CN100520216C - 导流锥式纯无烟立式热水锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导流锥式纯无烟立式热水锅炉，属于热工设备，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。

Description

导流锥式纯无烟立式热水锅炉

技术领域

本发明涉及一种导流锥式纯无烟立式热水锅炉，属于工业热工设备。

背景技术

目前，立式手烧热水锅炉是人们在日常生活中普遍使用的一种小型热水锅炉，国家标准有CLSG、LSG型等，热功率在0.07MW—1.4MW之间，形成若干不同功率的系列产品，其他传统型号的热水锅炉也都基本上采用这种结构模式，主要包括夹层外壳、锅炉管组、吸热炉管和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，燃烧部分采用的是一种叫做“上翻下烧式”的形式，也叫双层燃烧技术，也有一些是采用单层炉排燃烧式的。

这些锅炉功率虽小但市场容量却很大，用户很多，在实际运行中都是浓烟滚滚，即不节能，又严重污染环境，热效率也很低，根本不适合目前节能环保社会的需要。

图1所示的是立式手烧热水锅炉的结构示意图，燃烧时，首先是上煤层燃烧，然后是下煤层燃烧，运行中加煤的顺序也是这样“先上后下”，上煤层燃烧产生的大量“挥发份”烟气向下穿过吸热炉管，到达下炉膛的上部和下煤层产生的烟气混合，气流向上运行，设计意愿是：只从上边加煤，不给下边加煤，上面燃烧落下的余烬(焦碳碎沫)作为下炉膛的燃料，因为这些碎焦碳已经经过干馏没有了“挥发份”，所以下面的燃烧是光有火没有烟，用这股比较干净的火去烧从上面翻下来的“挥发份烟气”，实现烟气的二次燃烧，运行中的操作机制是：上炉门开，下炉门关，出灰门半开，认为这样就可以无烟燃烧了。

事实上，这种结构的锅炉在运行中，个个都大冒黑烟和原始的单层炉排锅炉的效果进行对比没有什么两样，那么问题的根源在哪里呢？

锅炉在运行中，上炉排漏下的“余烬”数量很少，是些碎焦碳沫，下炉排根本不能连续可靠的燃烧，又加上碎煤的透气性不好，光靠上炉膛那么点燃烧功率根本不能正常输出需要的热能，所以操作工人就上边加煤，下边也同时加煤，这样上下同时放大火，成为了真正的“双层燃烧”。可见设计效果和实践效果完全不能吻合，并且相差太远，并且操作起来要“勤加煤，少加煤”，出渣时还要“先钩上，后钩下”，炉门还要“上门开，中门微开，下炉门微开或者半开，有时还要全开”，运行中还要根据上面和下面的煤量不同，再进行各个炉门开启程度的调整等等，操作起来非常麻烦，极少数“智商高，干活勤快”的操作工，达到最佳操作状态时，也只能是烟囱的黑烟稍小点，但是也不能从根本上消除烟的存在，只能是有点效果而已。

为什么会这样呢？我们知道，燃料燃烧完全必须具备四大要素：①必须的温度；②足够的空气量；③良好的混合；④充分的燃烧时间。

而在该锅炉中：

①首先没有必须的温度：不管是上炉膛还是下炉膛，都是在水的冷却状态下进行燃烧，整个锅筒里和上层炉排里面都通有冷水，虽然传热效果好了，但是对燃烧条件却极为不利，顾此而失彼，固定碳本身和挥发份产生的浓浓烟气没有必须的温度(800—1000℃以上)，是绝对不会达到完全燃烧的，所以要冒黑烟，烟煤中宝贵的燃料“挥发份”占30—35％比数，都变成有毒气体和黑烟排到大气层中去了，既浪费了能源，又污染了环境。

②没有足够的空气量：

这种锅炉结构仍然是原始的手烧式固定炉排的层燃模式，间歇性加煤同时伴随的燃烧周期和加煤周期性的缺氧现象丝毫没有改变，所不同的只是加了一层变成两层固定炉排而已，所以缺氧导致冒黑烟。

