CN201059547Y - 链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，属于热工设备，包括外壳、水冷壁、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，其前炉膛横截面的顶部呈形成旋流燃烧的拱形，前炉膛的侧壁配装有通向前炉膛的助燃风口，助燃风口与前炉膛顶部的拱形相切，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

链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，属于热工设备。

背景技术

目前，链条炉排式蒸汽锅炉，在国内得到大力推广且性能较先进的属于DZL型号的系列产品，结构包括外壳、水冷壁、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，总体布局牢固紧凑，有较高的传热系数，额定蒸发量从DZL0.5-DZL20，即每小时额定蒸发量0.5t/h-20t/h，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，设计压力为1.25MPa。

该锅炉产品在“锅”的设计时，为了提高传热效率，烟气在运行中采用锅筒内“烟管三回程式”结构，有较长的换热流程和密集的接触面积，由于烟气的必经之路“烟管”是分布在锅筒里边，并且锅筒里边除了上层是蒸汽之外其余全是水，所以烟气在流程中的温度会急聚下降，烟气中的焦油蒸汽会迅速冷凝析出，同时粘连大量灰尘，管子本来就很细，由若干根形成一组，所以很容易“堵塞”，造成整台设备排烟不畅，锅炉“烧正压”到处喷烟，即达不到额定的压力蒸汽输出，又会使燃烧部分严重缺氧，烟囱冒黑烟，并出现更加严重、快速的“堵塞”，燃料消耗也快速增加，锅炉房内黑烟弥漫，对环境污染严重。尽管为此设计了一种叫做“烟管刷子”的专用工具，定期停产停炉进行清理，但是因为管子大多太细又太长，冷却以后的焦油灰尘混合物很难清除干净，所以这种锅炉的运行过程，运行中存在很大的能源浪费，热效率低，污染环境严重。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，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。

本实用新型所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，包括外壳、水冷壁、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，其前炉膛横截面的顶部呈形成旋流燃烧的拱形，形成单旋流炉拱，前炉膛的侧壁配装有通向前炉膛的助燃风口，助燃风口与前炉膛顶部的拱形相切，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口。

最好将前炉膛分为上下相通的两部分，横截面呈R形，前炉膛侧壁沿R形的管脚设有通向上炉膛的助燃风道，燃烧更加充分，最好沿两只管脚均设有通向上炉膛的助燃风道。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。

沿R形的倾斜管脚增设通向下炉膛的助燃风道，进一步促进燃烧，最好沿两只管脚均设有通向下炉膛的助燃风道。

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，即两侧均设侧吹风道，上炉膛的横截面可以呈圆形或椭圆形等，炉膛也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。

本实用新型仅对蒸汽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DZL系列链排式蒸汽锅炉的结构即可，改进简单，利于被市场接受。燃煤装置部分和其它结构部分可分为配套的两体结构，分别制作配装。

在实际中，根据不同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。

本实用新型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，气流向顶部中间火道集中，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“单旋流燃烧区”，立即进入旋转状态，同时旋流助燃风经过左右两边的助燃烧风道，以这个圆的切线方向，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(1200-1450℃)，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31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蒸汽锅炉的加热。

本实用新型的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，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DZL型链条炉排式蒸汽锅炉结构示意图。

图2为结合运行原理的本实用新型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。

图中：1、观火孔  2、前炉膛  3、人孔门  4、风室  5、链条炉排  6、密封块(也称铁砖)  7、炉后拱  8、后炉膛  9、后辊筒  10、出灰口  11、后人孔  12、检修手孔  13、排污出口  14、检修手孔  15、烟气出口  16、冷水预热器  17、蒸汽出口  18、水冷壁  19、检修人孔  20、锅筒  21、压力表  22、烟箱  23、外壳24、炉前拱  25、煤斗  26、煤闸板  27、前辊筒  28、单旋流炉拱  29、上炉膛  30、高温湍流区  31、导流墙  32、二次助燃风口  33、燃烧气体出口  34、煤层  35、灰层  36、38、39、二次助燃风道  37、布风盒  40、下炉膛  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实用新型作进一步说明。

如图2、3所示，本实用新型所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，在图1所示的现有DZL型链条炉排式蒸汽锅炉基础上，除燃煤装置外，其它沿用原有结构，包括外壳23、水冷壁18、锅筒20和下部的燃煤装置，燃煤装置包括由煤斗、煤闸板组成的上煤装置、链条炉排5和炉拱，炉后拱7与链条炉排5之间构成后炉膛8，前炉膛横截面的顶部呈形成旋流燃烧的拱形，由单旋流炉拱28代替炉前拱，炉前拱与链条炉排5之间构成前炉膛，前炉膛的侧壁配装有通向前炉膛的助燃风口32，助燃风口32与前炉膛顶部的拱形相切，使前炉膛形成旋流炉膛，炉后拱的前端设有向上的导流墙31，导流墙31的顶部向燃烧热气体出口33一侧倾斜，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口33。

如图4所示，前炉膛分为上下相通的两部分，横截面呈R形，或已近似Ω形，前炉膛侧壁沿R形的两管脚设有通向上炉膛29的助燃风口32或风道36，前炉膛侧壁沿R形的管脚还设有通向下炉膛40的助燃风道38、39。

工作过程：

在从风室4进入的助燃空气的作用下，链条炉排5上的煤层34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，并受前炉膛上边两斜肩的导向，气流向顶部中间火道集中，压缩而流速增加，由于两斜肩不等长，左边的短，右边的长，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往左边偏向，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29，也可称为“单旋流燃烧区”，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口32或风道39、36、38，以这个圆的切线方向，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1200-1450℃，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31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蒸汽锅炉的加热。

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“单旋流燃烧区”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，可是在本实用新型中就不是这样。

在本实用新型的燃烧模式里，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，所以本实用新型的完美组合，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。

本实用新型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 (7)

1.一种链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，包括外壳、水冷壁、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，其特征在于前炉膛横截面的顶部呈形成旋流燃烧的拱形，前炉膛的侧壁配装有通向前炉膛的助燃风口，助燃风口与前炉膛顶部的拱形相切，前炉膛的后部连通燃烧热气体出口。

2.根据权利要求1所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，其特征在于前炉膛分为上下相通的两部分，横截面呈R形，前炉膛侧壁沿R形的管脚设有通向上炉膛的助燃风道。

3.根据权利要求2所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，其特征在于前炉膛侧壁沿R形的两只管脚均设有通向上炉膛的助燃风道。

4.根据权利要求2所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，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。

5.根据权利要求2所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，其特征在于前炉膛侧壁沿R形的两只管脚均设有通向下炉膛的助燃风道。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，其特征在于炉后拱的前端设有向上的导流墙。

7.根据权利要求6所述的链条炉排式单旋流纯无烟蒸汽锅炉，其特征在于导流墙的顶部向燃烧热气体出口侧倾斜。

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