一种生物质燃烧机的制作方法

本实用新型涉及燃烧技术领域，特别涉及一种生物质燃烧机以及采用该生物质燃烧机的生物质燃料的燃烧方法。

背景技术：

在世界能耗中，生物质能约占14％，在不发达地区占到60％以上。全世界约有25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。

生物质能的优点是易于燃烧、污染小、灰分较低，其缺点主要是热值及热效率低，并且体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％～30％。

目前，世界各国正采用如下方法利用生物质能：

1、热化学转换法。

主要通过该方法获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品。该方法按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等。

2、生物化学转换法。

该方法主要是指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品。

3、利用油料植物所产生的生物油作为燃料。

4、把生物质压制成型燃料(如块型、棒型燃料)，以集中利用和提高热效率。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

图1示出了一种现有的生物质燃烧炉的结构。该燃烧炉中，在炉膛91底部安放箅子92；生物质燃料从喂料管93进入炉膛91，并置于箅子92上；所述炉膛91位于箅子92的下部开设进气口94，风机(图中未示出)将空气从进气口94吹进炉膛91以对置于箅子92上的正在燃烧的生物质燃料助燃；炉膛91顶部由顶盖95盖合，在炉膛91上部的侧壁开口并安装燃烧器96，炉膛中的火焰从燃烧器96中喷出，可进一步安装风机(图中未示出)对燃烧器96送风以在燃烧器96处进一步助燃。

虽然，生物质燃料在能源系统中具有非常重要的作用，但是其燃烧热效率低，并且存在污染等问题，而现有的生物质燃料的燃烧机和燃烧工艺方法也存在很多不足，例如：

1、燃料适应性差：仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料；

2、生物质燃料的特点使得炉箅子易于结焦，容易变形甚至烧毁。

3、生物质燃料使得炉膛易于结焦，容易烧毁。

5、由于结焦问题的存在，使得炉膛进风通道严重受阻且流道分布不均匀，严重影响燃烧效果。

6、炉膛顶盖容易崩裂、坍塌。

因此，对于燃烧方式来说，需要进行改进和提升。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种生物质燃烧机以及采用该生物质燃烧机的生物质燃料的燃烧方法，以防止生物质燃料在燃烧炉中燃烧时的结焦发生。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种生物质燃烧机，包括：

燃烧炉，所述燃烧炉中装有箅子，生物质燃料放置于所述箅子上燃烧；

蒸汽锅型炉盖，所述蒸汽锅型炉盖置于所述燃烧炉上，且内盛水，在所述生物质燃料燃烧时产生水蒸汽；

气体混合输送组件，所述气体混合输送组件包括第一风机，所述气体混合输送组件连通所述蒸汽锅型炉盖、外界空气和燃烧炉中箅子的下部，以将蒸汽锅型炉盖中的水蒸汽和外界空气混合后输送至所述燃烧炉中；

温度传感器，所述温度传感器位于所述箅子上的生物质燃料放置区；

控制装置，所述控制装置电连接于所述温度传感器和所述第一风机，以根据所述温度传感器所采集的温度，控制所述第一风机输送的风力以及控制所述气体混合输送组件对水蒸汽和外界空气的混合比例。

进一步，所述气体混合输送组件包括蒸汽连通管、气体混合管、燃烧炉连通管、蒸汽调节阀、空气调节阀和第一风机；其中，

所述第一风机出气端通过所述燃烧炉连通管连通至所述燃烧炉中箅子的底部；

所述气体混合管连通于所述第一风机的进气端和空气调节阀之间，并通过所述空气调节阀连通于外界空气；

所述蒸汽连通管的一端连通于所述蒸汽锅型炉盖，所述蒸汽连通管的另一端通过所述蒸汽调节阀连通于所述气体混合管靠近所述空气调节阀的一端。

进一步，所述生物质燃烧机还包括料仓、闭风器、第二风机和喂料管；其中，

所述料仓用于临时存放生物质燃料；

所述闭风器位于所述料仓的底部，并通过所述喂料管连通至所述燃烧炉中生物质燃料放置区的上方；

所述第二风机的出气端连接于所述喂料管靠近所述闭风器的一端，所述第二风机的进气端连通于外界空气。

进一步，所述生物质燃烧机还包括：

旋风格栅，所述旋风格栅位于所述燃烧炉中箅子的下部，所述气体混合输送组件连通至所述旋风格栅。

进一步，所述生物质燃烧机还包括：

燃烧器，所述燃烧器安装于所述燃烧炉的侧壁，并靠近所述蒸汽锅型炉盖，所述燃烧炉在安装所述燃烧器的侧壁处开口，使得所述燃烧炉中的火焰通过所述开口进入所述燃烧器并从所述燃烧器中喷出。

