專利名稱：水管型鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如直流鍋爐、自然循環(huán)水管型鍋爐和強制循環(huán)水管型鍋爐之類的水管型鍋爐。
水管型鍋爐是一種爐體由水管構(gòu)成的鍋爐。例如，此類水管型鍋爐的爐體結(jié)構(gòu)為許多水管排列成一個環(huán)形。在這種水管型鍋爐中，由環(huán)形水管陣列圍成的筒形空間用作燃燒室。在此類水管型鍋爐中，燃燒室內(nèi)的熱傳遞主要通過輻射進行，燃燒室的下游的熱傳遞主要通過對流進行。
近年來，還希望此類水管型鍋爐能進一步降低NOx和CO的生成量。目前，NOx的降低通過在已有的鍋爐爐體上安裝低氮氧化物燃燒器或廢氣再循環(huán)設(shè)備來實現(xiàn)。CO的降低通過調(diào)整燃燒設(shè)備的燃燒情況來實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個目的是用結(jié)構(gòu)簡單的水管型鍋爐來降低NOx的生成量，以及用結(jié)構(gòu)簡單的水管型鍋爐同時降低NOx和CO的生成量。
本發(fā)明已經(jīng)解決了上述問題，首先為了降低NOx，本發(fā)明提供了一種水管型鍋爐，其特征在于，許多水管排列在燃燒室中存在正在進行燃燒反應(yīng)的氣體的區(qū)域。這種水管型鍋爐的特征還在于在燃燒室中排列著許多水管，以使在與水管接觸后，燃燒反應(yīng)中氣體的溫度將降至1400℃以下；相鄰水管之間留有間隙以使燃燒反應(yīng)中的氣體流過；一部分水管緊密地靠在一起；這些水管之間的間隙寬度互不相同；這些水管排成兩個或多個陣列組成的環(huán)形；這些水管為斜管或彎管；以及排成環(huán)形的水管之外排列著熱量回收水管。
而且為了同時降低NOx和CO的生成量，本發(fā)明提供了一種水管型鍋爐，其特征在于這種水管型鍋爐包括第一水管陣列，通過在燃燒室中燃燒反應(yīng)中的氣體所在區(qū)域中排列成環(huán)形的許多水管構(gòu)成；第一水管陣列相鄰水管的間隙，用于使燃燒反應(yīng)中的氣體從該間隙流過；在第一水管陣列外圍所留的區(qū)域，用于使反應(yīng)持續(xù)進行。水管型鍋爐的特征還在于在燃燒室中排列著許多水管，以使在與水管接觸后燃燒反應(yīng)中氣體的溫度將降至1400℃以下；第一水管陣列是兩個或多個陣列組成的一個環(huán)形水管陣列；在第一水管陣列之外排列著許多熱量回收水管；部分熱量回收水管緊密地靠在一起；這些熱量回收水管中相鄰水管的間隙寬度互不相同；這些熱量回收水管構(gòu)成環(huán)形第二水管陣列；第二水管陣列是兩個或多個陣列組成的一個環(huán)形水管陣列；以及，第二水管陣列，包括一個內(nèi)陣列通口和一個外陣列通口，內(nèi)陣列通口位于第二水管陣列的內(nèi)陣列某處并使內(nèi)陣列的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，外陣列通口位于第二水管陣列的外陣列的某處并使外陣列圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，其中內(nèi)陣列通口和外陣列通口在第二水管陣列的圓周上互相錯開。
本發(fā)明的實施方案為多管型水管鍋爐。而且本發(fā)明的水管型鍋爐不僅用做蒸汽鍋爐或熱水鍋爐，而且還用做用于加熱熱介質(zhì)的熱介質(zhì)鍋爐。
首先，根據(jù)本發(fā)明降低NOx生成量的目的，本發(fā)明第一種情況的水管型鍋爐的特征在于，在燃燒室中燃燒反應(yīng)中的氣體所在的區(qū)域(在下文中稱作“燃燒反應(yīng)區(qū)”)中，許多水管排列成環(huán)形。燃燒室的部分或整個內(nèi)部空間用于燃燒反應(yīng)，燃燒反應(yīng)的空間一種情況由水管陣列形成，而另一種情況下由耐火材料所構(gòu)成的外壁形成。燃燒反應(yīng)中的氣體是指燃燒室內(nèi)燃燒反應(yīng)進行過程中的高溫氣體。燃燒反應(yīng)區(qū)優(yōu)選地指燃燒反應(yīng)中的氣體產(chǎn)生火焰的區(qū)域，或燃燒反應(yīng)氣體溫度高于900℃時，高溫燃燒反應(yīng)氣體所在的區(qū)域。此外所指的火焰是指劇烈燃燒反應(yīng)過程中，燃燒反應(yīng)中的氣體所發(fā)生的一種現(xiàn)象。此火焰在某些情況下可用肉眼看出或者與肉眼所看到的不同，或在其它情況下不能用肉眼看出。
因此，在本發(fā)明第一種情況的水管型鍋爐中，通過將許多水管排列在燃燒反應(yīng)區(qū)，燃燒反應(yīng)中的氣體由這些水管冷卻以降低溫度，從而抑制熱NOx的產(chǎn)生。如同Zeldovich原理中所解釋的那樣，原因在于燃燒反應(yīng)的溫度越高，熱NOx的生成速度越快因而其生成數(shù)量增多；也就是說，燃燒反應(yīng)的溫度越低，熱NOx的生成速度越慢因而其生成數(shù)量減少。特別是在燃燒反應(yīng)的溫度低于1400℃時，熱NOx的生成速度顯著下降。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一種情況，其中許多水管排列成環(huán)形，由于燃燒反應(yīng)中的氣體通過與各個水管的接觸進行熱傳遞，因而熱負荷大致均勻分布。此外，由于燃燒反應(yīng)中的氣體通過各個水管進行冷卻，因此，也可在環(huán)形水管陣列的整個圓周上大致均勻地降低NOx的生成量。
另外，在本發(fā)明的第一種情況中，其中許多水管排列成環(huán)形，這些水管可排列成圓形或橢圓形。此外，這些水管還可排成三角形、四邊形或多邊形。而且，由于要將這些水管排列成環(huán)形，水管可按這樣的方式進行排列連接各水管中心的連線形成凸棱和凹邊。
在本發(fā)明的第二種情況中，在燃燒室內(nèi)排列著許多水管，以使在與水管接觸后燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度將會降至1400℃以下。由于具有這種排列方式，燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度降低了，以使熱NOx的生成量減少，從而可降低水管型鍋爐的NOx的生成量。
在本發(fā)明的第三種情況中，在相鄰水管間留有間隙，以使燃燒反應(yīng)中的氣體從中流過。這些間隙中，每個間隙的寬度設(shè)置使得流過間隙的燃燒反應(yīng)氣體即使經(jīng)過水管冷卻仍會繼續(xù)進行燃燒反應(yīng)，此寬度最少需為1mm。
