定容式潔凈煤燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以燃燒散狀或型煤狀低灰分潔凈煤、低灰分燃煤或低灰分生物質(zhì)燃料，基于燃燒面位置相對(duì)固定、燃燒室容積熱強(qiáng)度恒定不變?cè)淼亩ㄈ菔綕崈裘喝紵b置，特別適用于煤及潔凈煤燃燒領(lǐng)域，工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐和農(nóng)村生活燃煤爐具使用。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)燃燒供熱和農(nóng)村生活供熱產(chǎn)生了大量粉塵、碳黑及一氧化碳?xì)怏w，是目前霧霾產(chǎn)生的重要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)原煤消耗總量達(dá)到42億噸，其中約20%原煤消耗在燃燒供熱場(chǎng)所，排放CO2約21億噸、煙塵約0.5億噸。按50%燃煤裝置應(yīng)用節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，裝置熱效率提高10%測(cè)算，節(jié)能潛力達(dá)到4250萬(wàn)噸，減排CO2約I億噸、煙塵約250萬(wàn)噸。
[0003]附圖3所示的固定爐排式煤爐具，是當(dāng)今煤燃燒典型裝置。該裝置包括爐內(nèi)壁I和爐條2，爐條2兩端伸出爐內(nèi)壁I外，嵌入爐壁內(nèi)，爐條2位置固定不動(dòng)。爐條2下方為均壓室A，爐條2上方為燃煤層B，燃煤層B上方為燃燒室C。燃煤層B頂面煤著火燃燒。隨著煤燃燒過程進(jìn)行，燃煤層B頂面位置降低，燃燒室C容積增大。在燃煤層B頂面面積及頂面下降速度均不變條件下，燃燒室C容積熱強(qiáng)度降低。同時(shí)，燃煤層B高度減小，均壓室A容積不變，空氣流量不變但空氣流過燃煤層B阻力減少，導(dǎo)致空氣流速增大，一方面和燃煤層B相同燃燒放熱所要求的空氣流速不匹配，另一方面對(duì)燃煤層B頂面高溫焦炭冷卻作用增強(qiáng)。上述兩因素，既導(dǎo)致燃燒速度不可控，又降低燃燒室C燃燒溫度，造成不完全燃燒，能源利用率降低，煙氣碳粒和一氧化碳排放超標(biāo)，不能滿足當(dāng)今綠色生態(tài)文明建設(shè)需要。
[0004]開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)和能源利用效高的新型潔凈煤燃燒裝置，可以降低煙氣污染物排放，從而促進(jìn)我國(guó)兩型社會(huì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服固定爐排式煤爐具煤燃燒面位置下降，導(dǎo)致燃燒室容積增加，燃燒室容積熱強(qiáng)度降低，煤不完全燃燒熱損失及煙氣污染物排放增加等問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種具有“彈簧頂起爐條固定燃煤層頂面位置”結(jié)構(gòu)特征，“燃燒室容積熱強(qiáng)度恒定不變”技術(shù)特點(diǎn)，“煤燃燒過程可控性好，煤燃燒效率和能效高，煙氣碳黑和一氧化碳排放達(dá)標(biāo)”等技術(shù)優(yōu)勢(shì)的定容式潔凈煤燃燒裝置。
[0006]定容式潔凈煤燃燒裝置，主要包括爐內(nèi)壁、爐條和彈簧，彈簧豎直布置，爐條為短柱體，爐條底面和頂面均水平布置，爐條側(cè)壁為豎直側(cè)壁，爐內(nèi)壁側(cè)壁為豎直側(cè)壁，爐內(nèi)壁空腔被爐條分隔為上下兩部分，爐條下方空腔為均壓室，爐條上方空腔自下向上依次是燃煤層和燃燒室，燃燒室底面和燃煤層頂面重合，彈簧底端和爐內(nèi)壁底板頂面焊接連接，彈簧頂端和爐條底面焊接連接，爐條側(cè)壁與爐內(nèi)壁側(cè)壁之間水平間隙不到爐條厚度的一半，爐條豎直中心軸線和彈簧中心軸線共線，彈簧彈性系數(shù)為燃煤自然堆積密度與燃煤層頂面面積的乘積，煤燃燒過程中燃煤層連同爐條一起被彈簧頂起向上移動(dòng)，并使得燃煤層頂面位置相對(duì)于爐內(nèi)壁不變，空氣依次流經(jīng)均壓室、爐條和燃煤層后進(jìn)入燃煤層頂面，并助燃發(fā)生在燃煤層頂面的煤燃燒反應(yīng)，燃燒煙氣經(jīng)燃燒室排煙口排入大氣環(huán)境。
