特别适合企业、宾馆、饭店和家庭用户对原有热水或蒸汽锅炉设备进行技术改造，在不重复投资的前提下，以生物质代替煤或油，以达到节能的目的。

生物质颗粒燃料的迅猛发展，势必会带动其燃烧设备等相关产品的研制工作。目前，生物质颗粒燃料的燃烧大都是在传统的炉灶和燃煤或燃油的燃烧设备上进行的。炉灶燃烧是最原始的利用方法，操作简便、投资较省，但燃烧效率普遍偏低，如农用柴灶炉热效率一般为10～20％，先进的省柴灶炉热效率也仅在30％左右，从而造成生物质资源的严重浪费；由于生物质颗粒燃料本身固有的特性，使得其应用于燃煤或燃油锅炉时，限制了系统热效率的提高。

另外，由于生物质燃料本身的特性、燃烧设备的结构设计和运行条件等因素的存在，在常规的生物质燃烧设备中，燃烧温度低，容易导致锅炉受热面的积灰和结渣。积灰是指温度低于灰熔点的灰粒在受热面上的沉积，多发生在锅炉对流受热面上；结渣主要是由烟气中夹带的熔化或半熔化的灰粒接触到受热面凝结下来，并在受热面上不断生长、积聚而成，多发生在炉内辐射受热面上。积灰和结渣直接导致了生物质锅炉换热效率的减少，降低了生物质的利用效率。

发明内容

本发明提出一种生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，以克服现有技术的上述缺陷，提高生物质的燃烧效率及锅炉的换热效率，避免飞灰的积灰与结渣问题，实现生物质的清洁高效燃烧。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，由并列而立的燃烧炉本体和烟气水换热器构成，燃烧炉本体主要由外罩、置于外罩内部的内胆、置于内胆的底部且与外罩一面外侧壁相贯穿的排灰抽屉、固定在外罩一面外侧壁上部的进料仓以及插入到内胆的搅拌器构成；其特征在于：内胆的内部自上而下被上端盖、稳焰板、上炉栅和下炉栅分割成燃气燃烧室、气化室和积灰室；进料仓底部设置的进料管贯穿外罩和内胆的侧壁，由外向内倾斜插入到气化室空间中；排灰抽屉的外侧面上开设一次空气进口，外罩的四周侧壁下部开设二次空气进口，内胆燃烧室的四周侧壁下部开设通风孔；内胆的燃烧室侧壁的上部设置一烟气导管，连接燃烧室和烟气水换热器的烟道。

本发明的结构特点也在于：

所述的稳焰板上沿径向开设3-8个倾斜通道。

所述的进料仓的下部设置一进料插拔。

所述的排灰抽屉外侧面上的一次空气进口位置设置可上下移动的进风插拔。

所述的搅拌器由贯穿于外罩侧壁、内胆积灰室段侧壁的水平连杆、竖直向上穿过上炉栅插入到气化室的拨料耙和向下插入至下炉栅下端面的拨灰耙组成。

所述的烟气水换热器由竖直管束、烟道、上部的隔板、下部的烟气折流室、外侧壁底部的冷水进口以及上端面的热水&蒸汽出口和烟气出口组成。

与已有技术方案相比，本发明的显著效果体现在：

(1)由于将内胆分割成气化室和燃烧室，而稳定的气化过程产生的粉尘要比生物质直接剧烈燃烧过程产生的粉尘少得多，大大减少了后续管道中的烟气携带的烟尘含量；同时，由于带有倾斜通道的稳焰板的设置，使内胆中的燃烧室的燃气发生旋流燃烧反应，气流旋转运动，使得燃气中携带的少量灰尘也被甩向燃烧室的四周并自行落下，使得通过烟气导管排出的烟气洁净。

(2)本装置将生物质颗粒燃料燃烧炉本体与烟气水换热器分开设置，并在燃烧炉本体外罩中设置内胆，将生物质的气化与燃烧过程限定在内胆中进行，由于增加了内胆的辐射换热，使炉内的燃烧温度水平得以提高，提高了生物质颗粒燃料的燃烧效率效率；同时由于冷的空气腔的存在，大大减少了外壁的散热，使得系统的热效率大幅度提高。

