CN101839469B - 给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉，具体是一种给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉。提高了锅炉的性能，减小了锅炉的能源使用量，减少了对环境的污染，包括密闭承压的工质贮存空腔、炉膛、与炉膛连通的烟道、同时布置于炉膛和烟道内或仅布置于炉膛内的受热管组，受热管组的工质入口端与工质贮存空腔连接导通；还包括承压集汽空腔、工质雾化装置，承压集汽空腔上设有蒸汽引出管，蒸汽引出管上配设有阀门，受热管组的工质出口端与承压集汽空腔连接导通；所述工质雾化装置包含设置于工质贮存空腔内或外的配水容器、设置于配水容器上的给水管及若干雾化喷嘴。本发明结构合理、简洁，无蓄水式设计，热转化效率高，能有效减小能源耗费量，减少对大自然环境的污染。

Description

给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉的效率提高及节约能源领域，具体是一种给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉。

背景技术

锅炉是用燃料燃烧后产生的热量加热工质(一般是水)，使工质成为一定温度和压力的热水或蒸汽，供外界使用的一种热能设备，通常由“锅”、“炉“以及相配套的附件仪表、控制装置和附属设备组成。

“锅”是指锅炉接受热量，并将热量传递给水的受热面系统，使锅炉中贮存或输送热水或蒸汽的密闭受压部分，作用是吸收“炉”放出的热量，使水加热到一定的温度和压力或者转变为蒸汽。主要部件包括：锅筒(或锅壳)、集箱、水冷壁、对流管束、过热器等。

“炉”是指燃料燃烧产生高温烟气，将化学能转化为热能的空间和烟气流通的通道，作用是提供燃料燃烧的条件，使释放出来的热量供“锅”吸收并传递给锅内工质。主要部件包括：炉膛、烟道、燃烧设备等。

其中，现有蒸汽锅炉皆为蓄水式锅炉，即锅炉内贮存一定量的工质-液态水。运行中，随着炉水不断被汽化，就需要不断地补充进新的水源，以保证炉内蓄水量相对稳定，锅炉才能正常运行。可以说，不管锅炉运行多长时间，炉内原有的蓄水量是保持不变的，锅炉在运行中消耗的水量只相当于补充水量。也就是说，一台锅炉在运行过程当中，不但要生产出与之相应的蒸汽，而且还必须使锅炉内相对恒定的蓄水与生产出的饱和蒸汽保持相同的温度，而这部分水要想与饱和蒸汽保持相同的温度就必须连续不断地吸收大量的热能。以双锅筒锅炉为例，除上锅筒约二分之一部分用于集汽外，其它部分(如下锅筒、水冷壁、集箱、对流关束等)都注满了液态水，部分液态水受热首先转化为汽水混合物，水和汽水混合物在锅炉受热面的回路中不断流动循环，受热形成的蒸汽经由上锅筒的蒸汽管引出，在整个循环过程中，每次循环只有约10％的水能转化为蒸汽，而大部分水虽然吸收了大量热能，但仍然保持液体状态；而且直至锅炉长运行时间后停炉时，锅炉内存水与运行前一样多，并保持高温状态，就是因为在运行过程中这部分水在不断吸收热量的原因。

发明内容

本发明为了提高锅炉的性能，同时减小锅炉的能源使用量、减少对环境的污染，提供了一种给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉。

本发明是采用如下技术方案实现的：给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉，包括密闭承压的工质贮存空腔、炉膛、与炉膛连通的烟道、同时布置于炉膛和烟道内或仅布置于炉膛内的受热管组，受热管组的工质入口端与工质贮存空腔连接导通；还包括承压集汽空腔、工质雾化装置，承压集汽空腔上设有蒸汽引出管，蒸汽引出管上配设有阀门，受热管组的工质出口端与承压集汽空腔连接导通；所述工质雾化装置包含设置于工质贮存空腔内或外的配水容器、设置于配水容器上的给水管及若干雾化喷嘴；配水容器设置于工质贮存空腔内，工质贮存空腔上开设供给水管穿过工质贮存空腔的安装孔；配水容器设置于工质贮存空腔外，工质贮存空腔上开设供雾化喷嘴插入工质贮存空腔的安装孔。

使用时，应用水泵，将工质水沿工质雾化装置的给水管泵入配水容器，经配水容器上的雾化喷嘴以雾化状态-雾化水喷入工质贮存空腔，在压力作用下，沿受热管组由工质贮存空腔单方向流向承压集汽空腔，并在流经受热管组时受热(即炉膛内燃料燃烧产生的火焰辐射通过受热管组被雾化水迅速吸收)，迅速转化为高温蒸汽，汇集于承压集汽空腔内，经由承压集汽空腔上的蒸汽引出管引出。

