CN101256025B - 高效微排放燃煤热水锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效微排放燃煤热水锅炉，其安装无烟囱，排烟温度很低，热效率极高，升温极快，燃烧效率高，燃煤无烟，大气排放指标趋近于零排放，真正达到了少烧、少排、科学控制和环保节能的双重效果。本发明包括锅炉本体，锅炉本体一侧连有进煤器，锅炉本体另一侧与烟道高温余热回收系统连接，烟道高温余热回收系统与脱硫除尘系统连接。锅炉本体包括燃烧室，燃烧室下方设置有链条炉排，燃烧室上方依次设置有作为炉胆的主胆和附胆，主胆和附胆连通，主胆上设置有进水口，附胆上设置有热水出口和排烟口，燃烧室内设置有与炉拱相连接的均火板。主胆和附胆内设置有传热钢管，主胆内设置有一组传热钢管作为火道一，附胆内设置有两组传热钢管，分别作为火道二和火道三。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种锅炉，尤其是涉及一种高效微排放燃煤热水锅炉。
二、背景技术：
背景技术中，环保和节能已成为现代文明社会发展过程中的两大主题，也是我国今后经济和社会发展战略中的两场重要战役。锅炉既是工业经济发展的重要利器，又是人类生活不可或缺的拐杖，同时，锅炉排放又与人们的日常生活环境密切相关。因此，研发高效低耗、低排放、低污染的环保节能锅炉，是造福人类，功德社会的大事。
在我国化石资源中：煤占95.4％，石油只占3.3％，天然气仅占1.3％。现实的能源结构促使我国必然是以煤为主要能源的燃煤大国。近年来，能源利用率低消费结构不合理、供需矛盾加剧等问题日益突出，生态环境恶化与经济发展的矛盾更加加剧，在很大程度上制约了我国经济持续快速和健康发展。与世界先进水平相比，我国在能源效率、单位产值能耗等方面存在较大差距。据报道，我国单位产值能耗是世界平均水平的2倍多，主要产品能耗比世界先进水平高40％。我国能源平均利用率仅为33％，与世界先进水平相差10个百分点，能源的高消耗已经成为束缚我国经济快速发展的桎梏。在我国石油、天然气资源相对匮乏、燃煤储量相对有限和开采能力亟待改进和提高的情况下，节能减排已成为政府部门和企业界有识之士的急切愿望。
根据有关资料得知：我国锅炉年用标准煤6亿吨左右，如果采用传统锅炉低热效燃烧方式和长距离集中供热方法，目前可供开采用的煤矿资源仅仅只能用20年左右，供需矛盾十分突出。传统锅炉由于煤燃烧不充分，不仅热效率低，而且污染物排放高，对环境影响大，使人们逐渐对其望而却步。但由于煤比其它能源易得，易运输利用，特别是煤的燃烧成本只有天然气的30％，柴油的20％，从使用成本的角度讲，是其它燃料不可比拟的。如果在短期内完全取消燃煤锅炉是极不现实的，为了确保国民经济可持续发展，必须研制出低能耗、低污染、高热效、高节能的先进能源转换设备(锅炉)，唯有采用环保、高效、节能、安全等科技含量高的新型能源转换设备，才能达到真正意义上的环保、节能双重效果。这样一来，不仅可降低我国的燃煤锅炉能耗，而且使节能环保指标达到世界先进水平，从而延长我国的石化资源使用年限。宝鸡海浪锅炉设备有限公司就是鉴于这一市场潜力和商机，投入大量人力和资金，致力于节能环保锅炉的研究和开发。
按照传统的燃烧方式，煤在燃烧过程中将产生大量的煤渣及有害气体，如SO2、CO2 NOx和CHx化合物等，对环境和大气造成严重污染。煤燃烧释放出大量的CO2、SO2和NOx是污染大气和环境的主要危害物之一。为了实现SO2排放总量比“十五”末减少10％的发展目标，“十一五”期间，我国将有3亿千瓦燃煤机组需要烟气脱硫装置设施。预计“十一五”末，我国脱硫产业市场规模将达到600亿元。这还不包括脱硫装置运行和维修的成本费用。这些巨大的开支无疑增大了燃煤装置企业的经济压力，加大了这些企业的运营成本。因而，加速推广和使用本项目的高能无烟化燃烧和超导传热技术，可大大缓解节能、减排、降低企业运营成本等几方的矛盾，无疑深受到政府和企业的欢迎。
三、发明内容：
