一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉

1.本实用新型涉及一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉，属于生物质燃烧设备技术领域。


背景技术：

2.生物质作为一种零碳可再生能源，能完全满足农村生活用能(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2020.北京：中国建筑工业出版社，2020)。生物质颗粒燃料相比于生物质原料可以减少储存空间，并改善燃烧特性，目前广泛应用于采暖炉和工业锅炉中。目前农村户用生物质采暖炉具仍然存在燃烧不充分、热效率低、操作困难等问题，具体包括：(1)很大一部分炉具为自然通风或只通过一个风机提供一次风，风量难以满足不同可燃成分在炉膛中不同位置充分燃烧需求，且无法调节；(2)换热器烟道和换热水管多为水平布置，换热流程短，换热面积小，且烟气中飞灰容易聚集在水平烟道底部，长期使用导致换热效果明显下降；(3)点火、加料和调风需手动操作，过程繁琐且难以满足燃烧燃料量和送风量的自动匹配，导致燃烧不充分而排放大量污染物。因此，设计适合生物质颗粒燃料燃烧的高效清洁采暖炉对于加速农村地区实现低碳清洁用能具有重要作用。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉，旨在实现农村地区生物质颗粒燃料的高效清洁利用，进而加速农村地区低碳清洁用能进程。
4.本实用新型技术方案如下：
5.一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉，包括：位于采暖炉上表面的储料箱2、储料箱下方的进料系统、进料系统下方的三级送风系统、点火系统、燃烧系统、燃烧系统上方的倾斜式多流程换热器、采暖炉一侧的电机箱29、采暖炉底部的灰斗21、采暖炉最外部的炉体外壳6；其中，
6.所述进料系统包括位于储料箱2底部的推料滑块33、一端与推料滑块33连接的进料曲柄连杆35、驱动进料曲柄连杆35运动的进料驱动电机34、位于储料箱2下方的倾斜进料管11；储料箱2底部设有漏料口，漏料口正对倾斜进料管11的入口上方，推料滑块33在进料曲柄连杆35的带动下周期性的封闭或打开漏料口；
7.所述三级送风系统包括位于倾斜进料管11下方燃烧腔左侧的二级风腔19、二级风腔19与燃烧腔17连接一侧的壁面下部、上部分别设置二次风风口20和三次风风口18，一次风风机27位于电机箱29底部，一级风腔24位于炉体底部且与一次风风机27的出风口连通；二次风风机32位于电机箱29中部，二次风风管26两端分别连通二级风腔19和二次风风机32；
8.所述点火系统包括位于二级风腔19下方的点火器23、位于电机箱29中部的点火风机31，点火风管25两端分别连通点火风机31和点火器23；点火器23的点火端与燃烧腔17侧壁连通；
9.所述燃烧系统包括倾斜式多流程换热器下方的燃烧腔17、位于燃烧腔17下部的活动炉排22，位于电机箱29中部的炉排驱动电机30，炉排驱动电机30驱动炉排曲柄连杆28，炉排曲柄连杆28驱动活动炉排22，活动炉排22远离炉排曲柄连杆28的末端通过向下延伸板36与固定炉排14的末端活动连接，所述固定炉排14固定于燃烧腔17活动炉排22下方的侧壁上；固定炉排14下方为一级风腔24，固定炉排14上设有固定炉排一次风进风孔15，活动炉排22上设有活动炉排一次风进风孔13；
10.所述倾斜式多流程换热器包括位于炉体外壳6内侧和燃烧腔外侧之间的水冷壁8、位于燃烧腔17上方的倾斜式多流程s型烟道9，多流程s型烟道9顶部出口处依次连接排烟管道5和排烟风机4，两相邻流程烟道间均匀分布换热水管10，水冷壁顶部和底部分别连通出水管7和进水管16；
11.灰斗21位于固定炉排14下方并正对活动炉排一次风进风孔13和固定炉排一次风进风孔15。
12.作为优选方式，倾斜进料管11内壁上均匀错落分布进料挡片12，所述进料挡片12为以进料管11内径半径为环宽的半环形，且其与倾斜进料管11夹角为30
°
，便于生物质颗粒燃料均匀缓慢下落；
13.作为优选方式，所述倾斜式多流程s型烟道9为四流程s型烟道，多流程s型烟道9与垂直方向夹角为60
°
。
14.作为优选方式，所述倾斜进料管11倾斜角度为45
°
。便于推料滑块33所推生物质颗粒燃料在重力作用下下落至活动炉排22。
