专利名称：隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃煤、生物质设备，特别涉及以煤、生物质为燃料的锅炉、窑炉、气化设备。
背景技术：
我国是煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国，在我国的能源结构中，煤炭是第一能源，主要用作锅炉燃料。煤炭是常规能源中较为廉价的一种能源，燃煤锅炉的燃料成本与燃油锅炉或燃气锅炉相比还不及四分之一，但是长期以来，燃煤设备的燃烧工艺以直接燃烧为主，普遍存在燃烧不充分、热效率低、煤炭资源浪费严重、严重污染大气环境的现象。生物质能是太阳能通过光合作用转化而来的，主要以农林作物的形式存在，是一种唯一可再生的碳源。我国生物质资源十分丰富，有大量的农业废弃物、薪柴林、木材加工废料可供使用，仅秸秆、谷壳之类的农业废弃物每年就有7亿多吨，折合标准煤3亿多吨，而其它的生物质资源尚无统计。目前，这些生物质资源未能得到有效利用，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋掉了。生物质在直接燃烧过程中或在一般的锅炉中燃烧易产生煤烟、飞灰、一氧化碳和二氧化碳污染环境。
环境保护和能源问题越来越紧密地影响到人们的生活和国民经济的发展，环境污染已经成为当前我国发展中的一个重大问题，我国的“十一五”规划中提出了两项目标，就是在今后五年，单位GDP的增长，能源消耗要降低20％，污染物的排放要降低10％。国务院总理温家宝在第六次全国环境保护大会上发表重要讲话中强调“保护环境关系到我国现代化建设的全局和长远发展，是造福当代、惠及子孙的事业。我们一定要充分认识我国环境形势的严峻性和复杂性，充分认识加强环境保护工作的重要性和紧迫性，把环境保护摆在更加重要的战略位置，以对国家、对民族、对子孙后代高度负责的精神，切实做好环境保护工作，推动经济社会全面协调可持续发展。”到目前为止，人类的能源结构仍然是以燃煤和燃油为主，并且在未来的20年内不会改变，然而，随着环境保护形势的日益严峻及化石燃料的日渐枯竭，人类必须实现能源的“开源节流”，即一是提高燃料燃烧的效率以减少资源消耗，并同时实现清洁燃烧以减少对环境的污染；二是开发新能源，并积极利用可再生能源。
燃煤产生的污染物主要为煤烟、粉尘、二氧化硫、三氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、高氧化氮(NOx)等，在这些污染物中，煤烟和粉尘所占的比例最大，固态燃料在燃烧的初期极易产生煤烟，煤烟是由碳氢燃料的脱氢、聚合或缩合而生成的，在一般的热能设备中，煤烟一旦形成再将其烧掉是很困难的。目前的燃煤设备还不能达到环保的要求，因而在城市中已禁止或限制使用燃煤设备，改用燃油或燃气的设备。由于工业生产及汽车工业的快速增长，使得燃油的消耗快速增长，油价持继上扬，目前，燃油或燃气设备的运行费用要高于燃煤设备的四倍以上，过高的生产成本使得经营者难以承受。推广使用无烟尘的燃煤、生物质设备，实现清洁燃烧和节能燃烧的工艺及技术，不但可以保护环境，而且还可以降低生产成本，提高经济效益，更积极的意义是可以缓减石油需求的压力。
把煤通过加入添加剂制成一定程度和形状的型煤制品进行燃烧的方式，可以达到提高热效率和环保要求。经检索中国专利文献，有100多件型煤锅炉的专利公开，但大都以手烧炉为主，且没有消除煤烟的措施，只能燃烧无烟型煤，有部分机烧炉，但机械化程度不高，操作劳动强度大，也有部分型煤锅炉可以燃烧有烟型煤，但消除烟尘的措施不到位，达不到洁净燃烧的要求。
本发明的目的是要解决燃煤设备污染大气环境的问题，使设备在燃烧无烟煤或燃烧烟煤时都能达到环保的要求，实现洁净燃烧以减少对环境的污染。
本发明的另一个目的是提高燃料的燃烧效率以减少资源消耗，一方面可以降低生产成本，提高经济效益，另一方面可以缓解能源紧张的局面，为推动经济社会全面协调可持续发展创造条件。
本发明的另一个目的是积极利用可再生能源，科学、合理地应用生物质燃料，解决农林废弃物、木材加工下脚料、建筑装璜工地的木基质垃圾的出路问题，为提供生物质资源的农村创造良好的发展机遇。
本发明的另一个目的是实现型煤燃烧设备的机械化、自动化燃烧，减轻操作劳动强度，以改变型煤只能在小型设备上燃用的现状，从而实现型煤锅炉的大型化。
发明内容
