一种生物质炉具去除结焦和焦油的结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种生物质炉具去除结焦和焦油的结构，属于生物质炉具技术领域。


背景技术：

2.生物质燃料的特性之一是燃烧时必定产生大量的焦油，焦油处理能力是小型生物质炉最重要的指标之一。目前已有的小型生物质炉具各燃烧层大都是水平叠放方式，靠火焰区的高温来分解焦油。这种技术弊病在于焦油在火焰区停留时间很短，且只有部分焦油通过高温的区域，造成焦油分解不充分即被排出，后果是能量损失大，燃烧热效率低，污染环境。另外焦油会使换热器受热面严重积灰，降低换热效率，随时需要人工清理，非常麻烦。
3.小型生物质炉具各燃烧层水平叠放时，结焦发生在最底层的灰分层。已有技术对结焦的处理技术方案主要分为两大类。以专利号（cn212691733u）为代表的一类方案是在炉排之上设置可水平伸缩的除焦装置，靠装置的推力将焦块破碎并从炉排上推出下落。以专利号（cn212081214u）为代表的一类方案是在燃烧层下面设置水平轴转筒替代炉排，靠转筒的转动力将焦块破碎并从转筒上滚出下落。两类方案共同的弊病在于：当灰分层中的焦块受机械力的作用在水平方向移动时，灰分层上面的各燃烧层也会随之松动下沉，必然破坏燃烧的稳定性甚至熄灭，严重影响燃烧效率。所以最好使用灰分小的木质生物质燃料，影响了炉具的推广应用。机械力除焦的同时必定会推掉部分未燃尽的燃料，增加了料耗，降低热效率。
4.水平布置各燃烧层无法除尽焦油，机械力移除焦块存在巨大的弊病，这是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种生物质炉具去除结焦和焦油的结构，采用非机械力移除结焦，将水平叠放燃烧层改为竖向布置的燃烧层，焦油长时间通过炽热碳层被热裂解为小分子可燃气体，既不破坏燃烧稳定性，又能彻底去除结焦和焦油，提高热效率，同时，扩大生物质炉具能够使用的生物质燃料范围，利于生物质炉具的推广应用，节能环保，解决背景技术存在的上述问题。
6.本实用新型的技术方案是：
7.一种生物质炉具去除结焦和焦油的结构，包含同心布置的旋转管和锥形漏斗，旋转管垂直布置在锥形漏斗的中心，在旋转管和锥形漏斗之间的锥形漏斗内部空间形成燃烧池，生物质燃料进入燃烧池燃烧，在燃烧池形成竖向布置的燃烧层。
8.所述燃烧层包括由内向外依次布置的灰层、炽热碳层、气化层和干燥层，所述燃烧层接近竖直布置，灰层紧贴旋转管；旋转管与锥形漏斗之间有环状缝隙，生物质燃料燃烧产生的结焦通过环状缝隙落下；环状缝隙的宽度与灰层的厚度相适应，其它未燃尽的组分无法通过环状缝隙，提高了燃料利用率。
9.所述旋转管上部套在支撑管内，支撑管固定在主体上，动力驱动旋转管转动，旋转管与支撑管之间转动连通。旋转管竖直插入燃烧池中心，其轴线与锥形漏斗和支撑管的轴线重合，上端插入支撑管中，下端伸出锥形漏斗。
10.所述旋转管外表面设置摩擦凸点，旋转管转动时利用摩擦凸点将燃烧产生的结焦研磨碎，便于从环状缝隙落下。
11.所述旋转管内部中间位置设置中间隔板，中间隔板上设置连通旋转管上部和下部的二次风口，所述旋转管上设置通气孔，通气孔布置在中间隔板上方的旋转管壁上。
12.所述摩擦凸点和通气孔的数量都是任意的。摩擦凸点和通气孔均以环形均匀分布在旋转管外壁，其中摩擦凸点位于下部，通气孔位于中部。
13.所述锥形漏斗上部的大口与主体外壁密封连接，锥形漏斗内部作为燃烧池，锥形漏斗底部作为落灰室，落灰室设除灰门。
14.所述锥形漏斗下部的小口与旋转管形成环状缝隙，所述燃烧池为倾斜底面结构，倾斜角为旋转管与锥形漏斗斜面形成夹角，便于燃烧池内的生物质燃料向中心自动聚集。
