專利名稱：多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鍋爐技術領域；特別涉及一種多鍋多回程、環保、速熱、高效一體 化鍋爐及鍋爐附屬裝置。
背景技術：
鍋爐經數百年應用與發展，其技術日益完善；目前應用主要技術有熱水管技術，水 冷壁技術，煙管、熱管及省煤器技術，低NOx燃燒、除塵減排技術，煙氣多回程循環技術，以 及先進的控制技術；這些技術的應用，使鍋爐效率達到一個較高水平。這些技術各有所長， 也各有其短；通用的熱水管技術，其優點是熱交換面積大，升溫快，鍋水熱動力自然流動快， 缺點是鋼水比低，有熱幅射漏泄；水冷壁鋼水比較高，熱幅射漏泄少，其缺點是傳熱面積小， 鍋水熱動力循環無力，冷水壁和熱水管都會使燃燒室溫度過低，造成燃料不完全燃燒；煙管 的優勢在于鋼水比較高，傳熱面積大，劣勢在于，熱慣性較大，維護費用高，煙管易堵塞，煙 氣含塵量大和用于臥式鍋爐時更易發生堵塞；熱管技術優點是擴大了傳熱面積和增強了熱 傳導強度，缺點是使用壽命短，失效熱管更換困難，造價高，其中重力式熱管造價較低，但必 須垂直安裝使用；省煤器技術提高鍋爐熱效率較為有效，但很有限，通用的省煤器多為分體 式設計，鍋爐造價高，鍋爐的性價比大幅度下降。煙氣多回程循環技術近年來得到一定發展，但均為在一個鍋筒內往復循環，當同 時采用省煤器技術時，不過是在兩級鍋筒內循環，實現的效率提高極為有限；煙氣循環阻力 增大則靠加大強制通風來解決。鍋爐的內融物熱交換介質水、水蒸汽、燃氣和煙氣共性是流體，流體力學也有數百 年歷史，但流體力學在鍋爐技術領域的應用則極為有限；目前應用的鍋爐普遍存在高污染 低效率、升溫慢、運營和維護費用高，綜合經濟效益低的問題，一些鍋爐還存在安全隱患。
實用新型內容本實用新型目的在于，揚長避短，取長補短綜合應用鍋爐的熱水管技術，水冷壁技 術，煙管、熱管及省煤器技術，低NOx燃燒、除塵減排、煙氣多回程循環和先進控制技術，推 出一種多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，同時將渦旋流技術應用于鍋水循環，排煙除 塵，充分利用鍋水熱動力鍋水內能和煙氣內能乃至科氏力，增強熱傳導，提高熱效率，速熱 環保。為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案—種多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，為多鍋多回程環保速熱高效一體化熱 水鍋爐，所述多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐包括燃燒室55、活動爐箅20、熱水 管環形集水器52、螺旋多頭熱水管18、匯流熱水管79、燃料噴管19、窺視孔21、爐門28、熱 水管渦旋集水器53、爐拱17、出水管16、一級鍋筒10、二級鍋筒12、三級至末級鍋筒、鍋筒 隔板9、外鍋板74、一級鍋筒下管板15、煙管11、重力式熱管14、鍋筒上管板7、上導煙罩6、 末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管70、上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管25、下級鍋筒上部到上一級鍋筒下部過水管、一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管27、二級以 下鍋筒下管板54、下導煙罩8、渦旋除塵器23、末級鍋筒進水管24、起旋葉片5、引風機4、引 風噴管3、煙塵分離器2、沖天管1、渦旋排煙裝置、渦旋回水集水器、渦旋分水器、溫控循環 水泵34、自然循環進水回路61、電控止閥60、溫度繼電器、出水管16、排污管、排污閥、排空 管、排空閥、安全閥、鍋水凈化軟化處理設備、流體燃料制備和燃料供給設備、活動爐箅伺服 機構、溫度、壓力、流速、水位傳感器，控制臺和鍋爐其它附屬裝置； 其特征是一級鍋筒10置于燃燒室55上面，二級鍋筒12環繞或半環繞在一級鍋 筒和燃燒室外面，三級以下各級鍋筒環繞或半環繞在上一級鍋筒外面；各級鍋筒上、下管板 間安裝各級鍋筒煙管11、鍋筒隔板9，外鍋板74安裝在末級鍋筒上、下管板上；相鄰煙管間 各級鍋筒下管板上絲扣安裝重力式熱管14，所述重力式熱管在下管板的安裝下管板兩側分 別用紫銅墊密封；相鄰鍋筒下級鍋筒內設過水管，將下級鍋筒上部鍋水導入上一級鍋筒的 下部，末級鍋筒上部鍋水由末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管70導入上導煙罩6水套下 部；上導煙罩是一個獨立的腔體構件，安裝在各級鍋筒上部；上導煙罩上部鍋水經上導煙 罩上部到次末級鍋筒下部過水管25導入次末級鍋筒下部，所述過水管設置在煙道和末級 鍋筒內；煙道內上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管25和末級鍋筒上部到上導煙罩下 部過水管70設有法蘭盤對接；一級鍋筒上部鍋水經一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過 水管27導入熱水管環形集水器52 ；熱水管環形集水器設置在燃燒室55水冷壁下面，并切 向與螺旋多頭熱水管18相接，螺旋多頭熱水管環繞燃燒室高溫區，帖近燃燒室水冷壁盤旋 上升，在爐拱17下與匯流熱水管79連接相通，匯流熱水管延漸開線切向與設在爐拱中央的 熱水管渦旋集水器53連接相通，熱水管渦旋集水器與出水管16連接相通；所述出水管與 渦旋分水器連接相通，回流的鍋水首先進入渦旋回水集水器，經自然循環進水回路61和溫 控循環水泵34動、靜葉間間隙，由末級鍋筒進水管24進入末級鍋筒下部，所述進水管和各 級鍋筒下部、上導煙罩水套下部和熱水管環形集水器進水管均為切向進入，北半球用戶使 鍋水逆時針旋轉，南半球用戶鍋水順時針旋轉；所述活動爐箅20設置在燃燒室下面，爐箅 子為方形結構，由伺服機構驅動，并可整體向下翻轉；爐拱17支撐安裝在匯流熱水管上，為 具有一定厚度圓弧拱形構件，垂直密集設置有孔徑較小的過煙孔；燃料噴管19軸線與燃燒 室內一個定圓相切，燃料隨二次空氣由燃料噴管噴口定圓的切向進入燃燒室55，使燃燒室 內燃氣發生旋轉，旋轉的燃氣進入垂直設置的爐拱過煙孔時，燃氣勢流發生切變，絕大部分 固體懸浮物回落燃燒室；爐門28、窺視孔21和燃料噴管19噴口對應的燃燒室內，根據爐 門、窺視孔和燃料噴管噴口形狀設環形熱水管59，環形熱水管與對應的螺旋多頭熱水管18 焊接相通；所述燃燒室以二級鍋筒為水冷壁；當熱水管渦旋集水器出水管16溫度接近水的 沸點時，在溫控繼電器作用下，溫控循環水泵34啟動，同時電控止閥60關閉自然循環進水 回路61，出水口水溫下降3至5度，溫控繼電器作用，溫控循環水泵34停止運轉，電控止閥 60開放自然循環進水回路61，所述鍋爐進入自然循環運轉模式；煙氣由一級鍋筒出來，經 上、下導煙罩依次進入二級以下各級鍋筒；各級鍋筒下導煙罩8外側設有渦旋除塵器23 ；煙 氣由末級鍋筒出來，進入起旋葉片5，經煙塵分離器2沖天管排入大氣；引風機4安裝在所 述鍋爐上部，引風機電機采用變頻電機，功率因數可調；引風機出來空氣經中空的起旋葉片 5，進入上導煙罩6上部，經引風噴管3噴入排煙道；各級鍋筒、上導煙罩水套、螺旋多頭熱水 管均為下進水上出水，與較熱鍋水上升走向一致，各級鍋筒間過水管、一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管27，上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管25均在所述下級鍋筒經 過，與較冷鍋水下行走向一致；各級鍋筒相對獨立，溫度各不相同，鍋水由末級鍋筒到一級 鍋筒經螺旋多頭熱水管再到熱水管渦旋集水器，溫度步步升高，煙氣由燃燒室出來到末級 鍋筒一路下降，較高溫度煙氣對應較高溫度的鍋水，較低溫度的煙氣對應低溫的鍋水，有效 利用有限溫差，能量差級利用。