本發(fā)明涉及生物質供暖設備技術領域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)。

背景技術：

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品加工中產(chǎn)生了大量的農(nóng)作物秸稈、糠渣等生物質資源。傳統(tǒng)的利用方式主要用作家庭能源、飼料、肥料、工業(yè)原料和建筑材料。隨著農(nóng)業(yè)技術現(xiàn)代化和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)村生活水平大幅的提高和生活生產(chǎn)方式的突變，農(nóng)村家庭選擇商品能源的比例在不斷提高，將農(nóng)作物秸稈用作能源的數(shù)量不斷下降，商品能源(如煤、液化氣等)已成為主要炊事用能。養(yǎng)殖所用以生物質秸稈，野草飼料被商品飼料替代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的生物質有機肥料被無機化肥替代，農(nóng)民生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所用秸稈急劇下降。同時，農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量隨農(nóng)作物，特別是糧食作物產(chǎn)量的增加而急速增加。農(nóng)作物秸稈的供過于求導致秸稈被棄于田間地頭、房屋院落，甚至在田間被直接焚燒。遺棄在房屋院落和田間的秸稈會影響環(huán)境和引發(fā)火災，導致水源污染。在露天焚燒秸稈會污染空氣，危害人民健康，特別在機場、公路附近燃燒會影響交通安全，造成飛機停飛，高速公路汽車追尾相撞，行道樹被燒毀等不良后果。目前，盡管各地政府都出臺了禁止秸稈露天焚燒的法規(guī)，但是露天焚燒農(nóng)作物秸稈仍然屢禁不止，環(huán)境造成嚴重污染，給社會造成巨大經(jīng)濟損失。

在秸稈等生物質資源被浪費的同時，我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的燃氣、燃油、熱能、煤炭、石油等目前的主要石化能源正在日益減少，嚴重缺乏，能源危機已經(jīng)成為社會發(fā)展的瓶頸問題，是目前迫切需要解決的問題。

隨著社會的快速發(fā)展，人們對于節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境保護越來越加重視，不斷尋求使用新的能源，治理大氣污染，節(jié)能減排，減少溫室效應。以農(nóng)作物秸稈、糞便、糠渣等生物質廢棄資源綜合轉化為可利用資源的技術已引起政府各級部門的高度關注。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，解決生物質氣化熱轉換率低的問題，以及生物質燃燒不充分，產(chǎn)生焦油和有害氣體的問題。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，包括：燃燒爐、蓄水罐和換熱器，燃燒爐的進水端與蓄水罐的出水口連接，蓄水罐的進水口與換熱器的出水口連接，換熱器的進水口與燃燒爐的出水端連接，所述燃燒爐包括：

外筒體，其為內部中空、下端封閉、上端設有一圓形開口的圓柱形結構，所述外筒體的下部設有可開關的第一掏灰口；

內筒體，其為內部中空、上下開口的圓柱形結構，所述內筒體設置于外筒體內，且與所述外筒體同軸設置，所述內筒體的頂部與外筒體的頂部齊平，且所述內筒體頂端的開口與所述外筒體上端的圓形開口無縫連接，所述內筒體的縱向長度小于所述外筒體的縱向長度，所述內筒體的下部沿內筒體圓周方向間隔開設多個進氣孔；

進料筒，其呈上大下小的圓臺結構，與所述內筒體同軸設置，所述進料筒的頂面封閉，所述進料筒的底部與所述內筒體的頂端無縫連接且連通，所述進料筒內設有外側貼合進料筒內壁自上至下螺旋延伸至進料筒底部的導料板，導料板未貼合進料筒內壁的內側低于其貼合進料筒的外側以使導料板沿進料筒中心方向向下傾斜，且所述導料板未貼合進料筒內壁的內側形成一中空通道，所述中空通道與所述內筒體連通，所述進料筒的頂部分別設有與所述導料板上端相接的回灰進料口和生物質進料口；

沉降臺，其為上小下大內部中空的圓臺狀結構，其頂部與所述內筒體的底部通過爐篦無縫連接，沉降臺內部的中空結構由上至下形成燃燒室和落灰室，所述燃燒室為上大下小的圓臺結構，所述燃燒室的頂部與所述沉降臺的頂部共面；所述落灰室為上小下大的圓臺結構，所述落灰室的頂部與所述燃燒室的底部無縫連接且連通，所述落灰室的底部與所述第一掏灰口連通；

進氣通道，其為管壁繞所述內筒體下部由內向外呈螺旋狀環(huán)繞的單螺旋形通道，進氣通道的管壁底部與所述沉降臺的圓錐面無縫固定，進氣通道的管壁頂端水平密封以使所述進氣通道形成包覆在所述內筒體下部外側的圓柱形結構；所述進氣通道位于所述內筒體的一端通過所述多個進氣孔與內筒體連通，所述進氣通道遠離內筒體的一端連通一進氣管穿出所述外筒體與外部連通；

