本發(fā)明涉及固體燃料清潔燃燒領(lǐng)域，具體地講有關(guān)于一種可適應(yīng)多種固體燃料清潔燃燒的固體燃料燃燒爐具。
背景技術(shù)：
固體燃料是目前我國主要燃料之一，固體燃料按照揮發(fā)分含量的不同，可以大致分為以下3類：
A類（低揮發(fā)分燃料）:主要由固體碳構(gòu)成的固體燃料，燃燒時主要表現(xiàn)為固定碳燃燒特性；代表性燃料主要有無煙煤、蘭炭、型煤；
B類（高揮發(fā)分燃料）：揮發(fā)分和固定碳各占一定比例，燃燒時同時兼具固定碳燃燒特性和氣態(tài)可燃物燃燒特性；代表性燃料主要為煙煤、褐煤；
C類（超高揮發(fā)分燃料）：揮發(fā)分占有較大比例，燃燒時主要表現(xiàn)為氣態(tài)可燃物的燃燒特性；代表燃料主要有生物質(zhì)成型燃料、木質(zhì)切片。
常用的固體燃料燃燒爐具按照燃燒方式，大致分為正燒爐、反燒爐兩種。這兩種燃燒爐具使用時，受到燃燒室結(jié)構(gòu)的限制，均存在燃料適應(yīng)性差、排放監(jiān)管困難，容易造成環(huán)境污染等問題，簡單分析如下：
1、正燒爐具燃燒室主要特點是下進風(fēng)、上出火，適應(yīng)于無煙煤、型煤、蘭炭等揮發(fā)分含量低的燃料。如果采用燃煤、生物質(zhì)等高揮發(fā)分或超高揮發(fā)分的固體燃料，燃燒過程中析出的大部分揮發(fā)分將以黑煙的形式未經(jīng)處理直排大氣，不但排煙溫度高，造成熱量散失，燃燒效率低，而且污染物排放量大，環(huán)境污染嚴(yán)重；
2、反燒爐的主要特點是上進風(fēng)、下出火、上給料；主要適應(yīng)于高揮發(fā)分固體燃料，如煙煤、褐煤。由于反燒特性，煙煤等高揮發(fā)分燃料采用反燒式爐的效果優(yōu)于正燒爐，但由于煙煤成分和揮發(fā)分含量（30%-65%）的廣譜性，傳統(tǒng)的反燒式爐具對揮發(fā)分迥異的各類煙煤兼容性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，難以達到各類煙煤的高效利用。而對于低揮發(fā)分燃料，例如型煤，反燒時型煤因為煤層不能自然流動、煤層厚度不夠和燃燒過程中給氧不足無法正常燃燒，鍋爐無法滿足使用要求。另外，由于反燒爐的出火位置位于爐箅位置，使得爐箅位置的溫度比較高，對于灰熔點低的燃料（例如秸稈成型燃料）容易在爐箅位置形成結(jié)焦，從而影響正常使用。
由于上述常用爐具燃料適應(yīng)性單一的特性，在實際使用過程中大多數(shù)獨立采暖的用戶，燃料難以實現(xiàn)準(zhǔn)確配給，尤其是經(jīng)濟情況較差的農(nóng)村農(nóng)戶，基于經(jīng)濟性和使用方便性考慮，農(nóng)村老百姓用型煤爐燒煙煤的情況屢禁不止，而煙煤采用正燒型煤爐燃燒，揮發(fā)分大部分以黑煙形式排放到空氣中，造成排放污染嚴(yán)重又很難監(jiān)管。
因此，有必要提供一種普適于低揮發(fā)分固體燃料、高揮發(fā)分固體燃料、超高揮發(fā)分固體燃料的全類固體燃料燃燒爐具，來解決上述現(xiàn)有爐具存在的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，提供一種固體燃料燃燒爐具，能夠?qū)崿F(xiàn)低揮發(fā)分固體燃料、高揮發(fā)分固體燃料、超高揮發(fā)分燃料的清潔高效燃燒，從而解決目前爐具存在的兼容性差、排放污染嚴(yán)重、監(jiān)管困難等問題。
本發(fā)明經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對于低揮發(fā)分固體燃料，有一定的正燒燃燒空間，能夠?qū)崿F(xiàn)固定碳的高效燃燒；對于高等揮發(fā)分固體燃料，既需要有正燒的固定碳燃燒空間，又需要有燃料干餾析出揮發(fā)分的反燒空間，同時還需要有揮發(fā)分的燃燒空間；對于超高揮發(fā)分固體燃料，主要需要燃料干餾析出揮發(fā)分的反燒空間和揮發(fā)分燃燒空間。