进一步，所述生物质燃烧机还包括第三风机和燃烧器连通管；其中，

所述第三风机的出气端通过所述燃烧器连通管连通于所述燃烧器，所述第三风机的进气端连通外界空气。

进一步，所述燃烧炉炉壁为耐火保温层。

进一步，所述燃烧炉的炉壁设有炉门。

本实用新型还提供了一种生物质燃料的燃烧方法，所述方法包括：

将生物质燃料置于所述燃烧炉中的所述箅子上；

将水注入所述蒸汽锅型炉盖内；

点燃所述生物质燃料，并监测所述生物质燃料放置区的温度；

当所述生物质燃料放置区的温度高于预设阈值时，将蒸汽锅型炉盖中的水蒸汽和外界空气混合后输送至所述燃烧炉中，以使得所述生物质燃料放置区的温度低于该预设阈值。

进一步，所述预设阈值为900℃。

本实用新型的生物质燃烧机和生物质燃料的燃烧方法的优点在于：

提供了新型的蒸汽锅型炉盖，该蒸汽锅型炉盖由于水的不断补给与蒸发，即使温度最高的底部也在100℃左右获得动态平衡，用普通的碳钢也能经得起下部火焰的高温作用，比起传统的耐火炉盖，制作简单，使用可靠，不会发生崩裂、垮塌，并且，产生的蒸气正好用于第一燃烧区的温度调节；第一燃烧区的温度测控与调节，确保了生物质燃料燃烧时第一燃烧区的温度低于燃料的灰熔点，因此，不会造成燃烧灰烬的软化和熔融，所以，不会结焦；由于不会结焦，所以第一燃烧区的供风始终保持畅通，燃烧机燃烧会非常平稳，效果也非常好，并且清除灰烬也变得非常容易；由于水蒸气的引入和控温措施的实施，使得箅子的故障率降低，寿命大大提高，并且，炉壁耐火保温层的寿命也会大大提高；通过控制装置启动对温度传感器信号的采集并对第一风机、第二风机、第三风机、闭风器、空气调节阀、蒸气调节阀进行相应的控制调节，可以达到理想的燃烧效果；由于解决了结焦问题，使得本实用新型实施例可适应所有的生物质燃料，解决了传统燃烧机仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料的难题。本实用新型对草本生物质燃料具有很好的适应能力，为生物质清洁燃料的应用推广打开了广阔的空间。本实用新型实施例，燃烧分区合理，燃烧过程清洁环保，设备安装调试简单，工艺方法简单可靠，制造成本低。

附图说明

图1为一种现有的生物质燃烧炉的结构示意图；

图2为本实用新型的生物质燃烧机的实施例结构示意图；

图3为本实用新型的生物质燃料的燃烧方法实施例流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

如图2所示，本实用新型的生物质燃烧机实施例包括燃烧炉1、蒸汽锅型炉盖2、气体混合输送组件3、温度传感器4和控制装置(图中未示出)。其中，所述燃烧炉中装有箅子11，生物质燃料放置于所述箅子11上燃烧。所述蒸汽锅型炉盖2置于所述燃烧炉1上，且内盛水，在所述生物质燃料燃烧时产生水蒸汽。所述气体混合输送组件3连通所述蒸汽锅型炉盖2、外界空气和燃烧炉1中箅子11的下部，以将蒸汽锅型炉盖2中的水蒸汽和外界空气混合后输送至所述燃烧炉1中。所述温度传感器4位于所述箅子上的生物质燃料放置区。所述控制装置(图中未示出)电连接于所述温度传感器4和气体混合输送组件3，以根据所述温度传感器4所采集的温度，控制所述气体混合输送组件3对水蒸汽和外界空气的混合比例以及输送风力。

