一种节能环保燃煤炊事采暖炉及炊事采暖方法和用途与流程

本发明属于燃煤燃烧设备领域，涉及一种燃煤炊事采暖炉及炊事采暖方法和用途，尤其涉及一种基于分级燃烧理论的节能环保燃煤炊事采暖炉及炊事采暖方法和用途。

背景技术：

目前，我国北方某些地区的家庭，特别是乡镇和农村住户，普遍采用土暖气采暖，由于炉灶的设计不科学，部分煤炭不能完全燃烧而随烟排出，利用率低，不仅煤炭消耗量大，而且会对大气造成严重的污染。并且，实际生活中，广大农村用户在采暖的同时，还希望炉具同时能够用与炊事，如烧水、做饭和炒菜等等。

目前，市面上民用炉具的主要有两种燃煤形式：

正烧炉(图1(a))：即传统的最简单也是最普遍的直燃方式，固体燃料燃烧时火焰顺热烟气自然流动方向传播，燃烧强度高，火力旺，能满足用户炊事需求。正烧炉适用于无烟煤等挥发分低的燃料。正烧炉虽然具有良好的炊事能力，但在使用烟煤散煤或以烟煤为原料制成的型煤时，由于燃煤加入后受热升温，挥发分析出，随烟气立即排出，挥发分难以燃尽，导致大量黑烟(焦油，co，voc，硫和氮的氧化物等)和呛人气味冒出，严重污染环境。

反烧炉(图1(b))：即固体燃料燃烧时火焰逆热烟气自然流动方向传播的燃烧方式，具有能延缓挥发分析出速度的特点，炉温高、燃烧充分，可基本消除黑烟，适用于烟煤等挥发分高的燃料。由于反烧燃烧多采用多回程设计以提高燃尽程度，火力较弱，因此其不宜用于炊事，只能取暖，难以被部分老百姓接受；同时由于计划整个炉膛处于富氧高温燃烧，氮氧化物排放浓度较高。

针对传统炉具中存在的问题，人们研究出可同时应用于炊事和采暖的民用燃煤炉-气化炉(如cn201212696y和cn201555250u等)，但均存在炉具燃烧周期性强、负荷不易调节，封火时间短和耗煤量大等缺陷。其在加煤后会迅速升温，挥发分快速析出，导致大量的硫及氮氧化物急剧析出。

分级燃烧炉具是基于燃烧理论而开发的，利用煤炭自身的焦炭和燃烧产生的co使这煤炭热解气化和半焦燃烧过程中产生的nox还原为n2，使国内外唯一具有此类特征的低氮燃煤炉具。

现有常用的基于分级燃烧理论的炉具多为反烧炉，如图2所示，但其大多为多个对流烟道，形成了多个回程，导致火力弱，上火速度慢，不适用于炊事，无法满足炊事和采暖的双重用途。

而常用的用于炊事采暖的炉具在进行炊事时本质上仍属于正烧炉，不同于传统的正烧炉，其将燃煤析出的挥发分在随烟气排出前，经过二次风燃烧，降低排烟黑度。然而如图3所示，在每次加煤前都要将切换拉杆到供暖状态，进而使加煤时炉内燃烧状态变化较大(如火力强弱和污染物的排放量等)。并且，气化炉在炊事时依然为“正烧”，使用烟煤炊事时依然冒烟，并未从根本上解决污染气体排放的问题。

