專利名稱：文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，屬于工業熱工設備。
背景技術：
目前，立式手燒蒸汽鍋爐在市場上的占有份額較大，比較典型的是LSG型的立式彎水管鍋爐，結構包括外殼、彎水管和燃燒裝置，外彎水管置于煙箱中，內彎水管之間構成熱氣體腔，熱氣體腔的下方為燃燒裝置的燃燒爐膛，燃燒爐膛的下方為爐排，爐排的下方為灰室，與燃燒爐膛對應設有加煤爐門，與灰室對應設有出灰門，灰室配有一次助燃風口，從燃燒爐膛沖上來的高溫煙氣進入熱氣體腔，對彎水管進行加熱，從而加熱彎水管中的水，獲得水蒸汽。該鍋爐是在原來舊式鍋爐的基礎上幾經改進演變發展起來的一種比較先進的產品，有較大的輻射受熱面和對流受熱面，排煙溫度較低，鍋爐的“設計熱效率較高”，根據這種結構原理，同時又衍生出具有多種型號的系列化產品，容量在0.2t/h-2t/h之間型號較多，也有一些容量再大些的也是采用這種結構，各鍋爐生產廠家都有國家勞動部頒發的定型制作圖紙和制造檢驗執行標準。
這種鍋爐中，煙氣橫向沖刷全部外彎水管和內彎水管，并且流程很長，這種設計對提高傳熱效率有利，但系統很容易積灰，盡管設計了清灰孔，但是為了正常傳熱使鍋爐穩定的運行，用戶經常不斷的“停爐清灰”，對于運轉中企業車間來說是一個較大的難題，所以雖然在鍋爐設計時考慮盡最大可能地提高傳熱效率，但是在實際使用中，因為積灰嚴重，真正的熱效率并不高。
這種鍋爐，在“鍋”的設計上是先進的，整個傳熱系統對煙氣有足夠的傳熱面積；可是在“爐”的設計上用的卻是原始落后的燃燒技術，為了達到設計的額定輸出功率，這種型號的鍋爐都是燃用大煙大火的煙煤，所以運行時都是黑煙滾滾，不但浪費能源，也污染環境，濃濃煙氣在傳熱良好的水冷管系統里被急聚冷卻，大量蒸發狀態的煤焦油和碳鏈體迅速凝結析出，粘在鍋爐管和其他所有的熱交換面上，越積越厚，很難清除，嚴重的影響傳熱效果，使鍋爐的實際熱效率遠低于理論設計熱效率。
顯然，如果沒有相匹配的“爐”，沒有“先進的燃燒技術”，即使再先進的“鍋”也制造不出“先進的鍋爐”來。
發明內容
本發明的目的在于提供一種文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，結構合理，能夠解決燃煤黑煙排放問題，實現燃燒氣體的純無煙排放，熱效率高，節約煤資源，保護環境。
本發明所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，一種文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，包括外殼、彎水管和燃燒裝置，外彎水管置于煙箱中，內彎水管之間構成熱氣體腔，熱氣體腔的下方為燃燒裝置的燃燒爐膛，燃燒爐膛的下方為爐排，爐排的下方為灰室，與燃燒爐膛對應設有加煤爐門，與灰室對應設有出灰門，灰室配有一次助燃風口，將燃燒爐膛頂部設計為縮小的高溫煙氣出口，高溫煙氣出口的上方設有二次燃燒爐膛，二次燃燒爐膛的橫截面呈圓形，二次燃燒爐膛上設有二次助燃風口，二次燃燒爐膛的頂部設有高溫氣體出口，高溫氣體出口連通熱氣體腔。
本發明中二次燃燒爐膛的爐膛壁與高溫煙氣出口間呈斜面連接，整體形成散射圓錐狀，防止死角，文丘里管效應更加顯著。
在高溫煙氣出口處也設二次助燃風口，加強助燃和攪動作用，促進漩流燃燒。
為了獲得良好的燃燒氣體的旋轉效果，二次助燃風口最好對應圓形橫截面的二次燃燒爐膛的切線方向。
將高溫氣體出口設計為收縮口，可獲得更好的文丘里管效應。
根據規模大小情況不等，二次助燃風口在二次燃燒爐膛的圓形橫截面上可分布多個，2-10個適宜，連通二次助燃風口的風道連通在環形布風盒上；同理，二次助燃風口在二次燃燒爐膛的縱向上也可以分布多層，2-6層適宜。
