一種節能環保燃煤炊事采暖爐及炊事采暖方法和用途與流程

本發明屬于燃煤燃燒設備領域，涉及一種燃煤炊事采暖爐及炊事采暖方法和用途，尤其涉及一種基于分級燃燒理論的節能環保燃煤炊事采暖爐及炊事采暖方法和用途。

背景技術：

目前，我國北方某些地區的家庭，特別是鄉鎮和農村住戶，普遍采用土暖氣采暖，由于爐灶的設計不科學，部分煤炭不能完全燃燒而隨煙排出，利用率低，不僅煤炭消耗量大，而且會對大氣造成嚴重的污染。并且，實際生活中，廣大農村用戶在采暖的同時，還希望爐具同時能夠用與炊事，如燒水、做飯和炒菜等等。

目前，市面上民用爐具的主要有兩種燃煤形式：

正燒爐(圖1(a))：即傳統的最簡單也是最普遍的直燃方式，固體燃料燃燒時火焰順熱煙氣自然流動方向傳播，燃燒強度高，火力旺，能滿足用戶炊事需求。正燒爐適用于無煙煤等揮發分低的燃料。正燒爐雖然具有良好的炊事能力，但在使用煙煤散煤或以煙煤為原料制成的型煤時，由于燃煤加入后受熱升溫，揮發分析出，隨煙氣立即排出，揮發分難以燃盡，導致大量黑煙(焦油，co，voc，硫和氮的氧化物等)和嗆人氣味冒出，嚴重污染環境。

反燒爐(圖1(b))：即固體燃料燃燒時火焰逆熱煙氣自然流動方向傳播的燃燒方式，具有能延緩揮發分析出速度的特點，爐溫高、燃燒充分，可基本消除黑煙，適用于煙煤等揮發分高的燃料。由于反燒燃燒多采用多回程設計以提高燃盡程度，火力較弱，因此其不宜用于炊事，只能取暖，難以被部分老百姓接受；同時由于計劃整個爐膛處于富氧高溫燃燒，氮氧化物排放濃度較高。

針對傳統爐具中存在的問題，人們研究出可同時應用于炊事和采暖的民用燃煤爐-氣化爐(如cn201212696y和cn201555250u等)，但均存在爐具燃燒周期性強、負荷不易調節，封火時間短和耗煤量大等缺陷。其在加煤后會迅速升溫，揮發分快速析出，導致大量的硫及氮氧化物急劇析出。

分級燃燒爐具是基于燃燒理論而開發的，利用煤炭自身的焦炭和燃燒產生的co使這煤炭熱解氣化和半焦燃燒過程中產生的nox還原為n2，使國內外唯一具有此類特征的低氮燃煤爐具。

現有常用的基于分級燃燒理論的爐具多為反燒爐，如圖2所示，但其大多為多個對流煙道，形成了多個回程，導致火力弱，上火速度慢，不適用于炊事，無法滿足炊事和采暖的雙重用途。

而常用的用于炊事采暖的爐具在進行炊事時本質上仍屬于正燒爐，不同于傳統的正燒爐，其將燃煤析出的揮發分在隨煙氣排出前，經過二次風燃燒，降低排煙黑度。然而如圖3所示，在每次加煤前都要將切換拉桿到供暖狀態，進而使加煤時爐內燃燒狀態變化較大(如火力強弱和污染物的排放量等)。并且，氣化爐在炊事時依然為“正燒”，使用煙煤炊事時依然冒煙，并未從根本上解決污染氣體排放的問題。

