分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的制作方法

本实用新型涉及生物质燃料气化燃烧热水供应系统，特别涉及一种分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统。

背景技术：

学校使用热水具有人数多、使用时间集中、环境要求高等特点，特别是高等院校及冬、春季节较长的地区使用要求更加高，因此传统的燃煤、烧柴、太阳能、空气能、天然气、柴油、生物质燃料直燃等热能系统，由于燃料、热能特性或系统本身等因素在学校中的应用具有一定的局限性；其中（1）燃煤、烧柴虽然成本低，但污染大、燃料堆放场地面积要求大、堆放场地和环境较差，政策禁止使用；（2）天然气和柴油等石化能源成本高，燃料燃点低存在较大安全隐患；（3）太阳能和空气能投入成本大，冬天热效能低，不能满足热水供应。

而生物质能源是一种重要的生物质和可再生资源；具有（1）环保和可再生性（2）可持续性（3）资源丰富。4）利用方式多样性的优点；但目前生物质能源主要的利用方式是将由秸秆、稻壳、甘蔗渣及制糖滤泥、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花等原材料制而成生物质成型燃料（生物质成型颗粒燃料）在锅炉或燃烧机直接燃烧，由于直接燃烧所产生的粉尘量较大、NOX相对较高，尾气处理成本较高；因此一体式生物质直燃热水炉也不适用于学校热水供应的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种 “分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统”，该分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统采用分体式组合结构，将生物质气化燃烧器热能洁净微灰的优点和多回程列管式热水炉热效率高的优点相结合，是一种排放洁净、能实现自动恒温控制的洁净热水供应装置，其用于提供热水的方法具有节能、环保、成本低等优点，能满足学校集中使用热水的要求，以克服已有技术所存在的上述不足之处。

解决上述问题的技术方案是：一种分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统，包括热水系统、自动控制系统和余热回收助燃系统；其特征在于：所述热水系统是由生物质燃料气化燃烧器和多回程列管式热水炉组成的分体式组合结构；

所述生物质燃料气化燃烧器包括裂解气化室、燃烧火嘴、下料控制装置和料仓；

所述裂解气化室为双层结构，里层是采用刚玉耐高温水泥一体浇注而成的水泥层，外层为保温层；

所述燃烧火嘴亦为双层结构，内层开孔；

料仓位于裂解气化室上方，下料控制装置安装在料仓与裂解气化室之间的下料通道上，下料控制装置为一能自动开闭的闸板，关机时闸板关闭，停止下料，燃烧过程中闸板打开；自动控制系统的电控箱安装在生物质燃料气化燃烧器一侧；

所述多回程列管式热水炉包括炉体外壳、位于炉体外壳内的四回程卧式锅筒和列管结构，在炉体外壳上有列管清理维护门、玻璃水位计、出水口、自动补水箱、溢水口 、进水口、烟箱清理维护门和尾气排放烟道及引风机，以及连接多回程列管式热水炉与生物质燃料气化燃烧器的对接火口；

所述炉体外壳内的四回程卧式锅筒和列管结构包括：第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ、第四回程的大口径不锈钢散热管和2个烟箱， 其中烟箱Ⅰ内部采用分层隔离逆流设计、将烟箱Ⅰ内部被隔开为两层，第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒的出口、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ的进口同时与烟箱Ⅰ的下部连接，第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ的出口、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ的进口同时与另一侧的烟箱Ⅱ连接，第四回程的大口径不锈钢散热管的一端与第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ的出口同时与烟箱Ⅰ上部连接，第四回程的大口径不锈钢散热管的另一端与尾气排放烟道及引风机连通。

所述的分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的进一步技术方案是：所述自动控制系统包括PLC微电脑控制器、变频器和温控器，用于负责整套生物质气化燃烧热水系统的运行控制；温控探头置于保温水箱内。

所述的分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的进一步技术方案是：连接多回程列管式热水炉与生物质燃料气化燃烧器的对接火口为双层圆筒形，圆筒外层为不锈钢层、内层为耐火砖层。

