一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉
技术领域
本发明涉及一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉，属于生物质清洁利用技术领域。
背景技术
我国生物质资源丰富，生物质资源的利用也越来越得到大众重视。在生物质资源丰富的地区，生物质颗粒直接用于供热或者炊事，是一种很有前景的利用方式。生物质加工成颗粒燃料后，密度提高了8至10倍，燃烧特性也有了很大的改善。与生物质直接燃烧相比，生物质颗粒的一氧化碳、PM2.5、二氧化硫等污染物排放量明显降低，但是生物质颗粒的氮氧化物排放量一直都有待于进一步优化。从燃烧机理上分析，生物质颗粒炉具中的氮氧化物的来源主要是燃料氮。生物质中的氮在燃烧过程中，会发生复杂的反应。目前为降低生物质颗粒炉具的氮氧化物排放，通常采用空气分级燃烧，即将空气分为一次风和二次风分别送入炉具内。燃料分级技术在煤粉炉上应用较多，也得到了很好的效果。但是在生物质颗粒炉具上，燃料分级技术应用很少。一方面是因为现有燃料分级设备过于复杂，增加了气体燃烧室等部件，提高了成本和控制难度，另一方面是因为燃料分级技术在生物质颗粒燃料炉具上应用很少，技术储备不足。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉，该生物质采暖炉采用燃料分级结合三级配风技术手段，可以大幅降低生物质采暖炉工作过程中氮氧化物的生成量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉，其特征在于，包括进料系统、燃烧系统、送风系统和采暖盘管；其中，
所述进料系统包括两级进料子系统，各级进料子系统分别均包括料仓、以及与料仓下部依次连通的进料绞龙和进料管；
所述燃烧系统包括炉膛、两级链条炉排和分别驱动相应链条炉排的电机；二级链条炉排和一级链条炉排分别固定于炉膛内呈上下间隔布置，且二级链条炉排和一级链条炉排的进料侧位于炉体相对设置的两侧壁上；两级链条排炉的进料侧分别与相应进料子系统的进料管出口连通，二级链条炉排远离进料侧的末端位于一级链条排炉上方靠近该一级链条排炉进料侧的区域，使得从二级链条排炉末端掉下的生物质颗粒落入一级链条排炉上后继续参与燃烧；炉膛内位于两级链条排炉的底部为储渣室；炉膛侧壁上设有可开启的耐火玻璃窗；第一电机的转速应保证生物质颗粒从一级链条炉排的进料侧运动至末端时，生物质颗粒中的固定碳已经完全燃尽，第二电机的转速应保证生物质颗粒从二级链条炉排的进料侧运动至末端时，生物质颗粒中的挥发分已经基本析出；
所述送风系统包括三次送风子系统，各次风送风子系统均分别包括依次连接的送风机、预热盘管和送风排管，用于控制相应送风机风流量的控制器以及设置于炉膛内底部的引风机；一次风送风排管、二次风送风排管和三次风送风排管分别位于炉膛内的一级链条炉排、二级链条炉排和采暖盘管的底部；通过各控制器调节相应送风机的风流量，满足炉膛内的下层燃料正常燃烧、上层燃料缺氧燃烧和末段充分燃尽；
所述采暖盘管设置于炉膛内顶部，采暖盘管的供水口和回水口分别穿过炉膛侧壁与用户的采暖系统的回水管路和供水管路连接。
本发明具有以下优点及突出性效果：①通过风管上设置流量控制器，调节各级风量，实现“下层正常供风+上层缺氧供风+末端燃尽供风”的目标，实现燃料的分级燃烧且可调节各级风量以适应不同种类的生物质颗粒燃料；②下层链条炉排上的颗粒燃料的燃烧产物与上层链条炉排的颗粒燃料的燃烧产物反应，氮氧化物产量明显降低；③一二三级风的作用各不相同，因此回收不同品位的烟气余热，提高了系统整体的能源利用效率；④通过设置两套进料系统，既实现了连续进料，保证了进料的稳定性，也实现了对两层燃料的分别控制，确保燃烧空间的充分利用；⑤通过控制电机、风机、水泵的启停和转速，同时实现了对燃烧室内多点温度、循环水流量和温度等参数的实时监控，有利于实现自动化运行和多参数调节。