在本發(fā)明的第四種情況中，這些水管中的一部分緊密地靠在一起。由于具有這種排列方式，可對水管與燃燒反應(yīng)中的氣體間的接觸情況進行調(diào)整，從而調(diào)節(jié)傳熱量。
在本發(fā)明的第五種情況中，這些水管間的間隙寬度互不相同。即這些水管排列成環(huán)形而形成寬窄不同的間隙。由于具有這種排列方式，可對水管與燃燒反應(yīng)中的氣體間的接觸情況進行調(diào)整，從而調(diào)節(jié)傳熱量。
在本發(fā)明的第六種情況中，這些水管排列成由兩個或多個陣列組成的一個環(huán)形。由于這些水管具有這種排列方式，可以進一步增加水管與燃燒反應(yīng)中的氣體間的傳熱量，從而進一步降低燃燒反應(yīng)氣體的溫度，因而大大降低NOx的生成量。在這種情況下，優(yōu)選地采用以下排列方式外陣列的水管置于內(nèi)陣列相鄰水管之間。
在本發(fā)明的第七種情況中，這些水管為斜管或彎管。此外所指的斜管是指整個管身傾斜的水管，而彎管則是指管身包括彎段或曲段的水管。在這種情況下，當許多水管為斜管或彎管時，可使更多的燃燒反應(yīng)中的氣體與各個水管接觸，從而使燃燒反應(yīng)中的氣體得到充分有效的冷卻，因而可降低NOx生成量。另外，在本發(fā)明的第七種情況中，這些水管并不一定全為斜管或彎管，但這些水管中部分至少為斜管或彎管較為合適。彎管可有兩種情況，一種情況是彎管或有一彎段或有一曲段，而另一種情況是既有彎段又有曲段。而且彎管并不一定要有一個彎段或曲段。此外可能彎管的整個管身為曲管。
在本發(fā)明的第八種情況中，熱量回收水管位于排成環(huán)形的水管外圍。這些熱量回收水管對流過水管間隙的燃燒反應(yīng)中的氣體以及已完成燃燒反應(yīng)的氣體(在下文中，稱作“燃燒反應(yīng)后的氣體”)進一步進行熱量回收，以便提高水管型鍋爐的效率。
下面根據(jù)本發(fā)明同時降低NOx和CO生成量的目的，本發(fā)明第九種情況中的水管型鍋爐包括第一水管陣列，通過在燃燒室中存在燃燒反應(yīng)中的氣體的區(qū)域中(如同前面的情況一樣，下文中稱作“燃燒反應(yīng)區(qū)”)將許多水管排成環(huán)形構(gòu)成；第一水管陣列相鄰水管間的間隙，用于使燃燒反應(yīng)中的氣體從中流過。此處所指的燃燒室、燃燒反應(yīng)中的氣體以及燃燒反應(yīng)區(qū)與第一種情況中所述的意義相同，對于火焰也是如此。
在本發(fā)明的第九種情況中，通過將許多水管排列在燃燒反應(yīng)區(qū)，燃燒反應(yīng)中的氣體可由這些水管冷卻以降低溫度，從而抑制熱NOx的生成。在此過程中，燃燒反應(yīng)中的氣體流過水管之間的間隙，從而加強通過冷卻降低NOx的效果。原因如同Zeldovich原理中解釋的那樣，在第一種情況中已經(jīng)進行了說明。另外，在本發(fā)明的第九種情況中，在第一水管陣列的外圍留有一段區(qū)域(下文中稱作“燃燒反應(yīng)延伸區(qū)”)以使燃燒反應(yīng)持續(xù)進行。該燃燒反應(yīng)延伸區(qū)是指在第一水管陣列中所進行的燃燒反應(yīng)之后，燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物，如CO和HC以及燃料中未燃盡的成分可繼續(xù)進行燃燒反應(yīng)的區(qū)域。燃燒反應(yīng)中的氣體將通過間隙流入該燃燒反應(yīng)延伸區(qū)。由于殘留于燃燒反應(yīng)中的氣體里的CO在流入燃燒反應(yīng)延伸區(qū)時將被氧化成CO2，因此從水管型鍋爐中排出的CO排放量就會減少。因此，根據(jù)本發(fā)明的第九種情況，其中許多水管排列成環(huán)形，由于燃燒反應(yīng)中的氣體通過與各個水管的接觸進行熱傳遞，因而熱負荷大致是均勻的。而且，由于燃燒反應(yīng)中的氣體由各個水管進行冷卻，因此降低NOx的效果也可在第一水管陣列的整個圓周方向上大致均勻地實現(xiàn)。在這種情況下，這些水管的環(huán)形排列方式可為圓形、橢圓形、多邊形，如同第一種情況中所述的那樣，此外也可按下面的方式排列連接水管中心的連線形成凸棱和凹邊。
在本發(fā)明的第九種情況中，其中相鄰水管間留有間隙以使燃燒反應(yīng)中的氣體從中流過，這些間隙中每個間隙的寬度設(shè)置使得流過這些間隙的燃燒反應(yīng)中的氣體即使經(jīng)水管冷卻后仍會繼續(xù)進行燃燒反應(yīng)，此寬度最少為1mm。此外，并不需在每一相鄰水管之間均留有間隙，例如，這些水管可按如下方式排列使特定數(shù)目的水管緊密地靠在一起，而緊密地靠在一起的一組水管與另一組之間留有間隙。另外，間隙的寬度并不需全部相同，而這些水管可排列成環(huán)形而構(gòu)成寬窄不同的間隙。
在本發(fā)明的第十種情況中，如同本發(fā)明的第二種情況，可使水管型鍋爐的NOx生成量降低。
在本發(fā)明的第十一種情況中，第一水管陣列為兩個或多個陣列所組成的環(huán)形水管陣列。由于燃燒反應(yīng)中氣體的傳熱量可以增多，因而燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度可以進一步降低，從而使熱NOx的生成量大大降低。另外，通過將第一水管陣列排成由兩個或多個陣列所組成的一個環(huán)形水管陣列，可以提高水管型鍋爐的效率。在這種情況下，優(yōu)選地采用以下排列方式外陣列的水管置于內(nèi)陣列的相鄰水管之間。
在本發(fā)明的第十二種情況中，許多熱量回收水管排在第一水管陣列的外圍。在位于第一水管陣列之外的燃燒反應(yīng)延伸區(qū)中，由于繼續(xù)進行反應(yīng)，燃燒反應(yīng)中的氣體產(chǎn)生了熱量，這些反應(yīng)包括CO的氧化反應(yīng)以及燃燒反應(yīng)的中間產(chǎn)物和燃料的未燃盡成分的反應(yīng)。因此，通過熱量回收水管對燃燒反應(yīng)中的氣體及包括上述熱量的燃燒反應(yīng)后的氣體進行熱量回收。這樣，可通過熱量回收水管充分利用熱量，從而提高熱效率。
在本發(fā)明的第十三種情況中，這些熱量回收水管中部分水管緊密地靠在一起。由于具有這種排列方式，可對熱量回收水管與燃燒反應(yīng)中的氣體以及燃燒反應(yīng)后的氣體之間的接觸情況進行調(diào)整，從而調(diào)節(jié)傳熱量。
