文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉.pdf

本发明涉及一种文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉，包括外壳、外壳内的导热油盘管和燃烧装置，导热油盘管与燃烧装置之间构成热气体腔，燃烧装置中，炉排的上方为燃烧炉膛，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，燃烧炉膛的顶部设有高温烟气出口，其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，无黑烟排放，林格曼黑度为0，保护了环境。

1、  一种文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉，包括外壳、外壳内的导热油盘管和燃烧装置，导热油盘管与燃烧装置之间构成热气体腔，燃烧装置中，炉排的上方为燃烧炉膛，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，燃烧炉膛的顶部设有高温烟气出口，其特征在于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导热油锅炉，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导热油锅炉，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导热油锅炉，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导热油锅炉，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导热油锅炉，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导热油锅炉，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。

文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉
技术领域
本发明涉及一种文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉，属于工业热工设备。
背景技术
立式手烧型导热油锅炉是在工业领域内普遍使用的一种多品种系列锅炉产品，目前国内各大锅炉厂正在大量生产，并且市场容量非常大，结构包括外壳、外壳内的导热油盘管和燃烧装置，导热油盘管与燃烧装置之间构成热气体腔，燃烧装置中，炉排的上方为燃烧炉膛，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，燃烧炉膛顶部设有高温烟气出口，从燃烧炉膛冲上来的高温烟气从高温烟气出口进入热气体腔，通过导热油盘管加热导热油，被加热的导热油介质将热量传出。这种锅炉燃烧工艺原始、落后，燃烧很不充分，运行时冒出大量黑烟，煤碳中宝贵的可燃成份“挥发份”，约占30～35％左右，几乎全部都以烟的形式，通过烟囱排到大气中，造成严重的大气污染，同时“挥发份”的大量挥发也会带走大量热能，为了弥补这热损失，达到相应的热效率，还要另外多烧一些煤，这种结构模式，即不环保，又不节能，无法达到节能、环保要求。
那么这种结构为什么排放黑烟呢？因为下面的炉膛在燃烧时有大量的可燃成份，包括挥发份(碳氢气体、一氧化碳)蒸发起来的碳粒子、煤焦油蒸汽等，因为质量很轻，受高温气流的“空气动力”的作用，快速向上蒸发运动，到达锅炉上体，也就是圆桶形导热油盘管部位。我们知道，完全燃烧的基本要素有4条：①必须的燃烧温度；②足够的空气量(氧气)；③良好的混合；④充分足够的燃烧时间。然而在这个盘管部位，因为盘管内的工质(导热油)要大量吸热，使得这个部位温度很低，这个低温环境温度取决于导热油的出口温度，锅炉用户根据车间里的各种产品所需要的工艺温度最低的为120℃，中温170～200℃，最高也只有330℃，可是烟气的燃烧温度为700℃以上，所以这个温度环境是不能使烟气中的挥发份燃烧掉的，相反高温烟气中的可燃成份在这种低温环境中会大量凝结析出，形成颗粒更大的烟尘，牢牢地粘在盘管上，越积越厚，严重影响传热效果，降低锅炉的传热效率，另一部分则经过烟道排向大气层，污染环境，并不断堵塞烟道和后面的附属设备。
因此，该锅炉正因为：①没有足够的燃烧温度；②在这个部位氧气也很不充足；③烟气直线上升没有足够的搅拌混合；④烟气也没有足够的驻留时间。不能满足完全燃烧的4大要素，所以排放黑烟也就成为定局了，并且彻头彻尾地成了这种设备的“顽症”，这是一个人所共知的世界性难题。
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导热油锅炉，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，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导热油锅炉，包括外壳、外壳内的导热油盘管和燃烧装置，导热油盘管与燃烧装置之间构成热气体腔，燃烧装置中，炉排的上方为燃烧炉膛，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，燃烧炉膛的顶部设有高温烟气出口，其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。
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导热油锅炉。
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，紧贴在二次燃烧火膛的圆形内壁上，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，二次燃烧火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，又加上二次火膛里面高的温度，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，加热导热油盘管。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盘管的传热效果，更加提高了热效率。
本发明文丘里管效应式纯无烟导热油锅炉，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％以上，无黑烟排放，林格曼黑度为0，保护了环境。
附图说明
图1、现有导热油锅炉结构示意图。
图2、文丘里管的结构及空气动力原理图。
图3、本发明实施例1结合燃烧装置燃烧运行工况示意图。
图4、二次燃烧炉膛部分的横截面结构及燃烧原理示意图。
图5、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6、本发明导热油盘管被加热工况示意图。
图中：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、导热油盘管    14、高温烟气出口    15、燃烧炉膛    16、出灰门    17、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。
具体实施方式
结合上述附图对本发明作进一步说明。
图2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3、图4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导热油锅炉，包括金属外壳5、金属外壳5内的导热油盘管13和燃烧装置，导热油盘管13与燃烧装置之间构成热气体腔，燃烧装置中，炉排1的上方为燃烧炉膛15，炉排1的下方为灰室，与燃烧炉膛15对应设有加煤炉门3，与灰室对应设有出灰门16，灰室配有一次助燃风口，由风道17提供助燃风，燃烧炉膛15的顶部设有高温烟气出口14，在高温烟气出口14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14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，高温烟气出口14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15的炉膛壁相当于文丘里管的气流入口段a，燃烧炉膛15的顶部斜肩相当于文丘里管的收缩段b、c，高温烟气出口14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14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。
工作过程：
从燃烧炉膛15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5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。
图6所示，导热油盘管，可根据不同功率型号所确定的不同直径的锅炉管，采用盘管机用密排卷绕工艺，做成圆桶形盘管，多层套装而成，一般是2层。被加热运行过程中，高温气体沿图中标注的虚线所示，呈上——下——上的三回程路线行走，传热效果好，热效率高。