CN106556003A - 一种节能型保温锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种节能型保温锅炉，属于保温设备技术领域。包括炉膛、烟囱、炉排，炉膛由外至内包括外保护层、保温层和耐火砖层，炉膛内设有蓄热砖；还包括温度控制系统，该温度控制系统包括温度控制器、报警器、温度传感器、进气管、鼓风机，进气管与鼓风机之间设置有电磁阀；温度传感器、报警器以及电磁阀与温度控制器分别控制连接；其中，所述蓄热砖由以下重量百分比计的原料制成：高铝土25‑30％，硅酸铝20‑25％，磷酸锆15‑20％，碳化硼6‑10％，氮化硅8‑11％，二氧化钛2‑3％，镁质粘土6‑10％，水4‑6％。该保温锅炉具有结构简单、保温效果好，热效率高，供热平稳均匀，使用耐久，可操控性强，节能等优点。

Description

一种节能型保温锅炉
【技术领域】
本发明涉及保温设备技术领域，具体涉及一种节能型保温锅炉。
【背景技术】
随着经济的发展，能源紧张和环境问题已经成为全球共同关注的焦点问题，节能与环保也越来越引起人们的重视。锅炉是一种能量转换设备，它通过煤、油、天然气等燃料放出化学能，通过传热过程将能量传递给水或其他导热介质，以蒸汽形式或导热介质形式直接供给工业生产中所需的各种形式的能源。其中涉及能量的转换、储存和运输过程，每个环节的节能技术的使用都对节能和环保具有重要的意义。
蓄热技术是解决锅炉制造和使用行业能源危机、实现工业节能的重要手段之一。通过蓄热燃烧技术可以回收高炉、热风炉、焦炉等产生的高温烟气余热，使用蓄热室回收烟气余热后炉子的热效率明显提高，且能够减少污染物的排放；通过在暖气设备里安装蓄热材料可以起到吸热快、蓄热时间长、放热慢的作用，从而达到节约能源的目的；通过在用电谷底时期用蓄热材料进行蓄能，在用电高峰时期放热供暖，可以减缓电网运行的压力。然而，目前的锅炉由于未利用好蓄热技术，仍然存在保温效果不佳，浪费能源能技术问题。
【发明内容】
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种节能型保温锅炉，具有结构简单，保温效果好，热效率高，供热平稳均匀，使用耐久，可操控性强，节能等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种节能型保温锅炉，包括炉膛，炉膛的顶部设有与炉膛内部连通的烟囱；炉膛内的下部设有炉排，所述炉膛由外至内包括外保护层、保温层和耐火砖层，炉膛内还设置有蓄热砖；所述保温锅炉还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括设置在所述外保护层上的温度控制器、报警器，设置在炉膛内部用于检测炉膛内部温度的温度传感器，从所述炉膛外部水平伸入炉膛内且位于炉排上方的进气管，以及鼓风机和电磁阀；所述进气管位于炉膛内部的管体上开设有出风孔，进气管位于炉膛外部的端口为进风口，进风口连接至所述鼓风机，且进风口和鼓风机之间设置有电磁阀；所述温度传感器、报警器以及电磁阀与所述温度控制器分别控制连接；
其中，所述蓄热砖由以下原料按重量百分比经混合、成型、干燥、烧结而成：高铝土25-30％，硅酸铝20-25％，磷酸锆15-20％，碳化硼6-10％，氮化硅8-11％，二氧化钛2-3％，镁质粘土6-10％，水4-6％。
优选地，所述高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
优选地，所述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量百分比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.5-1.8Mpa的压力下压制成型，在120-150℃干燥20-24小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2-3小时。
优选地，所述蓄热砖在炉膛内呈矩形阵列排布，该蓄热砖具有蓄热能力高，耐热震性好，原料成本低且使用寿命较长的特点，使用时将传热导管和介质包围，锅炉的热交换形式主要是通过蓄热砖吸收热量，蓄热砖再将热量交换给导热介质，导热介质将热量输到用热设备，由于燃烧产生的热量不是直接作用于导热介质，故燃烧炉内的炉火不会直接影响导热介质的温度，而蓄热砖放热和传热平稳，保证了导热介质的温度不会随炉火情况产生明显波动，而且在停火的情况下，蓄热砖还可以继续释放一部分热量，不需要人员时刻控制炉火和炉温。