還可以在燃燒爐膛的爐膛壁上增設周圍分布的一次助燃風輔助風口，促進燃燒，可以分布2-10個一次助燃風輔助風口，可以分布在同一個橫截面上，也可以分散在不同的橫截面上。
環形布風盒，在燃燒裝置的“腰間”形成“環形風道”，所有的二次助燃風都由“環形風道”提供風源，風的壓力由配裝的風機提供，風機可連接三相交流電源，也可通過變頻器實現變頻調速，完成風量調節。
工作原理文丘里管也叫文氏管，在除塵器、氣體、液體的流量計量“射流控制系統”及各種儀器儀表中用于計量物理參數的取樣，是組成傳感器的重要組成部分，有空氣動力“背風面吸附效應”，我們正是利用文丘里管的“空氣動力學效應”(也稱“文丘里管效應”)設計了本發明文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐。
正是由于文丘里管效應的“背風面吸附效應”，使得從高溫煙氣出口沖上來的高濃度煙氣，緊貼在二次燃燒爐膛的圓形內壁上，形成一個中間空心狀的氣流分布，然而這種氣流分布正好受到以切線方向高速射入這個圓形分布的二次助燃風的“擾動”，使這個氣流團迅速旋轉起來，產生猛烈地氧化燃燒，伴隨著劇烈地可燃性氣體和氧氣的強烈攪拌和燃燒，“揮發份”的化學內能被釋放出來變成熱能被利用，即消除了煙氣，又獲得了熱能，在這種燃燒體制中，二次燃燒爐膛中的溫度會迅速升高到1000度以上，這就為更加徹底的燃燒創造了極好的條件。由于高溫氣流是螺旋形行走路線，又加上二次爐膛里面高的溫度，又有耐火襯里的保溫作用，駐留時間和溫度都得到了保證。滿足了完全燃燒的4大要素①必須的溫度；②足夠的助燃氧氣；③良好的攪拌混合；④足夠的駐留時間。在這里體現得完善無缺，恰到好處，所有的可燃物全部燃盡，得到無色、無味、干凈、透明的潔凈氣體。最后以旋轉形式的氣流分布從高溫氣體出口噴射出去，進入熱氣體腔，加熱彎水管。燃燒充分，熱效率高。由于高溫氣流具有慣性，旋轉將繼續下去，這股旋轉的高溫氣流同時也強化了和彎水管的傳熱效果，更加提高了熱效率。
在二次燃燒爐膛的耐火爐襯中加入不銹鋼耐熱纖維，既加強爐襯的高溫強度，又可調整內襯材料的導熱系數，既可保持這個區域的可靠燃燒溫度，又保證傳熱效率，二者兼得。可見，本發明的“潔凈”的燃燒，使得“鍋”的部分徹底消除了積灰。
本發明文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，結構簡單，造價低，使用壽命長，燃燒效果好，很好地解決了燃煤黑煙排放問題，實現了燃燒氣體的純無煙排放，熱效率高，節約煤資源，節煤率達30％，林格曼黑度為0，用肉眼根本觀察不到，沒有任何煙塵排出，達到純無煙的運行效果，并且完全不用任何除塵裝置，無黑煙排放，保護了環境。
圖1、現有立式蒸汽鍋爐結構示意圖。
圖2、圖1的俯視圖。
圖3、文丘里管的結構及空氣動力原理圖。
圖4、本發明實施例1結合燃燒裝置燃燒運行工況示意圖。
圖5、本發明實施例1的兩體結構示意圖。
圖6、二次燃燒爐膛部分的橫截面結構及燃燒原理示意圖。
圖7、本發明實施例2二次燃燒爐膛部分的橫截面結構及燃燒原理示意圖。
圖中A、加煤爐門 B、彎水管 C、熱氣體腔 D、外殼 E、煙箱 F、喉口 G、煙囪 H、人孔 a、入口段 b、c、收縮段 d、圓柱狀喉口 e、散射圓錐體 f、低壓區 g、氣流 1、爐排 2、燃煤 3、加煤爐門 4、耐火爐襯 5、金屬外殼 6、保溫材料 7、環形布風盒 8、高溫煙氣 9、二次助燃風道 10、二次燃燒爐膛 11、高溫氣體出口 12、高溫氣體 13、煙箱 14、熱氣體腔 15、彎水管 16、高溫煙氣出口 17、燃燒爐膛 18、一次助燃風輔助風口 19、出灰門 20、風道 F1、一次助燃風 F2、二次助燃風 B1、B2、風機 P1、P2、P3、P4氣流盲區。
具體實施例方式
結合上述附圖對本發明作進一步說明。
圖3所示的是文丘里管的結構及空氣動力原理。