在本發(fā)明的第十四種情況中，這些熱量回收水管的相鄰熱量回收水管之間的間隙互不相同。即，這些熱量回收水管排成環(huán)形以具有寬度不同的間隙。由于具有這種排列方式，可對熱量回收水管與燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體之間的接觸情況進行調(diào)整，從而調(diào)節(jié)傳熱量。
在本發(fā)明的第十五種情況中，這些水管排成環(huán)形，構(gòu)成第二水管陣列。通過將第二水管陣列排成環(huán)形，熱量回收水管將會與燃燒反應(yīng)中的氣體以及燃燒反應(yīng)后的氣體大致均勻地接觸，從而使由這些氣體進行的熱傳遞可大致均勻地進行。
在本發(fā)明的第十六種情況中，第二水管陣列是由兩個或多個陣列組成的環(huán)形水管陣列。由于從燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體中所回收的熱量可進一步增多，因而可提高水管型鍋爐的效率。在這種情況下，優(yōu)選地采用以下排列方式外陣列的熱量回收水管置于內(nèi)陣列相鄰熱量回收水管之間。
在本發(fā)明的第十七種情況中，第二水管陣列為由兩個或多個陣列組成的環(huán)形水管陣列，其中第二水管陣列包括一個內(nèi)陣列通口和一個外陣列通口，內(nèi)陣列通口位于內(nèi)陣列某處并使內(nèi)陣列的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，外陣列通口位于外陣列某處并使外陣列的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，其中內(nèi)陣列通口和外陣列通口在第二水管陣列的圓周上互相錯開。對于這種結(jié)構(gòu)，由于可通過將燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體引至內(nèi)陣列和外陣列之間來進行熱量回收，可使熱傳遞的接觸面積增大，因而使第二水管陣列的接觸傳熱量增多。內(nèi)陣列通口和外陣列通口的數(shù)目并不限于一個，而可有多個通口。而且內(nèi)陣列通口和外陣列通口的個數(shù)可以互不相同。


圖1是本發(fā)明第一個實施方案豎直剖面的示意圖；圖2是沿圖1中II-II線的剖面的示意圖；圖3是本發(fā)明第二個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個環(huán)形排列實例；圖4是本發(fā)明第三個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個環(huán)形排列實例；圖5是本發(fā)明第四個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個環(huán)形排列實例；圖6是本發(fā)明第五個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個結(jié)構(gòu)實例；圖7是本發(fā)明第六個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個結(jié)構(gòu)實例；圖8是本發(fā)明第七個實施方案的示意圖，示意地示出水管的一個結(jié)構(gòu)實例；圖9是本發(fā)明第八個實施方案的示意圖，示意地示出熱量回收水管的一個排列實例；圖10是本發(fā)明第九個實施方案的示意圖，示意地示出熱量回收水管的一個排列實例；圖11是本發(fā)明第十個實施方案的示意圖，示意地示出熱量回收水管的一個排列實例。
在下文中，參照圖1和圖2對將本發(fā)明用于多管型直流式鍋爐的第一個實施方案進行說明。圖1是本發(fā)明第一個實施方案一個豎直剖面的示意圖，而圖2是沿圖1中II-II線剖開的一個剖面的示意圖。
在圖1和圖2中，爐體1包括一個頂蓋2和一個底蓋3，頂蓋2和底蓋3隔開一段規(guī)定的距離。外壁4位于頂蓋2及底蓋3的外圓周之間。
在頂蓋2和底蓋3之間，許多(在第一個實施方案中為10個)水管5排成一個環(huán)形。這些水管5組成第一環(huán)形水管陣列6。而且在頂蓋2和底蓋3之間，在外壁4的內(nèi)圓周附近，許多(在第一個實施方案中為30個)熱量回收水管7排列成一個環(huán)形，構(gòu)成環(huán)形第二水管陣列8。此第二水管陣列8和第一水管陣列6組成雙環(huán)形水管陣列。水管5和熱量回收水管7的兩端分別與頂蓋2和底蓋3相連。
鍋爐的燃燒室9由頂蓋2、底蓋3以及第二水管陣列8形成。在燃燒室9的頂端裝有燃燒設(shè)備10。燃燒設(shè)備10從頂蓋2內(nèi)(中間)插入燃燒室9，以使燃燒設(shè)備10的軸線11與第一水管陣列6的水管5大致平行。燃燒設(shè)備10為擴散燃燒型燃燒設(shè)備。
燃燒設(shè)備10在燃燒室9內(nèi)產(chǎn)生一個燃燒反應(yīng)中的氣體所在區(qū)域，即燃燒反應(yīng)區(qū)，而第一水管陣列6位于燃燒反應(yīng)區(qū)之外火焰所在的區(qū)域(下文中稱作“火焰區(qū)”)。第一水管陣列6位于燃燒反應(yīng)區(qū)，以便在與水管5接觸后燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度將會低于1400℃。另外，在第一水管陣列6中，在一個水管與另一個水管之間留有間隙12，以使燃燒反應(yīng)中的氣體流過。
在第一水管陣列6和第二水管陣列8之間，有一個中間產(chǎn)物如CO和HC以及燃料的未燃盡成分繼續(xù)進行燃燒反應(yīng)的區(qū)域13(以下稱作“燃燒反應(yīng)延伸區(qū)”)。在此燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13內(nèi)，沒有水管5之類的吸熱部件。
在第二水管陣列8中，相鄰熱量回收水管之間的間隙14(下文中稱作“第二間隙”)狹窄，通常設(shè)為1-4mm。另外，在第二水管陣列8的圓周外側(cè)，每根熱量回收水管7都帶有導(dǎo)熱片15。
此外，外壁4開有一個廢氣出口16。該廢氣出口16與外壁4和第二水管陣列8之間的環(huán)形廢氣流路17相通。