为了达到上述的发明目的，本发明在炉膛的腹中架设了隧道燃烧室，所述的隧道燃烧室由蓄热侧墙、辐射顶板、底构成，其中辐射顶板上有二次燃烧口、二次风孔，二次风孔指向二次燃烧口，顶板可设置成全盖顶形式或部分盖顶形式，全盖顶形式将整条隧道燃烧室的顶部全部盖封，部分盖顶形式只在靠近进煤口的一段隧道燃烧室的顶部盖封；底面由带有空气通孔的底板/或百页布风板/或炉排构成。隧道燃烧室前后贯通，前端输入燃料，后端出渣，在前端燃料输入口的一段顶面设计成外低内高的倾斜辐射面，且不设二次燃烧口。把掺有脱硫剂的煤燃料或生物质燃料在隧道燃烧室内完成预热、烘干、脱硫、气化、挥发物逸出燃烧、煤烟消除、残炭燃烬，隧道燃烧室内不设受热面，燃烧产生的热能以辐射传热和对流传热的方式向隧道燃烧室体外的受热面传递。由于隧道燃烧室构成准封闭状态，且隧道燃烧室内不设受热面，因此，热量聚集其中，既使燃烧发热值很低的劣质煤、生物质，在燃烧的过程中喷入水蒸汽，都能获得稳定燃烧，残炭很容易燃烬，也很容易控制燃烧室内的温度，使隧道燃烧室内的温度保持在650℃左右，在这样的温度环境中，可以达到最好脱硫效果；在隧道燃烧室内，煤或生物质被气化的程度高，在合适通风量和水蒸汽的配合下，煤烟、残炭的燃烧将被转化成甲烷、一氧化碳、氢气之类的可燃性气体，这些转化气以及煤和生物质的挥发物在二次燃烧口获得补氧燃烧而彻底燃烬，同时使二次燃烧口的温度达到1000℃以上，残余的煤烟也在穿越二次燃烧口时获得充分燃烬。本发明在隧道燃烧室的辐射顶板上设置二次燃烧口，并在二次燃烧口设有二次风孔，使煤或生物质的挥发份、转化气在进入炉膛之前就进行补氧燃烧，可以实现有效的完全燃烧，使得燃烧效率大为提高。当设备为煤气化设备或生物质气化设备时，在隧道燃烧室内不设置二次风孔。
本发明在隧道燃烧室的底下风室内还设置有水蒸汽喷嘴/或等离子体发生器喷嘴，把水蒸汽作为气化剂送入隧道燃烧室，用来抑制煤烟的生成并转化为气体燃料，以实现增值燃烧，进一步降低资源消耗，当采用等离子体发生器喷嘴时，等离子体发生器的工作气体为水蒸汽。在这一步骤中，水蒸汽与灼热的炭发生化学反应，其反应式为 当把水蒸汽作为工作气体送等离子体发生器进行活化处理的电化学反应为
……
……水分子被活化生成的活性化学物有H2O*、H2O+、H2*、O2*、H2、O2、H*、O*、H+、O+、OH*、OH+、OH、H、O，这些活性化学物被喷进隧道燃烧室，在隧道燃烧室与灼热的炭进行的热化学反应为
反应后的生成物为一氧化碳、氢气，是热值很高的气体燃料。
本发明把燃料燃烧的热能先聚集在隧道燃烧室内用于气化燃料及处理煤烟，然后再借助隧道燃烧室的蓄热体向炉膛内的受热面辐射热能，同时，隧道燃烧室顶板上的二次燃烧口也向炉膛内喷发火焰，又以辐射传热和对流传热的二种方式向炉膛内的受热面传递热能。为了能调控隧道燃烧室内的温度，采用在隧道燃烧室的侧墙上安装温度传感器，根据检测到的温度信息进行调节喷入隧道燃烧室内水蒸汽的量，把隧道燃烧室内的温度控制在合适的程度。当燃料为煤时，把隧道燃烧室的温度控制在650℃左右，以保证脱硫的效果；当燃料为生物质时，把隧道燃烧室的温度控制在1100℃左右，可以获得高的气化率和转化率。
本发明的隧道燃烧室适应燃料的范围广，可以燃烧原煤、散煤、生物质、无烟型煤、有烟型煤、生物质型煤、蜂窝型煤、煤球型煤、条棒形煤、颗粒型煤，并可实现机械化燃烧。把生物质燃料压制成型煤燃烧，可以减轻劳动强度，同时提高生物质燃料的品位，提高热效率。在煤中掺进石灰石或白云石、粘结剂(黄泥或粘土)压制成一定程度和形状的型煤制品进行燃烧的方式，可以达到提高热效率和环保要求，因为型煤在燃烧时与空气的接触好，容易燃烬，不需鼓风、引风，排烟损失小，因而热效率高，型煤的燃烧过程是先干馏、挥发物逸出燃烧、再燃烬，在燃烧过程中保持型煤的形状不变，因而不会产生飞灰，既使不安装除尘设备也能达到环保要求。燃用煤球型煤、条棒型煤、颗粒型煤可以免去对孔、码垛的工序，减轻劳动强度，容易实现高度机械化燃烧的优点，但烟气容易从进煤口逸出炉外，对燃烧室的要求高，本发明采用斜坡架设隧道燃烧室及在煤斗与进煤口之间设置隔离式进料阀的措施来防止烟气逸出。在燃用蜂窝型煤的贯通式炉型上，将蜂窝型煤的孔垂直放置，在进煤口及出渣口上布置柔性门封，以阻止烟气外逸。本发明在燃烧原煤、散煤的隧道燃烧室设置有防焦箱，并采用往复炉排，使燃料在燃烧过程中松动前进，以避免结焦。
本发明所述的炉膛由两侧的水冷壁、水冷壁外侧的保温围护体、前后保温围护体及顶部的保温围护体所构成。所述的受热面包括集热器/或蒸发器、水冷壁、省煤器、热交换器、锅筒/或热水出口集箱，集热器/或蒸发器、水冷壁、省煤器、热交换器、锅筒/或热水出口集箱在保温围护体内；锅筒/或热水出口集箱在炉膛内的最高位置，集热器在炉膛内的上部位置，省煤器、热交换器在炉膛内的下部位置，在具体实施时，炉膛下部位置的受热面为省煤器、热交换器其中的一种或二种。隧道燃烧室架设在炉膛的中间。
本发明所述集热器/或蒸发器的构成部件包括集热管/或蒸发管、水平或垂直联箱管、上集箱、下集箱，所述的集热管/或蒸发管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管；所述省煤器的构成部件包括受热管/或集热管、进口集箱、出口集箱、水平或垂直联箱管，所述的受热管或集热管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管；所述热交换器的构成部件包括受热管/或集热管、进水集箱、出水集箱、水平或垂直联箱管，所述的受热管或集热管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管。
