专利名称：立式无胆节能环保锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及中、低压锅炉设备，具体地说是一种立式无胆节能环保锅炉，属于锅炉制造和节能环保工程的技术领域。
技术背景我们知道，锅炉作为一种广泛应用于众多生产领域的能源转换热力设备，对促进我国国民经济的高速发展具有非常重要的支承作用。究锅炉基本结构而言，它是由作为燃料燃烧放热设备的“炉”和供工质受热吸热设备的“锅”两部分组成。综合评价锅炉运行经济状况的指标是热效率，而提高锅炉热效率、降低运行成本最有效的技术措施为一是改进 “炉体”结构使燃料能完全燃烧得到释放热量的最大化，二是增强“锅体”吸热能力使用于加热工质的有效热量最大化。最近，国家质监总局颁布的《锅炉节能技术监督管理规程》中已对能效测试作出了强制性规定要求工业锅炉的热效率不得低于76%。客观地说，就我国现行锅炉产品的基本现状来看，大部分锅炉产品一时都很难达到能效测试的技术要求， 特别是对于热效率较低的立式锅炉，要通过能效测试则更为困难，这是由于立式锅炉在结构设计上自身固有较多严重的技术性缺陷所决定的。现行立式锅炉的主要结构就是一个周围盛水的立式炉胆，炉胆内壁形成的空腔作为燃烧室，在燃烧室上部安装一组与炉胆盛水室相连通的横水管作为吸热部件，在炉胆上部安装与燃烧室相通的冲天管进行排烟。可以说这种立式锅炉具有结构简单、制造成本低、安装占地面积小和操作方便的特点，目前仍然有相当大的市场需求量。但是，我们也无需讳言，这种结构过于简单的立式锅炉在实际运行中也存在着极为严重的使用缺陷，其主要表现为第一.安全性能较差，由于它是利用炉胆内壁空腔作燃烧室，这种燃烧室的不良结构设计会造成炉胆热应力严重集中而降低承压能力，在实际运行操作中稍有不慎极易引发炉胆爆裂的重大设备事故而伤人。第二.它的热效率低导致产汽成本增高，其主要原因是燃料在燃烧室内尚未得到完全充分燃烧即被冲天管直接抽出直接对外排放掉了，而横水管结构的吸热能力又较差，这种不良的排烟结构设计会导致排烟温度过高，这将会使大量的热能伴随着高温烟气的排放而白白地损失浪费掉，这正是现行立式锅炉的热效率低、产汽成本高的主要原因。第三.它对环境污染严重， 现行立式锅炉的排烟烟道结构流程极为简单、烟气进行有效热交换的行程极短，混杂于烟气中尚未完全烧烬的燃料颗粒较多，这些颗粒在较短的行程内又难以自行沉降分离，这正是直接造成所排放烟气烟尘浓度大、燃料颗粒多、黑度高而污染环境的主要原因。综上所述所列出的主要使用缺陷均是由于现行立式锅炉在结构设计上不尽科学合理所致。它已成为严重制约立式锅炉能否继续生存和发展的一个严峻问题，也是现有传统立式锅炉生产行业共同面临的一个迫切需要解决的技术性课题，这正是本实用新型所想要解决的问题。
发明内容本实用新型的目的旨在克服现有立式锅炉存在的上述不足之处，而提出一种全新结构的立式无胆节能环保锅炉，它是对现行传统立式锅炉的进一步改进和完善，本实用新型提出的技术方案能极大地提高立式锅炉的热效率和安全性能，对节约能源、减小环境污染和降低运行成本都具有非常显著的社会经济效益。本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的本实用新型所提出的一种立式无胆节能环保锅炉，它包括炉壳体、安装于炉座的燃烧室、汽包和排烟管，其特征在于燃烧室的炉拱设置有一组与炉膛相通的烟孔，在炉拱上布置安装外环形管、中环形管和内环形管，在外环形管、中环形管、内环形管之间连接一组连通管，在中环形管的管壁上连接安装锥斗，在外环形管上连接安装一组与汽包相通的外环水冷管，在一组外环水冷管之间连接有全封闭膜式壁，在中环形管上连接安装一组与汽包相通的中环水冷管，在一组中环水冷管之间连接下封闭膜式壁分隔为烟气上行环腔， 在内环形管上连接安装一组与汽包相通的内环水冷管，在一组内环水冷管之间连接上封闭膜式壁分隔为烟气下行环腔和烟气上升腔，所说的排烟管与烟气上升腔相通。