專利名稱：工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種改進(jìn)的燃煤燃燒裝置，主要用于工業(yè)鍋爐、窯爐上，屬于熱工設(shè)施。
背景技術(shù)：
今天，不管人類社會和科學(xué)技術(shù)是多么的高度文明和高度發(fā)達(dá)，但是當(dāng)著人們面對日漸枯竭的能源問題時，卻都束手無策，遠(yuǎn)今為止，還沒有任何一種可使用的新技術(shù)能解決這個問題。
聯(lián)合國1994年1月24日公布的報告向世界宣布，根據(jù)探明的全球礦藏儲量加上可能增加的儲量計算，石油還能開采75年，天然氣只能開采56年，煤還能開采42年，又加上世界人口的迅速增長，生活水平又不斷提高，這個開采年限還會以一定的比數(shù)下降，所以21世紀(jì)的后半期，也就是2050年往后人類將面臨嚴(yán)重的傳統(tǒng)能源危機(jī)。
我國煤礦能源占主導(dǎo)地位，占據(jù)能源消費格局的75％，中國的工業(yè)有75％的燃料是來源于煤礦，同時燃燒這些煤，也是造成我國大氣污染的主要原因。
這就出現(xiàn)兩個讓人關(guān)心的問題，一是42年以后我們怎么生活，二是我們燒掉了所有煤以后，因污染而造成的環(huán)境惡劣又會惡劣到一個什么樣的程度。
明擺著，在沒有任何補救辦法的情況下，我們只有用節(jié)能技術(shù)和環(huán)保技術(shù)來延長有限能源的使用年限，只有真正意義上的高效節(jié)能技術(shù)，才能體現(xiàn)真正意義上的環(huán)保效果，可是在高科技的今天，燃煤技術(shù)卻是相當(dāng)落后的，并且是一個世界性的問題。
在我國1997年的國家統(tǒng)計中，共有工業(yè)鍋爐65萬臺，年消耗煤量達(dá)6億噸，其煙塵和二氧化碳及其他有害物質(zhì)排放量占全國各項總量的33％以上，這些運行的工業(yè)鍋爐雖然都是在地市級節(jié)能辦和環(huán)保的監(jiān)管下實施運行，但是這種“行政性”的監(jiān)管，還必須要有真正意義上的“新技術(shù)”的匹配才能收到良好的效果。
以上提到的工業(yè)鍋爐，并不包括電站鍋爐，的范圍。工業(yè)鍋爐雖然功率較小，額定蒸發(fā)量在1～65噸/小時之間，覆蓋很多型號產(chǎn)品。分布范圍最大，應(yīng)用范圍最廣，另外還有數(shù)量很多組數(shù)字不詳?shù)木用窦w供熱用的熱水鍋爐，這些普遍使用的鍋爐基本上都是以燃煤為主的層燃爐，尤其以鏈條爐排爐占最主要的地位。
現(xiàn)在舉例說明這些現(xiàn)有工業(yè)鍋爐的燃燒技術(shù)狀況，我國有些著名的國家A級鍋爐制造廠家，如杭洲、四川、北京、無錫、東方、濟(jì)南、長春、江西、湘潭、梧洲等多家出名的鍋爐生產(chǎn)大型企業(yè)，他們的企業(yè)都有自己相當(dāng)高級的科研所，并且與國內(nèi)名牌大學(xué)，尤其和國外出名的頂級名牌大學(xué)的科研所直接掛鉤，長期合作，每年都有“燃燒高科技項目”的高額科研經(jīng)費撥出，這些企業(yè)的產(chǎn)品應(yīng)該是和今天的高科技社會同步并行的?？墒牵?dāng)著你要為剛剛上馬的新企業(yè)買臺好鍋爐的時候，那怕是多花錢也不心疼，路途再遠(yuǎn)也不要緊，只要是高效節(jié)能環(huán)保真正不冒煙就行，這些大型企業(yè)的人就會告訴你，價錢當(dāng)然不會低的，因為我們是按國家A級資質(zhì)收費，但是真正不冒煙的燃煤鍋爐是沒有的，說明書上的高效節(jié)能無污染是相對而言的。
事實上現(xiàn)有的產(chǎn)品也確確實實地沒有一臺不冒煙的，一些廠家引進(jìn)了美國CE公司的一項技術(shù)，確實不冒煙，所用燃料都是輕柴油。現(xiàn)在采用的鏈條爐排燃燒技術(shù)到目前為止還是1958年蘇聯(lián)老大哥支援新中國建設(shè)時期的“先進(jìn)技術(shù)”。產(chǎn)品說明書明確指出，…，本新型產(chǎn)品相當(dāng)于前蘇聯(lián)的XX型式，另一家大企業(yè)則是，…，本產(chǎn)品由美國XX大學(xué)、國內(nèi)XX大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡工業(yè)大學(xué)合作研制，是國家重點推廣新產(chǎn)品。多家產(chǎn)品進(jìn)行對照，同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)其實完全一樣。