因此，如何研究一种不产生污染气体，节能环保且成本较低的即采暖和炊事于一体的民用燃煤炉是亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有燃煤采暖炊事炉存在的燃烧不稳定，燃烧效率低，污染物排放量较高的问题，本发明提供了一种节能环保燃煤炊事采暖炉及炊事采暖方法和用途。本发明在分级燃烧理论的基础上，通过对采暖炉炉体的改进和优化，使发明中所述燃煤炊事采暖炉可满足人们对集炊事和采暖于一体的要求，燃煤效率高，污染物排放低，具有上火快，炊事火力强，采暖稳定，灵活，好使用，劳动强度低，安全性高，外观漂亮，一炉多用等优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种燃煤炊事采暖炉，所述燃煤炊事采暖炉的主体上部一侧设有加煤口，所述主体顶部与加煤口相对一侧设有烟囱，所述主体顶部与烟囱相对一侧设有炊事口；所述主体内部于顶部下方横置第一隔板，所述第一隔板下方垂于第一隔板设置第二隔板将第一隔板下部分割为两个连通的腔室；在所述第一隔板上位于炊事口下方的位置开设炊事内火口，所述炊事内火口上覆有炊事内火盖；在所述第一隔板上位于烟囱下方的位置开设采暖内火口，所述采暖内火口上方覆有采暖内火盖；所述炊事内火口下方设有与所述炊事内火口连接的炊事烟道，所述炊事烟道将第一隔板下方在加煤口一侧的腔室进一步分为热解气化区和炊事烟气流通区，所述热解气化区下方为燃烧区；所述主体底部加煤口一侧设有一次风口，所述主体内炊事烟道下方设有二次风口；所述主体内采暖内火口下方的腔室为采暖烟气流通区，所述采暖烟气流通区设有换热水管。

上述炊事内火盖和采暖内火盖均为可以移动的内火盖。

其中，所述干馏热解区为贫氧热解气化区；所述燃烧区为富氧燃烧区。

本发明对现有基于分级燃烧的采暖专用炉具进行改造优化，通过设置炊事烟道，使炊事采暖炉中形成了两个烟气流通区，即炊事烟气流通区和采暖烟气流通区。

当燃煤加入炊事采暖炉后，在贫氧热解气化区经过干馏和热解，生成挥发分和半焦。半焦靠重力向炉膛底部富氧燃烧区移动，在富氧燃烧区和从一次风口进入的空气中的氧气接触发生半焦燃烧；同时，从贫氧热解气化区靠炉膛抽力流到富氧燃烧区的挥发分，一部分与焦炭发生还原反应，使烟气中的氮氧化物转化为氮气，另一部分与空气中氧气发生氧化反应，生成co2和水蒸气，实现了高效的消烟。

消烟后的烟气，与从二次风口进入的空气接触进一步充分燃烧后，在采暖情况下，通过采暖烟气流通区流向烟囱；在炊事情况下，通过炊事烟气流通区流向烟囱。而烟气流向的控制，则依靠设置的采暖内火盖和炊事内火盖的交互开闭实现。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述炊事烟道上部为倾斜的管道，该所述倾斜的管道为烟气导流段。

优选地，所述倾斜的管道与垂直方向的夹角α为15°～60°，例如15°、17°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为40°～50°。

本发明中，将炊事烟道上部设为倾斜的管道其主要目的在于增强炊事火力强度，以使本发明的炉具到达炊事所需的火力标准；但若所述夹角α的角度过大(即超过60°)，会使火焰达不到炊事器具；若所述夹角α的角度过小(即小于15°)，会使火焰过早折向烟囱出口，降低其和炊事器具的接触，降低炊事火力强度。

作为本发明优选的技术方案，所述主体上一次风口处的炉壁倾斜设置。

优选地，所述主体(1)上一次风口(15)处的炉壁与垂直方向的夹角β为15°～85°，例如15°、17°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为60°～80°。

本发明中，将一次风口处的炉壁倾斜设置是为了增强炊事火力强度，以使本发明的炉具到达炊事所需的火力标准；同时也是为增强消烟效果。但若所述夹角β的角度过大(即超过85°)，会使消烟效果减弱，火力强度降低；若所述夹角β的角度过小(即小于15°)，会使消烟效果差，燃烧不稳定。

作为本发明优选的技术方案，所述炊事内火盖的长度大于炊事内火口的长度，其目的在于使炊事内火盖可以完全遮盖住炊事内火口。

优选地，所述炊事内火盖为l型。

本发明中，所述炊事内火盖设为l型一方面可以方便炊事内火盖左右划拨，另一方面可以强制火焰向上接触锅底，增加炊事火力强度，以使本发明所述燃煤炊事采暖炉可以兼顾采暖和炊事双重目的。