较优地，所述炉膛上设有观察，便于观察锅炉中的燃烧情况。
较优地，所述炉排下方设有煤渣储槽，用于收集燃料残渣。
较优地，所述外保护层为不锈钢制作而成，具有结实、耐用的优点。
较优地，所述耐火砖层采用的是锆质耐火材料制成。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明在保温锅炉的炉膛内设置蓄热砖，在炉膛侧壁使用保温层，能够提高热量吸收的效率，蓄热砖还与高温烟气进行热量交换并吸附烟气里携带的灰份、粉尘，降低烟气的排出温度和减少污染物的排放，起到节能减排的效果；本发明还对锅炉设置温度控制系统，包括温度控制器、报警器、温度传感器、进气管、鼓风机和电磁阀；当炉膛内部温度上升至设定的上限值时，温度控制器触动报警器发出报警声音，同时关闭电磁阀停止鼓风，使炉内缺氧停止燃烧；相反，温度下降到下限时，温度控制器触动报警器发出报警声音，通知作业人员进行加火作业，同时开启电磁阀开始向炉膛内鼓风。通过设置温度控制系统，可以更好地利用蓄热砖的特性，进行间断式加热，可以节约能源与人工成本。
2、本发明在保温炉中所设置的蓄热砖是采用高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、镁质粘土、二氧化钛等原料按一定的配比混合制成，其中高铝土是冶金工业和其他工业广泛使用的耐火材料，耐火温度在1700℃以上，其主要成分是氧化铝，优质高铝土中氧化铝的含量通常在60％以上，高铝土中含有的氧化铝具有高比热容的特点，因此蓄热能力好。硅酸铝的具有低导热率、优良的热稳定性及化学稳定性；磷酸锆能耐较强的酸和一定的碱度，稳定性和机械强度很强，化学稳定性较高，热膨胀系数小。碳化硼具有熔点高(2450℃)，热稳定性好，密度小(2.52g/cm3)，硬度高等特点，用作蓄热砖的骨料，起定型作用，使蓄热砖有较好的耐压强度，且其还具有容易制造，价格也相对较低的优点。氮化硅的热膨胀系数低，为2.35×10-6/K，约为氧化铝的1/3，同时具有高强度，因此其抗热震性十分优良，能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂，因此氮化硅的加入可以防止蓄热砖受热脆裂、破碎和变形。二氧化钛在体系中作为烧结促进剂，可以降低蓄热砖烧结时烧结的温度；镁质粘土具有一定的粘性，在蓄热砖中作为粘结剂，具有耐酸和耐高温的特点。上述主料相互结合使蓄热砖的蓄热能力好、耐热震性好，使用耐久的特点，同时镁质粘土中的氧化镁与二氧化钛一起作用，使蓄热砖体系在烧结时体系内晶粒细小均匀，蓄热砖的强度得到大大提升，且进一步提高热稳定性。因此，使用本发明的蓄热砖，使本发明的保温炉热量损失少，节能效果更佳，由于蓄热砖耐热震性好，还具有使用耐久的优点。
【附图说明】
图1为本发明的一种节能型保温锅炉的功能示意图；
图2为本发明中温度控制系统的控制关系图。
其中，1-炉膛，1a-外保护层，1b保温层，1c-耐火砖层，2-烟囱，3-蓄热砖，4-炉排，5-煤渣储槽，6-加料口，7-扒渣口，8-观察窗，9-温度控制系统，9a-报警器，9b-温度控制器，9c-温度传感器，9d-进气管，9e-电磁阀，9f-鼓风机。
【具体实施方式】
为了更清楚地表达本发明，以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明的一种节能型保温锅炉的功能示意图，该保温锅炉包括炉膛1，在炉膛1的顶部设有与炉膛1内部连通的烟囱2；在炉膛1的侧壁设有观察窗8，便于观察炉膛1内的情况；在炉膛1内的下部设有炉排4，炉排4下方优选设有煤渣储槽5，用于储存燃烧的残渣，在靠近炉排4的炉膛壁上开设有燃料加料口6和扒渣口7，便于添加燃料和残渣的清理，加料口6加足燃料、扒渣口7不用时，都用炉门将加料口6和扒渣口7关闭。该炉膛1由外至内包括外保护层1a、保温层1b和耐火砖层1c，其中外保护层1a优选采用不锈钢材料制作，具有坚固耐用的特点；保温层1b是由保温材料制作而成，起到隔热保温的作用，所用的保温材料可以是硅酸铝、岩棉、玻璃纤维、氯酸铝纤维棉或者这些材料的混合物。耐火砖层1c优选采用的是锆质耐火材料制成。在炉膛1内还设置有蓄热砖3，蓄热砖3在炉膛内呈矩形阵列排布，使用时蓄热砖3将传热导管和介质包围，锅炉的热交换形式主要是通过蓄热砖3吸收热量，蓄热砖3再将热量交换给导热介质，导热介质将热量输到用热设备，由于燃烧产生的热量不是直接作用于导热介质，故燃烧炉内的炉火不会直接影响导热介质的温度，而蓄热砖3放热和传热平稳，保证了导热介质的温度不会随炉火情况产生明显波动，而且在停火的情况下，蓄热砖3还可以继续释放一部分热量，不需要人员时刻控制炉火和炉温。