所述生物质燃料气化燃烧器的下料通道上安装有风机Ⅰ；在对接火口地方安装有两台风机Ⅱ。

所述生物质燃料气化燃烧器的下方有一用于清理裂解气化室内的生物质灰渣的清灰门，该清灰门内有两层档板，第一层为耐高温水泥砖，第二层为铁板保温材料隔热层。

所述生物质燃料气化燃烧器的底部安装有4个滑轮。

所述生物质燃料气化燃烧器的外壳、多回程列管式热水炉的炉体外壳、燃烧火嘴的材质为不锈钢。

更进一步：在生物质燃料气化燃烧器的外壳、第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ和第四回程的大口径不锈钢散热管的内部涂覆有耐高温传热涂层。

由于采用上述技术方案，本实用新型之“分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统”具有以下有益效果：

一、本实用新型整套工艺仅使用生物质成型燃料作为清洁能源，其分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统采用分体式组合结构，将生物质气化燃烧器热能洁净微灰的优点和多回程列管式热水炉热效率高的优点相结合，是一种排放洁净、能实现自动恒温控制的洁净热水供应装置，与现有的燃煤、烧柴、太阳能、空气能、天然气、柴油等热能系统相比，具有节能、环保、安全、热效率高的优点，与生物质燃料直燃等热能系统相比，具有能独立维护保养，结构紧凑，余热回收的可利用热效率进一步提高的优点（参见附表一：本实用新型分体式生物质气化热水系统与一体式生物质直燃热水炉、油、气等热能系统特点及效果对比表）。

以下结合本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的各部分特点分述如下：

1.本实用新型生物质燃料气化燃烧器采用全密封低温裂解技术，可使用各种生物质颗粒成型燃料，利用全密封下料装置将燃料从料仓输送到炉膛；以适量空气为气化剂，通过自动电控系统将炉膛温度控制在800℃相对低温的反应环境下（相对生物质燃料直接燃烧1300℃高温）；然后通过低温裂解化学反应，在燃烧火嘴通过二次加氧进行喷射燃烧，使火焰燃烧效果与天然气、石油气相当，比起传统生物质直燃系统，火焰接近无灰，粉尘率只有生物质直燃的1/1000, NOX排放只有直燃的1/2。

与传统生物质燃烧器的区别和优点主要是：

①使用生物质裂解气化燃烧，喷燃火焰洁净微灰，粉尘量、SO2、NOX 等排放更低，接近燃气标准，可直接替换原有燃气、油燃烧器，无需加装除尘、脱硫、脱销装置。

②裂解气化室内温度低，只有800摄氏度左右，传统燃烧器超过1300度，炉膛使用寿命更长，生物质燃料在相对低温环境下灰渣不会结成硬的焦块，不会堵塞粘结住炉膛，灰渣松散，因此对生物质燃料种类适应性广。

③料仓采用活动密封设计，无开放式料仓回火烧料仓隐患。

④传统燃烧器为燃料在炉膛燃烧后通过鼓风将火焰推送出火口，火嘴一般寿命为3～6个月；本实用新型生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的燃烧火嘴采用双层310S耐高温不锈钢设计，可燃气体喷出火嘴后再二次加氧燃烧，火嘴寿命达到1～2年。

⑤无传统燃烧器的螺旋送料杆和电机，降低设备耗电功率和维护成本。

2、本实用新型热水系统的多回程列管式热水炉的内部采用卧式锅筒+列管管四回程+耐高温传热涂层设计，受热面积大，热效率高，在本实用新型热水系统的多回程列管式热水炉的内部高温火焰和气流经过“由大转小再转大”的热传导过程：

（1）燃烧器火焰在第一回程600mm直径长1800mm的不锈钢燃烧散热锅筒31之带散热翅片的炉膛内燃烧，足够大的燃烧空间使生物质可燃气体气体在二次加氧的条件下得到充分燃烧；

（2）无灰高温气流依次进入第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ（32）、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ（35）之为数量更多的φ60mm直径的列管，进行进一步的散热和跟水进行热交换；

（3）无灰高温气流进入第四回程之直径为φ220mm的大口径不锈钢散热管（34），进行最后的散热和跟水进行热交换；

因此，本实用新型热水系统的多回程列管式热水炉升温快、供应热水充足。

与传统热水炉炉体区别和优点主要是：

①传统热水炉一般采用普通碳钢加工，本实用新型热水系统的多回程列管式热水炉使用不锈钢作为外壳材质、使用食品级不锈钢作为内部结构，并对加工工艺技术有更高的要求；因此，本实用新型热水系统的多回程列管式热水炉产生的热水洁净，无需使用板式热交换器，节省投入成本和降低热损耗，可直接用于沐浴甚至食品加工。

