CN106500318A - 一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，它涉及一种燃气蒸汽锅炉。现有烟火管蒸汽锅炉在使用过程中存在结构占地面积大、运行过程中存在安全隐患以及钢耗更高的问题。本发明包括燃烧器、蒸汽管座、外壳、炉胆、烟管组件、回燃室、冷凝室和烟箱，炉胆、烟管组件、回燃室和冷凝室均设置在外壳内，燃烧器设在外壳外且其与炉胆的进口相连通，炉胆的出口与回燃室的进口相连通，回燃室的出口与烟管组件的进口相连通，烟管组件的出口与冷凝室的进口相连通，烟箱设置在外壳外且其与冷凝室的出口相连通，烟箱上有出烟口，所述炉胆内设置有多条对流管束，冷凝室内设有冷凝管束，外壳上连通有蒸汽管座。本发明用于产生蒸汽。

Description

一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉

技术领域

本发明具体涉及一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉。

背景技术

燃气蒸汽锅炉是用天然气、液化气、城市煤气、焦炉煤气等可燃气体作燃料，利用燃料在炉内燃烧释放出来的热量，加热进入锅炉中的给水，并使水汽化成蒸汽的热能转换装置。锅炉输出的水蒸汽属于二次能源的一种形式，广泛应用于工业和生活中需要蒸汽的各种场合。

燃气蒸汽锅炉有多种炉型，20t/h以上大型蒸汽锅炉的炉型多为水管锅炉，如D型、O型、厢型等。20t/h以下的中小型燃气锅炉的炉型以内燃火管锅炉为主，其中2t/h以下的小型燃气锅炉主要为立式布置，燃烧机一般为下置或上置，烟气二回程，烟管内插有强化传热的扰流片；2-20t/h的燃气锅炉主要为卧式布置，以下称卧式内燃火管锅炉。

卧式内燃火管锅炉根据炉胆后部烟气折返空间的结构型式可分为干背式锅炉或湿背式锅炉，干背式锅炉为烟气折返空间由耐火材料围合形成的锅炉，湿背式锅炉为烟气折返空间由浸在炉水中的回燃室组成的锅炉，有些锅炉的水管后壁是密封的，高温烟气碰到后壁后折返沿炉胆内壁回到炉胆前部，此类回燃式锅炉也可视为湿背式锅炉和半湿背锅炉。半湿背锅炉为后回烟室部分受热面被水包围，部分受热面不被水包围，而是用耐火衬层保护。其中湿背式锅炉的可靠性较高，不存在炉墙烧坏问题，应用最广。

湿背式卧式内燃火管锅炉多为锅壳式顺流三回程烟火管结构，第一回程为波形炉胆，燃料在炉胆中燃烧，并将部分热量传递给工质；第二、第三回程为烟管，也有锅炉的烟管仅布置一个回程。

早期的湿背式卧式内燃火管锅炉受到蒸汽温度的限制，排烟温度一般在200℃以上。天然气中氢的质量百分比约为20％-25％，氢燃烧后生成水，当排烟温度较高时，烟气中的水蒸汽仍处于气态，会带走大量的热量。据测算，燃烧1m³天然气产生的水蒸汽，带走的热量约4000kJ，占天然气高位热值的10％以上。

为了回收烟气中水蒸气的潜热，现在的燃天然气锅炉多布置冷凝余热回收装置，利用温度较低的水或空气冷却烟气，使烟气温度降低，靠近受热面区域的烟气中水蒸汽冷凝，同时实现烟气显热和水蒸汽潜热的释放，将热量传递给水或空气，实现热能回收，提高锅炉热效率。