因此，如何研究一種不產生污染氣體，節能環保且成本較低的即采暖和炊事于一體的民用燃煤爐是亟需解決的問題。

技術實現要素：

針對現有燃煤采暖炊事爐存在的燃燒不穩定，燃燒效率低，污染物排放量較高的問題，本發明提供了一種節能環保燃煤炊事采暖爐及炊事采暖方法和用途。本發明在分級燃燒理論的基礎上，通過對采暖爐爐體的改進和優化，使發明中所述燃煤炊事采暖爐可滿足人們對集炊事和采暖于一體的要求，燃煤效率高，污染物排放低，具有上火快，炊事火力強，采暖穩定，靈活，好使用，勞動強度低，安全性高，外觀漂亮，一爐多用等優點。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種燃煤炊事采暖爐，所述燃煤炊事采暖爐的主體上部一側設有加煤口，所述主體頂部與加煤口相對一側設有煙囪，所述主體頂部與煙囪相對一側設有炊事口；所述主體內部于頂部下方橫置第一隔板，所述第一隔板下方垂于第一隔板設置第二隔板將第一隔板下部分割為兩個連通的腔室；在所述第一隔板上位于炊事口下方的位置開設炊事內火口，所述炊事內火口上覆有炊事內火蓋；在所述第一隔板上位于煙囪下方的位置開設采暖內火口，所述采暖內火口上方覆有采暖內火蓋；所述炊事內火口下方設有與所述炊事內火口連接的炊事煙道，所述炊事煙道將第一隔板下方在加煤口一側的腔室進一步分為熱解氣化區和炊事煙氣流通區，所述熱解氣化區下方為燃燒區；所述主體底部加煤口一側設有一次風口，所述主體內炊事煙道下方設有二次風口；所述主體內采暖內火口下方的腔室為采暖煙氣流通區，所述采暖煙氣流通區設有換熱水管。

上述炊事內火蓋和采暖內火蓋均為可以移動的內火蓋。

其中，所述干餾熱解區為貧氧熱解氣化區；所述燃燒區為富氧燃燒區。

本發明對現有基于分級燃燒的采暖專用爐具進行改造優化，通過設置炊事煙道，使炊事采暖爐中形成了兩個煙氣流通區，即炊事煙氣流通區和采暖煙氣流通區。

當燃煤加入炊事采暖爐后，在貧氧熱解氣化區經過干餾和熱解，生成揮發分和半焦。半焦靠重力向爐膛底部富氧燃燒區移動，在富氧燃燒區和從一次風口進入的空氣中的氧氣接觸發生半焦燃燒；同時，從貧氧熱解氣化區靠爐膛抽力流到富氧燃燒區的揮發分，一部分與焦炭發生還原反應，使煙氣中的氮氧化物轉化為氮氣，另一部分與空氣中氧氣發生氧化反應，生成co2和水蒸氣，實現了高效的消煙。

消煙后的煙氣，與從二次風口進入的空氣接觸進一步充分燃燒后，在采暖情況下，通過采暖煙氣流通區流向煙囪；在炊事情況下，通過炊事煙氣流通區流向煙囪。而煙氣流向的控制，則依靠設置的采暖內火蓋和炊事內火蓋的交互開閉實現。

以下作為本發明優選的技術方案，但不作為本發明提供的技術方案的限制，通過以下技術方案，可以更好的達到和實現本發明的技術目的和有益效果。

作為本發明優選的技術方案，所述炊事煙道上部為傾斜的管道，該所述傾斜的管道為煙氣導流段。

優選地，所述傾斜的管道與垂直方向的夾角α為15°～60°，例如15°、17°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°或60°等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用，優選為40°～50°。

本發明中，將炊事煙道上部設為傾斜的管道其主要目的在于增強炊事火力強度，以使本發明的爐具到達炊事所需的火力標準；但若所述夾角α的角度過大(即超過60°)，會使火焰達不到炊事器具；若所述夾角α的角度過小(即小于15°)，會使火焰過早折向煙囪出口，降低其和炊事器具的接觸，降低炊事火力強度。

作為本發明優選的技術方案，所述主體上一次風口處的爐壁傾斜設置。

優選地，所述主體(1)上一次風口(15)處的爐壁與垂直方向的夾角β為15°～85°，例如15°、17°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°或85°等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用，優選為60°～80°。

本發明中，將一次風口處的爐壁傾斜設置是為了增強炊事火力強度，以使本發明的爐具到達炊事所需的火力標準；同時也是為增強消煙效果。但若所述夾角β的角度過大(即超過85°)，會使消煙效果減弱，火力強度降低；若所述夾角β的角度過小(即小于15°)，會使消煙效果差，燃燒不穩定。

作為本發明優選的技術方案，所述炊事內火蓋的長度大于炊事內火口的長度，其目的在于使炊事內火蓋可以完全遮蓋住炊事內火口。

優選地，所述炊事內火蓋為l型。

本發明中，所述炊事內火蓋設為l型一方面可以方便炊事內火蓋左右劃撥，另一方面可以強制火焰向上接觸鍋底，增加炊事火力強度，以使本發明所述燃煤炊事采暖爐可以兼顧采暖和炊事雙重目的。