然而這些企業(yè)的產(chǎn)品，都是得到了國際LSO質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，并且是國家免檢產(chǎn)品，還出口到國外并占領(lǐng)一定的市場份額。其中最重要的一項環(huán)保指標(biāo)是，排出煙氣的林格曼黑度等級1級。這是什么意思呢？這是指人站在正在滿負(fù)荷運行的鍋爐煙窗的遠(yuǎn)處能清楚看見冒出的灰色或者淡灰色煙柱的擴(kuò)散痕跡，但是絕對不能是黑色的煙柱，更不能黑煙中夾帶碳鏈烴(俗稱煙蛾子)，這樣就達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)了，并且還必須是經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)的司爐工達(dá)到最佳操作狀態(tài)，煤的品種和顆粒度還要嚴(yán)格要求，必須按操作說明書給出的標(biāo)準(zhǔn)配煤，才能達(dá)到這種合格標(biāo)準(zhǔn)。事實上從學(xué)術(shù)角度分析，這種標(biāo)準(zhǔn)的灰色或淡灰色的煙是經(jīng)過鍋爐的輔機(jī)除塵器處理以后，實在是捕捉不住的0.2um～0.5um的固體碳粒，再加上CH氣體和CO氣體的混合煙氣，這種煙氣毒性最大，可以在陽光的作用下形成溶膠，以光化學(xué)煙霧的形式常年漂浮在大氣中，擴(kuò)散到很遠(yuǎn)的地方去，這正是大氣污染的罪魁禍?zhǔn)住６切K較大的碳鏈烴就是不用除塵器捕捉也不會漂出多遠(yuǎn)，就以灰塵的方式降落下來，只是看得見摸得著的臟和黑，直觀性地讓人討厭，它只是污染鍋爐附近的地面和物體表面。
透過這些現(xiàn)象可以看出，這種所謂的國際標(biāo)準(zhǔn)后面掩蓋著人類的勉強(qiáng)和無奈，掩蓋著燃煤技術(shù)落后的本質(zhì)。因為這些有害氣體和碳微粒，全部都是寶貴的可燃成份，它們在煤的燃燒體系中是不可缺少的成員成份，完全可以全部氧化燃燒放出應(yīng)有的化學(xué)熱能后，變成無色、無毒、無味的二氧化碳?xì)怏w和水蒸汽氣體，在這種燃煤體制中根本不存在“林格曼黑度”問題，這種充分燃燒后形成的應(yīng)該有的排放氣體，完全無色透明，用肉眼是根本看不到的。
由此做出以下結(jié)論(1)在層燃式工業(yè)鍋爐范圍內(nèi)，人類根本沒有解決煤的高效燃燒問題，環(huán)境保護(hù)問題也沒有得到根本解決。
(2)在層燃式工業(yè)窯爐領(lǐng)域，也存在同樣的問題。
于是人們想出了一個從根本上解決環(huán)保問題的好辦法，用煤氣發(fā)生爐把煤氣化成一氧化碳后，再用管道輸送到鍋爐或者窯爐中去燃燒，這樣，企業(yè)的一套熱工設(shè)備，另外需要再配上一套煤氣發(fā)生爐，而煤氣發(fā)生爐的制造成本和用鋼量，要比同功率匹配的熱工設(shè)備要高出許多倍，同樣道理，對于鋼材的浪費，也是對能源的間接浪費，因為煉鋼和開礦也是要大量消耗能源的，另外企業(yè)還要付出設(shè)備的購置成本，使企業(yè)的設(shè)備投資大幅增加。
再看在這種能源利用的組合模式中，能源又是如何高效利用的呢？我們知道，煤的完全燃燒的反應(yīng)式是這樣寫的，可是我們卻是首先在煤氣爐中把煤先進(jìn)行不完全燃燒變成CO，然后再引到熱工設(shè)備中去完成第二步燃燒，可見，一個碳原子的化學(xué)內(nèi)能被分解成兩次釋放，一半能量是在煤氣爐中放出，另一半是在做功的熱工設(shè)備中放出，也就是說這頭放一半，那頭放一半，煤氣爐那頭釋放的是無用功，其目的僅僅是把碳氧化還原成一氧化碳?xì)怏w，而真正做功的是一氧化碳在熱工設(shè)備中燃燒。加上煤氣爐自用蒸汽的熱量消耗，設(shè)備本身殼體的散熱和管道散熱損失，最后譯成一句俗話就是1斤煤當(dāng)成3兩燒了。
