CN201059614Y - 文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，属于热工设备，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。

Description

文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，属于工业热工设备。

背景技术

目前，立式手烧热水锅炉在人们的日常生活中已经普遍使用，国家标准有CLSG、LSG型等，热功率在0.07MW-1.4MW之间，形成若干不同功率的系列产品，其他传统型号的热水锅炉也都基本上采用这种结构模式，主要包括夹层外壳、锅炉管组、吸热炉管和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，燃烧部分采用的是一种叫做“上翻下烧式”的形式，也叫双层燃烧技术，也有一些是采用单层炉排燃烧式的。

这些锅炉功率虽小但市场容量却很大，用户很多，在实际运行中都是浓烟滚滚，即不节能，又严重污染环境，热效率也很低，根本不适合目前节能环保社会的需要。

图1所示的是立式手烧热水锅炉的结构示意图，燃烧时，首先是上煤层燃烧，然后是下煤层燃烧，运行中加煤的顺序也是这样“先上后下”，上煤层燃烧产生的大量“挥发份”烟气向下穿过吸热炉管，到达下炉膛的上部和下煤层产生的烟气混合，气流向上运行，设计意愿是：只从上边加煤，不给下边加煤，上面燃烧落下的余烬(焦碳碎沫)作为下炉膛的燃料，因为这些碎焦碳已经经过干馏没有了“挥发份”，所以下面的燃烧是光有火没有烟，用这股比较干净的火去烧从上面翻下来的“挥发份烟气”，实现烟气的二次燃烧，运行中的操作机制是：上炉门开，下炉门关，出灰门半开，认为这样就可以无烟燃烧了。

事实上，这种结构的锅炉在运行中，个个都大冒黑烟和原始的单层炉排锅炉的效果进行对比没有什么两样，那么问题的根源在哪里呢？

锅炉在运行中，上炉排漏下的“余烬”数量很少，是些碎焦碳沫，下炉排根本不能连续可靠的燃烧，又加上碎煤的透气性不好，光靠上炉膛那么点燃烧功率根本不能正常输出需要的热能，所以操作工人就上边加煤，下边也同时加煤，这样上下同时放大火，成为了真正的“双层燃烧”。可见设计效果和实践效果完全不能吻合，并且相差太远，并且操作起来要“勤加煤，少加煤”，出渣时还要“先钩上，后钩下”，炉门还要“上门开，中门微开，下炉门微开或者半开，有时还要全开”，运行中还要根据上面和下面的煤量不同，再进行各个炉门开启程度的调整等等，操作起来非常麻烦，极少数“智商高，干活勤快”的操作工，达到最佳操作状态时，也只能是烟囱的黑烟稍小点，但是也不能从根本上消除烟的存在，只能是有点效果而已。

为什么会这样呢？我们知道，燃料燃烧完全必须具备四大要素：①必须的温度；②足够的空气量；③良好的混合；④充分的燃烧时间。

而在该锅炉中：

①首先没有必须的温度：不管是上炉膛还是下炉膛，都是在水的冷却状态下进行燃烧，整个锅筒里和上层炉排里面都通有冷水，虽然传热效果好了，但是对燃烧条件却极为不利，顾此而失彼，固定碳本身和挥发份产生的浓浓烟气没有必须的温度(800-1000℃以上)，是绝对不会达到完全燃烧的，所以要冒黑烟，烟煤中宝贵的燃料“挥发份”占30-35％比数，都变成有毒气体和黑烟排到大气层中去了，既浪费了能源，又污染了环境。

②没有足够的空气量：

这种锅炉结构仍然是原始的手烧式固定炉排的层燃模式，间歇性加煤同时伴随的燃烧周期和加煤周期性的缺氧现象丝毫没有改变，所不同的只是加了一层变成两层固定炉排而已，所以缺氧导致冒黑烟。

③没有良好的混合：混合烟气直接进入到锅炉管里面去进行热交换，不但不会燃烧，反而高浓度的烟气会急聚冷却，其中的焦油蒸汽和一些细小的蒸发起来的碳粒以及一些其它成份，立刻析出“凝结成体积较大的碳链体”，粘在锅炉管上越积越厚，严重影响热交换效率，另一部分则经过烟道去堵塞锅炉尾部的附机和排到空中污染大气层。所以这种结构尽管设计时计算有足够的热交换面积，但是实际运行中的热效率却很低。

④没有充分的燃烧时间：燃烧中所产生的高浓度挥发物在锅炉里边一直是跑直道，并且边走边冷却，没有足够的时间，更没有温度，所以肯定要冒黑烟。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。

本实用新型所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其特征在于燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。

