专利名称：用产生复合焚烧的多段多环复合空气水管的完全燃烧设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于完全燃烧城市和工业废料和燃烧设备中的燃料气体的设备，它能用在焚烧炉的焚烧室的下部、在锅炉的主体及在某些其它需要完全燃烧的设备的下游。本发明的目的是能够提高燃烧效率，并防止烟灰、烟尘和其它不完全燃烧的颗粒从任何具有冷却水套结构的设备的焚烧/燃烧室中排出，在这种结构中通过使用在设备的多段中径向伸出的整体复合空气和水管及每一段多环中的这些空气和水管的布置来完成燃烧过程。
到目前为止，使用在具有冷却水套结构的废料焚烧炉中的燃烧炉篦是平的环板式或是矩形式的栅格。在这种设计下，向其中倾倒的废料就会堆集过高，以致不能精确地向废料堆内输送空气，这样，由于与氧气的接触面积减少及在焚烧炉内产生的可燃气体和烟尘的滞留时间减小而不能得到迅速的焚烧和完全的燃烧。在常规的小型和中型的焚烧炉中空气供应喷嘴的设计结构是将空气喷嘴在垂直方向(Z方向上)以6，8，……排布置在焚烧室的内壁上，并使空气供应管浸在位于炉体的内外壳之间的冷却水套内。为了使室内有旋流要将喷嘴的方向定在使射流矢量相对一个焚烧室垂直轴上的柱座标系统情况下的r轴成某一角度，比如30度角。但是，喷嘴方向的这种设计仍存在室内废料的堆集问题。关于到这个问题就需要有一种在较高运行温度下有冷却水通过的具备结构上完整性的焚烧室内的严格的和可靠的结构。
本发明就是要克服上述废料倾倒的堆集问题，由于在焚烧/燃烧室内产生的可燃气体滞留时间短而不能完全燃烧可燃气体和烟尘颗粒的问题。本发明提供一种沿圆周以不同的环形和多段结构布置的一组整体复合空气-水管，因此焚烧炉、锅炉或其它有关的设备上的焚烧/燃烧室实际上分成了多个室，其中复合焚烧/燃烧室是负压、旋流型的利用通过在整体复合单空气单水管或双空气单水管上排列的每个空气管上径向分布的喷嘴的射流，使可燃材料和颗粒的焚烧由上向下进行，并进行空气悬浮捕集。这里使用的是作为本发明的4段4环型两个较佳的实施例的复合单空气单水管和双空气单水管。
随着单独或同时增加段和环的数量，设备的性能是有明显的提高的。在另一方面本发明这一实施例的指导很容易采用复合多空气单水管以得到各种空气流动特性，而在其它圆筒形状的焚烧/燃烧室及其它几何形状的燃烧室内实现完全燃烧。
本发明的这些和其它目的、特征和许多的优点在参考了附图和阅读了下面的详细说明后将更易于评价和理解，其中在各个附图中的相同部分是由相同的按字母次序的下标的标号来代表。
图1是一个焚烧炉的顶视图，其中装备了本发明的4-环型较佳实施例;
图2是图1实施例的前视图;
图3是一个焚烧炉的顶视图，其中装备了本发明的6-环形的较佳实施例;
图4是图3实施例的前视图;
图5是一个焚烧炉的顶视图，其中装备了本发明的8-环形的较佳实施例;
图6是图3实施例的前视图;
图7是本发明4-环型实施例的剖面图，其中使用了环形空气分配室;
图8是根据本发明的并通过图2中的8-8平面截取的本发明4-环型实施例的剖面图，其中使用了空气分配环形室;
图9是表示空气喷嘴方向的4-段4-环型单空气水管排列组的剖面图，它取自焚烧室的内侧;
图10是由图7中10-10平面得到的一个较佳实施例的纵向剖面图;
图11是由图8中11-11平面得到的一个较佳实施例的纵向剖面图;
图12是表示空气喷嘴方向的4-段4-环型单空气水管组的剖面图，它取自焚烧室的内侧;
图13是本发明4-环型实施例的横剖面图，其中使用了环形空气分配室;
图14是本发明4-环型实施例的横剖面图，其中使用了本发明的空气分配环形室，它是沿图2的14-14平面截取的;
图15是表示空气喷嘴方向的4-段4-环型双空气水管组的剖面图，它取自焚烧室的内侧;
图16是由图13中16-16平面得到的一个4-段的较佳实施例的纵向剖面图;
图17是由图14中17-17平面得到的一个4-段的较佳实施例的纵向剖面图;
图18是表示空气喷嘴方向的4-段4-环型双空气水管排列组的剖面图，它取自焚烧室的内侧;
图19是本发明4-环型实施例的平面图，其中使用了环形空气分配室;