另外，为了使锅炉在初始运行时或运行过程当中，所凝结水能及时排出，避免凝结水使雾化工质在受热管组中流动受热转化时受阻或吸收热量，受热管组或工质贮存空腔的最底端上固定有与受热管组或工质贮存空腔连通的、上设有疏水阀的凝结水排出管道。这样，在锅炉初始运行时或运行过程当中，定期打开疏水阀，可以排出凝结水。

与现有技术相比，本发明增设工质雾化装置，即给水时不再向锅炉内直接给入液态水，而是改为通过能使液态水雾化的若干个专门喷嘴雾化后再直接进入锅炉内，使锅炉内工质水的初始状态由液态变为雾态-即雾化水，更易受热转化为高温蒸汽，转化效率高，能有效减小能源消耗、降低环境污染，实现了无蓄水式锅炉设计；并独立设置用于收集高温蒸汽的空间-即承压集汽空腔，承压集汽空腔经受热管组与工质贮存空腔连接，将工质水的受热面集中在受热管组上，实现工质水由工质贮存空腔单方向流向承压集汽空腔，使得雾化水在工质雾化贮存空腔内、以及流经受热管组时受热，迅速转化为高温蒸汽，汇集于承压集汽空腔内，以合理、简洁的结构实现了雾化水蒸汽化，进一步提高了锅炉的热效率。

换句话来说，即本发明所述锅炉不需要在锅炉内部容积多余的工质-液态水，而是按照锅炉的蒸发量直接给水，而且使给水通过工质雾化装置使给水以雾化状态充满于工质贮存空腔，不必在炉内蓄存多余的工质水吸收锅炉所放出的大量热能，改变了现有蒸汽锅炉必须在锅炉先蓄存足够量的多余工质才能运行的工作方式，从而达到较大幅度节约能源、提高蒸汽锅炉的效率，减小对环境污染的目的。

另外，本发明所述蒸汽锅炉的技术改进不涉及锅炉的放热部分，因此本发明所述蒸汽锅炉可以采用任何燃烧形式的蒸汽锅炉实现。

对本发明所述蒸汽锅炉的“全过热”提法是借用了现有过热器所具有的功能，尽管本发明所述蒸汽锅炉不再在锅炉内存蓄液态工质水，但整个锅炉内工质的转化过程同过热器的工作功能相仿而提出的。

本发明结构合理、简洁，无蓄水式设计，热转化效率高，能有效减小能源耗费量，减少对大自然环境的污染。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明实施例1的结构示意图；

图3为本发明实施例2的结构示意图；

图中：1-工质贮存空腔；2-受热管组；3-承压集汽空腔；4-蒸汽引出管；5-阀门；6-配水容器；7-给水管；8-雾化喷嘴；9-疏水阀；10-凝结水排出管道；11-锅壳；12-炉胆；13-冲天管；14-封头；15-扳边孔；16-筒体；17-腔顶封头；18-管板；19-扳边孔；20-管孔；21-管孔；22-弯水管；23-安装孔；24-炉膛；25-烟道；26-前锅筒；27-后锅筒；28-下降管；29-上升管；30-下集箱；31-上集箱；32-上升管；33-下降管；34-下集箱；35-上集箱；36-安装孔；37-阀门；38-扳边孔。

具体实施方式

如图1所示，给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉，包括密闭承压的工质贮存空腔1、炉膛、与炉膛连通的烟道、同时布置于炉膛和烟道内或仅布置于炉膛内的受热管组2，受热管组2的工质入口端与工质贮存空腔1连接导通；还包括承压集汽空腔3、工质雾化装置，承压集汽空腔3上设有蒸汽引出管4，蒸汽引出管4上配设有阀门5，受热管组2的工质出口端与承压集汽空腔3连接导通；所述工质雾化装置包含设置于工质贮存空腔1内或外的配水容器6、设置于配水容器6上的给水管7及若干雾化喷嘴8；配水容器6设置于工质贮存空腔1内，工质贮存空腔1上开设供给水管7穿过工质贮存空腔1的安装孔；配水容器6设置于工质贮存空腔1外，工质贮存空腔1上开设供雾化喷嘴8插入工质贮存空腔1的安装孔。受热管组2或工质贮存空腔1的最底端上固定有与受热管组2或工质贮存空腔1连通的、上设有疏水阀9的凝结水排出管道10。

本发明所述蒸汽锅炉能以锅壳式结构和水管式结构两种结构类型实现，且针对特定结构类型，本技术领域的技术人员能够以多种结构实现。针对锅壳式结构和水管式结构，分别列举一具体实施结构：

