CN1008767B - 一种水管锅炉 - Google Patents

Abstract

一种水管锅炉，其壳体内装有许多弯管，形成上升炽热气体依次通过的纵向重迭的气室。弯管底端与一带套筒的圆柱形燃烧室的套筒内部相连(套筒供有冷水)。上端与蒸气集管相连。集管及套筒燃烧室突出于壳体之外的部分带有一位于壳体外部的下水管，与套筒顶部及集管最下部相连。气室内可容有成一定角度设置的挡板。锅炉内设有烧气或烧油的燃烧器，或者可以不用在燃烧室内燃烧燃料的办法。用废热如来自涡轮机的废气供应燃烧室。

Description

本申请涉及水管锅炉的改进，其中有两组水管，呈弯曲状，借以提供多个重迭的气室，燃烧气体由下而上依次流经这些气室。

美国专利4，355，602号介绍了一种上述类型的简单锅炉，结构比较简单，制造和操作费用不高。那种锅炉的壳体内有带出气口的顶壁，底壁，左右两侧壁以及前、后壁;此外还有一上集管，一下集管（实际上平行于顶壁、底壁和侧壁）及两组管子。每组管子由多根管构成，一组与上、下集管的左侧相连，另一组与上、下集管的右侧相连。每组管子由下集管沿其相应侧壁向上伸展，横越壳体到达与其相对的侧壁，贴近该壁顺壁而上，再次横越壳体返回各自的侧壁，顺壁而上，最后与上集管相连。一组管子的水平段在垂直方向上同另一组管子的水平段有所偏移，借以形成多个重迭气室。各组内每根管子的弯度有所不同，以便形成从每个气室通往上部和下部气室的通路，气室之间的通路有所偏移，目的是让流经这些气室的气体从前往后横向穿过一气室，然后又从后往前穿过下一气室。此外，还有引水入下集管及从上集管抽水和/或蒸汽的设施，以及将炽热气体引入重迭气室最底部的设施。炽热气体依次由下而上地流经各气室，流动中的气体依次并交替地从前往后，而后又从后往前，直至通过顶壁的出气口由最上面的气室排出为止，与此同时流经集管和水管的水被炽热气体加热。最好至少在一个气室处至少有一个挡板，从顶部到底部，从一侧到另一侧延伸，但在另一侧前留有一段距离，借以使从前往后横穿该室的炽热气体受到一个附加力，从而绕过上述挡板从侧面流 过。

本发明的一个目的是通过在结构上简单的改进提高这种锅炉的工作效率。

在本发明中用一套筒燃烧室代替下集管，实现了这样和那样一些目标和效益。水管与套筒外层相连，以使液体流经圆管与套筒之间。带套筒的圆管起燃料燃烧器的燃烧室的作用，或作为来自外部源如燃气轮机的炽热气体的进气道。

靠近套筒燃烧室的末端，有一个或一个以上的开口，用来将套筒燃烧室产生的炽热气体引入上面的第一个气室。开口的有效断面是可变的，以便调节燃烧室入口处的背压。断面的变化可借助于蝶形节气门或类似的装置。

由于燃烧室是水冷的，只需用无衬的金属材料来制造，而这类燃烧室通常要有耐火材料作衬里。这样就免去了昂贵的耐火材料以及由此给系统带来的体积增大和重量提高;在其他情况下，壳体会提出这样的要求。

装水管完全不会与套筒燃烧室内的燃烧火焰接触。水管及其焊缝避免了辐射热，从而降低了系统的应力，延长了它的寿命。

燃烧室上部气体流经的气室数最少有四个，最好是六或八个，气室自下而上容积依次缩小，以适应炽热气体冷却时体积缩小的需要，以此保持气体高速流动和形成湍流，有利于热交换。

集管及套筒燃烧室突出于壳体之外，有助于利用壳体外的下水管将集管与套筒外层相连，借此可使锅炉工作时上集管内只有薄薄一层水，因而加快了水的循环及其加热，并使从上集管排出的蒸汽相当干燥。

根据本发明的另一方面，可以在一个或一个以上的气室内设置一块或数块挡板，以使炽热气体在此气室内盘旋流动，挡板保持一定角度是有帮助的，可使气体以小于90度的角度冲击挡板，从而折向其前进方向，这样可避免过热点。