具体地，所述气体混合输送组件3包括蒸汽连通管31、气体混合管32、燃烧炉连通管33、蒸汽调节阀34、空气调节阀35和第一风机36。其中，所述第一风机36的出气端通过所述燃烧炉连通管33连通至所述燃烧炉1中箅子11的下部。所述气体混合管32连通于所述第一风机36的进气端和空气调节阀35之间，并通过所述空气调节阀35连通于外界空气。所述蒸汽连通管31的一端连通于所述蒸汽锅型炉盖2，所述蒸汽连通管31的另一端通过所述蒸汽调节阀34连通于所述气体混合管32靠近所述空气调节阀35的一端。进而，可通过调节蒸汽调节阀34和空气调节阀35的大小而控制气体混合管32中空气和水蒸汽的混合比例，进而通过第一风机36将混合后的带有水蒸汽的空气吹进燃烧炉1中箅子11的下部，从而携带有水蒸汽的混合气体可对燃烧中的生物质燃料进行降温，防止生物质燃料的结焦。

在本实用新型的实施例中，还进一步包括进水管21、溢流水管22、浮球阀23和蒸气溢出口24。其中，进水管21和溢流水管22连通于蒸汽锅型炉盖2内，进水管21的作用是向蒸汽锅型炉盖2内注水，而溢流水管22的作用是将蒸汽锅型炉盖2内多余的水排除，浮球阀23安装于在蒸汽锅型炉盖2内的进水管21处，以根据蒸汽锅型炉盖2内的水位控制进水管21的开闭。蒸气溢出口24开设于蒸汽锅型炉盖2的顶端，用以释放蒸汽锅型炉盖2中的水蒸汽，防止蒸汽锅型炉盖2内气压的升高。

在本实用新型实施例的更优化方案中，所述生物质燃烧机还包括料仓51、闭风器52、第二风机53和喂料管54。其中，所述料仓51用于临时存放生物质燃料。所述闭风器52位于所述料仓51的底部，并通过所述喂料管54连通至所述燃烧炉1中生物质燃料放置区的上方。所述第二风机53的出气端连接于所述喂料管54靠近所述闭风器52的一端，所述第二风机53的进气端连通于外界空气。所述控制装置可进一步电连接于闭风器52和第二风机53，以控制所述生物质燃料的下料，并通过控制第二风机53进而通过喂料管54向燃烧炉1中生物质燃料放置区的上方送风。

另外，本实用新型实施例的生物质燃烧机还包括旋风格栅12，所述旋风格栅12位于所述燃烧炉1中箅子11的下部，所述气体混合输送组件连通至所述旋风格栅11。从而，带有水蒸汽的混合气体在所述燃烧炉1中，是从旋风格栅11向上输送至箅子11上的生物质燃料放置区，这样可使得带有水蒸汽的混合气体能够均匀地进入所述生物质燃料放置区。

另外，为了能够使得生物质燃料充分燃烧以获得更多热能，本实用新型实施例中，所述生物质燃烧机还包括燃烧器13，所述燃烧器13安装于所述燃烧炉1的侧壁，并靠近所述蒸汽锅型炉盖2，所述燃烧炉1在安装所述燃烧器13的侧壁处开口，使得所述燃烧炉1中的火焰通过所述开口进入所述燃烧器13并从所述燃烧器中喷出。

伴随所述燃烧器13，所述生物质燃烧机还包括第三风机14和燃烧器连通管15。其中，所述第三风机14的出气端通过所述燃烧器连通管15连通于所述燃烧器13，所述第三风机14的进气端连通外界空气。这样，当通过第三风机14向燃烧器13鼓风时，可对燃烧器13部分的火焰起到助燃作用。同时，所述控制装置可进一步电连接于第三风机14，以控制第三风机14进而通过所述燃烧器连通管15向所述燃烧器13送风。

