专利名称：内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉拱的制作方法
技术领域：
本发明属于锅炉技术领域，具体涉及高效与环保燃烧高挥发份、高水份、 低热值劣质燃料锅炉中的内置旋流二次风燃高挥发份、高水份、低热值劣质燃 料高温蓄热式组合炉拱。
背景技术：
高挥发份、高水份、低热值劣质燃料(在此以低热值、高水份褐煤为例)的燃烧特性是:①燃料的含水量高，有的高达40%以上，因此将此燃料加热至着火 温度时需要较多的热量先将水份全部蒸发掉，因此这种燃料的着火点向后推迟， 燃料不易燃烬，灰渣含炭量高。此种燃烧状况使锅炉热效率降低，严重影响锅炉 的升压速度和设计出力。②燃料的挥灰份含量高,燃料完全燃烧所放出的热量 屮有50%以上是以挥发份燃烧放出的,而固定炭燃烧放出热量所占的份额与其它 燃料相比要小很多，以层燃炉排例，炉排从前至后，燃料先后经过干燥,挥发份析 出和燃烧，固定炭燃烧和燃烬的过程；此类燃料的挥发份集中析出区域在前拱 (7)、后拱(10)之间的喉口(21)处，因此挥发份的集中燃烧也在喉口(21)处。③燃料从进入锅炉开始至燃烬后形成灰渣整个燃烧过程具有明显的阶段性，即自 炉排前部至后部燃料的整个行进过程中，先是水分蒸发阶段，此段需要大量的热 量；之后是挥发份集中析出阶段，此段也需要大量的热；之后是固定碳燃烧和灰 渣形成区，此段放出热量。因此，要根据上述燃料的燃烧的阶段性合理布置拱下 受热面结构、合理设计拱下送风的位置、合理设计一次风与二次风的比例。在 挥发份集中析出和燃烧的区域，若此区域不能同时满足:快速燃烧所需的温度、 足够的氧气浓度、挥发份与空气的充分扰动和混合、挥发份在炉膛内有足够的 停留时间这四个条件，则容易造成可燃气体不能充分燃烧就被排出炉外或可燃 气体因局部缺氧而劣裂为碳黑造成锅炉冒黑烟。
以往燃烧此类高挥发份、高水份、低热值劣质燃料锅炉往往采用增大炉排 面积和在拱外加二次风的办法改善燃烧状况。此举会增大锅炉的尺寸和制造成 本。拱外二次风的扰动、穿透、混和作用有限，应当说上述办法解决了一些问题， 但对有些如高水份、低热值劣质褐煤还是干脆无法燃烧的，而且在内蒙、黑龙 江等省份的某些地区还盛产此类煤种，大多数采用沸腾燃烧的办法解决，但在一 些城区和近城区限于环保要求是不允许使用沸腾炉的。因此开发一种能高效、 环保地燃烧此类高挥发份、高水份、低热值劣质燃料的锅炉会带来很大经济效 益和社会效益，而锅炉燃烧的关键技术是炉拱的设计和组合。发明内容本发明的目的是提供一种解决燃高挥发份、高水份、低热值劣质燃料锅炉 的燃料适应性差、热效率低、冒黑烟问题的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温 蓄热式组合炉拱。本发明的发明目的是通过下述技术方案实现的是由位于锅炉前部的前拱， 前拱管与前拱集箱相连接，前拱集箱通过耐火混凝土与加煤斗相连接；前拱集箱 位于加煤斗之后、炉排之上.前拱由前拱管、前拱集箱、耐火混凝土构成；后拱 管下端与下锅筒相连，后拱管上端与上锅筒相连接，耐火混凝土挂在后拱管之上. 后拱位于炉排中后部之上；其特点是在前拱、后拱之间、炉排中前部之上，设置有两个高温蓄热式 圆柱形旋流中拱，其前部与前拱相连接,后部与后拱相连接；圆形二次风进风管内置于高温蓄热式圆柱形旋流中拱之内，与总二次风管 相连接，旋流二次风喷嘴与圆形二次风进风管相连接，圆形二次风进风管置于高 温蓄热式圆柱形旋流中拱之内，旋流二次风喷嘴出口与高温蓄热式圆柱形旋流 中拱(10)内壁相连接。依据高挥发份、高水份、低热值劣质燃料的上述燃烧特点.为真正能够高效、 环保地燃烧此类劣质燃料，本发明要点如下1、内置旋流二次风，在前拱、后拱间的组合高温蓄热式圆柱形旋流中拱内 部设有圆形二次风进风管(耐热不锈钢材质)，旋流二次风喷嘴20是按(360°
