一种生物质层积式燃烧的流体加热器及方法

技术领域

本发明涉及一种生物质层积式燃烧的流体加热器及方法，属于流体加热器技术领域。

背景技术

流体加热器具有升温快效率高等特点，在生产生活等多方面得到广泛应用，但是，使用生物质燃料的流体加热器在燃烧过程中如何处理结焦是本领域面临的技术难题。本申请人的中国专利CN202320815104.2，名称为“一种生物质燃料结焦不影响燃烧的结构”，解决了除焦难题，燃烧管内生物质燃料的燃烧层总在结焦层之上，结焦层是一层一层地向上堆积的，称为层积式燃烧。但在实际应用中还存在如下缺陷：①由于燃烧管通过法兰与内胆定位并固定，法兰与内胆之间灰尘量的变化以及热鼓胀引起的燃烧管长度的变化，均会使活动管底与燃烧管之间缝隙发生不可控变化，会严重影响进风孔的进风规律；②燃烧管的管底不设进风孔，这样存在着直径较大的燃烧管中心燃料燃烧不充分的问题；③由于没有设置作为尾风的三次进风，在燃烧管内未充分燃烧的烟气，出燃烧管后无法燃尽,降低了热效率。④夹层内自下而上空气压力逐渐减小，进风孔对火焰向上逐层加温的作用会较弱，燃烧管出口达不到焦油分解温度，降低了热效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质层积式燃烧的流体加热器及方法，实现生物质燃料层积式燃烧不受结焦的影响，增加三次风助燃，提高热效率，解决背景技术存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是：

一种生物质层积式燃烧的流体加热器，流体加热器主体内设置换热套、内胆和燃烧管，燃烧管可从内胆中抽出和插入，燃烧管可上下移动，燃烧管的侧壁分层设置多个功能可变的进风孔，燃烧管内生物质燃料燃烧产生热量与换热套内的流体热交换，实现流体加热；内胆的内部设有底托板，底托板将内胆为分上腔体和下腔体，底托板的中间设有落焦孔，落焦孔的内径与燃烧管的内径相匹配，燃烧管放置在底托板上，底托板上的燃烧管与落焦孔同轴心，燃烧管底端与底托板上表面紧密贴合不漏风；所述底托板下表面设有导轨，导轨中插入抽拉板，抽拉板作为燃烧管的活动管底，活动管底拉出后燃烧管失去管底，燃烧管内的焦渣下落到内胆的下腔体；活动管底插入后将燃烧管的管底密封；所述活动管底与燃烧管轴心对应的部位设有炉篦进风孔；所述底托板上设置通孔作为底部进风孔；所述内胆顶部设有内胆开口，燃烧管从内胆开口抽出和插入，燃烧管与内胆开口之间的缝隙作为三次风通道，所述内胆的上腔体中部设有总进风口。

进一步地，所述内胆的上方为烟气室，内胆的下方为沉降室；所述换热套包含设置在烟气室侧壁上的辐射换热套和设置在流体加热器主体与内胆之间的环状换热套，所述环状换热套内从上至下穿过多根对流换热管，对流换热管的顶端与烟气室连通，对流换热管的底端与沉降室连通。

进一步地，所述辐射换热套和环状换热套之间相互连通。

进一步地，所述内胆与燃烧管之间的空间为夹层，作为助燃风的通道；鼓风机通过总进风口将风鼓入燃烧管与内胆之间的夹层内。

进一步地，所述燃烧管顶端设有牵引件，牵引件用于燃烧管的抽出和插入；牵引件拉出燃烧管后方便更换和清理；工作时，将燃烧管插入内胆的上腔体中，燃烧管的全部重量由底托板承托，燃烧管下端面与底托板的上表面紧密贴合不进风，不影响燃烧管侧壁上进风孔的进风规律，燃烧管底端设有点火孔。

进一步地，所述内胆的上腔体下部设置点火棒管，点火棒管与点火孔相匹配。

进一步地，所述底托板上表面围绕落焦孔设有数个带有向内导角的定位板，燃烧管沿定位板插入到底托板上，并保证燃烧管与落焦孔同轴心。

一种上述流体加热器的生物质层积式燃烧方法，燃烧管插入内胆并由底托板承托；燃烧管内的结焦层一层一层地向上堆积，生物质燃料总在最上部的结焦层上表面燃烧；鼓风机通过总进风口将风鼓入燃烧管与内胆之间的夹层，风在夹层中流动分配，分为一次风、二次风、三次风和下腔体风；所述一次风是位于燃烧管燃烧层以下进风孔所进的风，用于生物质燃料固定物的燃烧；所述二次风是位于燃烧管燃烧层之上进风孔所进的风，用于生物质燃料挥发分的燃烧；所述三次风是经三次风通道向上喷出的风，用于气体可燃物的燃尽（尾风）；所述下腔体风是指经底部进风孔进入到内胆的下腔体后、再通过活动管底上炉篦进风孔进入燃烧管的风，该风用于补足不能达到燃烧管中心的一次风，保证燃烧管中心的生物质燃料燃烧，同时使内胆的下腔体保持正压；所述辐射换热套接受燃烧管火焰的辐射热，再传给辐射换热套内的流体；所述生物质燃料燃烧产生的烟气通过对流换热管从烟气室流向沉降室，对流换热管与烟气发生对流换热后，再将热量传给环状换热套内的流体。

