固体燃料炉及该炉用的步进式组合炉排

摘要

本发明公开了一种固体燃料炉及其所用的步进式组合炉排，在炉体内设置有炉膛，炉膛内设置有倾斜的炉排，炉排前端的炉体上设置有推料装置，所述炉排为步进式组合炉排，包括倾斜设置的固定式湿式炉排部分和连接于固定式湿式炉排下端的往复推渣炉排部分，往复推渣炉排部分包括固定炉排和固定炉排上方能够被驱动机构驱动沿固定炉排上表面做往复运动的推渣部分组成。这种固体燃料炉炉排不易损坏，炉使用周期长，炉膛温度更高，能够提高燃料的热效率，并减少有害气体排放。

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体燃料炉，具体来说是一种采用步进组合炉排的固体燃料炉，炉排由固定式湿式炉排和往复式炉排两部分组合成。

背景技术

固体燃料炉是以煤、木材、木碳、焦碳、固体生物质等固体物质为燃料，主要包括炉体内的炉膛和炉排，大型燃料炉还包括鼓风机等。通常固体燃料是通过燃料仓漏到炉排上，从炉排下向炉排上方供风，炉排上的燃料在炉膛内进行燃烧。炉排一般分为固定式和运行式，运动式的有循环运动的链式炉排和往复炉排，由运动的炉排带着燃料由燃烧到燃烧终止再到成渣和出渣。由于炉排是运动的且由金属材料制成，炉排不能设置冷却系统，为避免烧坏炉排，就限制了炉膛的温度不能过高，因此采用传统运动炉排的炉，有如下缺点：

1、炉膛温度低，导致燃料在炉膛内燃烧不完全、不彻底，所以不但热效率低，而且产生黑烟，加重了环境污染。

2、运动的炉排易由于机械部件烧毁或由于卡煤造成损坏，所以故障率高，影响了炉正常使用，增加了炉排日常维护的工作量和维护成本。

3、运动的炉排空气过量系数高，热损失严重。

4、由于炉膛温度低，达不到低热值煤燃烧要求，因此不能使用低热值燃料。

专利文献CN101126504公开的“一种煤的连续洁净燃烧装置和方法”的方案，燃烧装置包括有燃烧室、风室、炉排、预燃室，预燃室与炉体的高温燃烧区有一共用呈倾斜的水冷式炉排，炉排前端的炉体上还安装有可将预燃室的煤推进高温燃烧区的液压推煤装置。煤从预燃室加入，利用预燃室底部预先加入的木材燃烧的火焰将预燃室下部的煤引燃，将高温燃烧区加热到800℃以上，再利用推煤装置将预燃室底部的煤推入到高温燃烧区内进行燃烧，煤在高温燃烧区全部形成炭火层后，继续从预燃室推煤进入高温燃烧区，利用新推入的煤向下顶炭火层，炭火层进一步向下将燃烧完的煤渣顶出炉排以排渣。由于采用带倾斜的水冷炉排，炉排能够耐高温，炉排使用寿命长、维修率低，效率高。但这种燃烧装置仍然存在如下不足：

1、由于炉排固定，为避免烧坏推煤装置，所以推煤装置不能从预燃室一直向下推到炉排下端，是利用新煤推高温燃烧区炭火层，炭火层推渣，由于现有水冷炉排结构不合理，并且因为燃烧后的煤渣颗粒小且比较松散，造成炉排倾斜角度大，煤不易在炉排上停留，部分煤会溜下炉排导致煤的利用率低，而倾角小又易造成在推煤时靠近炉排末端的煤渣堆积在炉排末端而不能顺利被推下炉排，造成在炉排末端煤渣越堆越高，不能排渣，进一步向上堆积可影响进料。同一安装倾角下，也存在有时会出现溜煤有时会出现堆渣现象，主要是由于熔融的燃料或细小的渣易卡在炉排的通风间隙内造成卡料，同时还影响了通风配风。另外，由于不同的燃料和不同燃烧程序导到煤或渣的特性不同，因此对炉排倾角的要求也不一样，这也是这种炉排工作不稳定的原因之一。