上述技術方案所述的渦旋回水集水器和渦旋分水器是一個環形等速渦殼，所述等 速渦殼，是一個半徑隨旋轉角度呈線性變化，旋轉一周半徑的變化量為進水口的寬度，其基 本形線是漸開線；所述渦旋回水集水器和渦旋分水器進水口內邊與渦殼切向外接，外邊是 渦殼漸開線的延長過渡線；排水口采用葉片形管的排管，等間距安裝在所述渦旋回水集水 器和渦旋分水器環形渦殼上；渦旋回水集水器和渦旋分水器分為立交型和超越型兩種基本 類型，立交型渦旋回水集水器和渦旋分水器進、排水通道有一個立體相交段，相交段葉片形 管排管內是排水通道，相交段葉片形管排管外是進水通道；超越型渦旋回水集水器和渦旋 分水器進、排水通道不相交；渦旋回水集水器和渦旋分水器區別僅在于渦旋分水器進水 通道由一路變環形，出水通道則由環形變多路，渦旋回水集水器進水通道由多路變環形，出 水通道則由環形變一路。所述的煙塵分離器2就是在煙道壁上設一定數量和長度的切向立縫，兩個方向切 向立縫上下配置，即逆煙氣流立縫在下，順煙氣流立縫在上，與立縫對應煙道上設有環形的 煙塵分離器收集器80，逆煙氣流立縫將煙塵混合物引入收集器，順煙氣流立縫將較為潔凈 煙氣回流到煙氣流，煙塵由排塵管排出并收集起來。所述渦旋除塵器23是一個環形等速渦殼，所述等速渦殼，是一個半徑隨旋轉角度 呈線性變化，旋轉一周半徑的變化量為進氣口的寬度，其基本形線是漸開線；所述渦旋除塵 器進氣口內邊與渦殼切向外接，外邊是渦殼漸開線的延長過渡線；渦旋除塵器中心較為潔 凈的煙氣經煙氣回流管22回流至煙氣通道，所述煙氣回流管為葉片形管的排管；與所述渦 旋除塵器環形渦殼相切設有同為葉片形煙塵收集器集塵管69排管，煙塵收集器集塵管下 接煙塵收集器。所述的熱水管渦旋集水器53是一個圓臺旋轉體，上端與出水管16連接相通，下端 圓臺切向聯通匯流熱水管79，所述匯流熱水管與螺旋多頭熱水管18相通，鍋水經匯流熱水 管延漸開線切向進入熱水管渦旋集水器53，在熱水管渦旋集水器內形成渦管式渦旋流場， 其一端搭在固體壁上，另一端向無限遠伸展。所述的渦旋排煙裝置由環形向圓形過渡煙道和起旋葉片5組成，起旋葉片采用葉 片形，煙氣在起旋葉片5引導下，延漸開線切向進入煙道環形向圓形過渡空間，煙氣流速加 快，煙氣部分內能轉變為動能，煙氣在過渡空間形成渦旋流管，渦旋流管一端搭在固體壁 上，另一端向無限遠處伸展；煙氣給渦旋流動量，渦旋流給煙氣流負壓誘導，相互促進。所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐按用途分為多鍋多回程環保速熱高效 一體化熱水鍋爐和多鍋多回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐兩種基本類型，按焚火操作流 程可分為流體燃料懸燃和人工焚火多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐兩種基本類型，兩 種類型鍋爐結構上略有差異，根據各自用途和焚火作業流程增加和省缺了部分設施。本實 用新型根據用戶需求可開發多系列多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐產品，其中所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸燃時設置的燃料噴管和窺視孔，增設爐門28 ；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門57，風 門調整輪56，手柄68，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔67和二次風口 58，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；爐門側2級至末級鍋筒及下導煙罩8和渦旋除 塵器23上移至爐門以上。所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸 燃時設置的燃料噴管和窺視孔，增設爐門28 ；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門57，風 門調整輪56，手柄68，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔67和二次風口 58，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；末級鍋筒偏心環繞在次末級鍋筒和爐門側一級 鍋筒、燃燒室外面，其余各級鍋筒都在爐門側與一級鍋筒和燃燒室相切，爐門側水冷壁與末 級鍋筒相通，對應爐門側下導煙罩省缺。所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸 燃時設置的燃料噴管和窺視孔，增設爐門28 ；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門57，風 門調整輪56，手柄68，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔67和二次風口 58，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐整體 為圓柱缺或橢圓柱缺，柱切面在爐門側；切面水冷壁78與末級鍋爐相通；二級以下鍋筒半 環繞在上一級鍋筒外面，對應燃燒室切面水冷壁一定位置設爐門28，爐門側對應下導煙罩 和渦旋除塵器省缺。所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐為多鍋多回程環保速熱高效一體化 蒸汽鍋爐，所述多鍋多回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐不同于多鍋多回程環保速熱高效 一體化熱水鍋爐的地方在于1、設置有飽和蒸汽管82，一級鍋筒高出二級以下各級鍋筒一 定高度，作為蒸發和儲存蒸汽空間；2、設有上導煙罩進、出水管，省缺了末級鍋筒上部到上 導煙罩下部過水管70和上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管25 ；上導煙罩6水套作為 一個獨立單元用于給水預熱，給水泵由控制臺根據水位傳感器參數控制，將經上導煙罩預 熱的軟化水經進水管24注入末級鍋筒下部；3、螺旋多頭熱水管18 —部分經匯流熱水管79 進入熱水管渦旋集水器，熱水管渦旋集水器出水管與一級鍋筒聯通，螺旋多頭熱水管另一 部分延燃燒室水冷壁盤旋進入爐拱上部，在一級鍋筒下管板15四周切向進入一級鍋筒；4、 燃燒室水冷壁與一級鍋筒相通，省缺了熱水管環形集水器52和一級鍋筒上部到熱水管環 形集水器過水管27，螺旋多頭熱水管下端切向與水冷壁相接聯通；5、省缺了渦旋回水集水 器、渦旋分水器、溫控繼電器和溫控循環水泵34，增設了過熱管和蒸汽止閥，過熱管盤旋設 置在上導煙罩內，或者設置在一級鍋筒煙管內，前者適合蒸汽過熱溫度要求不高用戶，后者 適合蒸汽過熱溫度要求較高用戶，對過熱蒸汽溫度要求特別高的用戶，過熱管安裝在爐拱 與一級鍋筒下管板間。本實用新型多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐是一種立式鍋爐；進一步說明如 下所述多鍋，為多級鍋筒相對獨立，所述多回程，為煙氣依次在所述鍋筒的行程；一 級鍋筒10置于燃燒室55上面，二級鍋筒12環繞或半環繞在一級鍋筒和燃燒室外面，三級 鍋筒13環繞或半環繞在二級鍋筒外面，依此類推，η級鍋筒環繞或半環繞在(η-1)級鍋筒 外面，(η-1)級鍋筒環繞在(η-2)級鍋筒外面，(η為整數，且η彡2)；鍋筒級數通常為奇數 個；下一級鍋筒環繞上一級鍋筒時，較適合流體燃料懸燃式鍋爐(所述流體燃料是指包括