根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，如果能夠?qū)θ紵疫M行分區(qū)設(shè)計，使之具有符合固定碳燃燒的正燒區(qū)間、適合揮發(fā)分析出的反燒區(qū)間、適合揮發(fā)分燃燒的氣態(tài)燃燒區(qū)間，將有望實現(xiàn)全類固體燃料的清潔高效燃燒。
本發(fā)明的上述目的可采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種固體燃料燃燒爐具，包括固態(tài)序燃室、氣態(tài)燃燒室、蓄熱通道；其中，
固態(tài)序燃室，上部形成有進料口，底部設(shè)置有爐箅和位于爐箅下方的灰室，并在上部設(shè)有上進風(fēng)口，在底部設(shè)置有下進風(fēng)口；在固態(tài)序燃室的下部一側(cè)高于爐箅一高度的位置形成所述蓄熱通道的入口，從而該燃料固態(tài)序燃室的蓄熱通道入口上方部分形成為用于干燥、干餾固體燃料的反燒區(qū)，固態(tài)序燃室的蓄熱通道入口下方部分形成固定碳燃燒的正燒區(qū)，所述蓄熱通道入口位置形成為固、氣分離區(qū)；
蓄熱通道，具有連通于所述氣態(tài)燃燒室的蓄熱通道出口和連通于固態(tài)序燃室的所述蓄熱通道入口，該蓄熱通道的周壁由蓄熱材料制成，并在周璧上形成有進風(fēng)孔，從而從固態(tài)序燃室析出的可燃?xì)怏w通過蓄熱通道入口進入蓄熱通道內(nèi)與空氣充分混合并被點燃，然后經(jīng)蓄熱通道出口進入氣態(tài)燃燒室燃燒；
氣態(tài)燃燒室，具有用于向換熱裝置供熱的出火口。
在本發(fā)明的一個可選例子中，蓄熱通道入口下沿距離底部爐箅的高度為20cm-40cm。
在本發(fā)明的一個可選例子中，蓄熱通道從入口至出口的長度較佳為15cm-25cm。
在本發(fā)明的一個可選例子中，在氣態(tài)燃燒室的出火口位置可設(shè)有進風(fēng)孔。
在本發(fā)明的一個可選例子中，固態(tài)序燃室的側(cè)壁上可設(shè)置有通風(fēng)槽，以在反燒區(qū)形成均衡配氧。
在本發(fā)明的一個可選例子中，底部爐箅可包括傾斜側(cè)爐篦和連接于傾斜爐箅的水平爐篦。這樣，固體燃料可以按一定厚度從傾斜側(cè)爐箅自然流動到水平爐箅上燃燒，不但符合燃燒規(guī)律，既減少了燃燒燃燒死角，又增加了燃燒室進風(fēng)量，提高了燃燒效率。
在本發(fā)明的一個可選例子中，固態(tài)序燃室可設(shè)置有由上部連通于底部灰室的連通通道，從而削減封火時固態(tài)序燃室向上的抽力，有效避免了固體序燃室封火反煙現(xiàn)象。
在本發(fā)明的一個可選例子中，在所述蓄熱通道的側(cè)壁上臨近于蓄熱通道入口的位置設(shè)置有點火口。采用該點火口點火時，可通過引柴首先點燃蓄熱通道入口位置的固體燃料，在蓄熱通道入口位置形成高溫火焰，使得蓄熱通道形成高溫溫度場，之后固態(tài)序燃室內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w均需通過該高溫火焰被點燃后才能經(jīng)蓄熱通道進入氣態(tài)燃燒室，不但實現(xiàn)了1分鐘快速點火，而且有效改善或避免了點火時煙氣直接排出形成冒黑煙情況。
在本發(fā)明的一個可選例子中，氣態(tài)燃燒室的煙氣通過截面積可為蓄熱通道煙氣通過截面積的2倍以上，從而煙氣從蓄熱通道出口進入到氣態(tài)燃燒室后，流速急劇減小，增加了氣態(tài)可燃物在氣態(tài)燃燒室的停留時間，有助于氣態(tài)可燃物的充分燃燒，也有利于可粒物的沉降，進一步降低尾氣中顆粒物的排放濃度。
在本發(fā)明的一個可選例子中，氣態(tài)燃燒室的出火口連通于一換熱裝置，該換熱裝置內(nèi)的換熱通道可設(shè)置有3道以上折返行程， 從而形成多回程降塵結(jié)構(gòu)。
