专利名称：一种固体燃料的燃烧方法
技术领域：
本发明涉及固体燃料的燃烧方法，尤其是一般的大小适中块状，颗粒状，粉状或由它们组合的固体燃料的燃烧方法，这种燃烧方法可应用于轻重工业加热炉窑，煤气发生装置，工业及民用锅炉和家用炉灶。
本发明所指的固体燃料是指煤、油页岩等各种固体矿物燃料以及农作物稻草麦杆，谷果壳核，木质，叶草等有机固体燃料，它们或现成或经过适当加工成为一般的大小适中块状，颗粒状，粉状，或由它们的组合固体燃料都是本发明所使用的燃料范围。由于煤在其中占绝大多数，以后均以煤为代表进行叙述，不影响其他固体燃料的使用，并简称为散煤。“煤炭资源在我国及世界的能源中都占有优势。作为热源，煤炭的利用有直接燃烧，气化和液化等三种途径。虽然后两种代表着技术方向，但是在可预见的若干年内，我国煤炭资源中绝大部分的利用途径将仍然是直接燃烧。煤的直接燃烧方式可分为两大类，即块煤(层状)燃烧和粉煤燃烧。粉煤的燃烧方法目前主要有三种(1)喷流燃烧法；(2)沸腾燃烧法；(3)旋风燃烧法。”(《现代工业炉燃烧技术》郭伯伟、高泰荫，薄宗昭编著，科学出版社出版，1994年7月)“煤虽然是综合利用资源，但是目前各种煤炉仍是很多的，这是因为煤资源丰富，容易得到。从国民经济的全局出发，优先考虑用煤作为燃料，是完全必要的。煤的燃烧方法主要有两种层状燃烧和粉煤燃烧。前一种方法用得最多。”(《工业炉热工及构造》第一编，陆钟武，宁宝林编著，东北工学院，1983年5月)所谓粉煤燃烧，是将煤加工成粉末状以后，利用空气使之喷流，沸腾，旋风，使粉煤与空气混合以后的燃烧。这种燃烧方法高效，但技术要求高，用得较少。所谓层状燃烧，是将块状、颗粒状煤炭装入具有通气炉篦的炉膛内，空气通过炉篦与炽热的煤产生燃烧反应。这是目前采用的最多的一种燃烧方法。但这种燃烧方法尚存在不完全燃烧损失大，燃烧不稳定，热效率低，不易操作及污染环境等缺点，这是人可共知而长期没有得到彻底解决的问题。特别是其热效率低，而社会采用这种方法的煤炉又多，所造成的煤炭资源浪费是相当巨大的。
本发明的目的是提供一种区别于前述两种燃烧方法的散煤燃烧方法，克服现有燃烧方法的缺点，在很大程度上降低不完全燃烧损失，使燃烧稳定，较大地提高热效率，同时操作方便，技术简单，环境污染小，应用于工业生产和民用生活领域。
本发明的实现方案是这样的当具备足够高的温度；足够多的空气(氧气)与燃料接触；足够的燃烧时间等三个条件时，就可以使固体燃料得以燃烧至烬。(参考文献《家庭节能炉灶》周伯俞编著，湖南科技出版社，1984年)用耐高温抗氧化，并在高温状态下有足够强度的材料制成一种栅网孔板状结构或其他形式结构的隔离件，要使这种隔离件满足这样的条件要尽量的轻薄；它能在非水平方向的一定角度范围内放置，特别是直立放置时，在其特定一侧的散煤，不论是静止时还是由上至下移动时，均能被遮挡不会漏向另一侧，而空气又能顺利地通过隔离件的缝隙，孔眼从没有散煤的一侧通向有散煤的一侧向散煤扩散接触。由此获得了一个能隔住散煤隔不住空气的非水平方向轻薄不厚的界面(竖直界面)，这种隔离界面可以是平面，折面，也可以是各种形状的曲面，只要满足前述条件任何界面都可视为这种隔离件。将一组这种隔离件按一定方式组合成一种隔离容器，这种隔离容器也就具备了这样的功能其内部的散不论是静止时还是由上至下移动时不能从四周漏出隔离容器，而四周外部空气又能与其内的散煤接触，这是一种设计形式；另一种设计形式正好与前一种相反，其外部的散煤不论是静止时还是由上至下移动时不能漏进隔离容器，其内部的空气又能与其外部的散煤接触。