可見，煤氣爐這種能源利用模式完全是一個能源浪費的模式，它所收到的環(huán)保效益是不能平衡所造成的經(jīng)濟(jì)浪費和能源浪費的。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種改進(jìn)的工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，燃燒充分，熱效率高，能耗低，無環(huán)境污染。
本實用新型所述的工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，包括燃燒爐膛、爐排、加煤口和高溫氣體出口，其爐膛橫截面的頂部為形成雙旋流燃燒區(qū)的雙拱形，爐膛的兩側(cè)配裝通向爐膛的助燃風(fēng)口，爐膛后部連接高溫氣體出口。
將爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口設(shè)計的與爐膛頂部的拱形相切，有利于旋流的形成。根據(jù)燃燒需要，每側(cè)的助燃風(fēng)口可以排列幾個或多個。
在爐膛與高溫氣體出口之間設(shè)湍流燃燒區(qū)，實現(xiàn)二次進(jìn)一步充分燃燒。
本實用新型只是針對燃燒部分的改進(jìn)，包括燃燒爐膛和增加的湍流燃燒區(qū)，鍋爐和窯爐的其它部分可仍然沿用原有的即可，能與鍋爐和工業(yè)窯爐實現(xiàn)兼容性對接，爐排適宜各種爐排，包括固定爐排、搖動爐排、鏈條爐排、往復(fù)爐排、振動爐排等的任何一種，可以沿用防渣箱，也叫防焦箱，這種裝置在傳統(tǒng)鍋爐里都有，目的是防止因高溫而軟化的爐渣粘在耐火材料形成的爐壁上，而設(shè)計上這道“隔離帶”。外殼用厚鋼板焊成，中間空腔充有循環(huán)冷卻水，并且和裝置的外殼與底座連成整體，通過焊接而固定，它在縱向上和爐排的縱向長度相同。有主風(fēng)室向爐排供風(fēng)，助燃風(fēng)經(jīng)過爐排的縫隙通向燃燒的煤層。兩側(cè)的助燃風(fēng)可以由一臺風(fēng)機(jī)提供，設(shè)置風(fēng)閥控制通風(fēng)量。
設(shè)計原理和工作原理在爐膛兩側(cè)助燃風(fēng)口的作用下，爐膛內(nèi)的燃燒形成雙旋流燃燒區(qū)，稱為正旋流燃燒區(qū)和逆旋流燃燒區(qū)，可形象的成為“左、右鼻孔”，兩旋流燃燒區(qū)和中間的隔離壁形成m狀，中間的隔離壁可形象的稱為“鼻中隔”，這是參考《現(xiàn)代漢語詞典》中鼻子的解釋作出的形象命名。
在燃燒運行過程中，助燃風(fēng)從爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口以一定速度切線射入兩個旋流燃燒區(qū)，兩個高速旋轉(zhuǎn)的“旋渦”旋流的方向受鼻中隔的導(dǎo)向控制，在爐膛上面形成相對運行的氣體流向，在兩旋渦的下面形成相向而行的氣體流向，根據(jù)“高速旋流流體力學(xué)原理”，整個爐膛內(nèi)所有的燃?xì)猓紩贿@兩股旋流束縛和卷吸，不管是可燃?xì)怏w，還是大小不一的可燃性顆粒，只要是燃燒產(chǎn)生的所有任何氣體和漂浮物，都將毫無例外地被卷吸到這兩股旋渦中，進(jìn)行在高溫下的攪拌，而這種攪拌的動力正是來源于一股含豐富氧氣的氣流，這就必然導(dǎo)致強(qiáng)烈的燃燒和高溫，并且所有旋渦中的物質(zhì)都將按“螺旋行程”奔向旋渦的尾端。根據(jù)完全燃燒的四大要素(1)溫度、(2)足夠的氧氣、(3)良好的混合和(4)充分的燃燒滯留時間，這4個必須的條件，在這里都完全徹底地具備，并且體現(xiàn)的“淋漓盡致”。
在爐膛的上空有兩條旋渦在激烈而高速的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的流體動力，對火床上正在燃燒的火焰和氣體產(chǎn)生拉吸作用，劇烈燃燒的旋渦產(chǎn)生的高溫通過上頂?shù)臓t拱以輻射熱的形式反射到煤層上，這兩個條件對火床上煤層的迅速燃燒又提供了良好的條件，這種火床和爐膛的流體動力與熱輻射的綜合利用，都是毫無例地強(qiáng)化了燃燒，這樣高密度的爐膛氣流充滿率，不但不影響火層的正常燃燒，反而相互利用，相互強(qiáng)化，把整個燃燒工況演化成了“具有完善地內(nèi)部組合體制的碳和氧的高效反應(yīng)器”，這種燃燒體制的完善組合，造就了這種燃燒裝置的體積小，功率大，效率高，并且結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的功率體積密度。
