CN103196161A - 供暖锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对生活空间和工业空间进行供暖的固体燃料炉的设计，其可以有效利用含碳废料。本发明的技术任务是通过更加充分地燃烧燃料提高使用指标。该任务是通过如下方法完成的：提供一供暖锅炉，其包括一炉膛，与强制输送氧化剂源连接的灰坑、热交换器以及烟囱，各部分彼此之间用烟道连接；其中，该炉膛的燃烧室中设有一加力燃烧室，该加力燃烧室由一个水平放置的筒形管构成，其带有堵头且表面有孔；加力燃烧室侧面设有纵向倾斜面，倾斜面之间有孔隙，还设有侧面带孔的筒形体作为反应室，反应室与加力燃烧室同轴放置并留有环形间隙，该环形间隙与强制输送氧化剂的管道相连，并且反应室通过在其自由端放置的催化剂与热交换器相连通。加力燃烧室和反应室的筒形管的截面是椭圆形的，其长轴与燃烧室底面是垂直设置的。

Description

供暖锅炉
技术领域
本发明是对生活空间和工业空间进行供暖的固体燃料炉的设计，其可以有效利用含碳废料。
背景技术
已知有缓慢燃烧的催化炉（俄罗斯联邦专利证第319909号，F24H1/46，F23B10/00，2008年公开），其由燃烧室以及在燃烧室下面设置的带小门和炉排的灰坑组成。在锅炉周围包括内侧垂直安装直线对流管。在燃烧室上部有隔板，分隔成加力燃烧装置和热交换室。加力燃烧装置由以下部分组成，一个机身，机身缝隙处嵌入两个催化剂晶格，两个晶格之间是输送二次空气的喷嘴。二次空气的输送量由双金属瓣状阀来控制。热烟气从热交换室送入到恒温器室。烟道连接燃烧室和恒温器室。其技术效果是：废气的加力燃烧情况得到改善，装置的安全性得到提高。
但上述锅炉的不足之处是工作效率较低，这是由于在二次空气输送到燃烧室上部的燃烧区域时废气自发进行加力燃烧，在结构中没有规定可以调整二次空气的氧气输送与所形成的气体的比例关系。在锅炉内温度升高时分离出大量烟气，这些烟气的完全燃烧需要大量氧气，而喷嘴只能令一定量的空气通过，所以进入大气中的烟气没有烧尽，降低了使用指标。
选作原型的炉子、导气管和热交换器（俄罗斯联邦专利证第408822号，F24B5/02，2011年公开），包括带有灰坑的燃烧室、加力燃烧室、热交换器和除烟管，各部分彼此之间用烟道相连。加力燃烧室位于炉膛中，是水平放置的筒形管，配备有涡流形成器和作为补充管道的导气管，沿着加力燃烧室管道轴分布。靠近炉膛前壁的加力燃烧管配有形成叶片状的纵向槽口，涡流形成器是弯叶片状的，而管道孔的端部是塞住的。
所选择的原形炉、导气管和热交换器的不足之处是，由于释放出的热气与输送的空气的比例不稳定，而气体形成过程取决于燃烧室内的温度，该温度也是不固定的，从而导致燃料不能充分燃烧，因而工作效率较低。匀速进入的空气数量与燃料燃烧的反应速度不成比例，后果是造成氧气缺乏或者过剩，致使难以控制，并且破坏燃料和空气的比例。如果提高炉排中一次空气的输送量，则对燃料颗粒重力起反作用的空气压力将对晶格上的燃料颗粒造成影响，燃料颗粒将悬浮在上升气流中，将会扩大燃烧层厚度，或者由于形成的有力的涡流而将其从室内吹出而无法燃烧。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是通过提高燃料燃烧的充分性而提高使用指标。
该技术问题是通过如下方法解决的：提供一供暖锅炉，其包括一炉膛，与强制输送氧化剂源连接的灰坑、热交换器以及烟囱，各部分彼此之间用烟道连接；其中，该炉膛的燃烧室中设有一加力燃烧室，该加力燃烧室由一个水平放置的筒形管构成，其带有堵头且表面有孔；加力燃烧室侧面设有纵向倾斜面，倾斜面之间有孔隙，还设有侧面带孔的筒形体作为反应室，反应室与加力燃烧室同轴放置并留有环形间隙，该环形间隙与强制输送氧化剂的管道相连，并且反应室通过在其自由端放置的催化剂与热交换器相连通。
加力燃烧室和反应室的筒形管的截面是椭圆形的，其长轴与燃烧室底面是垂直设置的。