本发明还在炉膛内设置有空气预热器和水汽化器，设备燃烧的需要的一次空气及二次空气通过空气预热器加热后再输入到燃烧室内，燃料气化过程所需的气化剂以及等离子体发生器的工作气体由水汽化器产生的水蒸汽供给。
本发明的燃烧型煤设备的烟气流程为隧道燃烧室内的燃料燃烧时产生的烟气通过辐射顶板的二次燃烧口进入到炉膛，烟气在隧道燃烧室的正上方逞上升趋势，直到炉膛的顶部，然后沿隧道燃烧室的两翼下降到炉膛的下部，由炉膛最下部位的废气出口排出炉外，这样的设计符合炉内烟气的势能趋向，因为在炉膛内受热面吸热的作用下，先上升的烟气由于失去热量而密度增大，重度增加，而后上升的热烟气密度小，先上升的烟气将主动让位于后上升的烟气，沿隧道燃烧室两翼的水冷壁受热区域下降，在下降的过程中，再度被水冷壁吸去热量而加速沉降，到达炉膛的底部，热量又被安装在炉膛下部位置的省煤器和热交换器吸收，在燃烧过程中，不断产生新烟气去替换原来烟气所占的位置，也就有烟气不断沉降，形成重力循环，所以在有受热面存在的炉膛内，被吸去热能的烟气是逞下降运动的，把废气排出口设计在炉膛的下部位置可以使排气阻力减小，因而小型设备不设置鼓、引风机、烟囱也能满足燃烧的工况要求。由于本发明在设备的低位设置了热交换器，通过循环出水管和循环回水管不断地把烟气的余热交换进储热水箱，储热水箱内的热水可以用作生活热水，一方面合理的利用了余热，另一方面可以使排气温度降得很低，减少了热污染。
本发明的燃烧原煤、散煤或生物质设备的烟气流程为隧道燃烧室内的燃料燃烧时产生的烟气通过辐射顶板的二次燃烧口进入到炉膛，然后折入两翼的排管受热区，再折入前烟室，由前烟室通过锅筒的火管到达后部的出口处，蒸汽过热器、省煤器、空气预热器安装在锅炉本体烟气出口外的烟气通道内，烟气在通道内交换出余热后，经连接烟管进入除尘器，除去灰尘的废气被引风机引出，排向大气。
本发明通过调节隧道燃烧室风室的百页布风板来控制进入隧道燃烧室的一次空气量来进行低氧燃烧，然后在隧道燃烧室顶板上的二次燃烧口通入二次空气进行补氧燃烧，既容易做到把燃料的挥发物和转化物燃烬，又容易做到抑制有害物NOx的生成；在燃煤中掺入石灰石，在燃烧时，石灰石与煤中逸出的硫发生化学反应生成硫酸钙，把硫固化在煤渣中，不会排出污染物二氧化硫和三氧化硫，固硫渣可用于生产建筑材料，用固硫渣生产水泥可节省二水石膏。
由于采取了上述措施，本发明的解决了燃煤设备污染大气环境的问题，实现了洁净燃烧以减少对环境的污染，使设备在燃烧无烟煤或燃烧烟煤时都能达到环保的要求。并且提高了燃料的燃烧效率以减少资源消耗，积极利用可再生能源，实现型煤燃烧设备的机械化、大型化、自动化的目的得以达到。
本发明的设备可以通过压力检测装置、水位检测装置、燃烧室温度检测装置、燃烧室光电检测装置、烟气检测装置来进行与炉排的电机、进料机构、鼓风机电机、引风机电机、风门启闭机构、给水泵电机的联动或联锁、互锁，来实现自动化操作。
本发明所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，设备本体主要由隧道燃烧室、锅筒/或热水出口集箱、炉膛、炉膛内受热面、保温围护体组成，其中所述的隧道燃烧室主要由燃烧室(23)、蓄热侧墙(11)、辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、风室(30)、炉排(25)、百页布风板(35)/或带孔底板构成；当设备为锅炉或气化设备时，所述的炉膛内受热面为集热器/或蒸发器(7)、水冷壁(9)、省煤器(14)和热交换器(22)其中的一种或二种、锅筒(2)/或出口集箱(48)；当设备为窑炉时，所述的炉膛内受热面为待烧制的产品、水冷壁(9)、省煤器(14)和热交换器(22)其中的一种或二种，锅筒(2)为外置式，在炉膛之外。
本发明的各受热面之间的连接为锅筒(2)通过下降管(4)分别连接到水冷壁(9)的下集箱(12)、集热器/或蒸发器(7)的下集箱(37)，水冷壁(9)的上集箱(5)连接到锅筒(2)或热水出口集箱(48)，集热器/或蒸发器(7)的上集箱/或联箱管(6)连接到锅筒(2)或热水出口集箱(48)，锅炉的补充水由省煤器(14)的进口集箱(15)进入到省煤器(14)，再由省煤器(14)的出口集箱(29)连接到锅筒(2)，或由省煤器(14)的出口集箱(29)连接到集热器/或蒸发器(7)的下集箱(37)，热交换器通过循环出水管和循环回水管与外置的储热水箱连接；当设备为暖气媒水加热设备或外置热水箱的热水锅炉时，取消下降管(4)及其之间的连接。上述受热面之间的连接还可以参照锅炉的常规方法进行连接。
本发明所述的设备包括蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体锅炉、暖气媒水加热设备、窑炉、煤气化及生物质气化设备。
本发明所述的设备在进行产品设计、制造时，应符合国家有关部门的规程要求设置水位计、安全阀、压力表、温度表，在锅炉本体上还必须有人孔或头孔、手孔、除灰装置、防爆门等，并且按国家有关部门的规程进行设计和制造。