2、既作料仓又有使煤预燃的预燃室与炉体的高温燃烧区共用倾斜的水冷式炉排，工作过程中预燃室也通入空气，造成底部的煤在预燃室内燃烧，由于温度低于高温区煤燃烧不完全，虽然设置有与燃烧室相通的煤气出口，但可燃气有一大部分是从预燃室顶部逸出，所以该部分可燃物的热量难以得到有效利用，同时造成在预燃室处冒黑烟，并且预燃室必须采用带水冷的壁面，增加了成本。

3、为保证排渣，通常要增加炉排倾角，这不但造成一部分煤未完全燃料就溜到炉排末端的除渣通道内牺牲了煤的热效率，而且要增加燃烧装置炉体高度。

4、由于炉排工作状态不佳，造成燃料不能在最佳状态下燃烧，炉膛温度受到的限制，也使得难以应用低热值的烟煤等燃料。

5、拱口位置设置不合理，影响了热效率。

6、由于存在上述多种缺陷，这种燃烧装置还是停留在理论阶段，没有获得同行业专家的认可，也没有长期稳定运行的产品被应用。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种固体燃料炉，还提供一种固体燃料炉用的步进式组合炉排，以解决现有炉排设计不合理造成的炉排末端灰渣堆积现象。

本发明的固体燃料炉，在炉体内设置有炉膛，炉膛内固定设置有倾斜的炉排，炉排前端的炉体上设置有推料装置，其特征在于：所述炉排为步进式组合炉排，包括倾斜设置的固定式湿式炉排部分和连接于固定式湿式炉排下端的往复推渣炉排部分，往复推渣炉排部分包括固定炉排和固定炉排上方能够被驱动机构驱动沿固定炉排上表面作往复运动的推渣部分组成。

本发明还提供了一种固体燃料炉用的步进式组合炉排，包括倾斜设置的固定式湿式炉排部分和连接于固定式湿式炉排下端的往复推渣炉排部分，往复推渣部分包括固定炉排和固定炉排上方能够被驱动机构驱动沿固定炉排上表面作往复运动的推渣部分组成。

所述推渣部分可以为安装在导轨上的推渣板，推渣板位于所述固定式湿式炉排下方，所述固定炉排上端延伸到所述固定式湿式炉排下端位置以使两者水平投影衔接；或者所述固定炉排与所述固定式湿式炉排下端有一定水平距离，所述推渣板位于固定炉排与固定式湿式炉排之间以衔接固定炉排和固定式湿式炉排。

所述可以导轨为炉体两侧的滑槽或滑杆，所述推渣板两端嵌入滑槽内或者套或者卡在所述滑杆上；所述驱动机构为气缸或液压缸，或被电机驱动的曲轴或凸轮以及连接在所述推渣板和曲轴或凸轮之间的连杆组成机械驱动机构。

所述固定炉排可以由多片钢板排列成，相邻钢板上下交错排列，且相邻钢板边缘部分水平投影存在重叠，相邻钢板之间竖向设置有间隙。

所述固定炉排末端边缘上表面可以设置有尾堰。

所述也可以导轨为等间距排列的中间钢板，中间钢板固定在所述固定炉排或炉体或固定式湿式炉排上，中间钢板上表面两侧边设置有滑槽，在中间钢板上方位于两中间钢板之间有滑动钢板构成所述推渣板，推渣板下表面两侧边缘间隔设置有多个向下凸出的凸起，凸起高度大于所述中间钢板上的滑槽深度且凸起下端嵌入中间钢板滑槽内，多个推渣板通过横向杆件连接在一起。

所述固定湿式炉排可以包括倾斜设置且平行排列的多根金属水管和相邻水管之间固定连接的弧形金属板，弧形金属板拱向上设置，弧形金属板向下倾斜的两侧边缘固定在所述水管外壁上，沿水管长度弧形金属板与水管轴线呈一倾斜角度且相邻的弧形金属板之间边沿在水平方向上的投影重叠，竖向上相邻弧形金属板之间有间隙构成通风孔，构成所述炉排的倾斜水管上端和下端连接于水平的上集水管和下集水管上。