這種高效反應(yīng)器，噴射出來的是一股無色、無味、無毒的高溫氣流，根本沒有林格曼黑度問題，傳統(tǒng)的“高溫?zé)煔狻敝f也已是名不副實。
兩股旋流的高速旋轉(zhuǎn)，在鼻中隔交叉處產(chǎn)生另一氣流路線，或稱較大顆粒的行走路線，形成∞字形軌跡，那么這條氣流路線對燃燒又有什么用處呢？我們知道爐排層燃式火床燃燒在運行過程中，部分較細(xì)的煤粉被火床下的助燃風(fēng)吹起，使火膛內(nèi)有一定的粉塵密度，這些粉塵進(jìn)入高溫旋渦后，在懸浮狀態(tài)下邊旋轉(zhuǎn)邊燃燒，較細(xì)的迅速燒掉，較粗的顆粒質(zhì)量較大，本身的質(zhì)量動能也較大，由于離心力的作用在漩渦的外圍作高速旋轉(zhuǎn)運動。由于鼻中隔的導(dǎo)向作用在此失效，輕質(zhì)的可燃性氣體繼續(xù)受渦心作用作圓周性旋轉(zhuǎn)，但是較大顆粒立刻按切線方向被甩出，飛行的方向是奔向下面的火床，可是火床有連續(xù)的高溫?zé)煔庀蛏嫌縼硇纬蓺鈮|。這時因為顆粒動能較大，不會按原渦心所賦予的方向折彎，結(jié)果又被另一個漩渦卷吸進(jìn)去，繼續(xù)下一輪的燃燒。如果還是燒不完，質(zhì)量仍很大，則繼續(xù)重復(fù)以上過程，從而形成∞字形行走路線，直到燃盡為止，可見這種∞字形的“雙螺旋行程”，走的路線更長，較大顆粒在火焰中滯留的時間得以保證，所以在這種結(jié)構(gòu)的模式中是不會放過一個煤顆粒的。燃燒要求是細(xì)的立即燒盡，粗的慢慢燒盡，最終目的是全部燒盡為止。
當(dāng)兩股高溫渦流向后推進(jìn)到湍流燃燒區(qū)時，由于鼻中隔的中斷，完成了雙旋流燃燒的使命，又在湍流燃燒區(qū)匯合，由于流體的慣性，兩旋流依然高速旋轉(zhuǎn)并且撕扭在一起，兩者之間相互抵消，又相互碰撞，又相互撕裂，結(jié)果形成很多激烈旋轉(zhuǎn)的“小漩渦”和一些不規(guī)則的氣流。這兩者在湍流燃燒區(qū)充滿度很高，這種情況進(jìn)一步促進(jìn)了氧化燃燒，假如在雙旋流燃燒的爐膛內(nèi)沒有燃盡被遣漏極少的HC和CO的話，也逃脫不過這一道關(guān)口，也必將在這一高溫區(qū)內(nèi)氧化燃燒生成CO2和H2O的干蒸氣，然后通過高溫氣體出口噴射出去。
另外，在燃燒爐膛內(nèi)，為防止產(chǎn)生過多的氮氣化合物NOx，可適當(dāng)調(diào)節(jié)運行中的配風(fēng)量，避免有過多的剩余氧，也就是保證沒有多少過剩空氣，這也就免不了產(chǎn)生一些氮氧化物和少量的CH氣體、CO氣體。當(dāng)這三種有害氣體在湍流燃燒區(qū)匯合以后，在這個高溫區(qū)又受到更加猛烈的攪拌、碰撞、粉碎，結(jié)果由于氮的化學(xué)性質(zhì)不如H和C的活潑，碳又是極其活潑的氧化還原物質(zhì)，結(jié)果發(fā)生如下反應(yīng)
結(jié)果是氮氧化物的氧原子被碳和氫奪走，氮被還原。
可以看出，湍流燃燒區(qū)相當(dāng)于一層嚴(yán)密的有害氣體“過濾網(wǎng)”，三種有害氣體都在經(jīng)過這個區(qū)域時無一漏網(wǎng)地被處理成無毒氣體排放出去。
試驗證明，本實用新型的“爐膛燃盡率”可達(dá)到百分之百(100％)。
設(shè)備啟動后，燃煤首先通過煤閘門進(jìn)入爐膛，揮發(fā)份在高溫下大量快速的逸出，并猛烈的燃燒產(chǎn)生高溫推向湍流燃燒區(qū)，在湍流燃燒區(qū)內(nèi)溫度最高，當(dāng)燃煤邊走邊燒進(jìn)入到湍流燃燒區(qū)時，燃煤中的揮發(fā)份已經(jīng)全部干餾燃盡，變成了焦碳。我們知道焦炭的燃點比較高，要想迅速燃盡必須要有高溫才行，而恰好這時形成的焦炭正好處在高溫的湍流燃燒區(qū)，在這樣高溫又有充足氧氣的環(huán)境里，焦炭以很快的速度燃盡，燃盡的灰渣從出渣口排出。
根據(jù)《工業(yè)鍋爐教程》一書給出的參考值，按傳統(tǒng)燃燒技術(shù)燒出的灰渣含碳量在操作最好狀態(tài)下是18％-20％。根據(jù)多方現(xiàn)場測試，實際操作中要比這個數(shù)值高出許多，大多數(shù)在26％左右。