本发明的有益效果是解决了燃煤设备污染大气环境的问题，使设备在燃烧无烟煤或燃烧烟煤时都能达到环保的要求，实现洁净燃烧以减少对环境的污染；把水蒸汽作为气化剂送入隧道燃烧室，用来抑制煤烟的生成并转化为气体燃料，在实现了燃料的洁净燃烧的同时实现了增值燃烧，进一步降低资源消耗，一方面可以降低生产成本，提高经济效益，另一方面可以缓解能源紧张的局面，为推动经济社会全面协调可持续发展创造条件；积极利用可再生能源，科学、合理地应用生物质燃料，解决农林废弃物、木材加工下脚料、建筑装璜工地的木基质垃圾的出路问题，为提供生物质资源的农村创造良好的发展机遇；实现型煤燃烧设备的机械化、自动化燃烧，减轻操作劳动强度，改变了型煤只能在小型设备上燃用的现状，从而实现型煤锅炉的大型化。
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下所述的具体实施方式
均不构成对本发明的限制图1是本发明的设备本体的基本构成及烟气流程的方框图。
图2是本发明的其中一种蒸汽锅炉设备的本体及烟气流程方框图。
图3是本发明的其中一种锅炉设备的炉水循环系统的连接方框图。
图4是本发明的其中一种燃烧型煤的蒸汽锅炉结构图。
图5是本发明的其中一种燃烧型煤的热水或有机热载体锅炉的结构图。
图6是本发明的一种隧道燃烧室为斜坡架设的燃烧型煤的锅炉结构图。
图7是本发明的一种燃烧原煤、散煤或生物质的锅炉结构图。
图8是本发明的一种燃烧型煤或薪柴的小型手烧炉的结构图。
图9是本发明的暖气媒水加热系统的示意方框图。
图10是本发明的外置式热水罐的热水锅炉系统的示意方框图。
图11是本发明的其中一个窑炉设备的示意方框图。
图12是本发明的其中一个煤气化或生物质气化设备的示意方框图。
图中1.蒸汽阀座，2.锅筒，3.人孔，4.下降管，5.水冷壁的上集箱，6.集热器/或蒸发器的垂直联箱管，7.集热器/或蒸发器，8.检查门，9.鳍片式水冷壁，10.炉膛，11.隧道燃烧室的蓄热侧墙，12.水冷壁的下集箱，13.手孔盖，14.省煤器，15.省煤器的进口集箱，16.检修门，17.热交换器的循环水出口，18.冷渣室，19.出渣口，20.废气出口，21.热交换器的循环水进口，22.热交换器，23.隧道燃烧室，24.隧道燃烧室的辐射顶板，25.炉排，26.水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴，27.二次燃烧口，28.二次风孔，29.省煤器的出口集箱，30.风室，31.进风口，32.百叶布风板启闭装置，33.炉排变速箱，34.百叶布风板的启闭连杆，35.百页布风板，36.隧道燃烧室温度传感器，37.集热器/或蒸发器的下集箱，38.隔离式进料阀，39.煤斗，40.吹灰门，41.过热器，42.保温围护体，43.外壳，44.循环通水管，45.通汽管，46.水位计接口，47.热水输出阀座，48.热水出口集箱，49.柔性门封，50.进水阀座，51.连通管，52.蜂窝型煤，53.水汽化器，54.汽水分离器，55.膜式水冷壁，56.火管，57.进入侧面排管区的烟气窗，58.防焦箱，59.调节风门，60.由侧面排管区折入到前烟箱的烟气窗，61.前烟箱，62.压力表接口，63.安全阀接口，64.气化剂输出接口，65.水汽化器的补水接口，66.落渣翻板，67.排污管，68.风口封盖，69.燃柴炉箅，70.型煤滑道，71.型煤装填装置。
具体实施例方式
图1所示的实施例为本发明的设备基本构成及烟气流程示意，设备主要由隧道燃烧室、炉膛、集热器/或蒸发器、锅筒或热水出口集箱、水冷壁、省煤器或热交换器、保温围护体组成，燃料在隧道燃烧室内燃烧，产生的热量以辐射传热和对流传热向炉膛内的受热面传递，在隧道燃烧室的上方，热能借助隧道燃烧室的辐射顶板向集热器/或蒸发器辐射红外线波长的热能，在隧道燃烧室的上方还有从隧道燃烧室顶板的二次燃烧口喷出的火焰气流以辐射传热和对流传热的二种方式向炉膛内的受热面传热，热气流被炉膛上部的受热面吸去热能后，密度变小而重度增加，沿隧道燃烧室两翼的水冷壁受热区下降，到达炉膛的下部，又受到省煤器或热交换器的吸热，交换出热能而加速沉降排出，这时排出的废气中没有烟尘，而且排气温度很低。当用型煤为燃料时，不需鼓风、引风设备就能达到燃烧工况要求，也不需除尘设备就可达到环保要求，在整个燃烧过程中，向外泄漏的热量很少，所以热效率相当高。
图2所示的实施例为本发明的一种蒸汽锅炉，其烟气流程与图1所示的实施例相同，设备主要由隧道燃烧室、炉膛、集热器/或蒸发器、锅筒、水冷壁、省煤器、热交换器、蒸汽过热器、空气预热器、水汽化器、保温围护体组成。
图3所示的实施例为本发明其中一种蒸汽锅炉设备的炉水循环系统，主要由锅筒、下降管、集热器/或蒸发器、集热器/或蒸发器的上集箱和下集箱、水冷壁、水冷壁的上集箱和下集箱、省煤器、热交换器、热交换器的进水集箱和出水集箱、蒸汽过热器组成，其中，锅筒通过下降管分别连接到集热器/或蒸发器的下集箱、水冷壁的下集箱，集热器/或蒸发器的上集箱连接到锅筒，水冷壁的上集箱连接到锅筒，锅炉的补充水通过省煤器连接到集热器/或蒸发器的下集箱；热交换器的出水集箱和进水集箱分别连接有循环出水管和循环回水管，循环出水管连接到储热水箱的循环水进口(图中未示出)，循环回水管连接到储热水箱的循环水出口(图中未示出)；锅筒的蒸汽出口连接到过热器。
