專利名稱：具有斯特林發(fā)動機按熱值技術的木片-組合熱電站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種木片(Holzpellet)-組合熱電站(木片-BHKW)，包括 木片供給裝置、燃燒室、除灰裝置和斯特林發(fā)動機。
背景技術：
這些木片-組合熱電站最近具有極大的興趣，將在小功率裝置中生物材 料分散發(fā)電作為在一戶和多戶家庭住宅中的力-熱耦合裝置(KWK)。在那 里它們應取代普通的家用供暖和熱水制備裝置，并附加地產生盡可能多的 電量，將該電量饋入公共電網并按能量饋入法(EEG)得到補償。
這些有斯特林發(fā)動機的木片-BHKWs，在國際市場還不能作為批生產設 備買到。 一 些木片鍋爐制造廠試圖將它們的木片鍋爐配備斯特林發(fā)動, 例如列支敦士登的Hoval公司或奧地利的Energiebig公司。在這些木片鍋爐 中借助計量螺旋輸送機將木片輸送到爐篦上，在那里點火燃燒?；也糠滞?過爐篦掉落，部分被火焰帶走并沉積在灰箱中、鍋爐底部、廢氣道內和煙 囪中，以及必須定期從那里清除。斯特林發(fā)動機將其加熱器頭伸入高溫燃 燒區(qū)內，從那里提取部分高溫熱量，并由這部分熱量相應于其效率產生例 如20%電流和80%熱水。在熱廢氣內剩余的高溫熱量，在廢氣通過斯特林 加熱器頭后，在鍋爐壁和廢氣道上轉化為熱水。因此，這些有斯特林發(fā)動 機的木片-BHKWs,由燃料只產生很少的電流(5-10% )，所以具有大而重 的木片鍋爐，而且因為除灰需要經常維護。在木片鍋爐中由于存在灰的疑 難問題所以還沒有應用熱值技術。
為了在一戶和多戶家庭住宅中經濟地-使用這樣的BHKWs,絕對有必要 獲得盡可能高的電流份額。

發(fā)明內容
值得追求 一種盡可能小而緊湊且較少維護的設備，它利用附加的熱值 技術提高總效率。因此本發(fā)明要解決的技術問題是，創(chuàng)造一種有斯特林發(fā)動機的具有上述特性的木片-BHKW。
按照本發(fā)明上述技術問題是這樣解決的，即，
廢氣回收裝置將燃燒空氣預熱以及用此熱空氣的一部分( 一次空氣) 使木片氣化，
熱燃燒空氣的這一部分在爐篦上方被導入氣化燃燒室，以及如此形 成的燃氣與灰一起被側通道壓縮機(強力抽氣機)向下通過爐蓖抽吸，
燃氣在爐篦下方以這樣的方式加入熱燃燒空氣剩余部分(二次空氣) 的流動脈沖，即， 一方面保持接近CO極限的低H直并根據燃燒室的溫度穩(wěn) 定中央噴嘴處的燃燒，或隨燃燒室溫度的上升越來越多地形成無火焰燃燒 狀態(tài)，此時，在燃燒室內形成潛在渦流，廢氣、燃氣和熱的燃燒空氣強烈 混合，從而使燃氣和灰粒徹底燃燒。
本發(fā)明的核心在于，在一個圍繞斯特林發(fā)動機的加熱頭布置的燃燒室 內，首先利用通過熱廢氣流預熱的空氣氣化所述木片，并緊接在這之后燃 燒。在這里除灰應完全借助廢氣流和用來自熱值技術設備的凝結水實現(xiàn)。
按一種優(yōu)選的實施形式，灰與廢氣一起通過廢氣回收裝置和連接在其 下游的熱值換熱器抽吸，此時保持高的流速，使灰粒不能積聚在換熱器壁 上?；伊Ｔ跓嶂祿Q熱器內與在那里形成的凝結水混合，此時可溶成分溶解 在凝結水中，而不可溶成分被凝結水和廢氣流沖洗或排出。通過廢氣、灰 粒和凝結水的緊密混合也從廢氣中沖洗掉細顆粒，如塵?；驓馊苣z。
