专利名称：文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，属于工业热工设备。
背景技术：
目前，立式手烧蒸汽锅炉在市场上的占有份额较大，比较典型的是LSG型的立式弯水管锅炉，结构包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，从燃烧炉膛冲上来的高温烟气进入热气体腔，对弯水管进行加热，从而加热弯水管中的水，获得水蒸汽。该锅炉是在原来旧式锅炉的基础上几经改进演变发展起来的一种比较先进的产品，有较大的辐射受热面和对流受热面，排烟温度较低，锅炉的“设计热效率较高”，根据这种结构原理，同时又衍生出具有多种型号的系列化产品，容量在0.2t/h-2t/h之间型号较多，也有一些容量再大些的也是采用这种结构，各锅炉生产厂家都有国家劳动部颁发的定型制作图纸和制造检验执行标准。
这种锅炉中，烟气横向冲刷全部外弯水管和内弯水管，并且流程很长，这种设计对提高传热效率有利，但系统很容易积灰，尽管设计了清灰孔，但是为了正常传热使锅炉稳定的运行，用户经常不断的“停炉清灰”，对于运转中企业车间来说是一个较大的难题，所以虽然在锅炉设计时考虑尽最大可能地提高传热效率，但是在实际使用中，因为积灰严重，真正的热效率并不高。
这种锅炉，在“锅”的设计上是先进的，整个传热系统对烟气有足够的传热面积；可是在“炉”的设计上用的却是原始落后的燃烧技术，为了达到设计的额定输出功率，这种型号的锅炉都是燃用大烟大火的烟煤，所以运行时都是黑烟滚滚，不但浪费能源，也污染环境，浓浓烟气在传热良好的水冷管系统里被急聚冷却，大量蒸发状态的煤焦油和碳链体迅速凝结析出，粘在锅炉管和其他所有的热交换面上，越积越厚，很难清除，严重的影响传热效果，使锅炉的实际热效率远低于理论设计热效率。
显然，如果没有相匹配的“炉”，没有“先进的燃烧技术”，即使再先进的“锅”也制造不出“先进的锅炉”来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。
本发明所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，一种文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，将燃烧炉膛顶部设计为缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。
本发明中二次燃烧炉膛的炉膛壁与高温烟气出口间呈斜面连接，整体形成散射圆锥状，防止死角，文丘里管效应更加显著。
在高温烟气出口处也设二次助燃风口，加强助燃和搅动作用，促进漩流燃烧。
为了获得良好的燃烧气体的旋转效果，二次助燃风口最好对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向。
将高温气体出口设计为收缩口，可获得更好的文丘里管效应。
根据规模大小情况不等，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上可分布多个，2-10个适宜，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上；同理，二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上也可以分布多层，2-6层适宜。
还可以在燃烧炉膛的炉膛壁上增设周围分布的一次助燃风辅助风口，促进燃烧，可以分布2-10个一次助燃风辅助风口，可以分布在同一个横截面上，也可以分散在不同的横截面上。
环形布风盒，在燃烧装置的“腰间”形成“环形风道”，所有的二次助燃风都由“环形风道”提供风源，风的压力由配装的风机提供，风机可连接三相交流电源，也可通过变频器实现变频调速，完成风量调节。
工作原理文丘里管也叫文氏管，在除尘器、气体、液体的流量计量“射流控制系统”及各种仪器仪表中用于计量物理参数的取样，是组成传感器的重要组成部分，有空气动力“背风面吸附效应”，我们正是利用文丘里管的“空气动力学效应”(也称“文丘里管效应”)设计了本发明文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉。
正是由于文丘里管效应的“背风面吸附效应”，使得从高温烟气出口冲上来的高浓度烟气，紧贴在二次燃烧炉膛的圆形内壁上，形成一个中间空心状的气流分布，然而这种气流分布正好受到以切线方向高速射入这个圆形分布的二次助燃风的“扰动”，使这个气流团迅速旋转起来，产生猛烈地氧化燃烧，伴随着剧烈地可燃性气体和氧气的强烈搅拌和燃烧，“挥发份”的化学内能被释放出来变成热能被利用，即消除了烟气，又获得了热能，在这种燃烧体制中，二次燃烧炉膛中的温度会迅速升高到1000度以上，这就为更加彻底的燃烧创造了极好的条件。由于高温气流是螺旋形行走路线，又加上二次炉膛里面高的温度，又有耐火衬里的保温作用，驻留时间和温度都得到了保证。满足了完全燃烧的4大要素①必须的温度；②足够的助燃氧气；③良好的搅拌混合；④足够的驻留时间。在这里体现得完善无缺，恰到好处，所有的可燃物全部燃尽，得到无色、无味、干净、透明的洁净气体。最后以旋转形式的气流分布从高温气体出口喷射出去，进入热气体腔，加热弯水管。燃烧充分，热效率高。由于高温气流具有惯性，旋转将继续下去，这股旋转的高温气流同时也强化了和弯水管的传热效果，更加提高了热效率。