通過本發(fā)明的上述燃燒室分區(qū)和配氧結(jié)構(gòu)設(shè)計，本發(fā)明的固體燃料燃燒爐具在使用時，進入固態(tài)序燃室的固體燃料在上部的反燒區(qū)被干燥、干餾、析出揮發(fā)分，固定碳部分進入到下部的正燒區(qū)燃燒，氣態(tài)可燃物通過蓄熱通道后進入氣態(tài)燃燒室充分燃燒；這樣，揮發(fā)分含量低的A類固定碳燃料可以在正燒區(qū)實現(xiàn)高效清潔燃燒；中、高等揮發(fā)分含量的B類、C類燃燒可以在上部反燒區(qū)析出揮發(fā)分，析出揮發(fā)分的固定碳部分在下部正燒區(qū)燃燒為上部揮發(fā)分析出和隨后的高溫蓄熱通道提供加熱熱源，而析出的揮發(fā)分經(jīng)高溫蓄熱通道與空氣充分混合并點燃后進入氣態(tài)燃燒室充分燃燒，從而實現(xiàn)了各類固體燃料清潔高效燃燒。
由于本發(fā)明的固態(tài)燃料燃燒爐具采用反燒區(qū)、正燒區(qū)、氣態(tài)燃燒區(qū)分區(qū)設(shè)計，同時適應(yīng)了低揮發(fā)分固體燃料、高揮發(fā)分固體燃料、超高揮發(fā)分固體燃料的燃燒特性，因而有效實現(xiàn)了全類固體燃料的清潔高效燃燒。同時，由于固態(tài)序燃室產(chǎn)生的所有可燃?xì)怏w都必須通過高溫蓄熱通道的高溫溫度場被點燃后才能進入氣態(tài)燃燒室燃燒，因而有效避免了傳統(tǒng)爐具出現(xiàn)的冒黑煙現(xiàn)象，實現(xiàn)了無煙清潔排放。
采用本發(fā)明可實現(xiàn)各類固體燃料清潔高效燃燒的固體燃料燃燒爐具，具有如下重要意義：
1）由于本技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各類固體燃料的清潔高效燃燒，用戶可以根據(jù)本地區(qū)的燃料特點選擇適合的燃料，不需要政府對用戶使用的燃料種類進行監(jiān)管，從而為解決散燒煤面源污染問題提供了有效解決途徑，可以作為現(xiàn)行燃燒煤治理政策的有益補充；
2）在農(nóng)作物種植區(qū)，可以利用農(nóng)作物秸稈制成秸稈可粒成型燃料，并通過應(yīng)用本技術(shù)的爐具進行清潔高效燃燒，不但能夠解決當(dāng)?shù)毓┡葻崮苄枨螅彝ㄟ^秸稈能源化利用途徑，有效解決秸稈焚燒污染問題；
3）在林區(qū)和果樹種植區(qū)，可以利用林業(yè)廢棄物（清理防火通道產(chǎn)物、灌木平茬復(fù)壯產(chǎn)物、果木剪枝），制成木質(zhì)切片燃料，并通過應(yīng)用本技術(shù)的爐具進行清潔高效燃燒，從而解決林業(yè)廢棄物處理問題，實現(xiàn)林業(yè)廢棄物的能源化利用。
附圖說明
圖1本發(fā)明的爐具結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：100-固體燃料燃燒爐具；1-固態(tài)序燃室，11-進料口；12-爐箅；121-傾斜爐箅；122-水平爐箅；13-灰室；14-上進風(fēng)口；15-下進風(fēng)口；16-反燒區(qū)；17-正燒區(qū)；18-通風(fēng)槽；19-連通通道；2-蓄熱通道；21-蓄熱通道入口；22-蓄熱通道出口；23-進風(fēng)孔；24-點火口；3-氣態(tài)燃燒室；31-出火口；32-進風(fēng)孔；4-換熱裝置；41-換熱通道。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明提供了一種固體燃料燃燒爐具100。該爐具包括固態(tài)序燃室1、氣態(tài)燃燒室3和連接于固態(tài)序燃室1和氣態(tài)燃燒室3之間的蓄熱通道2。其中，固態(tài)序燃室1的上部形成有進料口11，底部設(shè)置有爐箅12和位于爐箅12下方的灰室13，并在上部設(shè)有上進風(fēng)口14，在底部設(shè)置有下進風(fēng)口15。在固態(tài)序燃室1的下部一側(cè)高于爐箅12一高度的位置形成蓄熱通道入口21，從而使該燃料固態(tài)序燃室1的蓄熱通道入口21上方部分形成為用于干燥、干餾固體燃料的反燒區(qū)16，固態(tài)序燃室1的蓄熱通道入口21下方部分形成固定碳燃燒的正燒區(qū)17，蓄熱通道入口21位置形成為固、氣分離區(qū)。