现有的卧式内燃带冷凝余热回收装置的烟火管锅炉，主要存在以下问题：一是受热面全部为烟管，烟管总长度较长，烟管需要布置成两个回程，造成锅炉锅壳直径较大；二是炉胆后直接布置回燃室，造成回燃室内烟温较高，在回燃室管板处容易产生过冷沸腾，影响回燃室管板安全；三是冷凝余热回收装置外置，放在锅炉本体上部或与锅炉本体布置在一个平面上，是锅炉占用的空间或面积较大。总之，现有卧式内燃带冷凝余热回收装置烟火管锅炉存在的烟管回程较多、锅壳直径较大，回燃室烟温较高、回燃室管板处容易过冷沸腾、影响回燃室管板安全，以及冷凝余热回收装置外置，锅炉占用的空间或面积较大的问题都亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，以解决现有烟火管蒸汽锅炉在使用过程中存在结构占地面积大、运行过程中存在安全隐患以及钢耗更高的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，它包括燃烧器、蒸汽管座、外壳、炉胆、烟管组件、回燃室、冷凝室和烟箱，所述炉胆、烟管组件、回燃室和冷凝室均设置在外壳内，所述燃烧器设置在外壳外且其与炉胆的进口相连通，所述炉胆的出口与回燃室的进口相连通，所述回燃室的出口与烟管组件的进口相连通，所述烟管组件的出口与冷凝室的进口相连通，所述烟箱设置在外壳外且其与冷凝室的出口相连通，烟箱上加工有出烟口，所述炉胆内设置有多组对流管束，所述冷凝室内设置有冷凝管束，所述外壳上设置有蒸汽管座。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明中烟气流程为炉胆、对流管束、回燃室、烟管组件以及冷凝室相互配合形成的两回程，与现有的卧式内燃烟气三回程燃气锅炉相比，本发明的锅炉直径有效减小，整体结构紧凑。

2、本发明的整体结构紧凑且受热面大，炉胆、对流管束、回燃室、烟管、冷凝管束的所有受热面全部设置外壳内，使整体结构进一步紧凑，占用空间和面积较小。

3、本发明中在炉胆的出口处设置有多组对流管束，有效降低了从炉胆内流出的烟气的烟温，避免了回燃室的回燃室用前管板和回燃室用后管板处过冷沸腾，使回燃室的安全性能得到保证。

4、本发明能够将气体燃料燃烧形成的2000℃左右的高温火焰和烟气降低到100℃以下的烟气并使烟气中的部分水蒸气冷凝，提高锅炉的工作效率。

5、本发明能够使烟气实现横向冲刷以及纵向冲刷模式，横向冲刷模式为烟气分别沿对流管束的径向方向以及冷凝管束的径向方向进行冲刷，纵向冲刷模式为烟气沿烟管组件的轴向方向进行冲刷。

6、本发明中对流管束以及冷凝管束的形状以及位置的设置使单位截面中布置的水管受热面积大，使本发明的整体结构更加紧凑。

7、本发明应用范围广泛，适于普及推广。

附图说明

图1示意了本发明的主视结构剖面图；

图2示意了图1中A-A处的剖视图；

图3示意了图1中B-B处的剖视图；

图4示意了图3中C-C处的剖视图；

图5示意了图1中D-D处的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式包括燃烧器1、蒸汽管座3、外壳5、炉胆11、烟管组件20、回燃室26、冷凝室18和烟箱15，所述炉胆11、烟管组件20、回燃室26和冷凝室18均设置在外壳5内，所述燃烧器1设置在外壳5外且其与炉胆11的进口相连通，所述炉胆11的出口与回燃室26的进口相连通，所述回燃室26的出口与烟管组件20的进口相连通，所述烟管组件20的出口与冷凝室18的进口相连通，所述烟箱15设置在外壳5外且其与冷凝室18的出口相连通，烟箱15上加工有出烟口16，所述炉胆11内设置有多组对流管束13，所述冷凝室18内设置有冷凝管束17，所述外壳5上设置有蒸汽管座3。