加力燃烧室侧面带有纵向倾斜面并且倾斜面之间有孔隙，配备侧面带孔的筒形体作为反应室，同轴安装并带有环形间隙，环形间隙与强制输送氧化剂的管道相连，使得不同的气体形成阶段上燃料燃烧具有非均质效果，创造涡流中的烟气加力燃烧的条件，使炉中的高温能保持平衡稳定以及保持热过程的均匀性。该情况是因为燃烧过程是在固态燃料集中加热和烧尽的情况下发生的，固态燃料中挥发性物质和固体碳的含量比不固定，因为交互成分处于不同的聚合状态中。这种情况下，各种成分的挥发物质具有不同的排出温度，其排出过程时间延长，因此最终阶段与反应室中的燃烧相结合，通过加力燃烧室和反应室侧面的孔进入。总之，起反应的碳与输送的氧化剂数量是一直相符的，纯碳在反应室中的燃烧过程将自动调整，促使燃料完全燃烧。在氧化剂消耗量固定不变时，耗用的燃料数取决于加力燃烧室中的空气动力学反应效果。热负荷改变依据向加力燃烧室中输入氧化剂（同时向灰坑中输入氧化剂）的控制。
反应室通过在其自由端放置的催化剂与热交换器连通，该催化剂可以捕捉各种燃烧的树脂颗粒和固态粒子，大大降低排出气体的毒性，改善生态指标，因为多相催化中的催化剂预先防止活性成分的凝聚或烧结，可以保持活性物质和试剂的大面积接触。
加力燃烧室和反应室的筒形管的截面是椭圆形的，其长轴与燃烧室底面是垂直的，这可以集中来自侧壁的红外辐射，改善固态燃料的气化作用，提高氧化剂与燃料碳在高温下相互作用的稳定性，并因此提高煤的燃烧效率，从而整体上提高锅炉的效率。
附图说明
下面参照附图对供暖锅炉说明，其中：
图1为本发明一种实施例的剖面全视图；
图2为图1的B处的局部放大图；
图3为图1在A-A面，即加力燃烧室剖面的剖视图。
具体实施方式
参照图1至3，供暖锅炉包括一炉膛，该炉膛包括带有密封的装料舱口2和小门3的燃烧室1、炉排4和带密封门6的灰坑5。在小门3水平线上的燃烧室1中设置有加力燃烧室7。加力燃烧室7是一个水平放置的筒形管8，侧面有纵向倾斜面9。在管8上的倾斜面9之间有孔隙10。在管8中带环形间隙11的同轴放置有反应室12，反应室侧壁是一个侧面带有孔隙14的筒形体13。环形间隙11通过管道15与氧化剂强制输送来源，即风扇16，相连接。风扇16还通过管道17与灰坑5相连。反应室12的筒形体13侧壁的自由端通过催化剂18，例如氧化物载体（SiO2，Al2O3和SiC），与上方装有烟道20的热交换器19相连。
供暖锅炉按照下列方式工作：在燃烧室1中通过炉排4上的小门3放置并点燃易燃物质，即木柴。通过燃烧层的装料舱口2输送不同组分的定量煤炭。在木柴点燃和定量填充煤炭后启动风扇16，通过管道15和17将氧化剂，即空气，分别压送入环形间隙11和灰坑5中。从灰坑5出来的氧化剂经过炉排4直接进入到燃烧层范围，加快煤炭的燃烧过程以及热解气体进入燃烧室1的速度。在燃烧室1中进行煤炭有机质的深入分解，分解为固态和气态组分。进行热处理的气体通过孔隙10进入到环形间隙11中，在这里进行快速的燃烧反应并通过孔隙14进入到反应室12中。在反应室12中由于来自椭圆形剖面侧壁的高强度红外辐射，可令其温度升高到保证烟气燃烧的最佳速度。热气通过催化剂18例如氧化物载体（SiO2,Al2O3和SiC）发生烃的最终分解反应，完成燃烧过程，包括在出口处形成热流，热流经过热交换器19并在这里进行密集散热，再通过烟道20排放到外部环境中。
填充到燃烧室1中的燃料会随着燃烧由于其自身重量沉淀下来，这种情况下不需要额外的传送机构。
本申请所提出的供暖锅炉具有较高的效率，符合生态和消防安全要求，操作方便。已制造出工业样品并进行了确定有效系数测定和允许排放到大气中的有害气体的最大浓度的热力学试验。

Claims (2)

1.一种供暖锅炉，其包括炉膛、与强制输送氧化剂源头连接的灰坑、热交换器和烟囱，各部分彼此之间用烟道连接；其中，炉膛的燃烧室中设有一个加力燃烧室，加力燃烧室由一个水平放置的筒形管形成，该筒形管一端堵塞且表面有孔，其特征是：加力燃烧室侧面带有纵向倾斜面，倾斜面之间有孔隙，配备侧面带孔的筒形体作为反应室，同轴放置并带有环形间隙，环形间隙与强制输送氧化剂的管道相连，并且反应室通过在其自由端放置的催化剂与热交换器连接。
2.根据权利要求1所述的供暖锅炉，其特征是：加力燃烧室和反应室的筒形管的界面椭圆形的，两者的长轴与燃烧室底面是垂直设置的。
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