专利及获奖证书

未来节能环保锅炉的发展方向 ：

——简述排烟回流和离心分离燃烧技术在燃煤锅炉中应用

北京清燃环保科技有限责任公司  李树藩

一、将清洁燃烧技术转向燃煤

随着我国经济发展，人民生活提高，能源消费的日益增加，  目前我国高能耗，高排污的能源消费的严酷现实使城市大气质量恶化，各大城市应对燃煤锅炉严重的排烟污染而推行“煤改气工程”，使中低层城市居民和，中小型企业付出了难以承受的高额燃气费用，由于我国天燃气短缺，继续大量取消燃煤，必然要进——步推行：煤改油”，又需多进口大量石油，必然要付出更高的经济代价，若不推行“煤改气或煤改油”，根据我国现有燃煤锅炉严重污染的技术状况，将导致城市大气质量日趋恶化，这是我国当前经济发展中，特别是人中城市发展日益尖锐难以克服的矛盾。我国是自有煤炭资源丰富的燃煤大国，实现煤炭节能清洁燃烧，对我国经济司持续发展至关重要，排烟回流燃烧技术早在十多年前是在燃气炉中研制成功的(有专利可证实)，我们未投入“身在燃煤大国而迎合煤改气”中研发燃气锅炉获利的大潮，毅然转向不被重视，费大力而无大利的煤炭节能清洁燃烧技术研发，用诚实的科学伺出，换取了煤炭节能清洁燃烧具有开创性的技术成果。

二、创新概要

A排烟回流燃烧技术

排烟回流燃烧技术在燃煤锅炉中应用，是在创新结构的燃煤锅炉的封顶和四周封闭的燃煤层上部火焰燃烧室边缘具有冷热面的向下“排烟分离凶流烟道”内形成的冷热温度场中由排炯对流平衡，使烟中较轻热容量大的“末完全燃燃烧燃物”沿热炉壁汇合该烟道下门上升的空气，在燃煤炉膛燃烧热动力作用卜，通过该“烟道”内的燃煤层下部炉壁所开“回流孔”，穿过炉膛燃煤氧化层，回流循环燃烧而使可燃物不排出炉外：同时，在该“烟道”的水套冷面被冷凝排烟中较重的不可燃的惰性质不断下排，见图1。

图1排烟回流燃煤锅炉原理图

      B离心分离燃烧技术

离心分离燃烧技术是在封顶和四周封闭的火焰燃烧室建立旋转燃烧火焰，旋转离心分离燃烧产生较重的“不可燃的惰性质”，以旋转切线速度冲刷炉膛受热面，被迅速冷却及时从切线边缘的向下排烟道，不断下排，同时将轻而热容量大的可燃物，被离心分离在旋转火焰的低速低压旋涡中心区与供风旋转混合燃烧，从而达到较轻的司燃物不排除旋转火焰，而在火焰中心区燃尽，见图2。

 

图2离心分离锅炉原理国

排烟回流和离心分离燃烧技术在最难采用清洁燃烧的小型燃煤锅炉中应用，能全过程消除燃煤锅炉的“可见排烟”，经北京市环境保护监测中心检测，离心分离尤烟锅炉折算烟尘排放浓度为33mg／m3显著低于现行北京50 mg／m3要求锅炉排放标准，折算二氧化硫S02排放浓度111mg／m3低于北京现行对锅炉排放小于150mg／m3的标准，经北京节能环保服务小心检测，排烟回流无烟锅炉，折算氮氧化物NOx排放浓度为66mg／m3远远低于北京肘锅炉氮氧化物NO。小于300 mg／m3的要求排放标准(由于采用国家规定标准按常规锅炉方法检测，尚未达到本锅炉创新运行的实际应用指标)。

三、攻难关与跨越式进步

l、锅炉可视为密封容器中燃烧

从图1和图2实现排烟回流和离心分离燃烧技术的创新结构展示。

锅炉运行可视为在上封顶和四周封闭的密封容器十燃烧，创新是其下开口采用输入燃料和空气及输出较纯净的不可燃的惰性质的特殊‘动态’密封，实现可燃物的基本不排山锅炉。锅炉取消烟筒，是业内学术界难以接受的敏感话题，就上述排烟回流和离心分离技术在燃烧受热，司燃物与惰性质分离过程，必须维持锅炉内压力平衡，烟筒吸力受“热输出”及环境大气影响而变化，是影响木锅炉下衡燃烧不稳定因素，其二取消烟筒关键条件是：排烟回流和离心分离燃烧技术已将锅炉排放污染减小到锅炉无炯筒排放对低空地面的污染使人能够承受的地步。

2、可燃物不排出锅炉

在封顶和四周封闭的排烟回流锅炉下开口的水套下部低点入冷水(自来水)，在其上顶高点排热水，并在此入，排水及锅炉燃烧排烟和环境大气能对流平衡的条件下，上述水套内壁受热面上就形成自上而下水平递减的等温线(见图3)。

 

图3排烟回流受热面等温线分布围

显而易见，在上顶和四周封闭的排烟回流锅炉的内壁受热面上，锅炉排烟被冷却密度增大，体积缩小沿炉壁面下沉，又受不断从上向下补充排烟流推动加速，在受热而逐渐冷凝成重炳，紧贴受热而下排，消除了受热面冷气滞留，使受热面换热效率空前提高，从图]的受热而上，自上而    下水平递减的温度场内，重烟(冷烟)下沉排放，必须使排烟被冷却到水套下口的受热画最低冷却温度(密度)时，才能从排烟回流锅炉的下口排出，从而消除丁锅炉向上排烟，热烟穿膛而过的短路排放，排烟热损失难以消除的弊病。在上述自上而下水平递减的等温线受热面覆罩的排烟回流锅炉内，排烟中末完全燃烧可燃物，如较轻的一氧化炭CO、氧H2、硫S及可燃炭氢化合物CHx不可能“轻气下流”而上浮在封顶和叫周封闭的锅炉内，这就为锅炉分离出排烟中可燃物回流补充供氧，将可燃物燃尽提供了可靠屏障。