图20是图19的一个纵向剖面图;
图21是本发明4-环型实施例的平面图，其中使用了环形空气分配室的另一个实施例;
图22是一个纵向剖面图，表示本发明的另一个水套形状。
现在参考图1和图2，它们分别表示一个标准的焚烧炉的顶视图和前视图，它包括一个具有旋转(MGR)搅动炉篦组件的4-环型实施例，该炉篦是本发明人向中国专利局递交的申请日是94年3月30日的共同未审专利，本发明的4环型实施例是放在其上的，并且在其右侧有一个烟尘捕集器装置，其中附加有一个与辅助设备套在一起的旋风分离器。由吹风机1a产生的压缩空气通过一次风供应管2a和带有主空气增压系统3a的二次风供应管4a、4b供应到它们之间的空气分配室A6a，其中两个二次风供应管上所供应的空气是等量分配的。
参考图3和图4，它们分别表示一个焚烧炉的顶视图和前视图，它包括一个旋转(MGR)搅动炉篦组件的6-环型实施例及装在其上的本发明的6-环型实施例。与图1和图2实施例不同的是对比于前一实施例中的两个二次空气管，在本实施例中二次风供应管的数量是三个4a、4b、4c。
参考图5和图6，它们分别表示一个焚烧炉的顶视图和前视图，它包括一个旋转(MGR)搅动炉篦组件的8-环型实施例及装在其顶部的本发明的8-环型实施例。每个二次风供应管4a、4b、4c、4d之间相邻的角度是90度，与之相比在图1和图2所示4-环实施例和图3和图4所示的6-环实施例中该角度分别为180度和120度。
参考图7，表示一个本发明的4-环型实施例的剖面图，图中可以看到两个环形增压系统的两段5a、5b，单-空气水管径向地以90度的角度间隔放置，在焚烧炉的中心有一个冷却水支管支撑体7a，且在该设备的内外壳之间有下游冷却水套8。经过连接管10a(如图10所示)从环形增压系统5a向每个单空气水管11a的空气管供应压缩空气，而连接管10a连接环形增压系统5a和单空气水管11a，冷却水通道通过设在本发明实施例中心的冷却水支管支撑体7a连接每个单空气水管的水管21a之间，并且其中一个冷却水支管的支撑体7a的中心水通道有四个圆周的冷却水支管支撑体的在圆周方向布置的水通道23a、23b、23c、23d。因此，空气喷嘴19a、19b和单-空气水管11a的空气管内表面的清洁可以通过空气管的外径向端来进行，空气管的螺旋端安装了一个清洁入口帽13。
图8表示沿图2中本发明4-环型实施例中的8-8平面截取的剖面图，其中为简化制造过程而用空气分配室A6a来代替图7中的环形增压系统5a，结果取消了连接管10a、10b和清洁入口帽13，并且也节省了单空气水管11a的空气管的长度。这个空气分配室的实施例不可以对空气喷嘴19a、19b和单空气水管11的空气管的内表面进行清洁。通过设置放在每个单空气水管11b的空气管轴线和空气分配室A6外环形平面的交叉点上的入口帽提供进入单空气水管的空气管内腔的能力。在焚烧如塑料材料等废料时，在必须利用送风管内腔的地方，环形增压系统5a、5b的实施例是较为理想的，而在焚烧过程中焚烧其它不产生熔化的废料时，空气分配室A6a，6b，6c的实施例是最适用的空气分配装置。
图9是4-段4-环型的单空气水管组在圆周方向上展开的剖面图，表示当把柱座标系统应用于本发明的实施例的焚烧室14的轴线上时，各种取向的空气喷嘴19a、19b处在正径向的中心。正如在图中清楚地表示出的空气射流矢量的方向，由第一段单空气水管15的四个复合单空气水管和在第二段的单空气水管16的另外四个复合单空气水管构成的第一分室内形成了焚烧中的顺时针的空气旋流，单空气水管16与单空气水管15在Z方向上有45度角的偏移;由于在第二段中的单空气水管16和在第三段中的单空气水管17的各四个复合单空气水管构成的第二分室内产生的方向相反的二个旋转气流矢量引起的旋流使废料反向焚烧，单空气水管17与单空气水管16在Z方向有45度的向后偏移的相位角，并偏移到与第一段单空气水管15的复合单空气水管有相同相位角的位置;由第三段的单空气水管17和第四段中的单空气水管18的各四个复合单空气水管构成的第三分室内，产生了反时针方向的空气旋流，第四段的四个单空气水管18与第二段中的四个单空气水管16在同一个相位角上。