实施例1

如图2所示，所述锅炉为锅壳式锅炉，采用了固定炉排结构，包括锅壳11、炉胆12(即炉膛)、冲天管13(即烟道)；工质贮存空腔1为锅壳11和炉胆12之间的夹层空腔；承压集汽空腔3设置于炉胆12上方且伸出锅壳11，锅壳11的封头14中央开有通过承压集汽空腔3筒体的扳边孔15，承压集汽空腔3由筒体16、中央开有通过冲天管13的扳边孔38的腔顶封头17构成，筒体16的上端与腔顶封头17对接焊接，下端与炉胆12顶部的管板18焊接，且穿过锅壳11封头14中央的扳边孔15并焊接；腔顶封头17上焊接有蒸汽引出管4，蒸汽引出管4上配设有阀门5；冲天管13穿过承压集汽空腔3，下端与炉胆12顶部管板18中央的扳边孔19对接焊接，且中部与承压集汽空腔3腔顶封头17焊接；炉胆12顶部的管板18上开有与承压集汽空腔3连通的管孔20，炉胆12下部开设有与锅壳11、炉胆12间夹层空腔连通的管孔21；受热管组2由若干沿炉胆12内壁周向布置的弯水管22构成，弯水管22的顶端与炉胆12顶部管板18上的管孔20连接，底端与炉胆12下部的管孔21连接；工质雾化装置的配水容器6设置于锅壳11的封头14上方，锅壳11的封头14上开设有用于安装工质雾化装置雾化喷嘴8的安装孔23，工质雾化装置的雾化喷嘴8通过锅壳11封头14上的安装孔23安装固定，置于锅壳11和炉胆12之间的夹层空腔内；且锅壳11和炉胆12之间夹层空腔的最底端上固定有与夹层空腔连通的、上设有疏水阀9的凝结水排出管道10。

实施例2

如图3所示，所述锅炉为双锅筒水管锅炉，采用了链条炉排结构，包括前后设置的双锅筒、炉膛24、烟道25、沿炉膛24内壁四周布置的水冷壁、布置于烟道25内的对流管束、以及为水冷壁和对流管束设置的上、下集箱，双锅筒按前后设置关系分为前锅筒26和后锅筒27，前锅筒26作为工质贮存空腔1，后锅筒27作为承压集汽空腔3；后锅筒27上设有蒸汽引出管4，蒸汽引出管4上配设有阀门5；水冷壁和对流管束作为受热管组2，皆分为下降管和上升管，其中，水冷壁下降管28的上端直接与前锅筒26连接，下降管28和上升管29的下端通过下集箱30连接，上升管29的上端通过上集箱31与后锅筒27连接；对流管束上升管32的上端直接与后锅筒27连接，上升管32和下降管33的下端通过下集箱34连接，下降管33的上端通过上集箱35与前锅筒26连接；工质雾化装置设置于前锅筒26内，前锅筒26上开设有供工质雾化装置给水管7穿过的安装孔36，工质雾化装置的给水管7穿过安装孔36并焊接固定；且下集箱30、34上固定有与下集箱30、34连通的、上设有疏水阀9的凝结水排出管道10。

为证明本发明所述锅炉的效果，曾作了一个较原始的实验：将一个容器置于火源上，火源代表现有蒸汽锅炉的放热部分，容器代表现有蒸汽锅炉的吸热部分，用一杯子量一杯水倒入容器内，代表锅炉的蓄水部分，然后再量一杯水，将水缓缓地向容器内添加，代表现有蒸汽锅炉在工作中补入的蒸发所用水量，要尽量使蒸发量与补水量一致，当这杯水全部加至容器内时，将容器撤离火源，再将容器内的水倒至杯中，仍然是一杯子水量；证明容器转化了一杯水的蒸汽，这时，看表的记录用时为12分钟，然后，再将同容积的容器置于火源上，该容器代表本发明所述蒸汽锅炉的吸热部分，再取一杯相同量的水，缓缓将水倒入容器，要尽量使水充满整个容器底部，并尽量使所倒入的水量与蒸发量保持一致，当水全部倒入容器，而容器内的水分全部蒸发后，再查看表的记录用时为8分钟。实验证明，吸收相同的热量而用两种不同的方法，生产出相同的蒸汽量时，所用的时间是不一样的。第二种方法要比第一种方法节约4分钟时间，如果所用时间相等、吸收热量相等，第二种方法要比第一种方法生产出更多的蒸汽，这就是本发明所述给水雾化全过热节能蒸汽锅炉的工作原理，同时也证明本发明所述蒸汽锅炉相比于现有蒸汽锅炉，能实现约占30％的节能幅度。

Claims (3)

