專利名稱：往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐排的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爐排，尤其是能利用爐排的機(jī)械運動，攪動燃料，使燃料表面的灰 渣脫落，同時能利用燃料底面的熱輻射對空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高燃燒效率與燃燒溫度，從而達(dá) 到節(jié)能目的的一種爐排。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的空氣預(yù)熱器是利用煙氣余熱，經(jīng)換熱器對空氣進(jìn)行預(yù)熱，再輸送入爐膛參 與燃燒。該類空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，易積炭，易腐蝕，運行與維護(hù)費用高。并 且預(yù)熱空氣經(jīng)爐排進(jìn)入爐膛時，使?fàn)t排溫度上升，惡化爐排工作環(huán)境，加速爐排的氧化與燒 損。傳統(tǒng)的固定爐排為柵格狀鑄鐵件(即條狀爐排)或有通風(fēng)間隙通道的板狀鑄鐵件 (即板狀爐排)，為防止?fàn)t排受熱后變形或破壞，爐排做得粗而厚，條狀爐排的排條，寬度為 15 35毫米，高30 70毫米，排條間隙為15 25毫米；板狀爐排厚度為25 35毫米， 通風(fēng)間隙寬度為10 25毫米，并鑄有加強(qiáng)肋。使用傳統(tǒng)的固定爐排時，人工撥火勞動強(qiáng)度 大，攪動不均勻，也不徹底，燃料表面及爐排上表面常被灰渣包覆，空氣與固定碳接觸系數(shù) 小，燃燒溫度低。由于燃燒溫度低，揮發(fā)份燃燒速度慢，大量揮發(fā)份未及燃燒，即進(jìn)入對流受 熱面而被冷卻，靠近受熱面的揮發(fā)份被冷卻的程度最大，以炭黑(即煙黑)的形式附著在受 熱面上，降低換熱強(qiáng)度，使排煙溫度上升，造成物理熱損失與化學(xué)未燃損失；另一部分揮發(fā) 份因溫度繼續(xù)降低，未能完全燃燒便從煙道排走，成為可測化學(xué)未燃損失的主要成份；燃燒 溫度低，還使輻射受熱面的換熱強(qiáng)度下降，使鍋爐出力下降。公知的往復(fù)式機(jī)械爐排是利用推桿推動搭在固定爐排片上的可動爐排片，推動燃 料，起到攪動燃料與給煤的作用。爐排片為有通風(fēng)間隙通道的板狀鑄鐵件，厚度為20 35 毫米，通風(fēng)間隙寬度為15 25毫米，其中固定爐排片鑄有高度為40 50毫米的加強(qiáng)肋。 通過爐排的機(jī)械運動，攪動燃料，使其表面的灰渣脫落，既減輕司爐人員的勞動強(qiáng)度，且攪 動均勻，提高空氣與固定碳的接觸系數(shù)，有效地提高了燃燒效率與燃燒溫度。但是，在脫落 燃料表面灰渣的同時，也攪落了爐排上表面的灰渣，使?fàn)t排直接受高溫的燃料底面的強(qiáng)烈 輻射，爐排溫度高，易氧化燒損，壽命短，燃料底面熱輻射損失大，并且落煤嚴(yán)重。水冷式機(jī) 械爐排利用水管內(nèi)的水吸收爐排的熱量，降低了爐排的溫度。但是，為使管內(nèi)的水有效帶走 熱量，爐排做成傾斜狀，使?fàn)t排高度大，占用空間大，并且，該類爐排結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障較多，落 煤嚴(yán)重，同時，因燃料底面的熱量被大量帶走，燃燒溫度提高有限。

發(fā)明內(nèi)容
為克服傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，易積炭，易腐蝕，運行與維護(hù)費用 大的不足，同時，為克服固定爐排燃燒溫度低，以及機(jī)械爐排易燒損，壽命短，熱輻射損失 大，落煤嚴(yán)重，以及水冷式機(jī)械爐排占用空間大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障多，落煤嚴(yán)重，燃燒溫度上 升有限的不足，本發(fā)明提供了一種既可利用爐排的機(jī)械攪動，使燃料表面的灰渣脫落，提高空氣與固定碳接觸系數(shù)，又能將燃料底面輻射給爐排的熱量轉(zhuǎn)換為空氣升溫物理熱，將空 氣預(yù)熱，返回爐膛參與燃燒，從而更有效地提高燃燒效率與燃燒溫度，降低爐排溫度，提高 爐排壽命，減少燃料底面輻射熱損失以及減少落煤損失的往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐 排。