專利名稱：適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鍋爐，特別是一種能燃燒氣體、液體、固體燃料的脈沖鍋爐。
目前的鍋爐，如果從燃燒狀態(tài)來劃分，可分為脈沖燃燒鍋爐和非脈沖燃燒鍋爐(即常規(guī)鍋爐)。常規(guī)鍋爐燃燒熱強(qiáng)度低、傳熱效率不高、體積較大、排氣熱損失和氮氧化物含量較高。脈沖燃燒鍋爐則比常規(guī)鍋爐有了很大改進(jìn)，它通過脈沖技術(shù)使燃燒強(qiáng)度大大提高，傳熱速度大大提高。國內(nèi)外的研究表明，脈沖燃燒有聲渦和氣動剝落作用，能大幅度提高燃燒效率，如煤粒子在脈動氣流環(huán)境下的燃燒時間可以縮短30～80％；由于脈沖燃燒使壁面不易積灰和附面層減薄，能大大提高傳熱效率，如在200Hz、163dBA聲振狀態(tài)下，垂直平板傳熱效率最大可增加220％；又由于空氣和燃料在脈沖環(huán)境下能更好地充分混合，鍋爐的空氣剩余系數(shù)大大下降，如實驗脈動爐的空氣剩余系數(shù)α＝1.05，這不但減少了排氣熱損失，而且使氮氧化物生成量降低1/2～2/3；還由于燃燒完全，煙塵減少，能大幅減少煙塵排放，如前蘇聯(lián)的試驗表明，可降低煙黑9/10。可見，脈沖燃燒與傳熱技術(shù)，為高效、節(jié)能、低成本、高科技含量鍋爐的實現(xiàn)提供了可能。
脈沖鍋爐又可分為帶閥脈沖鍋爐和無閥自激脈沖鍋爐兩種。帶閥脈沖是亥姆霍茲共鳴型的，脈沖的引發(fā)需要鼓風(fēng)和點(diǎn)火。當(dāng)脈沖正常后，閥門起到維持正常脈沖的關(guān)鍵作用。閥門打開吸入燃料氣和空氣，靠燃燒室內(nèi)剩余火種點(diǎn)火燃燒；當(dāng)室內(nèi)壓力升高后閥門關(guān)閉，燃?xì)馔ㄟ^排氣管排出；排氣慣性使得燃燒室壓力低于閥前燃料氣和空氣壓力，閥門自動打開，再次吸入燃料氣和空氣，混合燃燒；過程周而復(fù)始地進(jìn)行形成脈沖燃燒(循環(huán)的啟動需要點(diǎn)火器)。由于閥的壽命和結(jié)構(gòu)問題，以及只能用于氣體燃料，且容量難以擴(kuò)大，帶閥脈沖的亥姆霍茲型鍋爐的使用范圍受限制很大。無閥自激脈沖是里克型的，它主要由兩端開口、垂直放置的等截面長管組成，在距下端1/4管長處設(shè)置燃燒床，只要有足夠強(qiáng)度的熱源，自激脈沖就能維持。這種結(jié)構(gòu)的脈沖鍋爐，進(jìn)氣共振管、燃燒室、具有熱交換作用的排氣共振管位于同一等截面管中，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但存在明顯不足之處1)鍋爐長徑比(等截面長管的總長與內(nèi)徑之比)要求大于等于10，導(dǎo)致直徑較大的鍋爐，其長度就過長，燃燒床距下端1/4管長處位置過高，這種結(jié)構(gòu)很難在工業(yè)上得到應(yīng)用。
2)聲振頻率不能調(diào)節(jié)，因為它取決于鍋爐總長度，因此對于大型工業(yè)鍋爐，當(dāng)它所需聲振頻率較高時，就無法實現(xiàn)。
3)直筒型的聲腔限制了受熱面的布置。
鑒于上述情況，本實用新型的任務(wù)是提供一種長徑比小的、聲振頻率可調(diào)的、排氣共振管增多的熱聲耦合式脈沖鍋爐。
