CN109489251A - 一种无压锅炉 - Google Patents

Abstract

一种无压锅炉，炉内的喷淋区设有喷液分布器、填料区的底端设有填料支撑板，填料支撑板上装有填料、加热区的炉壁上装有燃烧器入口管，加热区内设有换热筒，换热筒的外表面沿周固连有多个第一超导热管，其中位于换热筒下部的第一超导热管的下部管体置于换热区内，燃烧器入口管的出口位于换热筒的入口端内；换热区内装有列管换热器，列管换热器的进口和列管换热器的出口设置在炉体下部，列管换热器外部的换热区空间为储液空间，该储液空间的下部通过循环管与喷液分布器的进口连通，循环管上设有循环泵；该锅炉使醇基燃料的热值利用率高，热量散失小，节能环保。

Description

一种无压锅炉

技术领域

本发明涉及清洁燃料锅炉领域，具体提供了一种无压锅炉。

背景技术

现阶段，中国的能源实际是“缺气、少油、多煤”的状况，但燃煤锅炉占锅炉总量的80％左右，由于燃煤锅炉的排放对环境的污染严重，其排放物是产生酸雨和雾霾的主要来源。为了环保，对燃煤锅炉进行必须除硫、除焦的整改，要求排放出的尾烟为白烟；同时，逐步拆除10吨以下的燃煤锅炉，要求改用电能或燃气能或醇基燃料能，从而达到国标环保的标准要求。由于醇基燃料能够完全燃烧，为此用醇基燃料替代燃煤，在民用领域的应用，具有节能减排的效果，有着重大意义。

常见的醇基燃料能锅炉有立式和卧式两种，无论立式还是卧式锅炉，一般都采用圆筒形，利于各处承压均匀，避免应力集中，立式锅炉的优点是占地面积小，结构简单，设计、制造及施工安装较方便，无压锅炉是占地面积更小，安装更方便。由于醇基燃料锅炉的气化燃烧器大多数为雾化喷火式燃烧加热形式(与轻油燃料器类似)，经过多次的实际应用和改进，其燃烧的控制及应用技术都已经很完善，燃烧后排放产物基本能达到环保要求，但其缺点是醇基燃料的热值不高，不利于设计热负荷较大的锅炉，取暖温度达不到要求，主要是因为醇基燃料锅炉利用率较低和热量散失的技术问题及醇基燃料本身的热值低导致。

发明内容

本发明目的是为了解决上述醇基燃料锅炉的缺点，提供一种无压锅炉，该锅炉使醇基燃料的热值利用率高，热量散失小，节能环保。

本发明的技术方案是：一种无压锅炉，包括炉体(4)，炉体的顶部设有烟囱(1)，其特征在于：炉体内由上至下为依次为喷淋区、填料区、加热区(11)、换热区；喷淋区内设有喷液分布器(23)；填料区的底端设有填料支撑板(9)，填料支撑板的周边与炉体内壁固连，填料支撑板上设有通孔和/或缝隙，填料支撑板上装有填料(8)；所述的填料中预留有孔隙或缝隙；加热区的炉壁上装有燃烧器入口管(15)，加热区内设有换热筒(12)，换热筒的外表面沿周固连有多个第一超导热管(10)，其中位于换热筒下部的第一超导热管的下部管体置于换热区内，燃烧器入口管的出口(14)位于换热筒的入口端内；换热区内装有列管换热器(18)，列管换热器的进口(19)和列管换热器的出口(29)设置在炉体下部，列管换热器外部的换热区空间为储液空间(17)，该储液空间的下部通过循环管(22)与喷液分布器的进口连通，循环管上设有循环泵(32)。