附图说明
图1为本发明提供的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉的剖面图。
图2为本发明提供的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉的送风管排的俯视图和局部放大图。
图3为本发明提供的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉的左视图。
图中各部件表示：1-储渣室、2-一次风送风管排、3-一级链条炉排、4-第一电机、5-第一料仓、6-第一进料绞龙、7-耐火玻璃窗、8-二级链条炉排、9-三次风送风排管、10-采暖热水供水口、11-采暖热水换热盘管、12-采暖热水回水口、13-第二进料绞龙、14-第二料仓、15-三次风预热盘管、16-三次风流量控制器、17-三次风送风机、18-第二电机、19-二次风预热盘管、20-二次风流量控制器、21-二次风送风机、22-一次风预热盘管、23-一次风流量控制器、24-一次风送风机、25-引风机、26-均压室、27-炉膛、28-二次风送风管排。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
为了更好地理解本发明，以下详细阐述本发明提出的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉的应用实例。
参见图1～3，本发明实施例的一种燃料分级低氮排放的生物质采暖炉，包括进料系统、燃烧系统、送风系统和采暖盘管11；其中，
进料系统包括两级进料子系统，各级进料子系统分别均包括料仓(1和14)、以及与料仓下部依次连通的进料绞龙(6和13)和进料管；
燃烧系统包括炉膛27、两级链条炉排和分别驱动相应链条炉排的电机；二级链条炉排8和一级链条炉排3分别固定于炉膛27内呈上下间隔布置，且二级链条炉排8和一级链条炉排3的进料侧位于炉体27相对设置的两侧壁上，用于增强炉膛27内的湍流效应，进而促进可燃气体、空气之间的混合，有利于充分氧化还原反应；两级链条排炉的进料侧分别与相应进料子系统的进料管出口连通，二级链条炉排8远离进料侧的末端位于一级链条排炉3上方靠近该一级链条排炉3进料侧的区域，使得从二级链条排炉8末端掉下的生物质颗粒落入一级链条排炉3上后继续参与燃烧；炉膛27内位于两级链条排炉的底部为储渣室1，用于收集从两级链条炉排上掉落的灰渣；炉膛2侧壁上设有可开启的耐火玻璃窗7，开启该耐火玻璃窗7后，手动点燃生物质颗粒；第一电机4和第二电机18分别设置于一级链条排炉3和二级链条排炉8的进料侧(除图示所示电机设置位置外，实际布置位置以方便安装和传动为宜)，且第一电机4的转速应保证生物质颗粒从一级链条炉排3的进料侧运动至末端时，固定碳已经完全燃尽，第二电机18的转速应保证生物质颗粒从二级链条炉排8的进料侧运动至末端时，生物质颗粒中的挥发分已经基本析出；
