專利名稱：生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能是可再生能源，主要從木材及森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、農(nóng)林加工殘余物、油料植物、動物糞便、城市、鄉(xiāng)村生活垃圾等中獲取。生物質(zhì)材料如柴薪、野草、農(nóng)作物秸桿、谷殼、鋸末、林場廢棄物，生物質(zhì)材料加工廢棄物(甘蔗渣、糠醛渣、造紙廠廢棄物等)，動物排泄物(如牛糞等等)，或者它們的混合物，其一直是人類賴以生存的重要能源。生物質(zhì)能具有可再生、低污染、分布廣、儲量大等優(yōu)點。
然而，大規(guī)模生物質(zhì)能的利用仍然受到生物質(zhì)體積能量密度和重量能量密度低，收集運輸不便，燃燒效率低，難以作為商品的燃料等條件的限制。因此，生物質(zhì)能的大規(guī)模應(yīng)用仍然局限在廣大的農(nóng)村地區(qū)，而且以低熱利用效率的方式在應(yīng)用。如作為主要的生物質(zhì)的農(nóng)作物秸桿、野生草類，由于燃燒時易于形成煙霧，所以仍然只能在帶有煙囪的灶膛內(nèi)或鍋爐內(nèi)直接燃燒利用，不能向煤炭(蜂窩煤)一樣作為商品用于可以移動的爐具內(nèi)燃燒利用，而且秸桿材料除了易于形成煙霧外還由于能量密度低、體積大運輸不便，秸桿柴草也只能就近農(nóng)田的農(nóng)戶使用，而不能作為商品燃料輸送到需要的地方，如中小城鎮(zhèn)。這正是近年來大量秸桿在農(nóng)田焚燒的原因之一。
而現(xiàn)有其它的秸桿等生物質(zhì)的應(yīng)用方法，如秸桿氣化、沼氣發(fā)酵，由于設(shè)備投入大、技術(shù)難度也較大，尤其是需要大規(guī)模的輸送管道的建設(shè)和維護(hù)，因此，限制了這些技術(shù)手段的大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過新的生物質(zhì)的燃燒方法，同時發(fā)揮直接燃燒的方便性和氣化燃燒的高效率的優(yōu)點，克服生物質(zhì)，尤其松散秸桿類生物質(zhì)，工業(yè)化燃燒技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)偏見，擴大生物質(zhì)材料的應(yīng)用范圍，以廉價經(jīng)濟可行的方法達(dá)到工業(yè)化、規(guī)?；蜕唐坊瘧?yīng)用生物質(zhì)的目的，解決生物質(zhì)收集運輸及轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺魃唐啡剂系碾y題，以及控制生物質(zhì)燃燒時易于形成煙霧灰塵的問題和生物質(zhì)高溫時易于劇烈地產(chǎn)生揮發(fā)性可燃物質(zhì)的難題。其主要特征是生物質(zhì)被成型為帶有中心燃燒通道的燃燒塊。理論上，實現(xiàn)生物質(zhì)的周邊氣化中心燃燒過程。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將生物質(zhì)擠壓或捆綁或應(yīng)用粘結(jié)劑粘結(jié)成型為一中心帶有通道的圓柱或其它橫截面的塊狀(木料可以采用中心鉆孔、或規(guī)整木料堆積形成中心燃燒通道的方法實現(xiàn))；或者等價地，將生物質(zhì)材料擠壓或捆綁或粘結(jié)成型為規(guī)整的塊狀(如方塊形)，放入爐具內(nèi)擠壓或需沿爐膛邊沿彎曲堆砌形成一中心通道，該通道與爐具的進(jìn)風(fēng)口相連接，爐具的進(jìn)風(fēng)口大小最好小于該中心通道口的大小。燃燒時燃燒首先在該中心通道內(nèi)發(fā)生，燃燒通道使燃燒集中在中心區(qū)域，邊沿區(qū)域的生物質(zhì)主要受熱氣化、熱解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，在通道內(nèi)向上流動的進(jìn)風(fēng)氣流的導(dǎo)引下可燃?xì)怏w流向和經(jīng)過中心區(qū)域燃燒。當(dāng)然，本發(fā)明的技術(shù)方案也可以在不完全燃燒的條件下實現(xiàn)生物質(zhì)氣化的目的，即作為氣化爐來使用。