所述的烟囱上装有水套(2)和多根第二超导热管(33)，各超导热管一端的管体置于烟囱内、另一端的管体置于水套内。

燃烧器入口管的出口上方设有挡焰板(13)，挡焰板的两侧端面与换热筒的筒壁中部连接；

填料的顶端罩有压料板(7)，压料板上设有通孔和/或缝隙，压料板的周边与炉体内壁固连。

所述填料是瓷制的拉西环填料、勒辛环填料、十字格环填料、三头螺旋环填料、双头螺旋环填料、单头螺旋环填料、鲍尔环填料、哈埃派克填料、阶梯环填料、半环比阿雷茨基环填料、共轭环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料、环形填料或白钢环矩鞍填料、球形填料、泰勒花环填料、多角螺旋填料、白钢丝网波纹填料、脉冲填料、网孔栅格填料、白钢削填料中的一种。

所述喷液分布器是莲蓬式喷酒器、宝塔型喷嘴、盘式溢流型分布器、溢流管型盘式分布器、带孔盘式喷淋器、筛孔溢流盘式分布器、845型白钢分布器、2696型陶瓷分布器、丝网波纹分布器中的一种。

换热筒两端与炉体内壁的间隙宽度为3～8mm。

所述填料的高度为101～501mm，喷液分布器的喷淋面与填料之间的距离为104～161mm。

储液空间内储有导热溶液(27)，该导热溶液是含1～5％尿素和0.5～0.9％防锈剂的水溶液，或，该导热溶液是含1～5％尿素的水溶液，或，该导热溶液是含3～5％金属切削油或金属切削液的水溶液。

换热筒与填料支撑板之间相距48～68mm，换热筒与导热溶液液面的间距为6～15mm。

本发明一种无压锅炉的气液路线为：换热区内的液体—换热器—循环泵—过滤器—喷液分布器—填料—蒸发空间—换热筒和第一超导热管—液体落至换热区，烟气和水蒸汽上升—蒸发空间—填料—喷液分布器—烟筒中第二超导热管—烟筒—大气空间。

本发明的优点是：本发明锅炉使用燃料有改性醇基环保燃料或150℃沸点下的液体燃料或微乳状柴油，换热用的液体从炉内顶部喷淋下来，燃烧的火焰、换热筒和第一超导热管与液体接触产生蒸汽，蒸汽和余温烟气上升，与下孔板淋下的的液体进行碰撞持续交换热能，当蒸气和余温烟气上到喷淋区，使气液两相多次接触传质传热，为了增加碰撞次数每层气液分布器均有适量的溶液封层，从而提高交融空间和交融时间，达到气、液交融循环换热，周而复始实现热效高、环保供热的技术效果。其目的：一是给换热筒加热；二是烟气散发至炉体空间；三是火焰反射到换热筒，进一步给换热筒加热，让换热筒外部水溶液吸收所有的热量。液体降落到换热筒及周边喷出的烟气上，使部分液体变为蒸气，部分液体吸收热量被加热后降落到液体表面，火焰的烟气和液体的蒸气上升到填料区间与液体直接接触，进行气、液交融，在此有足够的时间，足够的空间，足够的面积多次交融，使烟气和蒸气全部被交融；填料使气、液两相直接接触进行传质及传热填料，保证上升的气体(热能)与下降的液体有充分的接触时间、接触空间与接触面积，从而实现热、气及火、液充分交融循环换热，提高热能利用率，达到热量几乎不散失的目的；进而实现整个锅炉炉体内的液体快速加热，热量损失的很小，烟筒的温度不高，有效节约能源，有效利用率、有效传质传热。

位于换热筒上部的第一超导热管与填料支撑板之间设有间隙，位于换热筒两侧的第一超导热管与炉体内壁之间设有间隙，多根第一超导热管，能将加热区的热量迅速传递到换热区内的换热液中，增加了加热面积从而实现快速传热和加热，同时能使换热液的保温参数更加稳定，使用时间更长，节能效果进一步提高，也能降低燃料用量；从而使本发明无压锅炉的改性醇基环保燃料的热值利用率高，热量散失小，尾气上升到烟筒，烟筒没有热量，其温度接近常温，通过填料进行气、液交换，常温尾气呈现透明状态，按国家环保标准检验，各项指标均高于标准要求，进气管能克服火焰和火焰烟气通道缺氧，避免CO燃烧不彻底被排放到大气中，排出的气体经检测各项指标高于国标环保标准的要求。

