專利名稱：一種螺旋式超高溫焚燒爐的制作方法
一種螺旋式超高溫焚燒爐技術領域
本發(fā)明屬于基于螺旋空氣流動原理的超高溫焚燒爐技術領域，尤其是涉及一種螺 旋式超高溫焚燒爐。
背景技術：
在廣義上，焚燒爐是對廢物進行焚燒的燃燒設備。燃燒是指，燃料中的易燃性碳和 氫與空氣中的氧氣結合，通過化學反應釋放大量熱能的過程。這種以燃燒基本定義為原理 的燃燒設備，如今在各行各業(yè)中的普及率已經(jīng)很高。即，在燃燒室內(nèi)部使用各種各樣的燃 料，點火、焚燒后產(chǎn)生熱能的燃燒設備。在工業(yè)界隨著對燃燒設備要求的提高，人們對高效 率、低污染的高性能燃燒設備的需求正在日益增加。
階梯式(Seutoka)焚燒爐是普及率最高的一種傳統(tǒng)燃燒設備。階梯式(Seutoka) 燃燒方法是在燃燒室內(nèi)的燃料底部提供空氣進行高溫燃燒的方式。這種方法最嚴重的問題 就是，燃料在未能完全燃盡的狀態(tài)下就通過上端出口排放出去，降低了燃燒效率。另外，由 于燃料不能得到完全燃燒，導致大量的環(huán)境污染物質(zhì)，如一氧化碳、二氧化硫(Sox)、氮氧化 物(NOx)及二惡英排放到空氣中。因為燃燒室內(nèi)部空氣是自下而上流動的，所以上述環(huán)境 污染物質(zhì)就和用于燃燒的熱能氣體一同從上端排放出去。為處理這些環(huán)境污染物質(zhì)，就必 須另設除塵設備。這也是傳統(tǒng)燃燒設備所存在的弊端之一。
近年來，正在研發(fā)一種比傳統(tǒng)的階梯式(Seutoka)燃燒方式更加先進的、以焚燒 爐空氣流動的離心力為原理的離心分離焚燒爐。如韓國專利局注冊的第10-559745號“以 焚燒爐空氣流動為原理的離心分離焚燒裝置”，這種裝置的結構由說明書附圖中的圖1所 示，其由焚燒爐燃燒室12筒體外側設置外筒13，筒體與外筒形成空氣通道10 ;外筒13上面 設置法蘭16和空氣調(diào)節(jié)板14 ;鼓風機11向空氣通道10注入空氣，空氣在燃燒室12筒體和 外筒13間的空氣通道里旋轉(zhuǎn)上升?？諝饬鲃拥缴隙藭r，被法蘭16下平面阻擋，空氣在法蘭 下平面U形回轉(zhuǎn)，自上而下的被注入燃燒室12。被注入燃燒室的空氣不斷旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生離心 力，因此不會聚集在中央，而是懸浮在燃燒室12的內(nèi)壁表面上，并沿著內(nèi)側表面旋轉(zhuǎn)下降， 與燃料17混合產(chǎn)生燃燒火煙。
其設計原理如下燃料被高速旋轉(zhuǎn)的冷卻空氣離心分離，比重低的燃料向中心移 動，燃燒后從排氣筒15排放出去；比重高的燃料被離心分離后，懸浮在燃燒室12內(nèi)壁旋轉(zhuǎn) 上升，與下降的空氣匯合。匯合的空氣和燃料通過旋轉(zhuǎn)循環(huán)過程完全燃燒后從排氣筒15排 放出去。
該焚燒爐使空氣旋轉(zhuǎn)上升，上升的空氣被法蘭16阻擋，U型回轉(zhuǎn)下降時，繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 并產(chǎn)生離心力。但是，僅依靠鼓風機11從切線方向注入空氣時的力度，是遠遠不能維持空 氣旋轉(zhuǎn)速度的。空氣上升時，其旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低，流動到頂端的空氣被法蘭16阻擋、U型 回轉(zhuǎn)下降時，旋轉(zhuǎn)速度再度降低。另外，雖然上述的焚燒爐使空氣從爐上端沿著內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)下 降，但并不能保證在爐底部與燃料反應產(chǎn)生的燃燒火焰只集中在中央位置，而是蔓延上升 到周圍，導致與下降的空氣發(fā)生沖突，產(chǎn)生湍流現(xiàn)象。湍流不但阻礙燃燒，更使熔融狀態(tài)的燃料附著凝固在出口邊緣和內(nèi)壁，大大降低了燃燒效率。因無法安全燃燒，且火焰向四周蔓 延、無法集中在中央，下降的燃燒空氣就不能起到空氣幕的作用，使內(nèi)壁溫度提高，大大降 低了焚燒爐的壽命。