所使用的爐具是底部帶有進(jìn)風(fēng)口的圓柱筒狀結(jié)構(gòu)或者與燃料塊形狀相對應(yīng)的其它截面的筒狀結(jié)構(gòu)，也可以簡化變形為一帶有進(jìn)風(fēng)口的平板結(jié)構(gòu)，進(jìn)風(fēng)口直接對準(zhǔn)燃料塊上的中心通道。為了便于控制中心通道內(nèi)燃燒氣流處于合適的流動狀態(tài)及控制燃燒速度，如盡量控制燃燒氣流在中心區(qū)燃燒流動，爐具頂部可以無蓋或帶有燃燒口并可以拆卸再安裝的留有燃燒口的頂蓋(為便于裝燃料塊)，蓋面可以是平的或弓起或凹下。在生物質(zhì)燃料塊的上方，最好是在頂蓋的下方，安裝一層或多層金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)的表面一方面增加可燃?xì)怏w與空氣的均勻混合機會，另一方面起到穩(wěn)定上方燃燒區(qū)溫度的作用。
進(jìn)風(fēng)口可以使用鼓風(fēng)機鼓風(fēng)。如果需要快速燃燒，爐內(nèi)壁可以采用導(dǎo)熱快的金屬板材，有助于爐內(nèi)靠近爐壁的燃料的氣化，均勻爐內(nèi)溫度分布。為了使燃料塊入爐快捷方便以及燃燒完畢后易于傾倒灰燼，還可以將燃料塊預(yù)先裝填入一帶開口的爐膽內(nèi)(可由金屬或陶瓷材料制造)，該開口與通風(fēng)口直接相接，爐膽結(jié)構(gòu)與上述爐具形狀相配合，將裝有燃料塊的爐膽放入爐具內(nèi)即可點火燃燒，燃燒完畢后可以連同殘余灰燼取出。如果要求燃燒平穩(wěn)，可以從最上面點火，使燃燒自上而下進(jìn)行。為了避免生物質(zhì)在高溫時快速產(chǎn)生揮發(fā)性可燃物質(zhì)實現(xiàn)平穩(wěn)燃燒過程，在裝填生物質(zhì)時可以將生物質(zhì)隔開分層，每層之間放置有中央小開口的金屬或其它不燃材質(zhì)的隔板。為了避免生物質(zhì)高溫時的猛烈熱解氣化，在內(nèi)爐膽和外爐膽之間留有間隙，該間隙與進(jìn)風(fēng)口相通，使從底部分流來的空氣冷卻爐膽降溫，而被加熱的空氣在爐具上部與中心通道的燃燒氣流混合達(dá)到助燃目的。或者，在內(nèi)爐膽與外爐膽之間放置熱水箱或熱水管，一方面可以獲得生活用熱水，另一方面，又可以降低內(nèi)爐膽的溫度。
生物質(zhì)可以，但不是必須，先經(jīng)過預(yù)處理將其粉碎、切短或揉搓密實變軟或不作預(yù)處理而直接進(jìn)入成型工序。成型可以通過手工現(xiàn)場擠壓秸桿等材料進(jìn)入爐膛，爐膛中央預(yù)先放置一直桿管以形成中央中心燃燒通道，擠壓完畢后抽出直管，即得到堆積而成的周邊相對密實的燃燒塊；或者通過機械捆綁、編織或機械設(shè)備的擠壓成型，或者使用粘結(jié)劑輔助機械設(shè)備對生物質(zhì)材料的成型(尤其是粉末狀的木粉、稻殼等的成型)。機械捆綁或擠壓成形便于生物質(zhì)的生產(chǎn)和商品化運輸。生產(chǎn)時先均勻混合或使秸桿材料的長度方向盡量無序混合，或者進(jìn)一步混合粘結(jié)劑，放入壓縮孔道內(nèi)壓縮并形成一帶有孔腔通道的燃料塊。
燃燒時，點燃燃料中心通道中央頂部或底部，開始以較大風(fēng)力通風(fēng)助燃，后期當(dāng)燃燒穩(wěn)定后，可以減少或取消通風(fēng)助燃代之以自然風(fēng)助燃。燃燒方式當(dāng)然還可以兩個或多個燃燒通道燃燒。為了解決秸桿材料能量密度低的問題，可以將兩個或多個爐具并列使用，爐具的通風(fēng)系統(tǒng)共用，當(dāng)一個爐具燃燒完畢后，只需將炊具平移到另一爐具即可實現(xiàn)連續(xù)的使用。
當(dāng)生物質(zhì)用于大規(guī)模燃燒利用，如加熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電或供熱，可以將多個燃燒爐具并列使用，形成燃燒陣列。多個燃燒陣列可以循環(huán)移動進(jìn)入燃燒區(qū)以達(dá)到連續(xù)燃燒加熱的目的，在完全進(jìn)入高溫的燃燒區(qū)前的過程中，生物質(zhì)在溫度逐步升高的通道內(nèi)被加熱干燥去除水分。


圖1是帶有中心通道的筒柱狀生物質(zhì)燃料塊的正視圖和俯視圖。
圖2是帶有進(jìn)風(fēng)口的燃燒爐剖視圖，圖1所示燃料塊示意放入了爐內(nèi)。虛線箭頭表示燃燒氣流流動方向。
圖3是圖2所示筒柱狀爐體簡化變形為一平板結(jié)構(gòu)的爐板，燃燒塊上的中心通道與平板上的進(jìn)風(fēng)口相連。
圖4是燃燒陣列加熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽示意圖。
上述圖示中爐壁為單層鐵皮結(jié)構(gòu)，可將一定厚度的保溫隔熱層結(jié)構(gòu)代替鐵皮結(jié)構(gòu)。炊具結(jié)構(gòu)為通常結(jié)構(gòu)故未畫出，爐體支撐結(jié)構(gòu)可以任意使用現(xiàn)有技術(shù)，故省略。
具體實施例方式