本实用新型的主要结构特点是将立式锅炉的燃烧部与吸热部设计为上下组合结构，燃烧部是由安装于炉座的燃烧室构成，在燃烧室内由隔拱分隔成可进行多次燃烧的炉膛结构，使送入的燃料能在燃烧室内进行多次充分燃烧直至完全烧烬，真正实现燃料烧烬释放热量的最大化。 而吸热部则是由布置安装于燃烧室炉拱上的一组环形管、水冷管和汽包构成，连接于一组环形管的水冷管连通于汽包并由所连接的膜式壁分隔为多层环腔结构，进而形成上下往返折回的多回程烟气通道，由燃烧室炉膛导入的高温烟气将依次经过多回程烟气通道进行上下往返的折回运动并与水冷管内的水体进行充分的热交换，这时，水冷管内的水体将吸收高温烟气的热量被气化成蒸汽上升进入汽包内，经热交换而降温的烟气在上下往返折回运动的过程中又会进行自然沉降分离烟尘颗粒，最终转变成淡白色低温无污染的尾气，可由排烟管输至烟囱进行安全达标排放。这种多回程烟气通道的结构设计能真正实现最大化地吸收有效热量用于加热工质的发明目的。即是说，它能最大程度地将排烟热损转换为加热工质生成蒸汽的有效热量。本实用新型彻底摒弃了现行传统立式锅炉长期沿用的“炉胆式结构”，而提出一种无需炉胆结构部件的立式锅炉，有效改善了受力状态进而增强承载能力，具有极高的安全性能，还降低了立式锅炉的制造难度，减少生产锅炉的钢材使用量进而能大幅降低生产制造成本。并且它对燃料品种的适应性能强，可适用煤炭、油和天然气等多种燃料，均有很好的燃烧效果。对提高立式锅炉的热效率、节约能源、减轻污染负荷、保护环境和增强安全运行可靠性能都具有非常显著的效果。本实用新型还具有如下的技术特征连接安装于中环形管的一组中环水冷管按分列两层同心圆布管方式构成双层复合式烟气下行环腔结构，这种布管结构设计特别有利于中环水冷管与高温烟气进行热量交换，能极大地增强中环水冷管的吸热能力，这对进一步提高立式锅炉的热效率、降低产汽成本都有明显效果。在炉拱上布置安装中环形管的数量为1 6个，每个中环形管连接的一组中水冷管为一个同心圆布管单元，并由外向内按同心圆布管单元依次交替设置上封闭膜式壁、下封闭膜式壁，即可分隔为多层复合式环腔结构进而形成烟气多回程通道，能有效地延长烟气行程，这对进一步提高立式锅炉的热效率、降低产汽成本有明显效果。在外环水冷管的内侧管面沿轴线方向设置有吸热片，能增加外环水冷管的有效吸热面积进而增强外环水冷管的吸热能力，这对提高外环水冷管与高温烟气的热交换速率、改善外环水冷管内的水体气化上升运动状态有一定作用。在中环水冷管、内环水冷管的内侧管面、外侧管面沿轴线方向分别设置有吸热片， 也能增加中环水冷管、内环水冷管的有效吸热面积，进而增强中环水冷管、内环水冷管的吸热能力，这对进一步提高立式锅炉的热效率也有一定的作用。在锥斗的底端连接安装落灰管，落灰管的出灰管口与炉膛相通，在锥斗内配装有与落灰管相吻合的清灰盖，由清灰管孔伸入的清灰杠杆铰连于清灰盖。立式锅炉在正常运行中，清灰盖是将落灰管的管口盖住呈封闭状态，烟气在多层环腔内上下往返折回运动的过程中自然沉降所分离的烟尘颗粒将会降落于锥斗内，只需定时操作清灰杠杆打开清灰盖进行清灰作业，即可将锥斗内的烟尘颗粒杂质由落灰管回送至燃烧室的炉膛内重新进行再次燃烧，这对进一步提高燃烧效率并维持立式锅炉内部良好清洁的燃烧环境有很好的效果。