专利名称：生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置。
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、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材料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材料的农作物秸杆、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材料的应用方法，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材料的燃烧方法扩大生物质材料的应用范围，以廉价经济可行的方法达到规模化和商品化应用生物质能源材料的目的，解决生物质材料收集运输及转变为可作商品燃料的难题，以及控制生物质材料燃烧易于形成烟雾灰尘的问题。其主要特征是生物质材料被成型为带有中心燃烧通道的燃烧块。
本发明的技术方案是将生物质材料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剂成型为规整的块状(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，边沿区域主要受热先气化再在通道流动气流的引导下部分流向中心区域燃烧。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材料气化的目的，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结构或者与燃烧块形状相对应的结构，进风口直接对准燃烧块上的中心通道。为了便于控制中心通道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(便于装燃料块)，盖面可以是平的或弓起或凹下。为了解决秸杆等材料难以燃烧的困难，进风口可以使用鼓风机鼓风，进一步地，为解决或减少少量烟雾灰尘的向外扩散，将鼓风机的进风口做成喇叭形，并且安置在外部燃烧区(炊具的上方)，以吸入部分没有完全燃烧的烟雾，并将部分灰尘吸入进风管道，在管道内由于旋风惯性的作用而沉入灰尘收集室；或者，将在中心通道内形成的燃烧气流改变流动方向，使灰尘由于惯性的作用沉入灰尘收集室。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。为了使加燃料块入炉快捷方便，还可以将燃料块预先放入一带开口的炉胆内(可由金属制造)，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。
生物质材料可以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材料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。如要实现生物质材料的剧烈燃烧，生物质材料还可以被制成多个燃烧通道的燃烧块，而对应的炉具进风口相应增大。
为使生物质材料在压缩时更易于形成燃烧块，也为了使燃烧时不产生有毒污染，可以使用淀粉或变性淀粉作为粘结剂，或其它无毒可燃烧，或无毒不可燃的粘接剂(如黏土或矿物质等)来粘结生物质材料。
燃烧时，点燃燃料中心通道中央底部，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，可以将两个炉具并列使用，两个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。
图1是带有中心通道的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是带有弓起上盖的炉具剖视图。带有凹落盖的炉具示意图省略。
图4是带有炉具外罩结构剖面示图。内外炉具之间开有小通风孔，利用部分空气冷却内炉具，而被加热的空气导入顶部燃烧区助燃。图中虚线指向气流流动方向。
图5是炉具内胆，用于预先装入燃烧材料。
图6是带有鼓风机和吸烟及灰尘系统炉具结构剖视图。实线箭头表示灰尘流动方向，虚线箭头表示气流流向。
图7剖示图示意将燃烧气流拐弯便于使灰尘进入灰尘收集室的炉具结构。
图8是压缩生产带中心通道的燃料块的机械压缩装置剖视图。
图9是加长了压缩通道的燃料块的机械压缩装置剖视图。
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1，2，3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，先从下部点燃，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)。为了控制燃烧气流流动，在炉具3的上方装一可以拆卸的开口盖5，根据烟气流动需要开口盖5可以水平、弓起或凹下。在日常使用时，炉具3的体积能够装入数公斤生物质材料即可满足需要，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，如燃烧时中心通道有阻塞，可以随时疏通。
