一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置制造方法

一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，包括燃烧炉壳体、一次风装置、二次风装置、点火装置、进料装置、燃烧器、换热装置和灰盘，一次风装置、二次风装置、点火装置、进料装置、燃烧器、搅拌装置和灰盘，本实用新型能够保燃料的稳定高效燃烧，防止燃烧过程中结渣、结块，实现连续稳定燃烧。生物质中挥发分和固定碳的两段燃烧，并实现风量控制，降低了燃烧过程中污染物排放。引点火装置，实现点火能耗低、点火排放污染物低，且实现燃烧与储料的安全隔离，装置和方法具有较大的节能减排社会效益和应用价值。
【专利说明】一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种生物质颗粒燃料燃烧方法，一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置。

【背景技术】
[0002]生物质能属于清洁可再生能源，因其在能源化利用过程中释放的碳量与其生长过程中固定的碳量相等，可实现二氧化碳的零排放，受到了世界各国的普遍关注。生物质能主要有秸杆、稻壳、锯末、木屑等。其密度小，呈松散状，存在运输不便、不易储存。为解决上述问题，生物质成型颗粒燃料应运而生。
[0003]生物质颗粒燃料直燃利用是生物质能转化最直接、最有效的利用方式之一，但目前燃烧存在一些问题。如燃烧的过程中炉排结渣现象严重，且不易清除，造成了燃烧过程的不稳定，产生超标的烟尘、N0x、S02等。这阻碍了以秸杆类等含灰略高的生物质颗粒燃料的推广和利用。
[0004]目前，生物质颗粒燃料主要用于采暖炉燃烧、工业炉燃烧、电厂发电等。其中，生物质颗粒采暖炉，应用于城镇化建设和新农村建设后的居民取暖，将缓解城镇化及新农村的能源问题，促进新农村建设的进程。
[0005]现阶段，生物质颗粒燃料的燃烧具有如下特点及问题:
[0006](I)点火:生物质颗粒燃料的点火，多采用人工点火或热风点火，热风点火虽实现自动点火，但点火功率高，点火时长且伴随大量的浓烟，浓烟中具有大量细颗粒。
[0007](2)燃烧过程:生物质颗粒燃料的燃烧方式有正烧和反烧两种。
[0008]正烧是指燃烧时火焰上冲，特点是燃烧时燃料自上部进入燃烧器，之后落入燃烧燃料层中，通过搅动装置，使燃烧产生的灰渣及未完全燃烧的固定碳落到灰盘中。该法优点是燃烧的持续性好。缺点是:①燃料上部加入到燃烧层上，燃烧层温度忽高忽低，导致产生污染物增多，燃料燃烧不完全，炉温下降，通常炉温只有800°C左右；②燃烧过程中，灰层搅动装置工作时，会将整个燃料层均搅动，搅动产生的大量颗粒随烟气带走，导致烟气中大颗粒污染物增多；③未完全燃烧的固定碳随搅动而落入炉膛下部的灰盘，灰盘温度低而不再燃烧，导致燃烧效率降低；④整个燃料层燃烧层、灰渣层交错存在，灰渣层局部温度高，局部温度低，容易形成灰渣渣块，特别是含硅量高的生物质。这加剧了导致空气分配不均，势必增加空气量来进一步燃烧，甚至会导致燃烧恶化而中断。
[0009]反烧是指燃烧时火焰下冲，其特点是燃烧时染料层分层明显，自上向下依次为干燥层、燃烧层、灰渣和固定碳的混合层。燃烧时，燃料进入最上面的干燥层，经过预热干燥后燃烧，燃烧后产生的灰渣和固定碳落在最下面的炉排上。其优点是燃料经预热和干燥过程，燃烧稳定，燃烧时排放的污染物少；固定碳在高温燃烧层燃烧效率高。缺点是①燃烧空气均经燃料层，导致生物质中挥发分析出后在燃料层内燃烧，导致燃料层温度高，燃烧灰渣容易聚结而结块，空气分配不均，燃烧不稳定；②国内外现有的燃烧装置的过量空气系数多在1.8左右，大量空气导致炉膛温度低，烟气带走热量高，排烟中氮氧化物、一氧化碳等污染物总含量过高等问题；③空气量大，气流速度高，带走的颗粒物多；④未充分利用生物质中挥发分含量高和固定碳需要高温燃烧的特性。
[0010](3)停火:生物质燃烧设备停止工作时，内部的燃料会缓慢焖烧，直至燃尽，其放出热量将会散发到上部低温进料区。生物质着火温度较低，因此必须将料箱内燃料与燃烧器隔离。
实用新型内容