換熱通道，其包括換熱水管與換熱夾層，所述換熱水管繞內筒體的外周由內向外呈螺旋狀設置在所述進氣通道與外筒體頂壁之間，所述換熱水管的外壁將所在外筒體的空間限定呈螺旋狀的排氣通道；所述換熱夾層為套設在所述進料筒外部與進料筒外壁形成的中空夾層，所述換熱夾層的上端設有出水端；所述換熱水管遠離內筒體的一端為進水端，其延伸出外筒體，并與蓄水罐的出水口連接，所述換熱水管靠近內筒體的一端為出水端，其與所述換熱夾層的下部連通；排氣通道的進氣端通過外筒體內壁與進氣通道的外層管壁之間的孔隙與落灰室連通；

煙囪，其為與所述進料筒同軸設置套設在所述進料筒和所述換熱夾層外部的環(huán)形煙腔，所述煙囪的頂端封閉，其側壁上部設有排氣口，排氣通道靠近所述內筒體的一端為出氣端，其與煙囪的下部連通。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述煙囪側壁上部還設有點燃口，所述環(huán)形煙腔內傾斜設置有環(huán)形濾板，以將煙腔分隔為上、下兩個空間，與所述環(huán)形濾板最低端對應的煙囪壁上設置有可開關的第二掏灰口。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述環(huán)形濾板與水平面的夾角為30-45°。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述導料板的上表面設置有木炭層。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述內筒體的內壁且位于多個進氣孔上方均勻設置有多個向下傾斜的隔板，所述隔板的第一端與所述內筒體的內壁固定，所述隔板的第二端朝向內筒體的中心軸。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述隔板上開設有均勻分布的通孔，所述通孔的孔徑為1mm，所述隔板與水平面的夾角為30-45°。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述隔板上表面和底部均設置有木炭層。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述燃燒室與所述落灰室的高度比為5-8:1，燃燒室頂端、燃燒室底端以及落灰室底端的內徑比為3:2:6。

優(yōu)選的是，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述進料筒頂部設有位于所述中空通道上方可開關的助燃氣進口。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

1、生物質供暖系統(tǒng)將生物質原料例如秸稈與家庭供熱管道相結合，摒棄了傳統(tǒng)供暖設備采用天然氣作為燃料，解決了新農(nóng)村節(jié)能改造、節(jié)能減排等問題，后期費用低，更利于在農(nóng)村推廣。

2、本申請中內筒體的隔板上設置的木炭層，作為焦油的催化劑，使生物質燃料在內筒體中燃燒時焦油就被充分催化，顯著提高生物質氣化效率。

3、進料筒中設置兩個進料口，分別均勻進生物質燃料以及從落灰室排出的灰燼，利用灰燼的余熱對生物質燃料加熱，并進行一次燃燒，通過在進料筒設置螺旋的導料板，傾斜螺旋狀的導料板使生物質料和灰燼在導料板上運動時聚集于中間的中空通道，使灰燼與生物質料混合更均勻，燃燒更充分，相較于沒有設置導料板且其他相同的進料筒，相同量的生物質燃料和灰燼在本申請的進料筒中一次燃燒的生物質氣化率至少提高了34％。并且灰燼進入內筒體在高溫條件下將沒有完全熱解的物料進行再次的熱解，確保物料的充分燃燒。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明所述燃燒爐的結構示意圖；

圖3為換熱通道中換熱水管與排氣通道的俯視結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術語“橫向”、“縱向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，并不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，包括：燃燒爐1、蓄水罐2和換熱器3，燃燒爐1的進水端與蓄水罐2的出水口連接，蓄水罐的2進水口與換熱器3的出水口連接，換熱器3的進水口與燃燒爐1的出水端連接，所述燃燒爐1包括：

外筒體11，其為內部中空、下端封閉、上端設有一圓形開口的圓柱形結構，所述外筒體11的下部設有可開關的第一掏灰口111；生物質燃燒后的灰燼從第一掏灰口排出。

內筒體12，其為內部中空、上下開口的圓柱形結構，所述內筒體12設置于外筒體11內，且與所述外筒體11同軸設置，所述內筒體12的頂部與外筒體11的頂部齊平，且所述內筒體12頂端的開口與所述外筒體11上端的圓形開口無縫連接，所述內筒體12的縱向長度小于所述外筒體11的縱向長度，以使外筒體11的底部可以設置沉降臺14。所述內筒體12的下部沿內筒體12圓周方向間隔開設多個進氣孔121，其與進氣通道15連通。

