一种适用于生物柴油的工业锅炉配风器的制作方法

1.本发明涉及工业锅炉领域，具体地涉及一种适用于生物柴油的工业锅炉配风器。


背景技术：

2.能源危机将会是全世界在接下来几十年发展过程面临的一个巨大的挑战。石化能源资源使用时所产生出的有害物质，严重地污染了大气、水源等等的生活环境，形成了生态危机这一巨大的挑战。为了满足社会的发展对巨大数量能源的需求，开发可再生能源或己成为了世界各国在能源领域的科学家的案前提要。
3.汽车、轮船、飞机等的主要动力来源由石化能源来提供，因此石化能源的清洁可再生代用品的研究日趋重要。生物柴油被称之为“绿色燃料”，是一种具有无毒、可生物降解、可再生等特点的含氧代用燃料，能与柴油以任意比例混合或直接使用，生物柴油是脂肪酸单酯，用动物的脂肪、废弃的食用油或植物种子、果实等为原料与甲醇、乙醇等酯化反应来获得。
4.生物柴油由于使由餐厨废弃油脂制备而来，生物柴油的氯来源较为复杂，既可能是原料油脂本身存在的有机氯、也可能是制备过程中无机氯的迁移：地沟油中自身的微量有机氯或者有机卤素化合物，可能源于农残、原料油的加工使用过程、地沟油的加工提炼过程等，地沟油中通常还存在餐厨加工后的无机氯盐(氯化钠)；在生物柴油制备过程中，游离脂肪酸与其中氯化钠等无机盐发生离子交换反应会生成hcl，如图7所示的反应方程式。
5.在液相中，这些游离的hcl有可能参与反应生成氯代脂肪酸甘油酯等物质，进而部分进入生物柴油产品中。因此在生物柴油的燃烧过程中会产生二噁英。研究发现二噁英在低温下比较容易生成，因此需要江炉膛温度迅速升高到850℃以上，并使炉膛温度分布均匀，减少低温区。
6.燃油燃烧器主要由雾化器和配风装置所构成。一方面从油泵输送而来的燃油经过雾化器雾化，最终以极小粒径的液滴的形式被喷入炉膛中。另一方面从鼓风机送出的烟气
‑
空气混合物经过配风器的输送和分配，形成具有一定形状和速度分布规律的气流。油滴与气流在燃烧器前端充分混合，经点火电极迅速引燃，最终实现稳定的燃烧过程。雾化器的雾化质量和配风器的配风性能将直接影响燃烧过程中炉膛内的温度分布和燃料的燃尽。
7.配风器是油气燃烧器的主要组成部分，配风器的作用是供给燃料燃烧时所需的空气，并形成有利的空气动力场，使油、气能很好地与燃烧空气互相混合，并在较低的过量空气系数下着火容易，火焰稳定，燃烧状况良好。
8.油燃烧器关键部件配风器是及时提供适量的根部风和二次风，并使油燃烧器出口处有大小和位置适当的高温烟气回流区，以利稳定着火。配风器使所提供的空气与油雾在炉内燃烧的前期和后期均能较强烈地混合，以减少油气的高温分解，提高燃烧效率。
9.现有配风器对于生物柴油来说，未能进行良好气流组织的在生物柴油燃烧过程易产生积碳、结焦、冒黑烟、烟气中co含量高等燃烧不充分的问题。此外，由于生物柴油粘度大、火焰长，与一些设备要求炉膛体积紧凑的要求不符，过长的火焰可能造成油滴打在炉膛
或其他工质上，进一步恶化燃烧甚至污染工质。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种适用于生物柴油的工业锅炉配风器，该工业锅炉配风器用于生物柴油燃烧系统的配风，使助燃空气与生物柴油均匀混合并形成稳定且符合要求的火焰形状，使炉膛内的温度分布均匀，减少二噁英、氮氧化物等污染物的生成。
11.为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于生物柴油的工业锅炉配风器，该工业锅炉配风器包括：自内向外分布且同轴设置的中心一次风管、内旋流器、外旋流器和罩壳，所述罩壳的前端设置有助燃风出口，所述内旋流器包括内轮毂和设于所述内轮毂外的内叶片，所述外旋流器包括设置于所述内轮毂外的外轮毂和设于所述外轮毂外的外叶片，所述内叶片设置于所述内轮毂和外轮毂之间，所述外叶片设置于所述外轮毂和罩壳之间，所述内叶片和外叶片的旋流方向相同，所述中心一次风管的前端连接有稳焰器。
12.优选地，所述内旋流器上沿其周向方向上等间隔设置有多个斜度为40
°‑
50
°
的缝隙式斜口，所述外旋流器上沿其周向方向上等间隔设置有多个斜度为10
°‑
25
°
的缝隙式斜口。
13.优选地，所述工业锅炉配风器还包括：外筒，所述工业锅炉配风器从前至后轴向开有一次风风门和二次风风门，所述外筒与所述外轮毂一体连接，所述一次风风门设置于所述外筒上，所述二次风风门设置于罩壳上。