然而本裝置燒出的灰渣含碳量實測為3％-5％。
再就是揮發(fā)份的燃燒和利用，根據(jù)鍋爐廠說明書給出的配煤標(biāo)準(zhǔn)，是必須使用II類、III類煙煤，查《鍋爐實用手冊》工業(yè)鍋爐設(shè)計用煤代表性煤種數(shù)據(jù)表，這類煙煤的揮發(fā)份含量平均在38％左右，這是一種大煙大火容易著火的工業(yè)鍋爐專用煤，并明確提示，揮發(fā)份全部都是碳?xì)浠衔?，是熱值很高的輕質(zhì)燃料。
但是傳統(tǒng)的燃煤技術(shù)都沒有把這些輕質(zhì)燃料利用，而是大部分都變成了污染物，從燃燒學(xué)角度分析，這些碳?xì)浠衔餂]有燃燒都大量揮發(fā)，不但浪費了能源，同時還會從爐膛中帶走大量熱能，并使?fàn)t溫大幅下降，這明顯地就有三個不合算，一是浪費了能源，二是損失了溫度，三是污染了環(huán)境。
查遍所有的相關(guān)資料，在層燃爐燃燒技術(shù)中都避而不談，這些揮發(fā)份的利用率是多少，沒有給出任何參考數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)實的調(diào)察訪問和數(shù)據(jù)計算，并結(jié)合模型反復(fù)試驗得出，傳統(tǒng)層燃爐燃燒技術(shù)的揮發(fā)份利用率最高為30％～35％，可見有65％的輕質(zhì)燃料變成毒氣跑掉了。
那么我們應(yīng)該如何從理論角度來評價，傳統(tǒng)的層燃技術(shù)和本實用新型雙旋流燃燒技術(shù)的節(jié)能率呢？到底兩種燃燒技術(shù)相比，新技術(shù)的燃燒效率提高了多少呢？節(jié)煤的百份比是多少呢？有兩個指標(biāo)(1)揮發(fā)份的燃盡率，(2)灰渣的燃盡率。
計算一(1)揮發(fā)份的燃盡率已知每單元含量為38％；本實用新型雙旋流燃燒技術(shù)的爐膛燃盡率是100％，因揮發(fā)份全部是在爐膛內(nèi)燃燒，所以得出結(jié)論本實用新型揮發(fā)份燃盡率為100％；因為傳統(tǒng)燃煤技術(shù)的揮發(fā)份燃盡率是35％；則每單元揮發(fā)份含量為100×38％＝38千克；本實用新型的燃盡揮發(fā)份100×38％＝38千克；傳統(tǒng)燃煤技術(shù)的燃盡揮發(fā)份38×35％＝13.3千克；兩者之差為38-13.3＝24.7(千克)。
結(jié)果每100千克煙煤，本實用新型比傳統(tǒng)燃煤技術(shù)多燃盡揮發(fā)份24.7千克，前者比后者提高燃盡率65％，節(jié)省24.7％，即本實用新型燃盡揮發(fā)份可節(jié)約煤24.7％。
計算二(2)灰渣的燃盡率本實用新型灰渣含碳量為5％；每單元含碳量100×5％＝5千克；因為灰渣的成分是固定碳和煤的灰份之和，查表得出本煙煤灰分為32％，煤的凈含碳量為68％。
那么燒出100千克含碳量5％的灰渣要用多少煤呢？32％+5％＝37％，100÷0.37＝270.2千克；即270.2千克→灰渣100千克(其中含碳量5％)；總的凈含碳量為270.2千克×68％＝183.736千克；沒有燃盡的碳5千克；燃燒剩余率為5÷183.736＝2.72％；燃盡率為100-2.72％＝97.28％；
因為傳統(tǒng)燃煤技術(shù)灰渣含碳量為20％；即20÷183.736＝10.89％；燃盡率為100-10.89＝89％；兩者差值97.28-89＝8.28結(jié)論本實用新型比傳統(tǒng)燃煤技術(shù)每燃燒100千克煤，需要多燃盡8.28千克。
總節(jié)能數(shù)即為上述兩項之和，即24.7％+8.28％＝32.98％≈33％。
燃盡率越高，浪費的就越少，利用率就越高，相應(yīng)就越節(jié)能，本實用新型和傳統(tǒng)燃煤技術(shù)相比，同樣的熱能功率輸出可節(jié)約燃煤33％。
雖然以上得出的數(shù)值是33％，實際上因為揮發(fā)份都是碳?xì)浠衔?，氫的燃燒熱值要比碳大許多，計算式一中的24.7是和碳等熱值計算的，還有一定余地。再就是傳統(tǒng)燃煤技術(shù)在揮發(fā)份蒸發(fā)時要帶走大量熱能，補充這些熱的損失也是要多燒煤的，這方面的熱損失約占總熱量的8％以上，所以我們提到的節(jié)煤33％以上，實際是有41％以上的余量來保底的，有一定保證系數(shù)。