本发明中燃烧器1为气体燃烧器，其为现有成品件。

本发明中外壳5的结构为卧式罐体结构。

本发明中外壳5的底部设有排污管接口14，外壳5的侧面设置有水位计接管28，外壳5上还加工有筒体给水管接口27，筒体给水管接口27倾斜设置在外壳5的顶部位置最佳，用于为外壳5内注入水。本发明还设置有底座12，用于支撑外壳5以及外壳5内各个构件。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式中炉胆11的形状为筒形且其外壁为波纹形，多组对流管束13靠近炉胆11的出口端设置，每组对流管束13包括多根弧形管束，每根弧形管束的两端均固定连接在炉胆11的内壁上，相邻两组对流管束13的布置方向相反。

本实施方式中炉胆11的形状为筒形且其外壁为波纹形，即炉胆11为波纹型筒状结构。每组对流管束13为长度不同的多根弧形管束，多根弧形管束以长度从小到大排列，每根弧形管束弯曲设置，每根弧形管束的弯曲处朝向炉胆11的径向方向，如此设置的炉胆11以及多组对流管束13使炉胆11自由膨胀，并做大限度地降低炉胆11的出口烟温。采用了特殊形状的水管受热面，多条对流管束13中相邻排的对流管束的管子布置方向相反，加强了对烟气的扰动，使烟气充满度好。

其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式中烟管组件20包括多根单管31，多根单管31之间并列设置，每根单管31的一端与回燃室用前管板22相连通，每根单管31的另一端与冷凝室18相连通。

本实施方式中烟管组件20的设置是为了烟气提供流动通道。单管31为螺纹管、光管或内置扰流子。单管31通过烟管用后板管19与冷凝室18相连通。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式中回燃室26包括回燃室用前管板22、内筒体23和回燃室用后管板24，回燃室用前管板22和回燃室用后管板24分别设置在内筒体23的两端，所述回燃室用前管板22上加工有大孔径进口，所述炉胆11的出口通过大孔径进口与内筒体23相连通，所述回燃室用前管板22上还加工有与单管31一一对应连通的小孔径出口，所述回燃室用后管板24通过若干个拉杆25与外壳用后管板8相连接。

本实施方式中外壳5包括筒形主体、外壳用前管板2和外壳用后管板8，外壳用前管板2和外壳用后管板8依次设置在筒形主体的两端。

本实施方式中回燃室用前管板22和回燃室用后管板24的结构均为管板结构，二者均竖直设置起到密封内筒体23两端的效果，同时内筒体23的横截面为椭圆形，内筒体23配合回燃室用前管板22和回燃室用后管板24的形状更加有利于节省回燃室26的占用空间，使本发明的整体结构更加紧凑。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式中冷凝管束17为蛇形管束，冷凝管束17的两端均穿过外壳5的壳壁设置外壳5外，冷凝管束17的一端为冷凝管束进水口29，所述冷凝管束17的另一端为冷凝管束出水口30。

本实施方式中冷凝管束17为至少一个冷凝管形成，冷凝管中通入有水，便于辅助冷凝室18实现冷凝的效果。

本实施方式中冷凝管束出水口30与筒体给水管接口27之间连接有连接管，用于从冷凝管束出水口30排出的水流依次通过连接管和筒体给水管接口27进入外壳5中。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述外壳用后管板8上设置有检查门9，所述检查门9穿过外壳用后管板8与回燃室26相连通。

本实施方式中检查门9的设置便于检修人员穿过回燃室用后管板24、内筒体23以及回燃室用前管板22实现对炉胆11的检修工作。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述外壳5的壳壁上加工有人孔门4。本实施方式中人孔门4的设置是为了便于检修人员进入外壳5内进行检修。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式中所述外壳5上设置有压力表管座7和安全阀管座6。本实施方式中压力表管座7是为了安装压力表而设置，安全阀管座6是为了安装安全阀而设置，压力表管座7和安全阀管座6的设置是为了增强本发明运行时的安全性。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式中烟箱15的顶部加工有凝结水排放接口10。