9煤粉、水煤漿、稻谷殼等氣、固、液或其兩相或三相流體燃料)，半環繞時較適合手工焚火鍋 爐；所述一體化，是指相對獨立各級鍋筒空間上聯立一體，相鄰鍋筒間由安裝在上、下管板 間的鍋筒隔板9空間上隔離；所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，整體采用圓柱或 類圓柱形設計，使鍋爐外表面積最小化；各級鍋筒相對獨立，各級鍋筒溫度各不相同，等效 串聯η個省煤器；最外層是溫度較低的末級鍋筒，其鍋水和煙氣溫度都較低，有效降低鍋爐 外表面的散熱損失。 所述爐箅子可以是任意形狀，本發明優選采用方形，方形爐箅對角線與水平線平 行時爐箅子間隙最小，與水平線成45度角時爐箅間隙最大，可自動或手動定量調節爐箅的 通風面積，方形爐箅轉動時不易卡住；熱水管環形集水器52(圖17)切向與一級鍋筒上部 到熱水管環形集水器過水管27和螺旋多頭熱水管18聯通，螺旋多頭熱水管與匯流熱水管 79聯接相通，一級鍋筒上部溫度較高的鍋水，經一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管 27切向進入熱水管環形集水器，然后切向進入螺旋多頭熱水管；螺旋多頭熱水管環繞燃燒 室高溫區，管內鍋水溫度迅速升高，高溫鍋水在匯流熱水管79中延漸開線在爐拱中間的熱 水管渦旋集水器(圖18)匯聚，在熱水管渦旋集水器中形成渦旋流，在渦旋流場作用下，使 鍋水加速循環，高溫鍋水經熱水管渦旋集水器出水管16進入渦旋分水器；渦旋分水器在渦 旋流的速度場、壓力場、溫度場和能量場效應和勢流疊加效應作用下，使鍋水進一步加速循 環。作為流體燃料懸燃多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，燃燒室內設有燃料噴管噴口 和窺視口 ；燃料噴管設置一個以上時，優選均勻分布，燃料隨二次空氣由燃料噴管噴口進入 燃燒室，使燃燒室內燃氣發生旋轉，形成渦旋流，加速了燃氣混合，促進燃料充分燃燒；流體 燃料制備設備和燃料供給設備均采用通用技術；所述爐門關閉時，空氣由爐門可調風門57 進入集風腔67，經二次風口 58優選逆時針也可順時針切向進入燃燒室，使燃燒室燃氣發生 旋轉，加速燃氣混合，促進燃料充分燃燒；這種設計，即可有效冷卻爐門，又可將熱量由二次 風帶回燃燒室；作為流體燃料懸燃多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐，所述燃燒室 以二級鍋筒為水冷壁，二級鍋筒外環繞著二級以下各級鍋筒，燃燒室側面和上部各波段熱 輻射很少漏泄；作為人工焚火多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，各級鍋筒非全對稱設 計，(圖3、圖8中C、D、Ε、F、G型)，爐門側切面水冷壁78與末級鍋筒相通，爐門側切面可 以是任意線形，二級鍋筒半環繞在燃燒室和一級鍋筒外面，其余鍋筒半環繞上一級鍋筒外 面；或各級鍋筒橫剖面仍為全對稱設計，燃燒室水冷壁與二級鍋筒相通，二級以下鍋筒爐門 側向上提升至爐門以上(附圖2)；或者鍋爐外形仍為圓柱形或橢圓柱形，二級及二級以下 鍋筒分別與上一級鍋筒在爐門側相切，半環繞在上一級鍋筒外面，末級鍋筒則偏心環繞在 次末級鍋筒(上一級鍋筒)外面，爐門側與燃燒室距離空間，構成燃燒室爐門側水冷壁，所 述水冷壁與溫度較低的末級鍋筒鍋水相通(圖3)。爐拱17為圓弧拱形，這種形狀結構強 度較大；爐拱上垂直密集設置孔徑較小的過煙孔，每個過煙孔相當于一個高溫燃燒室，確保 燃料充分燃燒，同時縮短燃氣在高溫區停留時間，有效控制NOx的產生，彌補了采用冷水壁 和熱水管，燃燒室溫度低燃料不能充分燃燒的弊病；所述爐拱厚度以燃氣經過煙孔燃氣基 本燃盡為限；為方便更換失效熱管和爐拱，所述鍋爐爐箅子可以整體向下翻轉，下導煙罩和 渦旋除塵器采用方便拆卸結構，鍋爐安裝座下設有一定深度灰坑。本實用新型采用多鍋多 回程、多級除塵設計，有效延長了煙管長度、增加傳熱面積，避免煙管發生堵塞；為防止安裝 煙管的管板龜裂，所述鍋爐各級鍋筒盡可能采用平直的上、下管板，平直的管板易發生彈性變形而不易龜裂；各級鍋筒、螺旋多頭熱水管和上導煙罩6水套均為下進水上出水，與熱 水上行走向一致(較高溫度水的比重低而上浮)，下一級鍋筒上部到上一級鍋筒下部過水 管、由所述下一級鍋筒內經過，一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管27由二級鍋筒內 經過，上導煙罩到次末級鍋筒下部過水管25由末級鍋筒中經過，所述過水管內鍋水溫度都 高于管外鍋水溫度，管內鍋水溫度略有下降，使過水管內鍋水加速下行(較低溫度水的比 重大而下沉)，最大限度地利用鍋水熱動力，促進鍋水熱循環增強熱傳導；所述過水管在各 級鍋筒下部入口、末級鍋筒進水管24入口和上導煙罩水套入水口均為切向進入，優選使鍋 水逆時針方向旋轉，熱水管環形集水器、熱水管渦旋集水器、渦旋排煙裝置，燃燒室渦旋流 均采用逆時針方向旋轉，南半球國家和地區用戶則采用順時針方向旋轉，高效利用渦旋流 場效，同時利用地球自轉產生的科氏力，加快鍋水和煙氣循環。所述多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐，各級鍋筒和熱水管環形集水器52 最低處法蘭盤對接排污管(未示出)，排污管上安裝排污閥(未示出)；各級鍋筒、上導煙罩 水套和渦旋分水器最高處引出排空管(未示出)，排空管上安裝排空閥(未示出)；各級鍋 筒、熱水管渦旋集水器出口、上導煙罩、末級鍋筒進水管、燃燒室、沖天管、渦旋回水集水器 和渦旋分水器均設有壓力、溫度和流速傳感器，各級鍋筒和上導煙罩水套設有水位傳感器， 相關參數顯示在控制臺的顯示屏上(未示出)；各級鍋筒、上導煙罩和渦旋分水器均設有安 全閥；配備鍋水凈化、軟化處理設備(未示出)，補水設備(未示出)；補水設備、溫控循環水 泵、自然循環進水回路電控止閥、引風機、燃料制備供給設備、活動爐箅伺服機構均由控制 臺按程序自動或手動控制。鍋爐傳熱面上鍋水因溫度升高密度下降而產生向上運動，所謂熱動力，其作用力 極為有限，遠不能滿足熱傳導對鍋水循環的要求；通用大中型熱水鍋爐均采用強制循環作 為運行主模式；多鍋多回程煙氣循環增加了煙氣排放阻力同時降低排煙溫度，使煙氣循環 排放動力明顯不足；本發明的渦旋回水集水器、渦旋分水器、熱水管渦旋集水器、渦旋除塵 器和渦旋排煙裝置，應用了渦旋流的速度場、壓力場、溫度場和能量場效應，應用了流體的 勢流疊加效應，應用流體的標量場矢量場特性，充分利用鍋水的動能和內能，加速鍋水循 環；用煙氣的內能實現煙塵的分離和排放；有效提高了本發明的綜合經濟性。很早以前人們就發現流體的一些特性，流體力學就是從宏觀上研究流體特性的一 門科學；宏觀運動流體不同于靜止流體的地方在于靜止流體內任一點處流體的壓力(滯 止壓)，在各各方向上都相等，宏觀運動流體不僅具有標量場特性，同時具有矢量場特性；宏 觀運動流體作用于觀測點的壓力，等于該方向與矢量方向夾角的余弦與動壓頭的乘積，加
上靜壓頭值；即/7 = /)i+￡^cos…觀測點迎著來流方向，α 二 O.cos" = l’; =巧+ +，
感應的壓力是流體的總壓頭，(等于靜壓頭與動壓頭之和)；垂直于流體矢量線觀測點，a =90°，cos = 0，p = P1，感應的壓力是流體的靜壓頭值P1 ；背向流體來流方向觀測點，a =
180°，cosa =-1，感應的壓力等于流體靜壓頭值加上動壓頭值的相反數，即p =
(P為流體的比重，w為流體的速度)渦旋流又有其獨特的特性；理想、正壓外勢有力，渦旋流的基本特性是保持性；半無限伸展渦旋誘導的速度場按式W = ^^分布(Γ為渦旋強度，h為渦旋內任一點m到
