专利名称：生物质的燃烧方法及其燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质的燃烧方法及其燃烧装置。
背景技术：
生物质能是可再生能源，主要从木材及森林废弃物、农业废弃物、农林加工残余物、油料植物、动物粪便、城市、乡村生活垃圾等中获取。生物质材料如柴薪、野草、农作物秸杆、谷壳、锯末、林场废弃物，生物质材料加工废弃物(甘蔗渣、糠醛渣、造纸厂废弃物等)，动物排泄物(如牛粪等等)，或者它们的混合物，其一直是人类赖以生存的重要能源。生物质能具有可再生、低污染、分布广、储量大等优点。
然而，大规模生物质能的利用仍然受到生物质体积能量密度和重量能量密度低，收集运输不便，燃烧效率低，难以作为商品的燃料等条件的限制。因此，生物质能的大规模应用仍然局限在广大的农村地区，而且以低热利用效率的方式在应用。如作为主要的生物质的农作物秸杆、野生草类，由于燃烧时易于形成烟雾，所以仍然只能在带有烟囱的灶膛内或锅炉内直接燃烧利用，不能向煤炭(蜂窝煤)一样作为商品用于可以移动的炉具内燃烧利用，而且秸杆材料除了易于形成烟雾外还由于能量密度低、体积大运输不便，秸杆柴草也只能就近农田的农户使用，而不能作为商品燃料输送到需要的地方，如中小城镇。这正是近年来大量秸杆在农田焚烧的原因之一。
而现有其它的秸杆等生物质的应用方法，如秸杆气化、沼气发酵，由于设备投入大、技术难度也较大，尤其是需要大规模的输送管道的建设和维护，因此，限制了这些技术手段的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是通过新的生物质的燃烧方法，同时发挥直接燃烧的方便性和气化燃烧的高效率的优点，克服生物质，尤其松散秸杆类生物质，工业化燃烧技术领域的技术偏见，扩大生物质材料的应用范围，以廉价经济可行的方法达到工业化、规模化和商品化应用生物质的目的，解决生物质收集运输及转变为可作商品燃料的难题，以及控制生物质燃烧时易于形成烟雾灰尘的问题和生物质高温时易于剧烈地产生挥发性可燃物质的难题。其主要特征是生物质被成型为带有中心燃烧通道的燃烧块。理论上，实现生物质的周边气化中心燃烧过程。
本发明的技术方案是将生物质挤压或捆绑或应用粘结剂粘结成型为一中心带有通道的圆柱或其它横截面的块状(木料可以采用中心钻孔、或规整木料堆积形成中心燃烧通道的方法实现)；或者等价地，将生物质材料挤压或捆绑或粘结成型为规整的块状(如方块形)，放入炉具内挤压或需沿炉膛边沿弯曲堆砌形成一中心通道，该通道与炉具的进风口相连接，炉具的进风口大小最好小于该中心通道口的大小。燃烧时燃烧首先在该中心通道内发生，燃烧通道使燃烧集中在中心区域，边沿区域的生物质主要受热气化、热解产生可燃气体，在通道内向上流动的进风气流的导引下可燃气体流向和经过中心区域燃烧。当然，本发明的技术方案也可以在不完全燃烧的条件下实现生物质气化的目的，即作为气化炉来使用。
所使用的炉具是底部带有进风口的圆柱筒状结构或者与燃料块形状相对应的其它截面的筒状结构，也可以简化变形为一带有进风口的平板结构，进风口直接对准燃料块上的中心通道。为了便于控制中心通道内燃烧气流处于合适的流动状态及控制燃烧速度，如尽量控制燃烧气流在中心区燃烧流动，炉具顶部可以无盖或带有燃烧口并可以拆卸再安装的留有燃烧口的顶盖(为便于装燃料块)，盖面可以是平的或弓起或凹下。在生物质燃料块的上方，最好是在顶盖的下方，安装一层或多层金属网，金属网的表面一方面增加可燃气体与空气的均匀混合机会，另一方面起到稳定上方燃烧区温度的作用。
进风口可以使用鼓风机鼓风。如果需要快速燃烧，炉内壁可以采用导热快的金属板材，有助于炉内靠近炉壁的燃料的气化，均匀炉内温度分布。为了使燃料块入炉快捷方便以及燃烧完毕后易于倾倒灰烬，还可以将燃料块预先装填入一带开口的炉胆内(可由金属或陶瓷材料制造)，该开口与通风口直接相接，炉胆结构与上述炉具形状相配合，将装有燃料块的炉胆放入炉具内即可点火燃烧，燃烧完毕后可以连同残余灰烬取出。如果要求燃烧平稳，可以从最上面点火，使燃烧自上而下进行。为了避免生物质在高温时快速产生挥发性可燃物质实现平稳燃烧过程，在装填生物质时可以将生物质隔开分层，每层之间放置有中央小开口的金属或其它不燃材质的隔板。为了避免生物质高温时的猛烈热解气化，在内炉胆和外炉胆之间留有间隙，该间隙与进风口相通，使从底部分流来的空气冷却炉胆降温，而被加热的空气在炉具上部与中心通道的燃烧气流混合达到助燃目的。或者，在内炉胆与外炉胆之间放置热水箱或热水管，一方面可以获得生活用热水，另一方面，又可以降低内炉胆的温度。
生物质可以，但不是必须，先经过预处理将其粉碎、切短或揉搓密实变软或不作预处理而直接进入成型工序。成型可以通过手工现场挤压秸杆等材料进入炉膛，炉膛中央预先放置一直杆管以形成中央中心燃烧通道，挤压完毕后抽出直管，即得到堆积而成的周边相对密实的燃烧块；或者通过机械捆绑、编织或机械设备的挤压成型，或者使用粘结剂辅助机械设备对生物质材料的成型(尤其是粉末状的木粉、稻壳等的成型)。机械捆绑或挤压成形便于生物质的生产和商品化运输。生产时先均匀混合或使秸杆材料的长度方向尽量无序混合，或者进一步混合粘结剂，放入压缩孔道内压缩并形成一带有孔腔通道的燃料块。