按一種優(yōu)選的實施形式規(guī)定，廢氣-凝結水-灰的混合物，在側通道壓縮 機之前或之后，在廢氣-凝結水分離器中、例如旋風分離器內分離。
按一種優(yōu)選的實施形式規(guī)定，沉降在燃燒室的潛在渦流中的灰粒，#皮 來自設在燃燒室底部的空氣噴嘴的鼓風或廢氣回流重新巻起，并從燃燒室 排出。
按一種優(yōu)選的實施形式，以這樣的方式實施控制，即，使燃燒器的瞬 時功率通過側通道壓縮機的轉速調整，并僅由斯特林發(fā)動機的加熱器頭溫 度決定。X值和燃料的供入同樣與瞬時燃燒器功率無關，此時，入值通過調 整一次與二次空氣的流量比控制，以及木片供入通過用光傳感器監(jiān)測高溫
床上側亮度的反射調整。
按一種優(yōu)選的緊湊的實施形式，廢氣回收裝置和熱值換熱器以其換熱 面同心地繞燃燒室設置并集成在隔熱裝置中


下面借助附圖詳細說明本發(fā)明兩種優(yōu)選的實施形式。其中
,圖l表示總示意圖，它示出了按本發(fā)明第一種實施形式的木片-組合熱
電站的所有功能部分；
圖2表示圖1中示出的氣化燃燒室的一個局部i文大圖，其中除此之外 還示出了專用的燃燒空氣、燃氣和廢氣導引；
圖3a-3d表示氣化燃燒室的基本結構，包括爐蓖和有關一次和二次空氣 導引的具體實施例；
圖4表示按優(yōu)選的第二種實施形式的一種特別緊湊的木片-組合熱電站 示意簡圖；以及
圖5表示圖4中示出的氣化燃燒室的一個局部放大圖，其中除此之外 仍示出了專用的燃燒空氣、燃氣和廢氣導引。
具體實施例方式
通過電加熱器1 (圖1 )或煤氣燃燒器2,將其中設有爐篦4的尚未加 入木片的氣化燃燒室3a預熱到超過木片的點火溫度。計量螺旋輸送才幾5a 通過斜豎井5b和垂直豎井5c將木片從儲箱5d輸送到熱的爐篦4上。置于 燃燒室3b的廢氣流6中的側通道壓縮機7,通過雙壁的熱值煙囪9的外套 8從周圍環(huán)境抽吸燃燒空氣10。燃燒空氣IO在回收裝置11內從環(huán)境溫度 被加熱到接近燃燒室溫度，來自燃燒室通過回收裝置11反向流動的廢氣流 6在回收裝置內從燃燒室溫度被冷卻到溫度〈200。C?；厥昭b置ll設在燃燒 室3b與側通道壓縮機7之間，以及構成燃燒空氣10的空氣預熱裝置。
現(xiàn)在熱的燃燒空氣IO在回收裝置11下游分為兩個分流13和14(圖2) 由置入廢氣流6中的U果頭12控制，通過或多或少釋放在氣化燃燒室3上 的一次或二次空氣口 15、 16,為此如在這里舉例表示的那樣，借助在氣化 燃燒室3上部的小型步進電機(步進電動機)17提升或下降，從而或多或 少釋放作為二次空氣噴嘴的環(huán)形通道16。原則上，如圖3a-3d中更詳細表 示的那樣， 一次空氣13在爐篦4上方流動，而二次空氣14在爐篦4下方 流動。根據一次和二次空氣13、 14的空氣量之比，熱的一次空氣13氣化 或燃燒在爐篦4上的木片。在此過程形成的燃氣或燃燒的煤氣18通過爐蓖4向下抽吸，并以直至 超過20m/s的高流速通過中央噴嘴19，以及根據期望的X值附加地加入來 自環(huán)形通道或冠狀布置的噴嘴16的熱的二次空氣14的流動脈沖。所述高 的流動脈沖在燃燒室3b(圖1)內產生潛在渦流20,使廢氣6、 二次空氣 14和燃氣18強烈混合，從而根據燃燒室的溫度穩(wěn)定噴嘴19的燃燒，或隨 燃燒室溫度的上升使燃燒擴展到整個燃燒室，以及由于高的廢氣回流率可 按已知的方式成為無火焰的，此時燃燒特別徹底以及實際上可以肯定在廢 氣中沒有氮氧化物。燃氣18和偶而通過爐篦4落下的小的、尚未完全燒盡 的燃料顆粒，通過潛在渦流20在燃燒室內有長的平均停留時間并完全燃燒。
