CN100526717C - 一种提高锅炉燃烧效率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高锅炉燃烧效率的方法和装置，特别涉及一种喷洒助燃剂的方法和使用这种方法的装置。由于在燃烧过程中喷入高锰酸钾和水蒸汽，高锰酸钾和水蒸汽在高温的作用下分解为氢和氧，相当于加入了燃烧剂和助燃剂，使燃烧更加充分，燃烧的温度更高，燃料燃烧得更充分，排出的烟尘更少，产生的污染也相对较小。由于燃烧温度提高，可以使各种燃料充分燃烧，提高了燃料的利用率。由于采用了一套简单的加注助燃剂的装置，使助燃剂的加注可以连续进行，减少了操作工的劳动强度，提高了劳动生产率。由于将燃烧器和热交换器分开，可以分别设计、制造和维修燃烧器和热交换器，改善了锅炉的通用性能，降低了维修费用。

Description

一种提高锅炉燃烧效率的方法和装置

技术领域

本发明一种提高锅炉燃烧效率的方法和装置，特别涉及一种喷洒助燃剂的方法和使用这种方法的装置。

背景技术

为提高锅炉的燃烧效率，通常采用的方法有几种，一种是吹氧，即在燃烧过程中向燃烧室中吹入氧气，加剧燃烧的氧化反应，提高燃烧温度，达到提高燃烧效率的目的。这种方法的缺点是制氧成本高，通常在冶炼工业这样的高产出的行业才有可能使用这种方法，普通锅炉根本负担不起制氧的成本。另外一种方法是在燃料中混入助燃剂，当这些混有助燃剂的燃料燃烧的时候，助燃剂分解，产生氧和其他强氧化剂加剧氧化反应，达到提高燃烧效率的目的。这种方法的缺点是在燃烧过程中助燃剂要不断地添加，增加了操作工的劳动强度，助燃剂的成本也是一个问题，助燃剂成本过高则不合算，而低成本的助燃剂往往起不到应有的作用，或产生污染，结果适得其反。还有一种方法是在燃烧过程中向燃烧室喷水，水在高温下可以分解为氢和氧，氢是燃烧剂，而氧是有效的助燃剂，水又是最普通的，成本极低，只要喷洒合适可以产生很好的效果。但喷水助燃的关键是如何喷水，喷水的要求是喷出的水必需是雾状，水量必须合适，太少则不起作用，太多则适得其反，反而降低了燃烧温度。因此控制喷水量的设备同样昂贵复杂，一般使用的锅炉也负担不起。换句话说以上几种方法对于普通用途的锅炉都是不适用的。要么制造成本太高，要么使用成本太高。对于众多普通用途的小型锅炉应当有一种简单有效的装置，使用低廉的助燃剂，并用简单的方法将助燃剂加注在燃烧火焰中，提高燃烧效率。

目前使用的锅炉都是一体的，即热交换部分和燃烧部分是固定在一起的，不可分离。在本技术领域中，将锅炉设计为一体已经成为一种固定的模式。锅炉一体的缺点是产品适应性较差，通常一种场合只有特别设计的锅炉使用，这对于锅炉的设计十分不利，不利于锅炉设计的标准化和模块化。另外，在锅炉维修时，通常维修的是锅炉的燃烧部分，也就是炉膛。要维修炉膛要等炉膛中的温度下降到室温才能进行维修，这通常要等较长时间，对于连续使用的锅炉十分不利。

发明内容

为克服现有锅炉燃烧效率不高，要提高燃烧效率需要提供昂贵助燃剂或昂贵设备的问题，本发明提出了一种提高锅炉效率的燃烧方法和装置。所述方法在燃烧的火焰中喷入水蒸气和高锰酸钾，使其分解为氧和氢气，提高燃烧温度，使燃烧更加充分。所述的装置是实现所述燃烧方法的装置，所述的装置利用加热高锰酸钾溶液使之沸腾，产生的蒸汽喷洒在燃烧室中，水蒸汽在燃烧室的高温下分解为氢和氧，这是两种与燃烧有密切关系的物质，在烈焰中加入这两种物质可以有效地提高燃烧温度，大大提高燃烧效率。

所述装置使用燃烧器和热交换器分离的概念将燃烧器和热交换器分别设计、制造和维修。本发明打破了锅炉设计为一体的固定模式，将锅炉的燃烧部分和换能部分分开，将燃烧部分称为燃烧器，将换能部分称为热交换器。