再将若干个这种隔离容器按一定方式进行组合而成一种隔离群体。这种隔离群体就可以使散煤和空气在其内各有位置，这种位置实际上也是一种通道，散煤在自己的通道内不论是静止时还是由上至下移动时不漏向空气通道，而空气在自己的通道内流动时又能向散煤通道内扩散接触。将这种隔离群体装在专门为它设计的煤炉相应位置内，这种煤炉还必须具有这样的功能凡是在隔离群体散煤通道内的散煤不会从下部漏出，而当散煤燃烬成为灰渣后，可以通过一定操作很方便地将灰渣漏下取走，随即又恢复原状；隔离群体中的空气通道上下通气，外部空气可以顺利进入下部与其相通，并且通气量可调。将适量的散煤装入这种装有隔离群体的专门煤炉相应位置内，采用引火或其他方式将温度提高到该散煤着火点以上，并保持空气通道内空气流通，燃烧即可得以实现，只要保持炉内温度足够高，外部空气不断进入空气通道予以补充以及足够的燃烧时同，燃烧将继续下去，直到散煤燃烬。在燃烧过程中，参与燃烧的散煤体积逐渐变小，最后成为灰渣，上部没有燃烬的散煤在重力作用下在自己的通道内自动落下补充继续燃烧；而空气由抽力的作用自动地自下而上在自己的通道内向散煤通道内的散煤扩散供氧，参与以扩散为主的燃烧反应，并带走燃烧产物，空气中氧含量逐渐降低，最后甚至氧含量为零。由于供气量可调，通道的高度可以预设，就可以直接取热，或者获取煤气。只要适时清除灰渣，添加散煤、控制风量，燃烧可按人为要求继续下去。利用这种燃烧方法，可以根据需要，设计成大小、高度、形状，用途等各不相同的煤炉，结合现有控制燃烧技术及其他辅助技术，可以应用于轻重工业加热炉窑，煤气发生装置，工业民用锅炉和家用炉灶等领域。
隔离群体可以由隔离容器组合而成，也可以整体制作；隔离容器可以由隔离件组合而成，也可以整体制作；它们也可以直接与炉体整体成型。
空气通道内空气流向一般由下至上进行，但也可以由上至下进行，实施所谓反烧法；为了某种需要，空气流向可以由上至下，由下至上交替进行；也可以切断风源停止流动即进行封火操作。空气的流动一般是自然流动，但也可以强制流动。
散煤的移动方向一般由上至下自动进行，为了某种需要也可以设计成由下至上强制移动形式。
本发明具有如下优点本发明具有各自独立的空气通道和散煤通道，影响空气流动，散煤移动的隅然因素几乎没有或者很少，比层状燃烧稳定得多。
本发明无论在清除灰渣，添加散煤操作中，还是在燃烧过程中，几乎不存在机械不完全燃烧损失，或者这种损失很少。
能够设计成空气系数很接近于1的煤炉，实现高的燃烧效率，并且对环境污染也很小。
加散煤操作不象层状燃烧方法那样要求勤加，少加，加均等技术讲究，可以一次加足加满能用一段较长时间，而且不是直接向炉膛投煤，而是投在表面还没有冒明火的散煤上，免受烟熏火燎之苦，对劳动难度、强度和条件有不同程度的降低、减轻和改善。
本发明很容易和现有控制燃烧技术及其他辅助技术结合，实现大规模机械操作及自动控制。
本发明工艺简单，技术要求不高，且对固体燃料的热值，形状没有很高的要求，适应它的燃料资源，丰富而广阔。
本发明用在家用炉灶上，免去了蜂窝型煤或其他型煤制作的麻烦，降低了燃料成本，同时免去了泥土粘合剂进入炉内，使上火快，效率高。还可以实现家庭散煤气化燃烧，缓解液化气供应矛盾及社会煤气尚未全面供应的困难。