[0011]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置。
[0012]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0013]本实用新型所述生物质颗粒稳定高效燃烧装置，包括燃烧炉壳体、一次风装置、二次风装置、点火装置、进料装置、燃烧器、搅拌装置、换热装置和灰盘，所述一次风装置、所述二次风装置、所述点火装置、所述进料装置、所述燃烧器、所述换热装置和所述灰盘均置于所述燃烧炉壳体内，所述一次风装置和所述点火装置均设置于所述搅拌装置的上端，所述搅拌装置设置于所述燃烧器内，所述二次风装置设置于所述燃烧器的侧面，所述燃烧器的下料管与所述进料装置连接，所述进料装置设置于所述燃烧器的一侧，所述换热装置设置于靠近所述燃烧器的一侧，所述灰盘设置于所述燃烧器的下方，所述灰盘上设置有灰盘把手，所述换热装置的出水管与回水管置于所述燃烧炉壳体外。
[0014]进一步，所述燃烧器和所述换热装置的下段外围设置有内保温壳，所述换热装置的上端设置有集烟帽和引风机；所述内保温壳采用岩棉或耐火砖材料。
[0015]本实用新型所述一次风装置和所述二次风装置均为风量调节电机、调风压簧、调风板、风量计量计、电机固定架和风管组成，所述风量调节电机的转轴竖直向下安装于所述电机固定架上，所述调风板的中心处于所述风量调节电机的转轴固定连接，所述调风压簧套装于所述风量调节电机的转轴上，所述风量计量计设置于所述调风板的下方，所述一次风装置通过一次风管与所述燃烧器连接，所述二次风装置通过二次风管与所述燃烧器连接。
[0016]本实用新型所述燃烧器包括燃烧斗外壁、下斗内壁、燃烧斗内壁、炉排和燃烧斗上盖，所述进料仓燃烧斗上盖的下端与所述燃烧斗外壁的上端连接，所述燃烧斗内壁设置于所述燃烧斗外壁内，所述燃烧斗内壁的上端与所述燃烧斗上盖的下端连接，所述下斗内壁的上端与所述燃烧斗内壁的下端之间通过所述炉排连接，所述下斗内壁的下端为燃烧器出口，所述下斗的外壁上设置有空气喷口，燃料置于所述燃烧斗内壁内并位于所述炉排上，所述炉排的中心设置有固定孔。
[0017]本实用新型所述搅拌装置包括竖杆、搅拌棒、搅拌电机和联轴器，所述竖杆的上端通过所述联轴器与所述搅拌电机连接，所述竖杆的下端与所述搅拌棒的中心连接后并穿过所述搅拌棒。
[0018]进一步，所述竖杆的下端置于所述炉排中心的固定孔内。
[0019]本实用新型所述进料装置包括料仓、进料电机、提升管、隔断片和下料管，所述进料电机设置于所述提升管的下端，所述提升管的上端通过所述下料管与所述燃烧器的燃烧斗上盖连接，所述隔断片设置于所述下料管的端口处。
[0020]本实用新型的有益效果在于:
[0021]本实用新型是一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，与现有技术相比，本实用新型能够确保燃料的稳定高效燃烧，特别适合含灰分较高的秸杆类生物质颗粒，其在燃烧过程中结渣、结块，破坏空气分配、恶化燃烧。通过对颗粒燃料燃烧空气的一次风和二次风的调节，降低燃烧的过剩空气系数，有效促进了生物质燃料中挥发分、固定碳的分区燃烧，二次风促进了挥发分的高效燃烧，灰盘与炉排空间设计实现了固定碳高温燃烧的条件，二者相互作用，降低了燃料燃烧过程中大颗粒污染物的生成，也降低了一氧化碳、氮氧化物的排放。引点火装置，采用少量燃料预先点火而形成引火燃料，解决现有的燃烧设备点火困难、点火时间长、点火功耗大、点火排放污染物过多等问题。且在燃烧装置停火后，能将燃烧器与燃料仓有效隔离，实现燃料储存的安全。总之，采用搅拌装置、风量调节、引火点火，提高了生物质燃烧炉的燃烧效率，减少污染物的排放，实现连续稳定燃烧，应用于生物质燃烧取暖设备将具有较大的社会效益和应用价值，符合能源的节能减排，具有推广使用的价值。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1是本实用新型所述燃烧炉的结构图；
[0023]图2是本实用新型所述燃烧炉中燃烧器的结构图；
[0024]图3是本实用新型所述燃烧炉中搅拌装置的结构图；
[0025]图4是本实用新型所述燃烧炉中一次风装置和二次风装置的结构图。