優選地，所述炊事內火蓋的高度為第一隔板與主體頂部之間距離的1/4～3/4，即0.25～0.75，例如0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7或0.75等，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。

本發明中，若炊事內火蓋的高度過低，無法達到增強炊事火力的作用；若其高度過高又會阻塞通道，影響劃撥使用。

作為本發明優選的技術方案，所述采暖內火蓋的長度大于采暖內火口的長度，其目的在于使采暖內火蓋可以完全遮蓋住采暖內火口。

作為本發明優選的技術方案，所述炊事內火蓋和所述采暖內火蓋連接組成一個火蓋。即表示本發明中，所述炊事內火口和采暖內火口可以采用同一個蓋板。

第二方面，本發明提供了上述燃煤炊事采暖爐的炊事采暖方法，所述方法包括以下步驟：

(a)將燃煤通過加煤口加入燃煤炊事采暖爐的主體中，燃煤進入熱解氣化區進行燃燒，產生焦油、揮發分和半焦；

(b)步驟(a)產生的焦油、揮發分和半焦向下流入燃燒區，通過一次風口引入空氣，使揮發分、半焦與空氣接觸燃燒；

(c)步驟(b)所述揮發分、半焦與空氣接觸燃燒后產生的煙氣與二次風口引入的空氣接觸燃盡，燃盡后的煙氣進行炊事采暖操作。

作為本發明優選的技術方案，所述燃盡后的煙氣進行炊事采暖操作具體包括以下過程：

當燃煤炊事采暖爐進行炊事時，移動炊事內火蓋和采暖內火蓋，使炊事內火口處于打開啟狀態，采暖內火口處于關閉狀態，燃盡后的煙氣經炊事煙道流向煙囪帶動火焰進行炊事；當燃煤炊事采暖爐進行采暖時，移動炊事內火蓋和采暖內火蓋，使炊事內火口處于閉合狀態，采暖內火口處于開啟狀態，燃盡后的煙氣經采暖煙氣流通區流向煙囪帶動火焰加熱換熱水管進行采暖。

作為本發明優選的技術方案，步驟(a)所述燃煤為煙煤、無煙煤、蘭炭或潔凈型煤中任意一種或至少兩種的組合，所述組合典型但非限制性實例有：煙煤和無煙煤的組合，無煙煤和蘭炭的組合，蘭炭和潔凈型煤的組合，煙煤、無煙煤和蘭炭的組合，無煙煤、蘭炭和潔凈型煤的組合等，但并不僅限于所列燃煤。

優選地，步驟(a)所述燃煤為潔凈型煤。

優選地，所述潔凈型煤為由煙煤制備的潔凈型煤。

優選地，所述潔凈型煤為含有固灰劑、固硫劑和脫硝劑的由煙煤制備的潔凈型煤。

第三方面，本發明提供了上述燃煤炊事采暖爐的用途，所述燃煤炊事采暖爐用于民用炊事和采暖領域。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果；

本發明在分級燃燒理論的基礎上，通過對采暖爐爐體的改進，使發明中所述燃煤炊事采暖爐可滿足人們對集炊事和采暖于一體的要求，燃煤效率高，污染物排放低，在進行燃煤取暖時，升溫速度快，升溫速率可達6℃/min，火力強度高，火力強度平均可達1.72kw，最優可達2kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量少，低于2000ppm；同時，具有隔熱保溫，安全性高，外觀漂亮，一爐多用等優點。

附圖說明

圖1(a)是傳統正燒爐燃燒示意圖；

圖1(b)是傳統反燒爐燃燒示意圖；

圖2是現有技術中基于分級燃燒理論的反燒爐；

圖3是現有技術中氣化爐結構示意圖；

圖4是本發明所述燃煤炊事采暖爐的結構示意圖；

圖5是本發明實施例1中所述燃煤炊事采暖爐進行炊事時煙氣流動示意圖；

圖6是本發明實施例1中所述燃煤炊事采暖爐進行采暖時煙氣流動示意圖；

圖7是本發明對比例1中所述燃煤炊事采暖爐的結構示意圖；

其中，1-主體，2-加煤口，3-煙囪，4-炊事口，5-第一隔板，6-第二隔板，7-炊事內火口，8-炊事內火蓋，9-采暖內火口，10-采暖內火蓋，11-炊事煙道，12-熱解氣化區，13-炊事煙氣流通區，14-燃燒區，15-一次風口，16-二次風口，17-采暖煙氣流通區，18-換熱水管，19-對流煙道，20-鍋口蓋。