为了进一步说明本发明的实现方案，参照附图，对原理实施作形象描述
图1是栅板状隔离件示意图，图纸左边是主视图，右边是立体示意图。
图2是由栅板状隔离件组合的隔离容器，图纸左边是主视图，右边是立体示意图。
图3是由栅板状隔离群体装在特制炉体内情形的剖示图。
图1’，图2’，图3’分别是孔网状隔离件，隔离容器，隔离群体装在特制炉体内情形与图1，图2，图3的相应图。
原理实施例如图1所示，栅板状隔离件(1)由多块具有倾角的板条组成。具体使用的材料为耐火陶瓷或金属氧化物烧结或熔铸面成，必要时在其内加有金属丝或无机高熔点纤维丝增强材料，或者直接使用在表面涂敷，啧涂有保护层的金属板制作。如图2所示，它是由两个隔离件(1)组成的隔离容器(2)，采用无机粘结剂结合而成，此隔离容器(2)的内部是空气通道(4)。图3是隔离容器(2)装置在特制炉体内时的情况，炉内只画出了由两个隔离容器(一个和两个半个)组成的隔离群体(3)仅示意原理，实际上是根据需要，隔离群体(3)中的隔离容器(2)是可以设计得较多的。炉体(6)具有一定强度和保温性能，散煤(7)是不能通过栅板(8)漏向空气通道(4)的，由挡灰插板(9)的作用，散煤(7)也不能从下部漏出，空气如箭头所示进入其空气通道(4)，通过栅板(8)所形成的条缝向散煤通道(5)的散煤(7)扩散接触，通过引火或其他方式将炉内温度提高到该散煤(7)着火点以上，燃烧就可以实现。随着燃烧反应的进行，在燃烧区的散煤(7)逐渐燃烧体积变小最后变为灰渣，而上部的散煤(7)又由重力作用下落予以补充，这个过程是连续的逐渐的，所以燃烧在一段时间内是很稳定的。适时抽出挡灰插板(9)取出灰渣，并在上面添足散煤(7)，燃烧便得以继续。由于散煤(7)由上部添加到变为灰渣从下部取出都毫不例外地经过炉体(6)内的燃烧区，燃烧时间和燃烧条件都基本上是一样的，所以灰渣内的不完全燃烧损失只要设计得当可以为零或很小。添加散煤(7)的操作是先用一个特制盖板，加煤时先将特制盖板盖覆，挡住所有空气通道(4)的上口，待添加了足够的散煤(7)后又揭开特制盖板即可。图1’，图2’，图3’所演示的原理与前述原理是对应一样的，所不同的是隔离件(1)是孔眼形式与前述不一样，原挡灰插板(9)由挡灰转鼓(10)代替。其他象栅网状、鳞片状以及多种形式的圆，椭，方状，隔离件(1)，隔离容器(2)，隔离群体(3)及尺寸，组件数目的具体设计千变万化，不胜数举。
下面再结合相关炉具实施例和附图对本发明作进一步的详细说明图4、图5分别是相关炉具实施例1工业加热炉窑的主视剖视示意图和端面剖视示意图；图6是相关炉具实施例2煤气发生炉剖视示意图和端面剖视图；图7是相关炉具实施例3家用炉灶(Ⅰ)的部分剖视立体示意图；图8是相关炉具实施例4家用炉灶(Ⅱ)的剖视示意图。
相关炉具实施例1，工业加热炉窑如图4、图5所示，具有保温性能的炉体(6)内安装有栅板状组合的隔离群体(3)、数个连动的挡灰渣转鼓(7)和数个燃烧产物逸出窗(8)。散煤(9)从上部煤斗(10)加入时，受到燃烧产物逸出窗(8)侧面作用，顺利进入炉膛散煤通道(5)内，最后被挡灰渣转鼓(7)挡住，一次空气由可调风门径灰渣室(11)进入空气通道(4)内由抽力带动流动上升，在上升过程中向散煤通道(5)扩散，与炽热的煤粒发生以扩散燃烧为主的燃烧反应，并带走燃烧产物，随着继续上升最后形成氧含量很低的高温烟气，这些高温烟气继续上升又将上部散煤进行干镏和预热，并带走干馏气相产物，最后到达燃烧产物逸出窗(8)，流向加热室(12)，加热物料(13)，由炉尾出口(14)引向烟囱。