15.所述旋转管通过旋转连接件与驱动电机连接。
16.所述燃烧池上方设有进料装置。
17.本实用新型至少包含如下两种具体结构：
18.1、下焰式燃烧结构：在燃烧池及旋转管的下方，锥形漏斗的底部设置气体燃烧室，旋转管上端口为进风口，气体燃烧室的底部设置落灰室和出烟口，燃烧池产生的可燃气体在气体燃烧室内二次燃烧；助燃空气从进风口进入旋转管，分为一次风和二次风；一次风通过旋转管上的通气孔进入燃烧池，助燃生物质燃料后通过环状缝隙进入气体燃烧室；二次风通过旋转管内部的二次风口直达底部的气体燃烧室：
19.2、上焰式燃烧结构：在旋转管上面的支撑管内设置气体燃烧室，通气孔设置在气体燃烧室下方的旋转管上，气体燃烧室上端口为出烟口，旋转管的底部设置落灰室和进风口，燃烧池产生的可燃气体在气体燃烧室内二次燃烧；助燃空气从进风口进入底部，分为一次风和二次风；一次风通过旋转管与锥形漏斗之间的环状缝隙进入燃烧池助燃生物质燃料，然后通过旋转管上的通气孔进入气体燃烧室，二次风通过旋转管底部进入旋转管内部，通过二次风口直达气体燃烧室。
20.生物质燃料进入燃烧池中燃烧，在旋转管外壁形成竖向布置的灰层、炽热碳层、气化层和干燥层；干燥层中产生的水蒸气和气化层中产生的可燃气、焦油必须大致在水平方向上缓慢穿过炽热碳层，长时间进行剧烈的氧化还原反应，焦油被大量分解为小分子可燃气体，剩余的小部分焦油在气体燃烧室内再次被分解完全燃烧；
21.通过竖向布置燃烧层和旋转管，旋转管的旋转摩擦力只作用于灰层表面，迫使熔融的灰只能形成细小焦粒；焦粒及灰分在重力作用下从灰层表面自行脱落，经环状缝隙掉出燃烧池，燃烧状态保持稳定；颗粒度相对较大的焦粒下落到夹角尖端时，在自身重力、夹角挤压力和旋转管外壁摩擦力的作用下，被磨碎成细小焦粒，不会堵塞环状缝隙。
22.为了增强除焦及除灰的能力，旋转管外壁增设摩擦凸点，可以使燃料灰分含量的适用范围大大增加。环状缝隙的宽度与灰层的厚度相适应，其它未燃尽的组分无法通过环状缝隙，提高了燃料利用率。
23.正常运行后形成以旋转管轴线为中心，自旋转管外壁起向外环形辐射依次分布灰
层、炽热碳层、气化层和干燥层，各层与旋转管相对平行，均近似垂直于地面。
24.生物质燃料进入燃烧池中贫氧燃烧，燃烧池燃烧用风称为一次风，由进风口进入，沿旋转管外壁随产生的可燃气一起进入气体燃烧室；一次风经过的地方在旋转管外壁形成竖向布置的灰层、炽热碳层；
25.所述生物质燃气炉具去除结焦和焦油的结构除进风口和出烟口外完全密闭，干燥层中产生的水蒸气和气化层中产生的可燃气、焦油必须穿过炽热碳层，才能流入气体燃烧室，在气体燃烧室中遇到由二次风口供入的二次风进行完全燃烧；
26.正常运行后形成以旋转管轴线为中心，自旋转管外壁起向外环形辐射依次分布灰层、炽热碳层、气化层和干燥层，各层与旋转管相对平行，均近似垂直于地面。
27.炽热碳层燃尽的部分形成紧贴旋转管外壁的灰层；炽热碳层燃烧发出巨大的热量供向两部分，一部分热量用于维持旋转管的高温，保证整体燃烧系统的稳定；另一部分向外供给气化层，穿过气化层的余热供给干燥层。
28.气化层生成的焦油与干燥层生成的水蒸气混合后的气体，大致在水平方向上缓慢通过炽热碳层，长时间进行剧烈的氧化还原反应；其结果是焦油被大量分解为小分子可燃气体，剩余的小部分焦油在气体燃烧室内再次被分解燃烧；相比现行小型生物质炉具广泛采用的水平层燃烧结构，焦油在气化层生成后直接进入火焰区，难以被充分分解，因而本技术方案的焦油分解利用率得以大幅提高；
