专利名称：导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，属于工业热工设备。
背景技术：
目前，立式手烧蒸汽锅炉在市场上的占有份额较大，比较典型的是LSG系列的立式弯水管锅炉，结构包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，从燃烧炉膛冲上来的高温烟气从高温烟气出口进入热气体腔，对弯水管进行加热，从而加热弯水管中的水，获得水蒸汽。该锅炉是在原来旧式锅炉的基础上几经改进演变发展起来的一种比较先进的产品，有较大的辐射受热面和对流受热面，排烟温度较低，锅炉的“设计热效率较高”，根据这种结构原理，同时又衍生出具有多种型号的系列化产品，容量在0.2t/h-2t/h之间型号较多，也有一些容量再大些的也是采用这种结构，各锅炉生产厂家都有国家劳动部颁发的定型制作图纸和制造检验执行标准。
这种锅炉中，烟气横向冲刷全部外弯水管和内弯水管，并且流程很长，这种设计对提高传热效率有利，但系统很容易积灰，尽管设计了清灰孔，但是为了正常传热使锅炉稳定的运行，用户经常不断的“停炉清灰”，对于运转中企业车间来说是一个较大的难题，所以虽然在锅炉设计时考虑尽最大可能地提高传热效率，但是在实际使用中，因为积灰严重，真正的热效率并不高。
这种锅炉，在“锅”的设计上是先进的，整个传热系统对烟气有足够的传热面积；可是在“炉”的设计上用的却是原始落后的燃烧技术，为了达到设计的额定输出功率，这种型号的锅炉都是燃用大烟大火的烟煤，所以运行时都是黑烟滚滚，不但浪费能源，也污染环境，浓浓烟气在传热良好的水冷管系统里被急聚冷却，大量蒸发状态的煤焦油和碳链体迅速凝结析出，粘在锅炉管和其他所有的热交换面上，越积越厚，很难清除，严重的影响传热效果，使锅炉的实际热效率远低于理论设计热效率。
显然，如果没有相匹配的“炉”，没有“先进的燃烧技术”，即使再先进的“锅”也制造不出“先进的锅炉”来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。
本发明所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。
本发明中在高温烟气出口处设二次助燃风口，加强助燃和扰动作用，促进漩流燃烧。
将导流锥的顶盖顶面可设计呈平的，最好设计为上突状，包括上突弧形状、上突锥形状等，降低气流阻力，防止气流死角，利于漩流燃烧。导流锥可由耐火材料和耐热金属材料(如耐热铸铁、耐热不锈钢等)制作。
高温烟气导流板可设计成多种形状，直板形、弧板形、曲线板形等。导流板的数量可根据实际情况灵活调整，小功率的设备可少一些，大功率的设备可多一些。
根据规模大小情况不等，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上可分布多个，2-10个适宜，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上；同理，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上也可以分布多层，2-6层适宜。
还可以在燃烧炉膛的炉膛壁上增设周围分布的一次助燃风辅助风口，促进燃烧，可以分布2-10个一次助燃风辅助风口，可以分布在同一个横截面上，也可以分散在不同的横截面上。
环形布风盒，在燃烧装置的“腰间”形成“环形风道”，所有的二次助燃风都由“环形风道”提供风源，风的压力由配装的风机提供，风机可连接三相交流电源，也可通过变频器实现变频调速，完成风量调节。
本发明导流锥式纯无烟燃烧装置，结构合理，能够解决燃煤冒黑烟问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，林格曼黑度为零，节约了煤资源，提高了热效率，节能可达30％以上，又保护了环境，经济效益和社会效益显著。
工作原理一次助燃风穿过炉排和从炉排上方进入燃烧炉膛，促进煤层燃烧，燃烧过程中产生高浓度的可燃性烟气进入导流锥，在导流锥顶盖的阻挡作用下，经过导流锥导流板使方向发生改变，产生旋转力矩，并且和进入二次燃烧炉膛的二次助然风，方向一致，二者合一，形成一股强烈地旋转搅拌气流，因为这股气流中含大量氧气，高温烟气中又有大量在下面的燃烧炉膛中没有燃尽的可燃性挥发产物，如一氧化碳、焦油蒸汽以及可燃性碳的大颗粒和微细颗粒，等等所有可燃性物质，都将在二次燃烧炉膛中实施强烈地搅拌混合，在有合理而足够的氧气和高温下，全部彻底地燃尽。同时由于耐火炉衬和内弯水管之间的隔热作用，使得这个空间的温度很高，同时可燃性气体在这种条件下，进行猛烈地氧化燃烧，使温度更加提高，达到1000℃以上，这就更加强化了燃烧的效果，由于是螺旋式行走路线，这就使可燃性气体有了足够的驻留时间，完全燃烧必需的四大要素①必须的温度；②足够的助燃氧气；③良好的搅拌和混合；④足够的驻留时间。在这种燃烧机制中，体现得恰到好处，完美无缺，所有的可燃物全部燃尽，无煤焦油和碳链体的凝结，得到干净、无色、无味、透明的洁净气体，最后靠高速气流的惯性以旋转形式的气流分布从高温气体出口喷射出去，进入热气体腔，加热弯水管。燃烧充分，热效率高。这股旋转的高温气流同时也强化了和弯水管的传热效果，更加提高了热效率。
