CN101074801A

CN101074801A - 链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉

Info

Publication number: CN101074801A
Application number: CN 200710015964
Authority: CN
Inventors: 王树洲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-16
Filing date: 2007-06-16
Publication date: 2007-11-21

Abstract

本发明涉及一种链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，属于热工设备，包括外壳、水冷壁、对流管组、锅筒和下部的燃煤装置，燃煤装置包括上煤装置、链条炉排、炉前拱和炉后拱，炉前拱与链条炉排之间构成前炉膛，炉后拱与链条炉排之间构成后炉膛，炉前拱和炉后拱之间有燃烧热气体出口，其前炉膛分上炉膛和下炉膛，上下炉膛相通，前炉膛横截面呈两个左右对称的R形结构，两个R形前炉膛的下炉膛相通，前炉膛侧壁配装有通向上炉膛的助燃风口，助燃风口与上炉膛顶部的弧形拱相切，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口。结构简单合理，造价低廉，燃煤燃烧充分，热效率高，能耗低，能够解决燃煤冒黑烟和积灰问题，保护环境。

Description

链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉

技术领域

本发明涉及一种链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，属于热工设备。

背景技术

目前，大型链条炉排式热水锅炉，在国内得到大力推广且性能较先进的属于SZL型系列产品，结构包括外壳、水冷壁、对流管组、锅筒和下部的燃煤装置，燃煤装置包括上煤装置、链条炉排、炉前拱和炉后拱，炉前拱与链条炉排之间构成前炉膛，炉后拱与链条炉排之间构成后炉膛，炉前拱和炉后拱之间有燃烧热气体出口，热功率4.2 MW-30MW，甚至更大的，各大锅炉厂都有国家劳动部颁发的定型图纸和制造检验标准。

这些产品尽管设计时，“锅”有足够的受热面，但是因为错纵复杂的管排热交换部件大量积灰，严重影响热传导的效果，同时因为使用的燃烧技术落后，烟和尘浓度很大，在这些颗粒状的灰尘中又有好大一部分是在“炉”内没有燃尽的“焦化碳粒”，这种颗粒质地坚硬，常年冲刷局部金属管会降低管子的使用寿命，同时又浪费了大量的煤碳资源。整台锅炉设备在运行中，小负荷状态运行时排出烟气的林格曼黑度≤1级，然而企业用户一般都是在满负荷或者是超负荷状态下运行，但这时锅炉就冒黑烟，烟煤中可燃成份“挥发份”以烟的形式大量排到大气层中，热交换面的焦油烟灰也会大量聚积，严重降低热效率，排出的灰渣含碳量都在28-30％以上，使能源的综合利用率大大降低，即浪费了能源，又污染了环境，这是在锅炉行业的一个“世界性大难题”。

发明内容

本发明的目的在于提供一种链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，结构简单合理，造价低廉，燃煤燃烧充分，热效率高，能耗低，能够解决燃煤冒黑烟和积灰问题，保护环境。

本发明所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，包括外壳、水冷壁、对流管组、锅筒和下部的燃煤装置，燃煤装置包括上煤装置、链条炉排、炉前拱和炉后拱，炉前拱与链条炉排之间构成前炉膛，炉后拱与链条炉排之间构成后炉膛，炉前拱和炉后拱之间有燃烧热气体出口，其前炉膛分上炉膛和下炉膛，上下炉膛相通，前炉膛横截面呈两个左右对称的R形结构，两个R形前炉膛的下炉膛相通，前炉膛侧壁配装有通向上炉膛的助燃风口，助燃风口与上炉膛顶部的弧形拱相切，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口。

在前炉膛侧壁沿R形的管脚设置通向上炉膛的助燃风道，在前炉膛侧壁沿R形的管脚也设有通向下炉膛的助燃风道，进一步促进燃烧。

在炉后拱的前端设向上的导流墙，对燃烧热气体进行导流，最好将导流墙的顶部设置的向燃烧热气体出口侧倾斜，进一步改善导流效果。

所谓R形，也可以是反R形，可分别形成顺时针旋流燃烧和逆时针旋流燃烧。

横截面呈R形结构也只是近似的象形描述，可以有一定程度的变形演变，如R形的两只管脚可以是对称倾斜的，沿两只倾斜管脚都可以增设通向下炉膛的助燃风道，旋流炉膛的横截面可以呈圆形或椭圆形等，炉膛可以位于炉体的中间部位，尤其是对称结构时，一般位于中间部位，此时，R形结构将演变成了近似的Ω形，等等。结构不对称时，两斜肩一个短，一个长。