從文丘里管的入口處注入一定壓力和一定流速的氣流，氣流從入口段a，經過收縮段b、c被逐漸壓縮，當到達圓柱狀喉部d處時密度最大，流速也達到最大，然后氣流g不是以圓柱形經過喉口向上噴射，而是以圓錐形式緊貼散射圓錐體e的內腔壁，以空心喇叭形向上擴散和噴射，這就是文丘里管的空氣動力“背風面吸附效應”。這種現象是怎么形成的呢？這是因為氣流經過圓柱狀喉部d時被壓縮和加速，剛開始的那一瞬間是以圓柱形向上噴射，可是就是因為這股氣流的加速后噴射，在喇叭形的背風面上被抽成低壓區，氣流貼向背風面變成喇叭形，噴射的氣流中心形成了低壓區f，并且趨向于“真空”，這就是文丘里管的空氣動力學效應，簡稱“文丘里管效應”。
圖4、圖6所示的是本發明實施例1結構及燃燒原理。
本發明所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，包括金屬外殼5、彎水管15和燃燒裝置，外彎水管置于煙箱13中，內彎水管之間構成熱氣體腔14，熱氣體腔14的下方為燃燒裝置中的燃燒爐膛17，燃燒爐膛17的下方為爐排1，爐排1的下方為灰室，與燃燒爐膛17對應設有加煤爐門3，與灰室對應設有出灰門19，灰室配有一次助燃風口，燃燒爐膛17的爐膛壁上周圍也分布有一次助燃風輔助風口18，由風道20提供助燃風，將燃燒爐膛17頂部設計為縮小的高溫煙氣出口16，高溫煙氣出口16的上方設有二次燃燒爐膛10，二次燃燒爐膛10的橫截面呈圓形，二次燃燒爐膛10上設有二次助燃風口，由二次助燃風道9提供助燃風，二次助燃風口對應圓形橫截面的二次燃燒爐膛的切線方向，二次燃燒爐膛10的爐膛壁與高溫煙氣出口16間呈斜面連接，二次燃燒爐膛10的頂部設有高溫氣體出口11，高溫氣體出口11為收縮口，高溫氣體出口11連通熱氣體腔14，高溫煙氣出口16處也設有同樣結構的二次助燃風口，連通二次助燃風口的風道連通在環形布風盒7上。
圖示中，燃燒爐膛17的爐膛壁相當于文丘里管的氣流入口段a，燃燒爐膛17的頂部斜肩相當于文丘里管的收縮段b、c，高溫煙氣出口16相當于文丘里管的圓柱狀喉口d，二次燃燒爐膛10的爐膛壁與高溫煙氣出口16間的斜面連接形成的散射圓錐狀相當于散射圓錐體e，斜面即為文丘里管的背風面，二次燃燒爐膛10的爐膛壁相當于文丘里管的末尾散射圓錐體的延伸段”。本發明中的燃燒裝置就相當于一個變形的“文丘里管”，充分利用了文丘里管效應。
如圖5所示，本發明可以是兩體結構，上爐體和下爐體可分成兩個單元單獨制作，制作安裝方便，容易更換維修，上爐體包括高溫煙氣出口以上的部分，上爐體下面的部分為下爐體，在上下爐體上分別設置連接法蘭，通過法蘭連接組裝而成。組裝時在上下兩爐體之間的平面上，放置“硅酸鋁針刺毯”作為墊子，進行密封，然后用螺栓將上下法蘭擰緊固定即可。
實踐中，可直接使用上文敘述的國家勞動部頒布的LSG系列產品的定型圖紙、制造工藝和檢驗標準。調整一下爐排、灰室和爐門，制作成上下爐體兩部分，方便實施。二次燃燒爐膛的爐襯用高溫耐火澆注料，添加適量不銹鋼耐熱纖維，增加強度。上爐體施工時用簿鐵板根據實際形狀和尺寸做成澆注用內置模具，二次助燃旋流風道用耐熱鋼焊接而成，上爐體和下爐體的助燃風道要嚴格對齊，以保證下爐體的助燃風順暢地通到上面去。放入攪拌好的澆注料用插入式振動棒振實，并注意保溫和養護。
工作過程從燃燒爐膛17沖上來的高溫煙氣，在二次助燃風的助燃、擾動作用下，在二次燃燒爐膛10內形成旋轉，漩流燃燒，在高溫下對煙氣進行加氧攪拌混合，從而將煙氣中的可燃成份完全徹底地燒盡，能徹底達到“純無煙”的運行效果。
圖7所示的是本發明實施例2中二次燃燒爐膛部分的橫截面結構及燃燒原理，二次助燃風口垂直圓形橫截面的二次燃燒爐膛，此時會有P1、P2、P3、P4氣流盲區，燃燒效果較次一些。
