專利名稱：鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，屬于熱工設備。
背景技術：
目前，大型鏈條爐排式蒸汽鍋爐，在國內得到大力推廣且性能較先進的屬于SZL型系列產(chǎn)品，結構包括外殼、水冷壁、對流管組、鍋筒和下部的燃煤裝置，燃煤裝置包括上煤裝置、鏈條爐排、爐前拱和爐后拱，爐前拱與鏈條爐排之間構成前爐膛，爐后拱與鏈條爐排之間構成后爐膛，爐前拱和爐后拱之間有燃燒熱氣體出口，熱功率4.2MW-30MW，甚至更大的，各大鍋爐廠都有國家勞動部頒發(fā)的定型圖紙和制造檢驗標準。
這些產(chǎn)品盡管設計時，“鍋”有足夠的受熱面，但是因為錯縱復雜的管排熱交換部件大量積灰，嚴重影響熱傳導的效果，同時因為使用的燃燒技術落后，煙和塵濃度很大，在這些顆粒狀的灰塵中又有好大一部分是在“爐”內沒有燃盡的“焦化碳粒”，這種顆粒質地堅硬，常年沖刷局部金屬管會降低管子的使用壽命，同時又浪費了大量的煤碳資源。整臺鍋爐設備在運行中，小負荷狀態(tài)運行時排出煙氣的林格曼黑度≤1級，然而企業(yè)用戶一般都是在滿負荷或者是超負荷狀態(tài)下運行，但這時鍋爐就冒黑煙，煙煤中可燃成份“揮發(fā)份”以煙的形式大量排到大氣層中，熱交換面的焦油煙灰也會大量聚積，嚴重降低熱效率，排出的灰渣含碳量都在28-30％以上，使能源的綜合利用率大大降低，即浪費了能源，又污染了環(huán)境，這是在鍋爐行業(yè)的一個“世界性大難題”。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，結構簡單合理，造價低廉，燃煤燃燒充分，熱效率高，能耗低，能夠解決燃煤冒黑煙和積灰問題，保護環(huán)境。
本發(fā)明所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，包括外殼、水冷壁、對流管組、鍋筒和下部的燃煤裝置，燃煤裝置包括上煤裝置、鏈條爐排、爐前拱和爐后拱，爐前拱與鏈條爐排之間構成前爐膛，爐后拱與鏈條爐排之間構成后爐膛，爐前拱和爐后拱之間有燃燒熱氣體出口，其前爐膛分上爐膛和下爐膛，上下爐膛相通，前爐膛橫截面呈兩個左右對稱的R形結構，兩個R形前爐膛的下爐膛相通，前爐膛側壁配裝有通向上爐膛的助燃風口，助燃風口與上爐膛頂部的弧形拱相切，前爐膛的后部連通燃燒熱氣體出口。
在前爐膛側壁沿R形的管腳設置通向上爐膛的助燃風道，在前爐膛側壁沿R形的管腳也設有通向下爐膛的助燃風道，進一步促進燃燒。
在爐后拱的前端設向上的導流墻，對燃燒熱氣體進行導流，最好將導流墻的頂部設置的向燃燒熱氣體出口側傾斜，進一步改善導流效果。
所謂R形，也可以是反R形，可分別形成順時針旋流燃燒和逆時針旋流燃燒。
橫截面呈R形結構也只是近似的象形描述，可以有一定程度的變形演變，如R形的兩只管腳可以是對稱傾斜的，沿兩只傾斜管腳都可以增設通向下爐膛的助燃風道，旋流爐膛的橫截面可以呈圓形或橢圓形等，爐膛可以位于爐體的中間部位，尤其是對稱結構時，一般位于中間部位，此時，R形結構將演變成了近似的Ω形，等等。結構不對稱時，兩斜肩一個短，一個長。
在前爐膛的爐拱(即雙旋流爐拱)中增設支承鋼件，增加強度，在支承鋼件附近設循環(huán)冷卻通道，用于降溫冷卻。
在實際中，根據(jù)各種規(guī)格的需要設置爐體的縱向長度和橫向寬度，當爐體的縱向長度較大時，助燃風道可以在縱向長度上分布設置幾個，保證充分燃燒。
本發(fā)明僅對蒸汽鍋爐中的燃煤裝置進行了改進，其它結構可仍然沿用現(xiàn)有的SZL系列鏈排式蒸汽鍋爐的結構即可，改進簡單，利于被市場接受。燃煤裝置部分和傳熱結構部分可分為配套的兩體結構，分別制作配裝。