多根第二超导热管能吸收烟囱内烟气的热量，将热量传递给烟囱水套内的节温液吸收，将节温液的低温交换至烟囱内，从而使烟囱排出的烟气温度下降，根据此结构，可在水套内加入低温的节温液，利用第二超导热管能将烟气温度降至低温，能降低出烟气，使其温度低于回温度或低至室温；所述的挡焰板能在换热筒内形成烟火折返通道，使火焰烟气通过换热筒内多一倍的通长度，提高换热筒热能的利用。压料板能固定填料，避免轻质填料被蒸汽顶翻或吹散位移，保持填料整体布置有序不变形，保证热交换效果。限定类型的填料材料，能形成更缜密的孔隙通道，增加火焰烟气和蒸气与液体进行气、液交融的时间、空间和面积，提高改性醇基环保燃料的热值利用率。优选的喷液分布器更适合向填料喷淋导热溶液，能使导热溶液均布于填料区内，提高换热效率的稳定性。限定的间隙宽度，能控制火焰的烟气升出量，即保持了换热筒内的火焰烟气量，也避免火焰烟气过多升出。限定的填料高度和喷液分布器的高度能使热交换效率更高，效果更好。限定的导热溶液成分含有防锈防垢剂，整个炉体内不生锈、不结垢，不影响传热，加入除醛剂，从而消除尾烟中醛类的产生，增强环保效果。换热筒与填料支撑板间限定的距离能确保火焰烟气和蒸气与液体进行气、液交融所需的时间、空间和面积，限定换热筒与液体液面的间距能确保锅炉安全稳定的运行。

附图说明

图1是本发明一种无压锅炉的结构示意图。

图2是本发明一种无压锅炉中换热筒的结构示意图。

图中1烟囱、2水套、3节温液、4炉体、5保温层、6视镜手孔、7压料板、8填料、9填料支撑板、10第一超导热管、11加热区、12换热筒、13挡焰板、14燃烧器入口管的出口、15燃烧器入口管、16溢流管、17储液空间、18列管换热器、19列管换热器的进口、20排水管、21第一温度传感器、22循环管、23喷液分布器、24孔盖、25溶液进出管、26散热片、27导热溶液、28过滤器、29列管换热器的出口、30第二温度传感器、31循环水出口、32循环泵、33第二超导热管。

具体实施方式

一种无压锅炉，包括炉体4，炉体的顶部设有烟囱1，炉体内由上至下为依次为喷淋区、填料区、加热区11、换热区；喷淋区内设有喷液分布器23；填料区的底端设有填料支撑板9，填料支撑板的周边与炉体内壁固连，填料支撑板上设有通孔和/或缝隙，填料支撑板上装有填料8；所述的填料中预留有孔隙或缝隙；加热区的炉壁上装有燃烧器入口管15，加热区内设有换热筒12，换热筒的外表面沿周固连有多个第一超导热管10，其中位于换热筒下部的第一超导热管的下部管体置于换热区内，燃烧器入口管的出口14位于换热筒的入口端内；换热区内装有列管换热器18，列管换热器的进口19和列管换热器的出口29设置在炉体下部，列管换热器外部的换热区空间为储液空间17，该储液空间的下部通过循环管22与喷液分布器的进口连通，循环管上设有循环泵32。位于换热筒上部的第一超导热管其顶端面距填料支撑板为10mm，位于换热筒两侧的第一超导热管其顶端面接近炉体内壁。

所述的烟囱上装有水套2和多根第二超导热管33，各超导热管一端的管体置于烟囱内、另一端的管体置于水套内。

燃烧器入口管的出口上方设有挡焰板13，挡焰板的两侧端面与换热筒的筒壁中部连接；

填料的顶端罩有压料板7，压料板上设有通孔和/或缝隙，压料板的周边与炉体内壁固连。

所述填料是瓷制的拉西环填料、勒辛环填料、十字格环填料、三头螺旋环填料、双头螺旋环填料、单头螺旋环填料、鲍尔环填料、哈埃派克填料、阶梯环填料、半环比阿雷茨基环填料、共轭环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料、环形填料或白钢环矩鞍填料、球形填料、泰勒花环填料、多角螺旋填料、白钢丝网波纹填料、脉冲填料、网孔栅格填料、白钢削填料中的一种。