[0007]燃用散狀或成型狀低灰分潔凈煤、低灰分燃煤或低灰分生物質(zhì)燃料的工業(yè)爐窯、工業(yè)鍋爐、農(nóng)村生活燃煤爐具等場(chǎng)所，均可使用本發(fā)明。
[0008]發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一次性投資少，制作安裝方便，布置緊湊，原理易于理解，燃燒效率超過95%，相對(duì)節(jié)能率5%?15%以上，煙氣粉塵、碳黑、一氧化碳及碳?xì)浠衔锏任廴疚锱欧艥舛鹊陀凇洞髿馕廴疚锞C合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)排放水平。
【附圖說明】
[0009]圖1為定容式潔凈煤燃燒裝置堆滿煤時(shí)通過彈簧3中心軸線豎直剖視圖。
[0010]圖2為定容式潔凈煤燃燒裝置堆少量煤時(shí)通過彈簧3中心軸線豎直剖視圖。
[0011]圖3為固定爐排式煤爐具通過豎直中心線的豎直剖視圖。
[0012]圖1，圖2和圖3中，I為爐內(nèi)壁，2為爐條，3為彈簧，A為均壓室，B為燃煤層，C為燃燒室。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0014]如附圖1所示，定容式潔凈煤燃燒裝置，主要包括爐內(nèi)壁1、爐條2和彈簧3。彈簧3豎直布置，彈簧3頂端和爐條2底面焊接連接并支撐爐條2，使得爐條2保持水平，彈簧3底端和爐內(nèi)壁I底板頂面焊接連接。爐內(nèi)壁I底板、爐條2和彈簧3材質(zhì)為可焊接金屬材質(zhì)。
[0015]爐內(nèi)壁I側(cè)壁為豎直側(cè)壁。爐內(nèi)壁I側(cè)壁可以是豎直圓筒、豎直方筒或其它豎直不規(guī)則筒體，爐內(nèi)壁I水平截面面積不變。
[0016]爐條2為整體式短柱體，爐條2底面和頂面均為水平布置，爐條2側(cè)壁為豎直布置，爐條2側(cè)壁高度即爐條2厚度為δ。爐條2內(nèi)設(shè)氣流通道，氣流通道的進(jìn)口在爐條2底面，出口在爐條2頂面。爐條2擋住燃煤層B燃煤不落入均壓室A，并為均壓室A空氣流入燃煤層B提供氣流通道。
[0017]彈簧3數(shù)量可以是一根，可以是多根。彈簧3數(shù)量為一根時(shí)，爐條2豎直中心軸線和彈簧3中心軸線共線。彈簧3數(shù)量為多根時(shí)，彈簧3對(duì)稱布置，平穩(wěn)托起爐條2及燃煤層B，彈簧彈力始終等于爐條2重力與燃煤層B重力之和，并使?fàn)t條2頂面及底面始終處于水平狀態(tài)。
[0018]爐內(nèi)壁I內(nèi)腔分為均壓室A，燃煤層B和燃燒室C，燃燒室C為燃煤層B頂面上方的氣相空腔，燃煤層B為爐條2頂面上方的燃煤堆放區(qū)域。爐條2分隔爐內(nèi)壁I空腔為上下兩部分，爐條2下方空腔為均壓室Α，上方空腔自下向上依次為燃煤層B和燃燒室C。均壓室A頂面和爐條2底面重合，爐條2頂面和燃煤層B底面重合，燃煤層B頂面和燃燒室C底面重合。爐條2底面面積，水平截面積和頂面面積相等，燃煤層B底面面積，水平截面積和頂面面積相等，均壓室A側(cè)壁、燃煤層B側(cè)壁和爐內(nèi)壁I側(cè)壁在同一個(gè)豎直筒壁上。