在前炉膛的炉拱(即双旋流炉拱)中增设支承钢件，增加强度，在支承钢件附近设循环冷却通道，用于冷却降温。

在实际中，根据各种规格的需要设置炉体的纵向长度和横向宽度，当炉体的纵向长度较大时，助燃风道可以在纵向长度上分布设置几个，保证充分燃烧。

本发明仅对热水锅炉中的燃煤装置进行了改进，其它结构可仍然沿用现有的SZL系列链排式热水锅炉的结构即可，改进简单，利于被市场接受。燃煤装置部分和传热结构部分可分为配套的两体结构，分别制作配装。

本发明中的上煤装置包括从加煤斗的手动加煤和上煤机自动加煤装置等。

工作原理：

在从风室进入的燃烧空气的作用下，炉排上的煤层在高温下进行燃烧，产生大量的浓浓的烟气，其中煤焦油蒸汽、煤气(一氧化碳)、碳氢气体、煤的颗粒和微细颗粒等等挥发性可燃产物会迅速上升，气流向两个顶部中间火道集中，压缩而流速增加，这股含有大量可燃性成份的高浓度烟气和火焰以较高的流速进入上部的旋流燃烧区域，即上炉膛，可称“双旋流燃烧区”，立即进入旋转状态，同时旋流助燃风经过左右两边的助燃风道，以这两个圆的切线方向，以一定压力和流速喷射进来，二者合力形成更强的旋转力矩，把可燃性烟气和助燃的氧气(空气)进行强烈地搅拌混合，引起猛烈地燃烧，产生高温(1350-1450℃)，这种温度更加强化了这个燃烧区内的燃烧条件，根据“高速旋流原理”，这两股高速旋转的气流对整个所覆盖的前炉膛上空所有挥发性物质都将产生强烈地“卷吸”作用，无一漏网，因为旋流燃烧区内的气流路线是“螺旋行程”，这样就大大加长了燃料的行走路线和驻留时间，在这种燃烧体制中，挥发性燃料和可燃性粉尘(烟气)：①必需的温度；②足够的氧气；③良好的搅拌；④充分的燃烧时间。燃烧必需的四大要素，在这里体现的“完美无缺”，所以烟气将被完全彻底的燃尽，得到的干净、无味、无色、无尘的高温气体以一定流速进入导流墙处形成的高温湍流区，由于失去了燃烧区的“束缚”，气流开始互相撕扭、碰撞、粉碎，形成许多不规则的紊乱气流，由于高速旋转气流的惯性，这些气流仍在自成体系的旋转形成“湍流状”，并且在这个湍流区充满度很高，同时在这里温度达到最高，这些高温燃烧气体直接用于热水锅炉的加热。双道燃烧，燃烧能力大，满足大型链条炉排式热水锅炉的要求。

本发明的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，挥发份燃尽率100％，排出的气体干净、无色、无味、无尘，林格曼黑度为0，排出的灰渣含碳量仅有3-5％(传统锅炉在28％以上)，和传统锅炉相比，可节煤20-30％，结构简单合理，造价低廉，热效率高，能耗低，能够解决燃煤冒黑烟和受热面积积灰问题，保护环境，综合性能可与先进、但价格昂贵的“循环流化床锅炉”相媲美。

附图说明

图1为现有SZL型链条炉排式热水锅炉结构示意图。

图2为结合运行原理的本发明一实施例结构示意图。

图3为图2中的燃煤装置结构示意图。

图4为图3中的前炉膛横截面结构示意图。

图5为另一种前炉膛横截面结构示意图。

图中：1、观火孔 2、前炉膛 3、风室 4、人孔门 5、燃烧热气体出口 6、链条炉排 7、炉后拱 8、鼓风进口 9、密封块(也叫铁砖) 10、调风阀 11、后辊筒 12、出渣口 13、后人孔 14、回水进口 15、下锅筒 16、对流管组 17、水冷壁 18、上锅筒 19、炉墙 20、炉前拱 21、煤斗 22、煤闸板 23、前辊筒 24、双旋流炉拱 25、上炉膛 26、燃烧气体出口 27、导流墙 28、高温湍流区 29、二次助燃风口 30、煤层 31、灰层 32、33、35、36、38、二次助燃风道 34、二次风室 37、布风盒 39、水冷钢架 40、44、水冷钢板 41、耐火材料固定爪 42、下炉膛 43、二次风室 F1、F2、助燃风 B1、B2、鼓风机。