本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功率大，燃燒充分，熱效率高，能耗低，節(jié)煤效果顯著，無環(huán)境污染，徹底解決燃煤污染問題，其推廣應(yīng)用，將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本實用新型與現(xiàn)有鍋爐、窯爐的對接性好，既適合新建，直接出新產(chǎn)品，也適宜對現(xiàn)有工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐的改造，也可應(yīng)用于其它的適宜加熱領(lǐng)域。本實用新型完全可以代替煤氣發(fā)生爐，并能為以燃燒熱能為主要生產(chǎn)手段的企業(yè)，節(jié)省大量設(shè)備投資和大量生產(chǎn)運行成本，具有很好的市場前景。


圖1、本實用新型一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、圖1的燃燒工況運行原理圖。
圖3、圖1的側(cè)視圖。
圖4、本實用新型應(yīng)用在工業(yè)窯爐上的狀態(tài)參考圖。
圖5、傳統(tǒng)的居民集體供暖用單鍋筒承壓熱水鍋爐對比示意圖。
圖6、對圖5改造的熱水鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7、傳統(tǒng)的雙鍋筒蒸汽鍋爐對比示意圖。
圖8、對圖6改造的蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9、試驗生產(chǎn)的全新鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、金屬外殼 2、耐火爐體 3、正旋流燃燒區(qū)(左鼻孔) 4、鼻中隔5、逆旋流燃燒區(qū)(右鼻孔) 6、右側(cè)助燃風(fēng)口 7、煤層區(qū) 8、爐排 9、主風(fēng)室 10、充水式防渣箱 11、左側(cè)助燃風(fēng)口 12、爐膛 13、加煤口 14、湍流燃燒區(qū) 15、高溫氣體出口 16、本實用新型燃燒裝置 17、出渣口 18、主風(fēng)室 19、往復(fù)爐排 20、爐口橫梁 21、推拉桿 22、傳動偏心輪 23、減速電機(jī) 24、進(jìn)煤閘板 25、27、28、本實用新型燃煤裝置 26、新加爐墻 F、F1、F2、布風(fēng)盒。
具體實施方式
結(jié)合上述實施例附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
如圖1、3所示，本實用新型所述的工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，包括燃燒爐膛12、爐排8、加煤口13和高溫氣體出口15，其爐膛12橫截面的頂部為形成雙旋流燃燒區(qū)3、5的半圓雙拱形，爐膛12的兩側(cè)配裝通向爐膛的管狀助燃風(fēng)口11、6，爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口11、6分別與爐膛頂部的拱形相切，爐膛12與高溫氣體出口15之間設(shè)湍流燃燒區(qū)14。
工作運行原理如圖2所示，在燃燒運行過程中，助燃風(fēng)從爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口11、6以一定速度切線射入兩個旋流燃燒區(qū)，兩個高速旋轉(zhuǎn)的“旋渦”旋流的方向受鼻中隔4的導(dǎo)向控制，在爐膛上面形成相對運行的氣體流向，在兩旋渦的下面形成相向而行的氣體流向，整個爐膛內(nèi)所有的燃?xì)?，都會被這兩股旋流束縛和卷吸，進(jìn)行在高溫下的攪拌，足夠的氧氣氣流必然導(dǎo)致強(qiáng)烈的燃燒和高溫，并且所有旋渦中的物質(zhì)都將按“螺旋行程”奔向旋渦的尾端。滿足溫度、足夠的氧氣、良好的混合和充分的燃燒滯留時間這4個充分燃燒的條件，實現(xiàn)充分燃燒。