②本实用新型多回程列管式热水炉使用了φ600mm不锈钢燃烧散热锅筒为第一回程 ，其有益效果：一是为了使生物质气化燃烧器喷射的火焰能在较大的空间内充分燃烧，二是较大的锅筒可以增大散热面积，水温提升快，三是锅筒表面焊接散热翅片进一步增加散热和水吸热速度，延长锅筒寿命；而传统生物质热水炉并无此设计。

③一般热水炉只有1～2回程，本实用新型多回程列管式热水炉采用4回程设计，各回程之间采用不锈钢箱体（烟箱）连接，一是使高温无灰烟气在各回程间充分流动，二是利用烟箱箱体进行散热。

④第二、三回程采用φ60mm 不锈钢散热列管组，每排管错开排列焊接，使冷水与高温的不锈钢列管表面充分接触，进行更高效的热交换（参见图6）。

⑤对接火口采用不锈钢+耐火砖层双层圆筒形设计，与生物质气化燃烧炉对接，防锈和耐高温性能好。

⑥传统热水炉一般为立式结构，只能从顶部喷水清洗内部，操作困难；本实用新型多回程列管式热水炉为卧式结构，高度不超过2米，烟箱增加了清理维护门，门可以从炉体侧面打开清理和检修管道，方便快捷。

3、采用自动恒温系统及多种安全装置，安全性能好：

本实用新型热水系统为常压热水系统，无需年检，但同时会配有多项安装操作装置：①电控系统内部采用PLC、双变频和温控表设计，能检测热水温度，达到设定温度后自动进入保温状态，避免继续耗能和热水超温；②其它安全装置：自动补水箱、排气管、溢水管。

二、本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的工艺设计合理，热效率高、自动化程度高、安全免检、维护保养简便，同时适用各种不同类型生物质清洁能源。

本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的多回程列管式热水炉的内部采用卧式锅筒+列管四回程结构，热交换面积大、传热效果好，内部采用分层隔离逆流设计，冷水从低温区进入，高温区排出，与高温火焰和气流方向相反（参见图6）；配合生物质气化燃烧火焰灰分极低，尾气经余热回收后进行助燃，正常燃烧过程接近无灰，使热水炉管道清理周期比传统直燃式降低3/4，排放尾气灰分、SO2、NOx达到排放标准，降低尾气处理设备投入成本 。

下面，结合附图和实施例对本实用新型之“分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统”的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1是本实用新型之分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的整体结构示意图；

图2-1是本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的生物质气化燃烧器的结构示意图（主视图）；

图2-2是图2-1的左视图；

图3是本实用新型本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统的多回程列管式热水炉的整体结构示意图；

图4本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统之多回程列管式热水炉的内部结构示意图之一；

图5是本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统之多回程列管式热水炉的内部结构示意图之二；

图6本实用新型分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统之多回程列管式热水炉的热交换方向的示意图。

图中：

A-箭头方向为火焰及高温烟气在各回程流动方向，B-水流方向；

Ⅰ-生物质气化燃烧器， Ⅱ-四回程列管式高效热水炉；

Ⅲ-循环水泵及进水管， Ⅳ-不锈钢保温水箱，Ⅴ-出水管，Ⅵ -溢水管；

Ⅶ-玻璃水尺及排气管，Ⅷ-引风机、余热回收、排气烟道，Ⅸ-温度计，Ⅹ-电控系统；

11-裂解气化室，12-燃烧火嘴，13-下料控制装置，14-料仓，15-清灰门；

16-滑轮，17-电控箱，181-风机Ⅰ（250W中压风机），182-风机Ⅱ（750W中压风机），183-风机Ⅲ（750W中压风机）；

21-列管清理维护门，22-玻璃水位计，23-出水口，24-自动补水箱，25-溢水口，26-进水口，27-烟箱清理维护门，28-炉体外壳，29-对接火口；

31-第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒、32-第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ、331-烟箱Ⅰ、332-烟箱Ⅱ，34-第四回程的大口径不锈钢散热管、35-第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ。

具体实施方式

一种分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统。

如图1所示，该分体式生物质燃料气化燃烧热水供应系统包括：由生物质气化燃烧器Ⅰ和四回程列管式高效热水炉炉体Ⅱ组成的分体组合结构式热水系统、循环水泵及进水管Ⅲ、不锈钢保温水箱Ⅳ、引风机、余热回收、排气烟道Ⅷ和电控系统Ⅹ，以及出水管Ⅴ、溢水管Ⅵ、玻璃水尺及排气管Ⅶ；