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在方形外框或平行邊框內(nèi)，等距豎立安裝一組排條板， 構(gòu)成一個分爐排，各分爐排的外框或邊框外，對稱安裝有支臂，與爐排支架上對應(yīng)的孔或 槽，構(gòu)成一對運動副，各分爐排互不連接，在推桿的作用下，可以作機(jī)械運動，若干個分爐排 組成一個爐排；各分爐排排條板厚度為1 3毫米，高度為60 150毫米，排條板之間的距 離為4 9毫米，排條板間距與排條板高度之比為1 8 1 15，排條板的形狀為波浪 形，排條板與外框或邊框的連接為焊接或機(jī)械連接，排條板上端面構(gòu)成的輪廓面為波浪形、 鋸齒形或者平面，支臂與外框的連接為焊接或機(jī)械連接。排條板用鋼、鎳、銅或其合金制成。 該裝置既是爐排，又是空氣預(yù)熱器。燃燒時，燃料底面的熱輻射為漫發(fā)射，由于排條板間隙減小，高度增大，排條板上 表面間隙截面相對于下表面間隙截面的輻射角系數(shù)減小至0. 04，即只有4%投射在間隙內(nèi) 的熱輻射從爐排間隙散失，96%的熱輻射為排條板吸收，有效地減少了經(jīng)爐排間隙的輻射 熱損失。由于排條板厚度小，其上端面總面積僅為爐排截面的30% 40%，故上端面僅吸 收熱輻射的30% 40%，另外60% 70%的熱輻射為排條板豎直面所吸收，從而降低了爐 排上端面的溫度。在排條板的豎直面上，整個豎直面均得到熱輻射，距發(fā)射源越近，得到的 熱輻射越多，排條板呈上高下低的溫度場，熱量在傳導(dǎo)作用下，自上向下傳遞，使整個排條 板溫差減小，空氣從排條板間隙上升，與排條板進(jìn)行對流換熱，排條板被冷卻，空氣被加熱， 達(dá)到降低爐排溫度與預(yù)熱空氣的目的。由于排條板數(shù)量、高度與有效長度增加較大，使?fàn)t排 的對流換熱面很大，每平方米爐排截面的對流換熱面可達(dá)30 50平方米，故空氣對爐排的 冷卻作用很強(qiáng)，有效地降低爐排溫度與預(yù)熱空氣，在機(jī)械攪動與空氣預(yù)熱的雙重作用下，燃 燒效率與燃燒溫度得到顯著的提高。下面從數(shù)值上分析本發(fā)明提供的爐排對比現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械爐排的有益效果。一、現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械爐排數(shù)值分析以1平方米爐排截面為例，已知爐排上表面面積為0. 7平方米，間隙截面面積為 0. 3平方米，爐排下表面面積為0. 7平方米，爐排間隙豎立面面積為1. 2平方米，爐排平均厚 度為30毫米，爐排材質(zhì)為鑄鐵，灰炕表面溫度為400°C，表面積為1. 5平方米，空氣平均溫度 為35°C，查得爐排上表面間隙截面相對于下表面間隙截面的輻射角系數(shù)為0. 25，爐排豎立 面相對爐排下表面間隙截面的輻射角系數(shù)為0. 16，爐排熱導(dǎo)率為20w/(m. K) (600 800°C 時)，空氣對流傳熱系數(shù)取經(jīng)驗值20w/ (m2. K)。設(shè)爐排上表面溫度為X，下表面溫度為y，處于熱平衡狀態(tài)時。當(dāng)燃料底面溫度為900°C時，燃料底面對爐排上表面的輻射傳熱量Qi有Q1=Q.9X5.67X[(900 + 273/100)4－(x+273/100) 4 ]X0.7 燃料底面對爐排間隙豎立面的輻射傳熱量Q2有Q2=0.9X5. 67X[(900 + 273/100)4－(x+y/2+273/100)4 ]X0.3X(l-0.25)
燃料底面經(jīng)爐排間隙的輻射散熱量Q3有
Q3=0.9X5.67X[(90Q + 273)-- (l^Zl) * ]X 0.3X0. 25:6. 46 kj/s
100 100爐排上表面至下表面的傳導(dǎo)傳熱量Q4有 、 20
X0. 7X (x - y)
0.03 爐排下表面對灰炕的輻射傳熱量Q5有