[0026]图中:1_燃烧炉壳体、2-—次风装置、3-二次风装置、4-点火装置、5-进料装置、6-搅拌装置、7-燃烧器、8-换热装置、9-灰盘、20-风量调节电机、21-调风压簧、22-调风板、23-风量计量计、24-—次风管、25-电机固定架、31-二次风管、51-进料电机、52-提升管、53-下料管、54-料仓、61-隔断片、62-竖杆、63-搅拌棒、64-固定孔、65-搅拌电机、66-联轴器、71-燃烧斗外壁、72-下斗内壁、73-燃烧斗内壁、74-燃料、75-炉排、76-燃烧器出口、77-空气喷口、78-燃烧斗上盖、81-出水管、82-回水管、83-内保温壳、84-集烟帽、85-引风机、91-灰盘把手。

【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0028]如图1至图4所示:本实用新型所述生物质颗粒稳定高效燃烧装置，包括燃烧炉壳体1、一次风装置2、二次风装置3、点火装置4、进料装置5、燃烧器7、搅拌装置6、换热装置8和灰盘9，一次风装置2、二次风装置3、点火装置4、进料装置5、燃烧器7、换热装置8和灰盘9均置于燃烧炉壳体I内，一次风装置2和点火装置4均设置于搅拌装置6的上端，搅拌装置6设置于燃烧器7内，二次风装置3设置于燃烧器7的侧面，燃烧器7的下料管53与进料装置5连接，进料装置5设置于所述燃烧器7的一侧，换热装置8设置于靠近燃烧器7的一侧，灰盘9设置于燃烧器7的下方，灰盘9上设置有灰盘把手91，换热装置8的出水管81与回水管82置于燃烧炉壳体I外，燃烧器7和换热装置8的下段外围设置有内保温壳83，换热装置的上端设置有集烟帽84和引风机85 ;所述内保温壳83采用岩棉或耐火砖材料。
[0029]本实用新型一次风装置2和二次风装置3均为风量调节电机20、调风压簧21、调风板22、风量计量计23和电机固定架25组成，风量调节电机20的转轴竖直向下安装于电机固定架25上，调风板22的中心处于风量调节电机20的转轴固定连接，调风压簧21套装于风量调节电机20的转轴上，风量计量计23设置于调风板22的下方，一次风装置2通过一次风管24与燃烧器7连接，二次风装置3通过二次风管31与燃烧器7连接。
[0030]本实用新型燃烧器7包括燃烧斗外壁71、下斗内壁72、燃烧斗内壁73、炉排75和燃烧斗上盖78，燃烧斗上盖78的下端与燃烧斗外壁71的上端连接，燃烧斗内壁73设置于燃烧斗外壁71内，燃烧斗内壁73的上端与燃烧斗上盖78的下端连接，下斗内壁72的上端与燃烧斗内壁73的下端之间通过炉排75连接，下斗内壁72的下端为燃烧器出口 76，下斗外壁71上设置有空气喷口 77，燃料74置于燃烧斗内壁73内并位于炉排75上，炉排75的中心设置有固定孔64。
[0031]本实用新型搅拌装置6包括竖杆62、搅拌棒63、搅拌电机65和联轴器66,竖杆62的上端通过联轴器66与搅拌电机65连接,竖杆62的下端与搅拌棒63的中心连接后并穿过搅拌棒63。
[0032]进一步，竖杆62的下端置于炉排75中心的固定孔64内。
[0033]本实用新型进料装置5包括料仓54、进料电机51、提升管52、隔断片61和下料管53，进料电机51设置于提升管52的下端，提升管52的上端通过下料管53与燃烧器7的燃烧斗上盖78连接，隔断片61设置于下料管53的端口处。
[0034]本实用新型的生物质颗粒稳定高效燃烧装置的燃烧方法包括以下步骤:
[0035](I)首先启动进料装置5，燃料74经提升管52进入到下料管53的出口处；并经隔断片61阻挡；
[0036](2) Imin后，停止进料，启动引点火装置4，燃料被点燃后，打开隔断片61，已燃烧的燃料74下落到炉排75上，并引燃燃烧斗内壁73的燃料74，进入燃烧状态；
[0037](3)燃烧时，燃烧斗内壁73在引风机85的作用下，呈负压状态，一次风在负压的作用下，经一次风管24进入燃烧斗内壁73，与燃料74混合气化燃烧后进入下一步；
[0038](4) 二次风在负压的作用下，经二次风管31，送到下斗内壁72，经过其上空气喷口77强化扰动后,与气相燃烧的火焰混合,进入燃烧稳定状态；