又如韓國專利局注冊的第10-907269號“離心分離式連續(xù)燃燒裝置及其燃燒方 法”，說明書附2所示的是另外一種離心分離焚燒裝置的斷面概念圖。
在圖2里可以看到，該連續(xù)燃燒裝置意識到了圖1的現(xiàn)有技術中所存在的問題。 即，燃燒空氣在下降過程中無法維持原有離心力。為解決此問題，圖2在燃燒室內(nèi)壁中端和 上端增設了內(nèi)部注入口 26和第三法蘭34，強行向下移動從鼓風機90所注入的空氣，使與爐 內(nèi)燃燒火焰沖突而產(chǎn)生的湍流量降為最低。但此技術仍然無法阻止火焰向周圍蔓延，上升 的火焰還是會與下降的空氣相互沖突。雖然與圖1的技術相比，燃燒效果上有一定程度的 提高，但仍舊存在相同問題。
現(xiàn)存技術產(chǎn)生這些問題的根本原因是，燃燒火焰在上升排放過程中，不能聚集在 中央排放。雖然火焰氣體向排放口方向移動，但同時也向周圍大面積擴散。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)存技術問題。本發(fā)明中，在爐的上端注入用于燃 燒的空氣，在焚燒爐中央形成螺旋旋轉(zhuǎn)向心力，懸浮在爐內(nèi)壁上的燃燒空氣可以自然下降， 起到冷卻內(nèi)壁和促進燃燒的作用，使爐內(nèi)部火焰凝集成火柱排放出去，不會擴散到周邊。且 火焰火柱內(nèi)部是超高溫狀態(tài)，使得燃料可以完全燃燒后排放出去。
為達到上述目的，本發(fā)明應用了螺旋空氣流動的原理制成螺旋式超高溫焚燒爐， 如附四所示，本發(fā)明的螺旋式超高溫焚燒爐的結構包括由內(nèi)筒、中間壁和外筒從內(nèi)至 外依次嵌套構成的爐體，外筒側壁開口形成空氣注入口，爐體底部開有燃料投入口和爐灰 排放口，所述中間壁與內(nèi)、外筒之間形成相互連通的燃燒空氣通道，且內(nèi)筒筒壁外側及中間 壁外側設有螺旋隔板，在內(nèi)筒筒壁上端開設兩個以上的燃燒空氣噴口并固定安裝導向板， 嵌套結構的內(nèi)筒、中間壁、外筒上端用頂板密封。
當焚燒爐內(nèi)部的垃圾燃料被點火器點著火時，由外部注入口注入燃燒空氣，該空 氣注入口的位置可以設在上端、中央位置或底部，注入的燃燒空氣通過外筒流入內(nèi)筒，因其 兩個通道中都設置了螺旋隔板，燃燒空氣可以維持穩(wěn)定的勻加速旋轉(zhuǎn)運動，從而維持旋風 式的螺旋回轉(zhuǎn)運動。再經(jīng)過設置在內(nèi)筒上端的燃燒空氣噴口和導向板，使旋轉(zhuǎn)上升的燃燒 空氣向中央位置水平聚攏后旋轉(zhuǎn)噴入燃燒燃料的爐內(nèi)，另外，強有力的勻加速圓周運動可 以產(chǎn)生向心力，達到形成圓柱形的火焰柱的目的，使之充分燃燒后，燃燒空氣再形成螺旋式 集聚在一起的圓柱形火焰從排放口排放出去，而不擴散到周邊。
基于上述的焚燒爐的結構，本發(fā)明的焚燒爐可以高溫收集排放空氣，所以可以高 效率的使用在鍋爐加熱或發(fā)電等需要熱交換的作業(yè)中。而且焚燒過程中不需要加入任何助 燃劑，這顯著地降低了焚燒費用以及爐的制造成本，設計制造大型或小型焚燒爐均可。而且 在燃燒中，燃燒灰不會附著在燃料表面，而是旋轉(zhuǎn)積聚在火焰的中央，使燃燒灰無法妨礙氧 氣和燃料發(fā)生熱化學連鎖反應。氧氣和燃料得到充分接觸，形成了充分的燃燒條件，顯著提 高了燃燒效率。