在第一段中单空气水管15和第三段中的单空气水管17中的8个单空气水管的每一个的空气射流矢量的方向相对于水平轴向下30度而在第二段单空气水管16和第四段单空气水管18中的8个单空气水管的每一个的空气射流矢量的方向相对于水平轴向上30度。第一段单空气水管15和第三段单空气水管17的单空气水管11的空气管上的空气喷嘴19b中的几个，最好是两至三个要靠近焚烧室14的轴以使燃烧完全的烟气能从由第一段单空气水管15和第二段单空气水管16限定的第一分室和由第三段单空气水管17和第四段单空气水管18限定的第三分室中排出。在此，由空气喷嘴19b中喷出的空气射流矢量的变化最好是使相对于水平线在径向方向上减小空气射流方向的角度大小。
图10是从图7的10-10平面上截取的4-段4-环型优选实施例的纵向剖面图，其中表示出冷却水通道是如何构成的。根据该4-环形实施例，来自本人未审专利申请的燃烧炉篦上部的水套的冷却水经过四个水通道托架28a、28b、28c、28d(如图19所示)而流向上游冷却水套9;最后，冷却水经过第四段单空气水管18和第二段单空气水管16的水管21a并流经图7所示的冷却水支管支撑体7a的中心水通道并经过第三段单空气水管17和第一段单空气水管15的水管21a并流过图7所示的冷却水支管支撑体的圆周上的水通道23a、23b、23c、23d而进入下游冷却水套8。本实施例中用四个环形垫圈将下部法兰和旋转搅动炉篦的上部法兰配合在一起以防止它们之间渗水。如果将各空气分配室/增压系统设在焚烧炉的外壳以外，则本发明就可以用于常规的带有水套结构的整体式圆柱型焚烧炉上。
图11是从图8中11-11平面截取的4-段型较佳实施例的纵向剖面图，且冷却水套通道与图10中所述是相同的。
图12是4-段4-环型的单空气水管布置的圆周上展开剖面图，表示本发明一个实施例内部和空气喷嘴的方向。在单空气水管布置方面图12与图9不同，在图9中连接单空气水管11的水管21a与空气管轴的线矢量相对于水平线的夹角为零度，而在图12中却是有一个固定的角度的，这样，由于单空气水管11的水管21a和空气管的轴的连线方向相对于水平线有角度地取向及空气喷嘴19a、19b在单空气水管11的空气管的轴方向相对于连接单空气水管11的水管21a和空气管的轴线的线矢量有角度的取向结合，能够使空气喷嘴19a、19b具有更多方向的惯性角度的取向，这可叫作“相对”取向。
图13是本发明4-环型实施例的剖面图，其中使用了环形空气分配室。该截面表示本发明4-环型实施例中具有环形增压系统5b的两段，双空气水管径向地以90度间隔放置，在焚烧炉的中心有一个冷却支管支撑体7，在焚烧内外壳之间有一个下游冷却水套8。由环形增压系统5b经过连接管10a、10b(如图16所示)到每个双空气水管12a的空气管来供应压缩空气，连接管10a、10b连接环形增压系统5b双空气水管12a的空气管;并且在每个双空气水管的水管21b之间通过本发明实施例的中心的冷却水支管支撑体7连接有冷却水通道，其中在冷却水支管支撑体7的一个中心水通道22上有四个圆周的冷却水支管支撑体的沿圆周布置的水通道23a、23b、23c、23d。因此空气喷嘴19a、19b和双空气水管的空气管内部的清洁可以通过空气管的外端口来进行，在该处有与一端螺旋安装的清洁入口帽13。
图14是沿图2中14-14平面截取的剖面图，其中本发明的4环实施例中用空气分配室A6a来代替环形增压系统5b，以便取消连接管10a、10b和清洁入口帽13并节省双空气水管12a的空气管的长度。