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种高效微排放燃煤热水锅炉，其安装无烟囱，排烟温度很低，热效率极高，升温极快，燃烧效率高，燃煤无烟，大气排放指标趋近于零排放，真正达到了少烧、少排、科学控制和环保节能的双重效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高效微排放燃煤热水锅炉，其特征在于：包括锅炉本体，锅炉本体一侧连有进煤器，锅炉本体另一侧与烟道高温余热回收系统连接，烟道高温余热回收系统与脱硫除尘系统连接。
上述锅炉本体包括燃烧室，燃烧室下方设置有链条炉排，燃烧室上方依次设置有作为炉胆的主胆和附胆，主胆和附胆连通，主胆上设置有进水口，附胆上设置有热水出口和排烟口，燃烧室内设置有与炉拱相连接的均火板。
上述主胆和附胆内设置有传热钢管，主胆内设置有一组传热钢管作为火道一，附胆内设置有两组传热钢管，分别作为火道二和火道三。
上述烟道高温余热回收系统包括与火道三连通的热风管和排烟管，热风管套在排烟管中，火道二上设有热进口。
上述均火板包括板体，板体上分布有相通的内孔和外孔，外孔孔径大于内孔孔径。
上述炉拱的长度为1000-5000mm，炉拱与燃烧室顶部距离为200-1500mm，与燃烧室底部距离为200-1500mm。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
从根本上改变了燃烧方式，由传统的直流燃烧改为循环燃烧。本技术从炉腔内部改造入手，将燃烧室一次性浇铸而成。锅炉通过一系列的物理和化学作用，使燃煤能够充分燃烧，改变炉腔内动力场，促进燃烧的热氧化，使可燃气体及固体颗粒物充分燃尽，大大提高了炉温，改善了火焰状态。高温循环燃烧使燃煤中的硫及粉尘充分燃烧殆尽，只剩下极少量的粉末状煤灰，彻底优化了燃烧工况，不生烟不冒烟。
2、燃煤的充分燃烧，极大地发挥了煤的热潜能，不仅可以达到15-30％的节能效果，而且对质量差异较大的燃煤也可作为燃料使用，使得我国目前难以处理的劣质煤得到充分利用。
3、高能无烟化燃烧技术从根本上实现了锅炉高效、洁净燃烧，有效地控制了烟尘和有害物对环境、对人类的危害，从根本上解决了世界上都异常重视并极力解决的燃煤锅炉的环保问题。
表1大气排放指标
| 项目 | 烟尘浓度 | 二氧化硫浓度 | 氮氧化物浓度 | 烟囱高度(m) |
| 海浪燃煤锅炉与国家标准规定比较下降(％) | 70 | 90 | 60 | 无 |
表2热功指标
| 项目 | 传统燃烧锅炉 | 海浪无烟燃烧锅炉 |
| 小时燃煤量(kg) | 160 | 下降25％ |
| 小时排烟量(M<sup>3</sup>) | 2500 | 下降90％ |
| 24小时/天燃烧排灰渣量(M<sup>3</sup>) | 0.3 | 下降30％ |
| 烟气排放温度(℃) | 180 | 下降70 |
| 炉渣含碳量(％) | 16 | 下降30％ |
四、附图说明：
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为炉胆结构及热传导方式示意图(图中箭头为热传输方向)；
图3为锅炉本体内部及热传导方式示意图(图中箭头为热传输方向)；
图4为烟道高温余热回收系统的结构示意图；
图5为图4的A向视图；
图6为均火板的结构示意图；
图7为炉拱的结构示意图；
图8为传热钢管的结构示意图。
图中，1-进煤器，2-锅炉本体，3-烟道高温余热回收系统，4-脱硫除尘系统，5-火道一，6-火道二，7-火道三，8-排烟口，9-进火口，10-传热钢管，11-链条式炉排，12-燃烧室，13-均火板，14-进水口，15-热水出口，16-外胆，17-炉拱，18-热风管，19-火道热进口，20-自然风进口，21-内孔，22-外孔，23-板体，24-炉拱与炉膛顶部距离，25-炉拱与炉膛底部距离，26-管封头，27-管长度断开线，28-管体，29-化学反应剂，30-火道排烟管。
五、具体实施方式：