在炉膛内依次设置隔拱、二次隔拱分隔成二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛的多次燃烧结构，在隔拱、二次隔拱上设置有一组烟孔形成与炉膛相通的烟气通道，可将炉膛内燃烧的高温烟气依次导入二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛内，使高温烟气中尚未烧烬的燃料颗粒能在二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛内继续进行二次燃烧、三次燃烧，其目的就是要使燃料能够充分地进行燃烧直至完全烧烬，最大程度地实现燃料燃烧释放热量的最大化，这对增强燃料燃烧效果、提高立式锅炉的热效率具有明显作用。当然也可根据上述原理和实际燃烧工况的需要，再增加设置多次隔拱分隔成多次燃烧炉膛结构，这对进一步提高立式锅炉的热效率也有一定作用。二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛分别配装有与主风管相连的二次进风管、三次进风管。操作风量调节阀即能方便地调控二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛内的进风量，这对改善二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛内的燃烧效果有一定作用。在烟孔的孔壁设置有上旋导烟螺纹，烟孔的出烟端口设置成倒锥形扩散结构，使高温烟气能经一组烟孔形成上旋扩散状依次进入二次燃烧炉膛、三次燃烧炉膛内再次燃烧，这种结构设计能明显增强二次燃烧、三次燃烧的燃烧速率，这对实现燃料燃烧释放热量的最大化具有促进作用。在炉壳体内填筑硅酸棉隔热层，具有很好的隔热效果，能极大地减小炉体对外辐射热损，这对节约能源具有明显的效果。本实用新型同现有技术相比具有实质性特点和进步1.本实用新型首创了“无炉胆立式锅炉”的全新结构，它彻底摒弃了现行立式锅炉长期沿用的炉胆式结构设计。由于本实用新型提出的立式锅炉是没有炉胆结构部件，能极大地降低立式锅炉的制造难度、改善立式锅炉受力状态进而能极大地增强承载能力，在实际运行中具有极高的安全性能。据测算它与生产同规格的现行立式锅炉相比能减小锅炉的钢材使用量50%以上，仅这一项就可大幅度地降低生产制造成本。2.本实用新型首创了“立式锅炉燃烧部与吸热部为上下组合的结构”，在燃烧室内由隔拱分隔成“多次燃烧的炉膛结构”，使燃料能在燃烧室内进行多次燃烧直至完全烧炬， 能够真正实现燃料完全烧烬释放热量的最大化。在燃烧室炉拱上安装一组环形管、连接有膜式壁的水冷管分隔为“多层环腔结构”而形成上下往返折回的“多回程烟气通道结构”，它能有效地延长高温烟气与水冷管进行热交换的行程，极大地增强吸热能力，能最大程度地降低排烟热损，并使排烟热损转换为用于加热工质生成蒸汽的有效热量最大化。这对提高立式锅炉的热效率、节约能源和减轻污染负荷均有非常明显的效果，具有十分重大的社会经济效益。3.本实用新型具有构思新颖、设计科学合理、生产制造容易、安装操作方便、运行安全可靠性高、产汽成本低和工作寿命长的突出优点。本实用新型经过试用表明它的排放为淡白色低温无污染的尾气，实测排烟温度可低至170°C，锅炉的热效率高达82%以上，完全符合环保安全排放标准和能效测试的技术要求。
图1是本实用新型的主结构示意图，也作摘要附图，展示燃烧室分隔成多次燃烧炉膛和由多层环腔布管方式形成的多回程烟气通道的结构示意图。图2是图1的A-A视图(放大)，展示中环水冷管安装下封闭膜式壁构成烟气上行环腔与烟气下行环腔相通的烟气上折回通道的结构示意图。图3是图1的B-B视图(放大)，展示一组外环水冷管、中环水冷管和内环水冷管按同心圆分列布管构成多层复合式环腔的结构图。图4是图1的C-C视图(放大)，展示内环水冷管安装上封闭膜式壁构成烟气下行环腔与烟气上升腔相通的烟气下折回通道的结构示意图。图5是图1的D-D视图(放大)，展示由一组连通管与外环形管、中环形管和内环形管的连接结构示意图。图6是图1的E-E视图(放大)，展示燃烧室的炉拱设置一组烟孔的结构示意图。