图15是4-段4-环型双空气水管排列的圆周展开的剖面图，它是以与正径向方向取自焚烧室14的中心并表示空气喷嘴19的各种取向。在图中所清楚地示出的空气射流矢量的方向，在由第一段的双空气水管24的四个复合双空气水管和另外的相对于第一段的双空气水管24的四个复合双空气水管在Z方向上有45度角偏移的第二段的双空气水管25的四个复合双空气水管限定的第一分室内可得到反时针旋转空气流的焚烧;在由第二段的双空气水管25的四个复合双空气水管和相对它们有向后偏移的相角的第三段的双空气水管26的四个复合双空气水管限定的第二分室内可得到顺时针的旋流焚烧;在由第三段的双空气水管26的四个复合双空气水管和与第二段中双空气水管25的四个双空气水管有相同相位的第四段的双空气水管27的四个双空气水管限定的第三分室内，又得到反时针的空气旋流焚烧;由于在每两个相邻的焚烧分室中的相反的旋流矢量在边界层表面上产生的旋流，使燃料反向焚烧。最后，该双空气水管的实施例与单空气水管实施例比较通过延长在焚烧室内的滞留时间导致更高的燃烧效率，在给定容积的焚烧室中，就能提供更多的空气及更高的焚烧能力。换句话说，与使用单空气水管相比，用较小体积的焚烧室就能提供同样的焚烧能力。
图16是沿图13中16-16平面截取的，位置是左侧为202.5度，而右侧是337.5度的4-段4-环形实施例的纵向剖面图，其中冷却水通道基本上与图10所示相同，在图10实施例的用单空气水管和图16的本实施例的用双空气水管中所涉及的将连接管10a、10b焊接到环形增压系统5b上的焊接位置的一个差别是在本实施例中连接管10a、10b是在垂直线上的，而图10的实施例中，相对于单空气水管11a的空气管的轴之间的水平表面上投影距离在圆周方向上是偏置的。
图17是沿图14中17-17平面上截取的4-段4-环型较佳实施例的纵向剖面图并且其冷却水通道基本上与图10所述相同。
图18是4-段4-环型的双空气水管布置的一个沿圆周展开的剖面图，表示空气喷嘴的取向并且是由焚烧室14的中心在正径向上取出的，并表示空气喷嘴19a、19b的各种定位。在该实施例中空气喷嘴19a、19b在各个段中的双空气水管的双空气水管12的空气管上的惯性/绝对定位是与图15中所示相同。但是，连接双空气水管12的水管21b和空气管之间轴的线矢量相对于连接双空气水管12b的水管21和空气管轴的线矢量的角度为零度，如图12中的单空气水管实施例相同。
图19是本发明实施例的组合式的4-环型的平面图，其中使用了环型空气分配室和双空气水管。根据本发明的该4-环型实施例，通过将上面有8个水套连接口30a、30b、30c、……30h的调节上部法兰29装到焚烧室上游冷却水套9的内外壳的上端，并且将环形增压系统法兰31a、31b装到环型增压系统5b上来完成对该设备的调节。正如在图10中已经对冷却水通道进行的说明，在下游冷却水套8中的冷却水通过水套连接口30a、30b、30c、……30h流入上部水套，同时，在组合式上部法兰29和与之叠在一起的上部法兰之间保持水密封，要将在8个环型密封垫放在两个法兰之间的8个密封垫座中，该密封垫座是位于每个法兰相互面对的表面上的同心凹槽上它对应于水套连接口30a、30b、30c、……30h的轴。本实施例的完全燃烧设备组件可以应用于水锅炉、排烟烟囱的上游，也可以用于焚烧炉中。
图20是沿图19中20-20平面截取的4-段4-环型实施例的纵向剖面图，表示另一个实施例，其中的冷却水支管支撑体7b，单水通道装到冷却水支管支撑体7b上。
图21是本发明的组合式4-环型实施例的平面图，其中环型增压系统5a、5b由空气分配室B32来代替，它是使用空气分配室A6a的另一个实施例。
最后，图22是表示本发明冷却水通道的另一个实施例的纵向剖面图，其中通过改变环形挡板20的水平面而使所有双空气水管段的水管21b内的冷却水向着负径向方向流动，并且被加热的冷却水和可能产生的蒸汽通过热水和蒸汽排放管33排出，该管将上下外壳盖之间的下游冷却水套8与冷却水支管支撑体7b连接起来。
根据上面对本发明的详细说明可知，由于倾倒产生的废料堆集问题基本上已不存在。可以根据所要处理的废料、焚烧室空腔尺寸、对离散角度对称性改进的需要来增加或减少单或双空气水管的段数及在每段中所述管的数量。另外通过使用上下法兰，本发明可调节实施例以能够方便地用于锅炉的某一段上或燃烧设备的下游，及用在焚烧炉上，以便将未燃烧完的颗粒、烟尘及其它可燃气体完全燃烧掉。
本发明的另一个特征是可以通过构成沿环以一定的或随机的角度间隔分布多个空气管来得到一个更宽范围的空气流型，其中所述环的中心是在接纳这些辅助空气管的水管的轴上。