在以上結(jié)構(gòu)的直流式鍋爐中，當啟動燃燒設(shè)備10時，燃燒室9中產(chǎn)生燃燒反應(yīng)氣體。在該燃燒反應(yīng)氣體進行燃燒反應(yīng)的初始階段，燃料發(fā)生分解，然后分解后的燃料與氧氣劇烈反應(yīng)。在隨后階段中，以上反應(yīng)中所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物如CO和HC進行進一步反應(yīng)，然后完成燃燒反應(yīng)的燃燒反應(yīng)后的氣體，做為廢氣從爐體1中排出。在燃燒反應(yīng)劇烈進行的區(qū)域通常產(chǎn)生火焰。
當燃燒反應(yīng)中的氣體向底蓋3擴散時，該氣體差不多沿第一水管陣列6的軸線流過其中部，從而穿過間隙12流入燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13。因而，如圖1所示，當燃燒反應(yīng)中的氣體流過時，在第一水管陣列6以外產(chǎn)生火焰。這意味著水管5處于燃燒反應(yīng)區(qū)中的火焰區(qū)內(nèi)。因此，當流過間隙12時，產(chǎn)生火焰的燃燒反應(yīng)中的氣體與水管5中被加熱的液體進行熱交換。通過這種熱交換，產(chǎn)生火焰的燃燒反應(yīng)中的氣體得到迅速冷卻，從而抑制熱NOx的生成。在這種情況下，由于第一水管陣列6為環(huán)形水管陣列，因此產(chǎn)生火焰的燃燒反應(yīng)中的氣體與各個水管5均勻地接觸，從而使水管5上的熱負荷大致均勻。此外，由于該燃燒反應(yīng)中的氣體通過與水管5大致均勻的接觸得到冷卻，各個水管降低NOx的作用也大致相同。此外，該燃燒反應(yīng)氣體中產(chǎn)生的火焰因此也會變小。
然后，穿過間隙12的燃燒反應(yīng)中的氣體，在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13內(nèi)向第二水管陣列8流動。燃燒反應(yīng)中的氣體直到到達第二水管陣列8時，才會與進行熱交換的部件如水管5接觸，因而燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度幾乎不會降低。因此，燃燒反應(yīng)中的氣體流過燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13時繼續(xù)進行燃燒反應(yīng)，并使CO生成CO2的氧化反應(yīng)加速。在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13內(nèi)，除去上述氧化反應(yīng)之外，還存在中間產(chǎn)物及燃料未燃盡的成分等的氧化反應(yīng)。
因而燃燒反應(yīng)中氣體在到達第二水管陣列8之前變成已完成燃燒反應(yīng)的高溫氣體，然后燃燒反應(yīng)中的氣體流過第二間隙14，流入廢氣流路17。當燃燒反應(yīng)中的氣體流過第二間隙14時，利用導(dǎo)熱片15可將更多的熱量傳遞到熱量回收水管7內(nèi)被加熱的液體中。穿過第二間隙14流入廢氣流路17的燃燒反應(yīng)后的氣體，在將熱量從第二水管陣列8的外側(cè)傳遞到熱量回收水管7內(nèi)被加熱的液體后，作為廢氣從廢氣出口16排出鍋爐。在這種情況下，由于第二水管陣列8是包括許多熱量回收水管7的一個環(huán)形水管陣列，因而燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體大致均勻地與各個熱量回收水管7接觸，從而在整個第二水管陣列8上實現(xiàn)了對燃燒反應(yīng)中的氣體和燃燒反應(yīng)后的氣體的熱量回收。因此，第二水管陣列8中熱量回收水管7上的熱負荷也大致相同。
在以上敘述中，燃燒反應(yīng)中的氣體沿第一水管陣列6的徑向流動。下面，集中說明燃燒反應(yīng)中氣體沿第一水管陣列6軸向的流動情況。由于如上所述，在向底蓋3擴散時，燃燒反應(yīng)中的氣體大致沿第一水管陣列6的軸線方向流過其中部，因此越向下游，因熱量向水管5傳遞而使燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度下降越多。這樣，熱NOx的生成就受到抑制。此外，由于第一個實施方案為直流式鍋爐，被加熱的氣體從底蓋3中進入水管5然后進入熱量回收水管7，在水管5和熱量回收水管7中上升的同時被加熱，然后從頂蓋2以蒸汽的形式放出。
下面將更詳細地介紹第一個實施方案的直流式鍋爐。第一個實施方案是每小時蒸汽量為500-4000kg的直流式鍋爐的一個實例。在第一個實施方案的直流式鍋爐中，水管5的外徑B約為60mm。盡管直流式鍋爐一般使用外徑B約為25-80mm的水管5，水管型鍋爐總體上大致使用外徑B約為20-100mm的水管5。另外在此第一個實施方案中，如前所述將許多水管5排成環(huán)形時，節(jié)圓的直徑D約為344mm。該直徑D最小需為100mm。因為直徑D越小，第一水管陣列6的圓周內(nèi)側(cè)的空間就會越小，因而很難持續(xù)進行穩(wěn)定的燃燒反應(yīng)。另一方面，直徑D越大，第一水管陣列6的圓周內(nèi)側(cè)的空間就會越大，因而更加可能在此空間內(nèi)產(chǎn)生高溫區(qū)，促進熱NOx的生成。因此，考慮到這點，直徑D有確定的上限。而且直徑D的上限根據(jù)鍋爐所需的蒸汽量來確定。例如，對于蒸汽量為4000kg/hr的水管型鍋爐，直徑D的上限是1000mm。
另外在該第一個實施方案中，第一水管陣列6中相鄰兩水管5的中心距A約為106mm，而水管5的中心距A與外徑B的比值，A/B，為1.8。因此，如在該第一個實施方案中水管5之間留有間隙12的情況下，間隙12的寬度C的設(shè)定值要使燃燒反應(yīng)不會被經(jīng)過水管5冷卻的燃燒反應(yīng)氣體所中止。這種情況下，間隙12的寬度C至少需為1mm。相應(yīng)地，如果相鄰水管5之間留有間隙12，上述比值A(chǔ)/B要保證1＜A/B≤2。此比值A(chǔ)/B可根據(jù)所需NOx量的降低程度而改變。據(jù)此，在第一個實施方案中，間隙12的寬度C等于中心距A與外徑B的差值，約為46mm。
此外，該第一個實施方案中的燃燒設(shè)備10的空氣比定為1.3，這時燃燒反應(yīng)中的氣體最高溫度約為1700℃。通常，水管型鍋爐的燃燒設(shè)備在空氣比定在1.1-1.3范圍內(nèi)時進行燃燒，這種情況下，空氣比在1.1-1.2范圍內(nèi)時燃燒反應(yīng)中的氣體最高溫度約為1800℃。而空氣比在1.2-1.3范圍內(nèi)時約為1700℃。