排烟回流燃烧技术率先解决燃煤锅炉在割火压火期间，由缺氧燃烧而产生——氧化炭汇合空气回流微循环燃烧而刁；排出炉外，同时已成功投入市场燃优质无烟煤的排烟回流无烟锅炉，能达到优于现有常规燃油锅炉的环保排放指标。

3、实现锅炉低温排放

排烟回流和离心分离燃烧技术的基本原理是建立在分离出燃烧产物中的重质部  分即不可燃物向上排出，从原理上排出燃烧产物温度低，密度大，比重大而有利于下排，因此适用锅炉排烟温度无限低的范围。

4、旋转火焰离心消烟受热除尘

离心分离技术应用分离固体和液体早己被人类成功利用，用旋转燃烧火焰离心分离可燃物与不可燃的惰性质是一个未曾探索的奥秘(见查新报告)，在人类征服锅炉烟尘危害的进程中，在锅炉燃烧室内，旋转供风主要用于搅动烟尘与空气混合有利于完全燃烧，其末取得开创性突破重要原因是没有摆脱燃烧室小烟筒的向上吸和引风送风造成燃烧产物形成的全部穿膛而过的排烟受热方式，因可燃物较轻，其热容量大而不易被冷却收缩(相比隋性质)及易飘浮移动，用—亡述传统的烟筒上吸和引风送风排烟受热方式，只能使“司燃物轻者先排”造成难以消除的可燃能源浪费和严重的大气污染，离心分离燃烧技术应用成功的关键在于采用旋转燃烧火焰切线边缘所开"向下排烟道”和采用防止旋转火焰直接钻入向下排道口装“导流装置”，使旋转燃烧火焰离心分离在切线边缘较重的惰性质以质量最重和最高的切线速度冲刷炉膛受热面被迅速冷却及时下排，创造了火焰消尘受热的最佳条件。

5、锅炉结构简化到接近极限

    由于燃烧排烟受热方式的根本变革，使排烟回流和离心分离无烟锅炉突出创新是在不增加任何复杂结构和无需使用任何新材料，而是采用常规锅炉的主要部什进行简化科学重组，用于受热的水管，烟火管和吸热片等复杂结构在此锅炉炉膛中必然阻挡换热火焰和气流的流速，将该锅炉主体已成功简化到山—个封顶的锅筒和一个半园孤水套组成，正在小批量生产的离心分离无烟锅炉L—1—40输出40.46KW,高度800mm，烟筒高为2米。<见监测报告)。山于采用旋转燃烧火焰直接冲刷炉膛受热面，被迅速冷却下排，将常规锅炉的炉膛幅射受热与强火焰高速环流(近似对流受热但比对流受热强度大得多)冲刷受热为一体，提高丁受热面的受热效率，同样热输出，锅力：，高度，缩小了一半，体积至少减少了1／3，山于结构简化，使锅炉在可靠、成熟和运行稳定性，都优于常规锅炉，并使制造成本至少降低1／3以上。

6、优势丌朴实现燃煤锅炉运行全过程无烟清洁燃烧。

燃煤锅炉在运行中为减少热输出或保存火源，必然要进行压火、封火，利用排烟回流锅炉能解决在封火压火期间缺氧燃烧产生大量—氧化碳，在炉内回流微循环燃烧而很少排出炉外，有效实现封火压火运行期间燃煤锅炉的节能清洁燃烧，当锅炉在额定输出运行状态时，加快燃料供给，人量挥发分生成，必须采用离心分离锅炉运行方式，加大炉膛旋转供风的大燃烧量用快速离心分离排出惰性质实现大功率输出的无烟运行。因此只有用排烟回流和离心分离两种燃烧技术优势互补整合才能实现燃煤锅炉在压火封火期间和额定正常运行全过程实现尤烟清洁节能燃烧。

四、艰难的历程蕴育光明前景

旋转火焰离心分离燃烧技术，能直接从“旋转火焰”，中分离心不可燃的惰性质，达到快捷纯净迅速被冷却及时下排，少占锅炉燃烧室空司，并能适用各种普通其他固体燃料，除脱硫外，不需加入任何添加剂。都能使燃煤锅炉达到“无可见排烟”；其上述检测主要环保排放指标已接近燃煤锅炉排放的“最佳极限值”。

对排烟回流和离心分离燃烧技术的研究，目前还处于十分浮浅的阶段，在推广中配套技术的研究应用和理论探索，将步入更加艰难的历程．但已在排烟污染最严重的燃煤锅炉中应用，能实现“锅炉在密封中燃烧”，基本消除了燃煤锅炉的可燃排放污染。有效解决现有燃烧技术难以解决和不能解决的“锅炉低温排放”，“旋转火焰离心除尘”，“火焰旋转冲刷受热”以及“锅炉结构简化”等重大燃烧技术难题，已初步、显示出令人难以置信的效果;为征服“长期困惑人类严重危害生存环境的燃烧排烟污染”带来了空前光明和希望充分展示出未来节能环保锅炉的发展方向。世界环保燃烧技术跟着我们离心分离燃烧技术走将被时间和未来历史所证实。