考虑到煤的挥发可燃成份及煤气等气相燃烧尚没有克分完成，在燃烧产物逸出窗(8)处设有可调的二次风进入风道(15)，将二次风送进补充气相燃烧，调节一、二次风量实现火力大小控制及炉内气氛、空气消耗系数的控制。在适当的时候，转动挡灰渣转鼓(7)，漏下并取走灰渣，同时保持炉膛内有足够厚度的散煤(9)，燃烧加热过程将得以稳定的继续。如果将物料(13)换成锅炉换热器，设计尺寸稍加改动就成为工业，民用锅炉。
相关炉具实施例2，煤气发生炉如图6所示，其炉体结构与实施例1主要差别在于隔离群体(3)的高度尺寸更高一些，使散煤(6)在炉膛内有足够厚的还原层带，从燃烧产物逸出窗流出的气体是氧气，二氧化碳含量均较低的发生炉煤气或水煤气。它没有加热室，二次风道，代之热交换器(7)，沉灰室(8)，煤气引出口(9)。热交换器(7)可以设置多个，用以吸收煤气显热，降低输出煤气湿度，吸收的热量可以用来预热参与燃烧的空气或作其他余热利用。当煤气进入沉灰室(8)之后，流速将会突然变小，其内夹带的灰尘因自重沉积在沉灰室(8)的下部，然后定期取走。煤气引出口(9)外接煤气处理设备，送向煤气柜供用户使用。采用空气水蒸汽混合送风，调节其比例、风量，可以连续获得较高质量的水煤气。这种煤气发生炉适用于化工造气、工业民用煤气制造。
相关炉具实施例3，家用炉灶(Ⅰ)如图7所示，它有炉壳(7)、保温层(8)炉芯(6)二次风道(16)，一次风门(9)，旋风板(10)和聚火板(11)等一般家用炉灶所共有的构件，也有挡灰渣插板(12)，带风门的灰斗(13)和隔离群体(3)等不同于一般家用炉灶的构件，还具有专用漏斗(14)、定量小铲(15)等附件。隔离群体(3)是由隔离件(1)和隔离容器(2)组合而成。将隔离群体(3)放入炉芯(6)内，将专用漏斗(14)放在炉灶上部，并将孔眼对准隔离群体(3)相应位置，用定量小铲(15)向专用漏斗(14)内加煤，由专用漏斗(14)孔眼的定向作用，散煤顺利进入燃料通道(5)，并由挡灰渣插板(12)挡住，直到散煤充满燃料通道(5)，再拿开专用漏斗(14)，即完成了加煤工作。挡灰渣插板(12)上的孔眼与隔离群体(3)内的空气通道(4)是对准相通的，保证了由一次风口(9)进入到灰斗(13)的空气顺利进入隔离群体(3)内的空气通道(4)。采用引火或其他方式将炉内温度提高到该散煤着火点以上，燃烧便开始进行。只要适时抽出挡灰渣插板(12)，让灰渣落入灰斗(13)，又将挡灰插板(12)复位，抽出灰斗(13)去掉灰渣随即复位，即完成出灰工作后，又按加煤工作程序添加适量的散煤，就可以保持正常稳定燃烧。二次风道(16)可以在炉口补给空气，使炉口气相燃烧正常进行，一次风门(9)可以实现火力调节及封火使用的目的。