渦心的垂直距離)；無限伸展渦旋所誘導的速度場按式w = i分布；渦旋壓力場按式
Inh
夕=之, P。= P =O-P W2分布(P =O介質壓，角C為渦心參數)；就是說，渦旋內壓力降，
與線速度的二次方成正比，渦旋中心壓力比邊界層上壓力低兩倍的動壓頭值；無限伸展渦 旋所誘導的速度場兩倍于半無限渦旋所誘導的速度場；又根據勢流疊加定理，“疊加兩個或 更多流動組成一個新的復合流動，要想得到該復合流動的流函數或勢函數，只要把各原始 流動的流函數或勢函數簡單地代數相加起來就可以了”(1986年機械工業出版社，鄭洽馀、 魯鐘琪主編《流體力學》，233頁)；實際流體由于存在沾滯性，“隨時間的的推移，速度環量
將發生變化，也就是說產生或消滅渦旋，當#>0時，Γ增加，渦通量是增加的；當#<0
atat
時，Γ減少，渦通量減少”(1982年8月北京大學出版社出版，吳望一著《流體力學》上冊，第
219頁)；渦旋流還有個特性，就是延渦管長度每一個截面，渦旋強度都相等；就是說渦管截
面單位面積渦旋強度會隨渦管直徑的縮小而增強，較高的渦旋強度對應較高的流體速度，
流體速度的增加能量來源于流體的內能；在渦旋流中，由于渦旋的速度場、壓力場、溫度場
和能量場存在，隨著流體質點m延漸開線(漸近線)向渦旋中心接近，根據動量守恒定理，
流體速度將增加，如式w = &所示，部分流體內能轉化為動能，表征內能水平流體溫度將
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度下降，在渦心處《 = 0，流體的動能轉化為流體的位能(勢能)，流體的滯止壓升高；而渦 旋的邊界層上作用于入射流體的背壓，則為低于靜壓力一個動壓力頭值；颶風、龍卷風威力 巨大，奧秘就在于這種效應，且稱之為渦旋效應，即渦旋流的速度場、壓力場、溫度場和能量 場效應。本發明推出渦旋回水集水器、渦旋分水器、渦旋除塵器均是自行封閉等速渦環；潤 環渦管首尾相接，屬無限伸展渦旋，是較為理想渦旋；由于渦旋流場存在，流體延漸開線進 入所述等速渦環，入射流體與渦旋流矢量相同(等速渦殼的流體特性)，渦旋流給入射流 低于靜壓頭一個動壓頭值背壓負壓誘導，入射流給渦旋流動量，勢流疊加使渦旋流加速，流 體的部分內能轉變為流體的動能；隨著流體質點延漸開線向渦旋中心接近，在渦旋流似固 體旋轉區流速下降，在渦旋中心流速降為零，流體的動能轉變為流體的位能(勢能)；作用 于氣體產生動態壓縮效應，使其滯止壓升高，作用于液體，由于其在不是太高壓力下近似為 不可壓縮流體，而保持較高的動能。渦旋回水集水器和渦旋分水器與渦旋除塵器不同的是，省缺了回流管，與渦旋渦 環相切的是所述渦旋裝置葉片形流體排管，渦旋回水集水器和渦旋分水器又分為立交型渦 旋回水集水器(圖11)和立交型渦旋分水器(圖13)，超越型渦旋回水集水器(圖9)和超 越型渦旋分水器(圖15)；其區別僅在于，立交型渦旋回水集水器和渦旋分水器流體入射通 道與排出通道有個立體相交段，相交段葉形管的排管內為流體排出通道，排管外是流體入射通道；超越型渦旋回水集水器和渦旋分水器流體入射通道與排出通道不相交；渦旋回水 集水器不同于渦旋分水器的地方在于渦旋分水器進水通道由一路變環形，出水通道則由 環形變多路，渦旋回水集水器進水通道由多路變環形，出水通道則由環形變一路；其作用原 理是相同的；渦旋回水集水器和渦旋分水器利用鍋水的內能，加速鍋水的循環，強化傳導換 熱，使各鍋筒溫度場較為均勻，有效防止鍋筒局部過熱和爆管事故發生，降低鍋爐的運營費 用。所述渦旋回水集水器與溫控循環水泵34 —體設計，渦旋回水集水器環形出水通道與軸 流式溫控循環水泵環形入口通道相接，溫控循環水泵外圍是自然循環進水回路61 ；當采用 離心式溫控循環水泵時，可在渦旋回水集水器出水管到末級鍋筒進水管24間管道的任一 處所安裝，對應位置上設置支管作為自然循環進水回路，支管上安裝電控止閥。本發明的熱水管渦旋集水器和渦旋排煙裝置，屬于半無限伸展渦旋；雖然其工質 一個是液體，另一個是氣體，其共同屬性都是流體，作用原理是一樣的；所述裝置入口流體 均為延漸開線切向進入，流線卷積勢流疊加，形成渦管式渦旋流場，渦旋流管一端搭在固體 壁上，另一端向無限遠處伸展；渦旋流延渦管長度每一個截面，渦旋強度都相等；渦旋流中 任何擾動會迅速延渦管傳播；螺旋多頭熱水管18環繞燃燒室55高溫區，熱水管內鍋水溫 度迅速提升，受熱鍋水比重降低，產生向上動力，在匯流熱水管79中延漸開線切向進入熱 水管渦旋集水器53(圖17)，勢流疊加，流線卷積，形成具有一定強度水龍卷，流體的部分內 能轉變為動能，加快了自然循環模式下鍋水流動；在渦旋排煙裝置中，煙氣在起旋葉片5引 導下，延漸開線(漸開線也是漸近線)切向進入煙道環形向圓形過渡空間，根據動量守恒原 理，煙氣流速會加快，煙氣部分內能轉變為動能，煙氣在過渡空間形成渦旋流管，渦旋流管 一端搭在固體壁上，另一端向無限遠處伸展；煙氣流給渦旋流動量，渦旋流給煙氣流負壓誘 導，相互促進，使煙塵較為高效分離，煙氣靠自身能量較為快捷排放，彌補了煙氣多回程循 環，流阻增大和排煙溫度低排煙動力不足的問題。本實用新型有益效果是1、揚長避短，取長補短綜合應用現代鍋爐技術，推出一爐多鍋技術，各級鍋筒相對 獨立聯立集約一體化，各級鍋筒溫度各不相同，等效串聯多級省煤器；同時應用煙氣多回程 循環技術，使較高溫度煙氣對應較高溫度的鍋水，較低溫度的煙氣對應低溫的鍋水，有效利 用有限溫差，能量差級利用，使鍋爐效率達到一個較高水平。2、發揮熱水管升溫快，鍋水自然循環有力的優點，同時采用較厚爐拱，爐拱上垂直 密集設置較小孔徑的過煙孔，每個過煙孔都相當于一個高溫燃燒室，使燃料充分燃燒，彌補 了采用水冷壁和熱水管使燃燒室溫度降低，燃燒不充分的缺點；同時縮短煙氣在高溫區停 留時間，有效控制NOx的產生，燃燒室內旋轉的煙氣進入所述過煙孔時，勢流發生切變，燃 氣中懸浮的固體顆粒回落燃燒室。3、發揮立式鍋爐的優勢，采用較為廉價高效，作用可靠的重力式熱管；熱管在下管 板上的安裝，采用絲扣連接雙墊防漏，便于失效熱管更換。4、將渦旋流技術應用于鍋水循環，推出渦旋回水集水器、渦旋分水器、熱水管渦旋 集水器，一系列鍋爐和鍋爐附屬裝置；各級鍋筒、上導煙罩水套和熱水管環形集水器進水口 切向進入，充分利用鍋水熱動力和內能及科氏力，加速鍋水循環，增強熱傳導，提高熱效率， 降低運營成本。5、應用渦旋流的速度場、壓力場、溫度場和能量場效應，推出渦旋排煙裝置和渦旋除塵器，用煙氣內能加速煙氣的流動，彌補煙氣多回程循環煙氣流動阻力增大和排煙溫度 低，煙氣排放動力不足問題；渦旋流高效除塵，多級除塵，避免煙管堵塞，對環境較少污染。
圖1為流體燃料懸燃三鍋三回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖；圖2為人工焚火A型三鍋三回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖；圖3為人工焚火B型三鍋三回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖；圖4為流體燃料懸燃五鍋五回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖；圖5為流體燃料懸燃七鍋七回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖；圖6為圖IA-A剖面示意圖；圖7為圖3B_B剖面示意圖；圖8為C、D、E、F、G、H型多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐特例剖面簡化圖；圖9為超越型渦旋回水集水器和溫控循環水泵結構示意圖；圖10為圖9C-C剖面示意圖；圖11為立交型渦旋回水集水器和溫控循環水泵結構示意圖；圖12為圖IlD-D剖面示意圖；圖13為立交型渦旋分水器結構示意圖；圖14為圖13E-E剖面示意圖；圖15為超越型渦旋分水器結構示意圖；圖16為圖15F-F剖面示意圖；圖17熱水管環形集水器結構示意圖；圖18為熱水管渦旋集水器和爐拱結構示意圖；圖19為爐門和環形熱水管結構示 意圖；圖20為流體燃料懸燃五鍋五回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐結構示意圖；圖中1.