如图1，该保温锅炉还包括温度控制系统9，该温度控制系统9包括设置在外保护层上的温度控制器9c、报警器9a，设置在炉膛内部用于检测炉膛内部温度的温度传感器9b，以及包括从炉膛1外部水平伸入炉膛1内且位于炉排4上方的进气管9d，以及包括鼓风机9f和电磁阀9e；该进气管9d位于炉膛1内部的管体上开设有出风孔，位于炉膛外部的端口为进风口，进风口连接至鼓风机9f，在进风口和鼓风机9f之间设置有电磁阀9e；如图2所示，温度传感器9b、报警器9a以及电磁阀9e与温度控制器9c分别控制连接。该温度控制系统的工作原理为：在炉排4上加足燃料后确认加料口6和扒渣口7均处于封闭状态，此时操作人员可以离场；当炉膛内部温度上升至设定的上限值时，温度控制器9c触动报警器9a发出报警声音，同时关闭电磁阀9e停止鼓风，使炉内缺氧停止燃烧，停止供热；在后续锅炉向其他设备供热过程中，蓄热砖3温度下降到下限时，温度控制器9c触动报警器9a发出报警声音，通知作业人员进行加火作业，同时开启电磁阀9e开始向炉膛1内鼓风。通过设置温度控制系统9，可以更好地利用蓄热砖的特性，进行间断式加热，并可以节约能源与人工成本。
以下通过具体实施例对蓄热砖进行进一步说明。
实施例1
一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土25kg，硅酸铝25kg，磷酸锆20kg，碳化硼10kg，氮化硅8kg，二氧化钛2kg，镁质粘土6kg，水4kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.5Mpa的压力下压制成型，在120℃干燥24小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2小时。
实施例2
一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土30kg，硅酸铝20kg，磷酸锆15kg，碳化硼6kg，氮化硅9kg，二氧化钛3kg，镁质粘土10kg，水6kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.8Mpa的压力下压制成型，在150℃干燥20小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为3小时。
实施例3
一种用于蓄热式保温锅炉内的蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土28kg，硅酸铝22kg，磷酸锆16kg，碳化硼8kg，氮化硅11kg，二氧化钛3kg，镁质粘土7kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
上述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。
对比例1
一种蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土28kg，硅酸铝22kg，磷酸锆16kg，碳化硼8kg，氮化硅11kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
制备方法为：按照重量配比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅混合均匀成预混料；将水加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。
对比例2
一种蓄热砖，是由以下原料按重量配比混合制成：高铝土33kg，磷酸锆24kg，碳化硼15kg，氮化硅14kg，二氧化钛3kg，镁质粘土7kg，水5kg。其中，要求高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
制备方法为：按照重量配比准备好原料；将高铝土、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.6Mpa的压力下压制成型，在130℃干燥22小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2.5小时。