相关炉具实施例4，家用炉灶(Ⅱ)如图8所示，由煤炉(7)和煤气灶(8)结合而成，由煤气输管(9)将它们相互联系。煤炉(7)实际上是一个小型煤气发生炉，炉内结构与实施例2煤气发生炉基本相同，设置有隔离群体(3)，不同之处是燃烧产物逸出窗两侧是相通的，煤气可以从两侧由两个煤气输管(9)收拾送向煤气灶(8)的两个烧嘴(12)；其下部的挡灰渣插板、灰斗(图中未示)与家用炉灶(Ⅰ)具有一样的功能；炉口增加了盖板(10)，盖住散煤(6)。外部两侧有两个储煤箱(11)，可以分别装盛引火煤、普通燃煤及煤铲附件。煤气灶(8)的两个烧嘴(12)具有切断煤气和调节煤气量的功能，也装有电子点火装置。当煤炉(7)内火旺温高时，在灰斗里注入一定量的水，水受热蒸发与炽热煤反应产生水煤气，在烧嘴(12)处燃烧，可以将炉膛热量迅速转移到烧嘴(12)，实现大火快煮。风口可以调节火力或封火待用。
权利要求
1.一种固体燃料的燃烧方法，其原理与其他燃烧方法一样燃料在燃点以上时与空气中的氧气结合而发生扩散燃烧反应；可以为工业加热炉或烧制炉窑，煤气发生炉、工业用锅炉、民用炊事炉或采暖炉、民用生活锅炉所采用，其特征在于包括下列步骤(1)、用耐高温抗氧化、在高温下有一定强度的材料制成一种隔离件(1)，上有缝隙或孔眼；隔离件(1)的作用是它在非水平方向的一定角度范围内设置时，在其一侧的固体燃料不论是静止时还是移动时均能被遮挡不会漏出到其另一侧，而空气又能顺利通过它的缝隙或孔眼与固体燃料广泛接触；(2)、将上述隔离件(1)的一件或一组制成或组合成隔离容器(2)；隔离容器(2)的作用是能够有效地容纳固体燃料不致向旁边漏出，又能使其内的固体燃料与其外的空气广泛接触；或者是能够有效地阻挡其外的固体燃料不致向其内漏入，其内作为空气通道让空气进入与其外的固体燃料广泛接触；(3)、再将上述的隔离容器(2)同样的或不同样的一组组合成隔离群体(3)；隔离群体(3)可以由一组隔离容器2)组合而成，也可以由一组隔离件(1)在组合成一组隔离容器(2)的同时组合而成；隔离群体3)的作用是能够使固体燃料和空气在相关炉具内各有自己的多条非水平方向的通道，又彼此广泛接触；4)、再将上述的隔离群体3)设置在相关炉具的炉膛内，点燃加入其内的固体燃料，空气通道(4)中的空气便与燃料通道(5)中的固体燃料扩散结合而发生燃烧反应。
2.根据权利要求1所述的固体燃料的燃烧方法，其隔离件(1)的壁面可以是平面、折面、曲面或其他形式的面。
3.根据权利要求1所述的固体燃料的燃烧方法，其隔离件(1)上的缝隙或孔眼可以是任意形状。
4.根据权利要求1所述的固体燃料的燃烧方法，其隔离件(1)、隔离容器(2)、隔离群体(3)可以分件制作再组合，也可以整体成型，也可以直接与相关炉具的炉膛整体成型。
5.根据权利要求1所述的固体燃料的燃烧方法，固体燃料通道(5)的燃料移动方向可以是由上至下，也可以设计成由下至上移动；空气通道(4)内的空气流动方向可以是由下至上，也可以设计成由上至下流动。
全文摘要
本发明公开了一种区别于现有层状燃烧和粉煤燃烧的固体燃料燃烧方法,解决了层状燃烧热效率低和粉煤燃烧技术复杂的弊病。它是采用耐高温抗氧化的材料制成一种在一定角度范围能隔离固体燃料而又不能隔离空气向固体燃料扩散接触的栅网孔眼状隔离群体,装在相应炉内建立起各自独立的燃料通道和空气通道而具备理想的燃料条件。这种燃烧方法具有结构简单,燃烧稳定和高效节能等优点,适用于工业加热炉窑,煤气发生炉、锅炉及家用炉灶等领域。
文档编号F24B1/18GK1217449SQ9710830
公开日1999年5月26日 申请日期1997年11月14日 优先权日1997年11月14日
发明者王云天 申请人:王云天, 肖继昌