所述喷液分布器是莲蓬式喷酒器、宝塔型喷嘴、盘式溢流型分布器、溢流管型盘式分布器、带孔盘式喷淋器、筛孔溢流盘式分布器、845型白钢分布器、2696型陶瓷分布器、丝网波纹分布器中的一种。

换热筒两端与炉体内壁的间隙宽度为3～8mm。

所述填料的高度为101～501mm，喷液分布器的喷淋面与填料之间的距离为104～161mm。

储液空间内储有导热溶液27，该导热溶液是含1～5％尿素和0.5～0.9％防锈剂的水溶液，或，该导热溶液是含1～5％尿素的水溶液，或，该导热溶液是含3～5％金属切削油或金属切削液的水溶液。

换热筒与填料支撑板之间相距48～68mm，换热筒与导热溶液液面的间距为6～15mm。

本实施例中，所述的炉体述炉体由2～6mm 245R钢板或白钢板或钛钢板卷制圆柱体，并在上下焊接圆形封头而成；所述的换热筒由3～6mm 245R钢板或20号碳素钢或白钢板或钛钢板制成；所述的进气管由Φ32～89mm无缝钢管焊接而成；所述的烟筒由1～2mm铁板或镀锌板卷制Φ65～445mm圆筒而成或相应直径的聚乙烯塑料管，高度根据使用场合实际空间而确定，烟囱上设有水套或所述的烟囱为水套烟囱，水套中的节温液3可通过管路输到锅炉导热溶液或用作其它用途，目的是使排放的尾烟更加趋近室温，节能环保效果更佳；所述填料支撑板和压料板上的通孔是锥形通孔，所述填料支撑板和压料板也可是栅条支撑板，相邻栅条之间的缝隙为所述的缝隙，所述填料支撑板和压料板也可是波纹形支撑板或梁式网孔支撑板或金属网中的一种；根据填料的类型不同，仔细的摆放组合安装至设计高度；根据实际需要，在所述的循环管上设有过滤器28，用于过滤导热溶液中的杂质；所述的换热筒上还设有散热片26，散热片布置于换热筒的内外表面；所述的炉体外表面还依次包覆有保温层5和外壳，保温层由50～150mm岩棉或聚胺脂或锆棉中的一种构成；外壳由2～5mm铁板制成，并涂油漆防腐层；炉体的底部设有排水管20，排水管的入口与换热区的底部空间连通；循环管的出口段装有第一温度传感器21、循环管的入口段31装有第二温度传感器30，通过上述两传感器可检测锅炉运行状态，将获取的数据传递给控制系统参考，从而实现锅炉自动化控制或按需运行。循环管上设有溶液进出管25，用于引出导热溶液或补入导热溶液。位于换热区顶端的炉体上设有溢流管16，防止换热区液面超高，保障锅炉安全运行。配套的循环泵、放置在气化燃烧器入口管中的气化燃烧器、温度传感器等均在厂家购置或定制。所述的喷淋区的炉壁上设有视镜手孔6，视镜手孔装有孔盖24，孔盖里装有透明的视镜。通过视镜能方便观察炉内喷液分布器的工作情况，便于维护清理分布器，也便于取放、更换填料。

所述的超导热管是无水真空快速热相技术，也称真空高频导热技术，将超导热管一端与热媒接触，激活超导物实现快速传热加热，真空条件下的物质，在受热动能振波下，每秒内能做高频运动传热；超导热管的工作介质由多种无机活性金属及其化合物混合而成，具有超常的热活性和热敏感性，遇热而吸，遇冷而放。这种热超导工质在一定温度下被激活，并以分子震荡形成来传递量，它超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右，是水热管的十倍左右，在传导方向上几乎没有温度的衰减，并能以极快的速度传递(超音速传递)，其适用范围广、安全可靠、优化传热、消除导热死区、安装方便，还具有良好的等温性、形状灵活性等特点。