燃烧时，点燃燃料中心通道中央顶部或底部，开始以较大风力通风助燃，后期当燃烧稳定后，可以减少或取消通风助燃代之以自然风助燃。燃烧方式当然还可以两个或多个燃烧通道燃烧。为了解决秸杆材料能量密度低的问题，可以将两个或多个炉具并列使用，炉具的通风系统共用，当一个炉具燃烧完毕后，只需将炊具平移到另一炉具即可实现连续的使用。
当生物质用于大规模燃烧利用，如加热锅炉产生蒸汽用于发电或供热，可以将多个燃烧炉具并列使用，形成燃烧阵列。多个燃烧阵列可以循环移动进入燃烧区以达到连续燃烧加热的目的，在完全进入高温的燃烧区前的过程中，生物质在温度逐步升高的通道内被加热干燥去除水分。
图1是带有中心通道的筒柱状生物质燃料块的正视图和俯视图。
图2是带有进风口的燃烧炉剖视图，图1所示燃料块示意放入了炉内。虚线箭头表示燃烧气流流动方向。
图3是图2所示筒柱状炉体简化变形为一平板结构的炉板，燃烧块上的中心通道与平板上的进风口相连。
图4是燃烧阵列加热锅炉，产生蒸汽示意图。
上述图示中炉壁为单层铁皮结构，可将一定厚度的保温隔热层结构代替铁皮结构。炊具结构为通常结构故未画出，炉体支撑结构可以任意使用现有技术，故省略。
具体实施例方式
举例实施例1见图1，2所示，将带有中心通道1的圆柱状燃料块2放入圆柱状炉具3内，炉具3带有通风口4。燃烧时，先从上部(要求平稳较缓慢燃烧时)或下部点燃(要求快速燃烧时采用)，根据燃烧情况，可以利用自然吸风或利用外部鼓风机助燃(图示未画出)。在日常使用时，炉具3的体积能够装入数公斤生物质即可满足需要，但如果用于锅炉等大型场合的使用，炉具3应能够容入数百公斤的生物质材料，如锅炉的燃烧，由于燃烧后期中心燃烧区变的太大，中心气流强度不能对周边生物质燃料块气化和热解了的气体进行引流，而使中心燃烧区稳定燃烧的作用减少，故可以在炉具3内使用一能够控制收缩的炉胆，使生物质材料随着燃烧的进行向中心区靠拢。为了减少倾倒灰烬时炉体所形成的障碍，尤其是为了在加热锅炉5满足生产蒸汽6发电时需要的大规模生物质燃烧，圆柱状炉具可以变形简化为一平板结构，如图3所示，进一步地，使用多个炉具形成燃烧陈列7达到大规模燃烧的目的，如图4所示。所述的燃烧阵列中单个炉具之间的距离应大于10厘米，以使每个燃烧通道周边有足够的可供燃烧的生物质。
实施例2与使用多个炉具形成燃烧陈列7等价地，可以将生物质成型为有一个以上的燃烧通道的燃料块，对应于每个燃烧通道，炉具底部有相应的进风口。由于生物质材料松散和压缩后的高反弹的特性，与使用燃烧阵列相比，多个燃烧通道的燃料块的加工相对困难。为了使整个燃烧块几乎同时燃烧完毕，燃烧通道之间的距离应大于10厘米，以便保证燃烧通道之间的生物质有足够的量。如果其距离较近，中心区域的生物质短时间内即被燃烧完毕，其效果等于是形成了一个较大的中心通道，中心进风气流的导引作用也即被削弱。
实施例3与使用多个炉具形成燃烧陈列7等价地，可以将生物质成型为有一个以上的燃烧通道的燃料块，并将燃料块的底部完全暴露在炉具底部的大进风口中。此时由于燃烧通道之间的生物质也被直接吹空气(氧气)，并发生直接燃烧，直接燃烧时与进风口距离的不同，受氧量就不同，较少氧含量的地方即容易形成由气化、热解产生的可燃气等组成的烟气。
权利要求
1.一种生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是生物质被成型为带有中心燃烧通道的燃料块。
2.根据权利要求1所述的生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是燃烧炉具有进风口，所述进风口与燃料块上的中心燃烧通道直接连通。
3.根据权利要求2所述的生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是进风口使用鼓风机。
4.根据权利要求1所述的生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是所述燃烧装置为一容纳生物质燃料块的筒状结构。
5.根据权利要求1所述的生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是所述燃烧装置为一允许生物质燃料块放置其上的平板结构。
6.根据权利要求1所述的生物质的燃烧方法及其燃烧装置，其特征是所述燃烧装置为一个以上的所述燃烧装置的并列组合。
全文摘要
一种生物质的燃烧方法及其燃烧装置，通过一种新的生物质的燃烧方法，克服了生物质工业化燃烧领域局限于直接燃烧或气化燃烧的技术偏见，扩大了生物质的应用范围，以廉价经济可行的方法达到工业化、规模化和商品化应用生物质能源的目的。本发明的技术特征是生物质被成型为一带有中心燃烧通道的燃料块。燃烧气流被导引流经中心燃烧通道或中心燃烧通道附近，所用炉具可以是一带有进风口的筒状或平板状结构。
文档编号F23B90/00GK1869511SQ20051007458
公开日2006年11月29日 申请日期2005年5月29日 优先权日2005年5月29日
发明者秦才东 申请人:秦才东