具體實施方式

為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，下面對本發明進一步詳細說明。但下述的實施例僅僅是本發明的簡易例子，并不代表或限制本發明的權利保護范圍，本發明保護范圍以權利要求書為準。

本發明具體實施例部分提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，如圖4所述燃煤炊事采暖爐的主體1上部一側設有加煤口2，所述主體1頂部與加煤口2相對一側設有煙囪3，所述主體1頂部與煙囪3相對一側設有炊事口4；所述主體1內部于頂部下方橫置第一隔板5，所述第一隔板5下方垂于第一隔板5設置第二隔板6將第一隔板5下部分割為兩個連通的腔室；在所述第一隔板5上位于炊事口4下方的位置開設炊事內火口7，所述炊事內火口7上覆有炊事內火蓋8；在所述第一隔板5上位于煙囪3下方的位置開設采暖內火口9，所述采暖內火口9上方覆有采暖內火蓋10；所述炊事內火口7下方設有與所述炊事內火口7連接的炊事煙道11，所述炊事煙道11將第一隔板5下方在加煤口2一側的腔室進一步分為熱解氣化區12和炊事煙氣流通區13，所述熱解氣化區12下方為燃燒區14；所述主體1底部加煤口2一側設有一次風口15，所述主體1內炊事煙道11下方設有二次風口16；所述主體1內采暖內火口9下方的腔室為采暖煙氣流通區17，所述采暖煙氣流通區17設有換熱水管18。

所述燃煤炊事采暖爐的炊事采暖方法，所述方法包括以下步驟：

(a)將燃煤通過加煤口2加入燃煤炊事采暖爐的主體1中，燃煤進入熱解氣化區12進行燃燒，產生焦油、揮發分和半焦；

(b)步驟(a)產生的焦油、揮發分和半焦向下流入燃燒區14，通過一次風口15引入空氣，使揮發分、半焦與空氣接觸燃燒；

(c)步驟(b)所述揮發分、半焦與空氣接觸燃燒后產生的煙氣與二次風口16引入的空氣接觸燃盡，燃盡后的煙氣進行炊事采暖操作。

以下為本發明典型但非限制性實施例：

實施例1：

本實施例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤炊事采暖爐的主體1上部一側設有加煤口2，所述主體1頂部與加煤口2相對一側設有煙囪3，所述主體1頂部與煙囪3相對一側設有炊事口4；所述主體1內部于頂部下方橫置第一隔板5，所述第一隔板5下方垂于第一隔板5設置第二隔板6將第一隔板5下部分割為兩個連通的腔室；在所述第一隔板5上位于炊事口4下方的位置開設炊事內火口7，所述炊事內火口7上覆有炊事內火蓋8；在所述第一隔板5上位于煙囪3下方的位置開設采暖內火口9，所述采暖內火口9上方覆有采暖內火蓋10；所述炊事內火口7下方設有與所述炊事內火口7連接的炊事煙道11，所述炊事煙道11將第一隔板5下方在加煤口2一側的腔室進一步分為熱解氣化區12和炊事煙氣流通區13，所述熱解氣化區12下方為燃燒區14；所述主體1底部加煤口3一側設有一次風口15，所述主體1內炊事煙道11下方設有二次風口16；所述主體1內采暖內火口9下方的腔室為采暖煙氣流通區17，所述采暖煙氣流通區17設有換熱水管18。

所述炊事煙道11上部為傾斜的管道，其與垂直方向的夾角α為45°；所述主體1上一次風口15處的爐壁傾斜設置，其與垂直方向的夾角β為70°

所述炊事內火蓋8的長度大于炊事內火口7的長度，其為l型，其高度為第一隔板5與主體1頂部之間距離的1/2。

所述采暖內火蓋10的長度大于采暖內火口9的長度。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事方法為：