通過按上述方式合理設(shè)置水管5的中心距A、外徑B等，燃燒反應(yīng)中的氣體穿過間隙12后經(jīng)水管5冷卻，溫度降至1100℃左右。此溫度低于使熱NOx的生成量大大減少的溫度(約為1400℃)。這就可能實現(xiàn)一種低NOx排放量的直流式鍋爐。此外，第一個實施方案的直流式鍋爐得到的NOx排出量換算成含氧百分比約為30ppm。另外，此溫度高于使由CO生成CO2的氧化反應(yīng)劇烈進行的溫度(約為800℃)。這使燃燒反應(yīng)中的氣體通過燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13內(nèi)部時，由CO生成CO2的氧化反應(yīng)得以劇烈進行，從而就能實現(xiàn)一種低CO排放量的直流式鍋爐。
如上所述，在本發(fā)明第一個實施方案的直流式鍋爐中，從第一水管陣列6的間隙12流出的燃燒反應(yīng)中的氣體溫度控制在1100℃左右。然而，根據(jù)NOx和CO所需的降低程度，此溫度控制在800-1400℃范圍以內(nèi)。就此而論，根據(jù)降低NOx的要求，從間隙12流出的燃燒反應(yīng)氣體的溫度越低越好，而根據(jù)降低CO的要求則越高越好。從這點看，該溫度最好設(shè)定在900-1300℃范圍以內(nèi)。
另外，在該第一個實施方案中，第一水管陣列6和第二水管陣列8之間的徑向間距E設(shè)置為燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13的寬度。間距E約為84mm，是外徑B的1.4倍。這樣設(shè)定間距E后，可將燃燒反應(yīng)中的氣體在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13中的滯留時間調(diào)至47毫秒左右。這種情況下，CO的排放量約為15ppm。即，為保證上述氧化反應(yīng)的進行，需將燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度保持在某個溫度(約為800℃)以上，而同時需將該溫度保持某一段反應(yīng)時間。燃燒反應(yīng)中的氣體溫度越高所需的反應(yīng)時間越短，而燃燒反應(yīng)中的氣體溫度越低所需的反應(yīng)時間則越長。因此，間距E的設(shè)定值可根據(jù)從間隙12流出的燃燒反應(yīng)中的氣體溫度的不同而改變，燃燒反應(yīng)中的氣體在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13內(nèi)的滯留時間也可據(jù)此調(diào)整。此外，間距E還根據(jù)間隙12的個數(shù)及寬度C的不同而改變。滯留時間的下限在1-10毫秒的范圍內(nèi)選定。因此，間距E的下限約為外徑B的0.5倍。另外，盡管根據(jù)降低CO的要求，滯留時間的設(shè)定值越大越好，但滯留時間要根據(jù)所需降低CO的程度和鍋爐尺寸縮減程度確定。這種情況下，間距E的上限最好為外徑B的6倍。
在上述第一個實施方案中，在燃燒室9內(nèi)的燃燒反應(yīng)區(qū)中，許多水管5大致排成環(huán)形而且間距大致相同。然而，該第一個實施方案中的水管5的排列方式并不限于該排列方式，而可排成圖3-5所示的環(huán)形排列方式。此處應(yīng)指出，在下面對各實施方案的描述中，與第一個實施方案中相似的組件用同樣的參考數(shù)字標出，其詳述均略去。此外，在圖3-5中，只示出了第一水管陣列6，圖示中其它結(jié)構(gòu)均已略去。
首先見圖3所示的第二個實施方案的直流式鍋爐，許多水管5按以下方式排成一個環(huán)形相鄰水管5各中心之間的連線(圖3中的點劃線)上凸棱和凹邊交錯相連。在該第二個實施方案中，水管5的排列方式中，每根水管與相鄰水管5在第一水管陣列6的徑向上互相錯開。由于具有這種排列方式，與水管5排成圓形的情況相比，水管5的根數(shù)增大了。在該第二個實施方案中，中心距A與外徑B的比值，A/B，設(shè)定為1.2。盡管在該第二個實施方案中，水管5參差交錯從而向里或向外交替錯開，它們也可以排成每幾根水管交替錯開的形式，根據(jù)實施方案情況而定。
下面參見圖4所示的第三個實施方案的直流式鍋爐，其中許多水管5排成圓環(huán)形，這些水管排成幾個水管緊密地靠在一起的形式。在該第三個實施方案中，這些水管5分成幾組18，每組包括指定數(shù)目(圖4中為3個)的水管，而多個(圖4中為5個)組18組成第一水管陣列6。而且在每組18中，各水管5毫無間隙地緊密地靠在一起。相應(yīng)的，在每組18內(nèi)，前述比值A(chǔ)/B為1。此外，各組之間留有間隙12。具有間隙12的相鄰水管5之間的中心距A與外徑B的比值，A/B為2.0。因此，在該第三實施方案中，比值A(chǔ)/B在1≤A/B≤2的范圍以內(nèi)。這樣，如果水管5中部分水管緊密地靠在一起，則可調(diào)整第一水管陣列6中的間隙12的數(shù)目，而對各組18之間間隙12的寬度C也可進行調(diào)整。因此，根據(jù)燃燒設(shè)備10的特性，控制燃燒反應(yīng)中的氣體從第一水管陣列6內(nèi)側(cè)流到間隙12的流動情況，就可以調(diào)整第一水管陣列6與燃燒反應(yīng)中的氣體保持接觸的接觸時間，繼而調(diào)整水管5吸收的熱量及流過間隙12后燃燒反應(yīng)中的氣體的溫度。盡管在該第三個實施方案中，每組18中的水管數(shù)相同，但根據(jù)實施方案的情況各組18中水管5的數(shù)目不同也是優(yōu)選的。
下面，如圖5所示，本發(fā)明第四個實施方案的直流式鍋爐是將許多水管5排成多個環(huán)形陣列的一個實例，具體地在該第四個實施方案中排成兩個環(huán)形陣列。在該第四個實施方案中，水管5的中心距A按以下方法設(shè)定。首先對于內(nèi)陣列的水管5，該陣列中相鄰水管5之間的中心距A與外徑B的比值，A/B，設(shè)為1.3。對于外陣列的水管5，與內(nèi)陣列的對應(yīng)水管5相鄰的水管5的中心距A與外徑B的比值，A/B，設(shè)為1.3。此外，在該第四個實施方案中，外陣列的水管5置于與其相鄰的內(nèi)陣列的兩個水管5之間。因此，第一水管陣列6的許多水管5沿圓周交錯排列。水管5的這種排列方式可增加從燃燒反應(yīng)中的氣體吸收的熱量，以使燃燒反應(yīng)中的氣體得到充分冷卻?；厥諢崃窟@樣大的增加可容許使用大容量的燃燒設(shè)備10。此處應(yīng)指出，盡管在該第四個實施方案中，這些水管5被排成兩個環(huán)形陣列，但根據(jù)實施方案的情況將水管5排成三個或更多個陣列也是優(yōu)選的。