③没有良好的混合：混合烟气直接进入到锅炉管里面去进行热交换，不但不会燃烧，反而高浓度的烟气会急聚冷却，其中的焦油蒸汽和一些细小的蒸发起来的碳粒以及一些其它成份，立刻析出“凝结成体积较大的碳链体”，粘在锅炉管上越积越厚，严重影响热交换效率，另一部分则经过烟道去堵塞锅炉尾部的附机和排到空中污染大气层。所以这种结构尽管设计时计算有足够的热交换面积，但是实际运行中的热效率却很低。

④没有充分的燃烧时间：燃烧中所产生的高浓度挥发物在锅炉里边一直是跑直道，并且边走边冷却，没有足够的时间，更没有温度，所以肯定要冒黑烟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导流锥式纯无烟立式热水锅炉，结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。

本发明所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。

本发明中：

在高温烟气出口处设二次助燃风口，加强助燃和扰动作用，促进漩流燃烧。

将导流锥的顶盖顶面可设计呈平的，最好设计为上突状，包括上突弧形状、上突锥形状等，降低气流阻力，防止气流死角，利于漩流燃烧。导流锥可由耐火材料和耐热金属材料(如耐热铸铁、耐热不锈钢等)制作。

高温烟气导流板可设计成多种形状，直板形、弧板形、曲线板形等。导流板的数量可根据实际情况灵活调整，小功率的设备可少一些，大功率的设备可多一些。

根据规模大小情况不等，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上可分布多个，2—10个适宜，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上；同理，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上也可以分布多层，2—6层适宜。

还可以在燃烧炉膛的炉膛壁上增设周围分布的一次助燃风辅助风口，促进燃烧，可以分布2—10个一次助燃风辅助风口，可以分布在同一个横截面上，也可以分散在不同的横截面上。

环形布风盒，在燃烧装置的“腰间”形成“环形风道”，所有的二次助燃风都由“环形风道”提供风源，风的压力由配装的风机提供，风机可连接三相交流电源，也可通过变频器实现变频调速，完成风量调节。

本发明导流锥式纯无烟燃烧装置，结构合理，能够解决燃煤冒黑烟问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，林格曼黑度为零，节约了煤资源，提高了热效率，节能可达30％以上，又保护了环境，经济效益和社会效益显著。

工作原理：

一次助燃风穿过炉排和从炉排上方进入燃烧炉膛，促进煤层燃烧，燃烧过程中产生高浓度的可燃性烟气进入导流锥，在导流锥顶盖的阻挡作用下，经过导流锥导流板使方向发生改变，产生旋转力矩，并且和进入二次燃烧炉膛的二次助然风，方向一致，二者合一，形成一股强烈地旋转搅拌气流，因为这股气流中含大量氧气，高温烟气中又有大量在下面的燃烧炉膛中没有燃尽的可燃性挥发产物，如一氧化碳、焦油蒸汽以及可燃性碳的大颗粒和微细颗粒，等等所有可燃性物质，都将在二次燃烧炉膛中实施强烈地搅拌混合，在有合理而足够的氧气和高温下，全部彻底地燃尽。同时由于耐火炉衬和锅炉管组及吸热炉管的隔热作用，使得这个空间的温度很高，同时可燃性气体在这种条件下，进行猛烈地氧化燃烧，使温度更加提高，达到1000℃以上，这就更加强化了燃烧的效果，由于是螺旋式行走路线，这就使可燃性气体有了足够的驻留时间，完全燃烧的四大要素：①必须的温度；②足够的助燃氧气；③良好的搅拌和混合；④足够的驻留时间。在这种燃烧机制中，体现得恰到好处，完美无缺，这个区域成为具有很高温度的强氧化“过滤网”，所有的可燃物全部燃尽，干净、无色、无味、透明的洁净气体，最后靠高速气流的惯性以旋转形式的气流分布从高温气体出口喷射出去，进入热气体腔，加热吸热炉管和锅炉管组。燃烧充分，热效率高。这股旋转的高温气流同时也强化了和锅炉管组及吸热炉管的传热效果，更加提高了热效率。