圖1為韓國專利局注冊的第10-559745號“以焚燒爐空氣流動為原理的離心分離 焚燒裝置”的結構示意圖；圖2是韓國專利局注冊的第10-907269號“離心分離式連續(xù)燃燒裝置及其燃燒方法”， 離心分離式連續(xù)燃燒裝置的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的螺旋式超高溫焚燒爐的俯視圖；圖4為本發(fā)明的螺旋式超高溫焚燒爐的結構示意圖；其中，圖3、圖4中的符號A、內(nèi)筒和中間壁形成的燃燒空氣通道；B、外筒和中間壁形成的燃燒空氣通道；1、燃燒 空氣注入口 ；2、外筒；3、中間壁；4、內(nèi)筒；5、螺旋隔板；6、燃燒空氣噴口 ；7、引導板；8、掐斷 板;9、導向板;100、排放口 ;101、頂板。
具體實施方式
如圖3和圖4所示，一種螺旋式超高溫焚燒爐，包括由內(nèi)筒(4)、中間壁(3)和外筒(2)從內(nèi)至外依次嵌套構成的爐體，外筒側壁開口形成空氣注入口(1)，爐體底部開有燃料 投入口和爐灰排放口，且中間壁與內(nèi)、外筒之間形成相互連通的燃燒空氣通道(A)和(B)， 內(nèi)筒筒壁外側及中間壁外側設有螺旋隔板(5)，在內(nèi)筒筒壁上端開設兩個以上的燃燒空氣 噴口(6)并固定安裝導向板(9)，在嵌套的內(nèi)筒、中間壁、外筒的上端平面處用頂板(101)密 封。
供燃燒的空氣通過外筒側壁開口形成的空氣注入口先流入外筒通道，此通道中的 中間壁外側上等距離設置螺旋隔板，這些螺旋隔板從垂直縱向上的第一條螺旋隔板到第二 條螺旋隔板的距離、第二條到第三條的距離以及接下來的螺旋隔板間的距離均相同，且螺 旋隔板沿著空氣的方向傾斜。
中間壁(3)上設置螺旋隔板(5)是因為中間壁(3)接近中央位置，所以溫度相對 高一些，通過燃燒空氣注入口(I)注入的燃燒空氣，流經(jīng)中間壁(3)和螺旋隔板(5)所形成 的、擁有相對大的表面積的外通道(B)空間時，可以降低筒壁、特別是中間筒壁(3)的溫度， 達到燃燒空氣自行預熱的效果。另外，螺旋隔板5與外筒(2)間的空隙不但可以使空氣流 動順暢，還可以防止因熱膨脹或熱變形而產(chǎn)生的爐內(nèi)部結構的損壞。
內(nèi)筒等距離地設置螺旋隔板，可以預熱從外通道(B)流入內(nèi)通道(A)的燃燒空氣， 降低內(nèi)壁的溫度，使燃燒空氣可以維持穩(wěn)定的勻加速旋轉(zhuǎn)運動。在內(nèi)筒筒壁外側設置螺旋 隔板的方式、原理和機能與上述外通道B的說明相同。
內(nèi)筒設置的螺旋隔板和中間壁之間留有空隙。不在中間壁而是在內(nèi)筒上設置螺 旋隔板是因為內(nèi)筒接近中央位置，所以溫度相對高一些。內(nèi)筒和螺旋隔板擴大了內(nèi)筒的傳 熱面積，即熱傳達面積，使通過外筒流入的燃燒空氣，流經(jīng)擁有相對大的表面積的內(nèi)筒空間 時，可以降低中間壁、特別是內(nèi)筒的溫度，達到燃燒空氣自行預熱的效果。另外，如同上述外 筒的描述，螺旋隔板與中間壁間的空隙不但可以使空氣流動順暢，還可以防止因熱膨脹或 熱變形而產(chǎn)生的爐內(nèi)部結構的損壞。
另外，在上述內(nèi)筒的最頂端設置了兩個以上的燃燒空氣噴口，使燃燒空氣可以向 中央位置水平噴出并旋轉(zhuǎn)運動。燃燒空氣噴口處設置導向板是由引導板和掐斷板連接組成的，是一套設備，能夠使噴出的燃燒空氣可以與內(nèi)筒的內(nèi)側接觸并進行旋轉(zhuǎn)運動。燃燒空氣 先流經(jīng)內(nèi)筒螺旋隔板的通道，再穿過引導板和掐斷板之間，向爐內(nèi)部中央位置旋轉(zhuǎn)運動并 水平噴射。為使水平噴射現(xiàn)象更加順暢，內(nèi)筒最頂端與導向板底部平面需保持垂直，才能使 燃燒空氣噴口呈水平方向、面向爐內(nèi)部的中央位置。