爐排間隙豎立面對灰炕表面的輻射傳熱量Q6有 f±Z + 273
Q6=0.9X5. 67X[(^-)4- ( 400 + 273 > 4 ]xi.2X0. 16
v 100 100爐排下表面與空氣的對流傳熱量Q7有Q7 = 0. 7X20X (y-35)爐排間隙側(cè)面與空氣的對流傳熱量Q8有Q8=1.2X20X (^±^-35)灰炕表面與空氣對流傳熱量Q9有Q9 = 1. 5X20X (400-35) = 10. 95kj(注因空氣對熱輻射吸收比接近于零，忽略不計。以上數(shù)據(jù)與計算式參看高等教 育出版社《傳熱學(xué)》第二版)上述各式中，有關(guān)系式Q^Qs = Q5+Q6+Q7+Q8^ Q4燃料底面熱輻射損失量Q。= Qi+Q^Qs-Qz-Qg-Qg = Q3+Q5+Q6用試算法求得x = 710°C, y = 637°C，燃料底面熱輻射散熱量為29. 5kj/s,當(dāng)燃 料底面溫度為1000°c時，求得X = 806 y = 711°C，燃料底面熱輻射散熱量為44. 5kj/ s。由于鑄鐵表面的氧化膜容易剝落，不具保護(hù)作用，在高于560°C時，氧離子通過金屬基體 中的孔穴擴(kuò)散并對內(nèi)層進(jìn)行氧化，氧化速度急劇上升，使鑄鐵易燒損，尤其在723°C以上時， 由于反復(fù)加熱與冷卻，因固態(tài)相變反復(fù)變化引起的應(yīng)力變化以及金屬基體內(nèi)部產(chǎn)生生長現(xiàn) 象而使鑄鐵容易產(chǎn)生破壞，并使氧化加速，故爐排極易燒損(參看機(jī)械工業(yè)出版社《鑄造手 冊》第一卷第十章《鑄鐵的高溫氧化》以及江蘇科學(xué)技術(shù)出版社《鍋爐工技能快速入門》第 31 32頁《鍋爐用鋼材的高溫氧化》)。如每平方米爐排釋熱量為750kj/s，則燃料底面輻 射散熱量損失占鍋爐總發(fā)熱量的4% 6%。二、本發(fā)明提供的爐排的數(shù)值分析以一平方米爐排截面為例，已知爐排上表面與下表面面積為0. 3平方米，爐排間隙 截面面積為0. 7平方米，爐排對流換熱面面積為40平方米，灰炕表面面積為1. 5平方米，溫 度為100°C，空氣平均溫度為140°C，對流傳熱系數(shù)取經(jīng)驗值20W/(m2. k)，材質(zhì)為碳鋼，排條 板厚度為2毫米，高度為100毫米，排條板有效長度為1. 4米，間距為5毫米，查得排條板熱
5導(dǎo)率為40W/m. k(400 500°C時)，爐排上表面間隙截面相對于下表面間隙截面的輻射角系 數(shù)為0. 02，爐排間隙豎立面相對于下表面間隙截面的輻射角系數(shù)為0. 022。從其輻射角系 數(shù)特性分析，約90%輻射熱量落在排條板頂端至其下20毫米范圍內(nèi)，由于排條板在其范圍 內(nèi)的內(nèi)部傳導(dǎo)熱阻為0. 02/40 = 0. 0005，可忽略不計，其范圍內(nèi)溫度仍視為等同上表面溫 度。分析排條板表面散熱量時，可將其視為有端部熱源的肋片，即其端部熱源的熱量全部通 過端部截面并在肋片表面散熱，為精確計，端面取排條板上表面以下20/2 = 10毫米處，溫
度為 x，排條板表面散熱量q=入 Am e 0th (raHc) X+40 X 20 X X ( x -140).(其中入為熱導(dǎo)率=40/m.k，A為面積，H。為修正高度=(0. 1-0. 01)+0. 002/2,
n 兒、斗八、口命, \hP \20x2x (1.4 + 0.002) N
9 0 為過余溫度=X-14。，m=)XT) 40XL4X 0.002 )[注h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，數(shù)值等于對流傳熱系數(shù)與輻射傳熱系數(shù)之和，由于排條 下端面面積小、溫度低，尤其與灰炕表面的溫差小，其輻射傳熱量很小，并且排條板豎立面 相對其下表面間隙截面輻射角系數(shù)很小，其輻射傳熱量很小，可忽略不計，且忽略后對數(shù)值 的影響很小，故仍取系數(shù)為20/(m2. k)。]
q=40 X 1.4X0. 002 X 22. 3766 X ( x -140) X th(22. 3766 X 0. 091) X---+80 X