如圖1所示，蓄熱通道2的周壁由蓄熱材料制成，從而能夠在蓄熱通道2內(nèi)形成高溫溫度場。該蓄熱通道2具有連通于氣態(tài)燃燒室的蓄熱通道出口22。在蓄熱通道2的周璧上形成有進風(fēng)孔23，從而從固態(tài)序燃室1析出的可燃?xì)怏w通過蓄熱通道入口21進入蓄熱通道2內(nèi)與進風(fēng)孔23進入的空氣充分混合并被點燃，然后經(jīng)蓄熱通道出口22進入氣態(tài)燃燒室3燃燒。
如圖1所示，氣態(tài)燃燒室3具有用于向換熱裝置4供熱的出火口31。
本發(fā)明的固體燃料燃燒爐具100在使用時，進入固態(tài)序燃室1的固體燃料在上部的反燒區(qū)16被干燥、干餾、析出揮發(fā)分，固定碳部分進入到下部的正燒區(qū)17燃燒，氣態(tài)可燃物通過蓄熱通道2后進入氣態(tài)燃燒室3充分燃燒。這樣，揮發(fā)分含量低的A類固定碳燃料可以在正燒區(qū)17實現(xiàn)高效清潔燃燒；中、高等揮發(fā)分含量的B類、C類燃燒可以在上部反燒區(qū)16析出揮發(fā)分，析出揮發(fā)分的固定碳部分在下部正燒區(qū)17燃燒從而為上部揮發(fā)分析出和隨后的高溫蓄熱通道2提供加熱熱源，而析出的揮發(fā)分經(jīng)高溫蓄熱通道2與空氣充分混合并點燃后進入氣態(tài)燃燒室3充分燃燒，從而實現(xiàn)了各類固體燃料清潔高效燃燒。
由于本發(fā)明的固態(tài)燃料燃燒爐100具采用反燒區(qū)16、正燒區(qū)17、氣態(tài)燃燒區(qū)3分區(qū)設(shè)計和多重配氧設(shè)計，同時適應(yīng)了低揮發(fā)分固體燃料、高揮發(fā)分固體燃料、超高揮發(fā)分固體燃料的燃燒特性，因而有效實現(xiàn)了全類固體燃料的清潔高效燃燒。同時，由于固態(tài)序燃室1產(chǎn)生的所有可燃?xì)怏w都必須通過高溫蓄熱通道2的高溫溫度場被點燃后才能進入氣態(tài)燃燒室3燃燒，因而有效避免了傳統(tǒng)爐具出現(xiàn)的冒黑煙現(xiàn)象，實現(xiàn)了無煙清潔排放。
在本發(fā)明的一個可選例子中，在氣態(tài)燃燒室3出火口31位置可進一步設(shè)置進風(fēng)孔32，從而能夠使氣態(tài)燃燒室3內(nèi)未燃盡的氣態(tài)可燃物在通過出火口31時與從進風(fēng)孔32配入的氧氣充分混合，進一步充分燃燒，為氣態(tài)可燃物的完全燃燒提供了充足的配氧條件。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，蓄熱通道入口21下沿距離底部爐箅12的高度h較佳為15cm-35cm。該高度h可以根據(jù)需要選擇15cm-35cm中的任一數(shù)值，例如15cm、20cm、22cm、25cm、30cm、32cm、35cm等，在此不一一列舉。實驗證明，在蓄熱通道入口下沿距離底部爐箅的高度h在15cm-35cm，不但可以保證下部正燒區(qū)17的固定碳燃燒層有足夠的正燒空間，而且也保證了有充足的風(fēng)從底部爐箅12進入正燒區(qū)17的固定燃燒層內(nèi)，為固定碳燃燒提供充分配氧，從而確保了正燒區(qū)17內(nèi)的固定碳的充分燃燒。