本实施方式中凝结水排放接口10的位置设置是为了便于从烟箱15中排出凝结水。

工作过程：

烟气的流动过程：

首先气体燃料和空气在燃烧器1中混合，并喷射到炉胆11中燃烧，燃烧产生的高温火焰和烟气，与炉胆11进行辐射换热，将热量传递给炉胆11外侧的工质。然后烟气进入炉胆11出口处的多组对流管束13中，当烟气流动到多组对流管束13时，烟气对对流管束13横向冲刷并将热量传给对流管束13的管内工质。然后，烟气在回燃室26中转弯，进入烟管组件20，对烟管组件20多根单管31中流动实现纵向冲刷并放热，随后，烟气进入冷凝室18，横向冲刷冷凝管束17，烟气中的部分水蒸气会冷凝，并将热量传递给工质。最后，烟气通过烟箱15、出烟口16排出锅炉，凝结水通过凝结水排放接口10排出锅炉。

给水流动过程：

首先水流从冷凝管束17的冷凝管束进水口29进入，在冷凝管束17中加热升温，再通过冷凝管束出水口30和连接管，进入筒体给水管接口27进入外壳5内，通过炉胆11、回燃室26、对流管束13和烟管组件20的受热面，以蒸发或对流的方式吸收热量，完成水的升温、蒸发过程，蒸汽最终从蒸汽管座3送出。

Claims (9)

1.一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：它包括燃烧器(1)、蒸汽管座(3)、外壳(5)、炉胆(11)、烟管组件(20)、回燃室(26)、冷凝室(18)和烟箱(15)，所述炉胆(11)、烟管组件(20)、回燃室(26)和冷凝室(18)均设置在外壳(5)内，所述燃烧器(1)设置在外壳(5)外且其与炉胆(11)的进口相连通，所述炉胆(11)的出口与回燃室(26)的进口相连通，所述回燃室(26)的出口与烟管组件(20)的进口相连通，所述烟管组件(20)的出口与冷凝室(18)的进口相连通，所述烟箱(15)设置在外壳(5)外且其与冷凝室(18)的出口相连通，烟箱(15)上加工有出烟口(16)，所述炉胆(11)内设置有多组对流管束(13)，所述冷凝室(18)内设置有冷凝管束(17)，所述外壳(5)上设置有蒸汽管座(3)。

2.根据权利要求1所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：炉胆(11)的形状为筒形且其外壁为波纹形，多组对流管束(13)靠近炉胆(11)的出口端设置，每组对流管束(13)包括多根弧形管束，每根弧形管束的两端均固定连接在炉胆(11)的内壁上，相邻两组对流管束(13)的布置方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：烟管组件(20)包括多根单管(31)，多根单管(31)之间并列设置，每根单管(31)的一端与回燃室用前管板(22)相连通，每根单管(31)的另一端与冷凝室(18)相连通。

4.根据权利要求3所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：回燃室(26)包括回燃室用前管板(22)、内筒体(23)和回燃室用后管板(24)，回燃室用前管板(22)和回燃室用后管板(24)分别设置在内筒体(23)的两端，所述回燃室用前管板(22)上加工有大孔径进口，所述炉胆(11)的出口通过大孔径进口与内筒体(23)相连通，所述回燃室用前管板(22)上还加工有与单管(31)一一对应连通的小孔径出口，所述回燃室用后管板(24)通过若干个拉杆(25)与外壳用后管板(8)相连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：冷凝管束(17)为蛇形管束，冷凝管束(17)的两端均穿过外壳(5)的壳壁设置外壳(5)外，冷凝管束(17)的一端为冷凝管束进水口(29)，所述冷凝管束(17)的另一端为冷凝管束出水口(30)。

6.根据权利要求4所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述外壳用后管板(8)上设置有检查门(9)，所述检查门(9)穿过外壳用后管板(8)与回燃室(26)相连通。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述外壳(5)的壳壁上加工有人孔门(4)。

8.据权利要求7所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述外壳(5)上设置有压力表管座(7)和安全阀管座(6)。

9.据权利要求1或8所述的一种冷凝器内置的水火管燃气蒸汽锅炉，其特征在于：烟箱(15)的顶部加工有凝结水排放接口(10)。