作为日常家庭使用，生物质材料，如晒干的稻草秸杆可以压制成直径25厘米，高38厘米，中心通道直径3.5厘米(其直径大小能保证足够的燃烧所需空气即可)，炉具3可以为直径25厘米，高40厘米，通风口直径3厘米的结构，鼓风机使用5-20W的鼓风机。在正常燃烧情况下，鼓风机调节为5W，燃烧时间约为30分钟。
实施例2见图4所示，将炉具3安装在一外罩炉具6内。内外炉具之间有通风空间经由开口7相互连通，利用部分空气冷却内炉具，而被加热的空气导入顶部燃烧区助燃。
实施例3参见图5，为了使加燃料块入炉快捷方便，将燃料块预先放入一带开口8的炉胆9内(可由金属制造)，炉胆结构与上述炉具3形状相配合，将装有燃料块的炉胆9放入炉具3内即可点火燃烧，燃烧完毕后炉胆9可以连同残余灰烬一起取出。
实施例4参见图6，为了减少烟雾和灰尘的飘飞，将鼓风机10的喇叭形吸风入口11安置在炊具(图中未画出)的上方合适位置。燃烧时，部分烟雾和灰尘及部分新鲜空气将被鼓风机吸引，气体部分将被送入炉具内的通道进行燃烧，而部分灰尘由于旋风惯性的作用将被抛入集尘室12内。或者参见图7，为了利用旋风惯性清除灰尘，将燃烧口13偏离炉具3的中心燃烧通道，因此，将使灰尘由于惯性作用而落入灰尘收集室12内。平台14还可以作为附加的灶台使用，将炊具通过该平台加热。
实施例5参见图8、9，将生物质材料装入喇叭形的集料箱15内，通过螺旋或直接推进方式用推杆16挤压生物质材料进入压缩通道17内。图8所示为生物质材料直接被中心杆18成型为带有中心通道的圆柱块，而图9所示为生物质材料经过一段路径的压缩后再被中心杆18成型。推杆16中心有孔19与中心杆18匹配，即中心杆18可以部分插入推杆16的中心孔19内实现最大程度的压缩。中心杆18与其基座20固定连接。压缩完成后，中心杆18连同基座20完全脱离压缩通道17，推杆16继续推动生物质材料使其滑出压缩通道17。得到的压缩成型的生物质材料能量密度提高，便于长途运输储藏，也便于作为商品销售。
为使生物质材料在压缩时更易于形成燃烧块，在混合或预处理时使用少量淀粉或变性淀粉作为粘结剂，或其它无毒可燃烧，或无毒不可燃的粘接剂(如动物粪便、黏土或矿物质等)与生物质材料均匀混合。潮湿的生物质材料压缩成型后还需进行干燥处理。
权利要求
1.一种生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是生物质材料被成型为带有中心燃烧通道的燃烧块。
2.根据权利要求1所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是燃烧气流被导引流经中心燃烧通道或中心燃烧通道附近。
3.根据权利要求1所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是燃烧炉具有进风口，所述进风口与燃烧块上的中心燃烧通道直接连通。
4.根据权利要求3所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是所述燃烧炉具带有导引燃烧气流的顶盖。
5.根据权利要求3所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是所述燃烧炉具带有可预装生物质燃料块的内炉胆。
6.根据权利要求3所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是所述燃烧炉具有鼓风机、吸引烟雾灰尘系统。
7.根据权利要求3所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是所述燃烧炉具带有使燃烧气流偏离上述中心燃烧通道、脱除灰尘系统。
8.根据权利要求8所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是生物质材料通过手工或机械挤压或编织或捆绑成型。
9.根据权利要求1所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是使用推杆将生物质材料挤压入压缩通道，在与压缩通道内成型用的中心杆的共同作用下，使生物质材料压缩并形成一中心燃烧通道的燃烧块。
10.根据权利要求9所述的生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，其特征是生物质材料在压缩前与淀粉或变性淀粉或其它粘结剂混合，使生物质材料粘结成型。
全文摘要
一种生物质材料的燃烧方法及其燃烧和成型装置，通过一种新的生物质材料的燃烧方法扩大生物质材料的应用范围，以廉价经济可行的方法达到规模化和商品化应用生物质能源材料的目的，解决生物质材料收集运输及转变为可作商品燃料的难题，以及控制生物质材料燃烧易于形成烟雾灰尘的问题。本发明的技术特征是生物质材料被成型为带有中心燃烧通道的燃烧块。燃烧气流被导引流经中心燃烧通道或中心燃烧通道附近。
文档编号C10L5/44GK1766412SQ20041009450
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月31日 优先权日2004年10月31日
发明者秦才东 申请人:秦才东