本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的脈沖鍋爐由燃燒裝置、進(jìn)氣共振管、與進(jìn)氣共振管連通的燃燒室、燃燒室外圍的水套、在水套內(nèi)與燃燒室連通的排氣共振管以及鍋爐輔件組成，特征是所述從進(jìn)氣共振管進(jìn)氣端面到加熱區(qū)起始位置的氣流流程長度為氣體從進(jìn)氣共振管的進(jìn)氣端面到排氣共振管的排氣端面流程長度的1/8～1/3，均能激發(fā)起基頻脈沖；所述進(jìn)氣共振管的橫截面積及4根或4根以上的排氣共振管的總橫截面積，均為所述燃燒室橫截面積的0.2～0.8，進(jìn)氣共振管的橫截面積和排氣共振管的總橫截面積可以相同或不同；所述燃燒室內(nèi)激發(fā)脈沖的氣流速度為5～20米/秒。
在進(jìn)氣共振管的進(jìn)氣端連接一個進(jìn)氣緩沖箱，它具有消音作用。在排氣共振管的排氣端連接一個排氣緩沖箱，亦具有消音作用。所述排氣共振管在燃燒室壁的上下布置1～4層，并能在水套內(nèi)任意彎曲。本脈沖鍋爐能立式設(shè)置或臥式設(shè)置。
本實用新型由于采用了上述熱聲耦合脈沖技術(shù)，因此有如下優(yōu)點(diǎn)1)燃燒室的進(jìn)、排氣共振管均暢開與緩沖箱相連，無任何運(yùn)動部件(包括閥門或轉(zhuǎn)動件)用以引發(fā)和維持正常脈沖工作。這樣一方面使結(jié)構(gòu)簡單、壽命長，另一方面不局限于使用氣體燃料或霧化后的其它燃料，可以方便地使用氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)燃料。
2)燃燒室的進(jìn)、排氣共振管截面積均小于燃燒室本體截面積，縮比范圍為0.2～0.8；進(jìn)氣共振管、排氣共振管與燃燒室截面積的縮比程度可以不同。這種結(jié)構(gòu)安排使脈沖氣流從進(jìn)氣口截面到排氣出口截面的總流程長度與燃燒室直徑之比(簡稱長徑比)可降低到3.5。克服了傳統(tǒng)里克型脈沖燃燒技術(shù)長徑比要求大于等于、10的限制，為較大直徑脈沖燃燒鍋爐在工業(yè)上應(yīng)用提供了可能。
3)由于進(jìn)、排氣共振管截面積的收縮，使脈沖頻率亦有較大的可調(diào)性(從20Hz～100Hz)，克服了傳統(tǒng)里克型脈沖頻率主要取決于管長的不足，為適應(yīng)不同燃料要求、回避鍋爐鄰近構(gòu)件或裝置的共振頻率提供了方便。
4)燃燒室的排氣共振管可以是4根或4根以上的，而且可以垂直于燃燒室軸線方向引出。在保證排氣通暢的條件下，排氣共振管還可以任意彎曲、排列1～4層，與傳統(tǒng)里克型脈沖鍋爐的單根排氣管相比，本實用新型極大地增加了鍋爐受熱面和整體布局的靈活性。
5)該脈沖鍋爐的脈沖燃燒和脈沖傳熱機(jī)理為熱聲耦合自激振蕩，能適用于氣體、液體和固體燃料脈沖鍋爐，使用前景廣闊。保持燃燒室內(nèi)5～20米/秒的氣流速度，使脈沖鍋爐能立式放置或臥式放置。
本實用新型為節(jié)約能源，改善環(huán)境污染提供了有效途徑，且體積小，具有效大的實施價值和社會經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。


圖1是本實用新型的局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖；參照
圖1，熱聲耦合式脈沖鍋爐由燃燒裝置、進(jìn)氣共振管8、燃燒室3、水套9、排氣共振管2、鍋爐輔件組成。燃燒室3的外圍是水套9，水套9外側(cè)有與其連通的進(jìn)水口11、出水口10、水位計4，在水套9上端有與其連通的安全閥5、蒸汽管6，蒸汽管6能引出蒸汽。在水套9上端還設(shè)有2個吊扣，以便裝御時使用。在水套9的夾層內(nèi)設(shè)置24根排氣共振管2，分上下兩層排列在燃燒室3的周圍，且一端與燃燒室3連通，另一端在水套9的下端通出。排氣共振管2是脈沖鍋爐在水套9中主要與水進(jìn)行熱交換的部件。它在水套9中上下彎曲，增加長度和與水的接觸面積。進(jìn)氣共振管8與燃燒室3上端連通。進(jìn)氣共振管8下端為燃燒噴嘴。在進(jìn)氣共振管8的進(jìn)氣端面連接一個進(jìn)氣緩沖箱7。在排氣共振管2的排氣端面連接一個排氣緩沖箱1。這兩個緩沖箱均具有消音作用。