参见图1，包括锅炉本体2，锅炉本体2一侧连有进煤器1，锅炉本体2另一侧与烟道高温余热回收系统3连接，烟道高温余热回收系统3与脱硫除尘系统4连接。参见图3，锅炉本体2包括燃烧室12，燃烧室12下方设置有链条式炉排11，燃烧室12上方依次设置有作为炉胆的主胆和附胆，主胆和附胆连通，主胆上设置有进水口14，附胆上设置有热水出口15和排烟口8，燃烧室12内设置有与炉拱17相连接的均火板13。参见图2，主胆和附胆内设置有传热钢管10，主胆内设置有一组传热钢管作为火道一5，附胆内设置有两组传热钢管，分别作为火道二6和火道三7。参见图8，传热钢管10为用普通钢管加工制成的新型高效传热钢管，传热钢管包括管体28，管体28长50-5000mm、φ10-300mm，管体28两端为管封头26，管体28内装有化学反应剂29。化学反应剂29由氧化镁3-100g、硼砂5-200g、高锰酸钾3-100g、氧化亚锰0.5-100g、重铬酸钾0.5-100g和水组成，化学反应剂4所占管体3的容积为管体3内容积的5％-30％。氧化镁、硼砂、高锰酸钾和氧化亚锰为水溶液，氧化镁、硼砂、高锰酸钾、氧化亚锰和重铬酸钾溶于水的重量比分别为0.5％、0.5％、0.2％、0.3％和0.3％。
参见图4和图5，烟道高温余热回收系统包括与火道三7连通的热风管18和排烟管30，热风管18套在排烟管30中，火道二6上设有热进口19。参见图6，均火板13为耐高温水泥铸件，高度为900-3000mm，厚度为100-350mm，包括板体，板体上分布有相通的内孔21和外孔22，内孔21Φ20-200mm，外孔22Φ50-500mm，外孔22孔径大于内孔21孔径。参见图7，炉拱17为耐高温水泥铸件，长度为1000-5000mm，炉拱17与燃烧室12顶部距离为200-1500mm，与燃烧室12底部距离为200-1500mm。
实际工作时，煤由进煤器1运入炉膛，在炉膛燃烧后的高温经炉膛顶部穿过均火板13并形成一定炉压，然后由进火口9进入火道一5，再依次进入火道二6、火道三7，热在火道运行中，通过传热钢管10将热量传递到装有水的外胆中，将外胆中的水加热，加热的水由排水口排出，输送给用户。余烟由火道三7通过排烟口8排出。烟排出的过程中，利用排出的余热，将套在排烟管30中的热风管18内的冷空气加热成热风，用引风机将热风引入炉膛助燃，比直接用冷空气助燃接高了热效率。同时通过其吸热又降低了排出温度。
高能无烟化燃烧锅炉通过一次性浇铸燃烧室和具有强化燃烧功能的炉芯板，实现物理和化学变化，从而激活磁场功能，运用吸附混合气体形成馈压、涡流燃烧的作用机理，使燃烧产生的烟尘及有害物质被高温吸附进行化合解析，实现连续燃烧；多方通风交叉给氧，实现锅炉馈压趋势下的燃烧，并形成涡流燃烧及环境的磁场效应，从而彻底改变了常规的燃烧形态，从传统的由下向上的燃烧方式变成由上向下的俯冲式涡流旋风燃烧状态。这种连续燃烧的形成过程，也就是从分散到集中的高热效应，能充分将炉内的可燃烧物燃尽，实现了一次性充分燃烧。经陕西省节能监测检查中心检测，锅炉热效率达88.4％，高出常规锅炉14.4个百分点。
微排放技术大幅度地减少对环境的污染
由于炉腔内燃料及各种化合物以及混合空气的充分燃烧，致使炉膛内温度高达1500℃以上，减少与控制了CHx化合物与NOx以及3.4苯笓恶性致癌物的生成排放；同时，由于高温燃烧和磁场作用，部分硫被解析为不饱和的碳水化合物而燃烧，大大地减少了SO2的生成排放危害，并控制了CO2热污染的排放。此项技术经陕西省节能检测中心和国家环保分析检测中心检测认定，锅炉本体热效率为88.4％，系统热效率为95％。与国家标准比较，SO2的排放浓度为下降了90％，烟尘浓度下降了70％，NOx浓度下降了60％，节约燃煤15-30％以上。属于世界首创的高效节能环保科技水平。从而实现了两高两少，即燃烧率高、热效率高、炉渣量少、烟气量少。同时通过排烟系统降温降湿，改变烟气流速、降低排放烟气温度、凝降烟尘、达到了洁净排放。
能够充分利用能源，对煤质适应性强
经特殊设计后的新型燃烧设备，对燃料的选择性较低，无论是大烟煤还是小烟煤，也无论是高硫煤还是低硫煤，均能做到充分完全燃烧，并可大大降低二氧化硫的生成和排放。
燃烧废渣极少