斯特林發(fā)動機22的設在燃燒室內的加熱器小管21,通過潛在渦流20 的對流和高溫燃燒室壁23的輻射被均勻地施加高溫熱量。仍是熱的廢氣6 通過回收裝置11離開燃燒室，并在回收裝置中被反向流入的冷的燃燒空氣 IO冷卻，如上面早已說明的那樣。
廢氣6在回收裝置11后經過X探頭12,然后在熱值換熱器24中通過 例如來自家用供暖再循環(huán)的冷卻水24b,如熱值技術中常見的那樣，被冷卻 到露點以下。此時廢氣6的水蒸汽凝結成小水滴25，以及凝結熱作為有效 熱可供冷水使用。X探頭也可以裝在熱值換熱器后，但此時必須用電保持在 工作溫度。
除灰完全通過廢氣流6進行。在回收裝置11、熱值換熱器24以及通向 側通道壓縮機7的收集通道內的流速選擇得如此高，使灰粒不能沉積。意 外>^人潛在渦流20向下沉降的灰粒，可以通過噴嘴26的壓縮空氣鼓風或廢 氣回流重新巻起，由此將灰粒拋入潛在渦流20中并有機會到達回收裝置入 口 ， 7人而可以排出。
灰粒由可溶于水和不溶于水的成分組成。生物材料廢氣有很高的水蒸 汽含量，例如一升木片約產生0.25升凝結水。反之，灰占的份額極其微小， 亦即0.001升?；铱扇苡谒某煞秩芙庠谒校荒苋芙獾牟糠直荒Y水沖 洗并與凝結水滴一起通過側通道壓縮機7流入廢氣-凝結水分離器，例如凝_ 風分離器27。它將干燥的廢氣28送入煙囪內(通常它如熱值技術設備中常 見的那樣是一個塑料管)以及凝結水25與極小量灰粒一起排入下水道內。 凝結水-灰的混合物， 一種光亮、清澈、有香氣的液體，是ph中性的以及也 可以收集作為肥料使用。以此方式在熱值換熱器24、側通道壓縮機7和旋風分離器27內通過水的凝結沖洗出的廢氣不再含有塵埃。免除由于燃燒固 體燃料在大氣中加入可怕的氣溶膠(煙霧)。
圖3a和3b表示氣化燃燒室3a的基本結構，包括爐蓖4、燃料供給裝 置29和中央噴嘴19，以及表示兩種類型的二次空氣導引，亦即圖3a表示 在噴嘴19前加入二次空氣，而圖3b表示在噴嘴19后加入二次空氣。 一次 空氣13與二次空氣14之比的調整，通過提升或旋轉氣化燃燒室3a實現(xiàn)， 由此或多或少釋放二次空氣口 ，如在圖3c和3d中更詳細地表示的那樣。在 圖3c中二次空氣口 16由環(huán)形間隙構成，它通過提升氣^f匕燃燒室增大。在圖 3d中二次空氣口 16是一些冠狀排列的孔，它們通過提升或旋轉氣化燃燒室 3或多或少被遮蓋。
為了建造氣化燃燒室3a需要簡單而牢固的結構，因為全都處于高溫區(qū) 內(700。C-140(TC )。這種結構必須能精確計量二次空氣14,以便調整X偵— 接近CO極限a約1.5),因為過高的空氣余量相應地降低電效率；例如X2.5 取代人1.5導致電效率僅為25%，而不是30%。然而氣化燃燒室3的壁和空 氣噴嘴通過"僅，，約700。C的熱燃燒空氣10冷卻。爐篦4必須用陶瓷材料 制造。