(3)生物质气化过程所需要的空气由排灰抽屉上的一次空气进口进入，首先吸收排灰抽屉中灰分的热量，再上行穿过下炉栅吸收堆积在积灰室中的灰分和大颗粒焦炭的热量，然后再上升至气化室中参与气化反应。由于吸收了排灰的余热，气化所需的一次空气温度得以大幅度提升，提高了气化反应温度，有效地避免了灰分的结渣。

(4)由于燃气燃烧室中燃气燃烧形成了向上的抽吸力，使得空气腔中二次空气不断向上流动，并提供给燃气燃烧室中的燃气燃烧。二次空气在空气腔中也得到了内胆侧壁的辐射换热作用，其温度得以提高，相应地燃气燃烧的温度也较常规的燃气燃烧温度高，使得燃气燃烧得更干净，燃烧效率提高，同时换热效率也相应地得以提升。

(5)搅拌器的设置，使得生物质燃料的气化过程稳定，且易于排渣的进行。

(6)结构简单、紧凑，操作方便。运行成本低。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中A-A剖视图。

图3为图1中的稳焰板的俯视图。

图4为图3中B-B剖视图。

图中标号：1燃烧炉本体，1a外罩，1b保温层，1c二次空气进口，2a进料仓，2b进料插拔，2c进料管，3a内胆，3b通风孔，3c上炉栅，3d下炉栅，3e稳焰板，3f上端盖，3h倾斜通道，4a进风插拔，4b一次空气进口，4c排灰抽屉，5积灰室，6气化室，7搅拌器，7a拨灰耙，7b水平连杆，7c拨料耙，8燃烧室，9烟气水换热器，10烟气折流室，11管束，12冷水进口，13烟气出口，14隔板，15烟道，16热水&蒸汽出口，17烟气导管。

下面通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

参见图1、图2，该生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉为立式结构，由并列而立的燃烧炉本体1和烟气水换热器9构成，燃烧炉本体1主要由外罩1a、置于外罩1a内部的内胆3a、置于内胆3a的底部且与外罩1a一面外侧壁相贯穿的排灰抽屉4c、固定在外罩1a一面外侧壁上部的进料仓2a以及插入到内胆3a的搅拌器7构成。

在外罩1a的内侧涂上一层保温层1b。内胆3a的内部自上而下被上端盖3f、稳焰板3e、上炉栅3c和下炉栅3d分割成燃气燃烧室8、气化室6和积灰室5。在稳焰板3e上沿径向开设3-8个倾斜通道3h，本实施例中取8个，如图3、图4所示。在内胆3a的积灰室5中设置搅拌器7。该搅拌器7由贯穿于外罩1a侧壁、内胆3a的积灰室5段侧壁的水平连杆7b、竖直向上穿过上炉栅3c插入到气化室6的拨料耙7c和向下插入至下炉栅3d下端面的拨灰耙7a组成，可对气化室6的生物质颗粒燃料进行翻动，以利于其充分稳定气化，同时也对积灰室5中的排灰进行梳理，使灰分落入到排灰抽屉4c中。进料仓2a的底部连接一进料管2c，其贯穿外罩1a的侧壁和内胆3a侧壁，由外向内插入到内胆3a的气化室6中；在进料仓2a的下部设置一水平进料插拔2b，拨开时可以使生物质颗粒燃料进入内胆3a的气化室6中，插入时一方面可以停止供料，另一方面可以起到密封的作用，避免火焰和燃气通过进料仓2a溢出。在排灰抽屉4c的外侧面上开设一次空气进口4b，并在排灰抽屉4c外侧面上的一次空气进口4b位置设置可上下移动的进风插拔4a，以调节一次空气的进风量。在外罩1a的四周侧壁下部开设二次空气进口1c，在内胆3a燃烧室8的四周侧壁下部开设通风孔3b，以便于二次空气从二次空气进口1c进入燃烧腔8，使气化室6气化生成的燃气通过倾斜通道3h上升至燃烧室8燃烧；内胆3a的燃烧室8侧壁的上部设置一烟气导管17，连接燃烧室8和烟气水换热器9的烟道15，将燃烧室8内燃烧生成的高温烟气导流至烟气水换热器9中。烟气水换热器9由竖直管束11、烟道15、上部的隔板14、下部的烟气折流室10、外侧壁底部的冷水进口12以及上端面的热水&蒸汽出口16和烟气出口13组成。