如圖1所示，在本發(fā)明的一個可選例子中，蓄熱通道2從入口21至出口22的長度較佳為15cm-25cm。這樣，從固態(tài)序燃室1析出的可燃?xì)怏w從入口21進入蓄熱通道2后，能夠在蓄熱通道2內(nèi)與進風(fēng)孔23進入的空氣充分混合并被蓄熱通道2內(nèi)的高溫溫度場點燃，從而進入氣態(tài)燃燒室3充分燃燒。該蓄熱通道2的長度可根據(jù)需要選取15cm-25cm中的任一數(shù)值，例如15cm、16cm、17.5cm、19cm、20cm、22cm、24cm、25cm等，在此不一一列舉。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，固態(tài)序燃室1的側(cè)壁上可設(shè)置有通風(fēng)槽18，這樣，從上進風(fēng)口14進入的空氣能夠通過該通風(fēng)槽18均衡配給反燒區(qū)16內(nèi)的固體燃料，從而反燒區(qū)16析出的揮發(fā)分可以與空氣充分混合，為之后的充分燃燒提供了有利條件。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，固態(tài)序燃室1下部的爐箅12包括傾斜側(cè)爐篦121和連接于傾斜爐箅121的水平爐篦122。這樣，固體燃料可以按一定厚度自然流動到水平爐箅122上燃燒，不但符合燃燒規(guī)律，同時傾斜爐箅121既減少了燃燒燃燒死角，又增加了燃燒室進風(fēng)量，提高了燃燒效率。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，固態(tài)序燃室1可設(shè)置有由上部連通于底部灰室13的連通通道19，從而削減了固態(tài)序燃室1向上的抽力，有效避免了固體序燃室1封火反煙現(xiàn)象，使得本發(fā)明的爐具可以在較低功率下穩(wěn)定燃燒，提高了爐具的功率調(diào)節(jié)范圍。試驗證明，本發(fā)明的爐具一次填料，可封火20小時。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，在蓄熱通道2的側(cè)壁上臨近于蓄熱通道入口21的位置可設(shè)置有點火口24。這樣，在點火時，可通過引柴首先點燃蓄熱通道入口21位置的固體燃料，在蓄熱通道入口21位置形成高溫火焰，從而不但能快速加熱蓄熱通道2形成高溫溫度場，而且之后固態(tài)序燃室1內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w均需通過該高溫火焰被點燃后才能經(jīng)蓄熱通道2進入氣態(tài)燃燒室3，避免了點火時煙氣直接排出形成冒黑煙情況，有效解決了現(xiàn)有爐具點火時冒煙半小時以上而造成空氣污染的問題。試驗證明，采用本發(fā)明的爐具，1分鐘即可完成點火，煙囪口實現(xiàn)無煙排放。
在本發(fā)明的一個可選例子中，如圖1所示，氣態(tài)燃燒室3的煙氣通過截面積可為蓄熱通道2煙氣通過截面積的2倍以上，這樣，在煙氣從蓄熱通道出口22進入到氣態(tài)燃燒室3后，流速急劇減小，不但增加了氣態(tài)可燃物在氣態(tài)燃燒室3的停留時間，并且有助于氣態(tài)可燃物的充分燃燒，同時由于流速減緩，也有利于可粒物的沉降，從而在該氣態(tài)燃燒室3位置形成為煙塵沉降室，進一步降低尾氣中顆粒物的排放濃度。
如圖1所示，氣態(tài)燃燒室3的出火口31連通于換熱裝置4，該換熱裝置4內(nèi)的換熱通道41設(shè)置有3道以上折返行程， 從而形成多回程降塵結(jié)構(gòu)，進一步降低尾氣的可粒物濃度。
下面通過排放檢測，來進一步說明本發(fā)明的爐具使用常見的幾種固體燃料的排放情況。檢測時，將爐具放置在封閉的不銹鋼箱體中，空氣通過過濾系統(tǒng)和引風(fēng)機進入到箱體之中，燃燒后和氣體通過排風(fēng)機抽出排到室外。排風(fēng)機的流量固定在600 m3/h。測試系統(tǒng)在直徑0.20 米的不銹鋼管道中直接取樣測試總煙塵、PM2.5、SO2和NOx。通過Thermo Model 42i和43i分別在線監(jiān)控SO2和NOx濃度，PM2.5通過旋風(fēng)切割頭（16.7 L/min, URG-2000-30 EH）采集到石英膜上，然后用精度為0.001 mg天平進行稱重。
通過測試對比，本發(fā)明產(chǎn)品相比傳統(tǒng)爐具產(chǎn)品相比，PM2.5及總煙塵排放水平可降低60%-90%。