圖4表示有斯特林發(fā)動機22的木片-BHKWs的一種特別緊湊的實施形 式，在這里僅表示斯特林發(fā)動機的加熱器頭。廢氣回收裝置11以其換熱面 同心地圍繞燃燒室壁23設置并集成在隔熱裝置中。此外，設置一個同樣同 心地裝在回收裝置11下端的熱值換熱器24。它由水冷的內表面24c構成， 廢氣流6通過此內表面轉向。燃燒空氣和廢氣的同心的換熱器通道，通過 收集通道31、 32與熱值煙囪9或與側通道壓縮機7連接。圖5表示燃燒空 氣和廢氣導引。
可以通過更換氣化燃燒室3a利用不同的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，如木 片、碎屑、植物油、沼氣等。固態(tài)和液態(tài)燃料原則上通過預熱的燃燒空氣 (一次空氣)氣化，在這之后在添加預熱的二次空氣的情況下直接燃燒。 燃燒空氣在起動階段的預熱以及已氣化燃料的點火，用電或通過小型(丙 烷)煤氣加熱燃燒器實現(xiàn)。
對有斯特林發(fā)動機的木片-BHKWs的控制(無圖)按斯特林發(fā)動才幾的 要求進行。為了達到高的電效率，加熱器小管的溫度即使在部分負荷區(qū)內 也必須保持在允許的上限(約850°C)。瞬時燃燒器功率通過改變側通道壓縮機轉速調整為，能與斯特林發(fā)動機的轉速并因而與輸出功率無關地保持 為加熱器小管的額定溫度。木片輸入仍與瞬時燃燒器功率無關。光傳感器
30 (圖1和圖4)，通過它在高溫床上方測量例如紅外線亮度，識別在高溫
床上是否有足夠的木片。若高溫床過亮，則添加新鮮木片，直至相應地覆
蓋亮的高溫床并停止加料。額定X值仍與瞬時燃燒器功率和瞬時斯特林發(fā) 動機功率無關地，借助人傳感器通過調整一次與二次空氣量之比進行調整。
木片-BHKWs的木片燃燒器杰出地適用于產生高的有效溫度(大于700 °C)以及除了加熱斯特林發(fā)動機外還適合加熱蒸汽轉換器，以便由曱烷和 氬造成或加熱高溫燃料電池。按本發(fā)明的設計因為特別實用所以特別杰出， 其中，灰與廢氣通過廢氣換熱器和熱值換熱器抽吸，并通過形成的凝結水 從廢氣沖洗掉，在廢氣與凝結水分離后可與凝結水一起導入下水道。通過 從廢氣提取能量加熱燃燒空氣，由此將能量留在燃燒區(qū)內，所以BHKW消 耗的燃料少以及電效率比較高(25%-30% )。產生的電量可以按照可更新能 量法(EEG)以一個好價格出售給供電商。因此有高的經濟價值。
附圖標記清單
1電加熱器2 .煤氣燃燒器
3a氣化燃燒室
4爐蓖
5a螺旋輸送機
5b斜豎井
5c垂直豎井
6廢氣流
7側通道壓縮才幾
8外套
9雙壁的熱^直煙囪
10燃燒空氣
11回收裝置，空氣預熱器12人探頭
13 —次空氣
14 二次空氣
15 —次空氣口
16 二次空氣口，環(huán)形通道
17 小型步進電機，步進電動機 18燃燒氣體
19 中央噴嘴
20 潛在渦流
21 加熱器小管
22 斯特林發(fā)動才幾
23 燃燒室壁 24b冷卻水
25 小水滴，凝結水
26 噴嘴
27廢氣-凝結水分離器，旋風分離器
28 干燥的廢氣 29燃料供入 30亮度傳感器
31 燃燒空氣的收集通道
32 廢氣的收集通道
權利要求