[0039](5)待稳定燃烧后，搅拌装置6通过搅拌电机65带动，实现慢速转动，进行将灰与固定碳混合层破碎，并使其下落至炉膛中的灰盘9中，下落到下斗内壁72后形成固定碳成分，完成两段燃烧的第二阶段的燃烧；
[0040](6)燃烧即将结束时，停止进料，隔断片61关闭，将进料与燃烧斗内壁73内燃料74分离，待燃烧斗内壁73内的燃料74烧尽后，关闭引风机85和搅拌装置6，燃烧结束。
[0041]本实用新型所要解决的技术问题是保证生物质颗粒的稳定燃烧，该燃烧方法从点火到燃烧，再到停火，这三个过程组成一种完整的保障生物质颗粒燃烧的方法。点火过程通过采用电火花点燃引火，节省点火能耗，减少点火过程中污染物的排放。燃烧过程采用两段燃烧的方法，通过强化燃料与空气的混合，控制二次送风的比例，保持低过量空气系数1.6以下，以保证燃烧温度、燃烧高效及低污染物排放；以及通过及时清除灰与固定碳的混合层，破坏灰渣在炉排上结渣的可能性，使灰和固定碳下落至清灰装置以保证燃烧层的持续燃烧及固定碳的持续燃烧。停火保护过程通过保护装置，在停火时将燃烧室与料仓隔离以保证停火后装置的安全。通过以上方式，来实现生物质颗粒燃料的稳定高效燃烧。
[0042]本实用新型点火的方法:本方法综合考虑了生物质颗粒燃料含有挥发份多的特点，采用电火花点燃引火，即在炉排外部点燃少量燃料，燃料被点燃后，再放于炉排上，用于引燃炉排内的大量燃料。该种方法与传统的热风炉排点火相比，加热面积小，点燃过程中产生的烟气量小，耗用的电能较传统的热风点火小的多。步骤:①电火花点火的位置位于进(下)料管的出口位置。②启动点火装置及引风机后，在电火花的高温作用下，燃料挥发份挥发，并被引燃形成很小的火苗。③小火苗形成后，电火花停止工作。④随着点火时间的持续，火苗变大。⑤移开隔离装置，燃烧的引火下落到炉排，燃料被点燃，进入燃烧初级阶段。其点火能量约为热风点火的1/8。由于引燃时点燃的燃料量少，产生的烟气量很少。而且，在引燃的过程中，不使用其他助燃措施及助燃燃料。
[0043]两段燃烧的特点为:第一阶段燃烧为炉排上部的燃烧层，主要是生物质挥发分的析出，并在炉排下方形成气相燃烧火焰；第二阶段的燃烧过程为:炉排处没有燃烧完全的固定碳，经机械刮灰的作用，使其下落至炉膛内，通过合理的设置固定碳下落的位置和高度，使固定碳在炉膛下部，形成灰炭堆，灰炭在上部火焰的高温作用下，继续燃烧，并产生大量的热量。第一阶段燃烧的气相火焰的热量与第二阶段的固相炭燃烧热量汇合，形成高温烟气排至换热器中。两段燃烧从加强燃料与空气的混合及控制二次风的比例方面，和清除炉排上面的灰与固定碳的混合层，两个方面保障燃烧的持续高效进行。
[0044]本实用新型加强燃料与空气的混合及控制二次风比例的方案，本方法综合考虑了生物质颗粒燃料两段燃烧时，第一阶段炉排上部的燃烧，需要合理的一次风量，来保证气相和固定碳燃烧层；炉排下部的气相燃烧火焰，需要合理的二次风量，来保证完全燃烧，且减少污染物的排放；二次风量同时能促进第二阶段的固相燃烧。基于以上特点，步骤为:①燃料与空气的混合方式为采用二次送风的混合方式。②一次风的位置设置于燃烧料斗的上部，在燃烧层的上部实现空气与燃料的混合，并促进燃烧层挥发份的气相燃烧和固定碳的固相燃烧。③二次风的位置设置于炉排下面的气相燃烧火焰处，并通过强化扰动措施，实现燃料的挥发分与二次空气的充分混合。④气相燃烧火焰燃烧至炉膛下方的固定碳处，火焰中的过剩空气，促进固定碳的燃烧。经过以上步骤，通过一次风与二次风的混合比例为2比3，过剩空气系数为1.6，通过二次风与气相燃烧火焰混合的强化，炉膛内的温度可达到IlOO0C，污染物的排放量NOx约为lOOPPm，CO排放量约为130PPm，无S02排放。
[0045]本实用新型清除炉排上灰与固定碳混合层的方法:该方法综合考虑了生物质颗粒燃料燃烧时成灰的特点，且灰与固定碳层在炉排的积聚，阻碍了燃料挥发成分向炉膛的流动，严重影响了炉排下方气相火焰的燃烧。基于以上特点，具体步骤如下:①将刮灰装置设置于炉排上面且靠近炉排，燃烧系统工作时，刮灰装置处于灰与固定碳的混合层中。②燃烧系统投入工作后，转动刮灰装置，通过刮灰装置的切割作用，将结块破碎，并通过炉排的落灰孔下降到炉膛下部。③灰渣下落后，燃烧层下落至炉排位置。④在清除混合层的同时，然料层的密封性保持完好，其密封性没有收到破坏。通过该方法，保证了燃料的稳定燃烧。