优选地，所述炊事内火盖的高度为第一隔板与主体顶部之间距离的1/4～3/4，即0.25～0.75，例如0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7或0.75等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，若炊事内火盖的高度过低，无法达到增强炊事火力的作用；若其高度过高又会阻塞通道，影响划拨使用。

作为本发明优选的技术方案，所述采暖内火盖的长度大于采暖内火口的长度，其目的在于使采暖内火盖可以完全遮盖住采暖内火口。

作为本发明优选的技术方案，所述炊事内火盖和所述采暖内火盖连接组成一个火盖。即表示本发明中，所述炊事内火口和采暖内火口可以采用同一个盖板。

第二方面，本发明提供了上述燃煤炊事采暖炉的炊事采暖方法，所述方法包括以下步骤：

(a)将燃煤通过加煤口加入燃煤炊事采暖炉的主体中，燃煤进入热解气化区进行燃烧，产生焦油、挥发分和半焦；

(b)步骤(a)产生的焦油、挥发分和半焦向下流入燃烧区，通过一次风口引入空气，使挥发分、半焦与空气接触燃烧；

(c)步骤(b)所述挥发分、半焦与空气接触燃烧后产生的烟气与二次风口引入的空气接触燃尽，燃尽后的烟气进行炊事采暖操作。

作为本发明优选的技术方案，所述燃尽后的烟气进行炊事采暖操作具体包括以下过程：

当燃煤炊事采暖炉进行炊事时，移动炊事内火盖和采暖内火盖，使炊事内火口处于打开启状态，采暖内火口处于关闭状态，燃尽后的烟气经炊事烟道流向烟囱带动火焰进行炊事；当燃煤炊事采暖炉进行采暖时，移动炊事内火盖和采暖内火盖，使炊事内火口处于闭合状态，采暖内火口处于开启状态，燃尽后的烟气经采暖烟气流通区流向烟囱带动火焰加热换热水管进行采暖。

作为本发明优选的技术方案，步骤(a)所述燃煤为烟煤、无烟煤、兰炭或洁净型煤中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：烟煤和无烟煤的组合，无烟煤和兰炭的组合，兰炭和洁净型煤的组合，烟煤、无烟煤和兰炭的组合，无烟煤、兰炭和洁净型煤的组合等，但并不仅限于所列燃煤。

优选地，步骤(a)所述燃煤为洁净型煤。

优选地，所述洁净型煤为由烟煤制备的洁净型煤。

优选地，所述洁净型煤为含有固灰剂、固硫剂和脱硝剂的由烟煤制备的洁净型煤。

第三方面，本发明提供了上述燃煤炊事采暖炉的用途，所述燃煤炊事采暖炉用于民用炊事和采暖领域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果；

本发明在分级燃烧理论的基础上，通过对采暖炉炉体的改进，使发明中所述燃煤炊事采暖炉可满足人们对集炊事和采暖于一体的要求，燃煤效率高，污染物排放低，在进行燃煤取暖时，升温速度快，升温速率可达6℃/min，火力强度高，火力强度平均可达1.72kw，最优可达2kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量少，低于2000ppm；同时，具有隔热保温，安全性高，外观漂亮，一炉多用等优点。