使用时，首先可将搅拌器7往外抽至最前端，往进料仓2a中投入生物质颗粒燃料，拔出进料插拔2b，使燃料进入内胆3a中的燃烧室8，来回推拉搅拌器7，使进料在气化室6内分布均匀。往外抽出排灰抽屉4c，放入引火物，向上拔出进风插拔4a使得一次空气进口4b达到最大，并将排灰抽屉4c推入，使气化室6内的生物质颗粒燃料着火，温度升高，并发生气化反应。生成的可燃气体通过稳焰板3e上的倾斜通道3h进入燃烧室8后，进一步发生燃气的旋流燃烧反应。由于燃烧后内胆3a内的温度上升，在热气流上升力的带动下，使得外罩1a外侧的冷空气从底部的二次空气进口1c进入燃烧室8内进一步促进燃料和可燃气体的燃烧反应。由于稳焰板3e上的倾斜通道3h的设置使得燃气在燃烧室8中旋流燃烧，气流呈旋转运动，使燃气中携带的灰尘被甩向燃烧室8的四周并自行落下，使通过烟气导管17排出的烟气洁净，几乎不含有灰尘，大大避免灰尘对后续换热单元的积灰和结渣。在运行过程中，可调节排灰抽屉4c上的进风插拔4a，使炉内的火焰达到最佳化。气化反应后生成的大颗粒灰渣落入积灰室5的下炉栅3d上，粉状灰渣则可能直接落入排灰抽屉4c中，也可能堆积在积灰室5中。燃烧一定时间后，可来回推拉搅拌器7，一方面使对气化室6的生物质颗粒燃料进行翻动，以利于其充分稳定气化，同时也使堆积在积灰室5中的灰分落入到排灰抽屉4c中。

燃烧生成的高温烟气通过烟气导管17进入烟气水换热器9的烟道15后，即下行流过竖直的管束11，与管束11中的冷介质进行热交换，到达底部的烟气折流室10后反方向向上流动，再次进行换热，而后由烟气出口13排出。经加热升温后得到的热水和蒸汽由热水&蒸汽出口16排出。

Claims

1.生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，由并列而立的燃烧炉本体(1)和烟气水换热器(9)构成，燃烧炉本体(1)主要由外罩(1a)、置于外罩(1a)内部的内胆(3a)、置于内胆(3a)的底部且与外罩(1a)一面外侧壁相贯穿的排灰抽屉(4c)、固定在外罩(1a)一面外侧壁上部的进料仓(2a)以及插入到内胆(3a)的搅拌器(7)构成；其特征是：内胆(3a)的内部自上而下被上端盖(3f)、稳焰板(3e)、上炉栅(3c)和下炉栅(3d)分割成燃气燃烧室(8)、气化室(6)和积灰室(5)；进料仓(2a)底部设置的进料管(2c)贯穿外罩(1a)和内胆(3a)的侧壁，由外向内倾斜插入到气化室(6)空间中；排灰抽屉(4c)的外侧面上开设一次空气进口(4b)，外罩(1a)的四周侧壁下部开设二次空气进口(1c)，内胆(3a)燃烧室(8)的四周侧壁下部开设通风孔(3b)；内胆(3a)的燃烧室(8)侧壁的上部设置一烟气导管(17)，连接燃烧室(8)和烟气水换热器(9)的烟道(15)。

2.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，其特征是所述的稳焰板(3e)上沿径向开设3-8个倾斜通道(3h)。

3.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，其特征是所述的进料仓(2a)的下部设置一进料插拔(2b)。

4.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，其特征是所述的排灰抽屉(4c)外侧面上的一次空气进口(4b)位置设置可上下移动的进风插拔(4a)。

5.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，其特征是所述的搅拌器(7)由贯穿于外罩(1a)侧壁、内胆(3a)积灰室(5)段侧壁的水平连杆(7b)、竖直向上穿过上炉栅(3c)插入到气化室(6)的拨料耙(7c)和向下插入至下炉栅(3d)下端面的拨灰耙(7a)组成。

6.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料清洁燃烧锅炉，其特征是所述的烟气水换热器(9)由竖直管束(11)、烟道(15)、上部的隔板(14)、下部的烟气折流室(10)、外侧壁底部的冷水进口(12)以及上端面的热水&蒸汽出口(16)和烟气出口(13)组成。