进一步地，所述三次风受三次风通道缝隙大小的控制，下腔体风受到底部进风孔直径和数量的控制，通过控制三次风通道缝隙大小与底部进风孔直径及数量，保证总进风口进入的总进风绝大部分相对稳定地供给了燃烧管上的进风孔，并使夹层中各点的风压基本稳定一致；燃烧管上每层进风孔的进风量基本一致；火焰在燃烧管内通过二次风的层层助燃逐层加温，在顶端管口处达到最高温，烟气中的焦油得到热裂解，分解为可燃气体继续燃烧，提高了热效率。

由于焦油热裂解在燃烧管顶部管口进行，分解的可燃气体无法在燃烧管内燃尽，本发明通过燃烧管上端与内胆开口匹配，相互之间形成的缝隙作为三次风通道，增加了三次风，未燃烧尽的可燃气体继续燃烧至燃尽，提高热效率。

本发明燃烧管由已有技术的法兰固定改变为底托板承托，去掉燃烧管底部进风缝隙，通过底部进风孔固定了燃烧管底的进风量，实现了燃烧管侧壁上的进风孔按固定规律稳定进风；增加了活动管底上的炉篦进风孔，实现了燃烧管中心燃料的充分燃烧；增加了三次风通道，用三次燃烧保证了燃烧管出口可燃气体的最后燃尽；底托板将内胆一个腔体划分成两个腔体，由燃烧管的底端鼓风变成中部鼓风，保证燃烧管每个进风孔等量足额的进风，保证了燃烧管能够对火焰逐层加温，在管口处达到焦油分解温度。

进一步地，所述流体加热器，包含液体加热器和空气加热器。

本发明的有益效果是：实现生物质燃料层积式燃烧不受结焦的影响，增加三次风助燃，提高热效率。

附图说明

图1 为本发明实施例底托板上表面示意图；

图2 为本发明实施例底托板下表面示意图；

图3 为本发明实施例燃烧管示意图；

图4 为本发明层积式燃烧结构与配风示意图；

图5为本发明实施例侧面剖视图；

图6为本发明实施例正面剖视图；

图中：流体加热器主体1、内胆2、燃烧管3、夹层4、鼓风机5、点火棒管6、溜斗7、活动管底8、导轨9、清灰门10、内胆开口11、三次风通道12、牵引件13、进风孔14、点火孔15、底托板16、定位板17、底部进风孔18、落焦孔19、炉篦进风孔20、料仓21、绞龙22、进料电机23、辐射换热套24、对流换热管25、上清理口26、环状换热套27、沉降室28、下清理口29、电器仓30、控制器31、烟气室32、引风机33、防爆阀34、大气连通口35、流体进口36、流体出口37、点火棒38、总进风口39、总进风40、一次风41、二次风42、三次风43、下腔体风44。

具体实施方式

以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。

参照附图1-4，本实施例提供一种生物质层积式燃烧的流体加热器，流体加热器主体1内设置换热套、内胆2和燃烧管3，燃烧管3可从内胆2中抽出和插入，燃烧管3可上下移动，燃烧管3的侧壁分层设置多个功能可变的进风孔14，燃烧管3内生物质燃料燃烧产生热量与换热套内的流体热交换，实现流体加热；内胆2的内部设有底托板16，底托板16将内胆2为分上腔体和下腔体，底托板16的中间设有落焦孔19，落焦孔19的内径与燃烧管3的内径相匹配，燃烧管3放置在底托板16上，底托板16上的燃烧管3与落焦孔19同轴心，燃烧管3底端与底托板16上表面紧密贴合不漏风；所述底托板16下表面设有两根平行布置的导轨9，两根导轨9中插入抽拉板，抽拉板作为燃烧管3的活动管底8，所述活动管底8是可前后抽拉的平板，活动管底8拉出后燃烧管3失去管底，燃烧管3内的焦渣下落到内胆2的下腔体；活动管底8插入后将燃烧管3的管底密封；所述活动管底8与燃烧管3轴心对应的部位设有多个炉篦进风孔20；所述底托板16上设置通孔作为底部进风孔18；所述内胆2顶部设有内胆开口11，燃烧管3从内胆开口11抽出和插入，燃烧管3与内胆开口11之间的缝隙作为三次风通道12，所述内胆2的上腔体中部设有总进风口39。

参照附图5和6，本实施例中，所述内胆2的上方为烟气室32，内胆2的下方为沉降室28；所述换热套包含设置在烟气室32侧壁上的辐射换热套24和设置在流体加热器主体1与内胆2之间的环状换热套27，所述环状换热套27内从上至下穿过多根对流换热管25，对流换热管25的顶端与烟气室32连通，对流换热管25的底端与沉降室28连通。