/n)等分地按旋向焊接在圆形二次风进风管19上(n是按锅炉容量、燃料成份分 析、及圆形二次风进风管直径计算得到的)，其数量为4—16个，确保喷出高温 蓄热式圆柱形旋流中拱的旋流二次风具有较高的风速(30-70m/s)并能携带烟气 形成强烈旋转气流。2、 按上述燃料的燃烧具有阶段性的特点，在组合炉拱的下部，将炉排前部的 拱下做成全绝热结构，这有利用燃料中水份和挥发份的快速析出，并为下一步的 充分燃烬提供准备条件。而在靠近炉排后部的固定碳燃烧及灰渣形成区域不设 计成全绝热形式的，而是让此处的水冷壁管子裸露，以防止此处温度过高造成结 焦而影响锅炉正常运行。3、 合理确定一次风和二次风的比例，这个比例的确定应当坚持以下原则即 既要保证在中部高温蓄热式圆柱形旋流中拱里燃烧的挥发份燃烧所需的空气和 适当的混合扰动，又要确保炉排后部固定碳燃烧所需空气量，且不能使炉排前部 进入过多的冷风而影响水份和挥发份的快速析出。4、 中部高温蓄热式圆柱形旋流中拱制成空心圆柱形，便于布置内置式旋流 二次风，前拱、后拱间出去的烟气要经过此高温蓄热式圆柱形旋流中拱才能进入 炉膛的冷却室，烟气进入这种形状的拱的过程本身就促进了烟气的旋转、扰动、 混和；另外,此旋流拱有蓄热的作用，这对烟气中可燃质(主要成分是挥发份)的 完全燃烧提供了可靠的温度保证。5、 在高温蓄热式圆柱形旋流中拱和内置旋流二次风的共同作用下，有效延 长了烟气中可燃气体和飞灰中所含可燃质在炉膛高温区的停留时间，这为烟气 中可燃质的完全燃烬提供了时间上的保证。6合理设计前拱、后拱的覆盖率，并且通过高温蓄热式圆柱形旋流中拱将两 者连接起来而形成组合拱，使前拱最大限度地发挥入炉燃料的引燃作用，使后拱 最大限度地发挥促进燃料充分燃烬和将高温烟气导向前拱下部而为燃料引燃提 供热源的作用。7、炉膛内布置两个高温蓄热式圆柱形旋流中拱，并且使每个高温蓄热式圆 柱形旋流中拱内的旋流二次风旋向不同，这样两股旋向不同的自两个高温蓄热
式圆柱形旋流中拱里出来的烟气流在炉膛冷却室内再次发生强烈碰撞和混合。 这进一步增加了炉膛内的烟气扰动和烟气在炉内的停流时间，不但增加了烟气 与烟气中空气的混合，从而有利于烟气中可燃质的完全燃烬；另一方面它有力 地保证了在炉膛冷却室内的烟气始终处于较强的紊流状态，从而提高炉内烟气 向炉壁受热面的传热系数。采用本发明——组合炉拱的锅炉在燃用劣质燃料时的燃料适应性明显增强, 炉膛内的燃烧工况稳定、锅炉热效率提高15个百分点左右、锅炉排烟中可燃气 体成份可降至最低，从根本上解决了燃高挥发份、高水份、低热值、劣质燃料锅 炉的冒黑烟的问题，具有显著的节能和环保效果。
图1为本发明的主视结构示意图； 图2为本发明的侧视结构示意图； 图3为本发明的俯视结构示意图；图4为为本发明的高温蓄热式圆柱形旋流中拱里的内置旋向相反的旋流二次风喷嘴布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明包括位于锅炉前部的前拱7，前拱管8与前拱集箱2相连接，前拱集箱2通过 耐火混凝土与加煤斗3相连接；前拱集箱2位于加煤斗3之后、炉排l之上.前 拱7由前拱管8、前拱集箱2、耐火混凝土构成；后拱管12下端与下锅筒22相 连，后拱管12上端与上锅筒相连接，耐火混凝土挂在后拱管12之上.后拱11位 于炉排1中后部之上；其特点是在前拱7、后拱11之间、炉排1中前部之上，设置有两个高温 蓄热式圆柱形旋流中拱10，其前部与前拱7相连接，后部与后拱11相连接；所述的高温蓄热式圆柱形旋流中拱10将前拱7和后拱11连接成为组合拱;圆形二次风进风管19内置于所述的高温蓄热式圆柱形旋流中拱10之中， 与总二次风管6相连接,旋流二次风喷嘴20与圆形二次风进风管19相连接，圆