图4所示的实施例是本发明的其中一种燃烧球形型煤、条棒形煤、颗粒型煤(包括用生物质压制的型煤)的蒸汽锅炉，主要由锅筒(2)、下降管(4)、水冷壁的上集箱(5)、鳍片式水冷壁(9)、水冷壁的下集箱(12)、集热器/或蒸发器(7)、炉膛(10)、隧道燃烧室(23)、隧道燃烧室的蓄热侧墙(11)、隧道燃烧室的辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、二次风孔(28)、百页布风板(35)、链条炉排(25)、水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)、隧道燃烧室温度传感器(36)、风室(30)、冷渣室(18)、省煤器(14)、热交换器(22)、过热器(41)、空气预热器(图中未示出)、水汽化器(图中未示出)、炉排变速箱(33)、隔离式进料阀(38)、煤斗(39)、保温围护体(42)组成，其中锅筒(2)上有蒸汽阀座(1)、人孔(3)、水位计接口(46)，还有图中未示出的压力表接口、安全阀接口；锅筒(2)通过下降管(4)连接到鳍片式水冷壁(9)的下集箱(12)、集热器/或蒸发器(7)的下集箱(37)，鳍片式水冷壁(9)的上集箱(5)连接到锅筒(2)，集热器/或蒸发器(7)通过垂直联箱管(6)及循环通水管(44)、通汽管(45)连接到锅筒(2)；锅筒(2)的蒸汽阀座(1)连接到过热器(41)的蒸汽输入接口；锅炉的补充水管接入省煤器(14)的进口集箱(15)，省煤器的出口集箱(29)连接到集热器/或蒸发器的下集箱(37)；热交换器(22)的循环水进口(21)连接到外置式储热水箱(图中未示出)的循环出水口，热交换器(22)的循环水出口(17)连接到外置式储热水箱(图中未示出)的循环进水口；燃料由煤斗(39)通过隔离式进料阀(38)到达进料口，再由链条炉排(25)输送进入隧道燃烧室(23)进行燃烧，燃烬的灰渣落入冷渣室(18)，再经出渣口(19)输出炉外；燃料在隧道燃烧室(23)内经过预热、烘干、脱硫、气化、挥发物逸出燃烧、煤烟消除、残炭燃烬，气化和挥发物随燃烧产生的灼热气流到达二次燃烧口(27)，获得从二次风孔(28)喷入的二次空气而彻底燃烬，烟气由隧道燃烧室的辐射顶板(24)上的二次燃烧口(27)进入到炉膛，被炉膛内的集热器/或蒸发器(7)、锅筒(2)、水冷壁(9)吸去热能后，沿隧道燃烧室(23)两翼的水冷壁受热区下降，在下降的过程中，烟气的热量不断被水冷壁(9)吸收，使烟气的密度增加而加速下降，到达炉膛的下部，烟气的余热又被省煤器(14)、热交换器(22)吸收而沉降至底部，从废气出口(20)排出，由于热交换器(22)通过循环水不断把热量转移到储热水箱，所以热交换器(22)内的水温不高，使排气温度也很低，本实施例可以不需鼓风、引风设备就能满足燃烧工况要求，不需除尘设备就能达到环保要求，因而可实现无烟囱燃烧，在产品设计及制造时，通过排气管把废气出口(20)排出的废气接至室外排放，或用室外平衡管来平衡炉内的压强。设备本体的外围为保温围护体(42)，在保温围护体(42)上有检查门(8)、检修门(16)、吹灰门(40)，还有防爆门(图中未示出)、观火窗(图中未示出)。本实施例的设备在运行时，通过水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)向隧道燃烧室(23)内喷入水蒸汽或活化水分子来抑制煤烟及实现增值燃烧，还可通过隧道燃烧室温度传感器(36)检测的温度数据来调整水蒸汽的喷入量来控制隧道燃烧室内的温度，还可通过叶布风板启闭装置(32)驱动百叶布风板的启闭连杆(34)调整百页布风板(35)的开启度来控制通风量，使燃烧工况达到最佳，把百页布风板(35)全部闭合时，设备进入封炉状态。本实施例燃烧所需空气先经空气预热器加热后再接入风室(30)，再由风室(30)进入燃烧室(23)及二次风道至二次风孔(28)；水汽化器产生的水蒸汽送入风室内的水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)，作为气化剂喷入燃烧室(23)，用来抑制煤烟的生成并与燃炭发生化学反应而生成可燃性气体，实现增值燃烧。