在二次燃烧炉膛的耐火炉衬中加入不锈钢耐热纤维，既加强炉衬的高温强度，又可调整内衬材料的导热系数，既可保持这个区域的可靠燃烧温度，又保证传热效率，二者兼得。

本发明导流锥式纯无烟立式热水锅炉，很好地解决了燃煤黑烟排放问题，实现了燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，节煤率达30％，林格曼黑度为0，用肉眼根本观察不到，没有任何烟尘排出，达到纯无烟的运行效果，并且完全不用任何除尘装置，无黑烟排放，保护了环境。

附图说明

图1、现有立式热水锅炉结构示意图。

图2、本发明实施例1结合燃烧装置燃烧运行工况示意图。

图3、本发明实施例1的两体结构示意图。

图4、导流锥的顶盖俯视图。

图5、二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图6、本发明实施例2二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图7、本发明实施例3二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图8、本发明实施例4二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图中：a、出灰门(也是风道)  b、炉排  c、下煤层  d、下炉门  e、下炉膛  f、上炉排(充水管式的，也称吸热炉管)  g、上煤层  h、上炉门  I、上炉膛  j、吸热炉管  k、锅炉管组  l、热水出口  m、烟气出口  n、热水  o、耐火烧注料(包括向下延伸的垂直挡火墙)  p、烟气行走路线  q、冷水  r、冷水进口  s、灰室  1、炉排  2、燃煤  3、加煤炉门  4、耐火炉衬  5、金属外壳  6、保温材料  7、环形布风盒  8、高温烟气  9、二次助燃风道  10、二次燃烧炉膛  11、高温气体出口  12、高温气体  13、观察孔  14、热气体腔  15-1、吸热炉管  15-2、锅炉管组  16、顶盖17、高温烟气导流板  18、高温烟气出口  19、燃烧炉膛  20、一次助燃风辅助风口  21、出灰门  22、风道  23、直形导流板  F1、一次助燃风  F2、二次助燃风  B1、B2、风机。

具体实施方式

结合上述实施例附图对本发明作进一步说明。

图2所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉的实施例1，包括上部的夹层外壳、下部的燃烧装置金属外壳5、锅炉管组15-2和燃烧装置，锅炉管组15-2置于燃烧装置上方的热气体腔14内，燃烧装置的燃烧炉膛19下方为炉排1，炉排1的下方为灰室，与燃烧炉膛19对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门21，灰室配有一次助燃风口，燃烧炉膛19的炉膛壁上周围也分布有一次助燃风辅助风口20，由风道22提供助燃风，将燃烧炉膛19顶部设计为缩小的高温烟气出口18，高温烟气出口18的上方设有二次燃烧炉膛10，二次燃烧炉膛10的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛10中对应高温烟气出口18设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板17和导流板顶部的顶盖16构成，高温烟气导流板17呈弧板形(也可呈直板形或曲面板形)，导流锥的顶盖16的顶面呈弧形，二次燃烧炉膛10上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛10的切线方向，并与高温烟气导流板17的气流导向一致，二次燃烧炉膛10的顶部设有高温气体出口11，高温气体出口11连通热气体腔14，在高温烟气出口18处也设二次助燃风口，连通二次助燃风口的二次助燃风道9连通在环形布风盒7上。

如图3所示，本发明可以是两体结构，上炉体和下炉体可分成两个单元单独制作，制作安装方便，方便更换维修，上炉体包括导流锥以上的部分，上炉体下面的部分为下炉体，在上下炉体上分别设置连接法兰，通过法兰连接组装而成。组装时在上下两炉体之间的平面上，放置“硅酸铝针刺毯”作为垫子，进行密封，然后用螺栓将上下法兰拧紧固定即可。