高效微排放燃煤锅炉炉腔内燃烧温度很高，煤的燃烧很充分，大大降低了废渣的排量，减少了环境污染。
节约能源
由于使用高能无烟化燃烧技术的燃烧温度高，使得燃煤在炉腔内得到充分燃烧，热效率达到88.4％以上，致使节约了大量的能源。经过我们实践检测，节能可达到15-30％。
用途广泛
高效微排放燃煤工业锅炉、生活锅炉，可广泛应用于需用热水的石油、化工冶炼、轻纺等各类工业企业，支饮、洗浴、娱乐业服务业，以及学校、部队、单位、居民小区等生活用热源供应。
主要技术特点和创新点和关键技术内容
由传统的直流燃烧改为气化循环燃烧，使燃烧机理更合理化；将燃烧室一次性浇铸而成，抗高温能力强。通过工艺设计改变了动力场，促进热氧化，提高炉温，高温循环燃烧使燃煤中的可燃气体、固体颗粒物、硫及粉尘充分燃烧殆尽，只剩下极少量的固态粉状煤灰。是一种特殊的燃烧技术。
原煤的充分燃烧，极大地发挥了煤的热潜能，使煤的可燃物都能转变成热能，节能效果非常明显，经检测节能达15-30％，使得我国目前难以处理的劣质煤包括大烟煤、小烟煤、高硫煤、低硫煤，均能充分完全燃烧，依然可以大大降低二氧化硫的生成和排放。
从根本上实现了锅炉高效、洁净燃烧。由于燃烧充分和特殊的结构，自身具备脱硫除尘的性能，有效地控制了烟尘和有害物对环境、对人类的危害，环保效果显著、大气污染物排放指标趋近于“0”排放：自身具备消烟、除尘、脱硫性能，无烟囱、不生烟、不冒烟，极大地减少烟尘、SO2和CO2的排放量，大气污染物排放指标远低于天燃气锅炉的国家标准，从根本上解决了环境保护和节能减排问题。为人类创造了洁净的生存环境。
首次将超导传热材料应用到锅炉的高温区。特殊工艺加工的超导传热材料，传热速率极快，是紫铜的500倍，节能省煤效果突出：彻底改变了传统的燃烧方式和传热方式，升温快、灰渣少，热效率高达88.4％，燃烧效率高达98.8％，比同等功率普通燃煤锅炉省煤最高可达30％，在达到同样供暖效果的前提下，运行费用是普通锅炉的15-30％，冬季采暖期120天每平方米燃煤成本为4-5元。
炉膛高温使得原煤中的硫(主要以2价的硫化物形式存在)氧化，由于锅炉燃烧温度高、燃烧充分，所以硫的氧化充分，多数能够转化形成6价的高价硫(如SO3)，只有少部分形成4价的硫(如SO2)。
在锅炉燃气湿法脱硫过程中，高价硫(SO3)与水反应生成硫酸(H2SO4)，硫酸的水溶性接近100％，所以可以被充分吸收，而4价硫(SO2)与水反应生成亚硫酸根或亚硫酸盐，溶解度远远低于硫酸盐，多数SO2因此不能有效吸收，而仍然残存在脱硫之后的锅炉尾气中。
正是由于锅炉优越的燃烧性能，使S元素充分氧化为高价硫，并在脱硫过程中形成高溶解性的硫酸盐，被充分吸收溶解，从而大大降低锅炉尾气中的S含量。
Claims (1)
1.一种高效微排放燃煤热水锅炉，其特征在于：包括锅炉本体(2)，锅炉本体(2)一侧连有进煤器(1)，锅炉本体(2)另一侧与烟道高温余热回收系统(3)连接，烟道高温余热回收系统(3)与脱硫除尘系统(4)连接；锅炉本体(2)包括燃烧室(12)，燃烧室(12)下方设置有链条式炉排，燃烧室(12)上方依次设置有作为炉胆的主胆和附胆，主胆和附胆连通，主胆上设置有进水口(14)，附胆上设置有热水出口(15)和排烟口(8)，燃烧室(12)内设置有与炉拱(17)相连接的均火板(13)；主胆和附胆内设置有传热钢管(10)，主胆内设置有一组传热钢管作为火道一(5)，附胆内设置有两组传热钢管，分别作为火道二(6)和火道三(7)；烟道高温余热回收系统(3)包括与火道三(7)连通的热风管(18)和排烟管(30)，热风管(18)套在排烟管(30)中，火道二(6)上设有热进口(19)；均火板(13)包括板体，板体上分布有相通的内孔(21)和外孔(22)，外孔(22)孔径大于内孔(21)孔径；炉拱(17)的长度为1000-5000mm，炉拱(17)与燃烧室(12)顶部距离为200-1500mm，与燃烧室(12)底部距离为200-1500mm。
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