图5所示的实施例为本发明的其中一个燃烧蜂窝型煤(包括用生物质压制的型煤)的热水锅炉，主要由隧道燃烧室、热水出口集箱(48)、水冷壁的上集箱(5)、水冷壁的下集箱(12)、鳍片式水冷壁(9)、膜式水冷壁(55)、集热器/或蒸发器、炉膛(10)、链条炉排(25)、省煤器(14)、水汽化器(53)、空气预热器(图中未示出)、保温围护体(42)组成，其中隧道燃烧室主要由燃烧室(23)、蓄热侧墙(11)、辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、二次风孔(28)、百页布风板(35)、风室(30)、进风口(31)构成，链条炉排(25)贯穿在隧道燃烧室之中，风室(30)内有水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)；集热器/或蒸发器主要由集热管/或蒸发管(7)、垂直联箱管(6)、下集箱(37)构成。本实施例适用于暖气媒水的热交换或外置式热水箱的热水加热，回水(包括补充水)由进水阀座(50)进入到省煤器(14)，再由省煤器(14)通过连通管(51)、集热器的下集箱(37)进入到集热器(7)，再由集热器的垂直联箱管(6)进入到热水出口集箱(48)，同时，系统回水(包括补充水)由进水阀座(50)进入到水冷壁的下集箱(12)，通过鳍片式水冷壁(9)由水冷壁的上集箱(5)进入到热水出口集箱(48)，省煤器的出口集箱(29)还连接到膜式水冷壁(55)的进水集箱，膜式水冷壁(55)连接到热水出口集箱(48)，热水由热水输出阀座(47)输送到暖气系统或热水箱。本实施例的隧道燃烧室设计成贯通式的，在进煤口和出渣口有柔性门封(49)，起隔离作用，蜂窝煤由链条炉排(25)输送，从隧道燃烧室的前端进入，燃烬后的煤渣直接从隧道燃烧室的后端输出。本实施例的燃烧情况及烟气流程与图4所示的实施例相似。
图6所示的实施例为本发明其中一种燃烧球形型煤、条棒形煤、颗粒型煤(包括用生物质压制的型煤)的蒸汽锅炉，主要由隧道燃烧室、锅筒(2)、下降管(4)、水冷壁的上集箱(5)、鳍片式水冷壁(9)、水冷壁的下集箱(12)、集热器/或蒸发器、炉膛(10)、链条炉排(25)、冷渣室(18)、热交换器(22)、过热器(41)、空气预热器(图中未示出)、水汽化器(图中未示出)、炉排变速箱(33)、隔离式进料阀(38)、煤斗(39)、保温围护体(42)组成，其中隧道燃烧室主要由燃烧室(23)、蓄热侧墙(11)、辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、二次风孔(28)、百页布风板(35)、风室(30)、进风口(31)构成，链条炉排(25)贯穿在隧道燃烧室之中，风室(30)内有水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)；集热器/或蒸发器主要由集热管/或蒸发管(7)、垂直联箱管(6)、下集箱(37)构成。本实施例的隧道燃烧室设计成斜坡式的，有利于阻止烟气逆行，以减少烟气的泄漏。
图7所示的实施例为本发明的一种燃烧原煤、散煤、生物质燃料的蒸汽锅炉，主要由锅筒(2)、下降管(4)、水冷壁(9)、隧道燃烧室(23)、隧道燃烧室的蓄热侧墙(11)、隧道燃烧室的辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、二次风孔(28)、风室(30)、炉膛(10)、火管(56)、前烟箱(61)、煤斗(39)、往复炉排(25)、防焦箱(58)、冷渣室(18)、保温围护体(42)组成，其中隧道燃烧室(23)内还有温度传感器(36)；风室(30)内还有水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)。本实施例锅炉的水循环系统按锅炉的常规接法连接。烟气流程为烟气由二次燃烧口(27)进入炉膛(10)，再由侧面的烟气窗(57)进入两侧的排管受热区，再由侧面排管受热区经烟气窗(60)折入到前烟箱(61)，再通过火管(56)到达废气出口(20)，废气出口(20)之后的烟气通道内还依次安装有过热器、省煤器、空预器(图中未示出)。本实施例需配置鼓风、引风、除尘设备，通过调节风门(59)来分配各风室的空气量，除尘设备安装在空预器之后，引风机安装在除尘设备之后。
图8所示的实施例为本发明的一种燃烧型煤、薪柴的手烧热水锅炉，主要由热水出口集箱(48)、水冷壁的上集箱(5)、鳍片式水冷壁(9)、水冷壁的下集箱(12)、集热器/或蒸发器(7)、省煤器(14)、水汽化器(53)、炉膛(10)、隧道燃烧室(23)、隧道燃烧室的蓄热侧墙(11)、隧道燃烧室的辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、二次风孔(28)、百页布风板(35)、水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴(26)、风室(30)、进风口(31)、风口封盖(68)、燃柴炉箅(69)、型煤滑道(70)、型煤装填装置(71)、落渣翻板(66)、冷渣室(18)、保温围护体(42)组成，其中炉箅(69)在燃烧薪柴时起支托作用；风口封盖(68)在燃烧时起调节风门的作用，在停止燃烧时起封炉的作用。本实施例在燃烧型煤时，由手工将型煤装入装填装置(71)的预推室，然后手工操作推煤器把型煤推进隧道燃烧室(23)，在型煤进入隧道燃烧室的同时，燃烬的煤渣被推到落渣翻板(66)上，煤渣的重量使翻板(66)下翻，煤渣便掉下滑入冷渣室(18)，煤渣滑入冷渣室后，翻板(66)便复位封住落渣口，冷渣室(18)与风室(30)相通，煤渣的余热起到加热风室内空气的作用，有助于燃料的燃烧，冷却后的煤渣从风口扒出。当燃烧薪柴时，去掉型煤装填装置(71)，在进煤口安装炉门。