这种新颖的锅炉如配合使用特定结构的燃料燃烧器，如加拿大埃索石油公司出售的、型号为Mectron    3M    Type    214T的燃烧器，运行状况特征好。这种燃烧器与套筒燃烧室相连时，大部分在锅炉壳体外部，这是一种烧油燃烧器，有一供气喷嘴，气体通过文杜里喉管进入，可确保接近完全燃烧，文杜里喉管的作用是让经过喷嘴的气体再循环以保证完全燃烧。也可使用烧气的燃烧器，在套筒燃烧室内产生气体，燃气轮机的废气也可作炽热气源。

现参照附图进一步介绍本发明，其中：

图1是根据本发明绘制的锅炉透视图，壳体局部断开;

图2是经过图1中心的纵断面图，示出套筒燃烧室、集管及连接管;

图3是套管燃烧室和燃烧器的平面图;

图4是图3中的4-4线的断面图;

图5是一种燃烧器的示意图。

现在更具体地参看附图，在图1至图3中，所示壳体10有顶壁12，底壁14，左侧壁16，右侧壁18，前壁20和后壁22。集管24和套筒燃烧室26突出于前壁20和后壁22之外。在壳体外的进口28处有向套筒燃烧室内部引入冷水的设施，在出口30处有排除集管蒸汽的设施。

位于壳体前壁和后壁外部的一对下水管32将集管最下部与套筒内的顶部相连，使集管内的水能迅速往下流，以便再加热和加快循环。 这也可使集管内保持薄薄一层水，从而加快蒸汽发生，并使从集管24排出的蒸汽相当干燥。

多根管子36，图中为23根，从集管24的左侧延伸至套筒燃烧室26的左侧，同样数量的管子38，从集管24的右侧延伸至套筒燃烧室26的右侧。除每组最初和最末的几根管子外（原因以后再介绍），其余的管子36的弯度大体与管子38相同。

每根管子有一段是垂直的，管子38有两段是水平的，即一段向锅炉左侧延伸，或确切地说，向管子36方向延伸，然后有一段是返回的。管子38的弯曲部份同管子36的不完全一样，而是互补的，结果二者一起形成了一系列在纵向上互相重迭的气室：40a、40b，40c，40d和40e，其容积由下而上可任意缩小，以适应炽热气体冷却时体积缩小的需要，借以保持气体高速流动和形成湍流，有利于热交换。

套筒燃烧室上部有五个、七个或九个气室是有好处的。气室40a内的燃烧气体由后往前作横向水平流动，经过空隙向上进入气室40b。管子的弯曲部位也促使气体依次横向经过相邻的气室，直到最高的气室40e，在那里经顶壁12内的开口43排出。

气流通过套筒燃烧室内的开口42从40a流至40b，如图4所示。开口42内有蝶形节气门44，其角度可借助于能在壳体外部操纵的控制杆（图中未示出）使之绕轴46旋转而加以调整。使用这种方式，可以调整每个开口42的有效截面，以保持套筒燃烧室入口处的预定背压。

为了改善热交换，除目前所限定的盘旋气流外，还可以使用更复杂的气流。为此可提供外形如图1所示的矩形挡板48，它由靠近的 一面侧壁伸向另一面侧壁，但与后者保持一段距离。其高度与整个气室高度相等，挡板与相邻管子之间形成的凹陷紧密配合。挡板可通过简单的滑动插入，并可以移动，或轻轻放入它们的气室，既可人工操作，亦可自动操作（图中未示出）。

如果在一给定的气室内有一个以上挡板48时，则它们必须交替地从相对的一侧伸出。这样，当燃烧气体在气室40b内由后往前移动时，气流必须从一侧到另一侧地绕过挡板。

从图1和2中可看到，各水管与集管的连接不成一直线，而是参差不齐的，然而，所有水管都在一集管的水平中心线处或中心线以下与集管相连，并且每根管子从套筒燃烧室26至集管24之间只有上升段和水平段，但无下降段，以此避免截留气体。

挡板还有进一步的作用，即尽管由于蒸汽需要量波动带来燃料供应速度的变化，但均能保持燃料的有效利用。具体来说，它可以控制锅炉排出的炽热气体的含氧量，而在其他情况下，它将随进料和需求的变化而变化。可以调节挡板的位置，使含氧量大体保持稳定，例如随着需要降低，含氧量将上升;此时应调整挡板位置，使其挡住更多的气体，借以将含氧量恢复到预定值。