本發(fā)明中的上煤裝置包括從加煤斗的手動加煤和上煤機自動加煤裝置等。
工作原理在從風室爐排進入的燃燒空氣的作用下，爐排上的煤層在高溫下進行燃燒，產(chǎn)生大量的濃濃的煙氣，其中煤焦油蒸汽、煤氣(一氧化碳)、碳氫氣體、煤的顆粒和微細顆粒等等揮發(fā)性可燃產(chǎn)物會迅速上升，氣流向兩個頂部中間火道集中，壓縮而流速增加，這股含有大量可燃性成份的高濃度煙氣和火焰以較高的流速進入上部的旋流燃燒區(qū)域，即上爐膛，可稱“雙旋流燃燒區(qū)”，立即進入旋轉狀態(tài)，同時旋流助燃風經(jīng)過左右兩邊的助燃風道，以這兩個圓的切線方向，以一定壓力和流速噴射進來，二者合力形成更強的旋轉力矩，把可燃性煙氣和助燃的氧氣(空氣)進行強烈地攪拌混合，引起猛烈地燃燒，產(chǎn)生高溫(1350-1450℃)，這種溫度更加強化了這個燃燒區(qū)內的燃燒條件，根據(jù)“高速旋流原理”，這兩股高速旋轉的氣流對整個所覆蓋的前爐膛上空所有揮發(fā)性物質都將產(chǎn)生強烈地“卷吸”作用，無一漏網(wǎng)，因為旋流燃燒區(qū)內的氣流路線是“螺旋行程”，這樣就大大加長了燃料的行走路線和駐留時間，在這種燃燒體制中，揮發(fā)性燃料和可燃性粉塵(煙氣)①必需的溫度；②足夠的氧氣；③良好的攪拌；④充分的燃燒時間。燃燒必需的四大要素，在這里體現(xiàn)的“完美無缺”，所以煙氣將被完全徹底的燃盡，得到的干凈、無味、無色、無塵的高溫氣體以一定流速進入導流墻處形成的高溫湍流區(qū)，由于失去了燃燒區(qū)的“束縛”，氣流開始互相撕扭、碰撞、粉碎，形成許多不規(guī)則的紊亂氣流，由于高速旋轉氣流的慣性，這些氣流仍在自成體系的旋轉形成“湍流狀”，并且在這個湍流區(qū)充滿度很高，同時在這里溫度達到最高，這些高溫燃燒氣體直接用于蒸汽鍋爐的加熱。雙道燃燒，燃燒能力大，滿足大型鏈條爐排式蒸汽鍋爐的要求。
本發(fā)明的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，揮發(fā)份燃盡率100％，排出的氣體干凈、無色、無味、無塵，林格曼黑度為0，排出的灰渣含碳量僅有3-5％(傳統(tǒng)鍋爐在28％以上)，和傳統(tǒng)鍋爐相比，可節(jié)煤20-30％，結構簡單合理，造價低廉，熱效率高，能耗低，能夠解決燃煤冒黑煙和受熱面積積灰問題，保護環(huán)境，綜合性能可與先進、但價格昂貴的“循環(huán)流化床鍋爐”相媲美。


圖1為現(xiàn)有SZL型鏈條爐排式蒸汽鍋爐結構示意圖。
圖2為結合運行原理的本發(fā)明一實施例結構示意圖。
圖3為圖2中的燃煤裝置結構示意圖。
圖4為圖3中的前爐膛橫截面結構示意圖。
圖5為另一種前爐膛橫截面結構示意圖。
圖中1、觀火孔 2、前爐膛 3、風室 4、人孔門 5、燃燒熱氣體出口 6、鏈條爐排 7、爐后拱 8、鼓風進口 9、密封塊(也叫鐵磚) 10、調風閥 11、后輥筒 12、出渣口 13、后人孔 14、回水進口 15、下鍋筒 16、對流管組 17、水冷壁 18、上鍋筒 19、爐墻 20、爐前拱 21、煤斗 22、煤閘板 23、前輥筒 24、雙旋流爐拱 25、上爐膛 26、燃燒氣體出口 27、導流墻 28、高溫湍流區(qū) 29、二次助燃風口 30、煤層 31、灰層 32、33、35、36、38、二次助燃風道 34、二次風室 37、布風盒 39、水冷鋼架 40、44、水冷鋼板 41、耐火材料固定爪 42、下爐膛 43、二次風室 F1、F2、助燃風 B1、B2、鼓風機。