在以上第一到第四個實施方案中，間隙12全部具有相同的寬度C。然而，根據(jù)實施方案的情況，也可將水管5排成包括不同寬度C的間隙12的形式。
在上述第一到第四個實施方案中，許多豎直的水管5排成一個環(huán)形以構(gòu)成大致圓形的第一水管陣列6。然而，本發(fā)明的水管5并不限于豎直的水管，而可采用如圖6-8所示的排列方式。此處應(yīng)指出，在以下的實施方案中，與第一到第四個實施方案中相同的組件用同樣的參考數(shù)字標出，其詳述均略去。此外，在第五到第七個實施方案中，如同第一個實施方案中一樣，第二水管陣列8是將許多豎直的熱量回收水管7排成一個環(huán)形，以環(huán)繞在第一水管陣列6的周圍所構(gòu)成的一個圓形排列。
首先參見圖6所示的第五個實施方案的直流式鍋爐，水管5為斜管。在該第五個實施方案中，水管5斜立，其頂端朝向爐體1的外側(cè)，許多斜立的水管5排成一個環(huán)形，從而第一水管陣列6構(gòu)成一個錐形，朝向其底端錐度逐漸增大。由于具有以上結(jié)構(gòu)，各個水管5斜立以與燃燒設(shè)備10的軸線11方向相交，該方向即燃料從燃燒設(shè)備10中噴出的方向，從而與燃燒反應(yīng)氣體進行良好的接觸。因此可增強水管5對燃燒反應(yīng)中的氣體的冷卻效果，有利于降低NOx。此外，在該第五個實施方案中，水管5可斜放而不改變頂蓋2與水管5連在一起的相連位置，這種情況下可將水管5置于燃燒反應(yīng)區(qū)中。
下面參見圖7所示第六個實施方案的直流式鍋爐，水管5為彎管。第六個實施方案中的水管5通過以下方法成形使水管中間變彎并使其上半段向爐體1外側(cè)傾斜，而下半段豎直。此外，許多這樣的彎曲水管5排成一個環(huán)形，從而使第一水管陣列6構(gòu)成一個漏斗形。由于具有這種結(jié)構(gòu)，水管5的下半段距燃燒設(shè)備10的軸線11要比頂蓋2上水管5的連接位置距該軸線的距離更近。因此，各個水管5與燃燒反應(yīng)中的氣體的接觸良好，從而可增強水管5對燃燒反應(yīng)中的氣體的冷卻效果，有利于降低NOx。此外，在該第六個實施方案中，無需改變頂蓋2與各個水管5及各個熱量回收水管7的連接位置，僅僅水管5形狀改變一點就可能使水管5的下半段位于燃燒反應(yīng)區(qū)中，而且此外可將在水管5下半段中的燃燒反應(yīng)延伸區(qū)的間距E設(shè)為所需的尺寸。
下面，在圖8所示第七個實施方案的直流式鍋爐中，水管5為彎管，上下兩端均有一段彎管。該第七個實施方案中的水管5的上下端均向爐體1的外側(cè)傾斜。而且，許多這樣的彎管排成一個環(huán)形，從而構(gòu)成第一水管陣列6。在此結(jié)構(gòu)中，各個水管5的中部到燃燒設(shè)備10的軸線11的距離要比水管5在頂蓋2和底蓋3上的連接位置到該軸線的距離更近。因此，各個水管5與燃燒反應(yīng)中的氣體的接觸良好，從而可增強水管5對燃燒反應(yīng)中氣體的冷卻效果，有利于降低NOx。此外，在該第七個實施方案中，無需改變頂蓋2和底蓋3與各個水管5及各個熱量回收水管7的連接位置，僅僅水管5形狀上改變一點就可使水管5的中部處于燃燒反應(yīng)區(qū)中，而且，可將水管5中部的燃燒反應(yīng)延伸區(qū)的間距E設(shè)為所需的尺寸。
盡管在第六個和第七個實施方案中，水管5設(shè)計為包括一段或兩段彎段的彎管，但也可使用具有由曲段代替彎段的水管。另外，彎管可具有一段彎段或一段曲線段，也可既具有彎段又具有曲段。而且，彎管并不限于包括一段彎段或曲段的彎管。此外，彎管包括整個管身為曲管的彎管。
此外，盡管在第一到第七個實施方案中，組成第一水管陣列6的水管5為直管、斜管或彎管，本發(fā)明并不一定要求水管5全為同一種水管，而可為兩種或多種混合使用的水管5。此外，水管5可以是那種通過在外圓周表面或內(nèi)圓周表面增加凹槽或葉片從而加強熱傳遞效果的水管。另外，水管5并不一定要求外徑全部相同，而部分水管5可以采用不同直徑的水管。而且在第一水管陣列6形成兩個或多個環(huán)形陣列的排列方式中，根據(jù)實施方案的情況，內(nèi)陣列和外陣列的水管5數(shù)目可以互不相同。盡管本發(fā)明的水管型鍋爐在不偏離如前所述的本發(fā)明技術(shù)思想的情況下，容許對這些水管5的排列結(jié)構(gòu)進行各種改變，但根據(jù)燃燒反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備10的產(chǎn)熱量及燃燒反應(yīng)中的氣體的組成情況，最好將水管5排列成能使燃燒反應(yīng)中的氣體均勻地與第一水管陣列6的各個水管進行均勻接觸的方式。另外，盡管在第一個實施方案中，在第一水管陣列6和第二水管陣列8之間的燃燒反應(yīng)延伸區(qū)內(nèi)沒有水管，但在不背離本發(fā)明技術(shù)思想的情況下，本發(fā)明的水管型鍋爐容許在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13中排列確定數(shù)目的水管。
在第一個實施方案以及第五到第七個實施方案中，許多熱量回收水管7基本等間距地大致排成一個圓形，從而構(gòu)成由一個陣列組成的環(huán)形第二水管陣列8。然而，本發(fā)明中熱量回收水管7的排列方式并不限于以上實施方案中的排列方式，而可以排成如圖9到11所示的形式。此外，在以下的第八到第十個實施方案中，與第一到第七個實施方案中相同的組件用相同參考數(shù)字標出并略去其詳述。另外，圖9到11中只示出了第一水管陣列6和第二水管陣列8，圖中結(jié)構(gòu)的其余部分均略去。
首先參見圖9所示第八個實施方案的第二水管陣列8，其中許多熱量回收水管7排成一個圓形，這些熱量回收水管7中部分水管緊密地靠在一起。在該第八個實施方案中，這些熱量回收水管7被分成多個組24，每組包括指定數(shù)目(圖9中為六個)的熱量回收水管，而多個組24(圖9中為四個)組成第二水管陣列8。另外，在每組24內(nèi)，各熱量回收水管7毫無間隙地緊密靠在一起，而組24之間留有第二間隙14。由于具有這種結(jié)構(gòu)，穿過間隙12的燃燒反應(yīng)中的氣體沿組24的圓周內(nèi)側(cè)流動，從而從第二間隙14流出。有了這種熱量回收水管7中的部分水管如上所述緊密地靠在一起的排列方式，就可以調(diào)整第二水管陣列8中所留的第二間隙14的個數(shù)，并可調(diào)整各組24之間的第二間隙14的寬度F。因此，通過調(diào)節(jié)燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體的流動情況，包括燃燒反應(yīng)中的氣體在第二水管陣列8內(nèi)部和第二間隙14之間流動，就可調(diào)整熱量回收水管7的回收熱量及穿過第二間隙14后燃燒反應(yīng)后氣體的溫度。盡管在該第八個實施方案中，每組24中的熱量回收水管7的根數(shù)均相同，但根據(jù)實施方案的情況，各組24中具有數(shù)目不同的熱量回收水管7也是優(yōu)選的。