本发明生产的蓄热砖由于蓄热能力好，还能在锅炉停烧后的一段时间内继续供给符合要求的热能，使得保温效果非常好。为了验证本发明的保温锅炉在使用了本发明的蓄热砖之后的保温效果，将其与不同的蓄热体所产生的效果进行对比，将相同量、不同配方的蓄热砖分次放入同一炉膛中，待炉膛内部的温度达到600℃后停烧，记录炉膛内部的温度随时间的变化，分组实验情况如下，测试结果见表1所示。
实验组1-3：分别使用本发明实施例1-3中的蓄热砖；
对比组1：相对于实施例3，未添加二氧化钛和镁质粘土；
对比组2：相对于实施例3，未添加硅酸铝，用其他原料分别代替其重量份；
对比组3：使用普通粘土砖进行试验；
表1炉膛内部的温度达到600℃后停烧，内部温度随时间变化情况
从上表可以看出，使用普通粘土蓄热砖的锅炉内部温度在停烧80分钟后，温度下降到152℃，完全不能满足供热的需求，而本发明的蓄热砖在停烧80分钟后，还能保持较高的温度，可以持续给供热设备供热，蓄热保温效果相比粘土蓄热砖有明显提高。对比组1虽然未添加二氧化钛和镁质粘土，但保温效果与本发明差别并不大，可见起到蓄热效果的并不是这两种原料。对比组2由于未使用硅酸铝，其炉膛内的温度下降相对较快，可见硅酸铝的加入与其他组分能起到协同作用，从而提高本发明蓄热砖的蓄热保温能力。
本发明的蓄热砖由于配伍合理，成品率高，成品率达99％以上，并具有较好的机械强度，抗疲劳能力和抗热震性能，使用寿命长，经具体测试实施例1-3、对比组1-3制得的蓄热砖的相关工艺参数如下表2：
表2蓄热砖的相关工艺参数
从表2的数据可以看出，本发明的蓄热砖与普通粘土砖所测试的数据相比，比热容有很大提高，因此蓄热能力大大增强；体积密度大，同时气孔率少，在相同蓄热能量的情况下，所需蓄热砖的数量减少。本发明相比对比组1还具有较高的机械强度和良好的抗热震性，可保证成品在室温-800的反复加热和放热循环中具有长久的使用寿命。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (8)

1.一种节能型保温锅炉，包括炉膛，炉膛的顶部设有与炉膛内部连通的烟囱；炉膛内的下部设有炉排，其特征在于：所述炉膛由外至内包括外保护层、保温层和耐火砖层，炉膛内还设置有蓄热砖；所述保温锅炉还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括设置在所述外保护层上的温度控制器、报警器，设置在炉膛内部用于检测炉膛内部温度的温度传感器，从所述炉膛外部水平伸入炉膛内且位于炉排上方的进气管，以及鼓风机和电磁阀；所述进气管位于炉膛内部的管体上开设有出风孔，进气管位于炉膛外部的端口为进风口，进风口连接至所述鼓风机，且进风口和鼓风机之间设置有电磁阀；所述温度传感器、报警器以及电磁阀与所述温度控制器分别控制连接；
其中，所述蓄热砖由以下原料按重量百分比经混合、成型、干燥、烧结而成：高铝土25-30％，硅酸铝20-25％，磷酸锆15-20％，碳化硼6-10％，氮化硅8-11％，二氧化钛2-3％，镁质粘土6-10％，水4-6％。
2.根据权利要求1所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述高铝土的粒度为0.1-1mm，高铝土中三氧化二铝的含量为65％以上。
3.根据权利要求2所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述蓄热砖通过以下方法制成：按照重量百分比准备好原料；将高铝土、硅酸铝、磷酸锆、碳化硼、氮化硅、二氧化钛混合均匀成预混料；将水、镁质粘土混合均匀然后加入到预混料中，搅拌均匀后在压强为1.5-1.8Mpa的压力下压制成型，在120-150℃干燥20-24小时后，放入高温窑中，于1200-1300℃烧结，烧结时间为2-3小时。
4.根据权利要求3所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述蓄热砖在炉膛内呈矩形阵列排布。
5.根据权利要求3所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述炉膛侧壁上设有观察窗。
6.根据权利要求3所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述炉排下方设有煤渣储槽。
7.根据权利要求3所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述外保护层为不锈钢制作而成。
8.根据权利要求3所述的节能型保温锅炉，其特征在于：所述耐火砖层采用的是锆质耐火材料制成。
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