在二次燃烧炉膛的耐火炉衬中加入不锈钢耐热纤维，既加强炉衬的高温强度，又可调整内衬材料的导热系数，既可保持这个区域的可靠燃烧温度，又保证传热效率，二者兼得。可见，本发明的“洁净”的燃烧，使得“锅”的部分彻底消除了积灰。
本发明文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，结构简单，造价低，使用寿命长，燃烧效果好，很好地解决了燃煤黑烟排放问题，实现了燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，节煤率达30％，林格曼黑度为0，用肉眼根本观察不到，没有任何烟尘排出，达到纯无烟的运行效果，并且完全不用任何除尘装置，无黑烟排放，保护了环境。
图1、现有立式蒸汽锅炉结构示意图。
图2、图1的俯视图。
图3、文丘里管的结构及空气动力原理图。
图4、本发明实施例1结合燃烧装置燃烧运行工况示意图。
图5、本发明实施例1的两体结构示意图。
图6、二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图7、本发明实施例2二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图中A、加煤炉门 B、弯水管 C、热气体腔 D、外壳 E、烟箱 F、喉口 G、烟囱 H、人孔 a、入口段 b、c、收缩段 d、圆柱状喉口 e、散射圆锥体 f、低压区 g、气流 1、炉排 2、燃煤 3、加煤炉门 4、耐火炉衬 5、金属外壳 6、保温材料 7、环形布风盒 8、高温烟气 9、二次助燃风道 10、二次燃烧炉膛 11、高温气体出口 12、高温气体 13、烟箱 14、热气体腔 15、弯水管 16、高温烟气出口 17、燃烧炉膛 18、一次助燃风辅助风口 19、出灰门 20、风道 F1、一次助燃风 F2、二次助燃风 B1、B2、风机 P1、P2、P3、P4气流盲区。
具体实施例方式
结合上述附图对本发明作进一步说明。
图3所示的是文丘里管的结构及空气动力原理。
从文丘里管的入口处注入一定压力和一定流速的气流，气流从入口段a，经过收缩段b、c被逐渐压缩，当到达圆柱状喉部d处时密度最大，流速也达到最大，然后气流g不是以圆柱形经过喉口向上喷射，而是以圆锥形式紧贴散射圆锥体e的内腔壁，以空心喇叭形向上扩散和喷射，这就是文丘里管的空气动力“背风面吸附效应”。这种现象是怎么形成的呢？这是因为气流经过圆柱状喉部d时被压缩和加速，刚开始的那一瞬间是以圆柱形向上喷射，可是就是因为这股气流的加速后喷射，在喇叭形的背风面上被抽成低压区，气流贴向背风面变成喇叭形，喷射的气流中心形成了低压区f，并且趋向于“真空”，这就是文丘里管的空气动力学效应，简称“文丘里管效应”。
图4、图6所示的是本发明实施例1结构及燃烧原理。
本发明所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，包括金属外壳5、弯水管15和燃烧装置，外弯水管置于烟箱13中，内弯水管之间构成热气体腔14，热气体腔14的下方为燃烧装置中的燃烧炉膛17，燃烧炉膛17的下方为炉排1，炉排1的下方为灰室，与燃烧炉膛17对应设有加煤炉门3，与灰室对应设有出灰门19，灰室配有一次助燃风口，燃烧炉膛17的炉膛壁上周围也分布有一次助燃风辅助风口18，由风道20提供助燃风，将燃烧炉膛17顶部设计为缩小的高温烟气出口16，高温烟气出口16的上方设有二次燃烧炉膛10，二次燃烧炉膛10的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛10上设有二次助燃风口，由二次助燃风道9提供助燃风，二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向，二次燃烧炉膛10的炉膛壁与高温烟气出口16间呈斜面连接，二次燃烧炉膛10的顶部设有高温气体出口11，高温气体出口11为收缩口，高温气体出口11连通热气体腔14，高温烟气出口16处也设有同样结构的二次助燃风口，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒7上。
图示中，燃烧炉膛17的炉膛壁相当于文丘里管的气流入口段a，燃烧炉膛17的顶部斜肩相当于文丘里管的收缩段b、c，高温烟气出口16相当于文丘里管的圆柱状喉口d，二次燃烧炉膛10的炉膛壁与高温烟气出口16间的斜面连接形成的散射圆锥状相当于散射圆锥体e，斜面即为文丘里管的背风面，二次燃烧炉膛10的炉膛壁相当于文丘里管的末尾散射圆锥体的延伸段”。本发明中的燃烧装置就相当于一个变形的“文丘里管”，充分利用了文丘里管效应。