在爐膛12的上空有兩條旋渦在激烈而高速的旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的流體動力，對煤層火床上正在燃燒的火焰和氣體產(chǎn)生拉吸作用，劇烈燃燒的旋渦產(chǎn)生的高溫通過上頂?shù)臓t拱以輻射熱的形式反射到煤層上，這兩個條件對火床上煤層的迅速燃燒又提供了良好的條件，這種火床和爐膛的流體動力與熱輻射的綜合利用，都是毫無例地強(qiáng)化了燃燒，最終從燃燒裝置噴射出來的是一股無色、無味、無毒的高溫氣流。
兩股旋流氣體的高速旋轉(zhuǎn)，在鼻中隔4交叉處產(chǎn)生另一氣流路線，形成∞字形軌跡，較粗的顆粒質(zhì)量較大，本身的質(zhì)量動能也較大，由于離心力的作用在漩渦的外圍作高速旋轉(zhuǎn)運動，在此處鼻中隔4的導(dǎo)向、限制失效的情況下按切線方向被甩出，飛行的方向是奔向下面的火床，可是火床有連續(xù)的高溫?zé)煔庀蛏嫌縼硇纬蓺鈮|。這時因為顆粒動能較大，不會按原渦心所賦予的方向折彎，結(jié)果又被另一個漩渦卷吸進(jìn)去，繼續(xù)下一輪的燃燒。如果還是燒不完，質(zhì)量仍很大，則繼續(xù)重復(fù)以上過程，從而形成∞字形行走路線，直到燃盡為止，可見這種∞字形的“雙螺旋行程”，走的路線更長，較大顆粒在火焰中滯留的時間得以保證，所以在這種結(jié)構(gòu)的模式中是不會放過一個煤顆粒的。最終達(dá)到細(xì)的立即燒盡，粗的慢慢燒盡，最終目的是全部燒盡為止。
當(dāng)兩股高溫渦流氣體向后推進(jìn)到湍流燃燒區(qū)時，由于鼻中隔4的中斷，完成了雙旋流燃燒的使命，又在湍流燃燒區(qū)匯合，由于流體的慣性，兩旋流依然高速旋轉(zhuǎn)并且撕扭在一起，兩者之間相互抵消，又相互碰撞，又相互撕裂，結(jié)果形成很多激烈旋轉(zhuǎn)的“小漩渦”和一些不規(guī)則的氣流。這兩者在湍流燃燒區(qū)充滿度很高，這種情況進(jìn)一步促進(jìn)了氧化燃燒，假如在雙旋流燃燒的爐膛內(nèi)沒有燃燒被遣漏的極少的HC和CO的話，也逃脫不過這一道關(guān)口，也必將在這一高溫區(qū)內(nèi)氧化燃燒生成CO2和H2O的干蒸氣，然后通過高溫氣體出口噴射出去。
根據(jù)使用情況，可以適宜選擇鼻中隔的高度，高度調(diào)整，也可以使一部分燃燒氣流也作∞字形行走路線。實際上，這種太過分的長行程也不一定是必要的，因為要這樣做的話，必須加大助燃風(fēng)的風(fēng)壓，提高風(fēng)速，這勢必就會增加風(fēng)機(jī)的電能源消耗。鼻中隔也不能做得太高太長，因為它所處的是高溫區(qū)域，下垂太長很容易損壞掉落，所以應(yīng)該從整體方面進(jìn)行優(yōu)化選擇，以使用效果和可靠性為主。
如圖4所示，這是一臺專門用于工業(yè)窯爐的本實用新型雙旋流燃燒裝置縱向剖視圖，本裝置可以直接代替工業(yè)窯爐的傳統(tǒng)火箱，設(shè)計功率為1.3MW(兆瓦)，高溫氣體出口15的最高輸出溫度為1300～1500℃之間可調(diào)。
燃煤從前面的進(jìn)煤斗經(jīng)過進(jìn)煤閘板24加到往復(fù)爐排19上，減速機(jī)23由電機(jī)拖動運轉(zhuǎn)，驅(qū)動偏心輪22通過推動桿21，拉動往復(fù)爐排19的動排進(jìn)行往復(fù)運動，和靜排之間相互作用形成把煤向爐排尾端推動的作用力，煤層厚度由進(jìn)煤閘板24來控制。煤的運行速度由減速機(jī)23的轉(zhuǎn)速來控制，運行中火床上的煤層是邊走邊燃燒，走到尾端正好燃盡形成灰渣，經(jīng)過出渣板滑落到出渣口17排出。
爐口橫梁20是支承往復(fù)爐排19的，主風(fēng)室9有三個，實現(xiàn)分段送風(fēng)，本實用新型燃燒裝置16耐火爐體用高溫耐火材料混凝土澆注料一次性澆注成型，高溫氣體出口直接和窯爐密封對接。
如圖5所示，單鍋筒承壓熱水鍋爐，型號為DZLW1.4，用于居民生活區(qū)集體供暖，額定功率為1.4MW。本鍋爐是全國各大鍋爐廠目前正在推廣的新技術(shù)產(chǎn)品，并通過了ISO9001國際質(zhì)量認(rèn)證。本鍋爐的燃燒部位用的是傳統(tǒng)的鏈條式爐排結(jié)構(gòu)，自動出渣，自動上煤，機(jī)械化程度較高。