29.通过竖向布置燃烧层和旋转管，旋转管的旋转摩擦力只作用于灰层表面，迫使熔融的灰只能形成细小焦粒；焦粒及灰分在重力作用下从灰层表面自行脱落，经环状缝隙掉出燃烧池，其它燃烧层不会产生明显的松动，燃烧状态得以保持稳定；另外，颗粒度相对较大的焦粒下落到夹角尖端时，在自身重力、夹角挤压力和旋转管外壁摩擦力的作用下，被磨碎成细小焦粒，不会堵塞环状缝隙；为了增强除焦及除灰的能力，旋转管外壁增设摩擦凸点，可以使燃料灰分含量的适用范围大大增加。环状缝隙的宽度与灰层的厚度相适应，其他未燃尽的组分无法通过环状缝隙，提高了燃料利用率。
30.本实用新型主要创新点：
31.1、竖向布设各燃烧层匹配垂直布置的旋转管，除焦落灰时旋转管只转动摩擦灰层，不会引起其它各燃烧层的状态变化，不破坏燃烧的稳定性；
32.2、机械力不再直接用于焦粒排除，焦粒是在其重力大于束缚力时自由脱落掉下的，实现了除焦的精准性；
33.3、锥形漏斗匹配旋转管形成环形夹角的结构，创造了焦块重力、夹角挤压力和旋转摩擦力三力配合，磨碎去除任意大小的焦块；
34.4、水蒸气和焦油沿水平方向缓慢通过竖向炽热碳层，长时间发生氧化还原反应，实现连续高效去除焦油；
35.5、垂直旋转管摩擦竖向灰层的方式，通过调整转速，可以大范围调整除焦、除灰速率，实现炉具能够燃烧任何灰分的生物质。
36.本实用新型的积极效果：采用非机械力移除结焦，将水平叠放燃烧层改为竖向布置的燃烧层，焦油长时间通过炽热碳层被热裂解为小分子可燃气体，既不破坏燃烧稳定性，又能彻底去除结焦和焦油，节能环保。本实用新型竖向除焦保持了炉具全过程的燃烧稳定，连续充分的焦油热裂解大幅度降低了能量浪费，二者合用可提高生物质实际热效率20%以
上；竖向旋转摩擦除去灰焦可燃烧高达17%灰分的生物质，燃料适用范围几乎涵盖了所有生物质，使生物质炉具走入了真正实用化时代。
附图说明
37.图1为本实用新型实施例一结构示意图；
38.图2为本实用新型实施例一竖向燃烧层分布及去除结焦示意图；
39.图3为本实用新型实施例一去除焦油示意图；
40.图4为本实用新型实施例一旋转管结构示意图；
41.图5为本实用新型实施例二结构示意图；
42.图6为本实用新型实施例二竖向燃烧层分布及去除结焦示意图；
43.图7为本实用新型实施例二去除焦油示意图；
44.图8为本实用新型实施例二旋转管结构示意图；
45.图9为本实用新型实施例二燃烧示意图；
46.图中：主体1、燃烧池2、气体燃烧室3、锥形漏斗4、进料装置5、落灰室6、进风口7、出烟口8、旋转管9、驱动电机10、旋转连接件11、摩擦凸点12、二次风口13、通气孔14、支撑管15、夹角16、环状缝隙17、除灰门18、一次风19、二次风20、灰层21、炽热碳层22、气化层23、干燥层24、焦油31、小分子可燃气体32、小部分焦油33、细小焦粒41、较大的焦粒42。
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：
48.一种生物质炉具去除结焦和焦油的结构，包含同心布置的旋转管9和锥形漏斗4，旋转管9垂直布置在锥形漏斗4的中心，在旋转管9和锥形漏斗4之间的锥形漏斗内部空间形成燃烧池2，生物质燃料进入燃烧池2燃烧，在燃烧池2形成竖向布置的燃烧层。
49.所述燃烧层包括由内向外依次布置的灰层21、炽热碳层22、气化层23和干燥层24，所述燃烧层接近竖直布置，灰层21紧贴旋转管9；旋转管9与锥形漏斗4之间有环状缝隙17，生物质燃料燃烧产生的结焦通过环状缝隙17落下；环状缝隙17的宽度与灰层21的厚度相适应，其它未燃尽的组分无法通过环状缝隙17，提高了燃料利用率。
50.所述旋转管9上部套在支撑管15内，支撑管15固定在主体1上，动力驱动旋转管9转动，旋转管9与支撑管15之间转动连通。旋转管9竖直插入燃烧池2中心，其轴线与锥形漏斗4和支撑管15的轴线重合，上端插入支撑管15中，下端伸出锥形漏斗4。