沖天管，2.煙塵分離器，3.引風噴管，4.引風機，5.起旋葉片，6.上導 煙罩，7.鍋筒上管板，8.下導煙罩，9.鍋筒隔板，10. —級鍋筒，11.煙管，12. 二級鍋筒， 13.三級鍋筒，14.重力式熱管，15. —級鍋筒下管板，16.出水管，17.爐拱，18.螺旋多頭 熱水管，19.燃料噴管，20.活動爐箅，21.窺視孔，22.渦旋除塵器煙氣回流管，23.渦旋除 塵器，24.末級鍋筒進水管，25.上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管，26. 二、一級鍋筒 過水管，27. —級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管，28.爐門，29.超越型渦旋回水集水 器來水管，30.超越型渦旋回水集水器入水口，31.超越型渦旋回水集水器，32.超越型渦旋 回水集水器出水管，33.溫控循環水泵電機，34.溫控循環水泵，35.溫控循環水泵出水管， 36.立交型渦旋回水集水器，37.立交型渦旋回水集水器入水口，38.立交型渦旋回水集水 器出水管，39.立交型渦旋回水集水器來水管，40.立交型渦旋分水器，41.立交型渦旋分水 器進水口，42.立交型渦旋分水器出水管，43.立交型渦旋分水器分水管止閥，44.立交型渦 旋分水器分水管，45.立交型渦旋分水器進水管，46.超越型渦旋分水器，47.超越型渦旋分 水器出水口，48.超越型渦旋分水器出水管，49.超越型渦旋分水器分水管止閥，50.超越型 渦旋分水器進水管，51.超越型渦旋分水器進水口，52.熱水管環形集水器，53.熱水管渦旋 集水器，54. 二級以下鍋筒下管板，55.燃燒室，56.風門調整輪，57.可調風門，58. 二次風 口，59.環形熱水管，60.電控止閥，61.自然循環進水回路，62.四、三級鍋筒過水管，63.四 級鍋筒，64.五級鍋筒，65.六級鍋筒，66.七級鍋筒，67.集風腔，68.手柄，69.煙塵收集器 集塵管，70.末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管，71.三、二級鍋筒過水管，72.過水管連 接法蘭盤，74.外鍋板，75.四、三級鍋筒過水管，76.五、四級鍋筒過水管，77.六、五級鍋筒過水管，78.切面水冷壁，79.匯流熱水管，80.煙塵分離器收集器，82.飽和蒸汽管，83.上導 煙罩出水管，84.上導煙罩進水管。
具體實施方式
下面結合優選實施例對附圖作進一步說明。優選實施例一，為流體燃料懸燃多鍋 多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐，圖1為流體燃料懸燃三鍋三回程環保速熱高效一體 化熱水鍋爐結構示意圖，圖4為流體燃料懸燃五鍋五回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐 結構示意圖，圖5為流體燃料懸燃七鍋七回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖， 均為流體燃料懸燃多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐的特例，各附圖都作了有限簡 化，如各級鍋筒間過水管為一個及以上個，只示出了一個或兩個，2級以下各鍋筒煙管只示 出3排(層)或2排，實際應用不限于2排3排；所述流體燃料懸燃多鍋多回程環保速熱高 效一體化熱水鍋爐各鍋筒為同心圓柱形，也可以是同心橢圓柱形或其它形體；現以圖4為 例作如下說明所述流體燃料懸燃五鍋五回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐(圖4)由燃 燒室55，活動爐箅20，熱水管環形集水器52，螺旋多頭熱水管18，匯流熱水管79，燃料噴管 19，窺視孔21，熱水管渦旋集水器53，爐拱17，出水管16，一級鍋筒10，二級鍋筒12，三級鍋 筒13，四級鍋筒63，五級鍋筒64，一級鍋筒下管板15，煙管11、重力式熱管14，鍋筒上管板 7，上導煙罩6 ；—級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管27，二、一級鍋筒過水管26，三、二 級鍋筒過水管71，四、三級鍋筒過水管62，上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管25，二級 以下鍋筒下管板54，下導煙罩8，渦旋除塵器23，末級鍋筒進水管24，起旋葉片5，引風機4， 引風噴管3，煙塵分離器2，沖天管1，外煙筒(未示出)，立交型或超越型渦旋回水集水器、 渦旋分水器，渦旋排煙裝置，溫控循環水泵34，電控止閥60，溫度繼電器(未示出)，排污管 排污閥(未示出)，排空管排空閥(未示出)，安全閥(未示出)，鍋水凈化、軟化處理設備 (未示出)，補水設備、流體燃料制備和燃料供給設備(未示出)，活動爐箅伺服機構(未示 出)，溫度、壓力、流速和水位傳感器(未示出)，控制臺(未示出)和其它鍋鍋爐附屬設備 構成。燃燒室置于一級鍋筒下面，燃燒室下面安裝活動爐箅20，活動爐箅由伺服機構 (未示出)驅動，還可以手動調節爐箅狀態，調解通風當量截面；爐箅子可以是任意形狀，本 發明優選采用方形，方形爐箅轉動時不易卡住；熱水管環形集水器52 (圖17)環繞者活動 爐箅，一級鍋筒上部溫度較高的鍋水經一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管27，切向 進入熱水管環形集水器，然后切向進入螺旋多頭熱水管，螺旋多頭熱水管環繞燃燒室高溫 區，管內水溫迅速升高，經匯流熱水管79在爐拱中間熱水管渦旋集水器53匯聚，形成渦旋 流，之后經出水管進入渦旋分水器；所述燃燒室55以二級鍋筒為冷水壁，二級鍋筒外面依 次環繞著三級、四級和五級鍋筒，燃燒室側向各波段熱輻射極少漏泄；燃燒室內設有燃料噴 管噴口及窺視孔，燃料噴管軸線與燃燒室內一個定圓相切，入射燃料和氣流以一定旋度繞 燃燒室中心旋轉，使燃氣充分混合，迅速燃燒；流體燃料制備設備和燃料供給設備均采用通 用技術；爐拱為圓弧拱形且有一定厚度，爐拱上垂直密集設置孔徑較小的過煙孔，每個過煙 孔相當于一個高溫燃燒室，確保燃料充分燃燒，同時縮短了燃氣在高溫區停留時間，有效控 制NOx的產生；燃燒室內旋轉的燃氣流進入爐拱垂直過煙孔時，勢流產生切變，燃氣夾雜的 固體懸浮物被分離出來，回落至燃燒室；爐拱17支撐于匯流熱水管79之上，有利熱水管