如图5所示，本发明可以是两体结构，上炉体和下炉体可分成两个单元单独制作，制作安装方便，容易更换维修，上炉体包括高温烟气出口以上的部分，上炉体下面的部分为下炉体，在上下炉体上分别设置连接法兰，通过法兰连接组装而成。组装时在上下两炉体之间的平面上，放置“硅酸铝针刺毯”作为垫子，进行密封，然后用螺栓将上下法兰拧紧固定即可。
实践中，可直接使用上文叙述的国家劳动部颁布的LSG系列产品的定型图纸、制造工艺和检验标准。调整一下炉排、灰室和炉门，制作成上下炉体两部分，方便实施。二次燃烧炉膛的炉衬用高温耐火浇注料，添加适量不锈钢耐热纤维，增加强度。上炉体施工时用簿铁板根据实际形状和尺寸做成浇注用内置模具，二次助燃旋流风道用耐热钢焊接而成，上炉体和下炉体的助燃风道要严格对齐，以保证下炉体的助燃风顺畅地通到上面去。放入搅拌好的浇注料用插入式振动棒振实，并注意保温和养护。
工作过程从燃烧炉膛17冲上来的高温烟气，在二次助燃风的助燃、扰动作用下，在二次燃烧炉膛10内形成旋转，漩流燃烧，在高温下对烟气进行加氧搅拌混合，从而将烟气中的可燃成份完全彻底地烧尽，能彻底达到“纯无烟”的运行效果。
图7所示的是本发明实施例2中二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理，二次助燃风口垂直圆形横截面的二次燃烧炉膛，此时会有P1、P2、P3、P4气流盲区，燃烧效果较次一些。
各助燃风道可以通过布风盒，根据需要实现布风分布，由同一动力源提供布风动力，简化辅助设施。供风系统可配装自动化变频控制系统，实现自动化操作。如供风量的调节可用变频调速的方式来解决，亦即通过改变风机电源的频率来改变风机的转速的方法控制供风量。利用烟气传感器(工业电子门市部都有市售)，如二氧化锆烟气传感器，它对一氧化碳呈现“气敏效应”，只要有烟气就是缺氧，只要缺氧就必然产生一氧化碳，所以，检测一氧化碳气体的含量多少，也就直接反映了燃烧设备内部的“配风系数”和燃烧工况。把一氧化碳气体的含量变成电压信号输入到变频器的电压信号输入端子上，即可利用电压信号控制频率变化，变频输出电源就是鼓风机的供电电源。
权利要求
1.一种文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其特征在于燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。
2.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次燃烧炉膛的炉膛壁与高温烟气出口间呈斜面连接。
3.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于高温烟气出口处设有二次助燃风口。
4.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次助燃风口对应圆形横截面的二次燃烧炉膛的切线方向。
5.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于高温气体出口为收缩口。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的圆形横截面上分布有2-10个，连通二次助燃风口的风道连通在环形布风盒上。
7.根据权利要求6所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于二次助燃风口在二次燃烧炉膛的纵向上分布有2-6层。
8.根据权利要求1所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁上周围分布有一次助燃风辅助风口。
9.根据权利要求7所述的文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，其特征在于燃烧炉膛的炉膛壁周围分布有2一10个一次助燃风辅助风口。
全文摘要
本发明涉及一种文丘里管效应式纯无烟立式蒸汽锅炉，属于热工设备，包括外壳、弯水管和燃烧装置，外弯水管置于烟箱中，内弯水管之间构成热气体腔，热气体腔的下方为燃烧装置的燃烧炉膛，燃烧炉膛的下方为炉排，炉排的下方为灰室，与燃烧炉膛对应设有加煤炉门，与灰室对应设有出灰门，灰室配有一次助燃风口，其燃烧炉膛顶部设有缩小的高温烟气出口，高温烟气出口的上方设有二次燃烧炉膛，二次燃烧炉膛的横截面呈圆形，二次燃烧炉膛上设有二次助燃风口，二次燃烧炉膛的顶部设有高温气体出口，高温气体出口连通热气体腔。结构合理，能够解决燃煤黑烟排放问题，实现燃烧气体的纯无烟排放，热效率高，节约煤资源，保护环境。
文档编号F23B10/02GK101074767SQ200710015959
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月16日 优先权日2007年6月16日
发明者王树洲 申请人:王树洲