設置的燃燒空氣噴口和導向板是為了誘導旋轉(zhuǎn)上升的燃燒空氣向中央位置水平 聚攏后旋轉(zhuǎn)噴出。另外，強有力的勻加速圓周運動可以產(chǎn)生向心力，達到形成圓柱形的火焰 柱的目的。
本發(fā)明的燃燒空氣外部注入口設置在外筒側壁的上端，為了使燃燒空氣的流動更 加順暢，可根據(jù)需要將外部注入口設置在外筒上端和中央位置及下端等不同位置。另外，本 發(fā)明的上述焚燒爐本體應由金屬板材系列材質(zhì)制成。
基于上述結構，以下是本發(fā)明的運作原理及其功能的說明。
本發(fā)明中，焚燒爐內(nèi)部的垃圾燃料被點火器點火，由外部注入口(I)注入的燃燒空 氣，通過外通道(B)流入內(nèi)通道(A)，再經(jīng)過設置在內(nèi)筒(4)上端的燃燒空氣噴口 6進入爐 的內(nèi)部后水平噴出。此時，內(nèi)通道(A)和外通道(B)中設置的螺旋隔板(5)使燃燒空氣螺旋 旋轉(zhuǎn)，并且流動到內(nèi)筒(4)的上端。燃燒空氣吸收內(nèi)筒(4)及中間壁(3)的熱量，預熱溫度 達到400°C以上。
注入爐內(nèi)的空氣流經(jīng)外通道(B)和內(nèi)通道(A)的空氣通道，達到400度以上的預熱 狀態(tài)。爐內(nèi)的溫度使中央位置形成火柱，內(nèi)筒的內(nèi)側周圍預熱的燃燒空氣一邊下降一邊吸 收從中央位置的熱源所傳遞而來的輻射熱，使輻射熱不能傳遞到內(nèi)筒內(nèi)側，因此內(nèi)筒內(nèi)側 周圍的溫度可以維持在400-500度左右。
流動到內(nèi)筒(4)上端的燃燒空氣，沿著內(nèi)筒(4)上端側面的切線方向，通過由引導 板(7)和掐斷板(8)所組成的導向板(9)，向爐內(nèi)部中央位置水平噴出。此時，噴出空氣的 旋轉(zhuǎn)力成倍上升。燃燒空氣噴口(6)由兩個以上、最好是四個或更多組成。這樣向中央位 置噴出的旋轉(zhuǎn)燃燒空氣才能維持勻加速圓周運動。
在上端中央位置旋轉(zhuǎn)的燃燒空氣，維持勻加速旋轉(zhuǎn)，從上端開放的排出口(100)排 放到外部。同時，連續(xù)的流體運動使底部的火焰從中央位置向外部噴出，與上述旋轉(zhuǎn)的燃燒 空氣一同維持勻加速旋轉(zhuǎn)運動，并一同排放到外部。因此，爐內(nèi)部的火焰空氣不斷上升，和 上端的旋轉(zhuǎn)燃燒空氣混合，集中在一起形成旋轉(zhuǎn)火柱并流動上升。
此時，隨著底部火焰空氣的上升，底部壓力也隨之下降，導致上端和底部產(chǎn)生壓力 差。因此，從爐上端噴射到中央位置的、被預熱的部分燃燒空氣將沿著內(nèi)筒的內(nèi)側下降，維 持壓力的平衡。下降的預熱空氣吸收從中央熱源傳遞過來的輻射熱，再次提高了預熱溫度。 燃料和高溫預熱的燃燒空氣混合，形成充分的熱分解化學反應條件。這一過程不斷循環(huán)，推 進焚燒的整個過程。
在重復進行這一過程時，爐排放口(100)附近的燃燒空氣不斷水平旋轉(zhuǎn)維持著勻 加速圓周運動，致使空氣產(chǎn)生向心力。因此爐內(nèi)的中央位置形成旋轉(zhuǎn)的火柱，燃料被勻加速 圓周旋轉(zhuǎn)向心力集聚到火柱中心，此時中央火柱的溫度達到800-1200° C。同時，此時的壓 力、溫度和旋轉(zhuǎn)上升流體速度達到極限值。另外，由于旋轉(zhuǎn)燃燒的緣故熱分解化學反應進行 的距離急速增加，擴大了氧氣和燃料的接觸面積，形成充分的完全燃燒條件。在這一過程 中，形成完全燃燒，使燃燒熱量最大限度的集聚在旋轉(zhuǎn)燃燒的中央位置，中央位置的溫度達到 1300-1500°Co