如图2-1、图2-2所示，所述生物质燃料气化燃烧器Ⅰ包括裂解气化室11、燃烧火嘴12、下料控制装置13和料仓14；

所述裂解气化室11为双层结构，里层是采用刚玉耐高温水泥一体浇注而成的水泥层，外层为保温层；由一台风机Ⅲ（183）——750W的中压风机负责为炉膛提供合适的氧气量，使生物质燃料在低氧的环境下裂解出可燃气体；

所述燃烧火嘴12亦为双层结构，内层开孔；两台风机Ⅱ（182）——750W的中压风机安装在对接火口29地方，其作用是进行二次加氧，可燃气体在火嘴进行喷射充分燃烧；火嘴与热水炉火口对接；

料仓14位于裂解气化室11上方，下料控制装置13安装在料仓14与裂解气化室11之间的下料通道上，下料控制装置13为一能自动开闭的闸板，关机时闸板关闭，停止下料，燃烧过程中闸板打开；自动控制系统的电控箱17安装在生物质燃料气化燃烧器Ⅰ一侧；

如图2-2所示，所述生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的下料通道上安装有风机Ⅰ181——250W的中压风机为下料控制装置降温，防止生物质颗粒燃料受高温膨化堵塞下料通道。

由于生物质气化为低氧裂解过程，本实用新型燃烧器整体为密封设计，保证烟气不泄露。

如图3所示，所述多回程列管式热水炉Ⅱ包括炉体外壳28、位于炉体外壳28内的四回程卧式锅筒和列管结构，在炉体外壳28上有列管清理维护门21、玻璃水位计22、出水口23、自动补水箱24、溢水口25 、进水口26、烟箱清理维护门27和尾气排放烟道及引风机30，连接多回程列管式热水炉Ⅱ与生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的对接火口29；

该连接多回程列管式热水炉Ⅱ与生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的对接火口29为双层圆筒形，圆筒外层为不锈钢层、内层为耐火砖层。

如图4、图5所示，所述炉体外壳28内的四回程卧式锅筒和列管结构包括：第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒31、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ32、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ35、第四回程的大口径不锈钢散热管34和2个烟箱，其中烟箱Ⅰ（331）内部采用分层隔离逆流设计、将烟箱Ⅰ（331）内部被隔开为两层，第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒31 的出口、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ（32）的进口同时与烟箱Ⅰ（331）的下部连接，第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ（32）的出口、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ（35）的进口同时与另一侧的烟箱Ⅱ（332）连接，第四回程的大口径不锈钢散热管34的一端与第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ（35）的出口同时与烟箱Ⅰ（331）上部连接，第四回程的大口径不锈钢散热管（34）的另一端与尾气排放烟道及引风机连通。

所述自动控制系统包括PLC微电脑控制器、变频器和温控器，用于负责整套生物质气化燃烧热水系统的运行控制；温控探头置于保温水箱内；设定所需温度后，电控箱自动控制设备运行；水温未达设定温度，控制燃烧器火力加大，提高升温速度；水温达到设定温度，控制燃烧器火力减少，进入保温状态。

由于自动控制系统各部分结构以及相互之间的连接关系是采用现有技术能够实现的，此处不再赘述。

所述生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的下方有一用于清理裂解气化室内的生物质灰渣的清灰门15，该清灰门15内有两层档板，第一层为耐高温水泥砖，第二层为铁板保温材料隔热层。

所述生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的底部安装有4个滑轮16；安装时配合导轨，设备可一人推进推出，便于维护保养。

所述生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的外壳、多回程列管式热水炉Ⅱ的炉体外壳28、燃烧火嘴12的材质为不锈钢。

在生物质燃料气化燃烧器Ⅰ的外壳、第一回程的不锈钢燃烧散热锅筒31、第二回程的不锈钢散热列管组Ⅰ（32）、第三回程的不锈钢散热列管组Ⅱ（35）和第四回程的大口径不锈钢散热管34的内部涂覆有耐高温传热涂层。

附表一：《本实用新型分体式生物质气化热水系统与一体式生物质直燃热水炉等热能系统特点及效果对比表》

。