本发明所述装置设置了一套自动释放和加注助燃剂的装置，这套装置无需人工，利用燃烧室的环境和水位控制，自动完成加注和释放助燃剂，结构十分简单。

本发明的目的是这样达到的：

一种提高锅炉燃烧效率的方法，包括助燃剂，燃烧器，燃烧器水套，燃烧室，鼓风机，热交换器，其特征在于所述的步骤：

将液态助燃剂加注在燃烧器水套中；

在燃烧室中加燃料燃烧；

用鼓风机在燃烧室中产生旋转的气流；

助燃剂在水套中发泡、沸腾，气泡和水蒸气由水套中喷出，进入燃烧室；

在燃烧室中水蒸气和气泡带出的高锰酸钾在旋转气流的作用下与燃烧的高温气体充分接触，水蒸气分解为氢和氧，与高锰酸钾分解的氧一起加剧燃烧；

通过热交换器将热能输出。

一种提高锅炉燃烧效率的装置，其特征在于，包括燃烧器，热交换器；所述的燃烧器在所述的热交换器下方，所述的热交换器与所述的燃烧器在工作状态下固定连接，在维修状态下可分离，分别维修。

所述的燃烧器，包括储液槽，供液阀，液面限位开关，液面限位槽，单向阀，缓冲罐，放气阀，鼓风机，旋风室，下进风口，燃烧室水套，炉排，热流管，上进风口，燃烧室；所述的储液槽与所述的供液阀通过管路连接，供液阀与所述液面限位开关连接，液面限位开关安装在所述液面限位槽中，液面限位槽与所述单向阀通过管道连接，单向阀与所述缓冲罐通过管道连接，所述放气阀安装在缓冲罐顶部，缓冲罐与水套通过管道连接，所述的鼓风机与所述的旋风室连接，旋风室为环形，底部有下进风口，旋风室将同为环形的所述燃烧室水套包围在中间，环形燃烧室水套中间包围的部分为所述的燃烧室，所述的炉排为空心管状并于所述燃烧室水套相通，所述的燃烧室水套上口对旋风室敞开，所述热流管呈环状竖直排列在燃烧室侧壁并于燃烧室水套连同，旋风室的上部开有所述的上进风口。所述燃烧器的鼓风机与所述的旋风室连接，所述鼓风机的出风口与所述环形旋风室的外圆在切线方向连接。所述热流管中放有导热丝；所述的导热丝下端浸泡在助燃剂中，上端穿过上进风口暴露在燃烧室中，所述的导热丝为金属材料制成。

所述的热交换器包括，进水口，出水口，热交换器壳体，吸热管，投料口，吸热板，除尘口，烟筒口，燃烧器安放口，中间隔断；所述的热交换器壳体为双层，中间通水，热交换器壳体与所述的进水口、所述的出水口、所述的吸热管，所述的吸热板组成水的通路，所述热交换器壳体的一端底侧是所述的燃烧器安放口，所述的燃烧器安放口的上端是所述投料口，所述投料口的上端是横排列的所述吸热管，在热交换器壳体内的另一侧是多块中空通水的所述吸热板，所述多块吸热板上下间隔交错排列形成热风通道，各层热风通道的顶端开有所述除尘口，最下端热风通道的顶端为烟筒口。

本发明的有益效果是：

由于在燃烧过程中喷入高锰酸钾和水蒸汽，高锰酸钾和水蒸汽在高温的作用下分解为氢和氧，相当于加入了燃烧剂和助燃剂，使燃烧更加充分，燃烧的温度更高，燃料燃烧得更充分，排出的烟尘更少，产生的污染也相对较小。由于燃烧温度提高，可以使各种燃料充分燃烧，提高了燃料的利用率。

由于将燃烧器和热交换器分开，可以分别设计各种形式和型号的燃烧器和热交换器，实现多种型号或形式的燃烧器和热交换器搭配的模块化设计，方便地实现产品的系列化，改善了锅炉的通用性能。由于燃烧器和热交换器可以分离，为维修燃烧器和热交换器提供了方便。通常情况下锅炉的维修多数是在燃烧部分，维修时要停机，并等待炉膛中的温度降到室温才可以维修，而使用本发明可以直接更换燃烧器，快速维修，将停机维修时间减少到最短，这对于需要连续使用的锅炉特别有意义。

本发明利用燃烧室的高温环境将水雾化并利用水蒸汽的膨胀进行喷射实现了助燃剂的自动雾化和喷射；仅仅使用一套简单的水箱和水位控制开关，就可以使助燃剂的加注连续进行。由于采用这样一套简单的释放和加注助燃剂的装置，无须复杂的加压和喷射装置，就实现了助燃剂的加注和释放，减少了操作工的劳动强度，提高了劳动生产率。