14.优选地，所述工业锅炉配风器还包括：助燃风调节装置，所述助燃风调节装置为所述外轮毂外壁与所述罩壳之间形成的锥形夹层，所述锥形夹层内设置有调整所述助燃风调节装置轴向位置的操纵机构。
15.优选地，所述稳焰器的中心开设有圆孔以形成点火区域，所述稳焰器上位于所述圆孔的周围对心冲压出多个百叶窗型通风孔，所述百叶窗型通风孔的方向与所述内叶片和/或外叶片的旋流方向相同。
16.优选地，所述稳焰器包括：稳焰盘、固定圈和多根棒状支架，所述稳焰盘通过多根所述棒状支架与所述固定圈连接，所述固定圈紧贴所述内轮毂的内壁安装于所述内轮毂上；所述固定圈的侧壁上设置有多个沿平行于所述中心一次风管的径向方向的条形槽孔，并与所述内轮毂之间位于条形槽孔的位置通过螺钉连接，以使得所述稳焰盘的轴向位置可调。
17.优选地，所述内叶片和外叶片的轴向叶片遮盖度为1.1
‑
1.25。
18.优选地，所述内叶片和外叶片的形状为螺旋扭曲叶片、弯曲叶片或直叶片。
19.优选地，所述外叶片倾斜角β
outside
为arctan0.5
°
，内叶片倾斜角β
inside
为arctan0.8
°
。
20.优选地，所述外旋流器上连接有叶轮移动装置。
21.根据上述技术方案，本发明中的工业锅炉配风器用于生物柴油燃烧系统的配风，使助燃空气与生物柴油均匀混合并形成稳定且符合要求的火焰形状，使炉膛内的温度分布均匀，减少二噁英、氮氧化物等污染物的生成。
22.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
24.图1是工业锅炉配风器的一种优选实施方式的内部结构示意图；
25.图2是内旋流器、外旋流器和罩壳的分布结构示意图；
26.图3是稳焰器的一种优选实施方式的平面结构示意图；
27.图4是内旋流器、外旋流器和罩壳的结构示意图；
28.图5是内叶片或外叶片的分布示意图；
29.图6是稳焰器的一种优选实施方式的立体结构示意图；
30.图7是游离脂肪酸与氯化钠发生离子交换反应的化学反应方程式。
31.附图标记说明
32.1中心一次风管
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2一次风风门
33.3二次风风门
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4外筒
34.5助燃风调节装置
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6稳焰器
35.7推拉轨道
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8助燃风出口
36.9内轮毂
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10外轮毂
37.11外叶片
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12内叶片
38.13罩壳
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14圆孔
39.15百叶窗型通风孔
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16固定圈
40.17稳焰盘
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18棒状支架
41.19条形槽孔
具体实施方式
42.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
43.在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
44.参见图1
‑
6所示的适用于生物柴油的工业锅炉配风器，该工业锅炉配风器包括：自内向外分布且同轴设置的中心一次风管1、内旋流器、外旋流器和罩壳13，所述罩壳13的前端设置有助燃风出口8，所述内旋流器包括内轮毂9和设于所述内轮毂9外的内叶片12，所述外旋流器包括设置于所述内轮毂9外的外轮毂10和设于所述外轮毂10外的外叶片11，所述内叶片12设置于所述内轮毂9和外轮毂10之间，所述外叶片11设置于所述外轮毂10和罩壳13之间，所述内叶片12和外叶片11的旋流方向相同，所述中心一次风管1的前端连接有稳焰器6。