15快速升溫；一級鍋筒下管板15上安裝一級鍋筒煙管11、重力式熱管14 ；重力式熱管在各級 鍋筒下管板上的安裝，采用絲扣連接，燃燒室側用紫銅墊，鍋水側用耐熱橡膠墊或紫銅墊密 封，為方便更換失效熱管和爐拱，所述鍋爐爐箅子可以整體向下翻轉，下導煙罩和渦旋除塵 器采用方便拆卸結構，鍋爐安裝座下設有一定深度灰坑；本優選實施例采用五鍋五回程四 級除塵設計，有效延長了煙管長度、增加傳熱面積，避免煙管發生堵塞；一級鍋筒煙管出來 煙氣經上導煙罩6，進入二級鍋筒12煙管；各級鍋筒煙管、隔板、固裝在各級鍋筒上、下管板 上，外鍋板74安裝在五級鍋筒上、下管板上；相鄰煙管間各級鍋筒下管板上安裝著各級鍋 筒重力式熱管；煙氣由二級鍋筒出來，經下導煙罩8進入三級鍋筒13 ；在各級鍋筒下導煙罩 外側安裝有渦旋除塵器23，渦旋除塵器是一個環形等速渦殼，渦殼相切環面上設有一定數 量的煙塵收集器集塵管69，渦旋除塵器渦環中央較為潔凈的煙氣由渦旋除塵器煙氣回流管 22回流到下導煙罩內；一至五級鍋筒和螺旋多頭熱水管及上導煙罩，均為下進水上出水， 與熱水上升走向一致，各級鍋筒間過水管和一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管，上 導煙罩上部到四級鍋筒下部過水管，與較冷鍋水下降走向一致；所述過水管在各級鍋筒下 部入水口和末級鍋筒進水管24上導煙罩水套入水口均為切向進入，又由于渦旋回水集水 器，熱水管渦旋集水器和渦旋分水器渦旋流速度場、壓力場、溫度場和能量場作用，雖然鍋 水循環回路較長，但由于充分利用了鍋水熱動力和鍋水內能及科氏力，鍋水循環的速度明 顯加快，確保所述鍋爐在自然循環為主模式下正常運轉；渦旋回水集水器和渦旋分水器可 采用立交型也可采用超越型；三級鍋筒出來煙氣經上導煙罩進入四級鍋筒，四級鍋筒出來 煙氣經下導煙罩進入五級鍋筒；各級鍋筒空間上為一體，鍋水相通(下級鍋筒上部由過水 管聯通上一級鍋筒下部，所述過水管由下級鍋筒內經過)，鍋水溫度各不相同，隨煙氣溫度 降低，從五級到一級鍋筒至熱水管渦旋集水器驟級升溫，有效利用有限熱傳導溫差，能量差 級利用，使末級(該實施例為五級)鍋筒出來煙氣達到較低水平；五級鍋筒出來煙氣，進入 渦旋排煙裝置，先進入起旋葉片5，在起旋葉片上部，環形向圓形過渡空間，形成渦旋流場， 入射煙氣流給渦旋流動量，渦旋流給入射煙氣低于靜壓頭一個動壓頭值負壓誘導，煙氣流 速增加，煙氣部分內能轉變為煙氣的動能，彌補了煙氣溫度較低，煙氣多回程循環排煙動力 不足的問題；為了在鍋爐啟動和急需升溫，及在清除煙氣通道積塵時加快煙氣循環速度，所 述鍋爐設引風機4和引風噴管3;引風機安裝在所述鍋爐上部，引風機電機采用變頻電機， 功率因數可調；引風機出來空氣經中空的起旋葉片，進入上導煙罩6上部，經引風噴管3噴 入排煙道；煙氣在排煙道中旋轉上升，煙氣中殘余的固體懸浮物，由于離心力作用匯集煙道 壁附近，在煙道適當位置，設有煙塵分離器2，煙塵分離器就是在煙道壁上設一定數量和長 度的切向立縫，兩個方向切向立縫優選上下配置，即逆煙氣流立縫在下，順煙氣流立縫在 上，與立縫對應煙道上設有環形的煙塵分離器收集器80，逆煙氣流立縫將煙塵混合物引入 收集器，順煙氣流立縫將較為潔凈煙氣回流到煙氣流，分離出來的煙塵由排塵管(未示出) 排出并收集起來。在渦旋回水集水器出口通道上，設有溫控循環水泵，當所述鍋爐出水管16 水溫接近水的沸點時，在溫控繼電器(未示出)作用下，溫控循環水泵自動啟動，同時電控 止閥60作用，關閉自然循環進水回路61 ；當出水管水溫下降3至5度，溫控繼電器作用，溫 控循環水泵停止運轉，同時開放自然循環進水回路，所述熱水鍋爐進入自然循環運轉模式， 也可由控制臺計算機根據出水口溫度傳感器反饋的溫度參數實時控制循環水泵和自然循 環進水回路狀態；所述五鍋五回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐，各級鍋筒和熱水管環形集水器52最低處法蘭盤對接排污管(未示出)，排污管上裝設排污閥(未示出)；上導煙 罩水套、渦旋分水器和各級鍋筒最高處引出排空管(未示出)，排空管上安裝排空閥(未示 出)；各級鍋筒、熱水管渦旋集水器出口、上導煙罩、末級鍋筒進水管、燃燒室、沖天管、渦旋 回水集水器和渦旋分水器均設有壓力、溫度和流速傳感器，各級鍋筒和上導煙罩水套設有 水位傳感器，相關參數顯示在控制臺的顯示屏上(未示出)；各級鍋筒、上導煙罩和渦旋分 水器均設有安全閥(未示出)；配備鍋水凈化、軟化處理設備(未示出)，補水設備(未示 出)。補水設備、溫控循環水泵、自然循環進水回路電控止閥、引風機、燃料供給設備、活動爐 箅伺服機構均由控制臺按程序自動或手動控制。優選實施例二，為人工焚火A型多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐；附圖2為人 工焚火A型三鍋三回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖，是人工焚火A型多鍋多 回程環保速熱高效一體化鍋爐的特例和有限簡化；優選實施方案二不同于優選實施方案一 的地方僅在于，為方便人工焚火，優選方案二爐門側二級以下鍋筒和下導煙罩8，及渦旋除 塵器23移至爐門以上位置，燃燒室水冷壁優選與二級鍋筒相通，二級以下各鍋筒下管板鈄 切圓柱或橢圓柱形鍋筒；省缺燃料噴管和窺視孔，增設了爐門28(圖19)，爐門也是二次風 口，爐門關閉時二次風由外層爐門可調風門57進入內外爐門間集風腔67，經爐門右側二次 風口 58切向進入燃燒室，使所述燃燒室內氣流產生旋轉；其它裝置結構和作用機理與優選 實施例一相同。優選實施例三，為人工焚火B型多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐；附圖3為 人工焚火B型三鍋三回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐結構示意圖，是人工焚火B型多鍋 多回程環保速熱高效一體化鍋爐的特例和有限簡化；優選實施例三不同于優選實施例一的 地方在于，各級鍋筒不在是同心圓或同心橢圓，但其外形仍為圓柱形或橢圓柱形，二級和二 級以下鍋筒分別與上一級鍋筒在爐門側相切，半環繞在上一級鍋筒外面，末級鍋筒則偏心 環繞在次末級鍋筒(上一級鍋筒)外面，爐門側與燃燒室距離空間，構成燃燒室爐門側水冷 壁；其間是溫度較低的末級鍋筒鍋水，可減少外鍋板散熱；省缺了燃料噴管、窺視孔和爐門 側下導煙罩，增設了爐門28(圖19)，爐門也是二次風口，爐門關閉時二次風由外層爐門可 調風門57進入內外爐門之間集風腔67，經爐門右側二次風口 58進入燃燒室，使所述燃燒室 內氣流產生旋轉；排煙道為不對稱設計；其它裝置結構和作用機理與優選實施例一相同。圖8示出了 C、D、E、F、G、五種類型較適合人工焚火的多鍋多回程環保速熱高效一 體化鍋爐特例剖面筒化圖，其構型是同心圓柱和橢圓柱形爐門側多種線型柱切；切面水冷 壁78與末級鍋筒相通；這種設計即方便人工焚火，又有效減少外鍋板散熱損失；爐門側下 導煙罩省缺，其余與優選實施例一、三相似或相同，所述較適合人工焚火的多鍋多回程環保 速熱高效一體化鍋爐，也可用于流體燃料懸燃多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐；圖8 中各級鍋筒煙管、熱管、過水管、進水管、出水管和鍋爐其它設施均未示出。優選實施例四，為多鍋多回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐，圖20為流體燃料懸 燃五鍋五回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐結構示意圖，是多鍋多回程環保速熱高效一體 化蒸汽鍋爐的特例，附圖作了有限簡化；下面僅就多鍋多回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋 爐不同于多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐之處做如下說明優選實施例四不同于優選實施例一的地方在于，1、設置有飽和蒸汽管82，一級鍋 筒高出二級以下各級鍋筒一定高度，作為蒸發和儲存蒸汽空間；2、設有上導煙罩進、出水管，省缺了末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管70和上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過 水管25 ；上導煙罩6水套作為一個獨立單元用于給水預熱，給水泵由控制臺根據水位傳感 器參數控制，將經上導煙罩預熱的軟化水經進水管24注入末級鍋筒下部，使一級鍋筒保持 一定水位，二級以下各鍋筒充滿鍋水。3、螺旋多頭熱水管18 —部分經匯流熱水管79進入 熱水管渦旋集水器，熱水管渦旋集水器出水管與一級鍋筒聯通，螺旋多頭熱水管另一部分 延燃燒室水冷壁盤旋進入爐拱上部，在一級鍋筒下管板15四周切向進入一級鍋筒；4、燃燒 室水冷壁與一級鍋筒相通，省缺了熱水管環形集水器52和一級鍋筒上部到熱水管環形集 水器過水管27，螺旋多頭熱水管下端切向與水冷壁相通；5、省缺了渦旋回水集水器、渦旋 分水器、溫控繼電器和溫控循環水泵34，增設了過熱管(未示出)和蒸汽止閥(未示出)， 過熱管盤旋設置在上導煙罩內，或者設置在一級鍋筒煙管內，前者適合蒸汽過熱溫度要求 不高用戶，后者適合蒸汽過熱溫度要求較高用戶，對過熱蒸汽溫度要求特別高的用戶，過熱 管安裝在爐拱與一級鍋筒下管板間。其余與優選實施例一、二、三和圖8所示各類型多鍋多 回程環保速熱高效一體化鍋爐相同。 根據本實用新型和用戶需求，可開發多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐多個系 列產品。所例舉的優選實施例，附圖所涉及的鍋爐類型，是本實用新型具體實施的特例。