送风系统包括三次送风子系统，各次风送风子系统均分别包括依次连接的送风机(17、21和24)、预热盘管(15、19和22)和送风排管(2、28和9)，用于测量相应送风机风流量的控制器(16、20和23)以及设置于炉膛27内底部的引风机25；一次风送风子系统用于向一级链条排炉3送风，一次风送风排管2位于一级链条排炉3的底部；二次风送风子系统用于向二级链条排炉8送风，二次风送风排管29位于二级链条排炉8的底部，三次风送风子系统用于向炉膛27内末段送风，以促进未燃尽的可燃物质充分燃烧，三次风送风排管28位于二级链条排炉8的上方，且与位于炉膛27外壁的环形引流风道相连，风通过环形引流风道内侧的预留若干直径为6-10mm的开孔进入炉膛27；通过各控制器(16、20和23)调节相应送风机的风流量，使其达到“下层燃料正常燃烧，上层燃料缺氧燃烧，末段充分燃尽”的燃烧效果。各送风子系统内，以一次风送风子系统为例，参见图2，在一次风送风排管2的进风口与一次风预热盘管22的出风口之间设有一个均压室26，用于向相应的链条炉排提供均匀的风量。
采暖盘管11设置于炉膛27内顶部，采暖盘管11的供水口10和回水口12分别穿过炉膛27侧壁与户内采暖系统的回水管路和供水管路连接。采暖盘管11用于与燃烧室内的高温烟气换热，加热盘管内部的循环水，为采暖系统提供热量。
进一步地，炉膛的纵剖面整体为倒凹字型，燃烧系统和送风系统中的预热盘管分别位于炉膛内两侧，采暖盘管位于炉膛内顶部，该布置有利于燃烧反应，烟气在炉膛中产生后，依次与采暖盘管、三次风预热盘管、二次风预热盘管、一次风预热盘管梯级换热，尽量回收余热，提高了能量利用效率。
本发明实施例中各组成部件均为常规产品。
本发明的原理和工作过程如下：
通过第一进料绞龙6向一级链条炉排3送入适量的生物质颗粒燃料。打开耐火玻璃窗7，点燃生物质颗粒燃料。打开第一电机4并调至较慢速度，进料绞龙6继续送入生物质颗粒燃料。同时打开一次风送风机24和三次风送风机17，供入适量空气，保障生物质颗粒燃料的正常燃烧。打开引风机25，创造一个负压环境，引导烟气排出炉膛27。当二级链条炉排8上的温度传感器示数达到500℃时，预热阶段结束。通过第二进料绞龙13向二级链条炉排8上送入适量生物质颗粒燃料。当二级链条炉排8上的生物质颗粒燃料起火燃烧后，打开第二电机18并调至较慢速度。打开二次风送风机21向二级链条炉排8供入适量空气，当二级链条炉排8铺满起火的生物质颗粒燃料后，调节第二电机18至合适速度，确保生物质颗粒燃料从二级链条炉排8的进料侧运动至末端(左端)时，生物质颗粒燃料中的挥发分已经基本析出。调节第一电机4至合适速度，确保生物质颗粒燃料从一级链条炉排3的进料侧运动至末端(右端)时，生物质颗粒燃料中的固定碳已经完全燃尽。对于不同的生物质颗粒燃料，需要通过预实验确定生物质颗粒燃料的挥发分析出时间和固定碳燃尽时间，用来决定链条炉排的运动速度(具体为：对于生物质颗粒燃料，可以利用管式炉测定在不同温度条件下挥发分析出的时间和完全燃尽的时间，一般可以设置管式炉内温度为800℃，在空气气氛下将生物质颗粒燃料放入该管式炉内，通过生物质颗粒燃料的重量变换情况，判断其挥发分析出时间和固定碳燃尽时间。链条炉排的长度除以挥发分析出时间和固定碳燃尽时间得到对应的速度，即分别为二级链条炉和一级链条炉的运动速度)。通过调节三个流量控制器，达到“下层正常供风+上层缺氧供风+末段燃尽供风”的目标。生物质颗粒燃料在一级链条炉排3上正常燃烧，产生的含有氮氧化物的烟气向上流动。生物质颗粒燃料在二级链条炉排8上缺氧燃烧，产生的烟气中含有较多的NH3、HCN等氮氧化物的前驱物。一级链条炉排3产生的烟气中的氮氧化物，在二级链条炉排8的还原气氛中被还原成无害的氮气。当需要关闭采暖炉时，先需要中断向炉膛27内添加生物质颗粒燃料。待一级链条炉排3上的生物质颗粒燃料燃尽后，切断电机、送风机、引风机的电源。最后进行清理灰渣、维护保养等工作。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