各助燃風道可以通過布風盒，根據需要實現布風分布，由同一動力源提供布風動力，簡化輔助設施。供風系統可配裝自動化變頻控制系統，實現自動化操作。如供風量的調節可用變頻調速的方式來解決，亦即通過改變風機電源的頻率來改變風機的轉速的方法控制供風量。利用煙氣傳感器(工業電子門市部都有市售)，如二氧化鋯煙氣傳感器，它對一氧化碳呈現“氣敏效應”，只要有煙氣就是缺氧，只要缺氧就必然產生一氧化碳，所以，檢測一氧化碳氣體的含量多少，也就直接反映了燃燒設備內部的“配風系數”和燃燒工況。把一氧化碳氣體的含量變成電壓信號輸入到變頻器的電壓信號輸入端子上，即可利用電壓信號控制頻率變化，變頻輸出電源就是鼓風機的供電電源。
權利要求
1.一種文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，包括外殼、彎水管和燃燒裝置，外彎水管置于煙箱中，內彎水管之間構成熱氣體腔，熱氣體腔的下方為燃燒裝置的燃燒爐膛，燃燒爐膛的下方為爐排，爐排的下方為灰室，與燃燒爐膛對應設有加煤爐門，與灰室對應設有出灰門，灰室配有一次助燃風口，其特征在于燃燒爐膛頂部設有縮小的高溫煙氣出口，高溫煙氣出口的上方設有二次燃燒爐膛，二次燃燒爐膛的橫截面呈圓形，二次燃燒爐膛上設有二次助燃風口，二次燃燒爐膛的頂部設有高溫氣體出口，高溫氣體出口連通熱氣體腔。
2.根據權利要求1所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于二次燃燒爐膛的爐膛壁與高溫煙氣出口間呈斜面連接。
3.根據權利要求1所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于高溫煙氣出口處設有二次助燃風口。
4.根據權利要求1所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于二次助燃風口對應圓形橫截面的二次燃燒爐膛的切線方向。
5.根據權利要求1所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于高溫氣體出口為收縮口。
6.根據權利要求1、2、3、4或5所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于二次助燃風口在二次燃燒爐膛的圓形橫截面上分布有2-10個，連通二次助燃風口的風道連通在環形布風盒上。
7.根據權利要求6所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于二次助燃風口在二次燃燒爐膛的縱向上分布有2-6層。
8.根據權利要求1所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于燃燒爐膛的爐膛壁上周圍分布有一次助燃風輔助風口。
9.根據權利要求7所述的文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，其特征在于燃燒爐膛的爐膛壁周圍分布有2一10個一次助燃風輔助風口。
全文摘要
本發明涉及一種文丘里管效應式純無煙立式蒸汽鍋爐，屬于熱工設備，包括外殼、彎水管和燃燒裝置，外彎水管置于煙箱中，內彎水管之間構成熱氣體腔，熱氣體腔的下方為燃燒裝置的燃燒爐膛，燃燒爐膛的下方為爐排，爐排的下方為灰室，與燃燒爐膛對應設有加煤爐門，與灰室對應設有出灰門，灰室配有一次助燃風口，其燃燒爐膛頂部設有縮小的高溫煙氣出口，高溫煙氣出口的上方設有二次燃燒爐膛，二次燃燒爐膛的橫截面呈圓形，二次燃燒爐膛上設有二次助燃風口，二次燃燒爐膛的頂部設有高溫氣體出口，高溫氣體出口連通熱氣體腔。結構合理，能夠解決燃煤黑煙排放問題，實現燃燒氣體的純無煙排放，熱效率高，節約煤資源，保護環境。
文檔編號F23B10/02GK101074767SQ200710015959
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月16日 優先權日2007年6月16日
發明者王樹洲 申請人:王樹洲