當燃燒溫度達到1300-1500°C時，燃燒物質(zhì)將變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，部分熔融狀態(tài)物質(zhì) 的原子核被分解重組，并且釋放熱量產(chǎn)生超高溫等離子現(xiàn)象，使溫度急速上升至1600°C到 20000C以上，這時實現(xiàn)燃料的完全燃燒。
此后，燃燒的火焰靠著向心力在中央位置形成火柱，從外部新注入的燃燒空氣完 全隔離了正在進行燃燒過程的中央位置和內(nèi)筒、中間壁、外筒這些周邊位置，使中央位置和 周邊位置溫度相差甚多，參與完完全燃燒的高溫空氣螺旋集聚在一起，高速旋轉(zhuǎn)從爐體上 端的排放口排放出去，爐灰從底部的爐灰排放口排放出去。
以上所述，為本發(fā)明內(nèi)容的較佳實施案例，并非對發(fā)明內(nèi)容作任何限制，凡是根據(jù) 本發(fā)明內(nèi)容技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬 于本發(fā)明內(nèi)容技術方案的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種螺旋式超高溫焚燒爐，包括由內(nèi)筒(4)、中間壁(3)和外筒(2)從內(nèi)至外依次嵌套構成的爐體，外筒側壁開口形成空氣注入口( I )，爐體底部開有燃料投入口和爐灰排放口，所述中間壁與內(nèi)、外筒之間形成相互連通的燃燒空氣通道(A)和(B)，其特征在于，所述內(nèi)筒筒壁外側及中間壁外側設有螺旋隔板(5)，在內(nèi)筒筒壁上端開設兩個以上的燃燒空氣噴口(6)并固定安裝導向板(9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的螺旋式超高溫焚燒爐，其特征在于，內(nèi)筒筒壁外側及中間壁外側設置的螺旋隔板均是等距離設置的，且內(nèi)筒的螺旋隔板與中間壁之間、中間壁的螺旋隔板與外筒之間均存在空隙。
3.根據(jù)權利要求2所述的螺旋式超高溫焚燒爐，其特征在于，所述的螺旋隔板沿著注入的燃燒空氣的方向傾斜。
4.根據(jù)權利要求1所述的螺旋式超高溫焚燒爐，其特征在于，在空氣噴口處設置的導向板是由引導板(7)和掐斷板(8)組成的。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的螺旋式超高溫焚燒爐，其特征在于，導向板的底部平面與內(nèi)筒筒壁上端平面相垂直。
6.根據(jù)權利要求1所述的螺旋式超高溫焚燒爐，其特征在于，外筒側壁上的空氣注入口位置可以在上端、中央位置或底端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋式超高溫焚燒爐，包括由內(nèi)筒(4)、中間壁(3)和外筒(2)從內(nèi)至外依次嵌套構成的爐體，外筒側壁開口形成燃燒空氣注入口(1)、爐體底部的爐灰排放口和燃料投入口，所述的中間壁與內(nèi)、外筒之間形成相互連通的燃燒空氣通道(A)和(B)，且內(nèi)筒筒壁外側及中間壁外側設有螺旋隔板(5)，內(nèi)筒筒壁上端開設兩個以上的燃燒空氣噴口(6)并固定安裝導向板(9)。本發(fā)明的螺旋式超高溫焚燒爐可以使注入的燃燒空氣維持螺線形旋轉(zhuǎn)，從而使燃燒灰不會附著在燃料表面，而是旋轉(zhuǎn)積聚在火焰的中央，氧氣和燃料充分接觸，顯著提高燃燒效率。
文檔編號F23G5/44GK103017172SQ201210238388
公開日2013年4月3日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者崔惠子 申請人:崔惠子