15.作为优选方式，所述储料箱2顶部覆盖有带有密封圈的储料箱盖1。用于防止烟气从储料箱2泄露；
16.作为优选方式，所述点火器23为氮化硅陶瓷点火器。
17.作为优选方式，固定炉排14上设有两排固定炉排一次风进风孔15，活动炉排22上设有三排活动炉排一次风进风孔13；兼做落灰孔。
18.作为优选方式，所述换热水管10与邻近的水冷壁8一侧之间留有10mm缝隙，并且/或者所述水冷壁8和炉体外壳6之间填充有硅酸铝纤维隔热材料层3。
19.作为优选方式，所述排烟风机4额定排烟风量比一次风风机、二次风风机、点火风机额定风量之和大15％-20％。
20.作为优选方式，所述电机箱29内有plc控制器，用于调节点火器23、点火风机31、进料驱动电机34、一次风风机27、二次风风机32、炉排驱动电机30和排烟风机4启停和转速。
21.本实用新型具有以下优点及突出性效果：
22.①
通过采用一次风风机和二次风风机提供一、二、三次风，并通过点火风机提供额外送风，在整个燃烧腔高度方向上形成均匀送风分布，使生物质颗粒燃料燃烧更加充分，
23.降低不完全燃烧导致的污染物排放；
24.②
通过倾斜式烟道布置，增加了烟气流程和换热水管数量，增加了换热面积，延长了烟气与水的换热时间，减少了烟道积灰，提高了换热效率；
25.③
通过进料电机驱动推料滑块进料和减料挡片整流替代传统绞龙进料模式，减少了生物质颗粒燃料进料过程被进料机构挤压粉碎现象，提升了进料稳定性；
26.④
通过plc控制器自动调节燃料进料速率、送风风机转速和排烟风机转速，提高了
燃料和风量之间的匹配度；
27.⑤
本实用新型结构简单，操作简便，节能减排效果好。
附图说明
28.图1为本实用新型提供的一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉的结构示意图。
29.图2为图1的a-a剖面图。
30.图3为图2的b-b剖面图。
31.图中各部件表示：1-储料箱盖；2-储料箱；3-硅酸铝纤维隔热材料层；4-排烟风机；5-排烟管道；6-炉体外壳；7-出水管；8-水冷壁；9-倾斜式多流程s型烟道；10-换热水管；11-倾斜进料管；12-进料挡片；13-活动炉排一次风进风孔；14-固定炉排；15-固定炉排一次风进风孔；16-进水管；17-燃烧腔；18-三次风风口；19-二级风腔；20-二次风风口；21-灰斗；22-活动炉排；23-点火器；24-一级风腔；25-点火风管；26-二次风风管；27-一次风风机；28-炉排曲柄连杆；29-电机箱；30-炉排驱动电机；31-点火风机；32-二次风风机；33-推料滑块；34-进料驱动电机；35-进料曲柄连杆，36-向下延伸板。
具体实施方式
32.下面结合附图对本实用新型的工作原理、具体结构作进一步的说明。
33.一种分级送风和强化换热的生物质颗粒燃料采暖炉，包括：位于采暖炉上表面的储料箱2、储料箱下方的进料系统、进料系统下方的三级送风系统、点火系统、燃烧系统、燃烧系统上方的倾斜式多流程换热器、采暖炉一侧的电机箱29、采暖炉底部的灰斗21、采暖炉最外部的炉体外壳6；其中，
34.所述储料箱2顶部覆盖有带有密封圈的储料箱盖1。用于防止烟气从储料箱2泄露；
35.所述电机箱29内有plc控制器，用于调节点火器23、点火风机31、进料驱动电机34、一次风风机27、二次风风机32、炉排驱动电机30和排烟风机4启停和转速。
36.所述进料系统包括位于储料箱2底部的推料滑块33、一端与推料滑块33连接的进料曲柄连杆35、驱动进料曲柄连杆35运动的进料驱动电机34、位于储料箱2下方的倾斜进料管11；储料箱2底部设有漏料口，漏料口正对倾斜进料管11的入口上方，推料滑块33在进料曲柄连杆35的带动下周期性的封闭或打开漏料口；倾斜进料管11内壁上均匀错落分布进料挡片12，所述进料挡片12为以进料管11内径半径为环宽的半环形，且其与倾斜进料管11夹角为30
°
。便于生物质颗粒燃料均匀缓慢下落；所述倾斜进料管11倾斜角度为45
°
。便于推料滑块33所推生物质颗粒燃料在重力作用下下落至活动炉排22；
37.所述三级送风系统包括位于倾斜进料管11下方燃烧腔左侧的二级风腔19、二级风腔19与燃烧腔17连接一侧的壁面下部、上部分别设置二次风风口20和三次风风口18，一次风风机27位于电机箱29底部，一级风腔24位于炉体底部且与一次风风机27的出风口连通；二次风风机32位于电机箱29中部，二次风风管26两端分别连通二级风腔19和二次风风机32；