图7是图1的局部放大视图，展示烟孔设置的上旋导烟螺纹和倒锥形扩散结构的示意图。图8是外环水冷管的横截面放大视图，展示在外环水冷管内侧管面沿轴线方向设置吸热片的结构示意图。图9是图2的F-F视图(放大)，展示在中环水冷管的管壁之间连接安装下封闭膜式壁构成烟气上折回通道的结构示意图。图10是图4的G-G视图(放大)，展示在内环水冷管的管壁之间连接安装上封闭膜式壁构成烟气下折回通道的结构示意图。图11是图9的H-H视图，展示在中环水冷管的内侧管面、外侧管面沿轴线方向分别设置吸热片的结构示意图。图12是图10的K-K视图，展示在内环水冷管的内侧管面、外侧管面沿轴线方向分别设置吸热片的结构示意图。图13展示配装于锥斗内的清灰盖与清灰杠杆连接的结构示意图。图14展示连接安装于中环形管的一组中环水冷管按同心圆分列布管构成复合式烟气下行环腔的结构示意图。图15展示在一组中环形管上分别连接安装中环形管构成多回程烟气通道的多层复合式环腔的结构示意图。附图标记说明1为排烟管，2为安全阀管座，3为副汽管管座，4为汽包，5为炉壳体，6为中环水冷管，7为烟气下行环腔，8为箭头，9为内环水冷管，10为连通管，11为外环水冷管，12为进水管管座，13为清灰盖，14为观察拨灰孔，15为三次进风管，16为二次进风管，17为落灰管，18 为燃烧室，19为风量调节阀，20为主风管，21为炉拱，22为炉膛，23为炉排，M为炉座，25为隔拱，26为二次隔拱，27为二次燃烧炉膛，28为三次燃烧炉膛，29为烟孔，30为排污管，31 为锥斗，32为外环形管，33为清灰管孔，34为中环形管，35为内环形管，36为烟气上行环腔， 37为硅酸棉隔热层，38为烟气上升腔，39为水位计，40为压力表管座，41为主汽管管座，42 为全封闭膜式壁，43为上封闭膜式壁，44为烟气上折回通道，45为下封闭膜式壁，46为烟气下折回通道，47为上旋导烟螺纹，48为倒锥形扩散结构，49为吸热片，50为清灰杠杆，51为手柄。
具体实施方式
以下结合附图进一步描述本实用新型的实施例本实用新型提出的立式无胆节能环保锅炉，它主要由炉壳体5、安装于炉座M的燃烧室18、外环形管32、外环水冷管11、中环形管34、连接于中环形管34管壁的锥斗31、中环水冷管6、内环形管35、内环水冷管9、汽包4和排烟管1构成，在燃烧室18的炉膛22内设置隔拱25分隔成二次燃烧炉膛27，在二次燃烧炉膛27内再设置二次隔拱沈分隔为三次燃烧炉膛观，二次燃烧炉膛27、三次燃烧炉膛观分别配装有与主风管20相连通的二次进风管16、三次进风管15，在隔拱25、二次隔拱沈和炉拱21上设置有一组烟孔四，在烟孔四内孔壁设置上旋导烟螺纹47，烟孔四的出烟端口设置为倒锥形扩散结构48，所说的外环形管32、中环形管34、内环形管35是布置安装于燃烧室18的炉拱21上，在外环形管32、中环形管34、内环形管35之间连接一组连通管10构成相通的供水结构，在外环形管32上安装有进水管管座12和排污管30，在中环形管34的管壁上连接安装锥斗31，在锥斗31的底端连接安装落灰管17，使落灰管17的出灰管口与炉膛22相通，在锥斗31内配装有与落灰管17相吻合的清灰盖13，从清灰管孔33伸入的清灰杠杆50铰连于清灰盖13，在外环形管 32上连接安装一组与汽包4相通的外环水冷管11，在一组外环水冷管11之间连接全封闭膜式壁42形成封闭的圆桶形结构，再在炉壳体5内填筑硅酸棉隔热层37充实于全封闭膜式壁42的外侧壁面，在中环形管34上连接安装一组与汽包4相通的中环水冷管6，在一组中环水冷管6之间连接下封闭膜式壁45分隔为烟气上行环腔36，并在上端形成烟气上折回通道44，在内环形管35上连接安装一组与汽包4相通的内环水冷管9，在一组内环水冷管9 之间连接上封闭膜式壁43分隔为烟气下行环腔7和烟气上升腔38，并在下端形成烟气下折回通道46，再将排烟管1与烟气上升腔38的最末行程端相连通，至此，即由连接有膜式壁的一组水冷管分隔为“三层环腔结构”形成上下往返折回的“三回程烟气通道结构”。