形二次风进风管19置于高温蓄热式圆柱形旋流中拱10之内，旋流二次风喷嘴20 出口与高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内壁相连接。所述的圆形二次风进风管19和二次风喷嘴20均采用耐热(耐热不低于1000 °C)不锈钢材料制造.将旋流二次风喷嘴20牢固地按7等分地焊接在圆形二次风 进风管19上.将圆形二次风管19上缠绕石棉绳、旋流二次风喷嘴20上均匀涂 3mm厚沥青后，按设计尺寸和位置固定好之后再浇注耐火混凝土，这样由旋流二 次风喷嘴20喷出的二次风均匀地将经由高温蓄热式圆柱形旋流中拱10出来的 含可燃质的烟气包围起来，二次风可有效地穿透烟气并带动烟气强烈旋转，加强 了空气和烟气之间的扰动.使烟气在进入炉膛冷却室9之前完全燃烬。依据高挥发份、高水份、低热值劣质燃料燃烧具有明显阶段性的特点，使 位于水份蒸发和挥发份析出的炉排1前段的拱下水冷壁管子完全用耐火混凝土 覆盖16，以维持此部位的高温，来加快水份蒸发和挥发份析出的过程，促进劣质 燃料尽早着火，为劣质燃料的充分燃烬提供可靠保证，在靠近炉后部即固定碳燃 烧和灰渣的形成阶段，使拱下水冷壁管子裸露17而不用耐火混凝土覆盖，此举是 为了防止此处固定碳燃烧放热致高温而产生结焦。据高挥发份、高水份、低热值劣质燃料的燃烧特点，合理分配二次风占锅 炉燃烧所需总风量的比例，达到既确保劣质燃料析出的挥发份完全燃烬又确保 加快劣质燃料中所含的水份蒸发和挥发份析出过程。由于高温蓄热式圆柱形旋流中拱10本身的扰动作用加上内置旋流二次风的 扰动混和与穿透作用，使得占锅炉所燃燃料所产热量中占很大比例的挥发份燃 烧放出热量的过程大部分在高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内进行。高温蓄热式 圆柱形旋流中拱10本身由耐火混凝土捣制，因此高温蓄热式圆柱形旋流中拱10 成为一个很大的蓄热体，它的温度应在IIO(TC以上，它本身又为烟气中可燃质的 完全燃烬提供了高温条件的保证。由于高温蓄热式圆柱形旋流中拱10自身的结构特点和内置旋流二次风携带 烟气做强烈旋转的共同作用，使烟气在高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内的停留 时间延长，这为烟气中可燃质的完全燃烬提供了时间上的保证。参考锅炉热力计算数据，依据锅炉的燃料成分分析，选取合理的后拱11出口烟气速度和高温蓄热式圆柱形旋流中拱10的出口烟气速度，使炉膛14内形成 稳定，高效燃烧的空气动力场。两个并列的高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内置旋流二次风喷嘴20喷出的 旋流二次风的旋向相反，这使自高温蓄热式圆柱形旋流中拱10出来的进入炉膛 冷却室9的两股烟气流的旋向也相反，这两股烟气流在炉膛冷却室9内强烈掺混 和碰撞，使烟气在大部分时间处于紊流状态，这样可提高烟气向炉膛冷却室9内 受热面的传热系数，达到节省钢材和减小锅炉尺寸的目的。图1中的4是点火门、5是侧集葙、13是拨火门、15是隔烟墙、21是喉口。本发明的工作过程是劣质燃料自加煤斗3落下，在合理设计的前拱7、高温蓄热式圆柱形旋流中 拱IO和后拱11的作用下，由于拱下炉前部方向创造了水份快速蒸发和挥发份快 速析出的工作条件，使劣质燃料中的水份和挥发份快速蒸发和析出，析出的挥发 份和由后拱下出来的高温烟气都进入高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内。高温蓄 热式圆柱形旋流中拱10自身温度很高，加之其内置旋流二次风喷嘴20喷出旋流 二次风的作用,在高温蓄热式圆柱形旋流中拱10内同时满足烟气中所含可燃质 完全燃尽的条件:高温、充足的氧气浓度、可燃气体和空气的强烈混合、可燃气 体在此处有较长的停留时间。这是有针对性地依据高挥发份、高水份、低热值 劣质燃烧燃烧特点而设计的炉内燃烧工况，采用此组合炉拱的锅炉,在燃用高挥 发份、高水份、低热值劣质燃料时能够确保可燃气体的充分燃烬，不会因缺氧或 氧气与可燃气体混合不均造成可燃气体在高温下裂解成碳黑而使锅炉冒黑烟。 因此，达到了在燃用高挥发份、高水份、低热值劣质燃料时的高效、环保燃烧的 效果。