[0019]爐條2頂面外邊緣與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙與爐條2底面外邊緣與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙相等，兩者均等于爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙d。爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙d不到爐條2厚度δ的一半。往爐條2頂面上或燃煤層B頂面上添加燃煤時(shí)，在彈簧3彈力作用下爐條2頂起燃煤層B沿豎直方向向下移動(dòng)。燃燒消耗燃煤層B燃煤時(shí)，在彈簧3彈力作用下爐條2托起燃煤層B沿豎直方向向上移動(dòng)。無(wú)論燃煤層B沿豎直方向向上移動(dòng)還是向下移動(dòng)，都使得燃煤層B頂面位置不變，燃燒室C容積保持不變。爐條2厚度S大于爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁水平距離d的兩倍。爐條2在爐內(nèi)壁I空腔內(nèi)，爐內(nèi)壁I側(cè)壁與爐條2側(cè)壁不接觸，爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平距離為d，且滿足2(1〈δ，避免爐條2傾斜時(shí)卡死在爐內(nèi)壁I空腔內(nèi)，增強(qiáng)爐條2移動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。燃煤層B燃煤粒徑不僅大于爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平距離d，而且大于爐條2頂面氣流出口直徑，可以避免燃煤層B燃煤通過爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙及爐條2氣流通道落入均壓室A。
[0020]爐條2上方燃煤層B置放燃煤，燃煤在自身重力作用下在燃煤層B堆積。均壓室A為爐條2底面下方的布風(fēng)空間，均壓室A側(cè)壁開設(shè)空氣進(jìn)口。通過均壓室A側(cè)壁空氣進(jìn)口流入的空氣，依次流經(jīng)均壓室A側(cè)壁空氣進(jìn)口、均壓室A、爐條2和燃煤層B，最后進(jìn)入燃煤層B頂面助燃煤燃燒。爐內(nèi)壁I頂部開設(shè)排煙口，高溫?zé)煔夂腿紵褻可燃性中間氣燃燒形成的高溫?zé)煔夂喜⒑髲娜紵褻排煙口排出。
[0021]實(shí)踐表明:燃燒室C容積熱強(qiáng)度太小不利于維持燃燒溫度，太大不利于延長(zhǎng)可燃物在高溫區(qū)停留時(shí)間和行程，均會(huì)導(dǎo)致燃燒不完全。根據(jù)燃燒規(guī)律，燃燒室C容積熱強(qiáng)度穩(wěn)定維持在265kW/m3?305kW/m3范圍，是燃燒完全充要條件之一。發(fā)明所指的潔凈煤燃燒裝置從燃煤層B頂面著火，燃燒面自上向下移動(dòng)，燃煤層B頂面即為燃燒面，爐條2面積、爐條2側(cè)壁與爐內(nèi)壁I側(cè)壁之間水平間隙均恒定不變，燃燒面積恒定不變。在空氣供應(yīng)及流量穩(wěn)定條件下，燃燒面能沿豎直方向自上向下平穩(wěn)移動(dòng)，并保持燃燒釋熱速度不變。爐條2下設(shè)置彈簧3，用彈簧3支撐起爐條2及燃煤層B燃煤，爐條2與燃煤層B重力之和始終和彈簧3彈力相等，燃煤層B頂面下移距離和彈簧3因彈力減少而拉長(zhǎng)距離相等，達(dá)到燃煤層B頂面始終處于初始位置并保持動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的效果，燃燒室C底面位置相對(duì)于爐內(nèi)壁I不變，使得燃燒室C容積沒有變化，最終達(dá)到燃燒室C容積熱強(qiáng)度恒定不變。附圖1中燃煤層B燃煤量多，燃煤層B高度h大、彈簧3受力大、均壓室A高度H小，附圖2中燃煤層B燃煤量少，燃煤層B高度h小、彈簧3受力小，均壓室A高度H大，附圖1和附圖2均壓室A高度H與燃煤層B高度h之和始終相等，使得燃煤層B頂面位置相