具体实施方式

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。

如图2、图3、图4所示，本发明所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，在图1所示的现有SZL型链条炉排式热水锅炉基础上，除燃煤装置外，其它沿用原有结构，包括外壳、水冷壁17、对流管组16、上下锅筒18、15和下部的燃煤装置，燃煤装置由煤斗21、煤闸板22组成的上煤装置、链条炉排6、炉前拱和炉后拱7，炉后拱7与链条炉排6之间构成后炉膛，炉前拱与链条炉排6之间构成前炉膛2，前炉膛2分上炉膛25和下炉膛42，上下炉膛25、42相通，前炉膛横截面呈两个左右对称的R形结构，已近似Ω形，两个R形前炉膛的下炉膛相通，前炉膛侧壁配装有通向上炉膛的助燃风口29，助燃风口29与上炉膛25顶部的弧形拱相切，使前炉膛形成双旋流炉膛，前炉膛2的后部连通燃烧热气体出口26。炉后拱7的前端设有向上的导流墙27，导流墙27的顶部向燃烧热气体出口26一侧倾斜，前炉膛2的后部连通燃烧热气体出口26，风室3和二次助燃风道32、33、35、36、38提供助燃风。燃烧装置的耐火材料由水冷钢架39、水冷钢板40和耐火材料固定爪41固定，水冷钢架39和水冷钢板40中设有循环水冷通道，用于降温。

工作过程：

在从风室3进入的助燃空气的作用下，链条炉排6上的煤层30在高温下进行燃烧，产生大量的浓浓的烟气，其中煤焦油蒸汽、煤气(一氧化碳)、碳氢气体蒸发起来的煤的颗粒和微细颗粒等等挥发性可燃产物会迅速上升，并受前炉膛上边两斜肩的导向，气流向两个顶部中间火道集中，压缩而流速增加，由于两斜肩不等长，两边所向下对应的火床面积也不同，所以右边火焰气流比左边的火焰气流密度大，流速也快，二者在上顶火道口处集中时出现了偏向，这股含有大量可燃性成份的高浓度烟气和火焰以较高的流速进入上部的旋流燃烧区域，即上炉膛25，也可称为“双旋流燃烧区”，立即进入旋转状态，两边的旋向正好相反，同时旋流助燃风经过左右两边的助燃风口29或风道32、33、35、36、38，以这两个圆的切线方向，以一定压力和流速喷射进来，二者合力形成更强的旋转力矩，把可燃性烟气和助燃的氧气(空气)进行强烈地搅拌混合，引起猛烈地燃烧，产生高温，达1350-1450℃，更加强化了这个燃烧区内的燃烧条件，根据“高速旋流原理”，这两股高速旋转的气流对整个所覆盖的前炉膛上空所有挥发性物质都将产生强烈地“卷吸”作用，无一漏网，因为旋流燃烧区内的气流路线是“螺旋行程”，大大加长了燃料的行走路线和驻留时间，在这种燃烧体制中，挥发性燃料和可燃性粉尘(烟气)有：①必需的温度；②足够的氧气；③良好的搅拌；④充分的燃烧时间，燃烧必需的四大要素，在这里体现的“完美无缺”，所以烟气将被完全彻底的燃尽，得到的干净、无味、无色、无尘的高温气体以一定流速进入导流墙34处形成的高温湍流区，由于失去了燃烧区的“束缚”，气流开始互相撕扭、碰撞、粉碎，形成许多不规则的紊乱气流，由于高速旋转气流的惯性，这些气流仍在自成体系的旋转形成“湍流状”，并且在这个湍流区充满度很高，同时在这里温度达到最高，这些高温燃烧气体直接用于热水锅炉的加热。

煤层的厚度可根据锅炉热负荷调整位于炉前拱前面的煤闸板的高度来确定，从煤闸板到人孔门这一个阶段，是烟煤的“挥发份”大量析出的区域，然而“双旋流燃烧区”恰好正处在这个区域的上顶，所有烟气都将被卷入这条高速旋转的高温火龙中，被彻底燃尽，干净的火焰气流以一定流速进入导流墙处形成的高温湍流区。

前面的烟煤边走边被“干馏”，挥发份已基本上挥发并燃烧殆尽，经过人孔门处以后，变成了“焦碳”，这种焦碳的“燃点”非常高，没有足够高的温度是燃烧不尽的，然而这里恰好正是“高温湍流区”，所以在传统锅炉中很难燃烧的灰渣中的“焦核”，在这个区域也被彻底燃尽，燃尽的灰渣全部都是一些“不可燃物”，随着炉排的向后运动，落入出灰口排出炉外。