0.005 + 0.002(x-140) =426. 0317X (x-140)設(shè)爐排上表面溫度為x，下表面溫度為y，當(dāng)燃料底面溫度為1000°C時，燃料底面 對爐排上表面的輻射傳熱量Wi，有W, =0.9X5. 67X0. 3X[ (1000 + 273 x + 273 )4]
100 100燃料底面對爐排間隙豎立面的輻射傳熱量W2，有 燃料底面經(jīng)爐排間隙對灰炕表面的輻射傳熱量W3，有
100
空氣對爐排的對流傳熱量W4，有
W4=40X20X (^±Z_14O) 2
爐排間隙豎立面對灰坑輻射傳熱量W5，有
爐排下表面對灰坑的輻射傳熱量W6，有 灰炕表面與空氣的對流傳熱量W7有 (注空氣與灰炕表面換熱升溫小，故空氣平均溫度取30°C。)上述各中式中，爐排表面散熱量q = ff4+ff5+ff6 = ff1+ff2燃料底面輻射熱損失％ = ff3+ff5+ff6-ff7解得x = 422°C，y = 155°C(以上計算式及有關(guān)數(shù)據(jù)參看高等教育出版社《傳熱學(xué)》第二版)可見，本發(fā)明提供的爐排在燃料底面溫度為1000°C時，最高溫度為422°C，遠(yuǎn)低于 現(xiàn)有技術(shù)的爐排，且燃燒底面輻射熱損失減少至3. 8kj/s,占總發(fā)熱量的0. 5%，提高能效 4 5個百分點，同時，通過對流換熱，空氣吸收熱量達(dá)118kj/s，可將空氣升溫至(空氣超 量值為150%時)260 290°C。由于爐排溫度遠(yuǎn)低于560°C，氧化速度很低，同時，爐排上端面的氧化與磨損，并不 影響爐排的使用，即使?fàn)t排上端面氧化與磨損掉30毫米的厚度，爐排仍可繼續(xù)工作，壽命 可增加3 4倍。機(jī)械未燃損失是現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械爐排層燃鍋爐的一項主要熱損失，其主要原因是 底層燃料部分被粗大的爐排阻擋，燃料與空氣接觸面小，燃燒不充分，且爐排間隙大，煤粒 易掉落，其機(jī)械未燃損失達(dá)8% 15%。本發(fā)明提供的爐排因爐排的排條板厚度小，燃料底 面與空氣接觸基本不受爐排的阻擋，燃料與空氣接觸充分、且空氣溫度高，燃料底面燃燒溫 度高，同時排條板間隙小，有效地防止煤粒的下落，燃料燒透率達(dá)98%以上，鍋爐的機(jī)械未 燃損失下降至1 %以內(nèi)，可提高能效7 10個百分點。(參看江蘇科學(xué)技術(shù)出版社《鍋爐工 技能快速入門》第129頁和157 158頁《鍋爐熱效率與傳熱》)由于燃燒溫度顯著提高，揮發(fā)份與氧氣的熱擴(kuò)散速度顯著加快，燃燒速度有較大 提高，揮發(fā)份可在爐膛內(nèi)基本燃燒完全，煙黑附著對流受熱面的現(xiàn)象大大減少，排煙溫度 有所下降，發(fā)熱煙氣焓上升，排煙焓下降，故能效上升。如現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)械爐排煙氣初始 溫度為1100°C，排煙溫度為280°C，本發(fā)明提供的爐排煙氣初始溫度為1200°C，排煙溫度 為 250°C,(煙氣比熱容在 1200°C、1100°C、280°C、25(rC時分別為 1. 34kj/kg K、l. 323kj/ kg K 和 1. 122kj/kg K)。能效提高為(二-二二) X100%=4.14%(即提高 4 個百分點)
1100 x 1.323 1200x1.34由于燃燒溫度提高，使煙氣溫度上升，增大輻射受熱面的換熱強(qiáng)度。如原煙氣溫度
為1100°C，煙氣發(fā)射率為0. 235，吸收比為0. 25，輻射受熱面溫度為400°C計，設(shè)本發(fā)明提供
的爐排，煙氣溫度增加至1200°C，煙氣發(fā)射率為0. 243，吸收比為0. 26，輻射受熱面溫度為
450°C，換熱強(qiáng)度增加率為 即鍋爐出力可提高36.9%。本發(fā)明的有益效果是提高鍋爐能效15 % 20 %，提高爐排壽命3 4倍，提高鍋 爐出力25% 35%，工作穩(wěn)定可靠。


圖1是分爐排的俯視圖，圖2是圖1的左上角局部放大圖，圖3是圖1的A-A面剖 視圖的放大圖，圖5是縮小比例的整圖(俯視圖)，圖6是圖5的正視圖，圖7是圖5的B-B 面剖視圖的局部放大圖(實施例1)，圖4是圖5B-B面剖視圖的局部放大圖(實施例2)。圖中，1、分爐排外框或邊框，2、支臂，3、排條板，4、爐排支架，5、梯形擋條，6、圓孔， 7、滑塊，8、頂桿，9、楔塊。