本实用新型实施例中，所述燃烧炉1的炉壁16为耐火保温层。另外，所述燃烧炉1的炉壁16还设有炉门17(如图2中虚线框)，以便于倾倒残渣和清洗炉膛。

本实用新型实施例还提供了一种生物质燃料的燃烧方法，采用如上介绍的生物质燃烧机，如图3所示，该方法包括：

步骤1、将生物质燃料置于所述燃烧炉中的所述箅子上；

步骤2、将水注入所述蒸汽锅型炉盖内；

步骤3、点燃所述生物质燃料，并监测所述生物质燃料放置区的温度；

步骤4、当所述生物质燃料放置区的温度高于预设阈值时，将蒸汽锅型炉盖中的水蒸汽和外界空气混合后输送至所述燃烧炉中，以使得所述生物质燃料放置区的温度低于该预设阈值。

上述步骤中，步骤1和步骤2的执行顺序可交换，即也可以先进行步骤2再进行步骤1。

上述步骤1的执行过程，是先将生物质燃料倒入料仓51，之后通过控制装置对闭风器52的控制，使得生物质燃料经过喂料管54进入燃烧炉1，进而落入箅子11上的生物质燃料放置区。

上述步骤3和步骤4是通过控制装置实时采集温度传感器4的温度，进而综合地控制蒸汽调节阀34、空气调节阀35、第一风机36、第二风机53和第三风机14的动作，使得位于燃烧炉1中的生物质燃料能够充分地燃烧并避免结焦。

以下是对本实用新型实施例的进一步地说明。

先将生物质燃料放入料仓51待用。将蒸汽锅型炉盖2注水到规定的水位(略低于溢流水管22的高度)。通过控制装置，将蒸汽调节阀34和空气调节阀35调整到最大开度。

通过控制装置启动闭风器52，使生物质燃料经喂料管54，进入到燃烧炉1腔体内的箅子11上。

打开炉门17，用引燃材料点燃生物质燃料，并关闭炉门17。

通过控制装置启动对温度传感器4的信号的采集并和对第一风机36、第二风机53、第三风机14、料仓51及闭风器、蒸汽调节阀34和空气调节阀35进行相应的控制调节。在燃烧炉1中的生物质燃料放置区形成第一燃烧区，在燃烧炉1中的第一燃烧区的上方形成第二燃烧区(喂料管54开口附近)，在燃烧器13出口形成第三燃烧区。

随着燃烧的不断进行，第一燃烧区、第二燃烧区、第三燃烧区的温度迅速升高。蒸汽锅型炉盖2内的水蒸发速度加快，进而，混合了一定量的水蒸气的空气通过第一风机36，经燃烧炉连通管33、旋风格栅12、箅子11进入第一燃烧区。当第一燃烧区的温度低于预设阈值时，通过控制装置将空气调节阀35开度增大、将蒸汽调节阀34开度减小，同时增加第一风机36的频率，使得第一燃烧区的温度上升。当一次燃烧区的温度高于预设阈值时，通过控制装置将空气调节阀35开度减小、将蒸汽调节阀34开度增大，同时减少第一风机36的频率，使得第一燃烧区的温度下降。

当蒸气溢出口24的水蒸气溢出量太大时，通过控制装置将第二风机53的频率适当减小，同时将第三风机14的频率适当增大，进而可降低传送至蒸汽锅型炉盖2的热量，减少水蒸汽的产生。优选地，所述预设阈值为900℃。

本实用新型实施例中，第一风机36进口为空气和水蒸气的混合气体，第一燃烧区的反应如下：

2C+O₂＝2CO

C+H₂O＝CO+H₂

在箅子11上方生物质燃料区域形成燃烧气化(热解)区域，即第一燃烧区，第一燃烧区以生物质热解产生生物质燃气为目的，燃烧主要是提供热解的条件，温度控制在900℃以下某一范围，进而确保第一燃烧区的温度低于所使用生物质材料的灰熔点，避免灰分熔融形成结焦。第一风机可以为功率是750瓦的高压风机，由变频器控制，根据燃料的多少调节合适的风量，水蒸气全部输送到一次燃烧区，根据实际需要可以调节空气和水蒸气的比例，例如调剂空气和水蒸气的比例为10:1。