另外，为了使焦碳燃尽，“焦碳形成区”对应的风室有一定的通风量(可以通过相对应的风阀进行调节)，又因为这个区域的透气性很好，总要有少量“过热剩余氧气”穿过焦碳层补充到这个“高温湍流区”，这就更使燃烧的条件达到最好，假设从前面漏过来一些烟气，也会被这个“高强度的氧化区”完全彻底的氧化掉，当然过剩氧气太多，又因为温度太高，容易产生有害的氮氧化物(NOx)。可以合理地调节这个区域的空气量在完全没烟的前提下，适当处于“合理的缺氧状态”，因氮(N)的化学性质不如炽热状态下的碳(C)的化学性质活泼，所以出现下列还原反应：

NOx+HC→CO₂+H₂O+N

NOx+CO→CO₂+N

NOx+C→CO₂+N

结果氮氧化物被碳和氢夺走氧原子，重新还原成氮。

因此，“高温湍流区”相当于一层严密的有害气体“过滤网”，三种有毒气体都在经过这个区域时无一漏网地被处理成无毒气体排放出去。

在煤碳的化验中，不可燃性的物质叫做“灰份”，根据组成化学成份的不同，所对应的“灰熔点”的温度也有所不同，但绝大多数都是在1350℃左右都会熔灼结成渣，在燃烧中这些灰份中的小部分随气流升腾起来，所含的可燃成份被悬浮燃尽后，不可燃成份就会形成细小的“渣尘”，由于质量很轻，形状杂乱无章，有较好的空气动力作用，容易被气流带走或以积灰的形式沉积在锅炉管上和锅炉附机里或者经过烟囱漂浮到大气层中去，这在传统的燃烧设备里是理所当然的事情，可是在本发明中就不是这样。

在本发明的燃烧模式里，可燃性灰尘和不可燃性灰尘是在悬浮状态和高温下，激烈地旋转碰撞，由于温度很高，一般是在1350℃-1450℃之间，这个温度几乎是所有灰份的“灰熔点”，因为越是细小灰尘越是容易快速熔化成微小的“玻璃珠”，又加上在旋流燃烧段激烈地运动碰撞，其中有一部分还会集聚成较大的“玻璃珠”状，不管是大的和细小的都成了“球状物”，这种几何形状的空气动力性能不好，很难随气流漂浮，所以会在“高温湍流区”降落下来和下面的大灰渣粘在一起排到炉外去，只有极少部分随着向上喷射的高速气流进入到空间很大的锅炉前室里边去，在这里气流的速度急速变慢，又加上水冷壁的冷却作用，温度也迅速降低，这些“微球”失去了高速气流“托浮作用”，立即降落下来，沉积在“前室”的底部，通过清灰孔，定期清理出来，不会粘在锅炉的热交换面上，所以本发明的完美组合，使“锅”和“炉”都会达到最佳的运行状态，实现真正意义上的高效率、低能耗。

图5所示的是另一种前炉膛横截面结构示意图，前炉膛横截面呈两个左右对称的R形结构的斜肩有所调整，使气流的旋转方向相反，原理同图4所示的相同。并增加了二次风室43和水冷钢板44。

本发明中的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。

供风系统可配装自动化变频控制系统，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，这样，能有合理的配风系数，从根本上控制氮氧化物的过量产生。

Claims

1、一种链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，包括外壳、水冷壁、对流管组、锅筒和下部的燃煤装置，燃煤装置包括上煤装置、链条炉排、炉前拱和炉后拱，炉前拱与链条炉排之间构成前炉膛，炉后拱与链条炉排之间构成后炉膛，炉前拱和炉后拱之间有燃烧热气体出口，其特征在于前炉膛分上炉膛和下炉膛，上下炉膛相通，前炉膛横截面呈两个左右对称的R形结构，两个R形前炉膛的下炉膛相通，前炉膛侧壁配装有通向上炉膛的助燃风口，助燃风口与上炉膛顶部的弧形拱相切，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口。

2、根据权利要求1所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，其特征在于前炉膛侧壁沿R形的管脚设置通向上炉膛的助燃风道。

3、根据权利要求2所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，其特征在于前炉膛侧壁沿R形的管脚设有通向下炉膛的助燃风道。

4、根据权利要求1、2或3所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，其特征在于炉后拱的前端设有向上的导流墙。

5、根据权利要求4所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，其特征在于导流墙的顶部向燃烧热气体出口侧倾斜。

6、根据权利要求5所述的链条炉排式双旋流纯无烟热水锅炉，其特征在于前炉膛的炉拱中增设有支承钢件，支承钢件附近设有循环冷却通道。