舉例實施例1見圖1，2所示，將帶有中心通道1的圓柱狀燃料塊2放入圓柱狀爐具3內(nèi)，爐具3帶有通風(fēng)口4。燃燒時，先從上部(要求平穩(wěn)較緩慢燃燒時)或下部點燃(要求快速燃燒時采用)，根據(jù)燃燒情況，可以利用自然吸風(fēng)或利用外部鼓風(fēng)機助燃(圖示未畫出)。在日常使用時，爐具3的體積能夠裝入數(shù)公斤生物質(zhì)即可滿足需要，但如果用于鍋爐等大型場合的使用，爐具3應(yīng)能夠容入數(shù)百公斤的生物質(zhì)材料，如鍋爐的燃燒，由于燃燒后期中心燃燒區(qū)變的太大，中心氣流強度不能對周邊生物質(zhì)燃料塊氣化和熱解了的氣體進(jìn)行引流，而使中心燃燒區(qū)穩(wěn)定燃燒的作用減少，故可以在爐具3內(nèi)使用一能夠控制收縮的爐膽，使生物質(zhì)材料隨著燃燒的進(jìn)行向中心區(qū)靠攏。為了減少傾倒灰燼時爐體所形成的障礙，尤其是為了在加熱鍋爐5滿足生產(chǎn)蒸汽6發(fā)電時需要的大規(guī)模生物質(zhì)燃燒，圓柱狀爐具可以變形簡化為一平板結(jié)構(gòu)，如圖3所示，進(jìn)一步地，使用多個爐具形成燃燒陳列7達(dá)到大規(guī)模燃燒的目的，如圖4所示。所述的燃燒陣列中單個爐具之間的距離應(yīng)大于10厘米，以使每個燃燒通道周邊有足夠的可供燃燒的生物質(zhì)。
實施例2與使用多個爐具形成燃燒陳列7等價地，可以將生物質(zhì)成型為有一個以上的燃燒通道的燃料塊，對應(yīng)于每個燃燒通道，爐具底部有相應(yīng)的進(jìn)風(fēng)口。由于生物質(zhì)材料松散和壓縮后的高反彈的特性，與使用燃燒陣列相比，多個燃燒通道的燃料塊的加工相對困難。為了使整個燃燒塊幾乎同時燃燒完畢，燃燒通道之間的距離應(yīng)大于10厘米，以便保證燃燒通道之間的生物質(zhì)有足夠的量。如果其距離較近，中心區(qū)域的生物質(zhì)短時間內(nèi)即被燃燒完畢，其效果等于是形成了一個較大的中心通道，中心進(jìn)風(fēng)氣流的導(dǎo)引作用也即被削弱。
實施例3與使用多個爐具形成燃燒陳列7等價地，可以將生物質(zhì)成型為有一個以上的燃燒通道的燃料塊，并將燃料塊的底部完全暴露在爐具底部的大進(jìn)風(fēng)口中。此時由于燃燒通道之間的生物質(zhì)也被直接吹空氣(氧氣)，并發(fā)生直接燃燒，直接燃燒時與進(jìn)風(fēng)口距離的不同，受氧量就不同，較少氧含量的地方即容易形成由氣化、熱解產(chǎn)生的可燃?xì)獾冉M成的煙氣。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是生物質(zhì)被成型為帶有中心燃燒通道的燃料塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是燃燒爐具有進(jìn)風(fēng)口，所述進(jìn)風(fēng)口與燃料塊上的中心燃燒通道直接連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是進(jìn)風(fēng)口使用鼓風(fēng)機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是所述燃燒裝置為一容納生物質(zhì)燃料塊的筒狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是所述燃燒裝置為一允許生物質(zhì)燃料塊放置其上的平板結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，其特征是所述燃燒裝置為一個以上的所述燃燒裝置的并列組合。
全文摘要
一種生物質(zhì)的燃燒方法及其燃燒裝置，通過一種新的生物質(zhì)的燃燒方法，克服了生物質(zhì)工業(yè)化燃燒領(lǐng)域局限于直接燃燒或氣化燃燒的技術(shù)偏見，擴大了生物質(zhì)的應(yīng)用范圍，以廉價經(jīng)濟可行的方法達(dá)到工業(yè)化、規(guī)?；蜕唐坊瘧?yīng)用生物質(zhì)能源的目的。本發(fā)明的技術(shù)特征是生物質(zhì)被成型為一帶有中心燃燒通道的燃料塊。燃燒氣流被導(dǎo)引流經(jīng)中心燃燒通道或中心燃燒通道附近，所用爐具可以是一帶有進(jìn)風(fēng)口的筒狀或平板狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號F23B90/00GK1869511SQ20051007458
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月29日
發(fā)明者秦才東 申請人:秦才東