所述水管可以为方管且水管与弧形金属板从下方焊接；所述方管上表面与所述弧形金属板最高点平齐，或者所述方管与所述弧形金属板边缘最高点平齐。

在所述步进式组合炉排下方可以设置有三个相互隔离的配风室，其中一个配风室位于往复推渣炉排下方，两个配风室位于所述固定式湿式炉排下方。

所述固定式湿式炉排倾斜角度可以为10-20度。

还包括料仓，料仓可以是位于炉体外，料仓底部在位于所述推料装置以下设置有平板。

在所述炉膛内还可以设置有拱，拱口是位于靠近所述炉排顶端的位置，且前拱采用斜拱形成斜向喷火口。

本发明的固体燃料炉和步进式组合炉排，具有如下有益效果：

1、采用步进式组合炉排，由于固定式湿式炉排下端的往复推渣炉排部分设置有往复推渣装置，形成组合炉排前端和末端双推料方式，固体燃料主要是在固定式湿式炉排上预燃和燃烧，往复推渣炉排上是基本燃烧完全的温度相对较低的灰渣，高温区用固定式湿式炉排以耐高温，灰渣区由于灰渣松散也远离推料装置从而采用往复推渣炉排，强制排渣避免堆积，而由于温度低往复机构不会伤坏，这种步进式组合炉排既解决了高温采用机械炉排易损坏问题又解决了固定炉排排渣不畅问题，使炉排和固体燃料炉能够正常工作。

2、合理的湿式炉排结构，不需要较大的倾斜角度，使得固体燃料即能够有效停留，又可以在推料装置推料时不易产生起堆现象，经过连续720小时试运行，本发明的固体燃料燃烧炉工作平稳。也进一步提高了燃料热效率。

3、弧形金属板拱向上设置，燃料渣不易堵塞炉排的通气间隙，保证了有效配风，使燃料充分燃烧，有利于提高燃料热效率。

4、采用方管与弧形金属板焊接方便，且弧形金属板边缘规则，提高了炉排加工效率。

5、倾斜设置湿式平板炉排，有利于冷却水循环，保证炉排不易烧坏，又没有运动部件，可以提高炉膛温度到1500℃，提高热效率，且有利于减少排烟对环境的污染。

6、料仓设置在炉体外侧，下部没有炉排，使得料仓仅作加料使用而不对燃料进行预燃，不需要设置水冷管，且保证燃料只在炉膛内燃烧，热量得到充分利用，不易从料仓排放挥发份，又减小了炉体体积。

7、拱口设置在靠近炉排顶端的位置，固定式湿式炉排下半段高温燃烧区产生的高温烟气和火焰能够把新燃料加热引燃，在喷水口强烈混合燃料，使挥发份能够充分燃烧，同时特殊的扣口结构使得火焰不是从拱口直接向上喷出，有利于热量在炉膛内均匀分配。

8、炉排本身固定，且用采用水冷，因此炉排不会损坏，维修费用低。

9、由于炉膛温度高，能够使用低热值的燃料燃烧，燃料适用范围广，燃料不但可以用优质煤，也可以用无烟煤、木材、木碳、焦碳、褐煤（3500大卡/公斤）和固体生物质等固体燃料。