图9所示的实施例为本发明的其中一种暖气媒水加热系统，暖气媒水加热装置主要由隧道燃烧室、热水出口集箱、炉膛、集热器、侧翼水冷壁、顶部水冷壁、省煤器、空气预热器、水汽化器、保温围护体、膨胀水箱组成，其中炉膛由侧翼水冷壁、顶部水冷壁、保温围护体所构成，热水出口集箱在炉膛内的最高部位，炉膛内的上部是集热器，省煤器在炉膛内的下部，隧道燃烧室在集热器和省煤器的之间；暖气媒水从热水出口集箱输出，在热水出口处有自动排气阀和温度计；膨胀水箱设在系统的最高位置，膨胀水箱上有呼吸管和补水口。系统的补充水由膨胀水箱进入，膨胀水箱与系统的回水管连接，回水管分别连接到省煤器、侧翼的水冷壁，省煤器连接到集热器，集热器连接到热水出口集箱，侧翼的水冷壁连接到顶部的水冷壁，顶部的水冷壁连接到热水出口集箱；经空气预热器加热的空气输入到隧道燃烧室，为燃烧提供一次空气及二次空气；水汽化器产生的水蒸汽作为气化剂输入到隧道燃烧室内。
图10所示的实施例为本发明的其中一种外置热水罐式的生活热水锅炉，主要由隧道燃烧室、热水出口集箱、炉膛、集热器、侧翼水冷壁、顶部水冷壁、省煤器、空气预热器、水汽化器、保温围护体、热水罐、循环出水管、循环回水管组成，其中炉膛由侧翼水冷壁、顶部水冷壁、保温围护体所构成，热水出口集箱在炉膛内的最高部位，炉膛内的上部是集热器，省煤器在炉膛内的下部，隧道燃烧室在集热器和省煤器的之间；热水罐在炉膛的外面，热水罐上装有自动排气阀和温度计，系统的补充水由热水罐的补水口进入，热水罐的下部有循环回水管分别连接到省煤器、侧翼的水冷壁，省煤器连接到集热器，集热器连接到热水出口集箱，侧翼的水冷壁连接到顶部的水冷壁，顶部的水冷壁连接到热水出口集箱，热水出口集箱通过循环出水管连接到热水罐的中部位置；经空气预热器加热的空气输入到隧道燃烧室，为燃烧提供一次空气及二次空气；水汽化器产生的水蒸汽作为气化剂输入到隧道燃烧室内。
图11所示的实施例为本发明的一种窑炉设备，主要由隧道燃烧室、炉膛、集热器、侧翼水冷壁、水冷壁集箱、锅筒、下降管、上升管、省煤器、热交换器、空气预热器、水汽化器、保温围护体组成，其中炉膛由侧翼水冷壁、顶部水冷壁、保温围护体所构成，炉膛内的上部为窑道，窑道的下方为隧道燃烧室，隧道燃烧室的下方为省煤器，省煤器的下方为热交换器；锅筒在炉膛的外面；锅筒通过下降管连接到隧道燃烧室两侧翼的水冷壁，两侧翼的水冷壁连接到水冷壁集箱，水冷壁集箱通过上升管连接到锅筒；补充水连接到省煤器，省煤器连接到锅筒；热交换器的循环水出口和循环水进口分别连接到储热水箱(图中未示出)的循环进水口和循环出水口。
图12所示的实施例为本发明的一种煤气化或生物质气化设备，主要由隧道燃烧室、水蒸汽喷嘴/或等离子体发生器、炉膛、集热器或蒸发器、侧翼水冷壁、锅筒、省煤器、热交换器、蒸汽过执器、空气预热器、水汽化器、保温围护体、除尘器、引风机、清洗装置、净化分离装置、压缩装置、冷却装置、气柜组成，其中，锅炉的水循环系统按图4所示的实施例方法连接，或按锅炉的常规连接方法进行连接；除尘器、引风机、清洗装置、净化分离装置、压缩装置、冷却装置、气柜均按公知技术设计制造。本实施例不设置二次供风，并且控制一次供风量，使隧道燃烧室内的燃料缺氧燃烧，同时向隧道燃烧室内喷入水蒸汽或等离子活化水分子，促使煤或生物质气化，从炉内排出的是以一氧化碳、氢气为主的富氢合成气体，经除尘、清洗、净化分离即为燃气产品，也可再通过一氧化碳转化装置精制氢气产品。
本发明的上述实施例，在进行产品设计、制造时，应符合国家有关部门的规程要求，按国家有关部门的规程进行设计和制造。
权利要求
1.隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，包括燃料的气化燃烧技术，其特征是煤或生物质燃料在隧道燃烧室内完成预热、烘干、气化、脱硫、挥发物逸出燃烧、煤烟消除、残炭燃烬，隧道燃烧室架设在炉膛的腹中，隧道燃烧室前后贯通，前端输入燃料，后端出渣，隧道燃烧室内不设受热面，燃烧产生的热能以辐射传热和对流传热的方式向隧道燃烧室体外的受热面传递；所述的隧道燃烧室由蓄热侧墙、辐射顶板、底构成，其中，辐射顶板上有二次燃烧口，底面由带有空气通孔的底板/或百页布风板/或炉排构成。
2.根据权利要求1所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是所述的炉膛由两侧的水冷壁、水冷壁外侧的保温围护体、前后保温围护体及顶部的保温围护体所构成。
3.根据权利要求1所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是隧道燃烧室内的上部还有二次喷风孔，二次喷风孔分布在二次燃烧口；当设备为煤气化设备或生物质气化设备时，在隧道燃烧室内不设置二次通风孔。