工作情況簡介
打開進(jìn)水閥門，給水套9內(nèi)加水，燃燒裝置把氣體或液體或粉狀固體燃料和空氣送至進(jìn)氣共振管8內(nèi)，在燃燒噴嘴處點(diǎn)火燃燒。
燃燒塊狀固體燃料時，將進(jìn)氣緩沖箱7、進(jìn)氣共振管8、燃燒室3、排氣共振管2、排氣緩沖箱1一起上下調(diào)個頭，把進(jìn)氣共振管8的燃燒噴嘴改為爐條即可。
權(quán)利要求1.一種適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，由燃燒裝置、進(jìn)氣共振管[8]、與進(jìn)氣共振管[8]連通的燃燒室[3]、燃燒室[3]外圍的水套[9]、在水套[9]內(nèi)與燃燒室[3]連通的排氣共振管[2]、以及鍋爐輔件組成，其特征在于所述從進(jìn)氣共振管進(jìn)氣端面到加熱區(qū)起始位置的氣流流程長度為氣體從進(jìn)氣共振管[8]的進(jìn)氣端面到排氣共振管[2]的排氣端面流程長度的1/8～1/3；所述進(jìn)氣共振管[8]的橫截面及4根或4根以上的排氣共振管[2]的總橫截面積，均為所述燃燒室[3]橫截面的0.2～0.8；所述燃燒室[3]內(nèi)氣流速度為5～20米/秒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，其特征在于在進(jìn)氣共振管[8]的進(jìn)氣端連接一個具有消音作用的進(jìn)氣緩沖箱[7]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，其特征在于在排氣共振管[2]的排氣端連接一個具有消音作用的排氣緩沖箱[1]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，其特征在于所述排氣共振管[2]在燃燒室[3]壁的上下布置1～4層，并能任意彎曲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，其特征在于本脈沖鍋爐能立式或臥式設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適用于氣液固態(tài)燃料的熱聲耦合式脈沖鍋爐，其特征在于本脈沖鍋爐能立或臥式設(shè)置。
專利摘要熱聲耦合式脈沖鍋爐,由燃燒裝置、進(jìn)氣共振管、燃燒室、水套、排氣共振管及鍋爐輔件組成,從進(jìn)氣共振管進(jìn)氣端面到加熱區(qū)起始位置的氣流流程長度為氣體從進(jìn)氣共振管進(jìn)氣端到排氣共振管排氣端流程長度的1/8～1/3;進(jìn)氣共振管的橫截面積及排氣共振管的總橫截面積均為燃燒室橫截面積的0.2～0.8;燃燒室內(nèi)氣流速度5～20米/秒。本鍋爐熱效率高,體積小,其長徑比能降到3.5,脈沖頻率可調(diào),能立式或臥式設(shè)置,能使用氣液固態(tài)燃料。
文檔編號F23L5/00GK2360731SQ9823200
公開日2000年1月26日 申請日期1998年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月27日
發(fā)明者鐘英杰, 陳福連, 涂建華 申請人:鐘英杰, 陳福連, 涂建華