為了節(jié)能和環(huán)保，利用本實用新型雙旋流燃燒技術(shù)對該鍋爐進(jìn)行改造，改造工程嚴(yán)格按照國家有關(guān)條例，對鍋爐的承壓元件絲毫不動，只對其燃燒部分實施改造。
改造情況如圖6所示，在后部增加一爐墻26，爐膛燃燒段縱向長度加長1米，橫截面的結(jié)構(gòu)形式按圖1的形式，并按相應(yīng)鍋爐的實際對接尺寸制作整體外殼，材料用10mm厚度的普通鋼板焊接而成并制作澆注用內(nèi)胎模板，用耐火燒注料一次性澆注成型凝固24小時后實行現(xiàn)場安裝。按圖1的結(jié)構(gòu)模式將本實用新型的雙旋流燃燒裝置的整體“騎在”鏈條爐排上并密封固定，前后兩堵頭用圖1的形狀周邊延伸一定尺寸做成配套法蘭，前面和加煤斗連接，后面和鍋爐前臉鋼板連接，前后法蘭連接處用硅酸鋁纖維針刺氈密封。
正旋流助燃風(fēng)和逆旋流助燃風(fēng)，各用一臺380V/1Kw的三相風(fēng)機(jī)，通過爐膛兩側(cè)各自的布風(fēng)盒供風(fēng)，布風(fēng)盒的構(gòu)造是內(nèi)部用隔板來分配風(fēng)量，并用風(fēng)閥來控制總風(fēng)量。
鍋爐改造后的其他操作程序和改造前一樣，沒有任何改動。
如圖7所示，SZL4型雙鍋筒蒸氣鍋爐，每小時額定蒸發(fā)量4噸，額定蒸氣壓力1.25MPa，本型號鍋爐是目前我國重點推廣新產(chǎn)品。此型號鍋爐功率較大，體積也較大，象圖6那樣施工有一定難度，故采用鏈條爐排原封不動，加長2米的施工方案。這樣鏈條一來一回等于加長了1米長度，加長的鏈條部分向廠家購買。本實用新型雙旋流燃燒裝置的制作外殼當(dāng)然也是按長度1米，具體制作尺寸按鍋爐的實際尺寸實施合理化對接安裝，前后兩堵頭連接法蘭，并用耐火纖維針刺氈密封。改裝完工以后的結(jié)構(gòu)如圖8所示。
如圖9所示，本實用新型的試驗樣品，鏈條爐排，其它相應(yīng)部分分別與圖1、圖8相同，性能良好。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，包括燃燒爐膛、爐排、加煤口和高溫氣體出口，其特征在于爐膛橫截面的頂部為形成雙旋流燃燒區(qū)的雙拱形，爐膛的兩側(cè)配裝通向爐膛的助燃風(fēng)口，爐膛后部連接高溫氣體出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，其特征在于爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口與爐膛頂部的拱形相切。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，其特征在于爐膛與高溫氣體出口之間設(shè)有湍流燃燒區(qū)。
專利摘要本實用新型涉及一種工業(yè)鍋爐、窯爐用雙旋流燃燒裝置，包括燃燒爐膛、爐排、加煤口和高溫氣體出口，其特征在于爐膛橫截面的頂部為形成雙旋流燃燒區(qū)的雙拱形，爐膛的兩側(cè)配裝通向爐膛的助燃風(fēng)口，爐膛后部連接高溫氣體出口，爐膛兩側(cè)的助燃風(fēng)口與爐膛頂部的拱形最好相切，可在爐膛與高溫氣體出口之間增設(shè)湍流燃燒區(qū)。結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功率大，燃燒充分，熱效率高，能耗低，節(jié)煤效果顯著，無環(huán)境污染，徹底解決燃煤污染問題，其推廣應(yīng)用，將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本實用新型與現(xiàn)有鍋爐、窯爐的對接性好，既適合新建，直接出新產(chǎn)品，也適宜對現(xiàn)有工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐的改造，也可應(yīng)用于其它的適宜加熱領(lǐng)域。
文檔編號F23B90/04GK2828570SQ20052008779
公開日2006年10月18日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者王樹洲 申請人:王樹洲