具體實施例方式
下面結合實施例附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，在圖1所示的現(xiàn)有SZL型鏈條爐排式蒸汽鍋爐基礎上，除燃煤裝置外，其它沿用原有結構，包括外殼、水冷壁17、對流管組16、上下鍋筒18、15和下部的燃煤裝置，燃煤裝置由煤斗21、煤閘板22組成的上煤裝置、鏈條爐排6、爐前拱和爐后拱7，爐后拱7與鏈條爐排6之間構成后爐膛，爐前拱與鏈條爐排6之間構成前爐膛2，前爐膛2分上爐膛25和下爐膛42，上下爐膛25、42相通，前爐膛橫截面呈兩個左右對稱的R形結構，已近似Ω形，兩個R形前爐膛的下爐膛相通，前爐膛側壁配裝有通向上爐膛的助燃風口29，助燃風口29與上爐膛25頂部的弧形拱相切，使前爐膛形成雙旋流爐膛，前爐膛2的后部連通燃燒熱氣體出口26。爐后拱7的前端設有向上的導流墻27，導流墻27的頂部向燃燒熱氣體出口26一側傾斜，前爐膛2的后部連通燃燒熱氣體出口26，風室3和二次助燃風道32、33、35、36、38提供阻燃風。燃燒裝置的雙旋流爐拱由水冷鋼架39、水冷鋼板40和耐火材料固定爪41加固，水冷鋼架39和水冷鋼板40中設有循環(huán)水冷通道，用于降溫。
工作過程在從風室3進入的助燃空氣的作用下，鏈條爐排6上的煤層30在高溫下進行燃燒，產(chǎn)生大量的濃濃的煙氣，其中煤焦油蒸汽、煤氣(一氧化碳)、碳氫氣體蒸發(fā)起來的煤的顆粒和微細顆粒等等揮發(fā)性可燃產(chǎn)物會迅速上升，并受前爐膛上邊兩斜肩的導向，氣流向兩個頂部中間火道集中，壓縮而流速增加，由于兩斜肩不等長，兩邊所向下對應的火床面積也不同，所以右邊火焰氣流比左邊的火焰氣流密度大，流速也快，二者在上頂火道口處集中時出現(xiàn)了偏向，這股含有大量可燃性成份的高濃度煙氣和火焰以較高的流速進入上部的旋流燃燒區(qū)域，即上爐膛25，也可稱為“雙旋流燃燒區(qū)”，立即進入旋轉狀態(tài)，兩邊的旋轉方向正好相反，同時旋流助燃風經(jīng)過左右兩邊的助燃風口29或風道32、33、35、36、38，以這兩個圓的切線方向，以一定壓力和流速噴射進來，二者合力形成更強的旋轉力矩，把可燃性煙氣和助燃的氧氣(空氣)進行強烈地攪拌混合，引起猛烈地燃燒，產(chǎn)生高溫，達1350-1450℃，更加強化了這個燃燒區(qū)內的燃燒條件，根據(jù)“高速旋流原理”，這兩股高速旋轉的氣流對整個所覆蓋的前爐膛上空所有揮發(fā)性物質都將產(chǎn)生強烈地“卷吸”作用，無一漏網(wǎng)，因為旋流燃燒區(qū)內的氣流路線是“螺旋行程”，大大加長了燃料的行走路線和駐留時間，在這種燃燒體制中，揮發(fā)性燃料和可燃性粉塵(煙氣)有①必需的溫度；②足夠的氧氣；③良好的攪拌；④充分的燃燒時間，燃燒必需的四大要素，在這里體現(xiàn)的“完美無缺”，所以煙氣將被完全徹底的燃盡，得到的干凈、無味、無色、無塵的高溫氣體以一定流速進入導流墻34處形成的高溫湍流區(qū)，由于失去了燃燒區(qū)的“束縛”，氣流開始互相撕扭、碰撞、粉碎，形成許多不規(guī)則的紊亂氣流，由于高速旋轉氣流的慣性，這些氣流仍在自成體系的旋轉形成“湍流狀”，并且在這個湍流區(qū)充滿度很高，同時在這里溫度達到最高，這些高溫燃燒氣體直接用于蒸汽鍋爐的加熱。
煤層的厚度可根據(jù)鍋爐熱負荷調整位于爐前拱前面的煤閘板的高度來確定，從煤閘板到人孔門這一個階段，是煙煤的“揮發(fā)份”大量析出的區(qū)域，然而“雙旋流燃燒區(qū)”恰好正處在這個區(qū)域的上頂，所有煙氣都將被卷入這條高速旋轉的高溫火龍中，被徹底燃盡，干凈的火焰氣流以一定流速進入導流墻處形成的高溫湍流區(qū)。