51.所述旋转管9外表面设置摩擦凸点12，旋转管9转动时利用摩擦凸点12将燃烧产生的结焦研磨碎，便于从环状缝隙17落下。
52.所述旋转管9内部中间位置设置中间隔板，中间隔板上设置连通旋转管9上部和下部的二次风口13，所述旋转管9上设置通气孔14，通气孔14布置在中间隔板上方的旋转管9壁上。
53.所述摩擦凸点12和通气孔14的数量都是任意的。摩擦凸点12和通气孔14均以环形均匀分布在旋转管9外壁，其中摩擦凸点12位于下部，通气孔14位于中部。
54.所述锥形漏斗4上部的大口与主体1外壁密封连接，锥形漏斗4内部作为燃烧池2，锥形漏斗4底部作为落灰室6，落灰室6设除灰门18。
55.所述锥形漏斗4下部的小口与旋转管9形成环状缝隙17，所述燃烧池2为倾斜底面结构，倾斜角为旋转管9与锥形漏斗4斜面形成夹角16，便于燃烧池2内的生物质燃料向中心自动聚集。
56.所述旋转管9通过旋转连接件11与驱动电机10连接。
57.所述燃烧池2上方设有进料装置5。
58.生物质燃料进入燃烧池2中燃烧，在旋转管9外壁形成竖向布置的灰层21、炽热碳层22、气化层23和干燥层24；干燥层24中产生的水蒸气和气化层23中产生的可燃气、焦油31大致在水平方向上缓慢穿过炽热碳层22，长时间进行剧烈的氧化还原反应，焦油31被大量分解为小分子可燃气体32，剩余的小部分焦油33在气体燃烧室3内再次被分解完全燃烧；
59.通过竖向布置燃烧层和旋转管9，旋转管9的旋转摩擦力只作用于灰层21表面，迫使熔融的灰只能形成细小焦粒41；焦粒及灰分在重力作用下从灰层21表面自行脱落，经环状缝隙17掉出燃烧池3，燃烧状态保持稳定；颗粒度相对较大的焦粒42在下落时受到转动的旋转管9外壁挤压与摩擦，被破碎成细小焦粒41，不会堵塞环状缝隙17。
60.为了增强除焦及除灰的能力，旋转管9外壁增设摩擦凸点12，可以使燃料灰分含量的适用范围大大增加。环状缝隙17的宽度与灰层21的厚度相适应，其他未燃尽的组分无法通过环状缝隙17，提高了燃料利用率。
61.正常运行后形成以旋转管9轴线为中心，自旋转管9外壁起向外环形辐射依次分布灰层21、炽热碳层22、气化层23和干燥层24，各层与旋转管9相对平行，均近似垂直于地面。
62.实施例一，参照附图1、2、3、4；为下焰式燃烧结构：在燃烧池2及旋转管9的下方，锥形漏斗4的底部设置气体燃烧室3，旋转管9上端口为进风口7，气体燃烧室3的底部设置落灰室6和出烟口8，燃烧池2产生的可燃气体在气体燃烧室3内二次燃烧；助燃空气从进风口7进入旋转管9，分为一次风19和二次风20；一次风19通过旋转管9上的通气孔14进入燃烧池2，助燃生物质燃料后通过环状缝隙17进入气体燃烧室3；二次风20通过旋转管9内部的二次风口13直达底部的气体燃烧室3。
63.进料装置5在主体1的上部，负责向燃烧池2中输送燃料；锥形漏斗4顶部的大口与主体1外壁密封连接，将主体1分为上下两部分，上部作为燃料的燃烧池2，下部作为落灰室6。进风口7位于主体1的顶端，出烟口8位于主体1的下端。主体1上部中心有与旋转管9匹配的支撑管15。旋转管9竖直插入燃烧池2中，其轴线与锥形漏斗4的轴线重合，上端插入支撑管15中，下端伸出锥形漏斗4底部的下口。旋转管9与锥形漏斗4斜面形成夹角16，旋转管9与锥形漏斗4底部的下口形成环状缝隙17。旋转管9通过旋转连接件11与驱动电机10连接。锥形漏斗4底部的下口伸出一部分作为气体燃烧室3。摩擦凸点12和通气孔14均以环形均匀分布在旋转管9外壁，其中摩擦凸点12位于下部，通气孔14位于中部。二次风口13是指边缘与旋转管9内壁密封连接的中间隔板中孔，位于通气孔14之下，相距气体燃烧室3一定距离。