可根据立式锅炉的工作需要，在中环水冷管6、内环水冷管9的内侧管面、外侧管面沿轴线方向分别设置吸热片49，还可在外环水冷管11的内侧管面沿轴线方向设置有吸热片49，设置吸热片49的目的是为了能有效地增大吸热面积，这对进一步提高热效率有一定作用。也可根据立式锅炉的工作需要，将连接于中环形管34的中环水冷管6按两层同心圆分列布管构成双层复合式烟气下行环腔7结构，也可在外环形管32与内环形管35之间布置安装二个中环形管34，或布置安装三个中环形管34，或者布置安装五个中环形管34，将在每个中环形管 34上连接的一组中水冷管6作为一个同心圆布管单元，并同心圆布管单元由外向内依次交替设置下封闭膜式壁45、上封闭膜式壁43，即可分隔为多层复合式环腔结构而形成多回程烟气通道，能极大地延长烟气进行热交换的有效行程，这对进一步提高立式锅炉的热效率、 降低产汽成本具有非常明显的效果。本实用新型是这样进行安装工作的在连通汽包4的压力表管座40上安装压力表、在安全阀管座2上安装安全阀，在主汽管管座41上安装主气管、在副汽管管座3上安装副气管，在汽包4侧面配装水位计39，将排烟管1通过串接烟气余热回收器后连接烟 ，或将排烟管1直接连接于烟 ，在进水管管座12上连接于烟气余热回收器的热水管，或在进水管管座12上直接连接给水管，将主风管20连接于风机的送风管，然后操作清灰杠杆50的手柄51使清灰盖13封闭落灰管17的管口。至此完成安装准备工作后，即可向燃烧室18的炉膛22内送入燃煤并点火送风，使燃煤在炉排23上进行燃烧，操作风量调节阀19可方便地调节二次燃烧炉膛27、三次燃烧炉膛观内的风量，通过燃烧室18的观察拨灰孔14可方便地观察炉内燃烧情况和进行拨灰操作，燃煤在炉膛22内燃烧的高温烟气将经过烟孔四形成上旋扩散状依次进入二次燃烧炉膛27、三次燃烧炉膛观内再继续进行二次燃烧、三次燃烧，其目的是为了使燃料完全烧烬能最大化地释放出热量， 高温烟气的温度将在多次燃烧后达到峰值。这时，达到峰值的高温烟气将由炉拱21上的一组烟孔四导入烟气上行环腔36内向上运动，如箭头8所示，上行的高温烟气将由烟气上折回通道44进入烟气下行环腔7内向下运动，又经烟气下折回通道46进入烟气上升腔38内向上运动，高温烟气在“三回程烟气通道”内进行上下往返运动的过程中将与水冷管内的水体进行充分的热交换，其结果是水冷管内的水体会不断地吸收高温烟气的热量被气化成蒸汽上升进入汽包4内，即可由安装于主汽管管座41上的主气管输出供使用，烟气经三回程通道上下往返折回运动的过程中会自然沉降分离细小烟尘颗粒，所分离的细小烟尘颗粒会降落入锥斗31内，只需定时操作操作手柄51通过清灰杠杆50打开清灰盖13进行清灰作业，即可将锥斗31内的烟尘颗粒由落灰管17回送至燃烧室18的炉膛22内进行再次燃烧。而经过热交换降温并沉降分离烟尘颗粒后的烟气已转变成淡白色的低温无污染尾气， 即可经排烟管1输出经烟 进行安全达标排放。 显然，上述实施例仅是能够实现本实用新型技术方案的方式之一，本实用新型要求保护的范围并不局限于上述实施例，还应包括由本领域的普通技术人员按照本实用新型的技术方案所能变化的其它实施方式。