前面的煙煤邊走邊被“干餾”，揮發(fā)份已基本上揮發(fā)并燃燒殆盡，經(jīng)過人孔門處以后，變成了“焦碳”，這種焦碳的“燃點”非常高，沒有足夠高的溫度是燃燒不盡的，然而這里恰好正是“高溫湍流區(qū)”，所以在傳統(tǒng)鍋爐中很難燃燒的灰渣中的“焦核”，在這個區(qū)域也被徹底燃盡，燃盡的灰渣全部都是一些“不可燃物”，隨著爐排的向后運動，落入出灰口排出爐外。
另外，為了使焦碳燃盡，“焦碳形成區(qū)”對應的風室有一定的通風量(可以通過相對應的風閥進行調節(jié))，又因為這個區(qū)域的透氣性很好，總要有少量“過熱剩余氧氣”穿過焦碳層補充到這個“高溫湍流區(qū)”，這就更使燃燒的條件達到最好，假設從前面漏過來一些煙氣，也會被這個“高強度的氧化區(qū)”完全徹底的氧化掉，當然過剩氧氣太多，又因為溫度太高，容易產(chǎn)生有害的氮氧化物(NOx)。可以合理地調節(jié)這個區(qū)域的空氣量在完全沒煙的前提下，適當處于“合理的缺氧狀態(tài)”，因氮(N)的化學性質不如熾熱狀態(tài)下的碳(C)的化學性質活潑，所以出現(xiàn)下列還原反應NOx+HC→CO2+H2O+NNOx+CO→CO2+NNOx+C→CO2+N結果氮氧化物被碳和氫奪走氧原子，重新還原成氮。
因此，“高溫湍流區(qū)”相當于一層嚴密的有害氣體“過濾網(wǎng)”，三種有毒氣體都在經(jīng)過這個區(qū)域時無一漏網(wǎng)地被處理成無毒氣體排放出去。
在煤碳的化驗中，不可燃性的物質叫做“灰份”，根據(jù)組成化學成份的不同，所對應的“灰熔點”的溫度也有所不同，但絕大多數(shù)都是在1350℃左右都會熔灼結成渣，在燃燒中這些灰份中的小部分隨氣流升騰起來，所含的可燃成份被懸浮燃盡后，不可燃成份就會形成細小的“渣塵”，由于質量很輕，形狀雜亂無章，有較好的空氣動力作用，容易被氣流帶走或以積灰的形式沉積在鍋爐管上和鍋爐附機里或者經(jīng)過煙囪漂浮到大氣層中去，這在傳統(tǒng)的燃燒設備里是理所當然的事情，可是在本發(fā)明中就不是這樣。
在本發(fā)明的燃燒模式里，可燃性灰塵和不可燃性灰塵是在懸浮狀態(tài)和高溫下，激烈地旋轉碰撞，由于溫度很高，一般是在1350℃-1450℃之間，這個溫度幾乎是所有灰份的“灰熔點”，因為越是細小灰塵越是容易快速熔化成微小的“玻璃珠”，又加上在旋流燃燒段激烈地運動碰撞，其中有一部分還會集聚成較大的“玻璃珠”狀，不管是大的和細小的都成了“球狀物”，這種幾何形狀的空氣動力性能不好，很難隨氣流漂浮，所以會在“高溫湍流區(qū)”降落下來和下面的大灰渣粘在一起排到爐外去，只有極少部分隨著向上噴射的高速氣流進入到空間很大的鍋爐前室里邊去，在這里氣流的速度急速變慢，又加上水冷壁的冷卻作用，溫度也迅速降低，這些“微球”失去了高速氣流“托浮作用”，立即降落下來，沉積在“前室”的底部，通過清灰孔，定期清理出來，不會粘在鍋爐的熱交換面上，所以本發(fā)明的完美組合，使“鍋”和“爐”都會達到最佳的運行狀態(tài)，實現(xiàn)真正意義上的高效率、低能耗。
圖5所示的是另一種前爐膛橫截面結構示意圖，前爐膛橫截面呈兩個左右對稱的R形結構的斜肩有所調整，使氣流的旋轉方向相反，原理同圖4所示的相同。并增加了二次風室43和水冷鋼板44。
本發(fā)明中的各助燃風道可以通過布風盒，根據(jù)需要實現(xiàn)布風分布，由同一動力源提供布風動力，簡化輔助設施。