附图说明

图1(a)是传统正烧炉燃烧示意图；

图1(b)是传统反烧炉燃烧示意图；

图2是现有技术中基于分级燃烧理论的反烧炉；

图3是现有技术中气化炉结构示意图；

图4是本发明所述燃煤炊事采暖炉的结构示意图；

图5是本发明实施例1中所述燃煤炊事采暖炉进行炊事时烟气流动示意图；

图6是本发明实施例1中所述燃煤炊事采暖炉进行采暖时烟气流动示意图；

图7是本发明对比例1中所述燃煤炊事采暖炉的结构示意图；

其中，1-主体，2-加煤口，3-烟囱，4-炊事口，5-第一隔板，6-第二隔板，7-炊事内火口，8-炊事内火盖，9-采暖内火口，10-采暖内火盖，11-炊事烟道，12-热解气化区，13-炊事烟气流通区，14-燃烧区，15-一次风口，16-二次风口，17-采暖烟气流通区，18-换热水管，19-对流烟道，20-锅口盖。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施例部分提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，如图4所述燃煤炊事采暖炉的主体1上部一侧设有加煤口2，所述主体1顶部与加煤口2相对一侧设有烟囱3，所述主体1顶部与烟囱3相对一侧设有炊事口4；所述主体1内部于顶部下方横置第一隔板5，所述第一隔板5下方垂于第一隔板5设置第二隔板6将第一隔板5下部分割为两个连通的腔室；在所述第一隔板5上位于炊事口4下方的位置开设炊事内火口7，所述炊事内火口7上覆有炊事内火盖8；在所述第一隔板5上位于烟囱3下方的位置开设采暖内火口9，所述采暖内火口9上方覆有采暖内火盖10；所述炊事内火口7下方设有与所述炊事内火口7连接的炊事烟道11，所述炊事烟道11将第一隔板5下方在加煤口2一侧的腔室进一步分为热解气化区12和炊事烟气流通区13，所述热解气化区12下方为燃烧区14；所述主体1底部加煤口2一侧设有一次风口15，所述主体1内炊事烟道11下方设有二次风口16；所述主体1内采暖内火口9下方的腔室为采暖烟气流通区17，所述采暖烟气流通区17设有换热水管18。

所述燃煤炊事采暖炉的炊事采暖方法，所述方法包括以下步骤：

(a)将燃煤通过加煤口2加入燃煤炊事采暖炉的主体1中，燃煤进入热解气化区12进行燃烧，产生焦油、挥发分和半焦；

(b)步骤(a)产生的焦油、挥发分和半焦向下流入燃烧区14，通过一次风口15引入空气，使挥发分、半焦与空气接触燃烧；

(c)步骤(b)所述挥发分、半焦与空气接触燃烧后产生的烟气与二次风口16引入的空气接触燃尽，燃尽后的烟气进行炊事采暖操作。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤炊事采暖炉的主体1上部一侧设有加煤口2，所述主体1顶部与加煤口2相对一侧设有烟囱3，所述主体1顶部与烟囱3相对一侧设有炊事口4；所述主体1内部于顶部下方横置第一隔板5，所述第一隔板5下方垂于第一隔板5设置第二隔板6将第一隔板5下部分割为两个连通的腔室；在所述第一隔板5上位于炊事口4下方的位置开设炊事内火口7，所述炊事内火口7上覆有炊事内火盖8；在所述第一隔板5上位于烟囱3下方的位置开设采暖内火口9，所述采暖内火口9上方覆有采暖内火盖10；所述炊事内火口7下方设有与所述炊事内火口7连接的炊事烟道11，所述炊事烟道11将第一隔板5下方在加煤口2一侧的腔室进一步分为热解气化区12和炊事烟气流通区13，所述热解气化区12下方为燃烧区14；所述主体1底部加煤口3一侧设有一次风口15，所述主体1内炊事烟道11下方设有二次风口16；所述主体1内采暖内火口9下方的腔室为采暖烟气流通区17，所述采暖烟气流通区17设有换热水管18。

所述炊事烟道11上部为倾斜的管道，其与垂直方向的夹角α为45°；所述主体1上一次风口15处的炉壁倾斜设置，其与垂直方向的夹角β为70°

所述炊事内火盖8的长度大于炊事内火口7的长度，其为l型，其高度为第一隔板5与主体1顶部之间距离的1/2。

所述采暖内火盖10的长度大于采暖内火口9的长度。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事方法为：

(a)将洁净型煤通过加煤口2加入燃煤炊事采暖炉的主体1中，燃煤进入热解气化区12进行燃烧，产生焦油、挥发分和半焦；

(b)步骤(a)产生的焦油、挥发分和半焦向下流入燃烧区14，通过一次风口15引入空气，使挥发分、半焦与空气接触燃烧；

(c)步骤(b)所述挥发分、半焦与空气接触燃烧后产生的烟气与二次风口16引入的空气接触燃尽，当燃煤炊事采暖炉进行炊事时，移动炊事内火盖8和采暖内火盖10，使炊事内火口7处于打开启状态，采暖内火口9处于关闭状态，燃尽后的烟气经炊事烟道11流向烟囱3带动火焰进行炊事，烟气流动轨迹如图5所示；当燃煤炊事采暖炉进行采暖时，移动炊事内火盖8和采暖内火盖10，使炊事内火口7处于闭合状态，采暖内火口9处于开启状态，燃尽后的烟气经采暖烟气流通区流向烟囱3带动火焰加热换热水管18进行采暖，烟气流动轨迹如图6所示。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事过程中点火时间为10min，上火速度可达6℃/min，火力强度为2kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量低于2000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