本实用新型中：

二次燃烧炉膛的炉膛壁与高温烟气出口间呈斜面连接，整体形成散射圆锥状，防止死角，文丘里管效应更加显著。

在高温烟气出口处也设二次助燃风口，加强助燃和搅动作用，促进漩流燃烧。

为了获得良好的燃烧气体的旋转效果，二次助燃风口最好对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向。

将高温气体出口设计为收缩口，可获得更好的文丘里管效应。

根据规模大小情况不等，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上可分布多个，2-10个适宜，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上；同理，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上也可以分布多层，2-6层适宜。

还可以在燃烧炉膛的炉膛壁上增设周围分布的一次助燃风辅助风口，促进燃烧，可以分布2-10个一次助燃风辅助风口，可以分布在同一个横截面上，也可以分散在不同的横截面上。

环形布风盒，在燃烧装置的“腰间”形成“环形风道”，所有的二次助燃风都由“环形风道”提供风源，风的压力由配装的风机提供，风机可连接三相交流电源，也可通过变频器实现变频调速，完成风量调节。

工作原理：

文丘里管也叫文氏管，在除尘器、气体、液体的流量计量“射流控制系统”及各种仪器仪表中用于计量物理参数的取样，是组成传感器的重要组成部分，有空气动力“背风面吸附效应”，我们正是利用文丘里管的“空气动力学效应”(也称“文丘里管效应”)设计了本实用新型文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉。

正是由于文丘里管效应的“背风面吸附效应”，使得从高温烟气出口冲上来的高浓度烟气，紧贴在二次燃烧火膛的圆形内壁上，形成一个中间空心状的气流分布，然而这种气流分布正好受到以切线方向高速射入这个圆形分布的二次助燃风的“扰动”，使这个气流团迅速旋转起来，产生猛烈地氧化燃烧，伴随着剧烈地可燃性气体和氧气的强烈搅拌和燃烧，“挥发份”的化学内能被释放出来变成热能被利用，即消除了烟气，又获得了热能，在这种燃烧体制中，二次燃烧火膛中的温度会迅速升高到1000度以上，这就为更加彻底的燃烧创造了极好的条件。由于高温气流是螺旋形行走路线，又加上二次火膛里面高的温度，又有耐火衬里的保温作用，驻留时间和温度都得到了保证。完全燃烧的四大要素：①必须的温度；②足够的助燃氧气；③良好的搅拌和混合；④足够的驻留时间。在这种燃烧机制中，体现得恰到好处，完美无缺，这个区域成为具有很高温度的强氧化“过滤网”，所有的可燃物全部燃尽，干净、无色、无味、透明的洁净气体，最后靠高速气流的惯性以旋转形式的气流分布从高温气体出口喷射出去，进入热气体腔，加热吸热炉管和锅炉管组。燃烧充分，热效率高。这股旋转的高温气流同时也强化了和锅炉管组及吸热炉管的传热效果，更加提高了热效率。

在二次燃烧火膛的耐火炉衬中加入不锈钢耐热纤维，既加强炉衬的高温强度，又可调整内衬材料的导热系数，既可保持这个区域的可靠燃烧温度，又保证传热效率，二者兼得。

本实用新型文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，很好地解决了燃煤黑烟排放问题，实现了燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，节煤率达30％，林格曼黑度为0，用肉眼根本观察不到，没有任何烟尘排出，达到纯无烟的运行效果，并且完全不用任何除尘装置，无黑烟排放，保护了环境。

附图说明

图1、现有立式热水锅炉结构示意图。

图2、文丘里管的结构及空气动力原理图。

图3、本实用新型实施例1结合燃烧装置燃烧运行工况示意图。

图4、本实用新型实施例1的两体结构示意图。

图5、二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图6、本实用新型实施例2二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。

图中：a、出灰门(也是风道)  b、炉排  c、下煤层  d、下炉门  e、下炉膛  f、上炉排(充水管式的，也称吸热炉管)  g、上煤层  h、上炉门  I、上炉膛  j、吸热炉管  k、锅炉管组  l、热水出口  m、烟气出口  n、热水  o、耐火烧注料(包括向下延伸的垂直挡火墙)  p、烟气行走路线  q、冷水  r、冷水进口  s、灰室  a、入口段  b、c、收缩段  d、圆柱状喉口  e、散射圆锥体  f、低压区  g、气流  1、炉排  2、燃煤  3、加煤炉门  4、耐火炉衬  5、金属外壳  6、保温材料  7、环形布风盒  8、高温烟气  9、二次助燃风道  10、二次燃烧炉膛  11、高温气体出口  12、高温气体  13、观察孔  14、热气体腔  15、吸热炉管  16、锅炉管组  17、夹套外壳19、燃烧炉膛  20、一次助燃风辅助风口  21、出灰门  22、风道  F1、一次助燃风  F2、二次助燃风  B1、B2、风机  P1、P2、P3、P4气流盲区。