权利要求
1、内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉拱，是由位于锅炉前部的前拱(7)，前拱管(8)与前拱集箱(2)相连接，前拱集箱(2)通过耐火混凝土与加煤斗(3)相连接；前拱集箱(2)位于加煤斗(3)之后、炉排(1)之上.前拱(7)由前拱管(8)、前拱集箱(2)、耐火混凝土构成；后拱管(12)下端与下锅筒(22)相连，后拱管(12)上端与上锅筒相连接，耐火混凝土挂在后拱管(12)之上，后拱(11)位于炉排(1)中后部之上；其特征是在前拱(7)、后拱(11)之间、炉排(1)中前部之上，设置高温蓄热式圆柱形旋流中拱(10)，其前部与前拱(7)相连接，后部与后拱(11)相连接。
2、 根据权利要求1所述的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉 拱，其特征是在所述的高温蓄热式圆柱形旋流中拱(10)的内部设置有圆形二 次风进风管(19)。
3、 根据权利要求2所述的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉 拱，其特征是在所述的圆形二次风进风管(19)上按旋向均布有4一16个旋流二 次风喷嘴(20)。
4、 根据权利要求3所述的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉 拱，其特征是所述的旋流二次风喷嘴(20)在两个高温蓄热式圆柱形旋流中拱 (IO)内喷出的风的旋向是相反的。
5、 根据权利要求1所述的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉 拱，其特征是所述的高温蓄热式圆柱形旋流中拱(10)是将前拱(7)和后拱(11)连 接为组合拱的。
6、 根据权利要求5所述的内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉 拱，其特征是所述的组合炉拱下水冷壁合理地分为用耐火混凝土覆盖的拱下水冷壁管子(16)和裸露的拱下水冷壁管子(17)两部分。
全文摘要
内置旋流二次风燃劣质燃料的高温蓄热式组合炉拱，属于锅炉技术领域，具体涉及高效与环保燃烧高挥发份、高水份、低热值劣质燃料锅炉中的内置旋流二次风燃高挥发份、高水份、低热值劣质燃料高温蓄热式组合炉拱。是在前拱、后拱之间、炉排中前部之上，设置有两个高温蓄热式圆柱形旋流中拱，其前部与前拱相连接，后部与后拱相连接；圆形二次风进风管与总二次风管相连接，旋流二次风喷嘴与圆形二次风进风管相连接，圆形二次风进风管置于高温蓄热式圆柱形旋流中拱之内，旋流二次风喷嘴出口与高温蓄热式圆柱形旋流中拱内壁相连接。本发明由于采取了上述结构，燃用劣质燃料时的燃料适应性明显增强，炉膛内的燃烧工况稳定、锅炉热效率提高15个百分点左右，具有燃料适应性广、热效率高、不冒黑烟，环保效果好的积极效果。
文档编号F23L9/00GK101118061SQ20071005603
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月6日 优先权日2007年9月6日
发明者波 任, 李松鹤, 毕耀柏, 袁福林, 贾振远 申请人:袁福林;毕耀柏