在二次燃烧火膛的耐火炉衬中加入不锈钢耐热纤维，既加强炉衬的高温强度，又可调整内衬材料的导热系数，既可保持这个区域的可靠燃烧温度，又保证传热效率，二者兼得。如此，本发明的“洁净”的燃烧，使得“锅”的部分彻底消除了积灰。
本发明导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，很好地解决了燃煤黑烟排放问题，实现了燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，节煤率达30％，林格曼黑度为0，用肉眼根本观察不到，没有任何烟尘排出，达到纯无烟的运行效果，并且完全不用任何除尘装置，无黑烟排放，保护了环境。
图1、现有立式蒸汽锅炉结构示意图。
图2、图1的俯视图。
图3、本发明实施例1结合燃烧装置燃烧运行工况示意图。
图4、本发明实施例1的两体结构示意图。
图5、导流锥的顶盖俯视图。
图6、二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图7、本发明实施例2二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图8、本发明实施例3二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图9、本发明实施例4二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图中a、加煤炉门 b、弯水管 c、热气体腔 d、外壳 e、烟箱 f、喉口 g、烟囱 h、人孔 1、炉排 2、燃煤 3、加煤炉门 4、耐火炉衬 5、金属外壳 6、保温材料 7、环形布风盒 8、高温烟气 9、二次助燃风道 10、二次燃烧炉膛 11、高温气体出口 12、高温气体 13、烟箱 14、热气体腔 15、弯水管 16、顶盖 17、高温烟气导流板 18、高温烟气出口 19、燃烧炉膛 20、一次助燃风辅助风口 21、出灰门 22、风道 23、直形导流板 F1、一次助燃风 F2、二次助燃风 B1、B2、风机。
具体实施例方式
结合上述实施例附图对本发明作进一步说明。
图3所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉的实施例1，包括金属外壳5、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱13中，内弯水管之间构成热气体腔14，热气体腔14的下方为燃烧装置的燃烧炉膛19，燃烧炉膛19的下方为炉排1，炉排1的下方为灰室，与燃烧炉膛19对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门21，灰室配有一次助燃风口，燃烧炉膛19的炉膛壁上周围也分布有一次助燃风辅助风口20，由风道22提供助燃风，将燃烧炉膛19顶部设计为缩小的高温烟气出口18，高温烟气出口18的上方设有二次燃烧炉膛10，二次燃烧炉膛10的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛10中对应高温烟气出口18设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板17和导流板顶部的顶盖16构成，高温烟气导流板17呈弧板形(也可呈直板形或曲面板形)，导流锥的顶盖16的顶面呈弧形，二次燃烧炉膛10上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛10的切线方向，并与高温烟气导流板17的气流导向一致，二次燃烧炉膛10的顶部设有高温气体出口11，高温气体出口11连通热气体腔14，在高温烟气出口18处也设二次助燃风口，连通二次助燃风口的二次助燃风道9连通在环形布风盒7上。
如图4所示，本发明可以是两体结构，上炉体和下炉体可分成两个单元单独制作，制作安装方便，方便更换维修，上炉体包括导流锥以上的部分，上炉体下面的部分为下炉体，在上下炉体上分别设置连接法兰，通过法兰连接组装而成。组装时在上下两炉体之间的平面上，放置“硅酸铝针刺毯”作为垫子，进行密封，然后用螺栓将上下法兰拧紧固定即可。
实践中，可直接使用上文叙述的国家劳动部颁布的LSG系列产品的定型图纸、制造工艺和检验标准。调整一下炉排、灰室和炉门，制作成上下炉体两部分，方便实施。二次燃烧炉膛的炉衬用高温耐火浇注料，添加适量不锈钢耐热纤维，增加强度。上炉体施工时用簿铁板根据实际形状和尺寸做成浇注用内置模具，二次助燃旋流风道用耐热钢焊接而成，上炉体和下炉体的助燃风道要严格对齐，以保证下炉体的助燃风顺畅地通到上面去。放入搅拌好的浇注料用插入式振动棒振实，并注意保温和养护。