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的燃烧原理图；

图2为本发明的燃烧器装置原理示意图；

图3为图2的A-A剖视图图；

图4为本发明的热转换器装置原理示意图。

具体实施方式

实施例一：

图1所示是本发明一种提高锅炉燃烧效率方法具体实施方式的原理示意图，图中标号所表示的是：1.热交换器，2.燃烧室，3.助燃剂，4.燃烧器水套，5.燃烧器，6.鼓风机。

本实施例的思路是利用加热液体助燃剂，使助燃剂中的发泡剂发泡，将助燃剂中的高锰酸钾带出，高锰酸钾在高温下分解出氧；液体助燃剂被加热沸腾，产生的水蒸气在高温中分解为氢和氧，并利用这些氢和氧作为燃烧剂和助燃剂增加燃烧强度，提供燃烧温度，使燃料充分燃烧，进而提高燃烧效率。如何煮沸助燃剂呢？本实施例给出了一种方法，将燃烧室外壁做成双层，炉排用水管代替，炉排和燃烧室的外壁组成一个筐型的燃烧室，固体燃料，例如煤或者焦炭等固体燃料，可以放在炉排上燃烧。管状的炉排与双层的燃烧室外壁组成一个水的通路，称为燃烧器水套，水可以在水套中流通。开始燃烧的时候，首先在水中添加1/1500～1/2000高锰酸钾和1/2000～1/3000的十二烷基硫酸钠制成液体助燃剂，之后将液体助燃剂加注在燃烧器水套中。然后在燃烧室中加燃料燃烧，这里所说的燃料主要是固体燃料，可以是煤、焦炭、木柴等等，甚至有机垃圾。用鼓风机的切线吹入法在燃烧室中产生旋转的气流。所述的切线吹入法是鼓风机的一种特殊安装方式，产生的一种吹入气流的方法，这种方法不同于一般鼓风机的安装方式。一般的鼓风机的出风口的中心轴线通过圆形锅炉的中心，送出的空气正直的进入炉体。而本实施例中的鼓风机出风口的中心轴线与圆型锅炉外圆周的某一条切线重合，送出的空气沿炉内壁运动，最终在炉内产生一个旋转的气流。燃烧器内燃料燃烧的作用，助燃剂在水套中沸腾，液体助燃剂中的发泡剂十二烷基硫酸钠发泡，将助燃剂中的高锰酸钾带出水套进入燃烧室，同时助燃剂的水分沸腾，水蒸气进入燃烧室。在燃烧室中水蒸气和高锰酸钾在鼓风机产生的旋转气流的作用下与燃烧的高温气体充分接触，水蒸气分解为氢和氧，高锰酸钾分解出氧，两者一起加剧燃烧。燃烧的结果是加热热交换器中的导热媒介，通过导热媒介的流动，热交换器将热能输出。

实施例二

如图1所示，在本实施例中所述的装置包括燃烧器，热交换器。所述的燃烧器在所述的热交换器下方，所述的热交换器与所述的燃烧器在工作状态下固定连接，在维修状态下可分离，分别维修。一般的锅炉燃烧室和热交换器是连在一起的，通常是无法分离的。事实上热交换器相当于锅炉的锅，燃烧器相当于锅炉的炉，这里所说的燃烧器是锅炉中燃烧燃料产生热量的部分，热交换器是锅炉中利用传热媒介吸收热量，并通过传热媒介的流动将热量输送出去并释放的部分。为实现实施例一所述的燃烧方法，本实施例中的燃烧装置的燃烧室比较特殊，需要加装水套，在水套的外面还有旋风室以及其他的设施，经过一段时间的使用，可以打开维护。一般的锅炉在使用一段时间以后也需要进行维护特别是炉排，一些燃烧的残渣在高温的作用下烧结在炉排上，需要定期清除，另外炉膛，也就是燃烧室内的耐火泥，如果脱落或崩裂，也需要维护。对于大型锅炉，工人可以直接进入炉膛进行维修，对于小型锅炉则比较费事，本实施例所述的装置完全解决了这个问题。维护的时候只要将燃烧器和热交换器分离，就可以很方便的进行维护。燃烧器和热交换器分离的另一个好处是，可以分别设计制造燃烧器和热交换器。一个设计良好的燃烧器可以配各种形式的热交换器，热交换器可以是立式的，也可以是卧式的，如图1、2所示的是立式热交换器，图4所示的是卧式热交换器。同样原理，一个设计合理的热交换器可以配各种各样的燃烧器。另外还可以实现各种组合，例如多个燃烧器配一个热交换器，或者一个燃烧器配多个热交换器。只要按照统一标准设计配套就可以燃烧器和热交换器的配合或者组合。