供風系統(tǒng)可配裝自動化變頻控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化操作。如供風量的調節(jié)可用變頻調速的方式來解決，亦即通過改變風機電源的頻率來改變風機的轉速的方法控制供風量。利用煙氣傳感器(工業(yè)電子門市部都有市售)，如二氧化鋯煙氣傳感器，它對一氧化碳呈現(xiàn)“氣敏效應”，只要有煙氣就是缺氧，只要缺氧就必然產(chǎn)生一氧化碳，所以，檢測一氧化碳氣體的含量多少，也就直接反映了燃燒設備內部的“配風系數(shù)”和燃燒工況。把一氧化碳氣體的含量變成電壓信號輸入到變頻器的電壓信號輸入端子上，即可利用電壓信號控制頻率變化，變頻輸出電源就是鼓風機的供電電源，這樣，能有合理的配風系數(shù)，從根本上控制氮氧化物的過量產(chǎn)生。
權利要求
1.一種鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，包括外殼、水冷壁、對流管組、鍋筒和下部的燃煤裝置，燃煤裝置包括上煤裝置、鏈條爐排、爐前拱和爐后拱，爐前拱與鏈條爐排之間構成前爐膛，爐后拱與鏈條爐排之間構成后爐膛，爐前拱和爐后拱之間有燃燒熱氣體出口，其特征在于前爐膛分上爐膛和下爐膛，上下爐膛相通，前爐膛橫截面呈兩個左右對稱的R形結構，兩個R形前爐膛的下爐膛相通，前爐膛側壁配裝有通向上爐膛的助燃風口，助燃風口與上爐膛頂部的弧形拱相切，前爐膛的后部連通燃燒熱氣體出口。
2.根據(jù)權利要求1所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，其特征在于前爐膛側壁沿R形的管腳設置通向上爐膛的助燃風道。
3.根據(jù)權利要求2所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，其特征在于前爐膛側壁沿R形的管腳設有通向下爐膛的助燃風道。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，其特征在于爐后拱的前端設有向上的導流墻。
5.根據(jù)權利要求4所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，其特征在于導流墻的頂部向燃燒熱氣體出口側傾斜。
6.根據(jù)權利要求5所述的鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，其特征在于前爐膛的爐拱中增設有支承鋼件，支承鋼件附近設有循環(huán)冷卻通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鏈條爐排式雙旋流純無煙蒸汽鍋爐，屬于熱工設備，包括外殼、水冷壁、對流管組、鍋筒和下部的燃煤裝置，燃煤裝置包括上煤裝置、鏈條爐排、爐前拱和爐后拱，爐前拱與鏈條爐排之間構成前爐膛，爐后拱與鏈條爐排之間構成后爐膛，爐前拱和爐后拱之間有燃燒熱氣體出口，其前爐膛分上爐膛和下爐膛，上下爐膛相通，前爐膛橫截面呈兩個左右對稱的R形結構，兩個R形前爐膛的下爐膛相通，前爐膛側壁配裝有通向上爐膛的助燃風口，助燃風口與上爐膛頂部的弧形拱相切，前爐膛的后部連通燃燒熱氣體出口。結構簡單合理，造價低廉，燃煤燃燒充分，熱效率高，能耗低，能夠解決燃煤冒黑煙和積灰問題，保護環(huán)境。
文檔編號F23M5/00GK101074774SQ20071001596
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月16日 優(yōu)先權日2007年6月16日
發(fā)明者王樹洲 申請人:王樹洲