工作过程如图3、6所示，一次助燃风进入燃烧炉膛，促进燃煤燃烧，从燃烧炉膛19冲上来的高温烟气8，受到导流锥顶盖16的限制，在导流锥内迅速“积累”，由于气体具有从高压端向低压端扩散的物理特性，所以高温烟气8通过导流锥板快速向二次燃烧炉膛10中流动扩散，并且在高温烟气导流板17的导向下，形成倾斜喷射(顺时针方向)，此时二次助燃风又以一定的压力和流速以顺应方向射入，两力合一，在二次燃烧炉膛10中形成了高速旋转的高温漩流。因为这股气流中含大量氧气，高温烟气中又有大量在下面的燃烧炉膛中没有燃尽的可燃性挥发产物等所有可燃性物质，都将在二次燃烧炉膛中实施强烈地搅拌混合，在有合理而足够的氧气和高温下，全部彻底地燃尽，然后形成不含任何可燃成份的“纯净无色透明”高温气体12，以旋转形式的气流分布从高温气体出口11向上喷射，进入热气体腔14，加热弯水管15，使弯水管15中的水被加热，获得蒸汽。
图7所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉中的燃烧装置的实施例2，导流板23成直板形。
图8所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉燃烧装置的实施例3，高温烟气导流板反向设置，使高温烟气在高温烟气导流板的导向下，形成逆时针方向的倾斜喷射。
图9所示的是本发明所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉燃烧装置的实施例4，二次助燃风道个数多的结构状况。
各助燃风道可以通过布风盒，根据需要实现布风分布，由同一动力源提供布风动力，简化辅助设施。供风系统可配装自动化变频控制系统，实现自动化操作。如供风量的调节可用变频调速的方式来解决，亦即通过改变风机电源的频率来改变风机的转速的方法控制供风量。利用烟气传感器(工业电子门市部都有市售)，如二氧化锆烟气传感器，它对一氧化碳呈现“气敏效应”，只要有烟气就是缺氧，只要缺氧就必然产生一氧化碳，所以，检测一氧化碳气体的含量多少，也就直接反映了燃烧设备内部的“配风系数”和燃烧工况。把一氧化碳气体的含量变成电压信号输入到变频器的电压信号输入端子上，即可利用电压信号控制频率变化，变频输出电源就是鼓风机的供电电源。
权利要求
1.一种导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其特征在于燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。
2.根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于高温烟气出口处设有二次助燃风口。
3.根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于导流锥的顶盖顶面呈上突状。
4.根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于高温烟气导流板呈弧形。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上分布有2-10个，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上。
6.根据权利要求5所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上分布有2-6层。
7.根据权利要求1所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁上周围分布有一次助燃风辅助风口。
8.根据权利要求7所述的导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁周围分布有2-10个一次助燃风辅助风口。
全文摘要
本发明涉及一种导流锥式纯无烟立式蒸汽锅炉，属于热工设备，包括外壳、弯水管和燃烧装置，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛中对应高温烟气出口设置导流锥，导流锥由纵向、圆周分布并径向倾斜设置的高温烟气导流板和导流板顶部的顶盖构成，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，并与高温烟气导流板的气流导向一致，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。
文档编号F23B10/02GK101074768SQ200710015960
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月16日 优先权日2007年6月16日
发明者王树洲 申请人:王树洲