具體實施例方式實施例1 在圖1中，方形外框或邊框1內(nèi)，等距豎立安裝波浪形排條板3，邊框1 外對稱安裝支臂2，構(gòu)成一個分爐排；在圖5中，各分爐排上的支臂2與爐排支架4上的對 應(yīng)的圓孔6構(gòu)成一對旋轉(zhuǎn)運動副，在推桿的作用下，可作局部旋轉(zhuǎn)運動，使排條板上端面作 往復(fù)半弧運動，從而攪動燃料，若干個分爐排組成一個爐排。實施例2 分爐排結(jié)構(gòu)不變。在圖4中，爐排支架4上的圓孔6是開在梯形滑塊7 上的，梯形滑塊7與垂直的一對梯形擋條5構(gòu)成的槽組成一對滑動運動副，滑塊7可在頂桿 8的作用下作上下運動，當(dāng)楔塊9前推至相應(yīng)位置時，由于楔塊9斜面作用，推動頂桿8向上 運動至上止點，使對應(yīng)的分爐排上升至上止點，而相鄰的分爐排由于無楔塊9的支撐，在自 身的重力或彈簧力的作用下下落至下止點，這樣，相鄰的分爐排形成一定的高度差，這時， 推桿推動下位分爐排下部向前運動，使其上端面向后運動，同時其上端面的外框推動上位 分爐排下部外框向后運動，使上位分爐排上端面向前運動，反之亦然。推桿停止動作，使相 鄰的分爐排處于豎直位置，楔塊9向后運動至相應(yīng)位置，上位分爐排下落至下止點，而下位 分爐排上升至上止點，這時，推桿動作，使各分爐排作往復(fù)運動。當(dāng)攪動完畢后，楔塊9推至 相應(yīng)位置，上位分爐排下落至中點，下位分爐排上升至中點，各分爐排在同一水平線上，以 防止分爐排的外框過熱燒損。由于相鄰分爐排之間有高度差，且其上端面為鋸齒狀，當(dāng)上位 分爐排的上端面向前運動時，下位分爐排的上端面向后運動，部分燃料被推至下位分爐排 上面，當(dāng)下位分爐排上升并運動時，又將其上面的部分燃料推至前面的下位分爐排的上面。 攪動作用較強(qiáng)，并起到給煤作用。
權(quán)利要求
一種往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐排，在爐排支架上，安裝一組可作往復(fù)運動的分爐排，其特征是各分爐排的邊框外，對稱安裝有支臂，支臂與爐排支架上對應(yīng)的裝置構(gòu)成一對或兩對運動副，可作機(jī)械運動；各分爐排的外框或邊框內(nèi)，等距豎立安裝一組排條板，排條板高度為60～150毫米，厚度為1～3毫米，排條板之間的間距為4～9毫米，排條板間距與高度之比為1∶8～1∶15，排條板的形狀為波浪形，排條板上端面的輪廓面為波浪形、鋸齒形或平面狀，排條板用鋼、鎳、銅或其合金制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐排，其特征是各分爐排的邊 框外的支臂與爐排支架上對應(yīng)的圓孔構(gòu)成一對運動副，可作局部旋轉(zhuǎn)運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐排，其特征是各分爐排的邊 框外的支臂與爐排支架上對應(yīng)的圓孔構(gòu)成一對運動副，同時該圓孔是開在滑塊上的，而滑 塊與爐排支架上豎立設(shè)置的槽構(gòu)成一對運動副，可同時作局部旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運動。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種往復(fù)式熱輻射空氣預(yù)熱節(jié)能爐排，利用爐排的機(jī)械運動，攪動燃料，使燃料表面的灰渣脫落，提高空氣與固定碳的接觸系數(shù)，同時利用高溫的燃料底面輻射給爐排波浪形排條板上的熱量通過對流換熱將空氣預(yù)熱，在機(jī)械攪動與空氣預(yù)熱的雙重作用下，顯著地提高了燃燒效率與燃燒溫度，降低爐排的溫度，解決了機(jī)械爐排易燒損、落煤嚴(yán)重的問題，并提高鍋爐能效15～20個百分點，提高鍋爐出力25％～35％，提高爐排壽命3～4倍，工作穩(wěn)定可靠。
文檔編號F23L15/00GK101893249SQ20101014749
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者李光, 梁銀梅 申請人:梁銀梅;李光