实践中，可直接使用上文叙述的国家劳动部颁布的CLSG、LSG型系列产品的定型图纸、制造工艺和检验标准。原封不动，只是把下炉门、中炉门去掉，直接焊接锅筒，去掉上炉膛、上炉膛的耐火材料及挡火墙，保留原来的上炉门作为检查孔之用，调整一下炉排、灰室和炉门，制作成上下炉体两部分，方便实施。二次燃烧炉膛的炉衬用高温耐火浇注料，添加适量不锈钢耐热纤维，增加强度。上炉体施工时用簿铁板根据实际形状和尺寸做成浇注用内置模具，二次助燃旋流风道用耐热钢焊接而成，上炉体和下炉体的助燃风道要严格对齐，以保证下炉体的助燃风顺畅地通到上面去。放入搅拌好的浇注料用***式振动棒振实，并注意保温和养护。

工作过程：

如图2、5所示，一次助燃风进入燃烧炉膛，促进燃煤燃烧，从燃烧炉膛19冲上来的高温烟气8，受到导流锥顶盖16的限制，在导流锥内迅速“积累”，由于气体具有从高压端向低压端扩散的物理特性，所以高温烟气8通过导流锥板快速向二次燃烧炉膛10中流动扩散，并且在高温烟气导流板17的导向下，形成倾斜喷射(顺时针方向)，此时二次助燃风又以一定的压力和流速以顺应方向射入，两力合一，在二次燃烧炉膛10中形成了高速旋转的高温漩流。因为这股气流中含大量氧气，高温烟气中又有大量在下面的燃烧炉膛中没有燃尽的可燃性挥发产物等所有可燃性物质，都将在二次燃烧炉膛中实施强烈地搅拌混合，在有合理而足够的氧气和高温下，全部彻底地燃尽，然后形成不含任何可燃成份的“纯净无色透明”高温气体12，以旋转形式的气流分布从高温气体出口11向上喷射，进入热气体腔14，加热吸热炉管15-1和锅炉管组15-2，使其中的水被加热。

图6所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉中的燃烧装置的实施例2，导流板23成直板形。

图7所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉燃烧装置的实施例3，高温烟气导流板反向设置，使高温烟气在高温烟气导流板的导向下，形成逆时针方向的倾斜喷射。

图8所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉燃烧装置的实施例4，二次助燃风道个数多的结构状况。

各助燃风道可以通过布风盒，根据需要实现布风分布，由同一动力源提供布风动力，简化辅助设施。

供风***可配装自动化变频控制***，实现自动化操作。如供风量的调节可用变频调速的方式来解决，亦即通过改变风机电源的频率来改变风机的转速的方法控制供风量。利用烟气传感器(工业电子门市部都有市售)，如二氧化锆烟气传感器，它对一氧化碳呈现“气敏效应”，只要有烟气就是缺氧，只要缺氧就必然产生一氧化碳，所以，检测一氧化碳气体的含量多少，也就直接反映了燃烧设备内部的“配风系数”和燃烧工况。把一氧化碳气体的含量变成电压信号输入到变频器的电压信号输入端子上，即可利用电压信号控制频率变化，变频输出电源就是鼓风机的供电电源。

Claims (8)

1、一种导流锥式纯无烟立式热水锅炉，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其特征在于燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应二次燃烧炉膛的圆形横截面的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。

2、根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于高温烟气出口处另外设有二次助燃风口。

3、根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于导流锥的顶盖顶面呈上突状。

4、根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于高温烟气导流板呈弧形。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次燃烧炉膛的二次助燃风口在其圆形横截面上分布有2—10个，连通二次燃烧炉膛的二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上。

6、根据权利要求5所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次燃烧炉膛的二次助燃风口在其纵向上分布有2—6层。

7、根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于所述的燃烧炉膛的炉膛壁上周围分布有一次助燃风辅助风口。

8、根据权利要求7所述的导流锥式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于所述的一次助燃风辅助风口为2—10个。

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