10、可以应用于供暖大吨位热水锅炉、工业用蒸汽锅炉、热式体导热油锅炉、热风锅炉等热源设备。

11、配风容易根据燃料燃烧情况进行控制，漏风系数低。

附图说明

图1为本发明的固体燃料炉的结构示意图；

图2为本发明的湿式炉排部分的结构示意图；

图3为步进式组合炉排的一种平面示意图；

图4为固定炉排的结构示意图；

图5为图3所示步进式组合炉排中往复推渣炉排的一种实施方式侧视图；

图6为往复推渣炉排的另一种实施方式的侧视图；

图7为图5所示往复推渣炉排部分的推渣板部分的示意图；

图8为双曲轴驱动方式示意图；

图9为弧形金属板与水管的安装方式示意图；

图10为本发明的另一种弧形金属板与水管的安装方式示意图；

图11为采用圆管与弧形金属板的安装方式示意图；

图12为图11的俯视图。

1-炉体，2-炉膛，3-湿式炉排，4-推料装置，5-料仓，6-前拱，7-拱口，8-往复推渣炉排，9-除渣机，10-配风室，11-空间燃烬室，31-方管，32-弧形金属板，33-上集水管，34-下集水管，35-间隙，36-焊料，37-圆管，82-中间钢板，83-推渣板，84-固定炉排，85-连杆，86-曲轴，87-电机， 88-尾堰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如图1所示，是本发明的固体燃料炉的结构示意图，在炉体1内设置有炉膛2，炉排前端的炉体1上设置有推料装置4，炉膛内倾斜安装的炉排为步进式组合炉排，包括倾斜设置的固定式湿式炉排3和连接于固定式湿式炉排3下端的往复推渣炉排8两部分，往复推渣炉排8包括固定炉排和固定炉排上方能够被驱动机构驱动沿固定炉排3上表面作往复运动的推渣部分组成，如图5和图6所示。在炉体1内位于炉排下方设置配风室，根据燃料不同燃烧阶段即预燃、强燃和烤渣（灰渣释放热量阶段）结段配风比的不同，配风室分成三个隔离区域，其中一个配风（图中最右侧）位于于往复推渣炉排8下方以满足烤渣配风要求，两个配风室位于固定式湿式炉排3下方，以满足刚加入的燃料在湿式炉排3上半部预燃配风要求，以及湿式炉排3下半部燃料强燃的配风要求。由于不同阶段配风比要求不同，这种隔离的配风方式，能够使配风室之间不串气，以保证不同配风室有不同的风压和风量。通过鼓风机向配风室内送风，并通过炉排的间隙向上穿过燃料层助燃。

固体式湿式炉排可以为现有的各种固定式的水冷炉排。一种比较优化的具体的步进式组合炉排实施方式结合图1和图3所示，本实施例中采用的湿式炉排如图2、3所示，包括倾斜设置且平行排列的多根金属方管31构成的水管,相邻水管之间固定连接的弧形金属板32，采用弧形有利于避免焊接时变形和热应力破坏。如图9和图10所示，弧形金属板32拱向上设置，向下倾斜的两侧边缘固定在水管外壁上。如图2所示，沿方管31构成的水管长度方向弧形金属板32与水管轴线呈一倾斜角度且相邻的弧形金属板边沿之间在水平方向上的投影重叠，形成鱼鳞状，以避免炉排上的燃料漏到炉排下或卡在弧形金属板之间的间隙内，相邻弧形金属板之间竖向上有间隙35构成通风孔，以使空气能够通过该间隙由炉排下面向上补空气，以提供燃烧所需要的氧气。

所述湿式炉排的水管可以为圆管，参照图11和图12所示，但是相邻圆管37之间间隙为从中间窄至两端宽的形状，且弧形金属板由于是如图2所示是相对于圆管轴线倾斜设置，因此弧形金属板32两侧如果采用与圆管37表面吻合的形状，弧形金属板两侧边缘必然为曲线，造成形状复杂不易于加工，如果弧形金属板两侧边缘为直边侧与对应圆管表面之间间隙是变化的间隙，造成焊接时如图11所示只能从上表面焊接且需要如图12所示用焊料36来补偿间隙的变化，不但难以焊接而且焊接完成后焊缝不平，而弧形金属板顶部与水管顶部均高于焊缝位置，细小的渣料易堆到焊缝位置，造成阻落现象。因此，比较优选的方式是如图9或图10所示方式，水管采用方管31，使得方管之间由于间隙等宽，使得弧形金属板32形状规整，且焊缝宽度一致，更主要的是焊缝可以从下面焊接，保证上表面无焊缝，相对比较平整、光滑，因此不易造成燃料或灰渣堆积起包或卡在缝隙内。

如图9所示，方管31上表面与弧形金属板32最高点平齐，更接近平板，以使整体阻力较小，或者如图10所示方管31与弧形金属板32边缘最高点平齐（由于弧形金属板是相对于方管轴线倾斜），使细小渣被弧形金属板导向到方管31处，由于方管表面为平面，不能堆积减少在弧形金属板边缘积存。