45.通过上述技术方案的实施，该工业锅炉配风器用于生物柴油燃烧系统的配风，使助燃空气与生物柴油均匀混合并形成稳定且符合要求的火焰形状，使炉膛内的温度分布均匀，减少二噁英、氮氧化物等污染物的生成。
46.本工业锅炉配风器工作过程中的热风分为三部分，一部分称为一次风，经一次风
风门2进入，经内叶片12产生旋转进入炉膛；另一部分称为二次风，经带切向旋流叶片的外叶片11进入，旋转前进，在出口处收缩喷出；第三部分称为三次风，通过与罩壳13的内壁之间形成的夹层直流送入炉膛。工作原理：助燃风进入工业锅炉配风器后，经内旋流器和外旋流器上的旋流叶片旋动后，形成旋转风进入燃烧口，经过内旋流器的一次风使燃料(燃气或油雾)在燃烧前实现较高程度的混合，点火后，经过外旋流器的二次风的强化作用，强化了助燃空气与燃料的混合，使燃烧过程迅速完成。
47.另外，内旋流器的出口处形成负压区，使高温烟气连续回流，保证了燃烧火焰的连续、稳定性。通过改变内旋流器、外旋流器的旋流角度，可有效地改变火焰尺寸。具有该高强度内旋流器和外旋流器的燃烧器，较普通的燃烧器而言，火焰长度可缩短1/3左右，通过调节一次风旋流器和二次风旋流器的轴向相对位置，可根据实际炉膛要求改变火焰的形状。
48.在该实施方式中，为了获得更好的满足炉膛要求的火焰形状，优选地，所述内旋流器上沿其周向方向上等间隔设置有多个斜度为40
°‑
50
°
的缝隙式斜口，所述外旋流器上沿其周向方向上等间隔设置有多个斜度为10
°‑
25
°
的缝隙式斜口。
49.在该实施方式中，为了能够更好的控制一次风、二次风和三次风的风量，优选地，优选地，所述工业锅炉配风器还包括：外筒4，所述工业锅炉配风器从前至后轴向开有一次风风门2和二次风风门3，所述外筒4与所述外轮毂10一体连接，所述一次风风门2设置于所述外筒4上，所述二次风风门3设置于罩壳13上。一次风风门2和二次风风门3均位于风箱内，通过调节一次风风门2和二次风风门3的开口大小即可调整相应的风量，进而调整火焰的形状。
50.在该实施方式中，优选地，所述工业锅炉配风器还包括：助燃风调节装置5，所述助燃风调节装置5为所述外轮毂10外壁与所述罩壳13之间形成的锥形夹层，所述锥形夹层内设置有调整所述助燃风调节装置5轴向位置的操纵机构。操纵机构如设置有推拉杆的推拉轨道7，推拉轨道7连接于外轮毂10的外壁，通过调节助燃风调节装置5的位置来调整二、三次风的分配比例，进而调整火焰形状。
51.在该实施方式中，为进一步提供一种稳焰器6以获得更好的火焰效果，优选地，所述稳焰器6的中心开设有圆孔14以形成点火区域，所述稳焰器6上位于所述圆孔14的周围对心冲压出多个百叶窗型通风孔15，所述百叶窗型通风孔15的方向与所述内叶片12和/或外叶片11的旋流方向相同。
52.在该实施方式中，为进一步提供一种稳焰器6以获得更好的火焰效果，优选地，所述稳焰器6包括：稳焰盘17、固定圈16和多根棒状支架18，所述稳焰盘17通过多根所述棒状支架18与所述固定圈16连接，所述固定圈16紧贴所述内轮毂9的内壁安装于所述内轮毂9上；所述固定圈16的侧壁上设置有多个沿平行于所述中心一次风管1的径向方向的条形槽孔19，并与所述内轮毂9之间位于条形槽孔19的位置通过螺钉连接，以使得所述稳焰盘17的轴向位置可调。
53.在该实施方式中，为保证旋流效果，优选地，所述内叶片12和外叶片11的轴向叶片遮盖度为1.1
‑
1.25。叶片是旋流工业锅炉配风器的核心部件，其主要负责引导气流，使其具有切向方向的分速度而产生旋转。如图5所示的轴向叶片在轮毂上的分布示意图，气流平行于轮毂轴线方向进入工业锅炉配风器，经过相邻两叶片之间的流道改变方向，最终沿着叶片倾斜角β方向流出，β定义为叶片出口切线与轮毂轴线方向的夹角。图5中s
x
为上一叶片曲
线在轮毂端面上投影弧长，s
j
为相邻叶片造轮毂端面的投影弧长，定义轴向叶片遮盖度为:
54.在该实施方式中，根据叶片形状的不同，优选地，所述内叶片12和外叶片11的形状为螺旋扭曲叶片、弯曲叶片或直叶片。其中直叶片形状最为简单，安装角度即为叶片倾斜角，同时也是进口气流方向与叶片的夹角；弯曲叶片一般进口为一直段，与进气方向平行，出口也为直段，方向即叶片安装角，进出口之间为一段圆弧，进出口直段各与圆弧相切，其特点在于从根部到顶部之间的各个截面倾斜角均相同；螺旋扭曲叶片三维结构最复杂，根部的倾斜角比顶部倾斜角小，即叶片顶部扭曲程度大于根部，常用于轴向可动叶片旋流器中。
55.本发明中的双旋流燃烧器的内外两圈旋流器的旋转方向相同，但内外叶片11的倾斜角不同，所述外叶片11倾斜角β