1.一种给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉，包括密闭承压的工质贮存空腔(1)、炉膛、与炉膛连通的烟道、同时布置于炉膛和烟道内或仅布置于炉膛内的受热管组(2)，受热管组(2)的工质入口端与工质贮存空腔(1)连接导通；其特征在于：还包括承压集汽空腔(3)、工质雾化装置，承压集汽空腔(3)上设有蒸汽引出管(4)，蒸汽引出管(4)上配设有阀门(5)，受热管组(2)的工质出口端与承压集汽空腔(3)连接导通；所述工质雾化装置包含设置于工质贮存空腔(1)内或外的配水容器(6)、设置于配水容器(6)上的给水管(7)及若干雾化喷嘴(8)；配水容器(6)设置于工质贮存空腔(1)内，工质贮存空腔(1)上开设供给水管(7)穿过工质贮存空腔(1)的安装孔；配水容器(6)设置于工质贮存空腔(1)外，工质贮存空腔(1)上开设供雾化喷嘴(8)插入工质贮存空腔(1)的安装孔；受热管组(2)或工质贮存空腔(1)的最底端上固定有与受热管组(2)或工质贮存空腔(1)连通的、上设有疏水阀(9)的凝结水排出管道(10)。

2.根据权利要求1所述的给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉为锅壳式锅炉，包括锅壳(11)、炉胆(12)、冲天管(13)，炉胆(12)内为炉膛，冲天管(13)为与炉膛连通、并直接指向天空的烟道；工质贮存空腔(1)为锅壳(11)和炉胆(12)之间的夹层空腔；承压集汽空腔(3)设置于炉胆(12)上方且伸出锅壳(11)，锅壳(11)的封头(14)中央开有通过承压集汽空腔(3)筒体的扳边孔(15)，承压集汽空腔(3)由筒体(16)、中央开有通过冲天管(13)的扳边孔(38)的腔顶封头(17)构成，筒体(16)的上端与腔顶封头(17)对接焊接，下端与炉胆(12)顶部的管板(18)焊接，且穿过锅壳(11)封头(14)中央的扳边孔(15)并焊接；腔顶封头(17)上焊接有蒸汽引出管(4)，蒸汽引出管(4)上配设有阀门(5)；冲天管(13)穿过承压集汽空腔(3)，下端与炉胆(12)顶部管板(18)中央的扳边孔(19)对接焊接，且中部与承压集汽空腔(3)腔顶封头(17)焊接；炉胆(12)顶部的管板(18)上开有与承压集汽空腔(3)连通的管孔(20)，炉胆(12)下部开设有与锅壳(11)、炉胆(12)间夹层空腔连通的管孔(21)；受热管组(2)由若干沿炉胆(12)内壁周向布置的弯水管(22)构成，弯水管(22)的顶端与炉胆(12)顶部管板(18)上的管孔(20)连接，底端与炉胆(12)下部的管孔(21)连接；工质雾化装置的配水容器(6)设置于锅壳(11)的封头(14)上方，锅壳(11)的封头(14)上开设有用于安装工质雾化装置雾化喷嘴(8)的安装孔(23)，工质雾化装置的雾化喷嘴(8)通过锅壳(11)封头(14)上的安装孔(23)安装固定，置于锅壳(11)和炉胆(12)之间的夹层空腔内；且锅壳(11)和炉胆(12)之间夹层空腔的最底端上固定有与夹层空腔连通的、上设有疏水阀(9)的凝结水排出管道(10)。

3.根据权利要求1所述的给水雾化全过热式节能蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉为双锅筒水管锅炉，包括前后设置的双锅筒、炉膛(24)、烟道(25)、沿炉膛(24)内壁四周布置的水冷壁、布置于烟道(25)内的对流管束、以及为水冷壁和对流管束设置的上、下集箱，双锅筒按前后设置关系分为前锅筒(26)和后锅筒(27)，前锅筒(26)作为工质贮存空腔(1)，后锅筒(27)作为承压集汽空腔(3)；后锅筒(27)上设有蒸汽引出管(4)，蒸汽引出管(4)上配设有阀门(5)；水冷壁和对流管束作为受热管组(2)，皆分为下降管和上升管，其中，水冷壁的下降管(28)上端直接与前锅筒(26)连接，水冷壁的下降管(28)下端和水冷壁的上升管(29)下端通过下集箱(30)连接，水冷壁的上升管(29)上端通过上集箱(31)与后锅筒(27)连接；对流管束的上升管(32)上端直接与后锅筒(27)连接，对流管束的上升管(32)下端和对流管束的下降管(33)下端通过下集箱(34)连接，对流管束的下降管(33)上端通过上集箱(35)与前锅筒(26)连接；工质雾化装置设置于前锅筒(26)内，前锅筒(26)上开设有供工质雾化装置给水管(7)穿过的安装孔(36)，工质雾化装置的给水管(7)穿过安装孔(36)并焊接固定；且下集箱(30、34)上固定有与下集箱(30、34)连通的、上设有疏水阀(9)的凝结水排出管道(10)。

Images