進料筒13，其呈上大下小的圓臺結構，與所述內筒體12同軸設置，所述進料筒的頂面封閉，所述進料筒13的底部與所述內筒體12的頂端無縫連接且連通，所述進料筒13內設有外側貼合進料筒13內壁自上至下螺旋延伸至進料筒底部的導料板131，導料板131未貼合進料筒13內壁的內側低于其貼合進料筒13的外側以使導料板131沿進料筒13中心方向向下傾斜，且所述導料板131未貼合進料筒13內壁的內側形成一中空通道1311，所述中空通道1311與所述內筒體12連通，傾斜螺旋狀的導料板使生物質料和灰燼在導料板上運動時聚集于中間的中空通道，使灰燼與生物質料混合更均勻，燃燒更充分。所述進料筒13的頂部分別設有與所述導料板13上端相接的回灰進料口132和生物質進料口133，這里設置兩個進料口，分別進生物質料和灰燼，利用灰燼的余熱對生物質在進料過程中進行加熱，大大提高了熱效率的應用，同時對灰燼進行一個再次的燃燒，確保灰燼中的可燃物充分熱解。

沉降臺14，其為上小下大內部中空的圓臺狀結構，其頂部與所述內筒體12的底部通過爐篦4無縫連接，沉降臺14內部的中空結構由上至下形成燃燒室141和落灰室142，所述燃燒室141為上大下小的圓臺結構，所述燃燒室141的頂部與所述沉降臺14的頂部共面；所述落灰室142為上小下大的圓臺結構，所述落灰室142的頂部與所述燃燒室141的底部無縫連接且連通，所述落灰室142的底部與所述第一掏灰口111連通；沉降臺設置為圓臺結構，在圓臺結構內再依次開設燃燒室和落灰室，沉降臺的壁面對燃燒后的灰燼具有一個導向作用，使灰燼朝向外筒體的底部運動，防止灰燼在氣體的帶動下向排氣通道運動，降低排氣通道內的換熱效率。生物質燃燒生產(chǎn)的氣體由外筒體的底部向上運動進入排氣通道，高溫氣體對換熱水管流動的水進行換熱。

進氣通道15，其為管壁繞所述內筒體12下部由內向外呈螺旋狀環(huán)繞的單螺旋形通道，進氣通道15的管壁底部與所述沉降臺14的圓錐面無縫固定，進氣通道15的管壁頂端水平密封以使所述進氣通道15形成包覆在所述內筒體12下部外側的圓柱形結構；所述進氣通道15位于所述內筒體12的一端通過所述多個進氣孔121與內筒體12連通，所述進氣通道15遠離內筒體12的一端連通一進氣管151穿出所述外筒體11與外部連通。進氣通道設置于內外筒體之間，利用生物質燃燒產(chǎn)生的熱量對進氣通道進行預熱，使通入的空氣、富氧空氣或者臭氧(不限于此處舉例的氣體)經(jīng)過加熱后再進入內筒體與生物質料反應，提高了反應溫度，并且進氣通道還具有儲存氣體的作用。

換熱通道16，其包括換熱水管161與換熱夾層162，換熱水管161中通入水，所述換熱水管161繞內筒體12的外周由內向外呈螺旋狀設置在所述進氣通道15與外筒體11頂壁之間，所述換熱水管161的外壁將所在外筒體11的空間限定呈螺旋狀的排氣通道163，內部流動著生物質熱解產(chǎn)生的高熱值氣體；所述換熱夾層162為套設在所述進料筒13外部與進料筒13外壁形成的中空夾層，所述換熱夾層162的上端設有出水端，其與換熱器3的進水口連通；所述換熱水管161遠離內筒體12的一端為進水端1611，其延伸出外筒體11，并與蓄水罐2的出水口連接，所述換熱水管161靠近內筒體12的一端為出水端1612，其與所述換熱夾層162的下部連通；排氣通道163的進氣端通過外筒體11內壁與進氣通道15的外層管壁之間的孔隙與落灰室142連通，即附圖2中虛線箭頭所示，為熱交換高溫氣體流向，先由落灰室進入排氣通道的最外層，隨排氣通道的螺旋結構向靠近內筒體的方向排出；當換熱水管呈螺旋狀設置于內筒體的外周時，水路呈螺旋狀進出，與螺旋狀的排氣通道中的熱氣充分的進行熱交換，再經(jīng)由設置在進料筒外部的換熱夾層，經(jīng)與進料筒內產(chǎn)生的熱量進一步進行熱交換后輸送至換熱器，實現(xiàn)對用戶的供暖。