而对于传统的燃烧炉(例如图1所示)来说，风机吹进的空气中不含有水蒸汽，在箅子上的燃料层发生的化学反应如下：

C+O₂＝CO₂

2C+O₂＝2CO

进而使得传统燃烧炉温度超过碱金属氧化物的熔点，导致碱金属氧化物融化，形成熔融状的粘稠玻璃体，简称结焦。生物质燃料的组成包括炭，有机挥发分，水，金属氧化物，其中炭和有机挥发分在燃烧过程中被氧化，产生二氧化碳和水，并释放出热能，剩余的金属氧化物即为灰分。

本实用新型实施例增设了温度传感器和控制装置，进而可确保第一燃烧区的温度控制在900℃以下某一范围，例如800℃-850℃的范围内，以确保生物质燃料中的灰分不熔融，避免结焦。

本实用新型实施例中，在第二燃烧区燃烧的物质为CO和H₂，第二燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O

而传统燃烧炉在第二燃烧区燃烧的主要是CO：

2CO+O₂＝2CO₂

本实用新型实施例中第二燃烧区温度低于900℃，主要原因有两个：

其一：2H₂+O₂＝2H₂O

其二：蒸汽锅型炉盖2中的水不断蒸发吸热，起到了降低和稳定第二燃烧区温度的功能。第二燃烧区中有氢气的加入是由于水蒸气的加入反应得来，第二燃烧区只是燃烧炉内连续稳定燃烧的一部分，第二风机进风主要是防止燃料在进料仓内燃烧。

本实用新型实施例中，蒸汽锅型炉盖2产生蒸汽，供第一燃烧区使用，温度基本接近水的沸点；且炉盖不易变形和开裂。而传统炉盖多为耐火材料，导热性差，热强度差，温度基本在1200℃左右，容易损坏。

本实用新型实施例中，由于第一燃烧区中箅子上的燃料存放区不结焦，因此一次风(第一风机吹送)能够均匀持续的穿越燃料层，使炉子燃烧非常稳定。

为了更好地理解本实用新型，本实用新型还提供一种生物质燃料的燃烧方法的实施例如下：

作为外热式(干馏式)生物质炭化炉的加热设备，加热到400至650度合适的温度，保证生物质的热解反应在稳定的温度范围内。

每小时生物质燃料的用量约200千克/小时。水蒸汽和外界空气的比例为1:6。第一风机、第二风机和第三风机的具体频率分别为20Hz、30Hz和35Hz，一次燃烧区、二次燃烧区和三次燃烧区的具体温度分别为800±50℃、950±50℃和1050±50℃，最后产生的热量约为60万大卡/小时，而且并未发现结焦现象。

本实用新型实施例的生物质燃烧机和生物质燃料的燃烧方法的优点在于：

提供了新型的蒸汽锅型炉盖，该蒸汽锅型炉盖由于水的不断补给与蒸发，即使温度最高的底部也在100℃左右获得动态平衡，用普通的碳钢也能经得起下部火焰的高温作用，比起传统的耐火炉盖，制作简单，使用可靠，不会发生崩裂、垮塌，并且，产生的蒸气正好用于第一燃烧区的温度调节；第一燃烧区的温度测控与调节，确保了生物质燃料燃烧时第一燃烧区的温度低于燃料的灰熔点，因此，不会造成燃烧灰烬的软化和熔融，所以，不会结焦；由于不会结焦，所以第一燃烧区的供风始终保持畅通，燃烧机燃烧会非常平稳，效果也非常好，并且清除灰烬也变得非常容易；由于水蒸气的引入和控温措施的实施，使得箅子的故障率降低，寿命大大提高，并且，炉壁耐火保温层的寿命也会大大提高；通过控制装置启动对温度传感器信号的采集并对第一风机、第二风机、第三风机、闭风器、空气调节阀、蒸气调节阀进行相应的控制调节，可以达到理想的燃烧效果；由于解决了结焦问题，使得本实用新型实施例可适应所有的生物质燃料，解决了传统燃烧机仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料的难题。本实用新型对草本生物质燃料具有很好的适应能力，为生物质清洁燃料的应用推广打开了广阔的空间。本实用新型实施例，燃烧分区合理，燃烧过程清洁环保，设备安装调试简单，工艺方法简单可靠，制造成本低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。