如图1和图2所示，所述炉排倾斜角度可以为10-20度。由于本发明中最容易堆积灰渣的炉排末端是采用带推渣机构的往复推渣炉排8进行强制排灰渣，所以炉排倾斜主要是考虑有利于水管内水的循环，根据温度不同密度不同的特点，使得热水沿水管上升，使水在水管内循环流动，提高冷却效果。如图3所示，炉排的倾斜方管31上端和下端连接于水平的上集水管33和下集水管34上，以向每根水管31通入冷却水和使高温冷却水向下排出形成循环。

一种往复推渣炉排部分的结构如图3和图5所示，包括固定炉排84和推渣部分。由于该部分炉排上面是基本燃烧完全的灰渣，其温度要明显低于湿式炉排上部的燃料，让其在炉膛内最下端靠近出除渣机9处存放一段时间，目的是为了将其热量进一步释放降低排渣温度并提高热效率，因此炉排温度比较低，可以不用通冷却水的湿式炉排，直接采用钢板或现有的其他炉排即可。本实施例中所述推渣部分为安装在导轨上的推渣板83，推渣板83位于所述固定式湿式炉排3下方，所述固定炉排84与所述固定式湿式炉排3下端有一定水平距离，所述推渣板83位于固定炉排84与固定式湿式炉排3之间以衔接固定炉排84和固定式湿式炉排3。或者如图6所示，所述固定炉排84上端延伸到所述固定式湿式炉排3下端位置以使两者水平投影衔接。

为了能够实现通过炉排向炉膛配风，固定炉排84采用图4所示的排列方式：固定炉排多片钢板排列成，相邻钢板84a、84b上下交错排列，且相邻钢板84a、84b边缘部分水平投影存在重叠，相邻钢板84a、84b之间竖向设置有间隙,该间隙可以使炉排下方的空气通过炉排进入炉膛燃烧区以助燃，同时由于有风压，钢板84b上的灰渣不会沿图4中所示方向的左右两侧通过该间隙落到炉排下面去。固定炉排侧可以下端与炉体部分固定或均焊接在横向杆件连接成一体。对应的推渣板及其对应导轨可采用图3、图5和图7所示结构，中间钢板82下端可以与固定炉排焊接在一起或通过下方焊接的横向杆件连为一体并固定在炉体上，当然也可以焊接在固定式湿式炉排3上使其固定不动，在中间钢板82上表面两侧边设置有滑槽，在中间钢板上方位于两中间钢板82之间有滑动钢板构成推渣板83，推渣板83下表面两侧边缘有间隔设置的多个向下凸出的凸起，凸起高度大于所述中间钢板上的滑槽深度且凸起下端嵌入中间钢板滑槽内，使中间钢板82与推渣板83之间有通风间隙，多个推渣板83通过横向杆件连接在一起，所述横向杆件与所述连杆铰接，以使推渣板83整体同步沿固定炉排的滑槽滑动，中间钢板82与推渣板83之间的间隙形成配风间隙。

驱动滑动炉排片的驱动机构可以为气缸或液压缸，需要设置空压机或液压泵，比较简单的方式是如图5、6和图8所示，采用被电机87驱动的双曲轴86以及连接在推渣板83和曲轴86的连杆85组成，以驱动推渣板作往复运动，连杆采用双连杆以保证滑动平稳无摆动，电机87及减速机可以设置于炉体外，当然曲轴也可以采用凸轮，但两个凸轮只能安装于轴的端部以避免连杆与凸轮轴干涉。推渣板向图5中右方向移动时，将推动固定炉排84上的灰渣沿固定炉排84向下滑动，进行排渣，当向图5中左方运动时，固定式湿式炉排3的阻挡作用，使推渣板上的灰渣被刮到推渣板前端，推渣板复位时相当于使推渣板上的灰渣前进了一定距离。虽然中间钢板82固定不动，但其上面的灰渣与推渣板片上面的灰接触混杂，会被推渣板一起带动。

可以理解的是，中间钢板82也可以与推渣板83连为一体，即推渣板为与炉排宽度等宽的整块钢板。此时所述导轨可以为炉体两侧的滑槽或滑杆，滑动炉排两端嵌入滑槽内或者套或卡在所述滑杆上。