1. 一種木片-組合熱電站，包括木片供給裝置(5a)、燃燒室、除灰裝置和斯特林發(fā)動機(22)，其特征為廢氣回收裝置(11)將燃燒空氣(10)預熱以及用此熱空氣的一部分(13)使木片氣化，在爐篦(4)上方將熱燃燒空氣(10)的這一部分(13)導入氣化燃燒室(3a)，以及如此形成的燃氣(18)與灰一起被側通道壓縮機(7)向下通過爐篦(4)抽吸，燃氣(18)在爐篦(4)下方以這樣的方式摻入熱燃燒空氣(10)的剩余部分(14)的流動脈沖，即，一方面保持接近CO極限的低λ值并根據燃燒室(3b)的溫度穩(wěn)定中央噴嘴(19)處的燃燒，或隨燃燒室(3b)的溫度上升越來越形成無火焰燃燒狀態(tài)，此時，在燃燒室(3b)內形成潛在渦流(20)，廢氣(6)、燃氣(18)和熱燃燒空氣(14)強烈混合，從而使燃氣(18)和灰粒完全燃燒。
2. 按照權利要求1所述的木片-組合熱電站，其特征為， 灰與廢氣(6) —起通過廢氣回收裝置(11 )和連接在其下游的熱值換 熱器(24)抽吸，此時保持高的流速，使灰粒不能積聚在換熱器壁上，灰粒在熱值換熱器(24)內與在那里形成的凝結水混合，此時可溶成 分溶解在凝結水中，而不可溶成分被凝結水和廢氣流(6)沖洗或排出，以 及通過廢氣(6)、灰粒和凝結水的緊密混合，也從廢氣(6)中沖洗掉細 顆粒。
3.
4. 按照權利要求l、 2和3所述的木片-組合熱電站，其特征為，沉降 在燃燒室內潛在渦流(20)中的灰粒，被來自設在燃燒室底部的空氣噴嘴 的鼓風或廢氣回流重新巻起。
5. 按照權利要求l、 2、 3和4所述的木片-組合熱電站，其特征為，以 這樣的方式實施控制，即，使煤氣燃燒器(2)的瞬時功率通過側通道壓縮機(7)的轉速來調整，并僅由斯特林發(fā)動機(22)的加熱器頭溫度決定， X值和燃料的供入同樣與瞬時的燃燒器功率無關，此時，通過調整一次與二 次空氣流量比來控制？i值，以及通過用光傳感器監(jiān)測高溫床上側的亮度的 反射來調整木片的供入。
6.按照權利要求l、 2、 3、 4和5所述的木片組合熱電站，其特征為， 回收裝置(11)和熱值換熱器(24)以它們的換熱面同心地繞燃燒室i殳置 并集成在隔熱裝置中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種木片-組合熱電站，其包括木片供給裝置、燃燒室、除灰裝置和斯特林發(fā)動機，為了達到最佳效率規(guī)定廢氣回收裝置(11)將燃燒空氣(10)預熱以及用此熱空氣的一部分(13)使木片氣化；在爐篦(4)上方將熱燃燒空氣(10)的這一部分(13)導入氣化燃燒室(3a)；以及如此形成的燃氣(18)與灰一起被側通道壓縮機(7)向下通過爐篦(4)抽吸；燃氣(18)在爐篦(4)下方以這樣的方式摻入熱燃燒空氣(10)的剩余部分(14)的流動脈沖，即，一方面保持接近CO極限的低λ值并根據燃燒室(3b)的溫度穩(wěn)定中央噴嘴(19)處的燃燒，或隨燃燒室(3b)的溫度上升越來越形成無火焰燃燒狀態(tài)，此時，在燃燒室(3b)內形成潛在渦流(20)，廢氣(6)、燃氣(18)和熱燃燒空氣(14)強烈混合，從而使燃氣(18)和灰粒完全燃燒。
文檔編號F23B50/12GK101432572SQ200780006458
公開日2009年5月13日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權日2006年1月11日
發(fā)明者?？斯亍ろf伯 申請人:太陽機械有限責任公司