outside
为arctan0.5
°
，内叶片12倾斜角β
inside
为arctan0.8
°
。在控制叶片倾斜角不变的条件下，共设计了直叶片和弯曲叶片两种结构，由于叶片根部间距比顶部小，使得根部气流通道狭窄，气流阻力较大，而顶部气流阻力小，这可能导致上下气流速度不均匀，因此将叶片设计成上下不等宽的结构，根部宽度小于顶部，为保证叶片遮盖度负荷要求，直叶片内圈安装12个，外圈安装24个，弯曲叶片内圈安装15个，外圈安装30个。通过以上对比可以发现弯曲型叶片即使安装数目大于直叶片，其在减小阻力损失和速度均匀性方面仍明显优于后者，因此本最终选用弯曲型结构作为旋流工业锅炉配风器的内外叶片11结构。
56.在该实施方式中，为了便于调节外旋流器的位置，优选地，所述外旋流器上连接有叶轮移动装置。移动装置如推拉式轨道，外旋流器连接在推拉式轨道上，通过推拉手柄推动外旋流器移动位置。
57.本发明中的燃烧器工业锅炉配风器，可有效地强化一次风和二次风的出口旋流强度，提高助燃空气与燃料的混和程度，三次风设计为直流式风，减少总体的流动阻力，有效地提高了燃烧速度，使炉膛内的温度迅速达到最高温度，达到850℃以上，减少燃烧升温过程中炉膛内二噁英的生成。通过增大火焰直径、缩短火焰长度，使该工业锅炉配风器对各种尺寸得炉膛燃烧设备具有了良好的适应，同时使炉膛内的温度分布均匀达到1000℃以上，避免局部低温，避免燃烧过程中二噁英的生成。这种工业锅炉配风器的空气速度沿圆周的分布比较均匀，也可减少氮氧化物的生成。
58.本发明中的工业锅炉配风器，会产生以下有益效果。1、阻力损失较小，工业锅炉配风器速度水平较低；三次风设计为直流式，占比较大，流动阻力较小，燃烧充分；一次风和二次风选取较小的扭曲叶片，阻力系数小。2、混合强烈，燃烧稳定，可以降低过量空气系数运行，火焰分布比较均匀，不会产生局部低温区。3、火焰长度调节灵敏，当二次风比例增大，相应三次风比例缩小时，火焰缩短，燃烧更加强烈，气流扰动加剧。对回流区起主要作用的旋转二次风，使回流区呈短粗的形状，但受到交叉射入的具有一定动量的三次风的压缩和牵制，综合形成了一个短粗的回流区；当三次风增大时，因三次风的动量较大，旋转较弱，使火焰长度拉长，燃烧延后；虽然中心一次风流量较小，速度低，旋流弱，但它能形成火焰根部稳定的回流区，对稳定燃烧起着主要作用。4、调节比大，可实现不同油气燃料10:1以上的调节。5污染物排放低，特别是nox和co，采用三级送风，降低nox排放；燃料与空气混合剧烈，燃
烧充分，未燃烬碳损失。
59.与现有技术相比，本发明由于采用了一次风旋流器和二次风旋流器的结构设计，因而可有效地强化一次风和二次风的出口旋流强度，并提高助燃空气与燃料的混和程度，有效地提高了燃烧速度。通过增大火焰直径、缩短火焰长度，使该工业锅炉配风器对短炉膛燃烧设备具有了良好的适应。使该工业锅炉配风器对短炉膛燃烧设备具有了良好的适应，同时能够使炉膛内温度均匀分布，炉膛内不会出现局部低温区，减少炉膛内二噁英的生成。
60.在本发明中，通过锥形夹层的截面面积即可调节二、三次风的分配比例，从而获得合适的风量。在双旋流工业锅炉配风器中，由于气流做强烈的旋转运动，因此生物柴油和空气混合比较强烈并能在中心产生稳定的回流区，这对稳定着火和燃烧都是有利的，同时这种工业锅炉配风器的空气速度沿圆周分布也比较均匀。
61.生物柴油由于粘度较大，不易被雾化。传统的工业锅炉配风器一次风旋流器的直径较小，且无二次风旋流叶片，故其火焰呈细、长状态。对长度较短的卧式和直径较小的立式炉膛适应性差，不能使炉膛的温度均匀分布，炉膛内会出现局部低温区，而该类炉膛要求的火焰尺寸一般应呈短、粗状态。
62.本发明其目的就在于提供一种燃烧器工业锅炉配风器，可有效地强化一次风和二次风的出口旋流强度，并提高助燃空气与燃料的混和程度，有效地提高了燃烧速度。通过增大火焰直径、缩短火焰长度，使该工业锅炉配风器对短炉膛燃烧设备具有了良好的适应，同时能够使炉膛内温度均匀分布，炉膛内不会出现局部低温区，减少炉膛内二噁英的生成。
63.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
64.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
65.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。