[0046]本实用新型停火的方法，该方法综合考虑了生物质颗粒两段燃烧的特点，在燃烧装置停火时，燃烧层上面的然料层被烧尽后，燃烧层将暴漏于空气中，因此燃烧层的热量就会传递到上部空间，在极端的情况下，会引燃料仓内的燃料，导致安全事故的发生。基于以上问题，解决步骤如下:①在燃烧料斗的进料管进料口处，设置隔离装置，将燃烧料斗与进料管内的燃料进行隔离。②在燃烧装置工作时，隔离装置处于开启状态，在燃烧装置开始停火时，隔离装置关闭。③在突然断电的情况下，隔离装置能够恢复到关闭状态，保证断电后火焰上烧后和进料的隔离。
【权利要求】
1.一种生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:包括燃烧炉壳体、一次风装置、二次风装置、点火装置、进料装置、燃烧器、换热装置、搅拌装置和灰盘，所述一次风装置、所述二次风装置、所述点火装置、所述进料装置、所述燃烧器和所述灰盘均置于所述燃烧炉壳体内，所述一次风装置和所述点火装置均设置于所述搅拌装置的上端，所述搅拌装置设置于所述燃烧器内，所述二次风装置设置于所述燃烧器的侧面，所述燃烧器的下料管与所述进料装置连接，所述进料装置设置于所述燃烧器的一侧，所述换热装置设置于靠近所述燃烧器的一侧，所述灰盘设置于所述燃烧器的下方，所述灰盘上设置有灰盘把手，所述换热装置的出水管与回水管置于所述燃烧炉壳体外。
2.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述燃烧器和所述换热装置的下段外围设置有内保温壳，所述换热装置的上端设置有集烟帽和引风机。
3.根据权利要求2所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述内保温壳米用岩棉或耐火砖材料。
4.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述一次风装置和所述二次风装置均为风量调节电机、调风压簧、调风板、风量计量计、电机固定架和风管组成，所述风量调节电机的转轴竖直向下安装于所述电机固定架上，所述调风板的中心处于所述风量调节电机的转轴固定连接，所述调风压簧套装于所述风量调节电机的转轴上，所述风量计量计设置于所述调风板下方的所述风管内，所述一次风装置通过一次风管与所述燃烧器连接，所述二次风装置通过二次风管与所述燃烧器连接。
5.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述燃烧器包括燃烧斗外壁、下斗内壁、燃烧斗内壁、炉排和燃烧斗上盖，所述燃烧斗上盖的下端与所述燃烧斗外壁的上端连接，所述燃烧斗内壁设置于所述燃烧斗外壁内，所述燃烧斗内壁的上端与所述燃烧斗上盖的下端连接，所述下斗内壁的上端与所述燃烧斗内壁的下端之间通过所述炉排连接，所述下斗内壁的下端为燃烧器出口，所述下斗的外壁上设置有空气喷口，燃料置于所述燃烧斗内壁内并位于所述炉排上，所述炉排的中心设置有固定孔。
6.根据权利要求5所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述搅拌装置包括竖杆、搅拌棒、搅拌电机和联轴器，所述竖杆的上端通过所述联轴器与所述搅拌电机连接，所述竖杆的下端与所述搅拌棒的中心连接后并穿过所述搅拌棒。
7.根据权利要求6所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述竖杆的下端置于所述炉排中心的固定孔内。
8.根据权利要求1所述的生物质颗粒燃料稳定高效燃烧装置，其特征在于:所述进料装置包括料仓、进料电机、提升管、隔断片和下料管，所述进料电机设置于所述提升管的下端，所述提升管的上端通过所述下料管与所述燃烧器的燃烧斗上盖连接，所述隔断片设置于所述下料管的端口处。
【文档编号】F23B90/04GK204141568SQ201420182756
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】崔永章, 张林华, 曲云霞, 唐明天, 高贵凤 申请人:崔永章