实施例2：

本实施例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤炊事采暖炉的结构参照实施例1，区别在于：所述炊事烟道11上部倾斜的管道与垂直方向的夹角α为40°；所述主体1上一次风口15处的炉壁倾斜，与垂直方向的夹角β为60°，炊事内火盖8的其高度为第一隔板5与主体1顶部之间距离的1/4。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事方法参照实施例1中处理方法。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事过程中点火时间为10min，上火速度可达5.7℃/min，火力强度为1.75kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量低于2000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

实施例3：

本实施例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤炊事采暖炉的结构参照实施例1，区别在于：所述炊事烟道11上部倾斜的管道与垂直方向的夹角α为50°；所述主体1上一次风口15处的炉壁倾斜，与垂直方向的夹角β为80°，炊事内火盖8的其高度为第一隔板5与主体1顶部之间距离的3/4。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事方法参照实施例1中处理方法。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事过程中点火时间为10min，上火速度可达5.9℃/min，火力强度为1.74kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量低于2000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

实施例4：

本实施例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤炊事采暖炉的结构参照实施例1，区别在于：所述炊事烟道11上部倾斜的管道与垂直方向的夹角α为15°；所述主体1上一次风口15处的炉壁倾斜，与垂直方向的夹角β为15°。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事方法参照实施例1中处理方法。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事过程中点火时间为10min，上火速度可达5.4℃/min，火力强度为1.71kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量低于2000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

实施例5：

本实施例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤炊事采暖炉的结构参照实施例1，区别在于：所述炊事烟道11上部倾斜的管道与垂直方向的夹角α为60°；所述主体1上一次风口15处的炉壁倾斜，与垂直方向的夹角β为85°。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事方法参照实施例1中处理方法。

本实施例所述燃煤采暖炉的采暖炊事过程中点火时间为10min，上火速度可达5.1℃/min，火力强度为1.70kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量低于2000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

对比例1：

本对比例提供了一种燃煤炊事采暖炉及其处理方法，所述燃煤采暖炉的结构如图7所示，与实施例1中炊事采暖炉的区别在于：其仅在第一隔板5靠加煤口2一侧设置第二隔板，仅开设炊事内火口7，未设置采暖内火口9，其内部未设置炊事烟道11，其炊事内火盖8为平板型未设置成l型。

其处理方法为：

当燃煤炊事采暖炉进行炊事，打开炊事内火盖8，火焰以正烧形式向上流动；在进行采暖时，关闭炊事内火盖8，火焰从热水管一侧向上流动。

本对比例中，在进行炊事时由于“正烧”模式，使用烟煤炊事时冒烟现象严重，并且其点火时间为30min，耗时较长，上火速度为0.6℃/min，火力强度为0.56kw，燃煤燃尽率仅为62％，冒烟，co排放量高于3000ppm，可见本发明所述燃煤采暖炊事炉具有升温速度快，火力强，可同时满足采暖和炊事的需求。

综合上述实施例和对比例可以看出，本发明在分级燃烧理论的基础上，通过对采暖炉炉体的改进，使发明中所述燃煤炊事采暖炉可满足人们对集炊事和采暖于一体的要求，燃煤效率高，污染物排放低，在进行燃煤取暖时，升温速度快，升温速率可达6℃/min，火力强度高，火力强度平均可达1.72kw，最优可达2kw，燃煤燃尽率大于98％，不冒烟，co排放量少，低于2000ppm；同时，具有隔热保温，安全性高，外观漂亮，一炉多用等优点。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。