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權利要求一種多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，為多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐，所述多鍋多回程環保速熱高效一體化熱水鍋爐包括燃燒室(55)、活動爐箅(20)、熱水管環形集水器(52)、螺旋多頭熱水管(18)、匯流熱水管(79)、燃料噴管(19)、窺視孔(21)、爐門(28)、熱水管渦旋集水器(53)、爐拱(17)、出水管(16)、一級鍋筒(10)、二級鍋筒(12)、三級至末級鍋筒、鍋筒隔板(9)、外鍋板(74)、一級鍋筒下管板(15)、煙管(11)、重力式熱管(14)、鍋筒上管板(7)、上導煙罩(6)、末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管(70)、上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管(25)、下級鍋筒上部到上一級鍋筒下部過水管、一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管(27)、二級以下鍋筒下管板(54)、下導煙罩(8)、渦旋除塵器(23)、末級鍋筒進水管(24)、起旋葉片(5)、引風機(4)、引風噴管(3)、煙塵分離器(2)、沖天管(1)、渦旋排煙裝置、渦旋回水集水器、渦旋分水器、溫控循環水泵(34)、自然循環進水回路(61)、電控止閥(60)、溫度繼電器、出水管16、排污管、排污閥、排空管、排空閥、安全閥、鍋水凈化軟化處理設備、流體燃料制備和燃料供給設備、活動爐箅伺服機構，溫度、壓力、流速、水位傳感器，控制臺和鍋爐其它附屬裝置；其特征是一級鍋筒(10)置于燃燒室(55)上面，二級鍋筒(12)環繞或半環繞在一級鍋筒和燃燒室外面，三級以下各級鍋筒環繞或半環繞在上一級鍋筒外面；各級鍋筒上、下管板間安裝各級鍋筒煙管(11)、鍋筒隔板(9)，外鍋板(74)安裝在末級鍋筒上、下管板上；相鄰煙管間各級鍋筒下管板上絲扣安裝重力式熱管(14)，所述重力式熱管在下管板的安裝下管板兩側分別用紫銅墊密封；相鄰鍋筒下級鍋筒內設過水管，將下級鍋筒上部鍋水導入上一級鍋筒的下部，末級鍋筒上部鍋水由末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管(70)導入上導煙罩(6)水套下部；上導煙罩是一個獨立的腔體構件，安裝在各級鍋筒上部；上導煙罩上部鍋水經上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管(25)導入次末級鍋筒下部，所述過水管設置在煙道和末級鍋筒內；煙道內上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管(25)和末級鍋筒上部到上導煙罩下部過水管(70)設有法蘭盤對接；一級鍋筒上部鍋水經一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管(27)導入熱水管環形集水器(52)；熱水管環形集水器設置在燃燒室(55)水冷壁下面，并切向與螺旋多頭熱水管(18)相接，螺旋多頭熱水管環繞燃燒室高溫區，帖近燃燒室水冷壁盤旋上升，在爐拱(17)下與匯流熱水管(79)連接相通，匯流熱水管延漸開線切向與設在爐拱中央的熱水管渦旋集水器(53)連接相通，熱水管渦旋集水器與出水管(16)連接相通；所述出水管與渦旋分水器連接相通，回流的鍋水首先進入渦旋回水集水器，經自然循環進水回路(61)和溫控循環水泵(34)動、靜葉間間隙，由末級鍋筒進水管(24)進入末級鍋筒下部，所述進水管和各級鍋筒下部、上導煙罩水套下部和熱水管環形集水器進水管均為切向進入，北半球用戶使鍋水逆時針旋轉，南半球用戶鍋水順時針旋轉；所述活動 爐箅(20)設置在燃燒室下面，爐箅子為方形結構，由伺服機構驅動，并可整體向下翻轉；爐拱(17)支撐安裝在匯流熱水管上，為具有一定厚度圓弧拱形構件，垂直密集設置有孔徑較小的過煙孔；燃料噴管(19)軸線與燃燒室內一個定圓相切，燃料隨二次空氣由燃料噴管噴口定圓的切向進入燃燒室(55)，使燃燒室內燃氣發生旋轉，旋轉的燃氣進入垂直設置的爐拱過煙孔時，燃氣勢流發生切變，絕大部分固體懸浮物回落燃燒室；爐門(28)、窺視孔(21)和燃料噴管(19)噴口對應的燃燒室內，根據爐門、窺視孔和燃料噴管噴口形狀設環形熱水管(59)，環形熱水管與對應的螺旋多頭熱水管(18)焊接相通；所述燃燒室以二級鍋筒為水冷壁；當熱水管渦旋集水器出水管(16)溫度接近水的沸點時，在溫控繼電器作用下，溫控循環水泵(34)啟動，同時電控止閥(60)關閉自然循環進水回路(61)，出水口水溫下降3至5度，溫控繼電器作用，溫控循環水泵(34)停止運轉，電控止閥(60)開放自然循環進水回路(61)，所述鍋爐進入自然循環運轉模式；煙氣由一級鍋筒出來，經上、下導煙罩依次進入二級以下各級鍋筒；各級鍋筒下導煙罩(8)外側設有渦旋除塵器(23)；煙氣由末級鍋筒出來，進入起旋葉片(5)，經煙塵分離器(2)沖天管排入大氣；引風機(4)安裝在所述鍋爐上部，引風機電機采用變頻電機，功率因數可調；引風機出來空氣經中空的起旋葉片(5)，進入上導煙罩(6)上部，經引風噴管(3)噴入排煙道；各級鍋筒、上導煙罩水套、螺旋多頭熱水管均為下進水上出水，與較熱鍋水上升走向一致，各級鍋筒間過水管、一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管(27)，上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管(25)均在所述下級鍋筒經過，與較冷鍋水下行走向一致；各級鍋筒相對獨立，溫度各不相同，鍋水由末級鍋筒到一級鍋筒經螺旋多頭熱水管再到熱水管渦旋集水器，溫度步步升高，煙氣由燃燒室出來到末級鍋筒一路下降，較高溫度煙氣對應較高溫度的鍋水，較低溫度的煙氣對應低溫的鍋水，有效利用有限溫差，能量差級利用。
2.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是渦旋回水 集水器和渦旋分水器是一個環形等速渦殼，所述等速渦殼，是一個半徑隨旋轉角度呈線性 變化，旋轉一周半徑的變化量為進水口的寬度，其基本形線是漸開線；所述渦旋回水集水器 和渦旋分水器進水口內邊與渦殼切向外接，外邊是渦殼漸開線的延長過渡線；排水口采用 葉片形管的排管，等間距安裝在所述渦旋回水集水器和渦旋分水器環形渦殼上；渦旋回水 集水器和渦旋分水器分為立交型和超越型兩種基本類型，立交型渦旋回水集水器和渦旋分 水器進、排水通道有一個立體相交段，相交段葉片形管排管內是排水通道，相交段葉片形管 排管外是進水通道；超越型渦旋回水集水器和渦旋分水器進、排水通道不相交；渦旋回水 集水器和渦旋分水器區別僅在于渦旋分水器進水通道由一路變環形，出水通道則由環形 變多路，渦旋回水集水器進水通道由多路變環形，出水通道則由環形變一路。