64.工作方法是：由进料装置5把燃料推入燃烧池2中贫氧燃烧。燃烧用风称为一次风19，由进风口7进入，沿旋转管9外壁随可燃气流出。这样一次风19经过的地方会在旋转管9外壁形成竖向燃烧区域。燃烧区域的炽热碳层22燃尽的部分形成紧贴旋转管9外壁的灰层21。炽热碳层22燃烧发出巨大的热量供向两部分，一部分热量用于维持旋转管9的高温，保证整体燃烧系统的稳定；另一部分向外供给气化层23，穿过气化层23的余热供给干燥层24。由于本装置除进风口7和出烟口8外完全密闭，所以干燥层24中产生的水蒸气和气化层23中
产生的可燃气、焦油31必然穿过炽热碳层22，流入气体燃烧室3，在气体燃烧室3中遇到由二次风口13供入的二次风20进行完全燃烧。
65.依照本工作方法，炉具正常运行后会形成以旋转管9轴线为中心，自旋转管9外壁起向外环形辐射依次分布灰层21、炽热碳层22、气化层23、干燥层24，各燃烧层与旋转管9相对平行，均近似垂直于地面。
66.燃料气化层23生成的焦油31与干燥层24生成的水蒸气混合后的气体，大致在水平方向上缓慢通过炽热碳层22，长时间进行剧烈的氧化还原反应。其结果是焦油31被大量分解为小分子可燃气体32，剩余的小部分焦油33在气体燃烧室3内再次被分解燃烧。相比现行小型生物质炉具广泛采用的水平层燃烧结构，焦油31在气化层23生成后直接进入火焰区，难以被充分分解，因而本技术方案的焦油分解利用率得以大幅提高。
67.通过竖向布置燃烧层和旋转管9，旋转管9的旋转摩擦力只作用于灰层21表面，迫使熔融的灰只能形成细小焦粒41。焦粒及灰分在重力作用下从灰层21表面自行脱落，经环状缝隙17掉出燃烧池2，其他各燃烧层不会产生明显的松动，燃烧状态得以保持稳定。另外，颗粒度相对较大的焦粒42下落到夹角16尖端时受到挤压与摩擦，被破碎成细小焦粒41，不会堵塞出灰口。为了增强除焦及除灰的能力，旋转管9外壁可增设摩擦凸点12，使该装置燃料灰分含量的适用范围大大增加。由于环状缝隙17的宽度与灰层21的厚度相适应，其他未燃尽的组分无法通过环状缝隙17，提高了燃料利用率。
68.实施例一下焰式供风路径：一次风19由进风口7进入，流经旋转管9上部、通气孔14、炽热碳层22，环状缝隙17，流出到气体燃烧室3，最终从出烟口8排出。二次风20由进风口7进入，流经旋转管9上部，二次风口13由旋转管9下口流出到气体燃烧室3，最终从出烟口8排出。
69.实施例二，参照附图5、6、7、8、9；为上焰式燃烧结构：在旋转管9上面的支撑管15内设置气体燃烧室3，通气孔14设置在气体燃烧室3下方的旋转管9上，气体燃烧室3上端口为出烟口8，旋转管9的底部设置落灰室6和进风口7，燃烧池2产生的可燃气体在气体燃烧室3内二次燃烧；助燃空气从进风口7进入底部，分为一次风19和二次风20；一次风19通过旋转管9与锥形漏斗4之间的环状缝隙17进入燃烧池2助燃生物质燃料，然后通过旋转管9上的通气孔14进入气体燃烧室3，二次风20通过旋转管9底部进入旋转管9内部，通过二次风口13直达气体燃烧室3。
70.实施例二与实施例一的原理与工作方法基本相同，其不同之处在于：实施例二进风口7位于气体燃烧室3的下端，出烟口8位于气体燃烧室3的顶端。支撑管15向上伸出形成气体燃烧室3。
71.实施例二上焰式供风路径：一次风19由进风口7进入，流经环状缝隙17、炽热碳层22、通气孔14、旋转管9上部，流出到气体燃烧室3，最终从出烟口8排出。二次风20由进风口7进入，流经二次风口13、旋转管9内部，流出到气体燃烧室3，最终从出烟口8排出。