4.根据权利要求1所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是隧道燃烧室的底下风室内还有水蒸汽喷嘴/或等离子体发生器喷嘴，把水蒸汽作为气化剂送入隧道燃烧室，用来抑制煤烟的生成并转化为气体燃料，当采用等离子体发生器喷嘴时，等离子体发生器的工作气体为水蒸汽。
5.根据权利要求1或4所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是用喷入隧道燃烧室内的水蒸汽来调节隧道燃烧室内的温度。
6.根据权利要求1所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是所述的受热面包括集热器/或蒸发器、水冷壁、省煤器、热交换器、锅筒/或热水出口集箱，其中集热器/或蒸发器、水冷壁、省煤器、热交换器、锅筒/或热水出口集箱在保温围护体内；锅筒/或热水出口集箱在炉膛内的最高位置，集热器/或蒸发器设在炉膛内的上部，省煤器、热交换器设在炉膛内的下部，炉膛的中间位置是隧道燃烧室；所述集热器/或蒸发器的构成部件包括集热管/或蒸发管、水平或垂直联箱管、上集箱、下集箱，所述的集热管/或蒸发管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管；所述省煤器的构成部件包括受热管/或集热管、进口集箱、出口集箱、水平或垂直联箱管，所述的受热管或集热管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管；所述热交换器的构成部件包括受热管/或集热管、进水集箱、出水集箱、水平或垂直联箱管，所述的受热管或集热管包括水平直管、倾斜直管、蛇形管、盘管的光管或鳍片管或翅片管。
7.根据权利要求6所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是设在炉膛内下部的受热面为省煤器、热交换器其中的一种或二种。
8.隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是所述的设备包括蒸汽锅炉、热水锅炉、有机热载体锅炉、暖气媒水加热设备、窑炉、煤气化及生物质气化设备。
9.隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是所述的设备本体主要由隧道燃烧室、锅筒/或热水出口集箱、炉膛、炉膛内受热面、保温围护体组成，所述的隧道燃烧室主要由燃烧室(23)、蓄热侧墙(11)、辐射顶板(24)、二次燃烧口(27)、风室(30)、炉排(25)、百页布风板(35)/或带孔底板构成；当设备为锅炉或气化设备时，所述的炉膛内受热面为集热器/或蒸发器(7)、水冷壁(9)、省煤器(14)和热交换器(22)其中的一种或二种、锅筒(2)/或出口集箱(48)；当设备为窑炉时，所述的炉膛内受热面为待烧制的产品、水冷壁(9)、省煤器(14)和热交换器(22)其中的一种或二种，锅筒(2)为外置式，在炉膛之外；各受热面之间的连接为锅筒(2)通过下降管(4)分别连接到水冷壁(9)的下集箱(12)、集热器/或蒸发器(7)的下集箱(37)，水冷壁(9)的上集箱(5)连接到锅筒(2)或热水出口集箱(48)，集热器/或蒸发器(7)的上集箱/或联箱管(6)连接到锅筒(2)或热水出口集箱(48)，锅炉的补充水由省煤器(14)的进口集箱(15)进入到省煤器(14)，再由省煤器(14)的出口集箱(29)连接到锅筒(2)，或由省煤器(14)的出口集箱(29)连接到集热器/或蒸发器(7)的下集箱(37)，热交换器通过循环出水管和循环回水管与外置的储热水箱连接；当设备为暖气媒水加热设备或外置热水箱的热水锅炉时，取消下降管(4)及其之间的连接。
10.根据权利要求1、8或9所述的隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，其特征是在炉膛内的前端或后端或水冷壁与保温围护体之间还有空气预热器、水汽化器其中的一种或二种；在隧道燃烧室的二次燃烧口还有二次风孔；在风室内还有水蒸汽喷嘴/或等离子体喷嘴；在炉膛的顶部还有蒸汽过热器。
全文摘要
隧道燃烧室及其构成的无烟尘燃煤、生物质设备，涉及以煤、生物质为燃料的锅炉、窑炉、气化设备。本发明的隧道燃烧室适应燃料范围广，可以实现洁净燃烧有烟原煤、散煤、生物质、型煤、生物质型煤，合理地应用生物质燃料，设备的热效率高，并可实现大型化及机械化燃烧。本发明解决了燃煤设备污染大气环境的问题，使设备在燃烧烟煤时能实现洁净燃烧，小型设备不需鼓风、引风就能达到燃烧要求，不用除尘设备就能达到环保的要求。本发明把水蒸气作为气化剂送入隧道燃烧室，用来抑制煤烟的生成并转化为气体燃料，在实现洁净燃烧的同时实现了燃料的增值燃烧，降低资源消耗，缓减能源紧张的局面，为推动经济社会全面协调可持续发展创造条件。
文档编号F23M5/06GK1904479SQ200610106829
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月31日 优先权日2006年7月31日
发明者周开根 申请人:周开根