在該第八個實施方案中，如同第二水管陣列8一樣，第一水管陣列6的排列方式如下許多水管5中部分確定數(shù)目(圖9中為3個)的水管緊密地靠在一起，構(gòu)成一個組18，將多個這種組18(圖9中為四個)排成陣列，從而各組18之間形成間隙12。而且這些間隙12的位置分別與熱量回收水管7的各組24相對。在該第八個實施方案中，中心距A與外徑B的比值，A/B，在每組18內(nèi)為1，而在其間留有間隙12的相鄰水管5之間為2.0。此外，燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13的間距E與水管5的外徑B的比值，E/B，為0.8。這樣，由于具有如下的排列方式第一水管陣列6中局部存在間隙12，同時第二水管陣列8中局部存在第二間隙14，而且間隙12和第二間隙14在第一水管陣列6和第二水管陣列8的徑向上互相錯開，因此可使燃燒反應(yīng)中的氣體從間隙12到第二間隙14之間的流路加長，從而延長其在燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13中的滯留時間。因此可以確保氧化反應(yīng)的進行，有利于進一步增加第二水管陣列8中的接觸傳熱量。
下面，如圖10所示第九個實施方案的第二水管陣列8為多個熱量回收水管7排成的多陣列環(huán)形。該第九個實施方案的第二水管陣列8包括排成兩陣列環(huán)形的熱量回收水管7。在該第二水管陣列8中，外陣列的熱量回收水管7置于相鄰的兩個內(nèi)陣列熱量回收水管7之間，從而使第二水管陣列8的圓周上熱量回收水管7相互交錯。熱量回收水管7的這種排列方式使第二水管陣列8可從燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體回收更多的熱量。在該第九個實施方案中，第一水管陣列6中心距A與外徑B的比值，A/B，為1.4，而燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13的間距E與外徑B的比值，E/B，為1.2。
下面，如圖11所示第十個實施方案的第二水管陣列8由許多熱量回收水管7排成的兩個環(huán)形水管陣列構(gòu)成。在該第二水管陣列8的內(nèi)陣列中，相鄰熱量回收水管7之間的間隙被板狀內(nèi)陣列葉片19堵塞。而且，在內(nèi)陣列圓周上某處有一個內(nèi)陣列通口20，使內(nèi)陣列的圓周內(nèi)側(cè)與圓周外側(cè)互相連通。同樣，在第二水管陣列8的外陣列中，相鄰熱量回收水管7之間的間隙被板狀外陣列葉片21堵塞。此外，在外陣列圓周上某處有一個外陣列通口22，使外陣列的圓周內(nèi)側(cè)與圓周外側(cè)互相連通。而且，內(nèi)陣列通口20與外陣列通口22在第二水管陣列8的圓周上錯開，以使高溫氣體不會直接從內(nèi)陣列通口20流入外陣列通口22。在該第十個實施方案中，外陣列通口22與內(nèi)陣列通口20的相位錯開約180°。此外，在第二水管陣列8的內(nèi)陣列和外陣列之間，形成一個環(huán)形氣體流路23，將內(nèi)陣列通口20與外陣列通口23連通。這種情況下，內(nèi)陣列通口20和外陣列通口22通過去除熱量回收水管7、內(nèi)陣列葉片19或外陣列葉片21的相應(yīng)部分得到。另外，在該第十個實施方案中，第一水管陣列6的中心距A與外徑B的比值，A/B，為1.4，而燃燒反應(yīng)延伸區(qū)13的間距E與外徑B的比值，E/B，為1.2。
在該第十個實施方案中，從第一水管陣列6的間隙12流出的燃燒反應(yīng)中的氣體，在到達第二水管陣列8之前差不多已完成燃燒反應(yīng)，從而形成火焰已熄滅的高溫氣體。繼而，在沿第二水管陣列8內(nèi)陣列的圓周表面流過之后，氣體流入內(nèi)陣列通口20。通過內(nèi)陣列通口20流入氣體流路23的燃燒反應(yīng)中的氣體及燃燒反應(yīng)后的氣體分成方向相反的兩路，在氣體流路23內(nèi)流動，并在外陣列通口22處匯合。在此過程中，燃燒反應(yīng)后的氣體由面對氣體流路23的熱量回收水管7進行熱量回收。即，在該第十個方案中，這種將兩個排成近似C形的水管陣列組合使用并將其相對放在一起的排列方式，可增大熱傳遞接觸表面，從而使第二水管陣列8中的接觸傳熱量增多。
第二水管陣列8的內(nèi)陣列和外陣列，盡管在該第十個實施方案中近似同心地排列，但另外也可排成偏心的形式。這種情況下，偏心方向優(yōu)選為可使得內(nèi)陣列與外陣列的徑向距離在外陣列通口22一側(cè)更小的方向。其原因如下。即，穿過氣體流路23的燃燒反應(yīng)后的氣體，由于與第二水管陣列8的熱傳遞，離外陣列通口22越近它的溫度下降得就越多。因此，通過減小外陣列與內(nèi)陣列的徑向間距，可以增大燃燒反應(yīng)后的氣體的流速并可增加接觸傳熱量。
進一步說明，第二水管陣列8的排列方式并不限于以上第八到第十個實施方案中所述的排列方式。可以根據(jù)需要將這些排列方式適當?shù)鼗旌鲜褂?，或改變相鄰熱量回收水?之間的第二間隙14的寬度F，以使回收的熱量增加。例如，盡管在第八到第十個實施方案的所有情況中所用的是同一寬度的第二間隙14，但根據(jù)實施方案的情況，熱量回收水管7之間的第二間隙14也可具有不同的寬度F。
如果第二水管陣列8構(gòu)成一個多陣列的環(huán)形，這些陣列并不一定全為同軸或同心排列。此外第二水管陣列8并不需與第一水管陣列6同軸或同心，而可偏心排列。例如，如第十個實施方案一樣，其中裝有第一水管陣列6和第二水管陣列8，第一水管陣列6和第二水管陣列8按如下方式排列離內(nèi)陣列通口20越近，第一水管陣列6和第二水管陣列8之間的徑向距離越小。由于具有這種排列方式，離內(nèi)陣列通口20越遠，到第二水管陣列8的距離越寬，從而可減小穿過間隙12的燃燒反應(yīng)中的氣體的壓力損耗。因此，燃燒反應(yīng)中的氣體在離內(nèi)陣列通口20較遠的一側(cè)，將會順利地同樣通過間隙12從第一水管陣列6中流出，從而可使燃燒反應(yīng)中的氣體均勻地通過間隙12從第一水管陣列6中流出。
