定容式洁净煤燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以燃烧散状或型煤状低灰分洁净煤、低灰分燃煤或低灰分生物质燃料，基于燃烧面位置相对固定、燃烧室容积热强度恒定不变原理的定容式洁净煤燃烧装置，特别适用于煤及洁净煤燃烧领域，工业炉窑、工业锅炉和农村生活燃煤炉具使用。
【背景技术】
[0002]工业燃烧供热和农村生活供热产生了大量粉尘、碳黑及一氧化碳气体，是目前雾霾产生的重要原因之一。据统计，2013年我国原煤消耗总量达到42亿吨，其中约20%原煤消耗在燃烧供热场所，排放CO2约21亿吨、烟尘约0.5亿吨。按50%燃煤装置应用节能环保新技术，装置热效率提高10%测算，节能潜力达到4250万吨，减排CO2约I亿吨、烟尘约250万吨。
[0003]附图3所示的固定炉排式煤炉具，是当今煤燃烧典型装置。该装置包括炉内壁I和炉条2，炉条2两端伸出炉内壁I外，嵌入炉壁内，炉条2位置固定不动。炉条2下方为均压室A，炉条2上方为燃煤层B，燃煤层B上方为燃烧室C。燃煤层B顶面煤着火燃烧。随着煤燃烧过程进行，燃煤层B顶面位置降低，燃烧室C容积增大。在燃煤层B顶面面积及顶面下降速度均不变条件下，燃烧室C容积热强度降低。同时，燃煤层B高度减小，均压室A容积不变，空气流量不变但空气流过燃煤层B阻力减少，导致空气流速增大，一方面和燃煤层B相同燃烧放热所要求的空气流速不匹配，另一方面对燃煤层B顶面高温焦炭冷却作用增强。上述两因素，既导致燃烧速度不可控，又降低燃烧室C燃烧温度，造成不完全燃烧，能源利用率降低，烟气碳粒和一氧化碳排放超标，不能满足当今绿色生态文明建设需要。
[0004]开发结构简单、可控性强和能源利用效高的新型洁净煤燃烧装置，可以降低烟气污染物排放，从而促进我国两型社会建设和可持续发展。
【发明内容】
[0005]为了克服固定炉排式煤炉具煤燃烧面位置下降，导致燃烧室容积增加，燃烧室容积热强度降低，煤不完全燃烧热损失及烟气污染物排放增加等问题，本发明设计一种具有“弹簧顶起炉条固定燃煤层顶面位置”结构特征，“燃烧室容积热强度恒定不变”技术特点，“煤燃烧过程可控性好，煤燃烧效率和能效高，烟气碳黑和一氧化碳排放达标”等技术优势的定容式洁净煤燃烧装置。
[0006]定容式洁净煤燃烧装置，主要包括炉内壁、炉条和弹簧，弹簧竖直布置，炉条为短柱体，炉条底面和顶面均水平布置，炉条侧壁为竖直侧壁，炉内壁侧壁为竖直侧壁，炉内壁空腔被炉条分隔为上下两部分，炉条下方空腔为均压室，炉条上方空腔自下向上依次是燃煤层和燃烧室，燃烧室底面和燃煤层顶面重合，弹簧底端和炉内壁底板顶面焊接连接，弹簧顶端和炉条底面焊接连接，炉条侧壁与炉内壁侧壁之间水平间隙不到炉条厚度的一半，炉条竖直中心轴线和弹簧中心轴线共线，弹簧弹性系数为燃煤自然堆积密度与燃煤层顶面面积的乘积，煤燃烧过程中燃煤层连同炉条一起被弹簧顶起向上移动，并使得燃煤层顶面位置相对于炉内壁不变，空气依次流经均压室、炉条和燃煤层后进入燃煤层顶面，并助燃发生在燃煤层顶面的煤燃烧反应，燃烧烟气经燃烧室排烟口排入大气环境。
[0007]燃用散状或成型状低灰分洁净煤、低灰分燃煤或低灰分生物质燃料的工业炉窑、工业锅炉、农村生活燃煤炉具等场所，均可使用本发明。
[0008]发明结构简单，一次性投资少，制作安装方便，布置紧凑，原理易于理解，燃烧效率超过95%，相对节能率5%?15%以上，烟气粉尘、碳黑、一氧化碳及碳氢化合物等污染物排放浓度低于《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)排放水平。
【附图说明】
[0009]图1为定容式洁净煤燃烧装置堆满煤时通过弹簧3中心轴线竖直剖视图。
[0010]图2为定容式洁净煤燃烧装置堆少量煤时通过弹簧3中心轴线竖直剖视图。
[0011]图3为固定炉排式煤炉具通过竖直中心线的竖直剖视图。
[0012]图1，图2和图3中，I为炉内壁，2为炉条，3为弹簧，A为均压室，B为燃煤层，C为燃烧室。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对发明作进一步的说明。
[0014]如附图1所示，定容式洁净煤燃烧装置，主要包括炉内壁1、炉条2和弹簧3。弹簧3竖直布置，弹簧3顶端和炉条2底面焊接连接并支撑炉条2，使得炉条2保持水平，弹簧3底端和炉内壁I底板顶面焊接连接。炉内壁I底板、炉条2和弹簧3材质为可焊接金属材质。