煙囪17，其為與所述進料筒13同軸設置套設在所述進料筒13和所述換熱夾層162外部的環(huán)形煙腔，所述煙囪17的頂端封閉，其側壁上部設有排氣口171，排氣通道163靠近所述內筒體12的一端為出氣端1631，其與煙囪17的下部連通。煙囪套設于進料筒外，利用從煙囪中的氣體余熱對進料筒中的物料進行加熱，充分利用了排出氣體的熱值，提高了熱轉換率。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述煙囪17側壁上部還設有點燃口172，所述環(huán)形煙腔內傾斜設置有環(huán)形濾板173，以將煙腔分隔為上、下兩個空間，與所述環(huán)形濾板173最低端對應的煙囪17壁上設置有可開關的第二掏灰口174。在該技術方案中，進一步對排出氣體進行燃燒，確保燃燒充分不污染環(huán)境，其中，濾板的孔徑設置為允許氣體通過，而產(chǎn)生的灰燼無法通過，通常灰燼的尺寸為20-300um。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述環(huán)形濾板173與水平面的夾角為30-45°，在該角度下灰燼可聚集與較低的一端，方便掏灰。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述導料板131的上表面設置有木炭層，以在進料筒中催化一部分焦油。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述內筒體12的內壁且位于多個進氣孔上方均勻設置有多個向下傾斜的隔板18，所述隔板18的第一端與所述內筒體12的內壁固定，所述隔板18的第二端朝向內筒體12的中心軸，并且沒有達到中心軸。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述隔板18上開設有均勻分布的通孔，所述通孔的孔徑為1mm，所述隔板18與水平面的夾角為30-45°。具有一定分隔作用，使部分灰燼可以從通孔穿過，從而與沒有燃燒完全的生物質料在內筒體內分開反應，使生物質料在內筒體內更集中，反應溫度更高，且反應更充分；其中，灰燼位于內筒體內的外圈，生物質料位于內筒體的內圈下降。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述隔板18上表面和底部均設置有木炭層。木炭作為非金屬催化劑，能夠裂解生物質料熱解過程中產(chǎn)生的焦油，由于隔板作為傾斜設置的，木炭在裂解過程中產(chǎn)生的積炭在灰燼的碰撞下會帶走部分積炭，提高木炭的活性，并且隔板還具有導向作用。

將相同形狀和質量的木炭分別水平設置作為1組，傾斜設置作為2組，分別向1組和2組通入含等量焦油的氣體60min后測試1組和2組木炭的比表面積，2組的木炭比表面積高于1組比表面積6.5％。

在導料板和隔板上木炭層的作用下，使全部焦油催化轉化為氣體。對燃燒室底部的氣體進行焦油檢測含量為0，做到了焦油的0排放，防止焦油進入換熱夾層粘附于換熱水管的外壁而堵塞換熱夾層，且影響水路的換熱。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述燃燒室141與所述落灰室142的高度比為5-8:1，燃燒室141頂端、燃燒室141底端以及落灰室142底端的內徑比為3:2:6。在此高度比下和內徑比下，能避免灰燼被熱氣體帶走堵塞管路，以及影響與水路的熱交換。經(jīng)檢測，灰燼被熱氣帶走率低于0.5％。

在另一種技術方案中，所述的高效生物質燃燒爐供暖系統(tǒng)，所述進料筒13頂部設有位于所述中空通道1311上方可開關的助燃氣進口1312。需要時可向進氣口通入富氧空氣，使生物質料在進料筒即開始燃燒，延長燃燒路徑。

在上述技術方案中，供暖系統(tǒng)的工作原理為：燃燒爐利用生物質燃料和回灰先在進料筒內進行混勻熱解，然后落入內筒體中，在進氣通道不斷鼓入富氧氣體的條件下，內筒體內的生物質燃料以及經(jīng)過初步熱解的生物質燃料進一步反應，經(jīng)過爐篦落入燃燒室內，由于燃燒室內與內筒體連通，部分富氧氣體進入燃燒室內，使燃燒更充分，產(chǎn)生高溫氣體和灰，灰從第一掏灰口排出，高溫氣體則從落灰室自下而上進入換熱通道的排氣通道內，與換熱水管內的液體進行熱交換，高溫氣體從煙囪排出并對進料筒傳熱，而經(jīng)過換熱的高溫液體則經(jīng)過換熱夾層進一步熱交換，進入換熱器中，換熱器中的熱水經(jīng)過熱能輸出，高溫液體溫度降低，經(jīng)換熱器排出，進入蓄水罐中，蓄水罐中的水再經(jīng)過燃燒爐進行換熱，循環(huán)利用，本方案中，可以在換熱器處設置電磁閥調節(jié)水量來調節(jié)換熱器的溫度。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。