在以上實施方案中，相鄰水管5的中心距A與外徑B的比值，A/B，在1≤A/B≤2的范圍之內(nèi)。然而，對于本發(fā)明的水管型鍋爐，根據(jù)對降低NOx生成量的要求程度不同，該比值A(chǔ)/B可在1≤A/B≤3范圍內(nèi)設(shè)定。進一步，比值A(chǔ)/B可在1≤A/B≤5范圍內(nèi)選定。另外，在本發(fā)明的水管型鍋爐中，燃燒反應(yīng)延伸區(qū)的間距E與外徑B的比值，E/B，優(yōu)選地在0.5≤E/B≤6范圍之內(nèi)，但根據(jù)對降低CO生成量的要求程度，可在1≤E/B≤15的范圍內(nèi)選定。
另外，本發(fā)明的水管型鍋爐并不限于燃燒設(shè)備10安裝在頂蓋2上的水管型鍋爐，還包括燃燒設(shè)備10安裝在底蓋3上的水管型鍋爐。同樣，燃燒設(shè)備10并不限于任一特定型號，而可為各種型號的燃燒設(shè)備。例如，燃燒設(shè)備10可為預(yù)混燃燒設(shè)備或擴散燃燒型燃燒設(shè)備或其它各種類型的燃燒設(shè)備，如蒸發(fā)燃燒型燃燒設(shè)備。此外，燃燒設(shè)備所用的燃料也是可選的，或為液體或為氣體。特別是，擴散燃燒型燃燒設(shè)備需要一個在其下流中將燃料(無論液體還是氣體)與燃燒氣混合的區(qū)域，以便開始燃燒反應(yīng)(下文中稱作“初始燃燒反應(yīng)區(qū)”)。在本發(fā)明的水管型鍋爐中，燃燒設(shè)備10從第一水管陣列6的一端開口中插入燃燒室，且其軸在一條直線上，此處沿軸線11方向在燃燒設(shè)備10的下游處存在一個由第一水管陣列6圍成的且內(nèi)圓周側(cè)面沒有水管的空間。此空間被確保為初始燃燒反應(yīng)區(qū)。特別是，使用液體燃料的燃燒設(shè)備，在大多數(shù)情況下為擴散燃燒型，而使用此類燃燒設(shè)備的水管型鍋爐可有效地降低NOx生成量，而不會妨礙燃料與燃燒氣的混合及燃燒反應(yīng)。
如上文所述，本發(fā)明可提供一種水管型鍋爐，該鍋爐用簡單的水管排列方式可進一步降低NOx生成量，并可同時降低NOx和CO生成量，同時釋放符合環(huán)保要求的清潔廢氣。
權(quán)利要求
1.一種水管型鍋爐，其特征在于，許多水管(5)在燃燒室(9)中燃燒反應(yīng)中的氣體所在的區(qū)域排成一個環(huán)形。
2.權(quán)利要求1的水管型鍋爐，其中這些水管(5)排列在燃燒室(9)中，以使燃燒反應(yīng)中的氣體在與水管(5)接觸后，溫度將降至1400℃以下。
3.權(quán)利要求1或2的水管型鍋爐，其中在相鄰水管(5)之間存在間隙(12)，以使燃燒反應(yīng)中的氣體流過。
4.權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中這些水管(5)中的部分水管緊密地靠在一起。
5.權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中這些水管(5)包括不同寬度(c)的間隙(12)。
6.權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中這些水管(5)排成由兩個或多個陣列組成的一個環(huán)形。
7.權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中這些水管(5)為斜管或彎管。
8.權(quán)利要求1-7中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中熱量回收水管(7)排列在排成環(huán)形的水管(5)的外側(cè)。
9.一種水管型鍋爐，包括第一水管陣列(6)，通過將許多水管(5)在燃燒室(9)內(nèi)燃燒反應(yīng)中的氣體所在的區(qū)域排成一個環(huán)形而得到；間隙(12)，位于第一水管陣列(6)的相鄰水管(5)之間，以使燃燒反應(yīng)中的氣體從中流過；以及區(qū)域(13)，位于第一水管陣列(6)周圍以使燃燒反應(yīng)繼續(xù)進行。
10.權(quán)利要求9的水管型鍋爐，其中這些水管(5)排列在燃燒室(9)中，以使燃燒反應(yīng)中的氣體在與水管(5)接觸后，溫度將降至1400℃以下。
11.權(quán)利要求9或10的水管型鍋爐，其中第一水管陣列(6)為由兩個或多個陣列組成的一個環(huán)形。
12.權(quán)利要求9-11中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中許多熱量回收水管(7)排列在第一水管陣列(6)的外側(cè)。
13.權(quán)利要求12的水管型鍋爐，其中這些熱量回收水管(7)中的部分水管緊密地靠在一起。
14.權(quán)利要求12或13的水管型鍋爐，其中這些熱量回收水管(7)的排列方法使相鄰熱量回收水管(7)之間包括不同寬度(F)的間隙(14)。
15.權(quán)利要求12-14中任一權(quán)利要求的水管型鍋爐，其中這些熱量回收水管(7)構(gòu)成環(huán)形第二水管陣列(8)。
16.權(quán)利要求15的水管型鍋爐，其中第二水管陣列(8)為由兩個或多個陣列組成的環(huán)形水管陣列。
17.權(quán)利要求16的水管型鍋爐，其中第二水管陣列(8)包括一個內(nèi)陣列通口(20)和一個外陣列通口(22)，內(nèi)陣列通口(20)位于內(nèi)陣列某處，并使內(nèi)陣列的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，外陣列通口(22)位于外陣列某處，并使外陣列的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)互相連通，而且其中內(nèi)陣列通口(20)和外陣列通口(22)在第二水管陣列(8)的圓周上互相錯開。
全文摘要
為降低水管型鍋爐中的NO
文檔編號F22B21/06GK1194348SQ9712557
公開日1998年9月30日 申請日期1997年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者渡辺茂廣, 田升, 近藤千太 申請人:三浦工業(yè)株式會社, 株式會社三浦研究所