根据本发明上面已经对每个4-段4环型单空气水管和双空气水管布置的实施例进行了说明，很明显，对本专业技术人员来说由上面的技术出发可以作出各种的变化和变型。因此应该明白对本发明的特殊实施例所作出的变化都将落入本申请权利要求所限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.用在焚烧炉、锅炉、或其它设备的焚烧/燃烧室内的完全燃烧设备或组合装置，其中它是以负压、旋流、反向引入废料燃烧及气悬浮捕集中的一种或几种复合模式进行焚烧/燃烧的，包括(a)空气分配集管或室，包括一个增压系统，在所述增压系统和每个复合空气水管的空气管之间连接的连接管及可选择的放在每个复合空气水管组的空气管径向外端处的清洁帽；(b)多段多环型的复合单空气水管/双空气水管组，它带有对应于水平线在径向上角度大小是变化地或不变地径向分布在每个复合空气水管的空气管上的空气喷嘴；(c)一个中心水支管体，冷却水是经过下部段的复合单空气水管/双空气水管的水管送入其中的，并且从中出来后被送到上段的复合单空气水管/双空气水管的水管；(d)分成上游和下游冷却水套的冷却水套，在其中间有所述的单空气水管/双空气水和所述中心水支管体。
2.用在焚烧炉、锅炉、或其它设备的焚烧/燃烧室内的完全燃烧设备，其中它是以负压、旋流、反向引入燃烧废料及气悬浮捕集中的一种或几种复合模式进行焚烧/燃烧的，包括(a)空气分配集管或室，包括一个增压系统，在所述增压系统和每个复合空气水管的空气管之间连接的连接管及可选择的放在每个复合空气水管组的空气管径向外端处的清洁帽;(b)多段多环型的复合单空气水管/双空气水管组，它带有对应于水平线在径向上角度大小是变化地或不变地径向分布在每个复合空气水管的空气管上的空气喷嘴;(c)一个中心水支管体，冷却水是经过整个段的复合单空气水管/双空气水管的水管送入其中的，并且从中出来且通过热水和蒸汽排出管供向下游冷却水套;(d)分成上游和下游冷却水套的冷却水套，具有整个段的所述的单空气水管/双空气水管，所述中心水支管体及在其中间的热水和蒸汽排出管。
3.安装在如权利要求1或2所述空气水管的空气管径向外端的辅助燃料供应装置，在该处取下清洁帽后安装燃料喷雾喷嘴。
4.根据权利要求1或2在两段之间建立了顺时针或反时针旋转流的两个段上的上复合单空气水管的空气管，在其上一个或多个空气喷嘴分布在中心水支管体附近，以使只有完全燃烧的气体才能排到焚烧/燃烧室的中心区，同时由于向心力，可防止存留在焚烧/燃烧分室或小室内的未完全焚烧/燃烧的可燃物或气体从中排出。
5.根据权利要求1或2的最上段的双空气水管的空气管，在其上一个或多个空气喷嘴分布在中心水支管体附近，以使只有完全燃烧的气体才能排到焚烧/燃烧室的中心区，同时由于向心力，可防止存留在焚烧/燃烧分室或小室内的未完全焚烧/燃烧的可燃物或气体从中排出。
6.用于焚烧器、锅炉和其它设备上的整体单空气管和单水管复合管的水管有任意的截面形状。
7.用于焚烧器、锅炉和其它设备上的整体的双空气管和单水管复合管的水管可以有任意的截面形状。
8.如权利要求7的整体双空气管和单水管复合管，其中两个空气管中的任意一个的轴未处在连接水管中心和另一个空气管中心的连线上。
9.用于焚烧器、锅炉、和其它设备上的整体多(多于两个)空气管和单水管复合管的水管有任意的截面形状，其中空气管分布在离水管轴一定半径的环周围，在两个相邻空气管之间有相同的角度间隔或有不同的角度间隔。
全文摘要
本发明提供各种安装在焚烧炉、锅炉、或其它设备的焚烧/燃烧室内的完全燃烧设备或组合装置。在一个设备/组件单元中焚烧/燃烧室被分成几个由在多环及在多段型的圆周分布的径向放置的单空气水管/双空气水管限定的燃烧分室，在分室中通过在每个整体的空气水管中空气管上的径向分布的空气喷嘴输送压缩空气而产生所设置的负压、旋流、反向引导废料燃烧及气悬浮捕等效果。因此该设备能够进行完全燃烧。
文档编号F23G7/00GK1114028SQ9410760
公开日1995年12月27日 申请日期1994年6月7日 优先权日1994年6月7日
发明者玄光洙 申请人:玄光洙