3.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是所述煙塵 分離器(2)就是在煙道壁上設一定數量和長度的切向立縫，兩個方向切向立縫上下配置， 即逆煙氣流立縫在下，順煙氣流立縫在上，與立縫對應煙道上設有環形的煙塵分離器收集 器(80)，逆煙氣流立縫將煙塵混合物引入收集器，順煙氣流立縫將較為潔凈煙氣回流到煙 氣流，煙塵由排塵管排出并收集起來。
4.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是渦旋除塵 器(23)是一個環形等速渦殼，所述等速渦殼，是一個半徑隨旋轉角度呈線性變化，旋轉一 周半徑的變化量為進氣口的寬度，其基本形線是漸開線；所述渦旋除塵器進氣口內邊與渦 殼切向外接，外邊是渦殼漸開線的延長過渡線；渦旋除塵器中心較為潔凈的煙氣經煙氣回 流管(22)回流至煙氣通道，所述煙氣回流管為葉片形管的排管；與所述渦旋除塵器環形渦 殼相切設有同為葉片形煙塵收集器集塵管(69)排管，煙塵收集器集塵管下接煙塵收集器。
5.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是熱水管渦 旋集水器(53)是一個圓臺旋轉體，上端與出水管(16)連接相通，下端圓臺切向聯通匯流熱 水管(79)，所述匯流熱水管與螺旋多頭熱水管(18)相通，鍋水經匯流熱水管延漸開線切向 進入熱水管渦旋集水器(53)，在熱水管渦旋集水器內形成渦管式渦旋流場，其一端搭在固 體壁上，另一端向無限遠伸展。
6.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是渦旋排煙 裝置由環形向圓形過渡煙道和多個起旋葉片(5)組成，起旋葉片采用葉片形，煙氣在起旋 葉片(5)引導下，延漸開線切向進入煙道環形向圓形過渡空間，煙氣流速加快，煙氣部分內 能轉變為動能，煙氣在過渡空間形成渦旋流管，渦旋流管一端搭在固體壁上，另一端向無限 遠處伸展；煙氣給渦旋流動量，渦旋流給煙氣流負壓誘導，相互促進。
7.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是所述多鍋 多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸燃時設置的燃料 噴管和窺視孔，增設爐門(28)；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門(57)，風門調整輪 (56)，手柄(68)，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔(67)和二次風口(58)，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；爐門側2級至末級鍋筒及下導煙罩(8)和渦旋 除塵器(23)上移至爐門以上。
8.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是所述多鍋 多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸燃時設置的燃料 噴管和窺視孔，增設爐門(28)；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門(57)，風門調整輪 (56)，手柄(68)，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔(67)和二次風口(58)，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；末級鍋筒偏心環繞在次末級鍋筒和爐門側一級 鍋筒、燃燒室外面，其余各級鍋筒都在爐門側與一級鍋筒和燃燒室相切，爐門側水冷壁與末 級鍋筒相通，對應爐門側下導煙罩省缺。
9.根據權利要求1所述的多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐，其特征是所述多鍋 多回程環保速熱高效一體化鍋爐為人工焚火鍋爐，省缺用于流體燃料懸燃時設置的燃料 噴管和窺視孔，增設爐門(28)；爐門為雙層結構，外爐門設有可調風門(57)，風門調整輪 (56)，手柄(68)，可手動實時調整二次風量，內外爐門間設集風腔(67)和二次風口(58)，切 向進入的二次空氣使燃燒室燃氣發生旋轉；所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐整體 為圓柱缺或橢圓柱缺，柱切面在爐門側；切面水冷壁(78)與末級鍋爐相通；二級以下鍋筒 半環繞在上一級鍋筒外面，對應燃燒室切面水冷壁一定位置設爐門(28)，爐門側對應下導 煙罩和渦旋除塵器省缺。
10.根據權利要求1、3、4、5、6、7、8、9其中任一項所述的多鍋多回程環保速熱高效一體 化鍋爐，其特征是所述多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐為多鍋多回程環保速熱高效 一體化蒸汽鍋爐，所述多鍋多回程環保速熱高效一體化蒸汽鍋爐不同于多鍋多回程環保速 熱高效一體化熱水鍋爐的地方在于1、設置有飽和蒸汽管(82)，一級鍋筒高出二級以下各 級鍋筒一定高度，作為蒸發和儲存蒸汽空間；2、設有上導煙罩進、出水管，省缺了末級鍋筒 上部到上導煙罩下部過水管(70)和上導煙罩上部到次末級鍋筒下部過水管(25)；上導煙 罩(6)水套作為一個獨立單元用于給水預熱，給水泵由控制臺根據水位傳感器參數控制， 將經上導煙罩預熱的軟化水經進水管(24)注入末級鍋筒下部；3、螺旋多頭熱水管(18) — 部分經匯流熱水管(79)進入熱水管渦旋集水器，熱水管渦旋集水器出水管與一級鍋筒聯 通，螺旋多頭熱水管另一部分延燃燒室水冷壁盤旋進入爐拱上部，在一級鍋筒下管板(15) 四周切向進入一級鍋筒；4、燃燒室水冷壁與一級鍋筒相通，省缺了熱水管環形集水器(52) 和一級鍋筒上部到熱水管環形集水器過水管(27)，螺旋多頭熱水管下端切向與水冷壁相接 聯通；5、省缺了渦旋回水集水器、渦旋分水器、溫控繼電器和溫控循環水泵(34)，增設了過熱管和蒸汽止閥，過熱管盤旋設置在上導煙罩內，或者設置在一級鍋筒煙管內，前者適合蒸 汽過熱溫度要求不高用戶，后者適合蒸汽過熱溫度要求較高用戶，對過熱蒸汽溫度要求特 別高的用戶，過熱管安裝在爐拱與一級鍋筒下管板間。
專利摘要本實用新型多鍋多回程環保速熱高效一體化鍋爐是一種立式鍋爐，所述多鍋，為多級鍋筒相對獨立集約一體化；所述多回程，為煙氣依次在各級鍋筒的行程；各級鍋筒溫度各不相同，使較高溫度煙氣對應較高溫度鍋水，較低溫度煙氣對應低溫的鍋水，有效利用有限溫差，能量差級利用，等效串聯多級高效省煤器；所述鍋爐揚長避短，取長補短綜合應用現代鍋爐技術，推出了渦旋回水集水器、渦旋分水器、熱水管渦旋集水器、渦旋除塵器和渦旋排煙裝置，所述裝置應用渦旋流的速度場、壓力場、溫度場和能量場效應，流體勢流疊加效應，用鍋水的動能和內能，加速鍋水循環；用煙氣的內能實現煙塵的高效分離和煙氣排放；使鍋爐效率達到較高水平，對環境較少污染。
文檔編號F24H9/20GK201680576SQ200920100869
公開日2010年12月22日 申請日期2009年9月13日 優先權日2009年9月13日
發明者杜臣 申請人:杜臣