本实施例中所述的燃烧器如图2所示，图中的序号表示：7.旋风室，8.炉排，9.上进风口，10.热流管，11.下进风口，12.导热丝，13.放气阀，14.缓冲罐，15.单向阀，16.液面限位槽，17.液面限位开关，18.供液阀，19.储液槽。

喷水助燃可以产生很好的助燃效果，但喷水必须在燃烧温度达到一定高度时才可以喷水，而且水必须成雾状喷出才可以达到助燃的效果。要满足这些条件就需要一套复杂的喷水器系统，对于小型锅炉来说是不合算的。为实现喷水助燃本实施例采用了一种特殊的方法，即在燃烧室周围设置环形水套，炉排为空心管状并与水套相通，水套上口对旋风室敞开，水套中注有液体助燃剂。助燃剂在燃烧作用下发泡和沸腾并产生蒸汽，助燃剂中的高锰酸钾被泡沫带到燃烧室中和助燃剂产生的水蒸汽在燃烧室中与热空气充分接触，高锰酸钾和水蒸汽分解为氢和氧，产生助燃作用。因为要将水套中的水烧开需要一定的温度和时间，换句话说当水套中的水烧开的时候燃烧室已经达到一定的温度可以喷水了，产生的水蒸气肯定是雾状，所以满足了喷水的两个条件。如图2所示，是本实施例的燃烧器，燃烧室带有燃烧器水套，可以产生蒸汽助燃。

在燃烧器水套中加注的助燃剂，是高锰酸钾溶液，是一种助燃剂。高锰酸钾遇热分解出氧气也可以助燃，为使水中溶解的高锰酸钾充分接触热源，在环燃烧室内壁设置了一圈热流管10，热流官的上下两端与燃烧器水套相连，形成水的回路。在热流管中放置导热丝，导热丝的一端浸泡在高锰酸钾溶液中，另一端穿过上进风口暴露在燃烧室中，导热丝为金属材料制成。热流管和导热丝的作用是利用金属导热快的特性将燃烧室中的热量传导到高锰酸钾溶液中，使溶液中的高锰酸钾分解，产生氧气助燃。根据使用本实施例提到的装置进行的对比试验，可以证明高锰酸钾溶液和普通的水在燃烧器水套中沸腾所产生的助燃效果是不同的。试验条件是：加热初始温度为8℃，数量为2m³的水至60℃，燃料为相同质量的煤炭。燃烧器水套中加注普通水，使用燃料25kg，加热时间30分钟；燃烧器水套中加注1/1500～1/2000的高锰酸碱溶液，使用燃料15kg，加热时间15分钟。

为使燃烧室中连续获得蒸汽，本实施例使用了一套装置，自动地完成这一动作，而无须人工完成。如图2所示的储液槽19、供液阀18、液面限位开关17、液面限位槽16、单向阀15、缓冲罐14和放气阀13组成一套共液系统，自动地向燃烧室水套中供应高锰酸钾溶液。储液槽与供液阀通过管路连接，供液阀与液面限位开关连接，液面限位开关安装在液面限位槽中，液面限位槽与单向阀通过管道连接，单向阀与缓冲罐通过管道连接，放气阀安装在缓冲罐顶部，缓冲罐与水套通过管道连接。储液槽储存较多量的溶液，液面限位槽中的液面限位开关将液面控制在图2中虚线的位置，用这种方法控制燃烧器水套中的液面。单向阀、缓冲罐、放气阀的作用是防止燃烧器水套蒸汽压力过大，影响液面。

为使水蒸汽充分接触燃烧室中的热空气，本实施例在燃烧室外围设置旋风室7，所谓旋风室是一个气流运动的空间，旋风室为环形，底部有下进风口，顶部有上进风口。旋风的产生方法是将鼓风机的出风口设置在环形旋风室的外圆的切线方向上，如图3所示，使空气以切线方向进入旋风室，产生如图2中箭头B方向空气旋转。旋转的空气夹带着水蒸汽通过上、下进风口进入燃烧室，带动燃烧室中的热空气快速旋转，加速水蒸气和热空气的接触，使水蒸汽分解。

本实施例使用了一种卧式的热交换器如图4所示：图中的序号表示的是：20.炉门，21.进水口，22.吸热管，23.燃烧器安放口，24.中间隔断，25.吸热板，26.热交换器壳体，27.除尘口，28.烟囱口，29.出水口。