当然，也可以如图6所示，固定炉排84上端既可以延伸到所述固定式湿式炉排3下端位置以使两者平面投影衔接，此时推渣板83板以及其驱动机构中的连杆85和曲轴86是位于固定式湿式炉排3下方。步进电机87设置于炉体以外。

由于采用钢板作为固定炉排，表面较光滑，因此可以在固定炉排尾端设置1-5cm高的尾堰88，使得灰渣不会自动溜下炉排，完全靠推渣机构推下。

所述推渣部分包括安装在导轨上的推渣板88，所述驱动机构为气缸或液压缸，或被电机87驱动的曲轴86或凸轮以及连接在所述推渣板88和曲轴86或凸轮之间的连杆85组成。固定炉排84延伸到与湿式炉排的下集水管34衔接位置，此时推渣板88及其驱动机构位于湿式炉排下方且对应于固定炉排84上方位置，利用推渣板88沿固定炉排片84上表面往复滑动，将固定炉排片上的灰推落。这种方式结构更为简单。不需推渣时推渣板处于图6所述位置，即位于湿式炉排81下方以避免阻挡灰渣从湿式炉排落到固定炉排84上。

如图1所示，作为较佳实施例，固体燃料炉的料仓5是位于炉体1外，料仓5底部在位于所述推料装置4以下设置有平板，构成仓底，推料装置沿料仓底将料仓底部的固体燃料推进炉膛内，当推料装置向外退出料仓时，料仓上方的固体燃料又会落到料仓底部。本实施例中料仓是设置在炉体外部，燃料不会在料仓内燃料，因此既不需要在料仓外部设置冷却水管也不需要在料仓底部设置炉排和通风，不仅简化了结构降低了成本，而且避免燃料在料仓内燃烧造成污染和热能不能得到有效利用问题。

如图1所示，本发明的固体燃料炉在炉膛内还设置有拱，拱口7是位于靠近所述炉排顶端的位置，使得燃料在炉排上燃料时产生的高温燃烧产物走向是由炉排末端向炉排顶端方向，其原理为将高温燃烧产物引向新入炉的燃料，再从拱口7喷出，在空间燃烬室11完成燃烧。且前拱6采用弧形罩住拱口，以使火焰改变方向，避免拱口7喷出的火焰直接烧拱口上方的炉造成局部温度过高受热不均匀。

这种固体燃料炉采用步进组合式炉排，是通过推料机构4将料仓5内的固体燃料推入炉膛2内且推到固定式湿式炉排3上半部，同时刚推入的燃料则将已经燃烧旺盛的燃料向下推到固定式湿式炉排3下半段，而原来处于固定式湿式炉排3下半段基本燃烬的灰渣侧被推到了往复推渣炉排8上，整个组合炉排从上到下形成固定式湿式炉排上半段的预燃区，预燃区对应一个配风室；固定式湿式炉排3下半段的强燃区，该区域燃料燃烧旺盛，对应一个配风室；往复推渣炉排8上是基本燃烬且有较高温度的灰渣，对应一个配风室，主要是使其燃烧充分并尽量利用其余温。因此，炉膛高温区采用固定式湿式炉排3解决了炉膛高温燃烧区传统金属炉排难耐高温的难题。利用往复推渣炉排8使炉膛高温区基本燃烬的灰渣进一步燃烧并将灰渣的余温吸收利用，再利用推渣机构强制推落到除渣机9中，避免了松软的灰渣排渣不畅影响炉排和固定燃料炉正常运行。拱口7设置在炉排上端位置，使炉膛内高温燃烧火焰从强燃区向上经过预燃区将预燃区的固体燃料点燃，再从喷火口喷出，并由喷火口与受热部形成的空间燃烬室再使可燃挥发份燃烬，达到清洁高效燃烧，燃料热效率高，能够达到80%以上，燃烧充分，比传统锅炉节省燃料30%以上，炉膛温度可达1500℃，使低热值固体燃料也能够充分燃烧。由于高温区采用固定式湿式炉排，无运动部件，故障率低，维护费用少。