参照附图6，所述辐射换热套24和环状换热套27之间相互连通。

参照附图5和6，所述内胆2与燃烧管3之间的空间为夹层4，作为助燃风的通道；鼓风机5通过总进风口39将风鼓入燃烧管3与内胆2之间的夹层4内。

参照附图3和4，所述燃烧管3顶端设有牵引件13，牵引件13用于燃烧管3的抽出和插入；牵引件13拉出燃烧管3后方便更换和清理；工作时，将燃烧管3插入内胆2的上腔体中，燃烧管3的全部重量由底托板16承托，燃烧管3下端面与底托板16的上表面紧密贴合不进风，不影响燃烧管3侧壁上进风孔14的进风规律；燃烧管3底端设有点火孔15。

所述内胆2的上腔体下部设置点火棒管6，点火棒管6与点火孔15相匹配。

参照附图1和2，所述底托板16上表面围绕落焦孔19设有数个带有向内导角的定位板17，燃烧管3沿定位板17插入到底托板16上，并保证燃烧管3与落焦孔19同轴心。

参照附图1-6，本实施例提供一种上述流体加热器的生物质层积式燃烧方法，燃烧管3插入内胆2并由底托板16承托；燃烧管3内的结焦层一层一层地向上堆积，生物质燃料总在最上部的结焦层上表面燃烧；鼓风机5通过总进风口39将风鼓入燃烧管3与内胆2之间的夹层4，风在夹层4中流动分配，分为一次风41、二次风42、三次风43和下腔体风44；所述一次风41是位于燃烧管3燃烧层以下进风孔14所进的风，用于生物质燃料固定物的燃烧；所述二次风42是位于燃烧管3燃烧层之上进风孔14所进的风，用于生物质燃料挥发分的燃烧；所述三次风43是经三次风通道12向上喷出的风，用于气体可燃物的燃尽（尾风）；所述下腔体风44是指经底部进风孔18进入到内胆2的下腔体后、再通过活动管底8上炉篦进风孔20进入燃烧管3的风，该风用于补足不能达到燃烧管3中心的一次风41，保证燃烧管3中心的生物质燃料燃烧，同时使内胆2的下腔体保持正压；所述辐射换热套24接受燃烧管3火焰的辐射热，再传给辐射换热套24内的流体；所述生物质燃料燃烧产生的烟气通过对流换热管25从烟气室32流向沉降室28，对流换热管25与烟气发生对流换热后，再将热量传给环状换热套27内的流体。

所述三次风43受三次风通道12缝隙大小的控制，下腔体风44受到底部进风孔18直径和数量的控制，通过控制三次风通道12缝隙大小与底部进风孔18直径及数量，保证总进风口39进入的总进风40绝大部分相对稳定地供给了燃烧管3上的进风孔14，并使夹层4中各点的风压基本稳定一致；燃烧管3上每层进风孔14的进风量基本一致；火焰在燃烧管3内通过二次风42的层层助燃逐层加温，在顶端管口处达到最高温，烟气中的焦油得到热裂解，分解为可燃气体继续燃烧，提高了热效率。

由于焦油热裂解在燃烧管3顶部管口进行，分解的可燃气体无法在燃烧管3内燃尽，本发明通过燃烧管3上端与内胆开口11匹配，相互之间形成的缝隙作为三次风通道12，增加了三次风43，未燃烧尽的可燃气体继续燃烧至燃尽，提高热效率。

参照附图5和6，在实施例中，一种生物质层积式燃烧的流体加热器，其环状换热套27下端设有流体进口36，辐射换热套24上端设有流体出口37；低温流体经过流体进口36进入，先经过环状换热套27加热，再经过辐射换热套24加热，产生的高温流体由流体出口37流出。本实施例具有进料结构，进料结构包含料仓21、绞龙22、进料电机23和溜斗7，料仓21中加入颗粒状的生物质燃料，进料电机23驱动绞龙22将生物质燃料推进到溜斗7，由溜斗7将生物质燃料向燃烧管3中溜入。溜斗7位于燃烧管3的侧上方，初始溜入生物质燃料掉落在燃烧管3底部的点火棒管6附近。所述点火棒管6内插入点火棒38。

参照附图5，本实施例具有清理结构，包含清灰门10、上清理口26和下清理口29，清灰门10位于流体加热器主体1下部，与内胆2的下腔体连通，打开清灰门10，可以拉出活动管底8，落下焦渣并清除后，推入活动管底8，关闭清灰门10；上清理口26位于烟气室32顶部，打开上清理口26可以清理燃烧管3、辐射换热套24、对流换热管25和绞龙22；下清理口29位于沉降室28侧壁上，打开下清理口29可以清理沉降室28内的焦渣。

参照附图5，本实施例还设有控制系统，由电器仓30、控制器31、进料电机23、引风机33、鼓风机5和点火棒38组成，由控制器31按逻辑控制运行。所述辐射换热套24上端设置防爆阀34，辐射换热套24顶端设置大气连通口35，保证安全。