38.所述点火系统包括位于二级风腔19下方的点火器23、位于电机箱29中部的点火风机31，点火风管25两端分别连通点火风机31和点火器23；点火器23的点火端与燃烧腔17侧
壁连通；所述点火器23为氮化硅陶瓷点火器。点火时点火器23开启，点火结束后点火器23断开电源停止发热；所述点火风机31在点火时与点火器23同时开启，且点火风机31在炉具整个燃烧过程中一直处于开启状态，为燃烧腔17提供额外一级送风，同时保护点火器23不被燃烧腔17高温损坏；
39.所述燃烧系统包括倾斜式多流程换热器下方的燃烧腔17、位于燃烧腔17下部的活动炉排22，位于电机箱29中部的炉排驱动电机30，炉排驱动电机30驱动炉排曲柄连杆28，炉排曲柄连杆28驱动活动炉排22，活动炉排22远离炉排曲柄连杆28的末端通过向下延伸板36与固定炉排14的末端活动连接，所述固定炉排14固定于燃烧腔17活动炉排22下方的侧壁上；固定炉排14下方为一级风腔24，固定炉排14上设有两排固定炉排一次风进风孔15，活动炉排22上设有三排活动炉排一次风进风孔13，兼做落灰孔；
40.所述倾斜式多流程换热器包括位于炉体外壳6内侧和燃烧腔外侧之间的水冷壁8、位于燃烧腔17上方的倾斜式多流程s型烟道9，多流程s型烟道9顶部出口处依次连接排烟管道5和排烟风机4，所述排烟风机4额定排烟风量比一次风风机、二次风风机、点火风机额定风量之和大15％-20％。两相邻流程烟道间均匀分布换热水管10，水冷壁顶部和底部分别连通出水管7和进水管16；所述倾斜式多流程s型烟道9为四流程s型烟道，多流程s型烟道9与垂直方向夹角为60
°
，倾斜式布置增加了烟道流程长度和换热水管10数目；所述换热水管10与邻近的水冷壁8一侧之间留有10mm缝隙，用于使沿倾斜角度下落的飞灰落入灰斗21；并且/或者所述水冷壁8和炉体外壳6之间填充有硅酸铝纤维隔热材料层3，减少燃烧热量损失。
41.灰斗21位于固定炉排14下方并正对活动炉排一次风进风孔13和固定炉排一次风进风孔15。
42.本实用新型的原理和工作过程如下：
43.在进水管16和出水管7处连接管道，打开循环水开关将炉体注满水，将适量生物质颗粒燃料导入储料箱1中并改好储料箱盖2，连通电源并将炉具开启至运行状态；进料驱动电机34驱动进料曲柄连杆35活动，使推料滑块33后撤，燃料通过储料箱2与推料滑块33之间的漏料口掉落至进料管11，经过进料挡片12阻拦减缓降落速度，最后掉落在活动炉排22上，下料结束后进料驱动电机34驱动进料曲柄连杆35活动，使推料滑块33前进，使储料箱2底部漏料口被遮挡；每次下料开始时，炉排驱动电机30驱动炉排曲柄连杆28带动活动炉排22由最后端前进，直至到达最前端停止，使燃料均匀分布在活动炉排22上；点火器23和点火风机31启动，将被加热的高温空气吹至活动炉排22上的燃料层，直至燃料着火，点火器23关闭，点火风机31保持开启状态；一次风风机27和二次风风机32开启，一次风由一次风风机27送出后经一级风腔24到达固定炉排14下部，通过固定炉排一次风进风孔15和活动炉排一次风进风孔13送至燃料层,二次风风机32送出的风量经二次风管26进入二级风腔19，分别通过位于二级风腔19下部和上部的二次风风口20和三次风风口18进入燃烧腔17，燃料层燃料与一次风混合后进行初步燃烧，产生的大量不完全燃烧产物再依次与点火风机31送风、二次风、三次风依次混合并分级燃烧，燃烧更加充分，降低了烟气中有不完全燃烧导致的污染物含量；活动炉排22每20分钟往复运行一次，在后退过程中未燃尽燃料在点火器23阻挡下掉落至固定炉排14继续燃料，灰分则通过活动炉排一次风进风孔13和固定炉排一次风进风孔15掉落至下方灰斗21，在活动炉排22前进过程中其向下延伸板将固定炉排14上燃料推落至
灰斗21；燃烧产生的高温烟气一边与水冷壁8换热一边流过倾斜式四流程s型烟道9，并在烟气上升过程中与换热水管10换热，最后排烟管道5在排烟风机4的抽力作用下排出，加热后的水经出水管7流出，经过末端散热后循环由进水管16流回；烟气换热过程中沉降到倾斜式四流程s型烟道9下壁面的飞灰在重力作用下滑落至每一流程低位侧，经换热水管10与水冷壁8之间的缝隙掉落至灰斗21；炉具停止运行时，先停止进料驱动电机34并使其处于封闭储料箱2底部漏料口位置，待活动炉排22上燃料燃尽时，关闭一次风机27、点火风机31、二次风机32和排烟风机4，关闭循环水阀门，拉出灰斗21倒灰后放回原位。