权利要求1.一种立式无胆节能环保锅炉，它包括炉壳体(5)、安装于炉座04)的燃烧室(18)、 汽包(4)和排烟管(1)，其特征在于燃烧室(18)的炉拱设置有一组与炉膛02)相通的烟孔(四)，在炉拱上布置安装外环形管(32)、中环形管(34)和内环形管(35)，在外环形管(32)、中环形管(34)、内环形管(3 之间连接一组连通管(10)，在中环形管(34) 的管壁上连接安装锥斗(31)，在外环形管(3 上连接安装一组与汽包(4)相通的外环水冷管(11)，在一组外环水冷管(11)之间连接有全封闭膜式壁(42)，在中环形管(34)上连接安装一组与汽包(4)相通的中环水冷管(6)，在一组中环水冷管(6)之间连接下封闭膜式壁 (45)分隔为烟气上行环腔(36)，在内环形管(3 上连接安装一组与汽包(4)相通的内环水冷管(9)，在一组内环水冷管(9)之间连接上封闭膜式壁分隔为烟气下行环腔(7) 和烟气上升腔(38)，所说的排烟管(1)与烟气上升腔(38)相通。
2.根据权利要求1所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于连接安装于中环形管 (34)的一组中环水冷管(6)按分列两层同心圆布管方式构成双层复合式烟气下行环腔(7) 结构。
3.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在炉拱上布置安装中环形管(34)的数量为1 6个。
4.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在外环水冷管 (11)的内侧管面沿轴线方向设置有吸热片G9)。
5.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在中环水冷管 (6)、内环水冷管(9)的内侧管面、外侧管面沿轴线方向分别设置有吸热片09)。
6.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在锥斗(31)的底端连接安装落灰管(17)，落灰管(17)的出灰管口与炉膛02)相通，在锥斗(31)内配装有与落灰管(17)相吻合的清灰盖(1 ，由清灰管孔(3 伸入的清灰杠杆(50)铰连于清灰盖 (13)。
7.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在炉膛02)内依次设置隔拱(25)、二次隔拱06)分隔成二次燃烧炉膛(27)、三次燃烧炉膛08)的多次燃烧结构。
8.据权利要求7所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于二次燃烧炉膛(27)、三次燃烧炉膛08)分别配装有与主风管00)相连的二次进风管(16)、三次进风管(15)。
9.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在烟孔09)的孔壁设置有上旋导烟螺纹(47)，烟孔09)的出烟端口设置成倒锥形扩散结构08)。
10.根据权利要求1或2所述的立式无胆节能环保锅炉，其特征在于在炉壳体(5)内填筑硅酸棉隔热层(37)。
专利摘要本实用新型公开了一种立式无胆节能环保锅炉，它主要由燃烧室、安装于燃烧室顶部的一组环形管、水冷管和汽包构成，燃烧室分隔成多次燃烧的炉膛结构，使燃料能经多次燃烧完全烧烬达到释放热量的最大化，高温烟气经过一组水冷管、环形管分隔成的多回程烟气通道时，能与水冷管内的水体进行充分的热交换，使水体能最大程度地吸收烟气热量气化成蒸汽，而被吸热降温后的烟气转变成淡白色低温无污染的尾气实现安全达标排放，本实用新型提出的“无炉胆”式立式锅炉结构，能改善立式锅炉受力状态提高承载能力，可节省生产锅炉钢材用量50％以上，具有制造成本低、安全性能高、污染负荷小、热效率高的突出优点，有极佳的市场前景。
文档编号F22B31/00GK202216227SQ20112024194
公开日2012年5月9日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者潘志明 申请人:潘志明