图4中的热交换器壳体26为双层，中间通水，热交换器壳体设置进水口21和出水口29作为传热媒介的进出口。为充分吸收燃烧产生的热量，在热交换器内设置了吸热管22和吸热板25。吸热管和吸热板均为夹层，中间可以通水路，并且与热交换器壳体组成水的通路，也就是传热媒体的流动通路。热交换器壳体的一端底侧是燃烧器安放口23。因为在本实施例中燃烧器和热交换器是分离的，燃烧器和热交换器是两个独立的单元，所以热交换器设置了一个燃烧器安放口，以便两者有机结合。燃烧器安放口的上端是炉门20。通过炉门可以投入燃料和观察燃烧情况。炉门的上端是横排列的吸热管，可以充分的吸收热量。为进一步的吸收热量，在热交换器内的另一侧设置多块中空通水的吸热板，多块吸热板上下间隔交错排列形成热风通道，各层热风通道的顶端开有除尘口27，最下端热风通道的顶端为烟囱口28。将烟囱口设置在最下端的原因是利用热空气上升，冷空气下降的原理，最上层总是有燃烧器排出的最热空气，将相对较冷的空气向下排，热空气不断地进入，将较冷的空气不断地向下排，形成如图4中箭头D的空气流动，热空气在流动中将热量传给吸热板中的传热媒介。

Claims (6)

1.一种提高锅炉燃烧效率的方法，所使用的原料和设备包括高锰酸钾、燃烧器、燃烧器水套、燃烧室、鼓风机、热交换器，其特征在于所述方法的步骤如下：

在水中添加1/1500～1/2000的高锰酸钾，制成高锰酸钾水溶液；

将高锰酸钾溶液加注在燃烧器水套中；

在燃烧室中加煤燃烧；

用鼓风机的切线吹入法在燃烧室中产生旋转的气流；

高锰酸钾溶液在燃烧器水套中沸腾，水蒸气和分解的高锰酸钾由水套中喷出，进入燃烧室；

在燃烧室中水蒸气和高锰酸钾分解的氧在旋转气流的作用下与燃烧的高温气体充分接触，水蒸气分解为氢和氧，与高锰酸钾分解的氧一起加剧燃烧。

通过热交换器将热能输出。

2.一种使用权利要求1所述方法的装置，包括燃烧器，热交换器；其特征在于，所述的燃烧器在所述的热交换器下方，所述的热交换器与所述的燃烧器在工作状态下固定连接，在维修状态下可分离，分别维修。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的燃烧器，包括储液槽，供液阀，液面限位开关，液面限位槽，单向阀，缓冲罐，放气阀，鼓风机，旋风室，下进风口，燃烧器水套，炉排，热流管，上进风口，燃烧室；所述的储液槽与所述的供液阀通过管路连接，供液阀与所述液面限位开关连接，液面限位开关安装在所述液面限位槽中，液面限位槽与所述单向阀通过管道连接，单向阀与所述缓冲罐通过管道连接，所述放气阀安装在缓冲罐顶部，缓冲罐与水套通过管道连接，所述的鼓风机与所述的旋风室连接，旋风室为环形，底部有下进风口，旋风室将同为环形的所述燃烧室水套包围在中间，环形的燃烧室水套中间包围的部分为所述的燃烧室，所述的炉排为空心管状并与所述燃烧室水套相通，所述的燃烧室水套上口对旋风室敞开，所述热流管呈环状竖直排列在燃烧室侧壁并与燃烧室水套连通，旋风室的上部开有所述的上进风口。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述燃烧器的鼓风机与所述的旋风室连接，所述鼓风机的出风口与所述环形旋风室的外圆在切线方向连接。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述燃烧器的热流管中放有导热丝；所述的导热丝下端浸泡在高锰酸钾溶液中，上端穿过上进风口暴露在燃烧室中，所述的导热丝为金属材料制成。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的热交换器包括，进水口，出水口，热交换器壳体，吸热管，炉门，吸热板，除尘口，烟囱口，燃烧器安放口，中间隔断；所述的热交换器壳体为双层，中间通水，热交换器壳体与所述的进水口、所述的出水口、所述的吸热管，所述的吸热板组成水的通路，所述热交换器壳体的一端底侧是所述的燃烧器安放口，所述的燃烧器安放口的上端是所述炉门，所述炉门的上端是横排列的所述吸热管，在热交换器壳体内的另一侧是多块中空通水的所述吸热板，所述多块吸热板上下间隔交错排列形成热风通道，各层热风通道的顶端开有所述除尘口，最下端热风通道的顶端为烟囱口。

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