(a)將潔凈型煤通過加煤口2加入燃煤炊事采暖爐的主體1中，燃煤進入熱解氣化區12進行燃燒，產生焦油、揮發分和半焦；

(b)步驟(a)產生的焦油、揮發分和半焦向下流入燃燒區14，通過一次風口15引入空氣，使揮發分、半焦與空氣接觸燃燒；

(c)步驟(b)所述揮發分、半焦與空氣接觸燃燒后產生的煙氣與二次風口16引入的空氣接觸燃盡，當燃煤炊事采暖爐進行炊事時，移動炊事內火蓋8和采暖內火蓋10，使炊事內火口7處于打開啟狀態，采暖內火口9處于關閉狀態，燃盡后的煙氣經炊事煙道11流向煙囪3帶動火焰進行炊事，煙氣流動軌跡如圖5所示；當燃煤炊事采暖爐進行采暖時，移動炊事內火蓋8和采暖內火蓋10，使炊事內火口7處于閉合狀態，采暖內火口9處于開啟狀態，燃盡后的煙氣經采暖煙氣流通區流向煙囪3帶動火焰加熱換熱水管18進行采暖，煙氣流動軌跡如圖6所示。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事過程中點火時間為10min，上火速度可達6℃/min，火力強度為2kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量低于2000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

實施例2：

本實施例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤炊事采暖爐的結構參照實施例1，區別在于：所述炊事煙道11上部傾斜的管道與垂直方向的夾角α為40°；所述主體1上一次風口15處的爐壁傾斜，與垂直方向的夾角β為60°，炊事內火蓋8的其高度為第一隔板5與主體1頂部之間距離的1/4。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事方法參照實施例1中處理方法。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事過程中點火時間為10min，上火速度可達5.7℃/min，火力強度為1.75kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量低于2000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

實施例3：

本實施例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤炊事采暖爐的結構參照實施例1，區別在于：所述炊事煙道11上部傾斜的管道與垂直方向的夾角α為50°；所述主體1上一次風口15處的爐壁傾斜，與垂直方向的夾角β為80°，炊事內火蓋8的其高度為第一隔板5與主體1頂部之間距離的3/4。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事方法參照實施例1中處理方法。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事過程中點火時間為10min，上火速度可達5.9℃/min，火力強度為1.74kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量低于2000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

實施例4：

本實施例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤炊事采暖爐的結構參照實施例1，區別在于：所述炊事煙道11上部傾斜的管道與垂直方向的夾角α為15°；所述主體1上一次風口15處的爐壁傾斜，與垂直方向的夾角β為15°。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事方法參照實施例1中處理方法。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事過程中點火時間為10min，上火速度可達5.4℃/min，火力強度為1.71kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量低于2000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

實施例5：

本實施例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤炊事采暖爐的結構參照實施例1，區別在于：所述炊事煙道11上部傾斜的管道與垂直方向的夾角α為60°；所述主體1上一次風口15處的爐壁傾斜，與垂直方向的夾角β為85°。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事方法參照實施例1中處理方法。

本實施例所述燃煤采暖爐的采暖炊事過程中點火時間為10min，上火速度可達5.1℃/min，火力強度為1.70kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量低于2000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

對比例1：

本對比例提供了一種燃煤炊事采暖爐及其處理方法，所述燃煤采暖爐的結構如圖7所示，與實施例1中炊事采暖爐的區別在于：其僅在第一隔板5靠加煤口2一側設置第二隔板，僅開設炊事內火口7，未設置采暖內火口9，其內部未設置炊事煙道11，其炊事內火蓋8為平板型未設置成l型。

其處理方法為：

當燃煤炊事采暖爐進行炊事，打開炊事內火蓋8，火焰以正燒形式向上流動；在進行采暖時，關閉炊事內火蓋8，火焰從熱水管一側向上流動。

本對比例中，在進行炊事時由于“正燒”模式，使用煙煤炊事時冒煙現象嚴重，并且其點火時間為30min，耗時較長，上火速度為0.6℃/min，火力強度為0.56kw，燃煤燃盡率僅為62％，冒煙，co排放量高于3000ppm，可見本發明所述燃煤采暖炊事爐具有升溫速度快，火力強，可同時滿足采暖和炊事的需求。

綜合上述實施例和對比例可以看出，本發明在分級燃燒理論的基礎上，通過對采暖爐爐體的改進，使發明中所述燃煤炊事采暖爐可滿足人們對集炊事和采暖于一體的要求，燃煤效率高，污染物排放低，在進行燃煤取暖時，升溫速度快，升溫速率可達6℃/min，火力強度高，火力強度平均可達1.72kw，最優可達2kw，燃煤燃盡率大于98％，不冒煙，co排放量少，低于2000ppm；同時，具有隔熱保溫，安全性高，外觀漂亮，一爐多用等優點。

申請人聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明并不局限于上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護范圍和公開范圍之內。