与图3所示烧油或烧气的燃烧器60配合使用时，锅炉工作情况特别良好。

图5为这种燃烧器的示意图，有喷咀及文杜里通道，文杜里通道用于使通过喷嘴的气体再循环以实现完全燃烧。

人们将会理解，上述描述及示例是说明性的，本发明并非局限于此，在本发明的本质及范围内的其他实施例将会向那些技术熟练的人们自行展示出来。

Claims (13)

1、一种锅炉，由如下部件组成：壳体(10)，包括带出气口的顶壁(12)、底壁(14)、左壁(16)、右壁(18)、前壁(20)、后壁(22)，壳体内有实际上与顶壁、底壁和侧壁平行的上、下集管(24)、(26)以及两组管子(36)、(38)，每组含有多根管子，一组与上下集管的左侧相连，另一组与上下集管的右侧相连，每组管子从下集管(26)沿其相应的侧壁往上延伸，横越壳体到达相对的侧壁，贴近后者沿壁而上，再次横越壳体到达相应侧壁，沿壁而上，最后与上集管(24)相连，一组管子(36)的水平段在纵向上与另一组管(38)的水平段存在着偏移，以便在下集管(26)上方形成多个重迭气室(40a-e)，两组管子中的单管弯度各不相同，以便形成每一气室通往上、下气室的通道，气室之间的通道口是偏置的，借以要求气体通过气室时先从前往后穿过一气室，然后又从后往前穿过下一个气室，还有将水引入锅炉、将蒸汽从集管(24)引出的设施，以及将炽热气体引入重迭气室的最下一个的设施，炽热气体依次经过各气室而上升时，依次和交替地从前往后，然后是从后往前，直至经过顶壁的出气口从最上层的气室中排出，流经管子的水被炽热气体加热，至少有一个气室内有至少一块挡板(48)，挡板从气室底部至顶部，从气室一侧向另一侧延伸，但在另一侧之前留有一定距离，以便使炽热气体从前往后流过该气室时受到一个附加力，使之绕过上述挡板从一侧流动，本发明的改进的特征在于，所述下集管实际上是一套筒燃烧室(26)，它靠近壳体底部，与上集管(24)平行，两组管(36)(38)的下端与套筒燃烧室相通，套筒燃烧室至少有一个供炽热气体通入下一个气室的开口(42)；将水引入锅炉的设施，水被引入套筒内部，然后冋上流过管子，炽热气体借助在上述套筒燃烧室内燃料燃烧而上升，在经过各气室时便加热管内的水。

2、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，其中的套筒燃烧室（26）是一实际上水平放置的双壁圆筒。

3、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，其中的套筒燃烧室内侧使用无衬里金属。

4、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，其中的一切管子是在集管水平中心线上或中心线以下与集管相连。

5、根据权利要求4的一种锅炉，其特征在于，其中的每根管子在自套筒燃烧室（26）通至集管（24）又段距离中有上升段或水平段，但无下降段，这样可避免截留气体。

6、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于其中有五个、七个或九个气室。

7、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于套筒燃烧室（26）上方各气室容积从底部至顶部依次缩小，以适应炽热气体冷却时体积缩小的情况，以此保持气体高速流动及形成湍流，有助于热交换。

8、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，气室内的挡板（48）保持一定角度，使炽热气体以小于90°的角度冲击挡板，然后折向其前进方向以此避免过热点。

9、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，套筒燃烧室（26）上方的多个气室（40）中的多块挡板（48），挡板在其气室内保持一定角度，使炽热气体以小于90°的角度冲击挡板，然后折向其前进方向以避免过热点。

10、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，其中有调节套筒燃烧室（26）通向下一个气室的开口（42）的有效截面的设施（44），借此可将套筒燃烧室入口处的背压调到预定值。

11、根据权利要求1的一种锅炉，其特征在于，当它与一燃料燃烧器（60）组合时，燃烧器的设置地点考虑到能将炽热气体排放至套筒燃烧室内。

12、根据权利要求11的锅炉，其特征在于，所述组合的燃烧器（60）的设置点至少局部处于壳体（10）内。

13、根据权利要求12的锅炉，其特征在于，所述组合的燃烧器是一烧油或烧气的燃烧器，燃烧器内有一喷嘴及一文杜里通道，文杜里通道用于使通过喷嘴的气体再循环以实现完全燃烧。

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