本申请锅炉设计结构合理，特别是热、气及火、液交融换热，高温火焰和火焰烟气直接通入锅炉换热筒内，并通过换热筒与炉体内壁间的间隙反射到换热筒外体表面，并散发上升炉体空间和填料层与液体交融，热量被液体吸收，从加热炉体内液体通过液体受热交融循环，进而实现整个锅炉内液体快速加热，提升加热效率，热量损失很小，锅炉工作后，烟囱的温度持续保持接近室温，有效节约能源，有效利用率、有效传质传热，解决改性醇基环保燃料热值低和用量大达不到采暖温度等问题。经一年多的试用和多次对排出的气体颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等进行检验，均达到国标环保标准要求。其数值低很多，真正实现无压或环保锅炉的特性，是人们急需的锅炉，无压锅炉具有节能减排效果，具有良好的环保效益和社会效益。

Claims (10)

1.一种无压锅炉，包括炉体(4)，炉体的顶部设有烟囱(1)，其特征在于：炉体内由上至下为依次为喷淋区、填料区、加热区(11)、换热区；喷淋区内设有喷液分布器(23)；填料区的底端设有填料支撑板(9)，填料支撑板的周边与炉体内壁固连，填料支撑板上设有通孔和/或缝隙，填料支撑板上装有填料(8)；所述的填料中预留有孔隙或缝隙；加热区的炉壁上装有燃烧器入口管(15)，加热区内设有换热筒(12)，换热筒的外表面沿周固连有多个第一超导热管(10)，其中位于换热筒下部的第一超导热管的下部管体置于换热区内，燃烧器入口管的出口(14)位于换热筒的入口端内；换热区内装有列管换热器(18)，列管换热器的进口(19)和列管换热器的出口(29)设置在炉体下部，列管换热器外部的换热区空间为储液空间(17)，该储液空间的下部通过循环管(22)与喷液分布器的进口连通，循环管上设有循环泵(32)。

2.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：所述的烟囱上装有水套(2)和多根第二超导热管(33)，各超导热管一端的管体置于烟囱内、另一端的管体置于水套内。

3.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：燃烧器入口管的出口上方设有挡焰板(13)，挡焰板的两侧端面与换热筒的筒壁中部连接。

4.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：填料的顶端罩有压料板(7)，压料板上设有通孔和/或缝隙，压料板的周边与炉体内壁固连。

5.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：所述填料是瓷制的拉西环填料、勒辛环填料、十字格环填料、三头螺旋环填料、双头螺旋环填料、单头螺旋环填料、鲍尔环填料、哈埃派克填料、阶梯环填料、半环比阿雷茨基环填料、共轭环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料、环形填料或白钢环矩鞍填料、球形填料、泰勒花环填料、多角螺旋填料、白钢丝网波纹填料、脉冲填料、网孔栅格填料、白钢削填料中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：所述喷液分布器是莲蓬式喷酒器、宝塔型喷嘴、盘式溢流型分布器、溢流管型盘式分布器、带孔盘式喷淋器、筛孔溢流盘式分布器、845型白钢分布器、2696型陶瓷分布器、丝网波纹分布器中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：换热筒两端与炉体内壁的间隙宽度为3～8mm。

8.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：所述填料的高度为101～501mm，喷液分布器的喷淋面与填料之间的距离为104～161mm。

9.根据权利要求1所述的一种无压锅炉，其特征在于：储液空间内储有导热溶液(27)，该导热溶液是含1～5％尿素和0.5～0.9％防锈剂的水溶液，或，该导热溶液是含1～5％尿素的水溶液，或，该导热溶液是含3～5％金属切削油或金属切削液的水溶液。

10.根据权利要求9所述的一种无压锅炉，其特征在于：换热筒与填料支撑板之间相距48～68mm，换热筒与导热溶液液面的间距为6～15mm。