[0015]炉内壁I侧壁为竖直侧壁。炉内壁I侧壁可以是竖直圆筒、竖直方筒或其它竖直不规则筒体，炉内壁I水平截面面积不变。
[0016]炉条2为整体式短柱体，炉条2底面和顶面均为水平布置，炉条2侧壁为竖直布置，炉条2侧壁高度即炉条2厚度为δ。炉条2内设气流通道，气流通道的进口在炉条2底面，出口在炉条2顶面。炉条2挡住燃煤层B燃煤不落入均压室A，并为均压室A空气流入燃煤层B提供气流通道。
[0017]弹簧3数量可以是一根，可以是多根。弹簧3数量为一根时，炉条2竖直中心轴线和弹簧3中心轴线共线。弹簧3数量为多根时，弹簧3对称布置，平稳托起炉条2及燃煤层B，弹簧弹力始终等于炉条2重力与燃煤层B重力之和，并使炉条2顶面及底面始终处于水平状态。
[0018]炉内壁I内腔分为均压室A，燃煤层B和燃烧室C，燃烧室C为燃煤层B顶面上方的气相空腔，燃煤层B为炉条2顶面上方的燃煤堆放区域。炉条2分隔炉内壁I空腔为上下两部分，炉条2下方空腔为均压室Α，上方空腔自下向上依次为燃煤层B和燃烧室C。均压室A顶面和炉条2底面重合，炉条2顶面和燃煤层B底面重合，燃煤层B顶面和燃烧室C底面重合。炉条2底面面积，水平截面积和顶面面积相等，燃煤层B底面面积，水平截面积和顶面面积相等，均压室A侧壁、燃煤层B侧壁和炉内壁I侧壁在同一个竖直筒壁上。
[0019]炉条2顶面外边缘与炉内壁I侧壁之间水平间隙与炉条2底面外边缘与炉内壁I侧壁之间水平间隙相等，两者均等于炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平间隙d。炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平间隙d不到炉条2厚度δ的一半。往炉条2顶面上或燃煤层B顶面上添加燃煤时，在弹簧3弹力作用下炉条2顶起燃煤层B沿竖直方向向下移动。燃烧消耗燃煤层B燃煤时，在弹簧3弹力作用下炉条2托起燃煤层B沿竖直方向向上移动。无论燃煤层B沿竖直方向向上移动还是向下移动，都使得燃煤层B顶面位置不变，燃烧室C容积保持不变。炉条2厚度S大于炉条2侧壁与炉内壁I侧壁水平距离d的两倍。炉条2在炉内壁I空腔内，炉内壁I侧壁与炉条2侧壁不接触，炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平距离为d，且满足2(1〈δ，避免炉条2倾斜时卡死在炉内壁I空腔内，增强炉条2移动时的稳定性。燃煤层B燃煤粒径不仅大于炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平距离d，而且大于炉条2顶面气流出口直径，可以避免燃煤层B燃煤通过炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平间隙及炉条2气流通道落入均压室A。
[0020]炉条2上方燃煤层B置放燃煤，燃煤在自身重力作用下在燃煤层B堆积。均压室A为炉条2底面下方的布风空间，均压室A侧壁开设空气进口。通过均压室A侧壁空气进口流入的空气，依次流经均压室A侧壁空气进口、均压室A、炉条2和燃煤层B，最后进入燃煤层B顶面助燃煤燃烧。炉内壁I顶部开设排烟口，高温烟气和燃烧室C可燃性中间气燃烧形成的高温烟气合并后从燃烧室C排烟口排出。
[0021]实践表明:燃烧室C容积热强度太小不利于维持燃烧温度，太大不利于延长可燃物在高温区停留时间和行程，均会导致燃烧不完全。根据燃烧规律，燃烧室C容积热强度稳定维持在265kW/m3?305kW/m3范围，是燃烧完全充要条件之一。发明所指的洁净煤燃烧装置从燃煤层B顶面着火，燃烧面自上向下移动，燃煤层B顶面即为燃烧面，炉条2面积、炉条2侧壁与炉内壁I侧壁之间水平间隙均恒定不变，燃烧面积恒定不变。在空气供应及流量稳定条件下，燃烧面能沿竖直方向自上向下平稳移动，并保持燃烧释热速度不变。炉条2下设置弹簧3，用弹簧3支撑起炉条2及燃煤层B燃煤，炉条2与燃煤层B重力之和始终和弹簧3弹力相等，燃煤层B顶面下移距离和弹簧3因弹力减少而拉长距离相等，达到燃煤层B顶面始终处于初始位置并保持动态平衡状态的效果，燃烧室C底面位置相对于炉内壁I不变，使得燃烧室C容积没有变化，最终达到燃烧室C容积热强度恒定不变。附图1中燃煤层B燃煤量多，燃煤层B高度h大、弹簧3受力大、均压室A高度H小，附图2中燃煤层B燃煤量少，燃煤层B高度h小、弹簧3受力小，均压室A高度H大，附图1和附图2均压室A高度H与燃煤层B高度h之和始终相等，使得燃煤层B顶面位置相