具体实施方式

结合上述实施例附图对本实用新型作进一步说明。

图2所示的是文丘里管的结构及空气动力原理。

从文丘里管的入口处注入一定压力和一定流速的气流，气流从入口段a，经过收缩段b、c被逐渐压缩，当到达圆柱状喉部d处时密度最大，流速也达到最大，然后气流g不是以圆柱形经过喉口向上喷射，而是以圆锥形式紧贴散射圆锥体e的内腔壁，以空心喇叭形向上扩散和喷射，这就是文丘里管的空气动力“背风面吸附效应”。这种现象是怎么形成的呢？这是因为气流经过圆柱状喉部d时被压缩和加速，刚开始的那一瞬间是以圆柱形向上喷射，可是就是因为这股气流的加速后喷射，在喇叭形的背风面上被抽成低压区，气流贴向背风面变成喇叭形，喷射的气流中心形成了低压区f，并且趋向于“真空”，这就是文丘里管的空气动力学效应，简称“文丘里管效应”。

图3、图5所示的是本实用新型实施例1结构及燃烧原理。

图3所示的是本实用新型所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉的实施例1，包括上部的夹层外壳17、下部的燃烧装置金属外壳5、锅炉管组16和燃烧装置，锅炉管组16置于燃烧装置上方的热气体腔14内，燃烧装置的燃烧炉膛19下方为炉排1，炉排1的下方为灰室，与燃烧炉膛19对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门21，灰室配有一次助燃风口，燃烧炉膛19的炉膛壁上周围也分布有一次助燃风辅助风口20，由风道22提供助燃风，燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口18，高温烟气出口18的上方设有二次燃烧炉膛10，二次燃烧炉膛10的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛10上设有二次助燃风口，由二次助燃风道9提供助燃风，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，二次燃烧炉膛10的炉膛壁与高温烟气出口18间呈斜面连接，二次燃烧炉膛10的顶部设有高温气体出口11，高温气体出口11为收缩口，高温气体出口11连通热气体腔1，高温烟气出口18处也设有同样结构的二次助燃风口，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒7上。

如图4所示，本实用新型可以是两体结构，上炉体和下炉体可分成两个单元单独制作，制作安装方便，方便更换维修，上炉体包括高温烟气出口以上的部分，上炉体下面的部分为下炉体，在上下炉体上分别设置连接法兰，通过法兰连接组装而成。组装时在上下两炉体之间的平面上，放置“硅酸铝针刺毯”作为垫子，进行密封，然后用螺栓将上下法兰拧紧固定即可。

实践中，可直接使用上文叙述的国家劳动部颁布的CLSG、LSG型系列产品的定型图纸、制造工艺和检验标准。原封不动，只是把下炉门、中炉门去掉，直接焊接锅筒，去掉上炉膛、上炉膛的耐火材料及挡火墙，保留原来的上炉门作为检查孔之用，调整一下炉排、灰室和炉门，制作成上下炉体两部分，方便实施。二次燃烧炉膛的炉衬用高温耐火浇注料，添加适量不锈钢耐热纤维，增加强度。上炉体施工时用簿铁板根据实际形状和尺寸做成浇注用内置模具，二次助燃旋流风道用耐热钢焊接而成，上炉体和下炉体的助燃风道要严格对齐，以保证下炉体的助燃风顺畅地通到上面去。放入搅拌好的浇注料用插入式振动棒振实，并注意保温和养护。

工作过程：

从燃烧炉膛19冲上来的高温烟气，在二次助燃风的助燃、扰动作用下，在二次燃烧炉膛10内形成旋转，漩流燃烧，在高温下对烟气进行加氧搅拌混合，从而将烟气中的可燃成份完全彻底地烧尽，能彻底达到“纯无烟”的运行效果。

图6所示的是本实用新型实施例2中二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理，二次助燃风口垂直圆形横截面的二次燃烧炉膛，此时会有P1、P2、P3、P4气流盲区，燃烧效果较次一些。

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。

Claims (9)

1.一种文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，包括外壳、锅炉管组和燃烧装置，锅炉管组置于燃烧装置上方的热气体腔内，燃烧装置的燃烧炉膛下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其特征在于燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。

2.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次燃烧炉膛的炉膛壁与高温烟气出口间呈斜面连接。

3.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于高温烟气出口处设有二次助燃风口。

4.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向。

5.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于高温气体出口为收缩口。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上分布有2-10个，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上。

7.根据权利要求6所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上分布有2-6层。

8.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁上周围分布有一次助燃风辅助风口。

9.根据权利要求7所述的文丘里管效应式纯无烟立式热水锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁周围分布有2-10个一次助燃风辅助风口。

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